航空发动机风扇叶片振动适航符合性设计方法

对航空发动机风扇叶片振动适航符合性设计方法开展了研究。采用非均匀有理B样条实现风扇叶片型线的设计,通过各截面型线质心实现风扇叶片积叠成型;建立榫头的草图,拉伸生成风扇叶片的圆弧榫;考虑强度、振动特性,实现伸根段的设计。从振动适航条款CCAR 33.83的要求出发,给出了风扇叶片振动符合性的验证方法,基于建立的风扇叶片模型,采用有限元方法对风扇叶片的振动特性和振动应力进行计算。计算结果表明,在整个飞行包线环境下,该风扇叶片的振动特性和振动应力水平满足振动的适航条款要求,为风扇叶片的振动符合性设计与验证提供了依据。     

单晶再结晶临界应力与涡轮叶片结构设计参数间的映射模型

以单晶涡轮叶片发生再结晶的榫头进气窗口为研究对象,基于镍基单晶合金再结晶临界应力模型,通过单晶叶片铸造热应力场仿真计算,建立了最大残余应力与结构参数和温度的关系模型;并在此基础上,以最大铸造残余应力不大于再结晶临界应力、冷气通道面积不变和满足强度为约束条件,求出了不发生再结晶条件下的临界应力与结构设计参数和热处理温度的映射模型。最后通过对实际叶片榫头进气窗口的优化设计和试验对比分析,验证了本文方法的有效性。结果表明,优化后榫头进气窗口最大铸造残余应力下降30%以上,原有的再结晶现象消除。     

基于ANSYS的齿根应力和齿面变形的合理分析

根据齿轮啮合原理,准确求出复杂的齿廓曲线;采用MATALB—APDL混合建模方法,创建精确的齿轮有限元模型。在不同网格密度等级下,分别对齿轮的齿面变形、齿根应力分布进行分析。对照经验公式的计算结果,得出如下结论：在齿轮数值模拟中,由于有限元软件计算中舍入误差的存在,网格划分合理与否将直接影响仿真程度的高低;网格密度等级对齿面最大变形的仿真结果有较大影响,而对齿根应力影响甚微。     

轴对称短化喷管型面设计及流动分析

对最短长度喷管(MLN)设计方法进行了改进和优化,在喷管喉部扩张段实现了光滑过渡,采用特征线方法设计轴对称短化喷管型面。采用高阶、高分辨率WENO格式对设计的喷管进行流场数值模拟,结果表明:短长度喷管和喉部加圆弧过渡的短化喷管出口流场均匀,能够达到设计要求,经过圆弧过渡的喷管型面出口流场品质更好。     

高强度钢内螺纹冷挤压成形与强化试验研究

内螺纹冷挤压成形是提高内螺纹疲劳强度的有效方法.作者研制出挤压扭矩和温度的测量系统,并从理论上证明了挤压变形区金属在挤压过程中受到三向压应力的作用,这可以大大增加金属的塑性,改善内螺纹的成形条件.高强度钢内螺纹成形与强化的关键在于挤压丝锥结构的优化设计以及工件底孔尺寸、挤压速度和冷却润滑液的合理选择.疲劳对比试验结果表明:在两个不同应力水平下,用挤压丝锥挤压强化的300M高强度钢螺纹,其寿命是切削螺纹的4～30倍.     

铣削淬硬模具钢SKD11铣削表面质量试验研究

为了对高效铣削淬硬模具钢SKD11的新型铣刀进行优选,对不同几何结构的铣刀加工得到的表面质量进行了分析.综合考虑了加工表面粗糙度、切屑微观形态、硬度及硬化层深度、残余应力分布和晶相组织结构变化等多方面因素,研究了不同铣刀的几何特性及其磨损特性对表面质量的影响.实验结果表明,前角5°,后角10°,刀尖圆弧半径为1 mm,铣刀螺旋角为45°的几何结构铣刀完成了表面完整性试验中.此外,在淬硬钢铣削加工中合理地选择加工参数可以获得0.4μm的表面粗糙度;采用合理的正前角可以抑制锯齿形切屑的产生.铣削淬硬模具钢能在加工表面产生残余压应力,通过增加铣刀后角和抑制后刀面磨损可以推迟加工表面软化现象的发生.     

高超声速飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计研究

开展了高超声速飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计方法的研究.以多目标遗传算法为优化方法,采用一维流动模型计算性能指标,对机身下壁面前体和后体型线进行了优化设计,得到了Pareto最优前沿面.计算结果表明该方法可大大提高机身/发动机的匹配水平,获得高性能的设计方案.该方法可进一步推广应用于包含更加精确的流动模型的优化设计当中.     

缝纫/RFI层合板单钉连接性能计算研究

本文建立了三维有限元分析模型,对缝纫层合板的单钉连接性能进行了理论分析,模拟了钉孔受挤压边缘附近一些典型的针脚位置情况．计算得到钉孔周同的平均径向应力和层间应力分布;并且应用三维点应力损伤判据,得到各种典型针脚位置情况下的缝纫层合板初始挤压破坏强度。研究结果表明,计算结果和试验结果吻合较好,证明该模型能有效地分析缝纫层合板单钉连接性能。且不同针脚位置对缝纫层合板机械连接性能确有重要的影响。     

基于比例边界有限元的结构强度分析方法研究

航天结构经历复杂严酷的载荷环境，且诸多大传载关键结构存在小尺寸倒角。为有效处理航天结构小尺寸倒角强度评估问题，提高结构应力应变求解精度和计算效率。本文基于比例边界有限元方法对典型小尺寸倒角的航天结构边界进行离散，构建强度计算模型，针对典型结构不同倒角尺寸开展强度分析，得到不同尺寸倒角对局部应力的影响规律，给出局部区域的应力分布，并与光测试验和常规有限元分析结果进行对比。结果表明，与常规有限元方法相比，比例边界有限元方法可以有效减少计算自由度，提高计算效率和计算精度，由于其半解析的特点，可以方便的得到内部域的应力场，为小尺寸倒角航天结构强度评估、寿命预测及优化设计提供有效的分析手段。     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。