水下高速射流气泡变化过程数值研究

为研究水下高速射流气泡变化规律,采用VOF(Volume of Fluids)模型分别对水下等温高速气体射流和热高速气体射流动态流场进行了气水耦合数值求解。其中热射流考虑了汽化因素对气泡内气流场的影响,数值模拟了气泡的形成、发展、断裂及融合过程,揭示了气泡中压力和马赫数等参数的变化规律,得出了水下点火初期的流场特征。研究发现:在相同入口压力下,热射流产生气泡的空间尺度比等温射流产生的气泡空间尺度要小;气泡发展过程中会出现颈缩,也可能断裂,断裂与否取决于气泡颈缩处内外压差,气泡的颈缩与断裂是产生压力脉动的重要因素,并决定了压力峰的位置和大小,气泡断裂位置越靠近喷管出口,压力峰值越大,该压力峰值会影响火箭发动机尾流场特性。     

非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。     

温度对2E12铝合金疲劳性能与断裂机制的影响

采用疲劳实验、SEM及TEM等分析测试手段,研究温度对2524-T4合金疲劳寿命及断裂机制的影响.实验结果表明,服役温度对合金疲劳寿命及断裂机制有显著的影响,温度升高导致合金在寿命106次条件下疲劳强度降低,100℃合金的疲劳强度较-55℃下降约30MPa.由于不同温度条件下疲劳过程中位错、二次相及晶界间相互作用机制的不同,-55℃条件下合金断裂表现出较强的晶体学裂纹特征,室温和高温条件下断口主要以穿晶断裂为主,同时伴随局部沿晶断裂特征.     

高应变率下HTPB推进剂动态断裂性能研究

为研究HTPB推进剂在冲击载荷作用下的动态断裂特性与破坏机理,使用中心直裂纹圆盘试件,在分离式Hopkinson压杆实验系统上开展了推进剂动态断裂实验,得到了高应变率下HTPB推进剂的Ⅰ型动态起裂韧性值,利用扫描电镜观察了推进剂的断面形貌,并使用分形几何方法计算了断面分形盒维数。结果表明:本文的实验方法是有效的,推进剂的动态起裂韧性具有明显的应变率敏感性,在应变率400~1100s-1范围内,其值随着加载速率的增加呈现线性增长的关系;推进剂在高应变率条件下呈现颗粒破碎、穿晶断裂等脆性断裂特性,应变率越高,推进剂断面的分形盒维数越大,推进剂的颗粒破碎程度越严重,从微观层面验证了推进剂断裂韧性的应变率敏感性。     

基于缺陷概率特点的粉末冶金材料寿命预测概率模型

粉末冶金材料由于其制造工艺的特点,强度和寿命对微缺陷（夹杂、气孔、表面划伤）十分敏感,导致了粉末冶金材料的破坏具有较大的分散性,使得寿命预测更为困难。本文根据国内粉末材料中缺陷的分布特点,基于文献[79]中概率断裂分析的思路,对原有方法进行了修正和推广,重新给出了缺陷在表面、亚表面以及内部时的定义及缺陷在这些不同位置时出现概率断裂的确定方法,建立了一个可考虑缺陷形状、大小、位置等分布特征的粉末冶金材料寿命预测概率模型,并基于此计算了不同尺寸缺陷位于不同位置时材料的失效概率及总失效概率。分析表明:所给出的方法可以很好的表征国内工艺条件下粉末冶金材料缺陷的概率特征对强度寿命的影响,方法是有效的。      

涡轮轴断裂条件下的涡扇发动机性能建模

为了研究双轴混合排气涡扇发动机高压轴断裂失效后的动态性能，建立了轴断裂条件下涡扇发动机过渡态的共同工作方程，以及各部件考虑容积效应和气体惯性力的模型部件。在此基础上，分析了地面起飞状态和巡航状态下涡扇发动机高压轴断裂后发动机气路参数的瞬态响应规律和机理。研究表明:涡扇发动机高压轴断裂会在不超过05s的时间内导致压气机喘振、涡轮前温度超温、涡轮转速超转等继发性危害事件。在不同飞行状态下出现的轴断裂，上述事件发生的先后次序各不相同。尤其在地面起飞状态下，涡轮超转事件极可能先于压气机喘振现象而发生，012s内涡轮即可达到其破裂转速。这些都需要在航空发动机被动安全设计中给予足够的重视。      

