TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型及其检验

先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制，现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数（TPDF）湍流燃烧模型精度高，代数二阶矩（ASOM）湍流燃烧模型计算成本低，类比离散涡模拟思想，基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低成本”2个区域，在输运方程框架下采用随机场TPDF（高精度）和ASOM（低成本）方法重构TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型，以提高模拟的整体精度和效率。在大涡模拟（LES）-TPDF程序平台创建ASOM并进一步实现TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型，用Flame D实验数据检验所建模型和方法。结果表明：所建模型的预测结果与实验值接近，而且能够兼顾精度和计算效率。     

三维编织Cf/Al复合材料T型件振动疲劳性能

采用真空压力浸渗法制备的三维编织C_f/Al复合材料具有良好的力学性能，在航空航天等领域的应用上具有较大潜力。本工作以三维编织C_f/Al复合材料为研究对象，对其在不同加载应力下进行振动疲劳实验，并观察疲劳实验后其断口处的微观结构。结果表明：加载应力越大，达到疲劳稳定阶段时T型件的固有频率降幅百分比也越大，即对T型件内部结构的破坏也越显著；对不同加载应力下的疲劳数据进行拟合，绘制S-N曲线，得到T型件振动疲劳损伤演变规律的数学模型，可用于预测三维编织C_f/Al复合材料的疲劳寿命；对实验后T型件进行断口处的宏观和微观分析，发现实验后的T型件呈现典型的脆性断裂特征。     

2.5D机织复合材料悬臂梁振动疲劳实验与有限元模拟

2.5D机织碳纤维增强树脂基复合材料以其在力学性能和复杂构件成型两方面的综合优势，在大涵道比商用涡扇发动机风扇叶片方面具有巨大的应用前景。对发动机风扇叶片来说，振动疲劳是一种不可忽视的工况条件，目前2.5D机织复合材料振动疲劳方面的实验与数值预测模型十分有限。本工作针对一种模拟发动机叶片根部的2.5D机织复合材料悬臂梁结构，建立一阶弯曲振动疲劳行为模拟的多尺度模型，并基于固定周期跳跃的疲劳加载模拟方法，结合主导疲劳失效机制的损伤萌生准则和疲劳刚度退化模型，开展2.5D机织复合材料经、纬向试件振动疲劳实验过程的模拟。基于建立的多尺度模型分析试件危险部位单胞内的应力场，预测经、纬向试件振动疲劳实验后的损伤状态。数值模拟结果与实验后的断口形貌观测结果吻合，验证了本工作提出的2.5D机织复合材料振动疲劳多尺度预测模型的有效性。基于提出的振动疲劳多尺度预测模型，对随着疲劳加载次数累积经向试件工作段单胞内的损伤状态进行了仿真，揭示了2.5D机织复合材料振动疲劳损伤的演化机理。     

3D打印技术在空间站梦天实验舱上的应用

面对梦天实验舱次结构减重需求，提出了面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法，完成并掌握了3D打印次结构从设计、工艺、制造、检验等全周期的研制流程。在梦天实验舱发射载荷条件下，通过结构有限元分析及试验验证，对3D打印次结构性能进行了考核。结果表明:在具有一定强度和刚度裕度的前提下，支架减重效果较为明显，面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法具有广阔的工程应用前景。     

3D打印骨架增强石蜡燃料燃烧机理实验研究

针对固-液混合火箭发动机中石蜡基固体燃料机械性能差的问题，使用3D打印聚合物骨架镶嵌石蜡的方法增强了石蜡基燃料的结构强度，分析了骨架增强石蜡燃料在直/旋流喷注下的燃烧机理。通过对七种骨架材料进行SEM扫描、力学、热力学分析和纯氧条件下的燃烧试验，获得了不同骨架材料的微观表面结构、机械性能、热分解性能以及在纯氧环境下的燃烧性能；使用直/旋流固-气掺混燃烧试验系统，开展了螺旋型和六角型骨架增强石蜡燃料的燃烧试验，并与ABS固体燃料进行了对比。结果显示，在多种骨架材料中，ABS材料加工性能、机械性能及热分解性能良好；燃烧过程中，骨架增强石蜡燃料结构稳定性良好，石蜡液滴主要出现在石蜡-骨架交界处；旋流喷注和螺旋型骨架可促进石蜡液滴的夹带现象；在直流喷注工况中，骨架的凹槽结构增加了燃料与氧化剂的接触面积，尾部骨架结构具有稳焰作用，可促进后燃烧室的掺混燃烧；石蜡燃料和骨架燃速差异较大，发动机内弹道性能可能受此影响。     

纱线规格对3D机织复合材料拉伸性能的影响

为研究纬纱规格对3D层-层斜纹机织复合材料细观结构和力学行为的影响，开展了系统的实验研究。采用光学显微镜观察了不同纬纱规格复合材料的细观纱线结构变化。开展了不同纬纱规格复合材料的拉伸实验，采用数字图像相关法获得了拉伸试样的表面应变场，结合断口形状分析了复合材料的拉伸失效机制。研究表明，随纬纱规格增大，经纱卷曲率增大，经向纤维体积分数减少，经向拉伸力学性能减弱；纬纱卷曲率减小，纬向纤维体积分数增大，纬向拉伸力学性能增强。此外，3D机织复合材料拉伸应力-应变曲线表现出了明显的“台阶”效应，承载纱线的卷曲率越大，“台阶”效应越明显。     

非周期性三维五向编织复合材料拉伸失效机理

以三维五向结构为研究对象,设计减纱工艺形成非周期性特征,进而制备碳纤维/环氧树脂三维五向编织非周期性结构复合材料。采用万能试验机与高速摄像机相结合的测试方式,获取非周期性结构拉伸力学行为及试验过程;在此基础上,通过高分辨率Micro-CT及SEM对非周期性结构试样破坏形貌进行观测,研究渐进损伤演化及最终失效机理,并与周期性结构的结果进行对比。研究表明:非周期性三维编织复合材料拉伸强度比相同结构参数周期性材料的测试值低16. 84%,损伤源于减纱处,形成了应力集中,最终破坏模式以纤维束抽拔断裂为主。该研究结果可为异型编织复合材料结构设计及强度分析提供依据。