温度/机械载荷作用下裂纹扩展的随机化分析

为描述温度/机械载荷共同作用下裂纹扩展速率,基于疲劳和蠕变裂纹扩展的线性叠加模型,给出了结合试验的修正方法.该方法根据试验结果提取新的材料参数,解决了原模型中由于交变载荷对蠕变裂纹扩展的影响所导致的材料参数不独立的问题.在此修正模型基础上,引入对数正态随机过程,建立了温度/机械载荷共同作用下的裂纹扩展随机模型,并采用泰勒级数展开法获得了指定裂纹长度下寿命分布和指定寿命下裂纹长度分布的表达式.通过算例比较随机模型和试验结果获得的寿命分布,证实了该随机化处理方法的可靠性.     

热障涂层热应力影响因素的正交有限元分析

利用有限元分析方法,采用Walker粘塑性材料本构模型计算了喷涂于圆管型试件上的热障涂层在室温和高温环境下的热应力.使用试验中常用的正交设计分析方法,分析了热障涂层不同的结构和喷涂工艺中的4种因素在取不同的水平条件时对热障涂层热应力的影响.分析结果表明:对于所考察的危险点,4种因素对热障涂层中热应力的产生都有显著影响,其中以氧化层的厚度对其影响最为严重;4种因素随其各自水平的变化对涂层内部应力变化的影响规律不同.     

高温受弯构件表面裂纹疲劳扩展寿命预测

基于J-积分半经验公式建立了构件表面裂纹在其长度和深度方向上的疲劳扩展速率表达式,用来预计模拟SUS304钢构件在550℃高温环境中受弯曲载荷作用下表面裂纹的疲劳扩展寿命.并在相同条件下进行了疲劳裂纹扩展试验.结果表明,预测曲线与实验数据基本一致,证明了本文预测方法的有效性.     

水对复合材料层合板分层扩展的影响

本文研究了水对复合材料层合板在单向拉伸和疲劳循环载荷作用下的分层扩展速率的影响。研究结果表明,在单向拉伸载荷作用下,水对分层扩展速率影响不大,而在疲劳循环载荷作用下,层合板发生分层后,水渗入层间及横向裂纹中,使层间裂纹和横向裂纹扩展速率大大加快,层合板的疲劳强度和疲劳寿命显著下降。因此当复合材料层合板结构在水介质中工作时,必须考虑到裂纹对水的敏感性。本文还探讨了超载对疲劳裂纹扩展速率的效应。实验结果证明,与金属材料的机理完全不同,超载对复合材料的裂纹扩展不但无延迟效应,反而存在加速现象。     

局部配置法求解TBC界面裂纹应力强度因子研究

主要探讨了应用局部配置法求解拉伸载荷下和热载荷下陶瓷隔热涂层界面裂纹的应力强度因子的方法.对于陶瓷隔热涂层,其陶瓷层与粘结层之间的界面裂纹的应力强度因子是复型的,它包括应力强度因子的模和相位角.其求解与传统均质材料的应力强度因子是不同的.     

基于涂层传感器的金属结构疲劳裂纹监测

针对飞机金属结构在服役过程中的裂纹扩展实时监测需求,提出一种现代表面技术与电位法原理相结合的疲劳裂纹监测研究方案.在结构易出现裂纹的热点部位制备了一种具有绝缘隔离层、导电传感层和封装保护层3层结构的裂纹监测涂层传感器.然后进行了疲劳裂纹监测试验,结果表明:通过分析涂层传感器电阻(电位)的变化可以实现对2A12-T4铝合金连接结构多个部位的裂纹同时进行有效监测.此外,还对表面制备涂层传感器的试样与原始试样的疲劳特性进行了对比研究.结果表明:应用现代表面技术在2A12-T4铝合金表面制备涂层传感器,对其疲劳性影响甚微.     

