复合材料易碎盖薄弱区结构设计分析

 针对复合材料易碎盖关键部位薄弱区结构进行设计,并采用数值模拟方法对其力学性能进行了研究。首先对易碎盖整体进行数值模拟,为薄弱区结构局部模型分析提供了边界条件与载荷。其次通过局部数值模拟结果结合相应的强度准则,预测了相应的易碎盖冲破压力,并通过对易碎盖实验件进行冲破实验验证了设计方案与理论方法的准确性。最后讨论了薄弱区参数对易碎盖冲破压力的影响。     

复合材料发射箱箱体加工技术研究

针对某型号武器复合材料发射箱箱体机加工过程中由于工件刚度差、易变形,导致的加工尺寸超差及质量缺陷(如毛刺、分层、崩边)等问题,开展发射箱机械加工技术研究和工艺优化。实验结果表明:通过合理设计发射箱装夹定位方式,优化加工刀具及工艺参数,能够实现对加工缺陷的有效控制,保证产品加工质量;通过对箱体不同工序、工步进行优化,统筹安排管理,将发射箱单件加工时间从100 h降到46 h,生产效率提高54%,大幅降低了生产成本。     

基于VARTM 工艺的大型闭合截面复合材料箱体的研制

研究了VARTM工艺用树脂基体的黏流特性,进行了平板验证试验,并采用PAM-RTM软件对复合材料箱体的工艺过程进行模拟,确定了最佳注射方案和工艺控制参数,采用主体阳模的VARTM工艺,制备了复合材料箱体试验件,对贮运发射箱VARTM工艺成型的有效性及可行性进行了验证。     

导流格栅对发射箱内冲击波强度影响仿真

针对发射箱内添加导流格栅导致箱内冲击波强度变化的问题,构建了燃气流与后盖开启过程相互耦合的数值仿真模型,并基于动网格技术进行了仿真计算。研究结果表明:添加导流格栅后,箱内及前盖冲击波强度均有所增加,前盖压强峰值增加约 5%,导流格栅安装位置越靠近发动机喷管,箱内冲击波强度增幅越大。研究结果可为发 射箱内导流格栅设计提供理论参考。     

燃气冲破式易碎盖冲击载荷与变形预测

采用高精度数值模拟技术对开盖前发射箱内冲击波演化规律、后盖不同开盖时刻前箱盖载荷分布以及不同载荷加载方式下前盖承压变形进行了计算分析。研究结果表明：冲击波以约450 m/s的速度在箱内沿轴向传播，棱台箱盖中心区域压力大于斜面区域。后盖开盖时间距离发动机点火时间越长，燃气到达前盖的压力峰值越大，综合考虑箱内设备的安全与开盖可靠性，在0.95 ms时刻开盖时性能最优。通过对棱台型易碎前盖燃气载荷分布研究，应按照平台区域和斜面区域进行分区域变形预测，相比较平均载荷加载更有利于盖体薄弱部位设计。     

复合材料层合板结构冲击损伤数值模拟的损伤力学模型

针对复合材料结构低速冲击损伤问题,基于连续损伤力学提出了一种动力学冲击条件下的三维损伤数值模型。模型中区分了层内损伤（纤维拉伸与压缩失效、纤维间拉伸与压缩失效）和层间分层损伤不同的失效模式。采用三维Puck失效准则与考虑压缩抑制效应的Aymerich准则对上述两类损伤进行判定,材料失效后基于连续损伤力学中线性软化模型对材料损伤进行演化。模型中考虑了复合材料层合板结构中子层的就位效应和损伤分析中的“连锁效应”。通过对Shi的冲击试验进行数值模拟,模型预测的冲击接触载荷、分层形状和尺寸与试验结果吻合较好,证明了所提出的数值模型对复合材料层合板结构低速冲击损伤预测的有效性。     

复合材料整体化结构固化变形的数值模拟

介绍了复合材料整体化结构的概念,提出了复合材料结构件固化变形的具体分析方法,最后运用商业软件ABAQUS对树脂基碳纤维增强复合材料T700/QY8911在整体共固化过程中的变形进行了数值模拟.     

