微尺度聚合物熔体的非等温平板收缩流动数值仿真

聚合物流体的收缩流动行为是微注射成型工艺过程中影响分子取向与结构的重要因素。本文采用基于有限元求解法的通用CFD软件Fidap，结合适当的边界条件，实现了微尺度条件下聚合物熔体的4：1非等温平板收缩流动的数值模拟，所用流体粘度模型为Carrcau方程，有限元单元为4节点四边形网格。结果表明，流体下游速度明显高于上游速度，速度梯度在收缩人口处明显增大，下游压力梯度大于上游压力梯度，且最大剪切速率出现在收缩人口拐点处。将仿真结果同相关文献的结果相比较发现，仿真所得聚合物流体在收缩流动过程的速度、压力及剪切速率分布规律与其在宏观尺度下的结果具有定性一致性，而温度分布则存在一定偏差。因此，宏观收缩流动仿真研究中的控制方程及本构方程仍适用于微尺度条件下流体的等温收缩流动仿真研究，对非等温微流体收缩流动行为的研究则要对能量方程做进一步修正。     

正交各向异性矩形薄板后屈曲行为分析和计算

本文利用摄动法分析了中面双向受压和周边受剪的正交各向异性矩形薄板的后屈曲问题。文中对几种典型的纤维增强复合材料矩形薄板给出了数值结果,讨论了弹性模量、边长比、载荷参数和支承条件对后屈曲行为的影响。数值结果表明本文级数解有较好收敛性,并与参考文献进行了比较,两者很吻合。     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

圆转矩形喷管出口宽高比对射流雷诺剪应力的影响

采用热线风速仪,利用单斜丝,对宽高比W/H分别为1,4,8,12,16的5个圆转矩形收敛喷管和一个轴对称喷管的射流对称面上雷诺剪应力分布特性进行了实验研究.研究发现:在喷口下游不同截面上,射流宽、窄对称面上的雷诺剪应力沿径向均先缓慢增大,到达射流边界后迅速减小,射流边界逐渐沿径向外移.矩形喷管射流相比轴对称射流具有较强的旋流,雷诺剪应力较大,且随着宽高比增大,旋流强度增大,剪应力也逐渐提高,导致了射流与外流掺混增强.宽高比大于8以后,增大幅度逐渐减小.射流宽、窄对称面上的分布规律相同.     

冲角变化对涡轮叶栅内间隙流动的影响

航空发动机涡轮工作效率的损失很大程度在于涡轮叶尖间隙损失,而叶尖区域泄漏流动的形成机理强烈地依赖于叶栅的运行工况,因此有必要研究来流冲角的变化对涡轮叶栅内间隙流动的影响.为此在低速风洞中对三套不同叶片积迭线形状的矩形叶栅进行了实验,测量了间隙内以及沿流动方向8个横截面的气动参数.通过对实验结果的分析和讨论,认为随着冲角的增加叶顶压差与端壁流道横向压力梯度增大,同时叶栅的总流动损失也随之增加.     

熔融沉积法制备纤维素纳米纤维增强聚乳酸基复合材料的拉伸性能（英文）

生物可降解聚合物可以在保持结构力学性能的同时可以实现碳中性,是石油基聚合物的潜在替代品。在这些聚合物中,聚乳酸(Polylactic acid,PLA)因其良好的力学性能、生物相容性和热塑性而特别有发展前景。本文利用机械脱脂纤维素纳米纤维(Cellulose nanofiber,CNF)来提高聚乳酸的力学性能,该纤维具有显著的力学性能和生物降解性。熔融沉积建模(Fused deposition modeling,FDM)是热塑性聚合物的三维打印方法之一,可以降低制造成本。本研究采用FDM法制备了机械脱脂CNF增强PLA基复合材料,并在两个打印方向(0°/90°和+45°/-45°)上研究了它们的拉伸性能,梳理了机械制备CNF增强PLA基复合材料的印刷方向与拉伸行为之间的关系。此外,利用扫描电镜研究了机械脱脂CNF增强PLA基复合材料的显微组织和断口。     

三头部燃烧室点火过程中火焰传播特性研究

为了探讨三头部燃烧室点火过程中的火焰传播特性,建立了矩形模型燃烧试验系统,开展了流动与点火过程中火焰传播特性、当量比对周向点火过程影响规律的研究.研究表明:初始火核主要在中心回流区边界形成,其传播过程具有阶段性,先顺流线方向进行传递,待燃烧强度增大到一定值后,火焰才开始向其他区域延伸;在相同压损下,当量比减小会使得燃烧...     

