复合材料构件成型模具温度场均匀性改善研究

利用Fluent流体分析软件对框架式成型模具温度场进行了模拟仿真,分析了成型模具型板表面温度分布不均匀的原因,此外还提出了使用方差这一统计量来评价温度的均匀性。根据热阻与材料厚度成正比的特点,采用对成型模具的高温区域增厚、对低温区域减厚的方法,来改善型板和复合材料构件接触表面的温度均匀性。模拟仿真结果表明,采用阶梯型和梯形非等厚型板使得复合材料构件接触型板表面的温度分布更加均匀,对于改善复合材料构件最终的成型质量有重大影响。     

单一压力容器镍氢电池组几何参数对其温度场的影响

 针对实际空间用单一压力容器(IPV)镍氢电池组的传热特点,建立其瞬态热分析的数学物理仿真模型。通过设计改变电池组几何参数,包括电池组底板厚度、套筒高度和厚度,采用有限差分法,对比模拟研究电池组在飞船实际运行条件下几何参数对其温度场的影响。结果表明：套筒厚度对电池组温度场的影响最为敏感,增大套筒厚度可明显缩短电池组热系统达到平衡态的响应时间;其次是套筒高度;改变底板厚度对电池组温度场变化影响不明显。该研究为镍氢电池组的结构优化和热控制研究提供理论基础。     

应用基于FEM和响应面法预成形设计提高航空锻件变形均匀性(英文)

将有限元法(FEM)和响应面法(RSM)方法相结合,提出了以提高锻件内变形均匀性为目标的预成形优化设计方法。考虑到等效应变分布对变形均匀性的影响,建立了新的表达式以评价锻件内的变形均匀性。为了减少设计变量个数,采用区域分解法确定优化设计变量。在有限元数值模拟结果的基础上,应用RSM方法建立了近似模型以描述响应(变形均匀性以及模具填充情况)与设计变量(预制坯几何参数)之间的关系。以典型的航空发动机盘为例,应用本文提出的方法得到了设计变量的最优组合。原始预制坯形状与最优形状两种情况对比结果表明,采用优化后的预制坯形状得到的锻件其变形均匀性更好。     

复合材料层合结构热压罐固化过程的多物理场-热流固解耦数值求解

在复合材料层合结构热压罐固化成形过程中,温度场和固化度场的均匀性对残余应力和变形具有重要影响.对于厚度较大的复合材料层合结构,流动压实的影响不可忽略,同时热压罐空气热流场和模具温度场也会对复合材料结构内部的温度场产生较大影响.本文同时考虑固化动力学模型、热传导模型、残余应力模型、流动压实模型、热压罐热流场以及模具温度场...     

陶瓷基FGM材料线形变厚度圆板的热后屈曲

建立沿半径线形变厚度陶瓷基功能梯度材料(functionally graded material,FGM)圆板在热环境中后屈曲控制微分方程,采用打靶法研究陶瓷二氧化锆基变厚度圆板在温度场中的后屈曲行为,给出了均匀和非均匀升温场中变厚度圆板的热后屈曲平衡路径特性曲线,讨论陶瓷梯度指标和厚度变化系数对后屈曲行为的影响。数值结果表明:非均匀升温下FGM圆板的热临界载荷小于均匀升温下的临界载荷;径向厚度的变化并不会影响热临界载荷的值,但会影响到屈曲以后的平衡路径;中心挠度随变厚度系数的增加而增加。     

离心-温度复合试验箱温度场模拟分析

对离心-温度复合试验箱中离心环境对温度场均匀性影响进行了模拟研究,并分析了结构条件对温度均匀性的改善效果。研究了离心-温度复合条件下的控制方程,以此为基础采用有限元分析的方法,对不同结构条件的温度场分析了温度均匀性差异,并提出了进一步改善温度均匀性的方法。结果表明,离心环境下的科氏力对空气流场轴向运动的影响会导致试验箱内温度均匀性差异,试验箱中加入风扇和导流装置能够有效改善内部温度均匀性。     

大口径光学元件检测平台的模态分析及其实验研究

针对大口径光学元件检测平台,利用ANSYS软件建立其有限元模型并进行模态仿真,获得前6阶固有频率与振型,并通过模态试验分析获得频域内传递函数。计算模态分析与试验模态分析结果基本一致,表明模型建立正确可靠。以建立的有限元模型为基础,选取气浮支撑刚度及柔性铰链结构参数作为变量,进行模态仿真,研究其对平台固有频率的影响。结果表明,气浮支撑刚度对平台整体固有频率影响小于1.5%,柔性铰链簧片厚度对其影响大于20%,可通过选择合理厚度改善平台的动态特性。     

双层金属平板模拟机匣抗冲击性研究

采用LS-Dyna软件分析了双层平板模拟机匣的抗冲击性能,讨论了层间距和厚度分配对双层平板模拟机匣抗冲击性能的影响。研究结果表明：在叶片正撞击时,双层模拟机匣的损伤为局部剪切和整体塑性变形的混合型。层间距只影响外层板吸收的能量,随着层间距的变化,双层平板吸收能量没有一定规律。厚度分配比小于1时,双层板的抗冲击性能随着厚度分配比的减小而增强;厚度分配比大于1时,双层板的抗冲击性能随着厚度分配比的增大而增强。     

