Stress-strain state analysis of shells of revolution based on the triangular discretization element with the Lagrange multipliers

The present paper sets forth an algorithm of analyzing thin shells with significant gradients of meridian curvature based on the Kirchhoff-Love hypothesis and finite element method. As a discretization element use is made of a triangular fragment of the middle surface with the Lagrange multipliers in additional nodes arranged in the triangle side middles. We apply the vector method of displacement interpolation that has a number of advantages over the conventional interpolation procedure. The high efficiency of the algorithm developed is confirmed by the numerical examples.     

航空发动机小偏差状态变量模型的建立方法

采用最小二乘拟合法建立用于航空发动机鲁棒控制系统设计的小偏差状态变量模型，即根据发动机非线性模型的小偏差动态响应数据直接拟合出其小偏差状态变量模型。由于建模误差在最小二乘意义下最小，因而应用该方法可以保证所建模型具有较高精度。此外该方法亦不受模型阶次的限制。应用该方法建立某型涡记扇发动机的小偏差状态变量模型，具有较高的精度，从而验证了该方法的有效性。     

The finite element analysis of shells of revolution with a branching meridian

We present an algorithm for calculating the shells of revolution with the branching meridian using the triangular finite elements, the rigidity matrices of which are formed based on the vector method of displacement interpolation [1]. The correct kinematic and static conditions of shell conjugation on the line of their coupling have been developed. The shell structure consisting of a cylinder and adjacent shells is calculated under various conditions of support.     

基于改进PCA算法的航空发动机状态诊断模型

针对飞行试验对高效异常诊断手段的迫切需求,利用海量飞行试验数据,在提取表征发动机状态参数的基础上,采用分段线性化的思想改进PCA(主元分析)算法,改善PCA算法在复杂非线性系统建模方面存在的参数估计精度差等问题。根据发动机风扇转子转速对试飞数据(样本数据)进行区间划分,分段建立发动机状态诊断模型。验证结果表明:改进PCA算法建立的诊断模型参数估计精度较好,对参数偏差较为敏感,能正确检测发动机异常的出现并准确定位异常参数,对飞行试验安全监控及发动机异常诊断平台的开发具有一定的参考价值。     

Modeling of helicopter flight imitation in the vortex ring state

A method of imitating the helicopter flight on a flight simulator is proposed for the vortex ring state hover flight. Algorithms of artificial neural networks are used for the modeling. The method allows modeling the characteristics of the main rotor's loading during a dangerous descent of the helicopter.     

Analysis of stress state in a root-airfoil transition zone of hollow wide chord fan blades

In this paper, under consideration is the complex approach to analyzing the operation of a simulator for the hollow blade made from the VT6 titanium alloy. The stress state parameters in the hollow-monolithic part transition zone of the cantilevered simulator at bending under the distributed load are determined.     

任意应力比下涡轮盘的塑性应变能寿命模型

以首次加、卸载时由于塑性变形导致循环应力应变曲线偏离弹性线的面积为损伤参量,从能量的角度建立了塑性应变能寿命模型,并运用平方插值的方法获得了任意应力比下塑性应变能和疲劳寿命的关系.利用某发动机涡轮盘的螺栓孔模拟试件与级间盘的跑道孔模拟试件的试验结果进行验证与对比.结果显示:根据应力比采用平方插值时塑性应变能寿命模型计算精度更高.螺栓孔试件的计算寿命与试验结果相差9.42%;跑道孔试件仅相差1.88%.总体上看,该模型计算结果与试验结果吻合很好,具有较高的精度.      

