实验误差对材料参数实验结果影响的估计方法及其指标

 本文讨论了造成材料参数实验结果分散性的两个来源,给出了估计实验误差对实验结果影响的一般分析方法,提出了评价这种影响的几个指标。本文给出的例子表明这一方法是合理的和有效的。     

考虑材料性能分散性的航空发动机结构安全系数确定方法

针对材料性能分散性与航空发动机关重件可靠性之间关系的定量表征问题,结合正态分布和威布尔分布参数特点,研究了不同变异系数和形状参数条件下累积失效概率与安全系数确定方法,获取了材料性能分散性对结构可靠性的影响,给出了不同分散性条件下的安全系数。数值计算结果表明:结构设计选材应充分考虑材料性能分散性的影响;对于分散性较大的材料,单纯增大安全系数并不能保证结构具有足够的可靠性裕度,应采取措施有效降低材料性能分散性,才能从根本上控制结构失效概率水平。     

金属橡胶材料静态特性的研究

金属橡胶材料是一种新型阻尼材料,且影响其特性的参数有很多。本文从其本构关系出发,通过改变不同的影响参数,针对不同形状、不同几何尺寸的构件,进行了理论分析和试验研究,总结出了影响其特性的参数及其变化规律,为进一步地设计和更好地应用金属橡胶构件提供有意义的依据。      

磁悬浮斜翼节静动态特性

作为直动式电-机械转换器和二维阀本体之间的连接桥梁，反馈放大机构起着位置反馈、运动转换和推力放大的重要作用。但现有二维伺服比例阀的机械式反馈放大机构都存在摩擦磨损等非线性环节，对阀的静态特性影响明显。基于永磁悬浮技术提出一种新型的无接触式磁悬浮斜翼节，其依靠磁斥力将斜翼动子和阀芯悬浮在中位，同时实现位置反馈和运动转换功能，以彻底去除传统机械式反馈放大机构由于接触带来的摩擦磨损等因素对阀控制特性的不利影响。首先基于电磁场理论建立了磁悬浮斜翼节的数学解析模型，讨论了关键结构参数对磁力矩的影响；随后在Maxwell和Adams平台上分别对其静动态特性进行了基于有限元模拟和多体运动学分析的参数优化，在此基础上制作了实验样机，搭建实验台架研究了斜翼节的静动态特性，从而验证了其工程实用性。仿真和实验结果基本相符，3种验证的斜翼节样机中，当外接比例电磁铁推动外动子移动3 mm时，最大磁力矩可达到0.252 N·m，阶跃响应时间约120 ms。参数化设计表明减小工作气隙和增加斜翼节倾角均能提升斜翼节的磁力矩和动态响应，而在气隙中添加磁流体可提升磁力矩，但同时影响阶跃响应。研究工作对于后续磁悬浮斜翼节在二维伺服比例阀上的实际应用具有重要的参考价值。     

大型航空关键构件整体精密模锻成形技术研究进展

随着航空产业的快速发展,大型、整体、精密和高性能的模锻件在航空关键构件中的占比不断提高。航空关键构件尺寸的增大、复杂程度的增加以及材料强度的提高,给大型航空关键构件的整体模锻成形带来了巨大挑战。首先介绍了实现大型航空关键构件整体模锻成形面临的关键挑战以及解决途径,然后综述了整体精密模锻成形技术在典型大型航空关键构件如飞机承力框、起落架和发动机涡轮盘中的研究进展,最后对大型航空关键构件整体模锻成形技术的未来发展前景进行了展望。     

ZnO纳米颗粒薄膜的制备与光致发光特性研究

利用高分子包覆法(Polymer Capping Method)在Si衬底上生长了颗粒分布均匀、致密的纳米ZnO薄膜.样品的形貌和光学性能分别使用SEM,AFM和PL谱进行表征.实验发现,前驱体溶液的pH值对纳米颗粒的分散性和尺寸有很大影响,进而影响紫外发光峰位.在本实验条件下,随纳米颗粒尺寸增大,PL谱的紫外发光峰红移,符合量子尺寸效应.     

