基底/功能梯度涂层结构的动态热应力分析及结构优化

 研究了金属基底 /功能梯度涂层结构中的动态热应力;对功能梯度材料的梯度指数进行了优化;分析了可能的破坏模式。研究结果表明,加热速度对结构中的热应力分布有很大的影响,存在优化的梯度指数使得结构具有最大的热强度。     

浅析缓和热应力梯度功能材料的梯度化设计问题

提出了缓和热应力梯度功能材料的梯度变化设计思想和基本原则,分析了简单几何体的定常热应力,为缓和热应力型梯度功能材料的设计提供了指导依据。     

Al2O3—Ti系梯度功能材料的优化设计

对Ａｌ３Ｏ３－Ｔｉ系梯度功能材料在制备过程中产生的残余热应力进行了弹性有限元法分析。讨论了梯度层数目,梯度层厚度和成分梯度指数对应力大小和分布的影响,优化出了各项最佳参数。非线度功能材料与优化后的梯度功能材料的残余热应力对比结果显示;梯度功能材料缓和热应力的效果十分显著。     

热应力分析及应用

简要介绍了某结构设计时热应力分析的必要性,通过对某结构的温度场分析和热应力分析,计算静热联合应力,同时与单独静力作用下的应力比较,可以看出静热应力远大于单独静力应力,说明在该结构设计时,必须考虑温度梯度变化引起的热应力作用.     

飞行器用梯度材料的微观结构及热应力分析

采用薄片叠层法制备了SUS304/ZrO2梯度材料,观察了梯度为20%的梯度材料的微观形貌,对其截面进行了显微硬度测量,并进行了残余热应力分析.结果表明:SUS304/ZrO2梯度材料呈阶梯式梯度变化,成分呈梯度变化过渡良好,残余热应力远小于SUS304/ZrO2层状材料,热应力缓和效果明显,可以满足飞行器材料的使用要求.     

黏胶丝基碳布增强C/C复合材料研究

采用黏胶丝基碳布进行了二维层板C/C复合材料研究。和PAN基碳布进行对比,分别从碳纤维微观结构、表面形貌、碳布物理性能、树脂基复合材料炭化过程残余热应力模拟、C/C复合材料力学和热物理性能表征等方面进行了对比分析和研究。结果表明,2 200℃处理的黏胶丝基碳纤维是非石墨化结构;纤维横断面呈腰子形,碳布纬向纱弯曲。黏胶丝基碳纤维的密度仅1．39 g/cm~3;拉伸模量很低,约50 GPa。炭化过程研究表明,黏胶丝基碳纤维轴向具有持续的正的线膨胀行为,在炭化初期与酚醛树脂的膨胀行为相一致;黏胶丝基碳布增强树脂基材料在800℃的面内自由热应变是PAN基材料的1/8;模拟的炭化过程热应力是PAN基材料的1/60。黏胶丝基C/C层板材料的层剪强度高于PAN基C/C复合材料,达到16．2 MPa;其拉伸强度为46．6 MPa,弯曲强度高达95．5 MPa,拉伸模量与弯曲模量基本一致,约10 GPa。黏胶丝基C/C复合材料在800℃的热导率是6．48 W/(m·K),与PAN基C/C复合材料非常接近;在800℃的线膨胀系数是2．18×10~(-6)/ K,远高于PAN基C/C复合材料的-0．387×10~(-6)/K。总之,黏胶丝基碳纤维由于其表粗糙度大、碳布纬向纱弯曲、极低的拉伸模量、正的轴向线膨胀系数,因而C/C复合材料层剪强度高,成型工艺中热应力低,较PAN基碳纤维更适合于研制不分层的二维C/C复合材料。     

碳纤维增强铝合金层合板的残余热应力分析

碳纤维增强铝合金层合板（CARALL）是由碳纤维复合材料和铝合金薄板制成的，由于碳纤维复合材料和铝合金的热膨胀系数相差很大，加热固化后会产生较大的残余热应力。本文对碳纤维增强铝合金层合板中残余热应力进行了分析，并在碳纤维增强铝合金层合板的加热固化阶段，使用二次加热法来降低碳纤维复合材料和铝合金薄板的粘结温度，从而降低残余热应力。     

新型航天材料——倾斜特性材料

倾斜特性材料是近几年来出现的一种新型结构材料,它以金属和陶瓷为原材料,通过控制材料结构成分的连续分布来消除界面,缓和热应力。这种材料强度大,耐高温,是制造空天飞机的理想材料。本文着重介绍了倾斜特性材料的设计思想及其有关制造技术。     