发射箱前盖抗燃气流冲击设计研究

对导弹发射箱前盖受邻箱导弹发射燃气流冲击会出现破碎问题，进行了全面的分析，通过燃气流场仿真计算的载荷分析，有限元强度分析，在前盖材料密度和外形两方面对前盖设计提出改进措施，试验证明措施有效。     

意外点火时燃气排导系统流场仿真分析

根据舰载垂直发射系统的结构特点,对其物理模型进行了简化,并通过采用Fluent软件求解三维、雷诺平均N-S方程的方法,利用k-ε二方程模型,对导弹意外点火情况下垂直发射装置燃气排导系统内的压强分布特性进行了模拟分析,尤其是对当排气盖部分被冲破瞬间以及排气盖盖体被冲破1块、2块和3块这几种情况下的排导系统内部的压强分布特性进行了模拟计算。通过数值模拟,得到了在导弹意外点火情况下,燃气排导系统内部不同位置的压强分布规律,并给出了一些特性曲线,对垂直发射装置的机械强度设计有很大的参考价值。     

基于k-ωSST模型的同心筒发射装置流场数值模拟

围绕同心筒发射装置流场数值模拟及结构优化展开研究,流场数值模拟基于轴对称Navier-Stokes(N-S)方程、k-ω shear stress transfer(SST)湍流模型,并运用域动分层动网格方法,以同心筒初始方案为参照,研究了同心筒发射过程的动态流场,在此基础上,分别对内筒收敛段的收敛角度以及筒口扩张段的扩张角度进行了优化研究,研究结果表明:内筒收敛段使得燃气排导更为通畅,筒内的热环境有所改善,并且内筒收敛段起到了一定的防喷作用,收敛角越大,筒底热环境越好;筒口扩张段对发射过程动态流场也有明显影响,收敛角为15°,扩张角为20°时,导弹从开始发射到完全出筒过程中热环境最为良好。      

轻质量低成本无人机舵面结构优化与验证

复合材料蜂窝夹芯结构因其高比强度、比模量及可设计性而广泛应用于航空飞行器结构。文章提出了 1种轻质量、低成本舵面结构方案——通过增大蜂窝芯密度使其剪切模量提高,进而降低复合材料面板应力水平,减小面板厚度。首先,根据理论选择通过增大蜂窝密度提升蜂窝剪切模量;然后,对结构进行有限元计算与分析,发现蒙皮应力水平随蜂窝芯剪切模量增大而显著降低;最后,设计不同蜂窝芯密度的蜂窝夹芯结构进行试验。试验结果证明,蜂窝芯越致密,其典型力学性能越高,冲击后的剩余强度也越高。     

高性能树脂基复合材料轻质结构3D打印与性能研究

树脂基复合材料轻质结构具有轻质、高性能等优点,广泛应用于航天航空、高速列车和船舶等领域。通过对传统树脂基复合材料轻质结构制造工艺的综述分析,发现传统制造工艺具有过程复杂、周期长和生产成本高等缺陷,限制了树脂基复合材料轻质结构的发展。3D打印是一种先进的零件成形工艺,可实现复杂结构零件的快速制造,为高性能复合材料轻质结构的一体化制造提供了可能。介绍了树脂基复合材料轻质结构3D打印的研究进展,提出了基于连续纤维增强热塑性复合材料3D打印的高性能复合材料轻质结构的一体化制造工艺,并对其性能开展了初步研究。     

Multi-objective optimization of frequency and damping of vertical stabilizer skin structure placed with variable-angle tows

The vibration characteristics of composite vertical stabilizer skin structures play a critical role in damping effects designed for overcoming the air disturbances experienced by aircraft structural components during flight. The first-order fundamental frequencies and their corresponding damping characteristics of the vertical stabilizer skin structure tow-steered by automatic fiber placement technique were optimized with the parameterized trajectories and plies as design variables. Firstly, the vibration and damping numerical models were derived based on Kirchhoff laminate theory, the Rayleigh-Ritz method, and the Strain Energy Method. Then the optimization model was developed by adopting the self-adaptive Differential Evolution Multi-objective optimization algorithm and incorporating the solution method of Pareto Front. The constraints of this optimization model considered the experimentally obtained minimum turning radius of prepregs tow-steered in automatic fiber placement process obtained from experimental tests. Finally, the comparison of numerical simulation results was conducted for the optimized trajectories and the conventional straight trajectories under various boundary conditions, and the numerical results were partially validated through damping and frequency tests. The results indicate the vibration characteristics of the composite vertical stabilizer skin structure can be enhanced to a large extent by optimizing fiber trajectories, and the enhancement percentage is affected by the boundary conditions of the actual structure.     

