焊接顺序对TA15钛合金壁板焊接变形的影响

建立了TA15钛合金壁板焊接有限元模型,利用热弹塑性有限元法分析了焊接顺序对壁板变形的影响。通过对比焊缝截面宏观形貌和残余应力,建立了TIG穿透焊焊接工艺的双椭球热源模型,进而模拟了5种焊接顺序下壁板变形情况。结果表明:按从一侧开始的顺序进行焊接时,下壁板中部边缘凸起,最大变形量为3.9mm;采用对称施焊,可有效地控制壁板变形量。     

壁板结构焊接顺序模拟优化研究

对于某壁板结构焊接顺序进行了数值模拟优化,主要考察了4块立板之间不同的焊接顺序、每块立板上各段焊缝焊接顺序的调整以及焊接起始端的选择对结构焊后变形的影响规律,模拟结果表明:壁板在各种顺序下都产生了马鞍型变形,即,沿焊缝纵向截面上产生了向下的挠曲变形,中部向下变形量最大;沿焊缝横向截面上产生了向上的挠曲变形,壁板两端部变形量较大,且壁板前端比后端变形大。在单块立板上采用先点固两端然后交错对称焊接,在整体上对4块立板依次焊接相同位置的焊缝,此时壁板焊后变形最小。     

典型飞机壁板结构的抗屈曲优化设计与试验验证

加筋壁板是飞机机身和机翼中常见的典型承力结构,其在轴压和机身弯矩载荷作用下极易发生屈曲失效,严重制约飞行器安全性能与服役周期。飞机结构静强度校核时多采用经验公式进行工程计算,其中加筋壁板结构承载能力的工程计算与机身框结构端部支持系数的选取密切相关。现有飞机型号研制中端部支持系数的选取通常较为保守,结构安全裕度大、质量冗余,阻碍了飞行器轻量化水平的进一步提升。为此,首先基于欧拉长柱失稳理论,建立了基于切缝法的典型飞机壁板结构端部支持系数仿真计算模型;同时深入分析了端部支持系数与加筋壁板结构和支撑框段的耦合作用关系;进一步地,分析了框、长桁等结构特征参数对端部支持系数的影响规律,并分别开展了框、长桁-蒙皮以及框-长桁-蒙皮协同优化的飞机壁板结构抗屈曲设计;最后,基于增材制造缩比样件和轴压屈曲试验,验证了典型壁板结构抗屈曲优化设计方法的有效性。所建立的仿真分析模型和优化设计方法实现了飞机壁板结构抗屈曲性能的有效提升,对进一步提升飞机性能指标具有重要意义。     

微贮箱移动电子束焊接传热数值分析

建立了某姿轨控发动机推进剂贮箱移动电子束焊接热源的焊接温度场数值仿真模型,采用锥体热源描述电子束焊接热源,通过等价比热容法来处理熔化潜热,得到电子束焊接过程中贮箱温度、焊接熔池形状和尺寸随时间的变化状况.结果表明:仿真计算所得贮箱温度与实测数据的差异小于10%.在焊接过程中,利用安装在贮箱外表面的纯铜散热盘可以将贮箱半膜处的温度从503K降低至364K以下,避免了焊接过程中贮箱温度过高出现结构损伤.该计算方法与结构散热方式可为其他产品的焊接提供借鉴与参考.      

轻合金T型结构双激光束双侧同步焊接技术研究进展

轻合金双激光束双侧同步焊接(Double Laser-Beam Bilateral Synchronous Welding,DLBSW)技术是一项极具应用前景与发展潜力的先进技术,对实现航空航天壁板结构的轻量化与高效率制造具有重要意义。然而,由于轻合金本身的材料特性与DLBSW技术的特殊性,轻合金T型结构DLBSW技术仍然存在诸多细节问题有待深入探索。分析了轻合金T型结构DLBSW技术的焊接冶金特点与稳定性,重点研究了DLBSW接头中焊接缺陷的形成机理与抑制措施,考察了T型接头的力学性能与断裂机理。此外,探讨了轻合金T型结构DLBSW过程数值模拟研究的重要意义。     

复合材料蒙皮/长桁壁板结构优化设计

针对复合材料蒙皮、长桁组成的典型刀型加筋结构,提出了一个两级三层优化方法。第1级壁板结构的质量为目标函数,采用改进的可行方向法对壁板结构进行尺寸优化。第2级以壁板结构的屈曲临界载荷作为目标函数,采用多层复合形法对壁板结构进行加筋尺寸优化和遗传算法对复合材料蒙皮进行铺层顺序优化。最后通过算例验证了优化策略的合理性。     

