Modelling of grinding mechanics: A review

Grinding is one of the most widely used material removal methods at the end of many process chains. Grinding force is related to almost all grinding parameters, which has a great influence on material removal rate, dimensional and shape accuracy, surface and subsurface integrity, thermodynamics, dynamics, wheel durability, and machining system deformation. Considering that grinding force is related to almost all grinding parameters, grinding force can be used to detect grinding wheel wear, energy calculation, chatter suppression, force control and grinding process simulation. Accurate prediction of grinding forces is important for optimizing grinding parameters and the structure of grinding machines and fixtures. Although there are substantial research papers on grinding mechanics, a comprehensive review on the modeling of grinding mechanics is still absent from the literature. To fill this gap, this work reviews and introduces theoretical methods and applications of mechanics in grinding from the aspects of modeling principles, limitations and possible future trendencies.     

新构型倾转旋翼无人机飞行力学建模

倾转旋翼无人机飞行力学模型是设计飞行控制律和分析飞行特性的基础。从一款在研的新构型倾转旋翼无人机工程实际出发,建立该无人机非线性飞行力学模型;分析新构型倾转旋翼机相比常规倾转旋翼机的特点和优势,建立直升机模式、倾转过渡模式和固定翼模式下各部件飞行力学模型;并针对直升机模式,对不同飞行速度进行配平及稳定性分析。结果表明:该构型倾转旋翼无人机直升机模式横航向模态具有很好的稳定性,直升机模式悬停状态横纵向模态基本没有耦合。     

钛合金加强框真空电子束焊接应用研究

钛合金加强框是飞机结构的重要构件,其在框段组合时机械连接与潜弧焊焊接方式均存在不足。真空电子束焊接(EBW)是实现钛合金框段组合的新型制造方式,具有显著优势。采用"积木式方法"展开系列试验研究:首先针对不同热处理制度下的TC4-DT焊接试样进行拉伸试验,通过标的参数对比获取合理的焊后热处理制度;然后通过系列焊接标准试样拉伸试验、断裂韧度试验及裂纹扩展率试验,获取基础性试验数据,并对焊接性能进行判断;最后经过短梁试验、部件试验以及机上应用,完成TC4-DT钛合金加强框EBW工程应用。结果表明:TC4-DT钛合金加强框EBW接头力学性能良好,较机械连接质量收益明显。     

爆炸破片作用下 舰载导弹战斗部的安全性数值模拟

文章主要针对爆炸破片作用下,垂直发射系统中舰载导弹战斗部的安全性进行分析,分别讨论了破片的质量、速度、侵彻角度和破片的数量等因素作用下,舰载导弹外防护设置以及战斗部的响应特性。结果表明:在临界起爆条件附近,炸药的点火增长对撞击速度的变化很敏感。同时,入射角对其是否引爆威胁战斗部的影响也很大;当两破片间距小于破片直径时,破片撞击战斗部形成的冲击波会相互叠加,压力峰值增大,更容易引爆战斗部,而当两破片间距大于1.7倍的破片直径时,此时两破片产生的冲击波叠加效应降低。     

高涵道比涡扇发动机结构与力学性能定量评估

针对高涵道比涡扇发动机结构设计需求，提出转子系统、承力系统和整机的结构效率评估参数，建立了结构设计参数与力学特征参数之间的联系。典型发动机评估结果表明:受大尺寸风扇限制，高涵道比涡扇发动机低压转子系统的平均应力系数在0.2~0.3之间，低于其他类型的航空燃气涡轮发动机。在工作转速范围内，低压转子不可避免地存在弯曲型临界转速，须将转子连接结构设计在低应变能区域。机动飞行中，整机的转静间隙值变化范围为［-1.4,1.0］mm，低压涡轮是间隙控制的重点位置。      