框架式复材成型模具轻量化设计方法

基于Abaqus软件简化框架式复材成型模具三维模型,分别采用实体单元与壳单元建立有限元模型,并分析模具在支撑、铺贴、吊装等典型工况下的应力水平、变形量,结果显示两种模型分析差值较小,能够使用壳单元代替实体单元进行模具的轻量化设计。基于壳单元,利用Abaqus的尺寸优化模块,以隔板厚度为设计变量进行模具轻量化设计,确定合适的隔板厚度尺寸。     

纤维方向对CFRP钻削温度场分布和孔壁质量的影响

为研究CFRP不同纤维方向对其钻孔温度场分布和孔壁质量的影响,对不同纤维方向角处切削形式进行理论分析和ABAQUS仿真分析,并结合CFRP单向板、正交板和准各向同性板的钻削温度分布测试试验与钻削温度场仿真分析。结果表明,碳纤维方向对钻削温度场的分布规律影响很大;通过电子显微镜和共聚焦显微镜对不同纤维方向角处孔壁质量观测对比,发现纤维方向角在θ=0°、θ=45°和θ=90°处孔壁质量较好,在θ=135°处孔壁质量较差。     

气囊硬度对固化后帽型长桁厚度的影响

为满足宽体客机机身轻质高强的要求，机身复合材料蒙皮需要长桁的支撑以提高复合材料壁板的刚度。为获得厚度均匀性良好的帽型长桁加筋壁板，对帽型长桁加筋壁板成型工艺中真空袋囊芯模的方法进行了改进，提出了一种硅橡胶囊芯模与真空袋囊芯模相结合的方法，获得了厚度均匀性良好的帽型长桁壁板，满足机身复合材料帽型长桁-蒙皮共固化成型时尺寸精度的要求。利用有限元仿真方法，研究了硅橡胶囊芯模截面尺寸、硅橡胶材料属性对长桁厚度均匀性的影响，结果发现所用硅橡胶囊芯模硬度越大，长桁尺寸均匀性越差。不同条件下所得长桁厚度对理论分析的准确性进行了验证。考虑硅橡胶硬度对长桁尺寸均匀性及工艺操作性的影响，最终选定所用硅橡胶气囊硬度为50HA，所得蒙皮-长桁实际测量的平均厚度与理论厚度偏差小于6%，细观分析发现蒙皮-长桁连接处纤维走向没有发生变形。     

2.5D编织结构复合材料温度场特征研究

考虑到编织结构陶瓷基复合材料（CMC）在涡轮叶片等航空发动机高温部件应用时，材料内部编织结构特征会导致高温部件的温度场存在波动性。为了研究复合材料温度场的波动特征，以2.5D编织结构复合材料为例，分别建立了基于等效导热系数的均匀化平板模型和基于材料全尺寸细观编织结构的平板模型，计算对比了两种平板模型的温度场分布及内部热量传输特征，同时探究了材料内部编织结构的角度、纤维束轴向与径向导热系数比、纤维束与基体导热系数比等材料结构特征参数和热物性特征参数对材料表面温度波动的影响规律，并开展了编织结构平板的温度场测试实验。研究结果表明：与基于等效导热系数计算得到的平板温度场相比，基于全尺寸编织结构平板模型得到的温度场存在明显的波动特征，当平板内部平均温度梯度为25383K/m时，表面温度波动幅值达到12.41K，表面最高温度由906.96K增加到911.60K，并且在平板内部热量的传输方向沿着纱线发生明显的偏转。同时，随着纱线编织角度的增加，材料表面温度波动幅值下降，但表面的高温区域增加，沿着经纱轴向的温度波动频次增加。随着纤维束轴径向导热系数比的增加，材料表面的高温区域基本不变，温度波动幅值小幅下降，均匀性增强；随着纤维束与基体导热系数比的增加，材料表面的高温区域增加，温度波动幅值降幅较大，均匀性得到较大提高。在本文的研究范围内，当边界温度达到1600K时，基于等效导热系数的方法无法准确地预估复合材料的温度场。     

CFRP钻削温度场的数值仿真与分析

文摘为研究碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)钻削过程传热规律及温度分布特性,在对材料热物理特性均匀化处理的基础上,利用COMSOL Multiphysics建立单向CFRP钻削温度场数值仿真模型,探究钻削过程中热量传递及温度场分布规律。结果表明,出口处温度场呈椭圆形分布状态,椭圆形最小值离心率e为0.771,且椭圆的长轴和纤维方向平行。通过实验对比,纤维方向和垂直纤维方向的温度误差分别为7.5%和7.8%,实验结果验证了数值仿真模型的正确性。     