固体火箭发动机喷管石墨喉衬的温度场和应力场研究

本文系统地说明了从边界条件,瞬态温度场和热应力场三个方面研究石墨喉衬热应力问题的方法。导出了横向同性材料轴对称瞬态温度场、热应力场的有限元公式。据此,对φ184和φ205喉衬进行了数值计算。分析讨论了获得的计算结果。     

锯齿冠叶片瞬态热应力模拟试验

锯齿冠涡轮叶片在发动机起动过程中会产生较大的热应力。这种热应力与离心应力、气动应力合成的综合应力可能引起涡轮叶片的低循环疲劳失效。建立了瞬态温度场的热传导、热弹性相似关系 ,通过满足热相似条件的热模拟试验 ,分析了某型锯齿冠涡轮叶片在发动机起动过程的瞬态热应变和热应力 ,其结果为分析该型叶片的低循环疲劳失效原因提供了依据 ,同时讨论了叶冠结构因素对热应力的影响。     

带损伤复合材料层压板剩余强度估算方法研究

 针对带损伤, 特别是冲击损伤的复合材料层压板的剩余强度估算, 提供易于工程使用 的思路和方法。包括: ① 提出了一种不依赖具体分析方法的统一的损伤记录与表征方法——损 伤数据结构DDS; ②提出了一种全新的缺口强度破坏判据——损伤影响(D I) 破坏判据; ③ 提出 了简单易用的估算冲击分层的弯曲应变能密度分层模型; ④提出了一套能够分析包括预埋分层 和冲击分层在内, 并能够处理单一分层以及多分层的损伤剩余强度估算方法。对共计12 种材料 体系、52 种铺层形式的开孔拉抻强度、预埋分层压缩强度及冲击后压缩强度进行了大量估算分 析, 与近百组试验结果相比均有良好一致性。     

气动热环境下玻璃窗口热应力试验分析

飞行器在大气层内高速飞行,气动加热会引起飞行器玻璃窗口损坏。为分析玻璃窗口在气动热环境下热应力状态,在高频等离子体风洞中采用电阻应变计测量方法开展了试验研究。本文针对玻璃窗口的特点,介绍了玻璃窗口模型的固定支架设计以及在玻璃上安装应变计的方法和特点。针对试验快速升温的特点,对应变计标定了瞬时热输出,并与稳态热输出进行了对比。通过风洞试验得到了气动热环境下玻璃窗口模型应变应力变化结果,并利用有限元计算验证了该试验结果。试验结果表明,玻璃窗口模型在最高温度300℃试验状态下应力状态处于合理水平,热应力不会对玻璃窗口造成损坏。     

夹层玻璃力学模型的探讨

根据夹层玻璃的实验应力分析结果和板壳弹性理论,提出复合刚度矩阵处理均质连续夹层玻璃和分解外力计算单片玻璃两种力学模型和计算方法,分别针对夹层材料的不同弹性常数下的受力状态,采用有限元数值计算得出有一定精度并非常实用的夹层玻璃应力分布。     

基于迎风格式的三角翼涡流场数值模拟研究

采用基于有限体积方法的高精度迎风格式对层流N-S方程进行了数值模拟,研究了普通三角翼和双三角翼亚音速绕流的流场特性,并对双三角翼的几何外形、网格分布及远场边界对数值模拟的影响等问题进行了初步探讨.     

纤维增强涡轮轴结构失效模式分析方法及试验验证

针对连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析问题,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,建立细观力学代表性体积元(RVE)模型,通过编程模拟实现模型的周期性边界条件,计算纤维增强复合材料应力响应,将其均值应力转化为真实应力,确定失效包线。建立连续纤维增强轴结构力学模型,计算轴结构在扭转载荷下的应力响应。通过复合材料层合板主偏轴关系应力转化,将危险单元各方向宏观应力响应计算结果转化到细观力学RVE模型上,即为细观力学RVE模型受载情况。结合细观力学失效边界确定复合材料轴结构危险位置失效模式,当扭转载荷达到5 000～5 500 N·m之间,复合材料最外层即层6(+45°)首先达到基体拉伸失效载荷。开展复合材料轴结构失效模式试验,在扭转载荷达到6 000 N·m时,声发射信号相互叠加,大部分均为中频信号,中频信号多为基体、界面开裂信号。与模拟仿真计算结果对比分析,验证连续纤维增强复合材料涡轮轴结构失效模式分析方法的有效性。利用所建立模型预测了某型发动机低压涡轮轴的失效载荷及失效模式。     