热压罐工艺帽型加筋壁板长桁胶接变形问题

采用"干长桁+湿蒙皮"共胶接工艺制造复合材料帽型加筋壁板零件时,发现长桁在胶接固化后普遍存在压塌式变形及胶接面胶层厚度不均匀的现象。为改善上述问题以实现复合材料帽型加筋壁板的高精度成型,通过试验件的制造和检测收集了长桁胶接前后的变形数据及胶接后的胶层厚度数据,分析了长桁在热压罐中胶接时的受力状态及导致长桁变形的主要原因,并采用有限元模拟对分析进行了验证。结果表明：帽型长桁在胶接后确实发生了压塌式变形,长桁胶接时帽顶R区的内外压力差及长桁缘条侧边加压不充分是导致变形的主要原因。将长桁缘条侧边倒成斜边或可减小这种变形的程度。     

基于Kriging代理模型的大直径运载火箭蒙皮桁条结构分步优化方法研究

针对大直径运载火箭结构轻质优化设计,开展轴压作用下的蒙皮桁条结构优化方法研究。首先采用显式非线性动力学算法进行静稳定性分析,获得蒙皮桁条结构的后屈曲失稳路径;然后根据蒙皮桁条结构特点,基于Kriging代理模型和组合优化算法的分步优化策略;最后针对中间框和不同截面形式的桁条开展参数优化研究,确立了蒙皮桁条结构最优设计方案。结果表明:"Π"型桁条的承载效率较高,最终优化结果对大型蒙皮桁条结构减重效果明显。     

爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应

为了满足“最小风险炸弹位置(LRBL)”的设计要求,有必要针对爆炸冲击载荷下机身壁板的动态响应开展研究。参考典型客机机身结构建立了铝合金机身壁板有限元模型,分析了增压、爆炸冲击位置与药量对机身壁板变形模式与失效行为的影响。研究结果表明,当机身壁板蒙皮未发生失效时,增压对整体变形模式的影响较小。当机身壁板蒙皮发生失效时,增压对整体失效行为的影响剧烈;爆炸冲击不同位置时,冲击长桁及隔框位置造成的开口损伤较小,但是结构产生了更长的裂纹损伤;随着药量的增加,冲击波更快传递到结构,冲击位置获得了更大的变形速度。     

飞机典型壁板隔声特性试验研究

针对飞机声学设计常见的传递路径隔声设计问题,对飞机典型壁板的隔声特性进行了试验研究,主要测试了飞机壁板结构形式、隔声隔热层和内饰板的安装方式对飞机壁板隔声特性的影响规律,为飞机舱内声学设计提供工程指导经验。试验结果表明,整体壁板比铆接壁板隔声特性优越,尤其在低频段,可采用整体壁板提高低频隔声量,隔声隔热层包桁包框的安装方式隔声特性优于填充式和包桁不包框的方式,内饰板间缝隙对壁板隔声量影响大,需要对飞机内饰板间缝隙应采取声密封设计。     

飞机油箱水锤效应影响因素及其影响程度研究

水锤效应是飞机燃油箱的一种主要损伤模式,它可能引起油箱结构灾难性的破坏,分析水锤效应的影响因素及其影响程度,对燃油箱易损性的评估、燃油箱防护性设计具有重要意义。以破片速度衰减、箱内液体压力和壁板变形为对比参量,模拟一个等效飞机油箱在不同破片速度、质量(材料)、形状、入射角度、入射方向打击下及不同充液率时的水锤效应;并采用最小二乘法拟合油箱的入/出射壁板变形公式。结果表明:随着破片速度、质量和油箱充液率的增大,水锤效应的破坏能力显著增强;破片形状对液体压力和壁板变形均具有一定的影响;破片的入射角度、方向将改变其在油液中的运动路径,进而影响水锤效应。     

运载火箭铝合金贮箱全搅拌摩擦焊接工艺及应用

搅拌摩擦焊技术具有焊接缺陷少、焊接变形小、接头性能高等优点,是运载火箭铝合金贮箱制造的发展趋势。本文分析了我国运载火箭贮箱的结构组成和主焊缝结构特点,系统梳理并研究了实现贮箱主焊缝全搅拌摩擦焊接制造所需要的关键技术,包括常规搅拌摩擦焊技术、可回抽搅拌摩擦焊技术、超声相控阵检测技术及补焊技术。研究成果已经逐步实现了在运载火箭贮箱筒段纵缝、箱底主焊缝、贮箱总装环缝上的工程化应用。     

