电铸-电解组合法加工双向喇叭孔阵列

为解决双向喇叭形金属微小孔阵列的高效低成本制造难题,提出了一种基于镂空型惰性金属模板的、由电铸加工与掩模电解加工步骤串接而成的组合式加工方法。基于建立的数学模型,在证实该组合加工可行性的基础上,进一步仿真分析与试验研究了惰性金属模板结构参数对被加工孔阵列几何结构形状的影响规律,并进行了参数优选,数值分析与试验结果基本一致。研究结果表明:被加工孔阵列的几何特征参数严重受惰性金属模板结构参数的影响;采用大厚度、大于90°开口角的惰性金属模板有利于获得最小孔径更小且出入口廓形对称性更好的双向喇叭形孔;模板筋宽越小,越易于实现大孔深、高对称性的双向喇叭孔;模板孔径越大,喇叭孔金属层的极限厚度越大,但出入口廓形的对称性越差。此外,在小筋宽、90°开口角的惰性金属模板上更易电解加工生成""形喇叭孔。基于优化的惰性金属模板,能电铸-电解组合加工出出入口廓形对称性好的、最小孔径比被复制模板孔小的、网片厚度大且表面光滑的双向喇叭形金属微小孔阵列,其进出口的对称度、孔径偏差与出口相对于最小孔径的扩口率等分别为88.8%、9.7%和110.1%。     

Coupled FEM Analyses on Electro-mechanical Problem of Electrostrictive Plate with Elliptical Hole

A detailed theoretical construction of general coupled 3D FEM analyses of anisotropic dielectrics is first presented by considering the electric body force and body couple moment. A 3D electrostrictive element is subsequently defined in ABAQUS user subroutine UEL and the post-processing of finite element method （FEM） results is realized by UVARM and dummy element method. Then the developed technique is used to solve the electro-elastic field of an isotropic electrostrictive plate with an elliptical hole subjected to electrical load. By comparing the coupled and uncoupled numerical results, the traditional uncoupled analytical method can cause a large error when the applied electric field or the electrostrictive performance of the dielectric is high, and thus the present coupled analysis is especially necessary.     

螺旋孔电解加工多物理场耦合机理研究

基于建立的三维多相流模型及间接耦合多物理模型(热电耦合和热流耦合),以螺旋孔电解加工为研究对象,对电解加工间隙中的电场、流场、温度场进行分析,掌握间隙参数变化规律,包括间隙电解液的流速与温度、间隙氢气气泡率分布、材料表面电流密度分布等。进而对影响材料去除的主要因素——电导率进行研究,确定了电导率在整个加工间隙内的变化规律及其对材料去除的影响,并提出了增加电解液出口背压以改善工件材料去除的一致性。最后,在搭建的实验平台上进行螺旋孔电解加工实验,验证了所提方法的正确性。     

小孔喷丸强化工艺试验研究

依托试验研究,对航空零件喷丸强化技术的应用范围做出了有限的扩大。试验过程中,采用了遮蔽试片的方法,解决了小于试片尺寸的小孔表面喷丸强化的测定难题,通过大量的工艺试验,获得了合理的工艺参数,为零构件小孔的喷丸强化提供了基础。该试验的成功使得零件加工过程中将小孔喷丸应用范围扩大至Ф14．2,进一步拓展了喷丸工艺应用范围,为以后产品加工中小孔喷丸强化工艺的选取打下了基础。     

空间绳系拖拽系统摆动特性与平稳控制

考虑了任务星与废星的姿态运动以及系统组合体的面内外姿态运动,建立了绳系拖拽离轨系统动力学与控制模型,以切向常值推力下绳系拖拽轨道转移为任务过程,分析了任务星在喷气和零动量轮的限制姿态反馈控制条件下飞行时,废星姿态摆动、系统组合体面内外摆动和任务星姿态运动的规律及相互影响关系。采用留位和阻尼控制相结合的系绳张力复合控制方法,并结合任务星姿态控制,确保绳系拖拽转移安全平稳进行。仿真结果表明:常值推力下绳系拖拽轨道转移时,牵挂点偏置诱发的废星姿态周期性摆动会激发绳系组合体的面内外同频率高阶摆动,星体姿态运动是任务星姿态扰动力矩产生的主要因素;采用张力复合控制可有效消除废星姿态摆动并保持星间相对距离,结合任务星姿态控制,可实现离轨过程的平稳与安全,大幅减少任务星的姿控能耗。      

