基于双循环的离心叶轮多学科可靠性优化设计

 针对传统多学科设计优化方法中未能考虑不确定因素的问题,开展基于可靠性的多学科设计优化(RBMDO)方法的研究。以离心式压气机叶轮为对象,综合考虑工作状况和材料参数等随机性因素的影响,利用改进的一次二阶矩(AFOSM)法进行可靠性分析,通过双循环策略将多学科可行优化方法与可靠性分析相结合,合理引入近似技术,建立了基于可靠性的多学科设计优化系统。对某离心叶轮进行多学科可靠性优化设计的算例表明,在满足所有可靠性指标的前提下,该方法可实现离心叶轮综合性能的提高,并有效地缩减设计周期。     

基于短时傅里叶变换的Duffing振子微弱信号检测

研究了Duffing振子信号检测过程中混沌、间歇混沌和大周期状态的时频特征,提出了一种基于检测统计量的任意频率信号检测方法。通过对系统不同状态下的输出序列进行短时傅里叶变换(STFT)发现,等幅线和三维时频分布能够体现出不同状态的显著差异,且可以完全区分出每一种状态。从构造统计量的易实现性出发,用三维时频分布中的幅时曲线作为衡量不同状态的依据,并将不同频率对应的幅时曲线的均值最大量作为检测统计量,该统计量的计算可以借助快速傅里叶变换(FFT)操作提高时效性。在此基础上,引入频率控制单元,给出了任意频率信号的检测方法步骤,方法的关键是将检测统计量最大值处所在的频率作为待测信号频率范围的一个端点,另一个端点为毗邻的两个检测统计量值较大者所在频率点。实验给出了不同状态的检测统计量范围,进而以此范围为判据,实现了振子对任意频率信号的检测,说明了方法的可行性,为Duffing振子信号检测问题的研究提供了一种新的思路。     

发动机机匣弧面不规则管路的布局参数多目标优化设计

管路布局优化是降低发动机管路振动应力的重要手段,提出了一种发动机机匣弧面上不规则管路布局参数的多目标优化设计方法。从发动机机匣弧面的U形管路出发,建立了具有复杂布局走向的不规则单管路的参数化建模方法。分析了布局参数对管路的危险固有频率、多点激励响应的灵敏度。综合考虑错频和最大响应等多个目标,采用多目标遗传优化算法,对不规则管路的布局参数实施了优化设计。结果表明:管形布局优化设计效果显著,错开了两个危险固有频率禁带;管路结构在相同激励下最大位移幅值下降约35%,最大应力幅值下降近50%,为发动机管路的振动控制和动力学正向设计提供了参考。      

飞机燃油管路功能可靠性及其灵敏度分析

基于哈根-伯肃叶公式,建立了考虑各种流动损失的飞机典型燃油管路系统的失效模型,采用蒙特卡洛法进行可靠性建模,在考虑管长、管直径和液体密度等参数随机分布的基础上,利用该模型分析了不同飞行状态下和使用不同渐扩管时飞机燃油管路系统的功能可靠性。并利用蒙特卡洛法对燃油管路的功能可靠性灵敏度进行了分析。研究结果可为飞机燃油管道系统设计和评估提供依据。     

腐蚀系数对化铣表面长裂纹扩展影响的定量分析

承受拉伸载荷的试件在化学铣切圆角的根部应力集中,最易产生表面裂纹.本文给定化铣表面初始裂纹的长度,假设其形状为半圆,采用有限元法完成不同腐蚀系数下的长裂纹前沿不同计算点的多个应力强度因子分析;并用Forman扩展率公式计算给定应力比时长裂纹的扩展长度和形状.研究发现,长裂纹前沿应力强度因子表面大内部小;随着循环载荷周次的增加,圆形裂纹有向椭圆裂纹发展的趋势,采用线性回归方法得到不同腐蚀系数下椭圆长短半径比按二次曲线关系随长裂纹扩展寿命变化,直至裂纹进入失稳扩展阶段.     

椭圆形扰流柱冷却通道流动与换热数值研究

采用数值计算方法对涡轮叶片椭圆形扰流柱排冷却通道的流动和换热进行了研究,得到了排列间距、迎角、椭圆长短轴之比等因素对冷却通道流动和换热性能的影响.在相同截面积和排列方式条件下,椭圆形扰流柱迎角为0°时,分析结果表明,椭圆形扰流柱冷却通道压力损失系数约为圆形扰流柱通道的51.7%,平均努塞尔数约为圆形扰流柱通道的83.75%;长短轴比为5/1.8时,压力损失系数仅为圆形扰流柱通道的(长短轴比等于3/3)28.1%～35.5%,平均努塞尔数为圆形扰流柱通道的71.1%～75.06%.      

飞机水面降落的机身载荷研究

文中研究了飞机水面降落的冲击载荷。利用动网格技术控制飞机以及整个计算区域的运动,VOF方法描述气一液界面的运动变化。分析了不同降落速度、飞行速度和降落仰角下,飞机水面降落时机身压强随时间的变化规律。在三种降落条件下,机身压强值的变化规律基本一致。机身压强在入水的初始阶段达到最大值,随后迅速下降,最后保持稳定。同时,随着降落速度、匕行速度和降落仰角的增大,机身压强的最大值也随之增大。与降落速度和降落仰角相比,飞行速度对机身压强的影响程度较小。     

高压涡轮冷却叶片叶顶结构气动与传热

开展了叶顶结构及间隙变化对高压涡轮冷却叶片气动与传热性能影响的研究,建立了四种不同叶顶结构的涡轮冷却叶片几何与数值分析模型,进行了高精度流热固耦合分析,得到了不同叶顶结构及间隙对涡轮冷却叶片气动与传热性能影响的数值分析结果。结果表明:不带射流孔叶片随着叶顶间隙的增大,总压损失增加;由于近壁面处存在的涡流,凹槽叶顶结构能够减少叶顶燃气泄漏,阻碍叶顶平面高温燃气的流动与热交换;叶顶射流孔冷却效果明显,能够大幅度降低叶顶平面温度。在相同叶顶间隙下,凹槽射流叶片具有最高的气动性能。     

晶体取向的偏差和随机性对镍基单晶叶片强度与蠕变寿命的影响

本文提出双参数蠕变损伤模型用以模拟镍基单晶合金叶片的强度和寿命。该模型得到单轴应力状态和模拟叶片、双剪切试样复杂应力状态的考核。叶片分析表明:单晶叶片轴向的偏角增大,强度的分散性变大。两个不受控的晶体取向变化时,滑移系的分切应力最大有15%的变化;轴向的偏角的增大,寿命的分散性变大,15°的偏角,寿命偏差6倍。两个不受控的晶体取向变化时,寿命有50%的变化。结果表明:对叶片进行3维取向优化,可以提高叶片的蠕变寿命。      

镍基粉末冶金高温合金的压缩疲劳性能研究

对镍基粉末冶金高温合金的压缩强度和压缩疲劳性能进行了试验,结合拉-拉应变疲劳试验数据,证明粉末冶金高温合金具有良好的耐压能力,抗压强度极限比抗拉强度极限高出约50%。不同载荷形式的疲劳试验结果发现,粉末冶金高温合金试样的压-压疲劳性能十分优良,不易产生压缩疲劳破坏。对试样的破坏断口进行了扫描电镜分析,初步分析了材料在不同疲劳载荷作用下的细观破坏机理。