模拟月尘BHLD20改进研究

为提高模拟月尘仿真度,对BHLD20进行了改进研究:通过引入斜长石作为原料之一制备模拟月尘,进一步逼近月尘真实组成;通过使用马弗炉制备胶结质及其它玻璃相,提高成熟度;通过湿法砂磨一步制备超细模拟月尘,使其与月尘粒度吻合;通过使用分散剂消除模拟月尘微粒团聚,还原真实粒度。以此研制出的模拟月尘BHLD20具有较高仿真度,其中值粒径285 nm,落于阿波罗月尘样品粒度区间内,微粒形貌多样且包含胶结质玻璃相,主要化学成分与大部分阿波罗月尘样品接近。     

月尘特性与模拟月尘研制现状

月尘问题是人类探测月球过程中需要克服的关键问题之一,研究月尘特性和研制模拟月尘是了解月球环境、解决月尘问题的有效途径。受月球空间环境影响,月尘具有许多独特的性质。为此,总结和阐述了月尘的几何特性、化学特性、物理特性和力学特性。根据月尘的基本性质,各种类型的模拟月尘被研制出来,其中重点介绍了NASA研制的JSC月海系列和NULHT高地系列模拟月尘的制备方法和性质。高质量的模拟月尘可以应用于表面活化、荷电特性、漂浮特性、附着特性、防除尘技术、资源提取等多个研究领域,为进一步探索月球提供必要的技术储备。     

CLDS-i模拟月尘的基本性质及应用前景

月尘对航天器、航天服性能和航天员的健康存在的危害迫切需要解决,在月尘样品稀缺的条件下,具有很高相似性的CLDS-i模拟月尘是开展尘埃防护技术攻关和毒性机理研究的重要基础。CLDS-i模拟月尘含75%玻璃组分和少量纳米金属铁颗粒,中值粒径为500~600 nm,具有复杂粒形和锋利棱角,其基本性质与实际月尘相似,可应用于月尘科学研究、月尘治理技术、月尘毒理学研究等诸多领域。     

用有限元法预测粉末体镦粗过程中的裂纹缺陷

 以金属粉末体材料的塑性理论为基础，采用体积可压缩的刚塑性有限元法模拟粉末体材料的塑性变形过程。同时以Lee-Kuhn通过实验获得的局部应变极限准则为破裂条件，获得了在不同摩擦因子、高径比和初始相对密度条件下鼓形部位出现破裂的极限工艺参数。与Lee-Kuhn的实验结果比较表明：本文的预测方法不仅可行，而且其模拟计算结果可靠。     

气动谐振管加热过程气体参数的测量与分析

实验研究了圆柱形、圆锥形和锥柱形三种结构形式的气动谐振加热管,采用高温高频压力传感器和灵敏度较高的温度传感器直接测量了谐振管加热过程中谐振腔底气体的压力和温度的时间历程。实验结果确认了谐振管加热的主要机理是激波振荡累积加热机制,而且表明谐振温升与管内气体压力振荡幅值有关,而谐振管压力振荡幅值与驱动气体压力有关;结构形式不同的谐振管,加热特性显著不同。实验结果有助于液体火箭发动机谐振管点火器的实际设计,而且可以用来检验数值模拟的正确性。      

基于移动粒子半隐式方法的旋流液膜破碎过程模拟

为实现旋流初始雾化中液膜破碎过程的直接数值模拟,基于GPU (Graphics processing unit)加速和移动粒子半隐式方法 (Moving particle semi-implicit method, MPS),开发了离心式喷嘴液膜破碎过程的并行加速数值模拟方法与程序,模拟了喷雾场三维形态特征和初始雾化破碎过程。模拟结果成功捕捉到了液膜形成、液膜破碎成液丝继而破碎成液滴的瞬态过程。模拟得到的雾化破碎过程与实验拍摄结果基本吻合。模拟了不同射流速度下的旋流液膜破碎过程,模拟得到的液膜初始破碎长度与经验公式计算结果趋势一致,二者吻合较好,最大误差为24.2%,模拟得到的液膜半锥角与实验值较为吻合,误差为10.6%。表明开发的模拟方法与程序的准确性,为后续离心式喷嘴的液膜雾化过程及雾化特性研究打下基础。     