带升力风扇的垂直起降推进系统建模研究

为了填补国内对转升力风扇研究与垂直起降系统建模研究相结合的空缺,分别针对常规与对转升力风扇,建立了垂直起降推进系统的部件级实时数学模型,并进行了性能对比。针对减阻的要求,通过插值将升力风扇进气道的阻力系数选为0.0470;针对升力风扇非设计点特性准确性的要求,采用基元级理论对风扇进行半设计半计算;特别引入中介推力修正系数(κ)用于对转风扇的参数设计,该方法下两升力风扇推力相等,轴功率偏差为0.0265。进一步的动态仿真表明,由于风扇特性的影响,同样工况下非设计点处对转风扇的升力和轴功率更大;并且由于升力风扇与发动机的耦合性,针对不同升力风扇的差异性,发动机会通过调整转速而产生"趋同"的作用效果。     

温度和加载速率对LY12CZ薄板材料断裂韧性的影响

以飞机结构常用的铝合金材料LY12CZ为研究对象，研究了温度、加载速率对平面应力弹塑性Ⅰ型裂纹起裂和扩展的影响。通过实验研究和数值分析，得到了以下四点结论，(D用断裂丝片测量裂纹稳定扩展段的长度是可行的；(2)静态载荷作用下的起裂韧性变化不大，但随温度的升高，材料在裂纹扩展过程中断裂韧性会降低；(3)低速冲击载荷作用下的弹塑性动态起裂韧性比静态值要小40％；(4)与增量路径无关积分的计算结果进行比较，说明在本研究情况下，J积分可以作为材料断裂韧性的表征参量。     

井周地层应力状态对油井产量的影响

井周地层应力状态对油井产量有重大的影响,将岩层视为均质的连续弹性体,用弹性力学的方法,分析了井边附近岩层应力分布状态,在此基础上考虑了应力与岩层渗透率的关系,研究了井周地层应力对于油井产量的影响。     

圆棒拉伸试样蠕变过程中的应力应变分布分析

对光滑及切口圆棒试样进行有限元蠕变分析,得到了蠕变过程时的应力应变分布。在相同的平均净拉伸蠕变应力下,切口的存在使得最小截面上的平均Mises应力和平均轴向应力小于光滑试样。切口还导致蠕变时的应力松弛并使得试样的最大应力不再发生在切口根部。这可以用来简单解释切口对试样断裂寿命的影响。     

基于综合应力工作态试验和神经网络的CMG失效边界域预测

本文设计了一种可同时模拟真空热环境和CMG与航天器角动量交换工况的试验设备,提出了模拟在轨真空环境下温度、CMG框架转速、航天器转速3种应力的工作态试验方法,给出了适用于神经网络的CMG运行状态定量表达方法,利用少量试验数据和神经网络方法对工作极限转速矩阵、失效边界、失效边界域进行预测,分析了经验样本对预测结果的影响,以及各应力对其他应力工作域的耦合影响,并给出了预测结果的可信度分析方法。研究结果表明,所提出的方法可以更真实模拟CMG在轨工作状态的同时显著节省试验经费和时间,并具有较高的预测准确性和多应力工作场景适应性,对I和Ⅱ两类训练数据集分别获得100%和98.8%的预测正确率,给出了仅凭试验数据无法得到的55℃下的转速失效边界,并且可以内化试验数据背后的工程经验。     

热障涂层二向应力状态分析与危险点预测

热障涂层剥落是航空发动机热端部件失效的主要形式,研究热冲击环境下涂层的失效机制对提升发动机使用寿命具有重要意义。基于二维轴对称有限元模型、二向应力状态分析方法、唯像学和累积损伤理论建立了热障涂层危险点位置预测方法,阐明了热障涂层在热冲击环境下的失效机制。研究表明随氧化层厚度增加,陶瓷层内部轴向应力与剪切应力的峰值点沿余弦曲线的波峰向波谷方向移动;与传统应力分析方法相比,二向应力状态分析法得到的轴向应力与剪切应力峰值位置更加接近,有利于危险位置预测;基于唯象学寿命预测模型与疲劳累积理论相结合的方法,进一步确定出危险点位置在陶瓷层波峰至波谷轴向距离的3/10处,与实际陶瓷层内开裂的位置基本吻合,验证了危险点预测方法的准确性。     

