复合材料壳体固化成型过程残余应力和形变分析

大尺寸复合材料固化过程因加热不均,出现较大的温度梯度,进而导致固化不均匀;温度梯度和固化度梯度使得壳体内出现热应变和固化收缩应变,最终形成残余应力和结构形变。为分析复合材料壳体固化过程的结构变形,本文结合壳体的实际成型过程,考虑树脂的固化放热、固化收缩和复合材料的各向异性特性,采用CHILE(α)弹性模型,对复合材料壳体固化成型过程的热传递、残余应力衍化及固化变形进行数值研究。研究结果表明,凝胶点前,复合材料仅受到热膨胀作用;凝胶点后至降温前,受到热膨胀和固化收缩的共同作用,壳体先快速收缩后膨胀;降温阶段,壳体缓慢收缩。固化完成后,壳体的固化变形约为0.08,残余应力约为10~6N/m~2。     

固化降温过程中推进剂药柱的瞬态响应分析

应用有限元法,对固体火箭发动机药柱在固化降温过程中的三维瞬态温度场进行了数值模拟,并基于药柱的粘弹性本构关系,计算了由瞬态温度场引起的应力应变响应。给出了危险点的应力应变随时间的变化规律,可供结构整体分析参考。     

树脂基复合材料壳体固化降温过程的热力耦合分析

以树脂基复合材料壳体固化工艺过程为基础,对复合材料壳体的固化降温过程进行了热力耦合仿真计算,采用实体单元建立纤维缠绕壳体的数值分析模型,对壳体固化降温过程模型内部的温度场、轴向位移、应力进行了分析。结果表明,复合材料壳体和绝热层在固化降温过程中温度不断降低,芯模、空腔、芯轴的的温度先升高后降低,固化降温一段时间后,模型内部不同位置的温差趋于稳定;复合材料壳体在降温过程中沿轴向向外膨胀,前封头与后封头极孔处的轴向位移分别为6.5 mm和4.3 mm,芯模和芯轴沿轴向收缩,通过比对,位移仿真结果与实测数据一致性较好;复合材料壳体应力随固化降温时间的增加不断增大,筒段中部裙内缠绕层之间的层间剪应力大于裙外层间剪应力的值,裙连接段处裙外层间剪应力大于筒段中部层间剪应力的值。     

固体发动机低温点火条件下药柱结构完整性分析

分别采用三维弹性和三维线粘弹性模型,对固体发动机药柱在低温和点火升压2种载荷下的结构完整性进行了计算分析。研究了推进剂弹性模量E、泊松比μ、药柱m数等参数对结构完整性的影响。结果表明,在发动机低温点火条件下,药柱内孔表面是最危险部位;固化降温和点火升压2种载荷引起的最大等效应变在此是相互叠加的;药柱m数对固化降温和点火升压载荷下的应变分布有重要影响。     

含缺陷药柱人工脱粘层前缘应力分析

基于一种发动机燃烧室模型，考虑到推进剂、绝热层和衬层多种材料性能，用有限元法对含缺陷药柱的人工脱粘前缘进行了固化降温和轴向过载两种苛况下的应力分析，考察了四种结构模型，其中三种为含缺陷结构，例如在人工脱粘前缘附近有内聚空洞，对界面应力应变的影响，为发动机药柱完整性分析提供参考。     

自由装填式固体火箭发动机药柱低温点火结构完整性分析

利用三维有限元方法,通过热-机耦合,分析一种自由装填式固体火箭发动机药柱从药柱固化降温到低温点火整个过程中发动机的温度场、总位移、等效应力和等效应变的变化情况,得到了固化降温和点火升压过程中药柱/壳体有无粘接两种情况下发动机的受力情况的不同,并根据最大应变能理论,分析了两种情况发动机药柱的结构完整性;得出了在温度和压强双重载荷下,模量、泊松比、药柱/壳体粘接高度等参数对发动机药柱结构完整性的影响规律,表明该型发动机药柱/壳体粘接高度不宜超过40 mm。     