一种基于SFEM的构件振动疲劳强度可靠性的分析方法

由于构件的材料参数、几何参数及所受的载荷等均为随机变量,所以构件振动时的疲劳强度应通过随机参数来进行分析。振动构件疲劳强度的可靠度计算的随机有限元法可以有效地分析振动构件的疲劳强度可靠性,为提高构件疲劳强度的可靠性提供了理论依据。以悬臂梁为例进行了分析,通过实验验证了所给出方法的正确性。      

初始缺陷的随机统计规律在三元乙丙本构模型中的应用

为了研究材料初始缺陷对其力学行为的影响,针对三元乙丙(EPDM)包覆层材料进行准静态力学实验,并且采用统计学方法对实验结果进行分析,获取以随机损伤参数函数表示的有效实验结果的分布规律,通过引入随机损伤参数函数扩展Ogden模型,建立能够描述EPDM初始缺陷的本构方程。结果表明:实验结果以94%的概率落入该扩展模型所估计的置信程度为90%的置信区间,该模型对于考虑初始缺陷的EPDM包覆层材料的力学行为预测结果较好。     

不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散性研究

飞机损伤结构疲劳寿命分散系数是分析损伤结构疲劳寿命分散程度的重要参数。针对飞机常用铝合金材料，开展预置损伤试验件疲劳测试。采用相关系数比较法，判断损伤结构剩余疲劳寿命分布类型；通过断口观察和数据统计处理，分析损伤与疲劳寿命关系及含损伤结构剩余疲劳寿命分散性规律。结果表明：含损伤结构剩余疲劳寿命更加符合威布尔分布；含预置损伤结构较未预置损伤结构疲劳寿命下降明显，随预置损伤尺寸增加，结构剩余疲劳寿命逐步降低，剩余疲劳寿命分散性增大，不同初始损伤结构疲劳寿命分散性差异较大。本文研究为建立飞机不同损伤尺寸铝合金结构疲劳寿命分散系数模型提供参考依据。     

喷流气体性质对导弹侧向喷流流场的影响

针对空气喷流和燃气喷流性质的不同,通过数值模拟的方法比较了侧向喷流控制流场的参数分布和放大因子,给出了采用空气模拟燃气喷流时边界条件的设置方法。计算结果显示:空气喷流的膨胀范围和影响范围均大于实际燃气的;但是在给定的边界条件设置下,喷流放大因子比较接近;随着攻角增大,两者的区别减小。     

声学风洞风扇段流场特性数值模拟

风扇段是声学风洞的核心部段之一,风扇气动性能和声学性能对风洞的能耗与试验段背景噪声有重要影响。为了获得静叶构型的优化设计参数,采用数值模拟方法,对0.55m×0.4m低湍流度航空声学风洞风扇段的流场特性进行了研究,根据叶片的流动现象,分析了风扇段内部的工作形态,并将其性能与试验数据进行了对比,结果证明该方法能对风扇段性能进行较为准确的模拟。采用该方法得到了动静叶间距、静叶后掠、静叶倾斜对风扇气动性能、流场形态和噪声的影响,静叶后掠对气动性能的影响较小,有助于减小出口的旋转速度,增大动静叶间距对气动性能的影响较大,会增大出口的旋转速度,而静叶倾斜是最适宜的降噪方式。     

篦齿封严尺寸缩放与气流温度变化对流动与传热影响试验研究

利用矩形、梯形齿篦齿封严直通齿模型,将真实尺寸篦齿封严等比例放大,对真实尺寸模型与放大模型的流动与换热特征进行了试验研究与对比分析,并研究了气流温度变化对流量系数的影响。研究发现,放大模型与真实尺寸模型的流量系数与努赛尔数均随雷诺数增大而增大,在雷诺数相同时两者的流量系数与努赛尔数基本相等,最大差值分别为5.3%和9.7%。放大模型较好地保持了真实尺寸篦齿封严狭小空间流动与换热特征。研究还发现,在加热条件下,流量系数相比冷态条件下有所减小。     

细节疲劳额定强度计算参量取值敏感性研究

 现代民机设计中细节疲劳额定强度(DFR)方法占据重要地位。为了研究DFR方法中的参数敏感性问题,针对典型航空材料讨论了在斜度参数和分散性参数两种参数的变化范围内,直接采用波音设计许用值进行DFR计算可能造成的误差水平,并与简单的扰动分析结果进行了对比;推导了基于Gerber方程计算DFR值的新公式,并对其适用性进行了对比分析。结果表明,在上述计算参量中斜度参数对国产材料DFR计算结果影响最敏感;锻铝等延性材料更适于使用基于Gerber方程的DFR公式。     

纤维位置随机引起的复合材料性能分散性研究

采用Monte-Carlo方法分别用均匀分布和正态分布模拟复合材料纤维中心位置的随机变化,得到材料截面图像。然后用像素对材料截面图进行网格划分,作为通用单胞模型的输入,计算出复合材料性能的子样。最后用数理统计的方法处理数据得到材料性能的统计特性数据。分析结果表明:本文采用的模拟方法是合理有效的。由纤维位置变化引起的材料分散性随纤维体积比的变化先增大然后减小。三参数威布尔分布和正态分布较好地描述了各个弹性参数的分布。      