The Mighei meteorite

The Mighei meteorite is generally considered to be unique amongst the group of stony meteorites known as the carbonaceous chondrites in a number of scientifically interesting aspects. The meteorite, which is related to the type II carbonaceous chondrites of Wiik's classification (or type C2 according to van Schmus and Wood), contains extraterrestrial organic compounds (general C content = 2.6%), and extraterrestrial water associated with iron-magnesium silicate crystals (general H₂O content=12%).The meteorite fall occurred in 1889, over a region in the Ukraine. In structure it was found to be a chondritic meteorite, having chondrules of order 0.5 mm in size. The composition of the meteorite is inhomogeneous. In mineralogical terms the meteorite is composed of two paragenetic associations, described as high and low temperature, which are generally distributed in equal proportions. The low temperature associations are a characteristic only of carbonaceous chondrites: the minerals involved are chlorites or the serpentine group, carbonates, free sulphur, sulphates and low temperature glass. In chemical terms the Mighei meteorite is somewhat enriched in the volatile elements S, C, H, N, O in comparison to the usual chondrites. These elements are found in different forms and the isotopic composition of the elements S, C, O, is different for different phases. The meteorite is also rich in a number of other fairly volatile element admixtures such as: B, F, Cl, Cu, Zn, Ga, Ge, Br, In, Te, I, Hg, Tl, Pb, Bi, and contains somewhat enhanced initial quantities of rare gases.The organic compounds are of an abiological nature in the meteorite and are located in finely dispersed distributions between the chondrules. They are present in the main, as polymerized organic compounds. Among these polymers there are gaseous hydrocarbons (saturated and non-saturated) and extractable organic compounds. In the latter condition the following organic compounds have been identified: aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, amino acids and others. The meteorite contains free organic radicals (10¹⁷ centres g^–1), uncoupled -electrons which are delocalized in the aromatic structure of the polymeric matter.The radiogenic age of the meteorite has been determined as from 2.4 to 3.2 × 10⁹ yr (by the K-Ar method) and up to 4.54 × 10⁹ yr (by the Rb-Sr method), while the radiation age is put at 0.5 to 2.4 × 10⁶ yr. Details of the meteorite structure give evidence of at least two processes in its formation; the accretion of the meteoritic matter, together with the simultaneous formation of organic compounds could have taken place at temperatures between 450 and 300 K.Reported on the XIV Meteoritic Conference, December 17, 1970, Moscow.     

TB6钛合金抛光表面完整性试验

针对目前TB6钛合金类零件主要依靠手工抛光的技术问题,提出了羊毛毡轮数控抛光工艺,研究了抛光参数对表面粗糙度、表面硬度、表面残余应力的影响,进行了羊毛毡轮抛光参数优化,优选出了一组抛光参数:线速度v_s=19.63m/s,进给速度v_f=300mm/min,预压量a_p=0.5mm,加工行宽w=0.5mm。在此抛光参数下,羊毛毡轮抛光能够有效去除铣削刀纹,抛光后表面粗糙度R_a=0.15μm,并且抛光后表面残余应力为压应力。试验结果表明,该抛光方法能够有效地改善零件的表面完整性。     

GLALL层板疲劳裂纹扩展特性分析

对玻璃纤维/铝合金混杂复合层板GLALL的疲劳裂纹扩展特性进行了有限元分析, 应用能量法得到了GLALL板铝合金层裂纹尖端的应力强度因子随裂纹长度的变化规律。由于高强度玻璃纤维对铝合金层裂纹的桥接作用, 降低了裂纹尖端的应力强度因子, 因而使得裂纹的疲劳扩展速率也大为降低, 且随裂纹长度的增加基本不变化。计算结果与实验符合很好。     

横肋粗糙元地表的风场阻力特征研究

使用雷诺应力模型(RSM)模拟横肋粗糙元地表的风场，将粗糙元横截面的高宽比 h/b、粗糙元间距宽度比w/b 以及间距高度比 w/h 作为粗糙表面的特征参数，利用数值方法定量研究了粗糙表面阻力随粗糙元密度的变化规律以及粗糙元横截面尺寸改变对阻力的影响。研究结果表明：粗糙元横截面尺寸改变不影响粗糙表面阻力随粗糙元分布密度的变化规律，粗糙元的间距高度比 w/h 是横肋粗糙表面的关键特征参数，且粗糙表面的平均总阻力在 w/h=7时取得最大值。     

双马来酰亚胺／E—玻璃布复合材料的研制

研究了用于雷达罩的改性双马来酰亚胺（ＢＭＩ）／Ｅ－玻璃布复合材料板的介电性能、温度对材料力学性能的影响以及耐热性能,并采用波导法测定了改性ＢＭＩ／Ｅ－玻璃布复合材料雷达罩的透波率。结果表明,这种材料能够满足雷达罩的介电性和耐热性要求。