基于复杂应力状态内聚力模型的固体火箭发动机粘接界面脱粘分析

固体火箭发动机最常见的破坏形式之一是界面脱粘,由于界面几何结构复杂,且常常处于复杂应力状态,通常采用数值方法对界面脱粘予以分析.根据固体火箭发动机的主要结构特征,建立了粘接界面脱粘的三维分析模型;发展了复杂应力状态下的内聚力模型,建立了固体火箭发动机粘接界面脱粘分析方法;运用Abaqus有限元软件,在垂直于轴向的过载作...     

基于Kriging模型的贮箱结构裂纹扩展快速分析

针对运载火箭贮箱焊接结构的疲劳裂纹扩展问题,提出了基于Kriging模型实现结构裂纹扩展寿命的快速预测方法。在贮箱有限元建模基础上,应用ABAQUS与FRANC3D联合仿真方法,研究初始裂纹在不同区域、应力比和倾斜角下的裂纹扩展规律。结果表明:焊缝区疲劳裂纹扩展寿命低于热影响区与母材区,纵向焊缝区裂纹扩展寿命低于环向焊缝区;纵向焊缝区裂纹扩展寿命随着应力比增大而延长,在初始倾斜角为0°时疲劳寿命最长。以纵向焊缝区初始裂纹位置、倾斜角、应力比等参数作为输入,以疲劳裂纹扩展寿命作为输出,建立高精度Kriging模型,实现贮箱焊接结构裂纹扩展寿命的快速预测。结果表明:与扩展有限元方法相比,该方法在保证计算误差较低的前提下缩短寿命预测时间10倍以上。     

疲劳裂纹扩展速率da/dN的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗法模拟分析疲劳裂纹扩展速率,确定了算式中的参数分布规律及相关性。通过计算数据与试验数据的对比分析,证明蒙特卡罗法模拟结果合理、可靠。     

晶须增韧陶瓷的微裂纹演化及本构描述

本文利用作者改进的等效夹杂理论研究了含随机分布晶须和微裂纹陶瓷的微裂纹演化及由其引起的材料本构非线性,定量计算了热残余应变、晶须含量及尺寸比的影响,对材料的微裂纹演化及破坏过程进行了数值模拟,得到了一些有意义的结论     

高活性铝锂合金的制备及微观结构与水解性能研究

研究了机械球磨法制备的铝锂合金微观结构与水解性能,考察了金属锂含量和其他金属掺杂的影响,并探讨了相关的改善机制及水解机理.结果表明,增加锂含量和其他金属(X:Bi,Sn,Ga和In)掺杂,可明显改善铝合金的水解性能.通过XRD、SEM和水解测试等实验分析,增加锂含量的作用在于:在球磨过程中减小合金粉颗粒尺寸;金属锂水解释放大量的热量和碱性物质LiOH改善铝的水解动力学.其次,掺杂金属X与金属锂形成金属间化合物LiX,LiX与AIX在水中易形成双重腐蚀电池,促进了金属铝的水解动力学.     

预制体及基体对C/C复合材料性能的影响

研究了预制体结构及其成型工艺和基体类型对C/C复合材料的力学性能、烧蚀性能和微观结构的影响。结果表明,它们对C/C复合材料的拉伸和压缩强度影响不显著,而对剪切性能影响明显。采用CVD成型工艺和树脂炭基体,对于二维预制体,C/C复合材料的剪切强度可达19MPa;对于准三维预制体,C/C复合材料层间剪切强度可达20MPa。不同类型的基体炭对复合材料的耐烧蚀性影响不同,CVD炭具有优异的抗烧蚀性能,树脂炭与沥青炭的抗烧蚀性能较差。采用先沉积后树脂浸渍炭化补充增密,可制备综合性能优异的热结构复合材料。     

SiC对C/C-ZrC-SiC复合材料的微观形貌、烧蚀及热物理性能的影响

为了研究SiC及其前驱体聚碳硅烷对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的C/C-ZrC-SiC复合材料的影响,本文以聚碳硅烷和有机锆分别为SiC和ZrC的前驱体,利用PIP法制备了C/C-ZrC和C/C-ZrC-SiC两组复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料的微观结构进行分析,在氧乙炔环境下考...     