微细小孔的超短脉冲激光加工方法研究

针对航空发动机燃油喷嘴等微细小孔的精密高效加工要求,采用双温方程研究超短脉冲(皮秒)激光加工机理,模拟得出材料内电子和晶格的温度分布,开展皮秒激光加工工艺参数研究,分析烧蚀阈值、扫描速度、激光偏振态等因素对加工质量的影响规律,进行镍基高温合金和钛合金材料的激光脉冲冲击制孔和振镜扫描环切制孔实验研究,为超短脉冲激光制孔时工艺参数的选择提供理论指导及实验依据。     

双出口气膜孔冷却效率实验

为了进一步理解双出口气膜孔的冷却特性,建立了气膜冷却效率实验台,通过红外测温技术研究了圆孔和4个不同次孔方位角的双出口孔在吹风比为0.3~2.0时的冷却效率.结果表明:和圆孔相比,次孔方位角为30°,45°,60°双出口孔能提高面平均冷却效率18%~37%.次孔方位角为30°双出口孔在低吹风比下提高冷却效率最显著,次孔方位角为60°双出口孔在高吹风比下提高冷却效率最显著.在研究的吹风比范围内,次孔方位角为45°双出口孔都能较显著地提高冷却效率,次孔方位角为75°双出口孔冷却效率低于圆孔冷却效率.     

基于润滑的楔形螺纹紧固件扭拉性能试验研究

楔形螺纹连接结构固有的螺栓齿顶与楔形螺纹斜面线接触模式,存在无润滑状态下线面接触磨损大等现象。为有效提升反复使用工况下楔形螺纹结构连接的可靠性,开展螺栓表面涂润滑脂、螺母表面涂MoS2、螺栓表面仅螺纹涂MoS2与螺栓表面整体涂MoS2等4种润滑方式下的扭拉性能试验,对不同润滑条件下的扭拉系数、预紧力和螺纹磨损等进行试验研究。试验结果可有效提升楔形螺纹连接结构的可靠性和连接质量。     

基于CDM的复合材料缺口强度三维数值仿真模型

层合板受载时在缺口尖端出现的沿纤维方向的基体开裂会使缺口钝化,降低缺口带来的应力集中影响。为了更好地模拟这一现象,建立基于CDM的三维有限元模型,提出一种可以实现层合板中每层网格不同排列的建模方法,使网格边缘与每层纤维方向一致;为了实现每层网格不同的排列,在层间建立内聚力接触模拟分层损伤;对纤维增强复合材料层合板[0/902/0]S和[0/90/±45]S进行开孔拉伸的渐进损伤分析。结果表明:该模型可以模拟不同材料体系和铺层参数的层合板在拉伸载荷作用下的渐进损伤过程,预测其破坏强度;通过已知的试验结果对模型进行验证,证明了该方法的正确性且预测精度较高。     

含中心圆孔复合材料层合板失效分析及强度预测研究

对复合材料结构进行开孔将会导致结构强度显著下降。以含中心圆孔的复合材料层合板为研究对象,根据ASTM D 5766标准对三种不同铺层比例的含中心圆孔复合材料层合板进行拉伸试验,研究不同铺层比例对复合材料开孔拉伸试验件的拉伸性能和失效模式的影响。基于连续介质损伤力学,分别采用最大应变失效准则和基于物理失效机制的三维非线性Puck失效准则预测纤维和基体损伤的起始,通过应变表征损伤演化,建立含中心圆孔复合材料层合板的三维有限元模型;并进行数值分析,通过与试验结果对比,表明该模型能有效预测含中心圆孔复合材料层合板的拉伸强度和损伤扩展过程。