复合材料尾减管加载变形仿真分析与试验验证

复合材料尾减管发挥着支撑直升机尾减速器和尾桨的重要作用。由于受尾桨的推力作用尾减管在使用过程中会沿推力方向产生变形,若变形过大会影响尾桨的正常运行进而对直升机安全产生威胁。为掌握复合材料尾减管在限制载荷作用下的变形情况并评估仿真分析的准确程度,对尾减管变形状况进行了有限元仿真和试验验证,仿真与试验的边界条件设置均模拟产品的真实装机状态。研究表明,复合材料尾减管变形位移的试验结果最大值为9.22mm,仿真结果比试验结果的最小值相比高出0.69mm,仿真与试验结果的偏差较小,吻合程度较高。     

一种新的基于ANSYS的机翼挠曲变形建模方法

针对传递对准中机翼挠曲变形建模方法适用性差的问题,提出了一种基于有限元分析的不同挂点处弹载子惯导系统的机翼挠曲变形建模方法。以柔性较大的大展弦比机翼为研究对象,建立了薄蒙皮、双翼梁、多肋板式机翼模型。通过绕流分析得到的机翼上、下表面压力分布云图,在此基础上对机翼结构进行气动载荷的加载。根据ANSYS瞬态动力学分析,获取了机翼挠曲变形角的随机过程序列,并利用AR(n)模型代替ARMA(p,q)模型进行建模。采用一种改良卡尔曼滤波算法对模型参数进行估计,并利用信息准则对模型的适应性进行检验。根据参数辨识的结果,最终得到了机翼的挠曲变形模型。     

超高强高韧马氏体时效钢热变形及航天应用研究

对于航天用超高强高韧C300马氏体时效钢来说,热加工过程中获得等轴细小的再结晶晶粒是实现该钢强韧性最佳匹配的关键环节。采用Gleeble-3800热模拟试验机在温度为850～1 150℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)的条件下,对超高强高韧C300马氏体时效钢进行高温轴向压缩变形试验,获得了高温流变曲线,并观察变形后的金相组织。结果表明:C300马氏体时效钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;试验钢在真应变为0.92、应变速率为0.01～10 s~(-1)的条件下,随着变形速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高,最佳热变形温度区间为1 050～1 150℃;测得试验钢的热变形激活能Q值为391.2 kJ/mol,建立了其热变形本构方程。结果能为C300马氏体钢的数值模拟和热加工工艺的制定提供理论基础。     

基于同步辐射技术的WE54镁合金原位时效研究

利用原位同步辐射技术对WE54镁合金时效过程进行研究。通过对比固溶态(T4)和固溶后冷轧预变形(T4-D)两组合金,揭示WE系列合金在300℃时效温度下析出相演变过程以及预变形对时效析出动力学的影响。原位时效研究表明:T4-D合金的强化相β1(Mg3(Nd, Y))在时效开始3 min后快速形核;时效9 min后β1开始向β(Mg14Nd2Y)转变,时效36 min后此转变结束,此后β占主导地位;对于T4合金的时效析出过程,β1在时效开始6 min后形核;时效18 min后β1开始向β转变;时效78 min后此转变结束。同步辐射衍射结合透射电子显微镜(TEM)结果分析发现:通过轧制预变形可以加速合金的时效进程并促进形成网状分布的时效析出相,这种分布有利于合金获得良好的时效强化效果。     

镍基合金薄板不同温度下的弹道冲击行为

为研究航空发动机机匣在高温下的包容性能力,通过实验和数值模拟研究25℃和600℃下GH4169合金薄板受球型子弹冲击后的变形行为。弹道冲击实验通过轻气炮实施,子弹以不同初始速率冲击靶板。分析温度和冲击速率对靶板的变形、临界击穿速率、破坏变形模式以及能量吸收的影响。结果表明:高温下靶板的变形更大,靶板被击穿所吸收的能量更小,临界击穿速率更小;高温下靶板被穿透后由弯曲作用引起的花瓣状变形更明显。数值模拟研究通过有限元软件LS-DYNA实施,数值模拟中选用Johnson-Cook本构模型。采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高温高应变率下的力学特性并拟合了Johnson-Cook本构模型参数。数值模拟研究的结果和实验结果进行了对比,显示了良好的一致性。     

