缺陷对高温合金蜂窝板弯曲力学性能的影响

采用预埋缺陷的方法,制备含有面芯脱焊缺陷的高温合金蜂窝板,进行了三点弯曲试验,研究了缺陷形状、大小、位置和蜂窝芯取向对蜂窝板三点弯曲损伤模式和承载能力的影响.研究发现,含面芯脱焊缺陷的蜂窝板在缺陷受压部位产生反向鼓包,并沿着宽度方向扩展为完全破坏;随着缺陷尺寸的增大,蜂窝板承载能力逐渐降低;当缺陷位于三点弯曲受拉面时,蜂窝板具有更高的三点弯曲极限载荷,且矩形缺陷试样的弯曲极限载荷要高于相同缺陷面积的圆形试样.最后,利用LS-DYNA对含圆形缺陷高温合金蜂窝板的三点弯曲性能进行了数值模拟分析,得到其三点弯曲过程中的应力分布状态.     

Thermal-structural analysis of regenerativelycooled thrust chamber wall in reusable LOX/Methane rocket engines

To predict the thermal and structural responses of the thrust chamber wall under cyclic work,a 3-D fluid-structural coupling computational methodology is developed.The thermal and mechanical loads are determined by a validated 3-D finite volume fluid-thermal coupling computational method.With the specified loads,the nonlinear thermal-structural finite element analysis is applied to obtaining the 3-D thermal and structural responses.The Chaboche nonlinear kinematic hardening model calibrated by experimental data is adopted to predict the cyclic plastic behavior of the inner wall.The methodology is further applied to the thrust chamber of LOX/Methane rocket engines.The results show that both the maximum temperature at hot run phase and the maximum circumferential residual strain of the inner wall appear at the convergent part of the chamber.Struc tural analysis for multiple work cycles reveals that the failure of the inner wall may be controlled by the low-cycle fatigue when the Chaboche model parameter γ3 =0,and the damage caused by the thermal-mechanical ratcheting of the inner wall cannot be ignored when γ3 ＞ 0.The results of sen sitivity analysis indicate that mechanical loads have a strong influence on the strains in the inner wall.     

弯扭复合大负载下电动舵机设计及性能试验研究

针对弯扭复合大负载工况下电动舵机快速性与稳定性匹配的问题,在分析有限空间质量约束下舵机设计要求的基础上,采用基于核心部件与系统仿真及试验验证相结合的手段,提出了一种高刚度高功率密度的抗弯扭复合大负载电动舵机设计方法。详细阐述了高功率密度伺服电机和高刚度传动机构的设计过程,并研制了工程样机。试验结果表明:该电动舵机伺服刚度与功率密度得到显著提升,在复合大负载工况下能够实现高动态高可靠稳定运行。     

基于脑电功率谱密度的作业人员脑力负荷评估方法

脑力负荷状态的准确识别对减少因作业人员无效脑力负荷导致的人因事故具有重要意义。针对人-机系统中作业人员脑力负荷客观评估问题开展了基于MATB-Ⅱ平台的3种不同脑力负荷水平下的航空情境实验，记录16名被试的NASA任务负荷指数（NASA-TLX）量表数据和脑电（EEG）信号，提出了一种基于脑电功率谱密度（PSD）和支持向量机（SVM）的个体脑力负荷评估方法。结果表明：随着实验设计脑力负荷水平增加，被试的主观脑力负荷得分显著提高（p<0.001），这表明该实验任务设计较好地诱发了低负荷、中负荷和高负荷情境。在此基础上，通过网格搜索法确定个体脑力负荷评估模型的统一优化参数，惩罚系数取3 000，核函数参数取0.000 1，模型测试正确率达到0.966 5±0.029 8，宏平均的受试者工作特征曲线下的面积（Macro-AUC）达到0.991 0±0.011 4。本文为作业人员脑力负荷状态的客观和准确评估提供了一种新的办法，为后期作业人员脑力负荷状态的实时判别提供模型基础。     

基于TEC的空间站末端回路温控系统建模及其热力学性能分析

针对空间站中间回路温度波动过大,高温时导致科学载荷工作温度超出允许范围的问题,设计了一种基于热电制冷器(TEC)的末端单向流体回路温控系统。该系统包含一个TEC温控模块,当中间回路温度过高,末端回路冷却功率不足时,该模块可提供额外的制冷量,降低流入冷板的工质温度,形成针对科学载荷的相对低温区域,恢复回路的冷却能力。分别建立了温控系统数学模型与数值仿真模型,并完成了热负载扰动、中间回路温度扰动、末端回路流量扰动和并联支路热扰动等4种扰动对系统热力学特性影响的仿真分析,验证了TEC模块的温控性能。结果表明:在科学载荷发热功率增加30%、中间回路的温度升高5K、末端回路流量减小至0.0015kg/s等多种工况下,所设计的温控系统能够将载荷温度控制在1K以内,实现科学载荷精确温控。      