基于塑性应变能的中低周疲劳概率寿命模型

由于材料、尺寸以及载荷等的分散性,涡轮盘疲劳寿命存在较大的分散性。在充分考虑材料加卸载应力、应变及应力比对疲劳寿命影响的基础上,提出了一种适用于中低周疲劳的塑性应变能概率寿命模型。该模型在考虑材料、尺寸和载荷等导致寿命分散的因素的基础上,重点考虑了循环应力应变曲线的分散性,结合根据应力比的二次插值,获得了插值范围内任意应力比下的塑性应变能损伤参量与疲劳寿命的关系。运用所提概率寿命模型结合响应面法与蒙特卡洛法对某涡轮盘螺栓孔模拟试件进行了概率寿命分析。结果显示,模拟试件的计算结果与试验结果的中位寿命仅相差022%,寿命分散系数相差581%,说明本概率寿命模型概率寿命预估精度高。      

选择性激光烧结的三维有限元模拟

建立了三维有限元模型用来模拟Fe -Cu粉末体系的选择性激光烧结过程。分析的结果不仅有助于粗略地估计单行烧结的烧结区域尺寸 ,优化加工参数 ,而且在确定能量密度和材料选择方面也提供了有益的建议     

径向间隙及加工工艺对气体箔片轴承性能的影响

为了分析轴承的加工工艺和径向间隙对轴承静态、动态性能的影响,设计搭建了静态、动态实验台,利用改变轴颈尺寸的方法研究不同径向间隙对气体箔片轴承(GFB)静态性能和动态性能的影响,还分别研究了不同波箔弹性结构、不同箔片材料和不同波箔热处理方式等因素对轴承性能的影响.结果表明:随着径向间隙减小,气体箔片轴承静刚度及其动态结构刚度增大,其等效黏性阻尼随着径向间隙的减小,出现先增大后减小的趋势.在工艺上箔片材料及波箔弹性结构对轴承性能的影响起重要作用.     

约束阻尼型镗杆的优化及减振性能

孔加工过程中镗杆的切削颤振影响着表面加工质量和加工精度,约束阻尼型镗杆可有效抑制这种切削振动,但其作用机理未被完全研究清楚,导致其抑制振动的效果一般。对约束阻尼型镗杆的结构优化、材料优选及减振性能进行了理论和实验研究。首先,根据Kelvin-Voigt粘弹性力学模型理论建立了镗杆的动力学模型,研究证实增大镗杆的静刚度和结构损耗因子能提高其减振性能从而提高孔加工质量;其次,基于建立的约束阻尼型镗杆静刚度和结构损耗因子理论公式,对其进行结构优化、材料优选。结果显示:存在一个最佳尺寸范围可减小镗杆在主要工作频域段上的振动,同时所选用的阻尼层应具有较小的弹性模量和较大的材料损耗因子,约束层材料应具有较大的弹性模量;最后,设计制造4种不同材料的约束阻尼型镗杆,通过模态实验获得静刚度、结构损耗因子,并与理论计算结果进行对比分析,同时研究切削过程中约束阻尼型镗杆的材料及切削参数对减振性能的影响。结果显示:约束阻尼型镗杆能有效减小径向振动以提高加工质量,不同材料的约束阻尼型镗杆在切削过程中径向振动差别较大,优化后的钢-PMMA-硬质合金镗杆在不同切深及转速下的径向振动加速度较小且更加稳定。     

涡轮工作叶片表面气膜冷却效率的实验研究

在大尺寸低速线性叶栅风洞上进行实验,采用放大的叶片模型,测量了涡轮工作叶片表面不同位置单排气膜孔的气膜冷却效率,研究了孔排位置、吹风比及来流雷诺数的影响。试验叶片表面上开有8排气膜孔,其中吸力面2排,前缘区3排,压力面3排。实验的参数变化范围是:基于叶片弦长的来流雷诺数250000～450000,吹风比0 5～2 5。结果表明,由于气膜孔排位置的不同,其下游冷却效率受来流雷诺数及吹风比影响的变化趋势也有所不同,孔排位置一定时,冷却效率主要由吹风比决定。该实验结果对涡轮叶片型面气膜冷却的实际工程设计研究有重要意义。     

载荷水平对HCF寿命分散性影响的有限元模拟

给出了基于晶体塑性理论的高循环疲劳（HFC）寿命分散性有限元模拟方法.针对典型钛合金TC4的微结构特征,采用Voronoi方法建立其晶粒模型,建立钛合金晶体塑性本构方程,计算模拟了应力水平对疲劳寿命分散性的影响,给出表征疲劳寿命分散性的参数.结果表明：应力水平越低,疲劳寿命越长,疲劳寿命的分散性越大,与实验规律一致.