航发高温内腔温度场模型的建立与仿真分析

航空发动机内腔温度高、变化快，传统接触测试方法需要破坏结构或加载传感器于内腔获取温度数据。针对这种高温测量应用需求，从热传导和热弹性理论出发，理论分析了温度场作用下的钢质薄板变形特性。基于热弹性的基本方程和边界条件，研究了符合轴对称原则的金属薄板的应力、应变、位移、温度之间的数学关系，建立了多项式方程求解金属薄板温度位移模型。依据金属薄板材料参数和边界约束条件，有限元仿真分析了金属薄板的热变形状态，仿真结果与建立的模型计算数据比对验证基本一致，初步验证了温度计算模型的可靠性，为微变形内推温度测量提供可能。     

太阳辐射对航空发动机露天试车台热变形的影响

航空发动机露天试车台暴露于室外大气环境中，太阳辐射将导致其结构热变形，直接影响测试精度。首先使用ASHRAE模型对ANSYS Workbench中Solar Calculator功能模块的辐射计算结果进行验证，确定了模块计算的准确性；然后基于Solar Calculator功能模块对露天试车台结构温度场进行计算分析，探究了太阳辐射对露天试车台结构热变形的影响。结果表明，利用Solar Calculator功能模块计算太阳辐射强度最大误差为5.20%，露天试车台因温度变化导致在x、y、z方向上分别伸长0.033%、0.107%和0.020%。还对基于有限元结构建模与利用线膨胀系数估算的结构变形进行了计算，两种算法的平均误差在6.52%以内，验证了有限元模型用于热变形计算的合理性。     

热-机耦合分析的有限元法及其应用

基于有限元分析的基本原理,建立了热-机耦合问题分析的有限元基本方程,并对工件挤压过程及摩擦制动问题进行了分析。算例表明,热-机耦合分析方法能很好地模拟受热结构的温度场和应力应变场,为结构设计和工艺设计提供依据。     

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

转子热弯曲瞬态温度场研究

研究转子在停止加热后，在自然对流换热过程中转轴的瞬态温度场，为热弯曲变形分析提供了依据，以双环式实验器为对象，采用SIMPLE方法计算换热系数，用三维有限元方法计算转子瞬态温度场，计算结果与实验结果吻合较好，因而，这种方法可用于分析发动机转子在停机后的温度变化规律。     

基于逆向有限元法的变形机翼鱼骨的变形重构

变形监测技术能够为自适应变形机翼的变形控制系统提供参考信息，是保证结构安全性以及优化结构的运行性能的重要手段。传统的基于光学成像的变形测量方法已经不能满足自适应智能结构的实时变形监测的要求。由于变形机翼表面受气动载荷影响，不便于直接在变形机翼蒙皮表面布置应变传感系统，目前还没有针对鱼骨结构这种真实复杂机翼结构的变形重构研究，大多针对机翼翼型的变形重构研究是将整个机翼简化成简单的翼形板、梁结构。针对上述问题，本文首次以真实复杂变形机翼主承力结构——鱼骨为研究对象，提出了一种基于逆向有限元（iFEM）算法与位移分段叠加思想结合的变形监测方法，根据Mindlin板变形理论建立四节点逆向壳单元，采用应变传感系统测得鱼骨结构表面应变分布作为算法输入，然后基于最小二乘变分方程求解结构应变场和位移场之间的传递函数，重构鱼骨结构的变形形状，为反演机翼翼型的变形形状提供方法。针对真实自适应变形机翼的主要承力构件开展了变形实验，实验结果表明，机翼鱼骨在分别偏转5°、10°、15°的情况下，逆向有限元法能准确重构鱼骨变形形状，验证了基于逆向有限元法的变形重构方法在真实自适应变形机翼结构变形重构研究中的有效性和准确性。     