Hypervelocity impact induced shock acoustic emission waves for quantitative damage evaluation using in situ miniaturized piezoelectric sensor network

Manmade debris and natural meteoroids, travelling in the Low Earth Orbit at a speed of several kilometers per second, pose a severe safety concern to the spacecraft in service through the HyperVelocity Impact(HVI). To address this issue, an investigation of shock Acoustic Emission(AE) waves induced by HVI to a downscaled two-layer Whipple shielding structure is performed,to realize a quantitative damage evaluation. Firstly a hybrid numerical model integrating smoothparticle hydrodynamics and finite element is built to obtain the wave response. The projectiles, with various impact velocities and directions, are modelled to impact the shielding structure with different thicknesses. Then experimental validation is carried out with built-in miniaturized piezoelectric sensors to in situ sense the HVI-induced AE waves. A quantitative agreement is obtained between numerical and experimental results, demonstrating the correctness of the hybrid model and facilitating the explanation of obtained AE signals in experiment. Based on the understanding of HVI-induced wave components, assessment of the damage severity, i.e., whether the outer shielding layer is perforated or not, is performed using the energy ratio between the regions of ‘‘high frequency" and ‘‘low frequency" in the acquired AE signals. Lastly, the direct-arrival fundamentalsymmetric wave mode is isolated from each sensing signal to be input into an enhanced delay-andsum algorithm, which visualizes HVI spots accurately and instantaneously with different sensor network configuration. All these works demonstrate the potential of quantitative, in situ, and real time HVI monitoring using miniaturized piezoelectric sensor network.     

含边缘裂纹铝合金厚板的复合材料双面修补研究

采用表面打磨,80℃、接触压固化的方法,利用碳纤维/双马复合材料预固化补片对边缘裂纹的铝合金厚板进行双面胶接修补,测试修补前后的静态和疲劳性能,并结合高低温老化和常温油浸试验考核其耐煤油性。结果表明:修补后平均破坏载荷由94.313 kN增加到143.593 kN,提高了52.25%;疲劳寿命由2 019次循环增加到34 698次循环,提高了16.19倍;临界裂纹长度由13.5 mm增加为27.5 mm;裂纹扩展速率由2.72 mm/1 000循环降低为0.59 mm/1 000循环。在300次循环高低温油浸及180 d的常温油浸试验条件下,燃油对试验件疲劳性能无影响,同时修补试验件对煤油品质无明显影响。     

基于Visual Basic的互感器负荷箱测量仪校准系统的实现

为解决互感器负荷箱测量仪同相分量和正交分量的校准问题,在分析互感器负荷箱测量仪工作原理的基础上,设计了基于电子/电工组合式的互感器负荷箱测量仪校准装置,并简要说明装置电工部分、电子部分以及上位机软件的实现。经省级计量研究院验证结果表明,该装置校准结果符合0.2级要求,可作为标准装置解决1级互感器负荷箱测量仪量值溯源问题。     

超高速撞击下PTFE/Al含能材料薄板的载荷特性分析

不同于传统惰性材料的空间碎片防护结构,含能材料防护结构在超高速撞击下的冲击起爆特性是其防护能力得以提高的根本原因。PTFE/Al含能材料防护结构的冲击起爆特性改变了弹丸强冲击载荷下的破碎机制,弹丸内部的冲击压力对于分析含能材料在超高速撞击下的防护机理具有重要意义。对超高速撞击试验中回收的PTFE/Al防护结构后板进行损伤特性分析,获得了对应速度条件下弹丸的破碎特性。基于一维冲击波理论,分析PTFE/Al靶板在超高速撞击条件下的冲击响应过程,结合考虑化学反应效率的热化学反应模型,获得了弹丸在碰撞与爆炸联合作用下的载荷特性,通过与试验结果对比验证,获得该材料完全反应的临界撞击速度约为1800 m/s,弹丸的临界破碎速度为2875 m/s,小于铝防护结构中对应的临界破碎速度。给出了弹丸在PTFE/Al、铝两种防护结构中产生相同冲击压力时对应的临界速度,分别为弹道段的800 m/s和破碎段的3580 m/s。     

弹片热机械疲劳试验方法研究及设计

针对弹片的热机械疲劳（TMF）试验要求，采用机械设计技术、机电技术、冷却技术、计算机技术和数据采集技术，提出了压力载荷和热载荷的加载方法，建立了2种载荷5个试验件的并联试验控制系统，并设计了弹片热机械疲劳试验器。试验结果表明:该系统能够同时模拟服役环境下弹片的压力载荷和热载荷。利用该试验系统进行了弹片的热机械疲劳试验，试验结果再现了弹片在服役状态下的失效模式。试验系统具有良好的重复度、较高的加载频率和加载精度。压力载荷最大相对误差为2.4%，绝对误差小于0.5N。温度载荷最大相对误差为3.55%，最大绝对误差为3.89℃。