可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传导率差别小的内外壁材料、优化几何结构改善温度场及结构场;各向同性和随动硬化结构曲线变化趋势相似,但塑性应变有较大差别,残余应变相差约0.06%;多循环加载中每个循环的结构曲线形状相似并不断右移,硬化效应明显,低周疲劳损伤和蠕变损伤分别取决于循环载荷下的应变和应力值.     

变更载荷谱情况下的耐久性分析技术与应用

针对全尺寸飞机结构疲劳(耐久性)试验过程中更改载荷谱情况下对全尺寸结构疲劳试验机(单机)进行耐久性评定的需求,基于耐久性分析的概率断裂力学方法和改进的裂纹萌生方法,提出了综合不同谱下耐久性试验数据集确定描述结构细节原始疲劳质量的当量初始缺陷尺寸分布的方法,给出了载荷谱变更情况下计算各应力区裂纹超越概率的损伤累加方法,从而建立了能够准确预测载荷谱变更情况下结构经济寿命的耐久性评定方法.这种方法已成功应用于某型飞机结构全尺寸试验中更改载荷谱情况的耐久性评定,有着重要的工程应用价值.      

航空发动机关键件使用寿命监视系统设计

 航空发动机寿命监视技术对监视发动机的工作状态、寿命消耗、剩余寿命和保证发动机在高性能水平下安全、可靠地工作有十分重要的作用.本文所设计的地面监视系统功能包括,对发动机飞行参数进行筛选并提取出影响低周疲劳寿命的循环数以及计算离心负荷、热负荷作用下的低周疲劳和蠕变寿命消耗,建立各关键件在低周/蠕变交互作用下的实际寿命消耗的计算模型.通过发动机使用寿命数据库对各监视零件的剩余寿命加以管理,为使用和维修提供参考依据.     

热障涂层的残余应力分析

建立了热障涂层结构的残余应力计算公式,分析了陶瓷层和氧化层弹性模量、热膨胀系数及其厚度的变化对残余应力的影响.结果表明:陶瓷层和氧化层的面内残余应力均为压应力,其数值与温降成正比;自身弹性模量越高或热膨胀系数越小,陶瓷层或氧化层的残余应力越大;厚度变化对残余应力的影响很小;典型情况下陶瓷层的室温残余应力接近300 MPa,明显低于大块陶瓷材料的抗压强度.这些结果对分析热障涂层结构的失效机制有指导意义.      

碳基高导热材料及其在航天器上的应用

在分析航天器对于高导热材料的需求及应用特点的基础上,将碳基导热材料分为高导热石墨扩热板和高导热柔性石墨膜,总结了其在航天器上的典型应用场景.高导热柔性石墨膜可用于复杂结构等温化设计、柔性热传输等,高导热石墨扩热板可用于大功率元器件或设备扩热与传输.针对现有柔性导热材料柔韧性差、尺寸小、厚度薄等应用瓶颈,采用固相发泡技术...     

高空高速无人飞行器热控制系统设计

针对飞行时间短、速度和高度变化快、表面温度波动大的无人飞行器UAV(Unmanned Aerial Vehicles)热控制系统设计难题,提出了一种可解决实际工程问题的热分析计算方法.即把热天工况、冷天工况和标准天工况作为设计/试验工况;采用参考温度法、高超音速工程预测法或计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟法,确定了飞行器表面温度分布,并把其作为后续热分析数学模型的外边界条件;分析结构热容量对瞬态热载荷的影响,建立与之相应的边值问题方程,并采用有限差分法求解;根据高空高速飞行特点及瞬态热载荷值,确定仪器设备舱调温系统方案.     

