无限寿命可靠性分析方法

1.引言 材料在冶炼、加工和使用过程中,不可避免地存在各种初始缺陷或裂纹,对某些关键的或不易检修的构件(如螺旋桨叶、发动机气门弹簧等),常采用无限寿命设计,期望其中的初始缺陷或裂纹不继续扩展。这要求应力强度因子变程△K小于疲劳裂纹扩展门槛值△K_(th),而应力强度因子变程△K是应力变程△σ的函数X(△σ)与初始裂纹尺寸α_0的函数     

一种新型多维通量函数在求解平面叶栅跨音速流动的应用

采用一种改进的Ｒｏｅ格式对平面叶栅的无粘流动进行了数值模拟,并与Ｒｏｅ格式的计算结果进行了比较。采用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔａ时间差分格式,空间三阶有限体积法。网格生成采用贴体网格近壁面修正的方法。计算结果表明,该格式在减少格式对网格的依赖性,抑制数值粘性方面具有明显的作用。     

二维振荡机翼含激波跨声速非定常绕流广义变分原理的普遍形式及其派生族

本文建立了二维机翼作任意周期振荡时的非定常绕流的广义变分原理的更普遍形式及其派生族。文中充分发挥了“变域变分”与“自然界面条件”的有力作用,把振荡激波和尾涡面上的间断条件(例如Rankine-Hugoniot条件)也转化为自然界面条件,并兼顾了翼面的喷(吸)气作用。本文主要是为引进有限元等变分解法提供一个更普遍、更完善的理论基础,并可推广到三维机翼、二维及三维旋转叶栅上去。     

消除粘性项高阶离散数值振荡的半结点-结点交错方法

通常的粘性项处理方法是连续两次采用结点型中心差分格式求得.但是,通过两次采用高阶结点型中心格式求得的粘性项易在流场中的"间断"附近产生数值振荡.本文采用多种格式,通过求解一维Burgers方程来充分展示了这种振荡现象.为了消除这种数值振荡,一种半结点型的高阶紧致格式被用来求解粘性项.Fourier频谱分析表明,这种格式具有非常优越的保频谱性能.一维和二维的数值计算结果表明,通过"半结点-结点"交错采用这种半结点型格式的方法可以非常有效地避免粘性项高阶离散可能导致的数值振荡.     

二维机翼非定常气动力学反命题的变分理论

非定常流动的反命题迄今在世界文献中尚属空白。本文首次对它进行探讨，就二维振荡机翼的非定常气动力学反命的适当提法及其数学模型作了较深的研究，利用变域变分工具成功地建立了相应的变分原理及广义变分原理，为非定常机翼设计及有限元解的应用提供完整周密的理论基础。     

均衡、不动点及变分包含问题公共解的算法

介绍了求解公共解集的一种迭代格式。该迭代格式求解的问题包括有限个关于集值极大单调映射和反强单调映射的变分包含问题、非扩张映射不动点问题和均衡问题。在一定的条件下证明了强收敛定理。     

二阶非线性时滞微分方程解的振动性和渐进性

主要研究非线性时滞微分方程[a(t)h(x(t))x'(t)]'+p(t)x'(t)+q(t)f(x(σ(t)))=0,t≥T_0和[a(t)h(x(t))x'(t)]'+p(t)x'(t)+q(t)f(x(σ(t)))=e(t),t≥T_0解的振动性和渐进性。     

跨音速喷管化学反应流数值模拟

用时间相关的半隐格式有限差分数值方法求解了化学非平衡反应跨音速喷管流场，在喷管收敛段，流动接近化学平衡状态，控制方程的刚性问题严重，数值积分困难。通过对时间差分项隐式离散、对空间差分项显式离散，流场边界采用参考平面上的特征线法计算等，成功地解决了由于化学反应有限速率带来的数值解不稳定问题。该格式简单、需要计算机存贮空间少。本文完成了一维和轴对称非平衡化学反应喷管流动计算，并与化学平衡流和冻结流的计算结果做了比较。     