航空发动机反推力装置安装座断裂分析

在某发动机反推力装置整机试验过程中,1处作动筒安装座发生断裂。为确定故障原因,对断裂安装座进行宏观检查、断口分析、材质分析及有限元分析等。结果表明:安装座前侧安装边棱边与座身转接处首先发生高周疲劳断裂,该处断裂后造成构件结构失稳,在试验载荷的进一步作用下导致另外2个安装边发生瞬时断裂;疲劳源区存在的缩孔缺陷导致该处产生应力集中,对安装座过早疲劳开裂有促进作用;合金成分中Cu元素含量超标导致组织中析出大量θ脆性相,从而降低了合金强度,这也是安装座过早疲劳开裂的原因。对铸造工艺和无损检测工序提出了改进建议以避免此类故障再次发生。     

某平衡螺栓故障分析

某平衡螺栓在试验中发生了断裂,为分析其断裂原因,本文计算了试验状态下平衡螺栓的位移、应力及低循环疲劳寿命,并补充分析了螺杆直径增大、伸出螺母的螺纹部分长度缩短情况下平衡螺栓的应力,结合化学成分分析和断口分析,找出了平衡螺栓断裂的原因,揭示了该平衡螺栓的设计缺陷。     

定向有机玻璃的拉伸断裂行为研究

研究了定向有机玻璃在不同温度下的拉伸断裂行为,探讨了定向有机玻璃拉伸行为与温度的关系.结果表明:随温度升高,定向有机玻璃的拉伸强度和拉伸模量降低,断裂伸长率增加,材料由刚而脆变得软而韧.不同温度下定向有机玻璃的断裂特征差别显著,在23℃时分层断裂特征最明显,在-55℃时主要为礼花状放射特征,而在80℃时主要为韧性断裂特征.     

2D-C_f/SiC复合材料蠕变断裂及损伤机理研究

研究了2D-C_f/Si C复合材料在空气中,温度分别为700℃和900℃,蠕变应力分别为50MPa、75MPa和100MPa条件下的蠕变断裂及损伤机理。运用拉森-米勒参数法拟合材料的蠕变断裂时间,使用扫描电子显微镜分析其微观组织和断口形貌以进一步揭示其蠕变断裂机理。结果表明:2D-C_f/Si C复合材料的蠕变断裂寿命与温度和应力密切相关,较高温度或应力会降低材料的蠕变断裂寿命;在蠕变过程中,材料除发生应力损伤外,还会发生氧化损伤;2D-C_f/Si C复合材料的氧化损伤比应力损伤对蠕变断裂时间有更显著的影响。     

石墨烯增强钛基复合材料界面调控及强韧化机理研究进展

高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能,探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而,钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大,如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上,重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展,探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点,最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战,并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合,深化界面优化设计和可控制备,拓宽应用领域。     

复杂环境下的三维疲劳断裂

 以三维弹塑性断裂理论为基础,对复杂载荷、复杂环境作用下的金属材料和结构的疲劳、断裂的若干关键问题进行了概要分析。给出了由材料性能试验的标准试样结果预测结构中一般形态缺陷的三维破坏的最新结果,获得了对不同载荷条件下腐蚀疲劳裂纹扩展的统一描述,介绍了由裂纹扩展基准曲线预测谱载腐蚀疲劳裂纹扩展寿命的最新进展,对结构服役寿命/日历寿命研究方法作了探讨。     

某型发动机加力燃油总管喷油杆断裂分析

研究了某些发动机在使用中发生的两起加力燃油总管喷油杆断裂故障，通过断口分析，组织检查，喷油杆受力分析等工作，找出喷油杆疲劳断裂失效的根本原因是设计不佳，导致喷油杆根部承受的应力水平较高，另外焊接缺陷是对疲劳裂纹的萌生起到了促进作用，最后提出了预防与改进的措施。     