两种电主轴热态特性的比较分析

对电机中置式电主轴和电机后置式电主轴分别建立有限元模型,并对这两种电主轴进行了热态特性的比较分析。结果表明,后置式电主轴在温升和热变形方面有着电机中置式电主轴无可比拟的优势。     

CA-FEM模拟β21S合金多道次热变形过程中的组织演变

本研究基于一种改进的元胞自动机(CA)与非线性有限元(FEM),建立了多道次热变形过程CA-FEM模型,模拟了β21s合金多道次非等温热压缩过程中的组织演变过程.通过有限元分析获得温度场、应变场、应变速率场等局部参数,作为元胞自动机模型的输入,模拟得到坯料心部与端部在多道次热变形过程中的组织演变特征.模拟过程中综合考虑热变形、静态再结晶、亚动态再结晶和动态再结晶等物理冶金现象.结果表明,坯料的局部热变形参数对组织演变影响较大,坯料心部再结晶程度大于坯料端部,心部组织细化效果优于端部.变形过程中的动态再结晶起主要的晶粒细化作用.     

辊筒模具超精密加工机床液体静压导轨热变形分析

为了提高辊筒模具光学微结构的加工精度,本文对辊筒模具超精密加工机床的直线导轨系统进行了热变形分析。首先,根据液体静压导轨的结构特点提出了有限元分析中的油膜等效替代方法,建立了有限元分析模型。其次,应用有限元软件对机床直线导轨系统进行了热-结构耦合分析,得到了其直线导轨系统热变形误差,并给出了改善辊筒模具加工机床光学微结构加工精度的方法。最后,通过微结构刨削加工实验对有限元分析结果进行了验证。     

石英挠性加速度计组件精密温控系统热分析

在捷联惯性导航系统中石英挠性加速度计是其核心器件,加速度计的温度 特性直接影响其测量精度。在高精度的惯性系统中,需要对加速度计组件进行精度优于 0.05℃的温度控制。为了研究加速度计组件精密温控系统,利用有限元分析软件ANSYS 建立石英挠性加速度计组件温控系统的有限元模型,仿真计算其有限元模型的温度场。 首先根据组件的结构特性建立了其有限元模型,介绍了热分析中求解条件的确定方法。 通过仿真得到温控系统的温度场模型,根据温度场模型计算温度梯度并且确定系统的测 温点、控制方式,最后利用加速度计输出数据验证分析结果的正确性。研究结果可以为 加速度计组件精密温度控制系统中的测温点选取、控制方式确定以及捷联惯导系统中温 度补偿、温度控制与热优化提供参考依据。     

液浮惯性仪表温度场的仿真分析

液浮惯性仪表精度跟温度场有关联,温度分布不均匀和温度波动都会对仪表精度产生影响,因此研究液浮惯性仪表内部的温度场分布尤为重要。利用有限元方法对液浮惯性仪表进行温度场仿真计算,根据仪表的结构特点合理的设置了测温点,通过试验的方法提取了特征点的温度值,验证了仿真结果的正确性,为液浮惯性仪表的热设计提供了基础参数。     

热载荷对止口连接结构过盈量的影响分析

针对工作状态下航空发动机止口连接结构工作可靠性问题,开展了不均匀温度场下止口连接结构过盈量变化的研究。建立了止口结构简化模型,基于热弹性力学理论,利用平衡微分方程、物理方程和几何方程,推导出不均匀温度场下止口过盈量变化的计算式;通过算例进行理论计算,结合有限元软件对计算结果进行仿真对比。结果表明:在一定温度场下,航空发动机止口连接结构实际过盈量理论损失高达63%,设计时应加以补偿。所得结论可为止口连接结构过盈量设计提供理论依据。     