平板表面薄圆柱绕流摩擦力矢量场全局测量

针对壁面摩擦力矢量场测量问题,基于剪切敏感液晶(SSLC)涂层技术建立了一种测量平板表面摩擦力矢量场的方法。该方法基于多视角测量原理,采用六台同步相机从不同方向同时采集SSLC涂层在摩擦力作用下的颜色变化,与采用单台相机相比能够降低测量噪声,并且具有测量非定常流动的摩擦力场的潜力。应用该方法测量了平板表面薄圆柱绕流的摩擦力矢量场,结果表明:(1)SSLC涂层能够以彩色方式定性显示壁面摩擦力信息;(2)通过对不同方向观测的SSLC涂层颜色进行分析处理,该方法能够高分辨率测量薄圆柱绕流的摩擦力矢量场,详细地捕获了流动特征;(3)同一份SSLC涂层可以重复使用并且可用于测量不同的摩擦力矢量场。     

机动飞行飞行器内具有初始弯曲和刚度不对称的转子运动模型

本文建立了位于机动飞行飞行器内且同时具有初始弯曲、不对称刚度和质量不平衡的单盘Jeffcott转子的动力学模型。当飞行器静止时,设相关参数为零后该模型与相应地面转子系统的数学模型完全相同。应用该模型可数值仿真研究飞行器运动时位于飞行器内的等转速、等加速、等减速运行转子的动态特性,研究飞行器不同飞行速度和加速度对转子动力学特性的影响,分析飞行器飞行时转子出现故障时的响应特性,从而为机动飞行器内转子的动力学分析和故障诊断提供依据。     

壁面带微结构管道内Cassie状态稳定性的实验研究

保持液体在微结构表面处于Cassie状态,是流动减阻的关键。首先利用MicroPTV分别测量了带微结构侧壁处于Cassie和Wenzel状态下的流场速度,表明Cassie状态下近壁速度提高至光滑表面的1.6倍,而Wenzel状态下近壁速度将减小。通过精细控制微管道的驱动压强,观察了液体在近壁由Cassie向Wenzel状态的转变,并测出C/W转变的临界压强值Δpcr约10.9kPa,与Laplace理论预测值10.15kPa基本相符。考虑到Cassie状态失稳也会发生在液体进样过程中,实验还观察了微结构角点对液体进样的＂锚定＂作用,并初步分析了液体进样中自由液面在微结构表面保持Cassie状态的条件。     

Modeling and control of a novel electro-hydrostatic actuator with adaptive pump displacement

The variable pump displacement and variable motor speed electro-hydrostatic actuator (EHA), one of the three types of EHAs, has advantages such as short response time, flexible speed regulation, and high efficiency. However, the nonlinearity of its double-input single-output system poses a great challenge for system control. This study proposes a novel EHA with adaptive pump displacement and variable motor speed (EHA-APVM). A closed-loop position is realized using a servomotor. Moreover, the displacement varies with the system pressure; thus, the EHA-APVM is a single-input and single-output system. Firstly, the working principles of the EHA-APVM and the pump used in the system are introduced. Secondly, a nonlinear mathematical model of the proposed EHA-APVM control system is established, and a feedback back-stepping (FBBS) control algorithm is introduced to transform the complex nonlinear system into a linear system on the basis of the back-stepping control theory. Finally, simulation results prove that the EHA-APVM has a quick response and high robustness to variations of the load and the pump displacement. In this work, the size and weight of the motor are significantly reduced because the maximum power requirement is reduced, which is very beneficial for using the actuator in airborne equipment.     

具有周期性薄膜热源的多层介质非稳态传热数值仿真

为分析具有薄膜热源的多层介质非稳态传热问题,以某型飞机层合电加温风挡为例,构建了一种热流密度-温度边界条件,实现了薄膜热源热流和温度属性向多层介质内外两个方向上的实时传递,再现了薄膜热源温度对临近多层介质表面温度的影响,为具有薄膜热源的多层介质传热问题分析和加温控制规律设计提供了一种可行方法.     

Crushing of conical composites shells: a numerical analysis of the governing factors

A numerical and experimental analysis comparing the influence of specimen geometry, material composition and loading conditions on the crushing response of truncated conical shells is presented. The analysis is based on a new multi-layered numerical modelling composed of shell and solid elements. A material model appropriate for balanced fabrics has been developed including in-plane failure, delamination failure and resulting degradation models.