航空发动机机匣电子束焊接变形模拟分析与优化

为了对焊接变形进行预测与控制,建立了焊接接头的弹塑性有限元模型,并对电子束热源模型进行了校核,获得了接头焊接位置的塑性应变区域大小;建立了风扇叶片机匣3D壳单元有限元模型,并采用固有应变法对机匣焊接变形进行了模拟计算,获取了焊接过程的变形分布,通过实测机匣变形量并与仿真结果进行对标,验证了模型的准确性;通过对风扇叶片机匣焊接顺序以及焊接熔池宽度等工艺参数的优化,获得了控制风扇叶片机匣焊后变形的最优方案。结果表明:模拟与实测的平均变形误差仅10.3%,基于固有应变法的中心面3D壳单元有限元模型适用于大型复杂薄壁件的电子束焊接变形预测,该方法已得到应用;风扇叶片机匣焊接熔池宽度的优化能够有效控制焊后变形,焊缝上熔池宽度降低为2.7 mm,焊后平均径向变形量降低30%,能够明显降低机匣径向收缩变形,焊接顺序的优化对变形控制效果较差。      

FSW和VP-TIG焊接箱底的力学特征分析

针对纵缝采用搅拌摩擦焊、环缝采用VP-TIG熔焊工艺的箱底进行液压试验,并在试验过程中监测各典型焊缝位置的应变响应,结果显示箱底上搅拌摩擦焊缝和熔焊焊缝交叉形成的"T"型接头区域在试验中最先进入屈服,说明该位置材料的屈服强度较低,是箱底承载的薄弱环节。     

基于正交试验的民用飞机抗爆结构参数敏感性分析

最小风险炸弹位置（LRBL）结构是放置飞机上可疑爆炸物的装置,探究结构尺寸和炸药位置对其抗爆性能的影响程度可为改进设计提供参考。基于正交试验设计与数值模拟相结合的方法,以LRBL 结构各危险部位的最大应变和变形为评价指标,分别运用极差分析法和方差分析法对LRBL 结构的罐体壁厚、底盖厚度、连接凸台厚度、剪切销直径和炸药位置5 个影响因素开展参数敏感性分析。结果表明：在200 g 炸药当量的工况下,各因素对LRBL 结构的抗爆性能的影响显著程度从大到小为：炸药位置、罐体壁厚、底盖厚度、凸台厚度和剪切销直径;结合评价指标综合分析得到各个因素最优水平下的LRBL 结构设计方案。     

发汗冷却喷管多孔壁面的分段设计分析

对于采用烧结多孔结构作为发汗冷却壁面的喷管,为最大限度的减少冷却剂流量,提出了对多孔介质壁面沿轴向进行分段的发汗冷却结构.通过采用Fluent软件对分4段结构的多孔壁面推力室发汗冷却进行数值模拟并且与不分段的发汗冷却喷管比较发现,分4段的结构在满足室壁温冷却要求的前提下可将冷却剂与主气流量百分比从28.3%降至12.6%,这表明烧结多孔结构分段设计是减少喷管发汗冷却剂流量的有效手段.      

液体火箭贮箱增压排液过程温度场数值研究

针对某液体火箭贮箱增压排液过程,采用二维数值模拟方法对其温度场进行计算.选用低雷诺数k-ε模型分析流体与固壁间的耦合换热,考虑到气液之间发生热质转移现象,编写了控制相变的用户自定义程序(UDF)并植入Fluent软件.采用文献实验数据对相同工况下的计算结果进行验证,对比结果表明所建立的二维模型能够有效预测气枕温度、壁面温度沿轴向分布规律.数值模拟结果发现:气体扩散器入口方向、入口面积对气枕温度、壁面温度的轴向分布影响较弱,而对靠近增压口附近的温度场影响明显.当增压气体竖直向下进入气枕时,贮箱上封头附近气枕温度较低,有利于保障安全阀的可靠运行.当增压气体水平进入气枕时,扩散器直径变大,贮箱顶端高温区范围相应扩大.      

双S弯喷管的流固耦合特性研究

为了明晰S弯喷管的流固耦合特性,数值模拟了流固耦合作用下双S弯收敛喷管的结构变形特征及其内/外流特性。结果表明：S弯喷管的圆转方弯曲构型产生了非均匀的流场分布,并增强了结构的弹性特征,它们通过交换气动载荷与变形位移数据形成了S弯喷管流固耦合的作用机理。在气动载荷作用下,S弯喷管沿Y向的最大变形位移为25.3mm,它位于喷管出口上壁面的中心位置。当喷管的结构变形稳定时,第二弯转弯处下壁面的气流加速至局部超音速,壁面静压大幅降低;第一弯下游上壁面附近形成了气流分离区;喷管出口喷流沿轴向向上偏转。流固耦合作用导致S弯喷管的流量系数减小0.6%,推力系数降低1.8%。矩形截面与弯曲构型是影响S弯喷管流固耦合特性的主要几何特征,其中矩形截面能够显著增大喷管的变形位移;S形弯曲构型虽然能够有效抑制变形特征,但它导致喷管多个区域出现变形,喷管的结构变形分布变得更加复杂。