热障涂层厚度及厚度不均热无损检测的数值模拟

研究了热障涂层(TBC)厚度及厚度不均的红外热无损检测(IRTNDT)的建模和基于有限单元法的数值模拟。在柱坐标系下以轴对称模型描述热障涂层结构的瞬态热传导,建立相应的物理模型及有限元模型。用有限元分析软件ANSYS计算涂层结构受热脉冲激励后的温度场,研究热无损检测可检信息参数(如最大温差和最大对比度)与厚度特征参数(厚度差和厚度)的关系。结果表明,在涂层公称厚度一定时,最大温差和最大对比度与厚度差呈非线性关系,它们随着厚度差的增大而增大;在涂层厚度差一定时,最大温差和最大对比度与涂层公称厚度呈非线性关系,它们随着涂层公称厚度的增加而减小。利用计算所得的可检信息参数与厚度特征参数的关系可以反向估计陶瓷层厚度差和厚度。这些研究结果为热障涂层厚度及厚度不均的红外热无损检测及表征提供了基本理论依据。     

非均匀温度场下声发射源定位方法

针对非均匀温度场下声发射信号传播速度不一致导致时差定位法定位精度下降的问题,研究基于波束形成法的声发射源定位效果.首先,基于板波理论研究声发射信号的传播特性,分析频散现象等对声发射信号速度测试的影响;然后通过数值仿真研究声发射波束形成法定位精度对不同重建速度的定位效果,进而发现在声发射波束形成法在阵列方向具有速度不敏感性.在加热前后的薄钢板上进行断铅定位实验,其结果表明声发射波束形成法可以在非均匀温度场中保持较高的定位精度,在机匣温度不均的航空发动机碰摩定位领域有良好的应用前景.      

壁面温度对斜爆震发动机进气道流动特性影响的数值研究

为研究壁面温度条件对层流、转捩、湍流状态下斜爆震发动机进气道流场结构、流场参数的影响,选取Ma10级、具有曲面压缩段的斜爆震发动机进气道为研究对象进行数值模拟,对进气道壁面附近激波诱导分离区、热边界层的变化进行了深入探讨。数值模拟结果表明,进气道肩部圆弧过渡段出现的再层流化现象,壁面冷却对其起抑制作用,绝热壁面条件下再层流化程度最为严重。壁面温度的增加有利于延缓流动转捩,同时也导致了分离区尺寸的增加以及转捩、湍流状态下分离区主体位置逐渐前移,进气道内通道的转捩为分离诱导转捩,转捩位置主要受到分离点位置的影响,整体表现为壁面温度增加转捩位置前移。进气道出口顶板侧热边界层厚度随着壁面温度的增加逐渐变厚,转捩状态下热边界层厚度变化可达5%,温度峰值也随着壁面温度的增加逐渐增加,且峰值位置逐渐靠近壁面。壁面温度条件相同时,层流状态下热流、热边界层厚度均较小。转捩、湍流状态下进气道出口顶板侧热边界层较厚,约为层流状态3倍,同时转捩、湍流状态下热边界层厚度相差可达2%。     

AZ91镁合金负压消失模铸造充型速度的研究

真空度、浇注温度及模样厚度对AZ91镁合金消失模铸造充型速度影响的全因子实验的结果表明 ,它们都对充型速度起积极的作用 ,真空度是决定充型速度的一个关键工艺参数。在不抽真空时 ,充型速度非常小且随充型过程的进行逐渐降低 ,浇注温度对充型速度的影响也很小 ;抽真空时 ,充型速度在充型过程中不断变化且呈现不出任何规律 ,其起伏的幅度随真空度、浇注温度和模样厚度的增大而增大 ;在真空度较低时 ,随着真空度和 或浇注温度的提高 ,平均充型速度迅速增大 ,真空度与浇注温度对充型速度的交互作用增强 ;在较高的真空度下 ,平均充型速度仍随浇注温度的提高而增大 ,但平均充型速度的增大速率却随真空度的进一步提高而降低 ,真空度与浇注温度对充型速度的交互作用很弱。模样厚度对平均充型速度影响在抽真空时有所提高。     

真空铝钎焊过程温度场的有限元数值仿真

提出了一个描述真空铝钎焊炉温度场的非线性有限元模型,该模型综合考虑了辐射传热、材料热物性随温度变化等非线性因素的影响.利用有限元软件ICEPAK和FLUENT对卧式真空铝钎焊炉的温度场进行了模拟计算.对炉温均匀性进行了验证,完成了焊接生产模拟件的数值仿真和实验测量,模拟结果与实验结果吻合较好.     

副翼刚度模拟器优化设计与分析

副翼刚度模拟器是对副翼作动器的支撑刚度进行参数模拟的装置,是航空地面载荷试验中的关键器件,研究副翼刚度模拟器的刚度随位置的变化规律有利于其设计和应用,具有重要的工程价值。建立力学模型,提出刚度折减系数,探讨刚度模拟器的刚度特性;进行模拟器刚度仿真,并通过刚度测试试验验证力学模型和仿真的正确性;以目标刚度对距离的敏感性对...