金属模板对复合材料层板固化过程中残余应力的影响

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应力进行数值模拟计算。在固化瞬态温度场模拟中，采用有限差分法考虑固化动力学模型和热一化学模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中，化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术，对带有铝合金的复合材料层板的固化全过程残余应力的进行分析，并分析了金属模板在分析中的作用。结果表明：金属模板改变了两种材料残余应力最大值的时刻；由于金属模板约束作用使带有铝板的复合材料层板在固化过程中承受更大的残余应力。     

提高胶粘剂粘接质量试验研究

为确保金属与以三元乙丙橡胶为基体材料的未硫化橡胶材料之间的粘接质量,提高三元乙丙橡胶材料硫化后的力学性能,试验了预热工艺、硫化模式和降温模式对性能的影响,完成了产品应用。试验结果表明,研发的工艺方法能够有序地释放和消除粘接过程中产生的结构应力,最终保证了三元乙丙橡胶材料结构的完整性和粘接界面不受到应力作用而被破坏,具有推广应用价值。     

铝垫片的力学性能及对典型连接结构应力分布的影响

铝垫片-榫槽结构是液体火箭发动机常用的管路连接形式,其长期贮存密封性能对发动机的可靠性起着重要作用。该结构的密封性能取决于密封区的应力分布,从铝垫片这一连接结构中的主要密封元件着手,研究其力学特性及其对密封区应力分布的影响。首先,开展L4铝垫片材料的力学性能试验,建立了L4铝材料的本构关系;其次,开展常温及200℃下L4铝材料的蠕变试验,建立铝垫片的时间硬化型蠕变模型;最后,使用Abaqus有限元软件分析5~25 N·m预紧力矩下垫片的应力分布规律,以及垫片密封面接触压力随时间变化关系。计算结果表明,垫片的应力分布与装配预紧力矩紧密相关;材料的蠕变特性会导致垫片密封面接触压力随时间松弛,是造成结构泄漏的一个重要隐患。     

橡胶"O"形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。     

自落式缓冲气囊仿真研究

缓冲气囊被广泛应用于武器装备及物资空投、航天器着陆回收、汽车安全气囊等领域。设计具有优良缓冲性能的气囊系统可以减小物品或乘员所受的冲击力,最大程度上避免了物资的损坏和乘员伤亡。文章以某型空投缓冲系统所用气囊作为研究对象,运用LS-DYNA有限元仿真软件,采用控制体积法对该气囊缓冲过程进行了数值模拟计算,同时,结合工程计算与试验测试,合理确定气囊设计中关键技术状态,获得了带有辅囊的自落式缓冲气囊设计思路与方法,提高了研制品质,节省了研制成本与周期。     

带凹槽结构的涡轮泵平衡活塞工作特性分析

在涡轮泵中设计平衡活塞结构是用来平衡轴向力的重要方法之一,平衡活塞通过调节涡轮泵叶轮和壳体间隙的压力分布降低轴向力大小,而在平衡活塞内增设凹槽结构则可以更好地平衡轴向力、扩大平衡轴向力的工作范围。针对凹槽结构的工作特性研究问题,建立了带不同凹槽结构的平衡活塞后泄漏流道数值仿真模型,并根据仿真结果对平衡活塞后泄漏流道内的...     

