大气环境电子束材料表面强化机理数值模拟

建立了大气环境电子束材料表面强化过程的多阶段数值模型,用于对电子束与材料表面层的相互作用过程和结构与相变过程进行研究。通过应用这一模型,使得对材料表面强化中电子束传输、温度演化和相变动力学等多参数研究成为可能,由此建立了电子束输入参数与结构相变结果之间的关系。     

基于MSDM方法的粒子-固壁侵蚀效应研究

为研究导弹发射过程中发动机喷出的高温高速粒子对发射装置壁面的冲刷和侵蚀作用,利用MSDM(微尺度动力学模型)方法,建立了粒子对固壁材料的冲刷侵蚀模型,对粒子入射速度、入射角度、粒子尺寸及固壁材料特性等影响侵蚀效应的因素进行了研究,获得了粒子入射条件、固壁材料特性与侵蚀效应的相互关系.用MSDM方法将粒子和固壁离散为具有一定连接关系的微团质点,并利用材料属性和牛顿运动关系确定了微团间的相互作用和运动过程.研究表明,该方法在分析粒子-材料侵蚀方面具有一定效果.     

基于湿热老化试验的航天器用丁腈橡胶贮存寿命预测

采用湿热加速老化试验的方法对航天器用丁腈橡胶材料的老化性能进行研究。以拉伸强度作为性能评价指标,结合Arrhenius模型与Eyring模型,建立航天器用丁腈橡胶材料的湿热老化寿命预测模型,并利用该模型预测丁腈橡胶材料的贮存寿命。结果表明,在湿热老化试验过程中,温度和湿度对丁腈橡胶材料的力学性能产生了较大影响;温度升高和湿度增加有利于丁腈橡胶材料老化反应速率的提高;以拉伸强度作为考察指标推算出丁腈橡胶材料在温度20℃、相对湿度60%的环境条件下贮存寿命为5.71年。     

EPDM包覆层热解状态下的力学行为及本构模型

为了准确描述固体火箭发动机三元乙丙(EPDM)包覆层在不同热解状态下的力学特性,通过热重分析的方法得到EPDM的热解温度范围,并采用准静态单轴拉伸实验的方法获得EPDM在不同热解温度下的应力-应变曲线。以Ogden(n=2)模型为基础,分别对不同热解状态下的力学曲线进行建模,并通过对实验数据的拟合获得模型参数。结果表明,在初始热解状态下,材料只发生了少量的失水和气体的逃逸,其力学行为可通过粘超弹本构模型进行描述;随着材料热解程度增加,基体材料和填充纤维均遭到破坏,其力学行为表现为超弹脆性材料特性。     

碳酚醛-铝板中二维X射线热击波数值模拟

文章利用平面应变正交各向异性材料率相关性的弹塑性本构模型和各向同性材料理想弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照碳酚醛-铝板时诱导的热击波进行数值模拟,讨论了热击波的传播规律。结果表明,在1 keV的 X射线辐照下,X射线穿透极浅,材料表面发生气化现象,应力峰值较大;在3 keV的X射线辐照下,X射线穿透较深,热击波呈现双波结构,材料的层裂更明显。     

QCr0.8铜合金动态力学性能研究

通过准静态单向拉伸试验和霍普金森拉杆试验,对QCr0.8铜合金的动态力学性能进行了研究,得到了材料高速率下变形行为的Johnson-Cook材料模型,为开展QCr0.8铜合金产品电磁成形工艺研究打下基础.     

复合固体推进剂损伤演化的声发射检测

导出了复合固体推进剂材料声发射(AE)累积能量与裂纹扩展间的线性关系,建立了基于声发射累积能量的损伤演化模型.单轴拉伸声发射实验结果验证了该演化模型的正确性,可用于复合固体推进剂材料损伤的研究.     

HTPB复合固体推进剂的声发射特性及损伤模型的试验和理论研究

通过声发射（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ简称ＡＥ）试验监测单轴定速拉伸试验试样的动态损伤破坏过程，阐述了ＨＴＰＢ复合固体推进剂材料的声发射特性，提出了具有明确物理意义的损伤变量定义，并给出了描述复合固体推进剂材料损伤发展的数学模型。     

弹性介质材料模型对回弹影响的数值模拟

对加弹性垫的板料拉形工艺进行了研究,建立了力控制拉形的有限元模型,采用有限元软件ABAQUS对几种不同弹性垫材料模型的拉形过程和回弹过程进行了数值模拟,分析了弹性垫的不同材料模型对成形过程和回弹量的影响,能为加弹性垫的多点成形工艺数值模拟提供参考。     

Experimental research on rate dependent constitutive relation of double-basepropellant under impact load

为研究双基推进剂在准静态和高应变率下的压缩力学行为,利用万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB),对双基推进剂材料进行了单轴压缩实验,得到材料在10-4～103 s-1应变率下的应力-应变曲线.实验结果表明,双基推进剂是应变率敏感材料,屈服应力和初始弹性模量的对教与应变率的对数近似呈线性关系,且表现出韧脆转化现象.利用朱-王-唐非线性粘弹性本构关系,采用最小二乘法拟合了本构材料参数.研究表明,朱-王-唐本构模型能较好地描述双基推进剂在不同应变率条件下的力学行为.     