月尘对登月服的影响及研究进展

概述了月尘对登月服带来的影响与危害,以及国外有关月尘对登月服影响研究的重点及最新进展,包括研究方向、研究内容、试验方法、环境模拟设备情况、试验评价体系、防尘与除尘技术等;特别针对月尘对登月服外层材料的影响,介绍了国外的研究发展情况及最新成果,提炼出了国外研究的总体思路逻辑框图,并对我国开展该领域技术研究提出了合理化建议。     

尾缘吹气稳定器初始雾化场实验及对燃烧计算的改进

利用激光测雾仪(PDA)对尾缘吹气式火焰稳定器尾缘出口的初始雾化场进行了实验研究, 在静止空气中测量了尾缘出口下游不同截面上的各点处的液滴直径、速度等参数, 分析了雾化场结构, 初步探讨了初始雾化场的特征.同时, 根据初始雾化场的实验结果给出燃烧数值模拟的初始雾化条件, 并把计算结果与燃烧实验数据和经验数值计算结果进行对比, 分析了实验初始雾化场数据对燃烧数值计算的改进效果.结果表明, 初始雾化场实验数据对燃烧室出口温度分布及燃烧效率的计算, 都有一定程度的改进, 其中对燃烧效率计算的改进效果更为明显.      

粉末合金(FGH95)蠕变/疲劳交互作用下寿命预测的损伤力学有限元分析

采用基于损伤力学的蠕变—疲劳交互作用下的寿命预测模型,应用损伤等效应力进行三维应力状态下的损伤计算,并考虑了压缩时闭合效应,利用ANSYS的二次开发工具APDL和UPFs开发程序,把基于损伤力学的寿命预测方法与ANSYS的结构分析结合起来,实现了对构件的损伤计算和寿命预测。针对粉末合金材料易含夹杂等初始缺陷的特点,提出了在寿命计算中通过单元初始损伤模拟初始缺陷对寿命影响的处理方法,探讨了考虑初始缺陷条件下的寿命预测,并利用试验对计算结果进行了对比验证。      

高超声速飞行器多层复杂热防护结构气-固耦合快速热分析方法

为了实现高超声速飞行器多种复杂结构热防护系统的气-固耦合快速热分析,采用热网络法建立非稳态等效一维传热模型;对于具有弧度的热防护结构,提出了驻点和翼前缘热阻等效计算方法,并给出了修正计算公式;结合气动热环境工程算法,实现了对任意多层复杂防热结构外部气动加热与内部结构传热的快速耦合分析。分别对钝锥气动加热和高超声速二维圆管气-固耦合传热问题进行了模拟,得到了与实验符合较好的结果,且计算效率很高;并对Micro-X验证机的全过程进行了耦合热分析,结果表明多层防热结构具有很好的防热效果,显著降低了结构内部温度。和传统耦合算法相比,此算法可快速有效地分析模拟气-固耦合问题,满足高超声速飞行器热防护系统初始设计阶段的使用要求。     

连续CF/PEEK预浸料制造技术研究进展

适合连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)预浸料的制造技术有熔融浸渍、粉末悬浮和混编模压,对各技术优缺点进行分析。通过总结各技术的发展现状,提出了熔融浸渍技术发展热点为浸渍模具的改进方法,粉末悬浮技术发展热点为分散系的改进,混编模压技术发展热点为碳纤维与树脂纤维的编织方式。     

气体介质中液滴破碎的LES/VOF数值模拟

为进一步揭示气体介质中液滴破碎的机理与影响因素,采用LES与VOF相结合的方法对液滴破碎过程进行了数值模拟,计算结果与实验结果符合较好,并且优于前人RANS模拟的计算结果。在此基础上,对多工况液滴破碎进行了LES/VOF模拟,分析计算结果发现,液滴破碎初期,液滴的尾涡效应影响液滴的初始变形位置,在变形过程中,液滴表面压力分布直接影响液滴的破碎状态;另外,在一定初始速度范围内,液滴破碎过程保持一致,但初始速度对液滴变形破碎时间及强度影响明显。     

粉末金属零件成形过程中出现损伤的数值模拟

使用基于Lee多孔材料屈服模型推导出的韧性损伤模型,对导向器类粉末金属零件成形过程中,在应力、应变、密度分布及其积累因素影响下,材料的损伤状态进行了数值模拟,在不同的加载状态下,压坯各点的损伤状况和破裂过程进行了跟踪,实验证实模拟结果具有较高的精度。     

粉末高温合金研究进展与应用

粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料.为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件.为缩短研制周期,优化工艺过程.数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果.     