砂垫层厚度及基底压力对地面地震反应的影响

我国地震区分布范围广，发震频繁。随着科学技术的进步、计算机的运用等，国内外对建筑结构减震、隔震方法的研究与应用取得了很大的发展，但仍有许多问题有待解决。特别是我国为农业大国，目前中、低层房屋仍然较多，采用在基础与地基之间设置砂垫层的方法，以最少的造价，达到减小或不放大地震对地面的影响，最终达到减震、隔震的目的是一种切合实际的方法。在研究了砂垫层厚度及基底压力对地面地震反应的影响后，得到了一些有益的结果。     

输入地震动对砂垫层隔震的影响

在地基与基础之间设置砂垫层来达到隔震和减震的目的，是建筑物隔震、减震技术研究的新领域。对地震波波形、地震波谱特性、人工波三种情况分别进行了研究，得到相应的反应谱；砂垫层剪切波速、砂垫层厚度与最大加速度的关系曲线；砂垫层刚度不同时、砂垫层厚度不同时的加速度反应谱，以期完善该理论。     

Development of an advanced rocket propellant handler's suit.

Most launch vehicles and satellites in the US inventory rely upon the use of hypergolic rocket propellants, many of which are toxic to humans. These fuels and oxidizers, such as hydrazine and nitrogen tetroxide have threshold limit values as low as 0.01 PPM. It is essential to provide space workers handling these agents whole body protection as they are universally hazardous not only to the respiratory system, but the skin as well. This paper describes a new method for powering a whole body protective garment to assure the safety of ground servicing crews. A new technology has been developed through the small business innovative research program at the Kennedy Space Center. Currently, liquid air is used in the environmental control unit (ECU) that powers the propellant handlers suit (PHE). However, liquid air exhibits problems with attitude dependence, oxygen enrichment, and difficulty with reliable quantity measurement. The new technology employs the storage of the supply air as a supercritical gas. This method of air storage overcomes all of three problems above while maintaining high density storage at relatively low vessel pressures (<7000 kPa or approximately 1000 psi). A one hour prototype ECU was developed and tested to prove the feasibility of this concept. This was upgraded by the design of a larger supercritical dewar capable of holding 7 Kg of air, a supply which provides a 2 hour duration to the PHE. A third version is being developed to test the feasibility of replacing existing air cooling methodology with a liquid cooled garment for relief of heat stress in this warm Florida environment. Testing of the first one hour prototype yielded data comparable to the liquid air powered predecessor, but enjoyed advantages of attitude independence and oxygen level stability. Thermal data revealed heat stress relief at least as good as liquid air supplied units. The application of supercritical air technology to this whole body protective ensemble marked an advancement in the state-of-the-art in personal protective equipment. Not only was long duration environmental control provided, but it was done without a high pressure vessel. The unit met human performance needs for attitude independence, oxygen stability and relief of heat stress. This supercritical air (and oxygen) technology is suggested for microgravity applications in life support such as the Extravehicular Mobility Unit.     

对接机构动力学仿真

以神舟飞船的对接机构为研究对象,介绍了不同研制阶段仿真的任务规划,给出了研究中的对接机构仿真分析的捕获缓冲参数设计、数字样机、对接过程动力学仿真评估、试验验证与模型修正,以及对接动力学试验等。     

砂垫层刚度对地面地震反应的影响研究

我国是一个多地震国家，地震区分布范围广，发震频繁。因此减震、隔震技术对国民经济基本建设具有重要意义。随着科学技术的进步、计算机的运用等，减震、隔震方法的研究与应用取得了很大的发展，但仍有许多问题有待解决，特别是就我国目前中、低层房屋较多的实际状况而言，这一问题显得尤为突出。采用在基础与地基之间设置砂垫层的方法，减小或不放大地震对地面的影响，最终达到减震、隔震的目的。在提出砂垫层隔震概念及其与《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)的区别之后，研究了砂垫层刚度对地面地震反应的影响，得到了一些有益的结果。     

光刻技术在流体动力密封研究中的应用

主要介绍了流体动力密封螺旋槽动环光刻工艺的特点、原理、工艺过程、工艺流程、槽深控制方法以及应用情况，提出了采用高能束流刻蚀螺旋槽动环的新途径．结果表明，采用标准MEMS光刻工艺技术和化学铣切工艺技术，可加工出满足设计要求的螺旋槽动环．