低温环境下红外辐射标定技术研究

低温环境下红外场景生成装置的标定是对低温红外目标特征评估和精准探测的前提。通过标定过程中热辐射-光子-电子转换测量的传递途径,建立基于红外热像仪灰度的低温标定模型,用最小二乘法进行拟合,得到模型中的辐射出射度响应函数和系统固有偏置。搭建了低温标定实验装置,根据热像仪对低温辐射源不同辐射出射度的测量结果,得到标定方程。分析了理论值和实际测量值的误差,在低温黑体辐射出射度9.79W/m2处,热像仪的辐射出射度误差最大,为-0.17W/m2,此时的灰度误差为-9.91DN。     

Sensitivity analyses of satellite propulsion components with their thermal modelling

Performing the sensitivity analyses of the contact conduction and the position of thermostat on the basis of the thermal model established, the study of thermal design is accomplished for the preparation of possible mechanical interface change of the satellite propulsion system depending on the satellite system design. A relatively simple thermal model is taken into consideration for the convenience of the analysis. A variety of the spacecraft bus voltages and the contact resistances are examined as well as the position of thermostat on propulsion components. As a consequence, even though the mechanical interface condition is changed on the same module, the successful thermal design could be achieved if we design the heater to have sufficiently large power with reference to the heritage value of contact resistance. Besides the reasonable performance on the thermal control is assured with the thermostat location errors, if the uncertainty in the position of thermostat is not quite large when assembling tank module.     

高超声速飞行器热载荷计算及影响因素分析

对吸热式热防护系统和液氮为冷源的高超声速飞行器热控系统,分别采用辐射热平衡法和双层集总参数法,建立了隔热层和舱内温度场的热力学模型,实现了气动加热、隔热层导热及舱内温度场等各传热环节的解耦.在此基础上,按照X-34验证机的飞行剖面对高超声速飞行器电子设备舱热载荷进行了计算,并分析了隔热层厚度、舱内冷却气体流速及液氮量对舱内温度和电子设备温度的影响.结果表明,该方法对热传递过程各环节响应特性能够较准确的分析,在工程方案初步设计阶段具有重要的应用价值.     

填充泡沫镍对固液相变过程的影响

为了改善固液相变蓄能装置的空穴分布及传热性能,在理论研究基础上设计制造了填充泡沫镍的固液相变蓄热容器,与未填充泡沫镍的蓄热容器一同进行了相变蓄热实验,利用铂电阻(Pt100)和数据采集模块(ADAM-4000)测得了各蓄热容器的温度变化数据,实验后对各容器进行了CT(Computed Tomography)扫描,得到了容器内部的空穴分布图像.通过对比研究两种容器的温度变化和空穴分布,证明了填充泡沫镍能够有效改善固液相变过程中的空穴分布和传热性能,研究结论对于固液相变蓄热技术的应用具有一定指导意义.     

采用Ti/Ag/Ti中间层连接SiC陶瓷的 有限元应力分析

在陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷(采用金属中间层)的连接过程中,陶瓷与金属的热膨胀系数等性质存在差异而产生的残余热应力是连接接头强度弱化的主要原因.采用有限元方法对Ti/Ag/Ti作为中间层热压连接SiC陶瓷进行了应力的有限元计算分析,结果表明采用Ti/Ag/Ti结构的金属中间层连接SiC陶瓷时,对接头危害较大的残余应力主要分布在连接件近缝区.靠近试样外表面区域是接头的薄弱区,裂纹易在此处萌生,裂纹的扩展先是沿着一条向陶瓷侧凹入的弧线向陶瓷内切入,而后沿径向扩展.接头实际断裂方式与有限元分析结果相符,表明采用有限元方法对陶瓷连接接头的残余应力进行模拟计算有重要的指导意义.      

喷涂功率对纳米热障涂层组织及性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscopy)、X射线衍射(XRD, X-Ray Diffraction)等方法研究了大气等离子喷涂功率对纳米Y₂O₃部分稳定的ZrO₂ (YSZ,Yttria Stabilized Zirconia)热障涂层组织结构及热震性能的影响.结果表明,不同功率下制备的陶瓷层包含熔融相和未熔相,未熔相中存有纳米晶粒,相组成为四方相ZrO₂.随着功率的增加,涂层的纳米区域逐渐减少,孔隙率逐渐降低,热震寿命先增加后减少.涂层失效位置位于靠近TGO(Thermally Grown Oxide)处的陶瓷层中.