置氢TC4钛合金粉末模压成形烧结机构及其动力学

通过建立正四面体的烧结模型,数学推导了置氢钛合金粉末烧结颈与烧结体相对密度的表达式,结合动力学实验研究了置氢TC4钛合金粉末模压成形固结加工过程中的动力学问题。结果表明:置氢TC4钛合金粉末烧结过程中的物质迁移机构由体积扩散为主的迁移机制向体积扩散和晶界扩散共同作用的物质迁移机制过渡,并由此得到了置氢TC4钛合金粉末材料模压成形固结过程的动力学方程,置氢量是影响置氢TC4钛合金粉末烧结体相对密度的最重要因素之一。     

超声速等离子喷涂颗粒加热熔化与细化过程分析

针对超声速等离子喷涂过程中颗粒撞击基体前熔化状态未知的问题,利用数值计算方法分析了单个颗粒在超声速气流中的加热熔化过程,并对颗粒的破碎细化行为进行了探究。计算考虑颗粒内部相变后,得到不同时刻颗粒内部的温度分布更加合理,通过分析得到了颗粒熔化界面随加热时间的变化曲线,其在0.35ms时完全熔化,这与实验分析结果相符。熔融颗粒在进入到高温高速等离子体射流中粒径会迅速减小,统计得到100mm处小于5μm的颗粒所占比例最大,超过了50%,与实验收集粒子的粒度分布一致。     

铜铁基粉末合金刹车盘感应加热的工艺试验

主要介绍铜铁基粉末合金刹车盘感应加热工艺参数及性能测试结果，并与其他烧结方法进行了比较。     

喷管内缝隙流场与热环境数值模拟研究

用有限元素法数值模拟了固体火箭发动机喷管内缝隙的流场和热环境。采用非结构的高分辨率的有限元离散格式,计算了不同攻角和不同Ｍａ数的缝隙内压力分布和气动加热,分析了缝隙内流场和热环境特性,数值结果与风洞实验结果符合很好。     

选区熔化过程多尺度多物理场建模研究进展

选区熔化技术是一种基于粉末床的、能够精确成形复杂零件、调控微观组织和性能的金属增材制造技术,其成形过程的计算机模拟对于生产实践具有重要指导意义。综述了国内外的研究现状,首先介绍选区熔化技术的原理及其特点;然后介绍国内外对选区熔化过程已经开展的计算机模拟技术的研究进展;并进一步重点介绍针对电子束选区熔化过程的多尺度多物理场模型,主要包括:(1)微观尺度电子束与材料相互作用的能量吸收模型;(2)细观尺度从铺粉到粉末加热、熔化、流动、沉积成形全过程的模型;(3)宏观尺度零件成形过程模型。     

基于HyShot发动机的试验介质影响数值研究

为了研究试验介质对超燃冲压发动机流场和性能的影响,以含双方程k-ωSST湍流模式的质量平均NavierStokes方程为控制方程,对Hyshot发动机流场进行了数值模拟,对比研究了根据不同模拟准则、来流加热方式获得的来流条件对发动机流场及组合参数的影响。结果表明:直接燃烧加热方式改变了来流的组分和热力学特性;两种模拟(总焓模拟、静温模拟)准则中,依据总焓模拟准则给出的流场参数间的一致性较好;四种污染来流加热方式中,采用燃烧甲烷、补充氧气加热方式、依据两种模拟准则给出的来流参数之间相互一致,可减少对计算结果的偏差性修正;同一模拟准则中,基于不同加热方式提供的来流,计算给出的流场参数间的差异呈现系统性(整体性)偏差;对基于流场参数的组合参数来讲,马赫数和冲量函数系数受模拟准则、来流加热方式的影响程度小于比冲量受相关影响的程度,冲量函数系数可为作为发动机性能的一个关联参量。