基于数字图像相关法的复合材料结构失效分析

针对纤维增强复合材料失效机理复杂的问题,采用数字图像相关法对拉伸试验中的复合材料表面位移进行数字化处理,建立了基于Hashin改进准则的结构模型,对比试验和仿真结果,分析试件的失效过程和机理。运用蒙特卡洛方法和有限元法,讨论并分析影响结果精度的因素。结果表明,数字图像相关法能够用于观察和分析复合材料结构的失效过程;基于Hashin改进准则的仿真模型与试验结果一致,可以作为进一步细观力学分析的基础;相对于其他结构参数,纵向拉伸强度对结果精度的影响更大。该结果可为复合材料可靠性分析提供理论参考。     

基于功能单元的分层诊断技术研究及在航天器中的应用

复杂系统多故障诊断的计算复杂性一直是一个难题。现给出了一种定性诊断模型:将功能单元引入到系统建模中并与结构抽象技术相结合构建分层诊断模型(SPS树)。推理时运用分层诊断策略及相关诊断定理,减少了多故障诊断的计算量,提高了效率。此方法在某卫星电源系统中得到了应用。证明该方法诊断速度快,诊断结果完备,可以实现对未知故障的诊断,适用于卫星这类复杂系统的多故障诊断。     

基于响应面法的单元发动机喷注器优化设计

针对某新研单元发动机喷注器热阻优化的问题,采用仿真计算分析研究支架结构参数对支架热阻与结构强度的影响,并基于响应面法(RSM)对喷注器支架进行结构优化设计。计算结果表明:在计算范围内,对支架隔热性能影响最大的是支架高度,其次是支架厚度,最后是支架孔直径。随着支架高度的增加,支架热阻逐渐增大,而支架热阻则随着支架厚度与孔直径的增加而降低。对支架结构等效应力影响最大的是支架孔直径,其次是支架高度,最后是支架厚度,并且随着支架孔直径的增加,支架结构等效应力逐渐增大,而支架最大等效应力随着支架高度和厚度的增加而减小。通过采用响应面法改进后的支架在结构强度满足发动机力学环境的条件下,喷注器热阻得到明显提高。     

ZrB2-SiC复合陶瓷双尺度热应力分析

基于双尺度渐近分析方法,对ZrB2-SiC陶瓷的细观热应力场进行数值模拟,研究了SiC夹杂的含量、颗粒尺寸和中心距对细观ZrB2-SiC陶瓷单胞热应力场分布的影响。结果发现：在ZrB2-SiC陶瓷材料制备冷却过程中,SiC含量越高,材料越易产生微裂纹;当夹杂含量一定时,SiC夹杂颗粒的尺寸越大或夹杂颗粒间的中心距越小,材料越易产生微裂纹。数值计算结果与扫描电镜（SEM）照片吻合。     

基于损伤的HTPB推进剂／衬层界面内聚法则构建

为提高丁羟（ HTPB）推进剂／衬层界面数值仿真结果的准确性,首先改进了单搭接试件,通过剪切实验获取界面断裂参数,而后分别采用双线型模型和指数型模型对试件进行数值研究,进行影响分析,并在此基础上建立了一种基于损伤变量的自定义内聚力模型,使模型具有了明确的物理含义。结果表明,改进的单搭接试件能够测定柔韧粘接件的II型断裂参数;II型界面断裂时,内聚力曲线形式与实验曲线形式一致;该基于损伤的内聚力模型能够比双线性模型和指数型模型更准确地反映HTPB推进剂／衬层界面的II型断裂性质。     

中间相沥青基碳纤维表面特性和界面粘结性能

针对高模量、高热导率中间相沥青基碳纤维复合材料界面性能弱等瓶颈问题,深入研究该类纤维表面特性及其与树脂的界面粘结性能。选取3种典型中间相沥青基碳纤维,测试分析其微观形貌、表面能和极性与色散分量、表面元素种类与含量,利用微脱黏方法表征中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度。研究结果表明:中间相沥青基碳纤维表面均存在明显沟槽结构,但其呈化学惰性,选用的中间相沥青基碳纤维与环氧树脂界面剪切强度最高约为50 MPa,明显低于聚丙烯腈基碳纤维;纤维表面能越高,尤其是极性分量越高,中间相沥青基碳纤维/环氧树脂界面剪切强度越大,这些结果揭示了中间相沥青基碳纤维与树脂基体界面性能主控因素。     