壁挂式矩形截面水箱应力分析

矩形截面水箱的受力状态比圆形截面复杂，但其制造方便、成本低、且平稳性好。为了解决其应力计算问题，针对某一尺寸矩形截面容器，根据结构力学中超静定结构和弹性力学中矩形薄板小挠度弯曲理论，进行了应力分析计算，得出了侧板、底板最大应力值；在此基础上，采用ANSYS有限元理论进行了分析计算，并与前述分析结果进行了分析对比。结果表...     

水平井变质量流动压降规律实验研究

水平井由于壁面孔眼流体的流入,造成沿水平井筒为流量不断增加的变质量流动.通过室内模拟实验,采用螺旋射孔钢管为实验管材,对壁面孔眼入流对主流压降的影响进行了研究.研究结果表明:随着注入比的增加,管中压降增大;由于入流与主流的掺混,将会造成一定附加压降,该值的大小与加速度压降和注入比两者间的比值成线性关系.考虑不同注入比条件,建立了井筒流动压降新模型,井筒中流动总压降为射孔管摩阻压降与附加压降两者之和,模型计算结果平均相对误差仅为7.5%,精度高于其他理论模型,从而为井筒流动和油藏流动耦合计算提供理论支持.     

正交各向异性悬臂矩形薄板(在两种载荷下)的弯曲

本文以两对边简支,另两对边自由的矩形薄板做为基本形式,应用广义简支边的概念和迭加原理,求出了正交各向异性悬臂矩形薄板在均布载荷和在自由端中点集中载荷作用下弯曲时的精确解。在特殊情况下,它们是各向同性悬臂矩形薄板的解。     

曲线纤维复合材料后掠机翼的颤振特性优化

曲线纤维铺层是制造变刚度复合材料层合板的一种新技术,本文以12层曲线纤维复合材料后掠机翼为研究对象,研究了不可压缩流动中后掠机翼的颤振特性优化,分析了纤维方向、优化层数和铺层厚度对颤振特性的影响。数值仿真中分别采用有限元法和高阶面元法建立后掠机翼的结构模型和气动力模型,利用VG法求解后掠机翼的颤振边界。计算结果表明,后掠机翼全部铺层采用曲线纤维时优化后颤振速度,比仅最外层采用时提高31.1%,比全部铺层采用直线纤维时优化后颤振速度提高14.3%。铺层全部采用二维方向可变曲线纤维时的颤振速度比一维角度可变的颤振速度仅提高1.7%,证明纤维方向沿展向可变对颤振边界影响更大。纤维方向和厚度共同优化时,在不改变后掠机翼总厚度的情况下可使后掠机翼的颤振速度再次提高5.4%。研究表明,采用曲线纤维进一步提高了复合材料层合板的可设计性,通过调整曲线纤维路径可以明显改变复合材料后掠机翼的颤振特性。     

超声速进气道与弹体一体化外形研究

通过数值求解N S方程和风洞测力试验,研究了超声速进气道的布局、剖面形状及几何参数对全弹气动力和进气道内流的影响。结果表明:细长旋成体弹身背风面和侧边不宜安放进气道;矩形进气道能够产生涡升力,升阻比明显高于半圆形进气道,而且内部流动接近二维流动,流场畸变及流动损失情况均比半圆形进气道要好;矩形进气道横截面积增加,对升力系数影响不大,但阻力系数增加明显;其高宽比增加,升力系数增大,阻力系数减小。     

功能梯度形状记忆合金Timoshenko复合梁的热-力学行为（英文）

基于Timoshenko梁理论,详细研究了功能梯度(Functionally graded,FG)形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)复合梁的热-力学行为。考虑SMA纤维体积分数按幂律函数沿梁厚度方向呈连续梯度变化,并给出了相应的等效参数。采用复合材料层合板理论,建立了可直接积分求解的控制微分方程。数值分析了不同边界条件下,FG参数、环境温度和SMA纤维铺设角度对复合梁的热-力学行为的影响。研究结果表明,复合梁的中性面位置与中面位置不重合,且SMA马氏体沿梁厚度方向不均匀分布。FG参数和环境温度的增加均增大了复合梁的刚度,而SMA纤维铺设角度的影响可以忽略不计。本工作为FG SMA结构的设计和应用提供了理论依据。     

文克尔粘弹性地基上弹性地基板的解析解

弹性地基板的计算一直是学者和工程师们十分关注的问题，本文将文克尔弹性地基模型中的弹簧用粘弹性元件来代替，建立了Kelvin和三元件文克尔粘弹性地基上弹性国上边简支矩形薄板的本构方程。采用对应性原理，运用拉普拉期变换推导出粘中弹性地基上四边简支矩形薄板的粘中弹性解。     