基于量纲分析的弹塑性应力强度因子探讨

以Ⅲ型裂纹(反平面剪切)问题为例，对裂纹尖端弹塑性应力场进行了分析研究。首先，基于断裂力学基本理论，引入弹塑性本构关系，推导弹塑性裂纹尖端场；其次，依据线弹性场中应力强度因子的定义和基于J-积分的弹塑性裂纹尖端应力场的分布，并结合物理意义，定义了与线弹性场应力强度因子一致的弹塑性应力强度因子，来表征弹塑性裂纹尖端应力场的强度；最后，对本文所定义的弹塑性应力强度因子进行了合理性分析，说明了本文定义的适用性。本文所定义的弹塑性应力强度因子，相比于表征弹塑性场的J-积分，具有更明确的物理意义和更简明的表达形式；为弹塑性裂纹尖端场的分析和含裂纹材料弹塑性破坏判据的建立提供了理论方法。另外，本文方式也适合于定义Ⅰ型和Ⅱ型问题。     

反推力装置液压作动系统AMESim建模与仿真

根据飞机反推力装置液压作动系统的结构特点及工作原理，建立了其蜗轮蜗杆部件、丝杠螺母部件和作动筒的数学模型及系统的AMESim模型。针对某型反推作动系统进行了仿真，分析了其位移、同步性、受力变化规律；通过设置批参数运行的方式，初步分析了丝杠导程角、蜗轮蜗杆减速比和供油压力不足对作动系统性能的影响。仿真结果表明:所建模型能模拟作动系统的伸出和收回时的工作状态，为反推作动系统设计参数选择、受力分析和故障诊断提供了平台。      

Influence of lunar regolith compressibility on sampling performance of thick wall spiral drills

A 2 m class robotic drill was sent to the Moon and successfully collected and returned regolith samples in late 2020 by China. It was a typical thick wall spiral drill (TWSD) with a hollow auger containing a complex coring system to retain subsurface regolith samples. Before the robotic drill was launched, a series of laboratory tests were carried out to investigate and predict the possible drilling loads it may encounter in the lunar environment. This work presents how the sampling performance of the TWSD is affected by the regolith compressibility. Experiments and analysis during the drilling and sampling process in a simulated lunar regolith environment were conducted. The compressibility of a typical lunar regolith simulant (LRS) was measured through uni-directional compression tests to study the relationship between its inner regolith stress and bulk density. A theoretical model was established to elucidate the cutting discharge behavior by auger flights based on the aforementioned relationship. Experiments were conducted with the LRS, and the results show that the sampling performance is greatly affected by the flux of the drilled cuttings into the spiral flight channels. This work helped in scheduling reasonable drilling parameters to promote the sampling performance of the robotic drill in the Chinese Chang'E 5 mission.     

描述碳纳米管内水分子单链的深度学习势

碳纳米管通道内的受限水具有与体相水截然不同的物理力学性质。当纳米管直径低至约0.8 nm时，通道内水分子形成与生物水通道内类似的单链结构，并显现出极高的流速和离子排斥能力。尽管基于经验势的分子动力学模拟在揭示单链水的奇特行为方面发挥了重要作用，但其模拟结果通常依赖于水模型和壁面-水作用参数选取。本文以从头算分子动力学计算结果为数据集，通过深度神经网络训练获得描述碳纳米管内单链水的深度学习势。基于深度学习势的分子动力学模拟在势能和原子受力方面具有近似第一性原理水平的准确性但低得多的计算成本，能准确重现从头算分子动力学得到的单链水性质，包括O-H键长、H-O-H键角、取向角和密度分布等。此外，本文对比了该深度学习势与常用经典水模型所得结果的异同。本文所构建的深度学习势为以接近第一性原理的准确性进行碳纳米管内单链水体系的大尺寸、长时间模拟提供了可能。     

缠绕复合材料壳体爆破压强的预测

针对缠绕复合材料壳体在内压作用下的破坏问题，基于连续损伤介质力学方法，建立了一种缠绕复合材料渐进损伤破坏分析模型。模型中考虑了纤维破坏、基体损伤和纤维/基体开裂3种破坏模式，并针对缠绕复合材料面内剪切非线性的实际，建立了面内剪切非线性模型。通过子程序UMAT将模型嵌入ABAQUS/Standard中，对含缺口缠绕复合材料试件拉伸过程进行了仿真计算，验证了模型的正确性。采用该模型对缠绕复合材料壳体的水压破坏过程进行了仿真分析，结果表明:内压作用下缠绕复合材料的最终破坏是由于纤维断裂导致的，且纤维破坏主要出现在环向层，基体破坏主要出现在纵向层。