钛合金表面等离子喷涂ZrO2—NiCoCrAlY梯度涂层的抗热震行为

ＺｒＯ２－ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ梯度涂层的成分沿厚度方向呈连续梯度化分布，提高了涂层与基体的粘结强度和涂层的内聚强度，其抗热震性能优于双层涂层。在较大热冲击应力作用下，梯度涂层整体自基体表面剥落而失效；在较小热冲击应力作用下，由于ＮｉＣｏＣｒＡｌＹ底层与ＴＣ４合金基体发生了热相互作用，改善了涂层与基体的结合状况，梯度涂层纵向断裂并部分自基体表面剥落而失效。     

低密实度基础月壤的钻进压力建模及试验验证

基于钻采过程中月壤颗粒的运动规律提出了一种钻具与月壤相互作用区域的等效方法,并由此从宏观角度建立了一种新型月壤钻进压力解析模型.通过70％密实度基础月壤地面钻采试验验证了该模型对低密实度月壤钻进压力的预测能力,得到了相关修正系数与钻进比之间的关系并分析了模型的可扩展性.该建模方法为复杂工况下钻具-土体相互作用建模提供了...     

数据融合的对流层天顶延迟估计方法

为提高对流层天顶延迟(Zenith tropospheric delay,ZTD)的估计性能,提出了基于数据融合的ZTD估计方法。估计干延迟采用Saastamoinen模型,估计湿延迟采用Askne模型,地表气象测量设备提供给两模型所需的气压、温度以及水汽压,Askne模型所需的加权温度、温度变化率和湿度变化率由全球气压和温度2w(Global pressure and temperature 2w,GPT2w)模型提供。当气象测量设备不可用时,上述所有气象参数均来自于GPT2w模型。利用国际GPS服务(International GPS service, IGS)提供的数据进行验证,结果表明:当地表测量设备存在时,所提方法较Saastamoinen模型提高了8mm;当全部气象参数来自GPT2w时,本方法较GPT2w+Saastamoinen模型提高了8.1mm;对于季节分明的测站,误差趋势同样具备季节性;对于海拔高和气候干燥的的测站,估计误差较小。     

复合材料格栅结构的强度分析

复合材料格栅结构是由连续纤维缠绕的斜向及环向肋和蒙皮组成的结构。对ANSYS软件进行了二次开发,分别采用层合板和层合梁单元模拟复合材料格栅结构的蒙皮和肋。根据复合材料格栅结构的几何特征及其载荷分布特征,采用周期对称有限元模型,分别以最大应力准则、最大应变准则和蔡-吴准则和Chang刚度退化准则对轴压载荷作用下的复合材料格栅结构破坏过程进行了强度预测,计算结果表明采用蔡-吴准则预测并结合Chang刚度退化准则的计算结果与试验结果的一致性较好。     

一种面向二维观测模型的压缩感知重构算法

针对目前二维信号压缩感知重构时,常采用的一维化手段效率低、重构性能有待提高等缺陷,基于二维观测模型,提出一种新的压缩感知重构方法,并证明了其有效性。算法通过两个独立感知矩阵对二维信号的行列同时进行压缩感知,并考察信号的整体重构,缓解了传统算法引入的重构人为效应以及问题规模扩张带来的重构压力。理论分析和实验表明,新算法成功重构概率、重构信噪比等性能优于现有典型二维信号重构方法,且其运算复杂度较之一维化方法有所降低。     

先驱体陶瓷薄膜热电偶的封装及性能研究

先驱体陶瓷（Polymer Derived Ceramics,PDCs）薄膜热电偶具有制备工艺简单、高温性能稳定等优点,非常适用于给航空发动机涡轮叶片等热端部件测温,但随着先进发动机工作温度的不断提升,其耐温上限亟待进一步提高。本文开发了一款先驱体陶瓷封装的PDCs:ITO/In₂O₃薄膜热电偶,其封装层以SiCN为先驱体溶液、纳米Al₂O₃粉末为填充材料,采用丝网印刷工艺制备。高温测试结果表明：所制备的传感器能够在短期内于1 500℃环境下正常工作,并在1 400℃内有稳定的信号输出;在1 100℃下进行标定测试,其线性度优于0.999,多次循环误差小于1%。     

GPS伪随机码畸变的建模与分析

建立了全球卫星定位系统(GPS)卫星C/A码畸变数学模型,推导了畸变后的C/A码的相关函数,在Matlab软件中进行仿真。结果表明:该模型能合理解释SVN19卫星的测距码畸变故障,并可作为未来伪随机信号畸变的一个合理模型,为导航信号的完好性监测提供理论支持。