一种求解激波问题的中心差分-WENO混合方法研究

为提高求解包含激波问题的计算精度和效率,发展了一种低耗散、高效率的中心差分-WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)混合格式,Navier-Stokes方程的无黏项在光滑流场区域采用六阶中心差分格式离散,而间断附近采用五阶WENO格式求解;基于密度设计了一种新型格式开关实现两种格式在光滑区域和间断之间自动切换,确保数值解在间断附近基本无振荡。针对一维激波熵波作用问题验证了混合格式的低耗散特性;对二维Riemann问题的研究表明发展的基于密度的格式开关更为合理,混合格式的计算效率较WENO格式明显提高;将其应用到激波诱导燃烧问题中,混合格式能很好地捕捉定常流场中激波和化学反应锋面的位置以及非定常流场的振荡频率。     

优化计算在蠕变-疲劳寿命预测中的应用

对于 CP 型蠕变疲劳试验寿命预测,作者提出一种数值方法,即,为了获得预测方程 N~(-1)=((σ_T·△ε_γ)~(x_2))/X_1+((σ_T·△ε_c)~(x_3))/X_4的参数 x_i(i=1,4),应用参数的优化方法。这样,不仅节省试验成本和简化试验程序,而且计算结果表明,在预测精度和预测能力上,SEP 的数值方法优于现行的 SEP 法。     

固体火箭发动机内弹道性能预估方法的研究

 本文介绍两种预估固体火箭发动机内弹道性能的计算方法,重点介绍时-空交替计算方法。为了进行装药计算,采用了作者提出的二维装药通用计算程序,因此使得本文所介绍的内弹道性能预估方法具有通用性。以上计算方法已统一编制成计算机程序,并对三台不同的固体火箭发动机进行了验算,计算结果与试验结果相符合。     

TVD格式数值模拟斜腔内旋涡运动

 采用ＴＶＤ有限体积格式,通过求解非定常可压缩Ｎ－Ｓ方程,对恒定出入口压力比驱动下的斜腔内部流动进行了数值模拟。计算后得到清晰的流场涡系结构及其发展过程；显示了空腔流动中的自维持振荡现象；并分析了剪切层不稳定对周期性振荡的作用机制。     

应用流固耦合数值方法研究机翼的射流减振技术

采用流固耦合的数值计算方法研究了NACA 0 0 15翼型在大迎角 ( 15°～ 6 0°)范围的颤振 ,以及在翼型背部部分引入射流的减振技术。在流体区域用高精度、高分辨率算法求解Farve平均的Navier Stokes方程 ,在固体区域用四阶Runge Kutta法求解振动方程 ,并且每一个时间步后都在两个区域之间传递边界条件。计算结果表明在翼型背部引入适当射流会降低翼型的振动 ,并提高升力。但如果引入射流的速度过高 ,会在叶背处形成新的分离流 ,升力反而会下降     

在25℃和-40℃环境下的三种航空材料的裂纹扩展品质研究

 为了探讨室温和低温环境下的航空金属材料的裂纹扩展特性，进行了-40℃和25℃两种温度环境下的LY12CZ，LC4CS和30CrMnSiNi2A 3种材料的a-N和da/dN△K曲线的对比试验研究。从试验结果比较得出，这3种材料在-40℃的a-N曲线和da/dN△K曲线全部高于25℃下的a-N曲线和da/dN△K曲线，说明这3种材料在-40℃环境下的裂纹扩展速率要比在25℃（常温）下的裂纹扩展速率要低，即同样材料在同一载荷谱作用下，低温环境下的裂纹扩展寿命要高于常温环境下的裂纹扩展寿命。     

民用涡扇发动机起动过程改进的分段组合控制计划研究与试验

针对某型民用涡扇发动机,将n-dot闭环控制算法应用于涡扇发动机起动过程,设计了涡扇发动机起动过程开环与闭环分段组合的控制计划,仿真表明:涡扇发动机起动过程采用n-dot闭环控制算法在初始阶段会出现参数摆动的情况.为此,基于油气比作控制变量进行消喘的原理,对n-dot闭环控制算法进行了改进,以消除起动初始阶段的参数摆动.试验结果表明:改进后的分段组合的控制计划能够有效抑制参数摆动现象;并且,对于不同大气条件的起动测试,起动过渡态过程高压转子转速的数值差距不大于1.0%,延时不超过0.9s;而对于不同飞行状态的起动测试,起动过渡态过程高压转子转速的数值差距不大于1.0%,延时不超过1.2s,具有良好的稳定性和重复性.      