一种三维弹性机翼气动优化新方法

基于控制理论方法和有限元分析软件,通过将网格生成、流场计算、有限元分析、粘性伴随方程数值求解、梯度求解和拟牛顿优化算法等几方面的有效结合,研究与发展了计及静气动弹性影响的三维机翼气动优化设计方法,其中,雷诺平均Navier-Stokes方程为主控方程,气动载荷和结构静弹性变形量由气动/结构方程的耦合迭代求解得到,目标函数梯度信息由共轭方程数值求解得到。典型大展弦比机翼气动减阻设计结果表明：研究及发展的计及静气动弹性影响的三维机翼气动优化设计方法是有效的,能够有效考虑静气动弹性的影响。     

基于有限元分析方法的某惯性台体结构优化设计

建立惯导系统中惯性组件结构三维模型,利用有限元分析软件对惯性组件结构进行有限元模态计算和分析。根据模态分析结果,对惯性台体结构进行拓扑优化,达到惯性台体减重的目的,优化后的惯性台体结构满足文中提出的设计要求。此结构优化设计方法简单,易于实现,对优化惯导系统结构设计,实现小型化、轻量化目标具有一定的指导意义。     

CVD-SiC反射镜制备过程中热应力变形的研究

采用CVD工艺在反应烧结碳化硅(RB-SiC)反射镜坯体上沉积了一层致密的碳化硅薄膜作为反射镜镜面.CVD-SiC和RB-SiC热物理性能上的差异引起的热残余应力和热变形,在很大程度上影响反射镜的质量,本文采用有限单元法计算了沉积过程中反射镜的温度场、应力场和热变形,采用X射线衍射方法测试了薄膜表面的残余应力.分析结果表明,薄膜存在较大的残余应力,包括热应力和本征应力,两者量值相当,热变形很小.     

瞬态热冲击环境下金属蜂窝板结构的热防护特性

使用自行研制的高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统,对金属蜂窝板结构在多种瞬态热冲击速率下(5℃/s至30℃/s)的隔热特性进行了试验研究,其中最高瞬时温度达到950℃.并采用三维有限元方法对金属蜂窝板结构在高速热冲击环境下的隔热特性进行了数值计算,其计算结果与试验结果吻合性良好,验证了试验方法以及数值模拟方法的可信性和有效性.由试验知金属蜂窝板结构经过950℃热冲击后的翘曲和扭曲变形均很小,特别适合用于制作在高温环境下,要求变形小、质量少的高速飞行器结构部件.     

惯性平台橡胶减振器弹性特性的有限元分析

本文以某型号惯性平台减振器为研究对象，探讨了橡胶减振器弹性特性的有限元分析方法。利用有限元Ansys分析软件，进行了橡胶减振器有限元建模的数值试验分析；为了精确描述橡胶的特性，文中采用了弹性应变能函数方法，选取本构方程拟合试验数据对橡胶材料特性曲线进行评估。预测的计算结果与试验吻合较好，表明所建的数学模型和有限元计算方法能较理想地获得橡胶减振器静态、动态解。本论文提供的方法对同类减振器及其复杂结构系统的静态、动态计算奠定了基础，同时对以后同类减振器的设计具有一定的参考意义。     

基于紧固件载荷变形曲线的结构有限元分析

讨论了紧固件载荷变形曲线数值分析方法,提出了基于紧固件载荷变形曲线有限元建模方法。利用三层搭接板试验结果,验证了基于紧固件载荷变形曲线的有限元建模方法有效性,并同工程中传统紧固件建模方法进行了对比研究。结果表明,采用紧固件载荷变形曲线的模型化方法更能模拟紧固件真实刚度,得的计算结果接近于试验实测结果。提出的模型化方法可为工程结构总体有限元分析或细节有限元分析中紧固件模型化提供参考。     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

高精度的机翼静气动弹性数值模拟方法研究

气动结构耦合是研究静气动弹性问题的关键所在。采用三维Euler方程为控制方程,以有限元方法计算结构弹性变形,用细平板样条法(TPS)实现气动结构数据间的转换,进行机翼静气动弹性数值的模拟。算例结果表明,本方法是一种具有很高计算精度和工程实用性的气动弹性模拟方法。