数字图像相关法在平板热屈曲试验中的应用研究

将基于非接触全场光学测量方法的数字图像相关法应用于网格加筋平板热屈曲试验。为了减小结构热屈曲试验中石英灯辐射加热设备和高温物体自身热辐射的影响,采用单侧加热单侧测量并通过光学滤光技术成功获得了瞬态气动加热环境下典型网格加筋平板的全场热变形,分析得到网格加筋平板在特定力载荷和支持边界条件下的热屈曲临界温升,此种非接触式高温数字图像测量方法可以作为判定结构热屈曲的重要手段。试验结果表明,数字图像相关法适用范围广、抗干扰能力强、测量精度高,在结构热屈曲试验领域具有重要的应用前景。     

预旋系统稳态和非稳态计算对比研究

针对预旋系统由于旋转引起流场和温度场参数周期性瞬态变化的问题，分别采用滑移网格的瞬态法和固定转子相位的稳态法进行数值求解，并在稳态计算中通过改变转子相位来近似模拟非稳态问题的时空变化特性。通过稳态空间平均结果与非稳态时均结果的对比，以期为预旋系统非稳态问题的低成本求解提供方法依据。结果表明：稳态计算结果与非稳态计算结果相比，周期性波动频率一致，接受孔进口处，稳态计算的压力波动幅度小39%左右，温度波动幅度小15%左右；多个相位的稳态空间平均结果与非稳态时均结果相比，压力高0.2%，温度低0.1%；采用多个计算周期数与单个周期的非稳态计算结果差异微小。当采用喷嘴出口气流中心正对接受孔迎风面前缘的转子相位时，稳态计算结果与非稳态计算时均结果最接近。     

预旋喷嘴径向角度对预旋特性影响的数值研究

为了降低低位进气预旋流路的气动损失，针对带有不同径向角度（0°~30°）预旋喷嘴的预旋系统进行了数值仿真，并对流动特性、温降特性和比熵增特性进行了分析。结果表明:随着预旋喷嘴径向角度的增大，预旋系统无量纲温降先增大后减小，流动阻力减小，预旋系统的流量随之增大。旋转雷诺数为2.3×107时，预旋喷嘴带径向角度的预旋系统无量纲温降比传统喷嘴最大可提高18.3%，存在某一角度使预旋温降特性达到最好。预旋系统内的耗散主要发生在预旋腔和共转盘腔内，径向角度为10°时其比熵增变化量分别占整个预旋系统总体比熵增的42.4%和30.2%；合理设计预旋喷嘴的径向角度，能改善预旋腔内气流的流动效果，并且可以减少整个预旋系统的不可逆损失。      

基于混杂非对称复合材料的自适应对日定向器

提出并设计了一种基于混杂非对称复合材料层合板的新型自适应对日定向器。该对日定向器采用混杂非对称复合材料层合板作为驱动元件，利用在轨光照条件的变化引起复合材料层合板温度变化，进而使其产生热变形并驱动太阳翼发生偏转。提出的自适应对日定向器结合传统的单自由度对日定向机构，能够实现太阳能帆板的双自由度对日定向。介绍了自适应对日定向器的基本原理，并结合地球静止轨道的光照条件进行了具体设计。利用能量变分原理建立了混杂非对称复合材料的热变形模型，分析其热变形特点，并利用有限元方法对定向器在地球静止轨道上的温度场特性、热变形及对日定向转动角度进行分析。有限元分析结果表明，通过合理设计，自适应对日定向器的转角能够随太阳光入射角变化呈线性变化，定向精度可达±1°。