超塑变形过程中的空洞及其对变形后室温机械性能的影响

研究了不经任何预先处理的半硬态黄铜Ｈ６２和铝合金ＬＹ１２ＣＺ超塑变形过程中的空洞及其对变形后室温机械性能的影响。实验表明：①同一材料,在不同的超塑变形条件下变形,如果其空洞化程度随应变增加得越慢,则其超塑性越好;②超塑变形后材料的室温机械性能随所经受过的超塑变形量的增加而下降,当超塑变形后材料中空洞的面积百分数达到４％左右时,其室温弹性模量Ｅ、屈服强度σｓ、极限强度σｂ以及冲击韧性开始显著地下降,而此时的室温断面收缩率φ已下降了相当大的程度;③随着空洞化程度的提高,超塑变形后的材料也由韧性材料逐渐变成脆性材料。     

阵风发生装置流场测量与分析

以小型阵风发生装置为研究对象,采用二维热线风速仪,测量了不同工况下的阵风装置流场参数,给出了二维热线仪测量方案和在线角度修正方法,以及阵风幅值和波形稳定性计算方法。结果表明：采用风洞在线角度修正,可以提高二维热线的y向测量精度和测试效率;采用波形相位分析方法,可以满足阵风发生器产生的周期性波形的幅值和流场脉动量分析;阵风幅值与4～15Hz的叶栅摆动频率、8°～30°的叶栅摆动角度、50～100mm的叶栅弦长成正比关系;阵风波形的不稳定性（等相位速度脉动量）与叶栅摆动角度、来流速度有一定的线性关系,在本试验范围内随叶栅摆动角度、来流速度的增加而增加,同时,适当的叶栅摆动频率可以降低叶栅的波形不稳定性。研究结论对阵风发生装置研制及其流场测量具有一定的参考意义。     

脉冲放电等离子体控制火箭发动机高频燃烧不稳定性机理

为研究等离子体对火箭发动机高频燃烧不稳定性的影响,提出了一种基于脉冲激励准直流放电等离子体的控制方案,采用数值仿真方法研究了脉冲放电等离子体对燃烧室流场平均参数及动态特征的影响规律。结果表明:脉冲激励下燃烧室平均温度和压力都较定常激励下有所降低,对整个燃烧室的影响可以忽略。与定常激励相似,等离子体可以在一段时间内抑制高频压力振荡,而且在特定控制参数下其对不稳定燃烧的抑制效果优于定常激励方式;从功率谱密度分析可知脉冲激励下燃烧室压力振荡特征频率由燃烧室固有声学频率和脉冲激励频率两者共同决定,提高激励频率则特征频率幅值有所降低。脉冲激励方式与定常激励一样不改变燃烧室压力-释热耦合特征,但是通过降低释热率能够改变压力振荡幅值,进而实现对高频不稳定燃烧的抑制。在所研究工况中,激励频率为50 kHz、占空比为20%的脉冲控制参数下等离子体的抑制效果最佳。      

非线性壁板颤振分析

利用一种改进的计算流体力学与计算结构动力学(CFD/CSD)耦合方法研究了由气动和结构几何非线性引起的壁板颤振问题。在非定常气动力计算中,考虑了通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;二维和三维壁板的结构几何非线性建模则采用了有限元的协同旋转理论,并利用一种近似能量守恒算法求解结构的非线性响应。流场和结构求解器采用二阶松耦合方法联立求解,并将其应用于壁板在超声速、跨声速和亚声速的颤振计算中。当考虑结构几何非线性和气动非线性时,出现了典型的极限环振荡现象,并对颤振边界和极限环振荡幅度进行了对比分析。     

振荡环境下推进剂液滴亚临界蒸发响应特性

针对推进剂液滴在惰性气体中的蒸发过程建立了非定常物理模型,并应用全隐差分格式离散模型方程进行数值求解。研究了液滴蒸发过程对环境气体压力振荡的响应特性,可为液体火箭发动机不稳定燃烧分析提供理论基础。