均布压力作用各向异性矩形薄板大挠度问题

基于冯·卡门模型，选择中心挠度为摄动参数，利用摄动方法将正交异性矩形薄板大挠问题的非线性偏微分方程组逐级线性化，导出了各级摄动对应的几个线性偏微分方程组，然后再借助变分法求解，得到了均布载荷作用下正交异性矩形薄板的载荷-挠度曲线。     

矢量喷流对65°三角翼前缘涡破裂的影响

用流动显示技术研究矢量单喷流对65°尖前缘三角翼前缘涡破裂影响的实验结果表明,偏转角度小于10°时,矢量喷流对前缘涡破裂的影响很小;随着喷流偏转角的增大,喷流对流动控制的作用越来越大,喷流使喷流偏转方向一侧前缘涡破裂位置的延迟量增大,而另一侧前缘涡有提前破裂的趋势。在相同的喷流情况下,随着攻角的增大,喷流的控制效果有减弱的趋势;另外当攻角α=40°时,很小的喷流就可以使前缘涡由左右掺混变为喷流方向的单向运动。     

NY9200GA树脂体系预浸料自动铺放粘结性工艺研究

为研究NY9200GA环氧树脂 体系预浸料的自动铺放粘结性工艺特性,采用自行设计的预浸料粘结性测试装置,通过单因素试 验,研究不同铺放工艺条件下预浸料的层间粘结性变化规律;运用正交试验法确定各铺放工艺 参数对粘结性的影响程度。结果表明,随着铺放温度的升高,预浸料层间粘结性先增大后降 低,在温度为40 ℃时粘结性出现峰值;铺放压力的增大和速度的减小均会增加预浸料层间的粘结性;温度对预浸料层间粘结性值的影响最大,压力的影响次之。此外,预浸料层间粘结性与放置 时间和纤维方向有关,在室温环境中存放的时间越长,预浸料层间的粘结性越低;随着相邻铺 层间纤维夹角的增加,预浸料层间粘结性也逐渐增加,其中0°/90°铺层间粘结性是0°/0°的 近两倍。     

SiO2-水纳米流体在波壁管内流动特性的实验研究

实验研究了不同质量分数的SiO2-水纳米流体在波壁管内的流动特性,由于波壁管自身的结构特点,使流体在较小雷诺数下达到湍流状态,可以方便测出流体在层流、过渡流、湍流区的流动特性.研究发现:相同温度条件下,纳米流体的粘度随着质量分数的提高而增大;流动可视化照片显示纳米流体中由于内部纳米粒子的微运动促使流体均匀性更好;沿程阻力测试表明在层流区内摩擦系数随纳米流体质量分数的增加而增大,在过渡流和湍流区内摩擦系数随质量分数增加变化不大.     

液体圆柱射流在气流中的破碎特性实验研究

本文采用高速相机对低速横向气流作用下的圆柱射流表面波发展及液柱断裂和破碎进行观察研究。实验喷嘴为直射式,孔径为1mm,长径比为20。工质采用水和空气;工况为:温度293K,液体射流速度为2~20m/s,雷诺数为2400~22400,横向气流速度为10~40m/s,气流韦伯数为1.6~25.6,液气动量比为5~127。高速相机帧幅为2000,曝光时间为16s。通过实验观察到横向气流气体韦伯数的变化导致射流破碎形式呈现不同形式变化,液体射流的无量纲表面波波长与气流韦伯数的-0.31幂指数方成正比;主液柱断裂点沿横向气流方向的距离随着液气动量比的增大而减小,而沿初始射流方向的距离随液气动量比的增大而增大;断裂后产生的液滴在沿横向气流方向的速度分量为横向气流速度的0.1倍左右,而沿初始液体射流方向的速度分量先呈现出与液气动量比线性增长关系,直到其变为射流初始速度的0.8倍左右并保持在这一水平。在上述研究基础上,本文拟合了低速射流表面波的波长与气流韦伯数间关系式以及射流破碎位置、射流轨迹及液柱断裂产生液滴的速度与射流初始条件间的数学关系。     

正交各向异性悬臂矩形薄板的非对称弯曲

在文[1]的基础上,本文研究了正交各向异性悬臂矩形薄板在梯形分布载荷及自由端集中载荷作用下的非对称弯曲。文中,以两对边简支而另外两对边自由的矩形薄板为基本形式,应用广义简支边的概念及迭加原理,求出了它的精确解答。