平纹芳纶织物/环氧树脂复合材料抗冲击性能研究

采用试验和数值的方法对30层芳纶织物复合材料的抗冲击性能进行了研究。首先对30层芳纶织物复合材料进行了子弹打靶冲击试验,得到芳纶复合材料在子弹冲击下的鼓包、穿透、纤维断裂等信息;其次,建立复合材料冲击有限元模型,并基于Hashin断裂准则模拟了织物在冲击载荷作用下的失效和断裂行为,采用Cohesive单元模拟材料的变形和层间开裂失效,得到了材料在冲击作用下的位移场、应变场、界面分层、纤维断裂以及子弹的冲击速度变化等信息。最后,对试验测量和有限元分析结果进行对比,分析了复合材料在冲击载荷作用下的能量吸收、能量耗散等抗冲击性能,为材料的工程应用提供参考。     

超声疲劳试验技术的应用

论述应用超声疲劳试验技术研究金属合金受高频(20000Hz)振动载荷下的疲劳寿命及裂纹扩展性能, 研究材料受超声疲劳循环载荷的机械损伤和断裂机理。该试验技术应用于疲劳断裂研究领域具有省时、省力、省钱和无噪音等突出优点, 并能很好地模拟航空发动机有关构件实际工作状态下的机械损伤模式。      

耳片接头的断裂失效数值模拟

金属材料断裂研究属于工程计算中的难点问题。目前对于金属构件延性断裂问题的研究,多是基于10种经典塑性材料断裂试样,分析构件延性断裂的表征参数和断裂机理,对延性金属断裂准则在耳片接头类结构中的应用研究较少。本文对4种结构形式的耳片接头进行拉伸断裂试验,采用应力三轴度准则,模拟接头在拉伸试验中的断裂失效,对比接头的结构形式对断裂性能的影响和算法精度。研究表明:在材料的线弹性阶段,4种接头的位移变形基本一致;接头的断面主要集中在耳片开孔中心位置;在耳片开孔处增加凸台,可以提高接头的断裂强度;立筋、R角对接头断裂性能影响较小。     

焊缝的Mis－Match效应

失配焊接接头焊接区局部力学和整体变形行为与均质材料行为有明显差异，焊缝失配对焊接结构的弹塑性断裂有较大影响．本试验综合介绍了有关失配焊缝和热影响区裂纹驱动力、断裂韧度测试和缺陷评定等方面的研究进展及主要问题，对于焊接结构的安全设计与评定具有一定的理论和工程实际意义．     

CVD纤维及其增强金属基复合材料强度的分布特征研究

采用单一Weibull统计分布函数来描述CVD纤维抗拉强度的分散性,发现具有不同断裂机制的缺陷所引发的断裂其拉伸强度分布分别符合Weibull分布,并具有各自独特的形态和参数;对热压复合前后的纤维的抗拉强度分布特征进行分析比较,结果表明热压复合过程对纤维的性能及抗拉强度分布特征有一定的影响,这主要是因为热压改变了纤维内部缺陷的类型和分布。另外还就以上研究结论在纤维的生产及其产品的性能表征方法、纤维增强金属基复合材料性能的非破坏性评估方法上的应用进行了讨论。     

界面状况对SiCp／Al复合材料断裂特征影响的初探

采用带拉伸实验台的扫描电子显微镜对粉末冶金法制备的ＳｉＣＰ／７０７５Ａｌ复合材料进行了动态原位观察和拉伸断口分析，并利用透射电子显微镜对ＳｉＣＰ／Ａｌ复合材料的界面状况进行了初步探索。结果表明，界面结合状态直接影响复合材料的断裂特征。     

歼七E型飞机前襟拉杆耳环断裂及预防

本文针对部队发生有前襟拉杆断裂故障,对前襟拉杆断裂的故障原因进行了充分的理论分析和试验验证,找出了原拉杆在设计结构形式、材料、工艺方面的缺陷,提出了用标准关节轴承代替杆端关节轴承、以30CrMnSiA代替38CrMoAlA等改进设计方案,大大提高了其抗疲劳性、抗腐蚀性和维护性,彻底解决了拉杆断裂的故障,并确保了新设计的前襟操纵拉杆与机体同寿,在我国歼击机前、后缘机动襟翼操纵系统设计上处于领先地位,并达到世界同类飞机水平。