平板叶片冲击复合材料层合板的数值模拟方法

以某型发动机的复合材料外涵机匣为模型,用LS-DYNA对平板叶片冲击碳纤维复合材料模型机匣进行了数值模拟。应用在LS—DYNA中的复合材料建模方法,分析了模拟冲击条件下的穿透阈值和复合材料的吸能特性,铺层角度、顺序对冲击过程的影响,以及在相同冲击速度下冲击角度对冲击过程的影响。最终得到平板叶片冲击复合材料机匣的模拟结果。     

水平喷流对叶顶气膜冷却效率影响的数值研究

为进一步提高燃气轮机叶顶区域的气膜冷却效率,在叶顶模型结构上对4种叶顶冷却结构的流动和传热进行了数值模拟,结果显示带有盖板的水平喷流结构能够有效地提高叶顶区域的气膜冷却效率,对于圆孔,可以将气膜冷却效率提高至原来的2倍以上.通过流场的分析发现:水平喷流结构可以调整冷却工质的流动,使得冷却工质的贴壁性更好、分布更加均匀,进而提高气膜冷却效率.此外还研究了间隙宽度、盖板尾缘厚度、盖度和整流栅对水平喷流结构气膜冷却效率的影响.结果表明:增加盖度和减小间隙宽度可以提高气膜冷却效率,但是盖度和间隙宽度的选取受到了强度、工艺和冷却工质入口压力等因素的限制.水平盖板结构的冷却效果比倾斜盖板结构的好.整流栅足够长时可以调整流动、提高气膜冷却效率.      

考虑鸟撞的航空发动机叶片动态拓扑优化设计

为了实现航空发动机冷端风扇叶片在考虑鸟撞情况下的轻量化设计,从结构拓扑优化计算的角度出发,对该问题展开深入的研究并提出具体的解决方案。针对叶片优化中存在的优化模型建立,结构动态工况优化,多条件约束并存处理,多工况联合优化等关键问题,进行了理论上的深入分析研究,阐述了结构多约束、多工况动态优化的理论基础,并结合相应的数值计算平台,提出了风扇叶片分步优化计算的方案,对航空发动机叶片进行拓扑优化计算。计算结果显示,最终的叶片轻量化结构满足所有鸟撞与离心载荷多工况的优化约束条件,拓扑结构中材料分布合理,在满足适航条例强度要求的同时质量减少达37.9%,具有一定的实际参考应用价值,同时所提出的动态优化计算方案,在工程结构的动态优化中具有广阔的应用前景。     

高速进气道抛罩过程内流场演化特性研究

为探究进气道整流罩打开过程中内流场的演化规律,针对下颌式进气道及其配套整流罩,基于重叠网格法求解N-S方程,详细分析了抛罩过程中内流场演化过程与特征流场结构。研究表明,堵罩时,整流罩前端发展出V形激波,整流罩尾部形成后向台阶且产生一对涡矢量方向相反的流向涡,开罩过程中,整流罩前端的V形激波与尾部的后向台阶均会对内流场流动产生影响,捕获流量在中间某时刻达到峰值且大于稳定状态。对于开罩过程流动准定常且内流道无大分离区的流场,进气道在V形激波打在唇口时完成起动且整流罩在此后不影响内流场流动。假设的匀加速转动与重构出的真实转动吻合较好,对于更精确的运动过程模拟可采用三次函数的角速度变化律。     

压气机引气模拟方法及引气结构的数值研究

为研究引气对于压气机设计的影响,以某高压压气机引气级为研究对象,通过对比源项引气模型与构建真实引气结构两种数值仿真方法的差异,并用构建真实引气结构的数值仿真方法分析了不同引气结构对压气机性能和流场的影响。仿真分析结果表明：两种数值仿真方法计算得到的压气机引气级的性能和局部流场均存在较大的差异,在压气机气动设计分析中应该采用构建真实引气结构的数值仿真方法。引气结构和主流道的夹角对主流区域叶尖位置的流场和压气机引气级的性能有较大影响,并且对引气管路内的流动分离程度也有较大影响,当此夹角为45°时,主流区及引气管路内的流动损失均最小。