低地球轨道空间环境下航天器表面原子氧通量密度和积分通量分布的数值模拟

基于蒙特卡罗方法和区域分解法,建立低地球轨道空间环境航天器表面原子氧通量密度和积分通量的数学模型。模型考虑了航天器表面几何构型、原子氧数密度和分析热运动、地球自转对航天器速度的影响以及轨道运行参数。通量密度分布的求解是通过其微分方程的对于独立变量分子运动速度和与表面速度矢量合成的积分得到,积分通量是通过沿轨道时间积分来实现。与此同时,得到了沿入射攻角变化原子氧分布的最大值和最小值。计算结果表明:通量分布伴随入射攻角增大而急剧下降,在迎风面达到最大值,背风面最小值。入射攻角是影响分布计算结果的重要因素。计算误差与NASA-LDEF飞行试验实验结果吻合较好。     

热循环对原子氧与树脂基复合材料 交互作用的影响

文章选取M40/DFA-1和M40/AG-80两种碳纤维增强树脂基复合材料,进行了热循环对原子氧与这两种材料交互作用影响的研究。原子氧反应率的计算和层间剪切性能测试的结果表明,一定温度区间一定次数的热循环使得材料与原子氧交互作用减弱。该研究应用X射线光电子能谱仪（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）对样品表面成分和形貌进行了分析。根据分析结果,初步提出热循环对增强树脂基复合材料自身抗原子氧侵蚀能力的作用机理。     

原子氧和石墨在近地轨道环境中反应概率的数值估算

本文提出估算近地轨道环境中原子氧对高度规则材料的反应概率的分子动力学模型。该模型通过对所导出的随机微分方程组的数值求解估算出原子氧与材料表面相互作用的经典轨迹系统，并根据所提出的反应性与非反应性碰撞准则估算出相互作用的反应概率。作为算例，本文给出了原子戌石墨材料表面的反应概率数值计算并与航天飞机ＳＴＳ－４６所测出的实际反应概率进行了对比，表明所建立的模型在一定程度上中可靠的。     

空间原子氧环境对太阳电池阵的影响分析

空间原子氧是危害低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的最主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对包括太阳电池阵在内的航天器外表面暴露材料和组件造成危害。文章分析了某载人航天器在轨原子氧环境、原子氧对不同结构太阳电池阵所用材料的影响以及对太阳电池阵组件电性能的影响,结果表明原子氧对材料的作用能够引起太阳电池阵基板强度降低、电连接可靠性下降及电缆线护套失效等风险,材料的损伤会导致太阳电池组件电性能的下降。鉴于以上结果,作者建议在今后LEO长寿命航天器太阳电池阵研制中,应对原子氧环境条件进行详细设计;同时开展组件级试验,以对电池阵原子氧防护设计的有效性进行验证。     

中性大气环境效应模拟试验技术现状及发展方向

文章首先对空间中性大气环境进行分析,阐述了大气阻力、氧化剥蚀、污染及辉光效应。然后对中性大气环境效应模拟试验技术现状进行梳理介绍,包括大气阻力试验技术、氧化剥蚀效应试验技术、污染效应试验技术、辉光效应试验技术等。最后结合未来型号和深空探测任务需求,对空间中性大气环境效应模拟试验技术发展方向进行了探讨。     

磁力矩器用聚合物材料的原子氧效应试验研究

文章对磁力矩器用4种聚合物材料进行原子氧和真空效应评价试验,利用新型的原子氧环境模拟设备及其他分析手段对试样的质量损失率(SAML)和表面形貌的变化进行了研究。试验结果表明,真空环境会导致材料产生质量损失,4种材料的真空质损最大相差24倍;原子氧作用导致聚合物材料的颜色发生变化,且造成材料的质量损失,4种材料的质量损失率最大相差25倍;原子氧与有机硅物质反应能够形成保护层,可以抑制原子氧对材料内部的进一步侵蚀。     

材料原子氧掏蚀效应中的相似律研究

文章对有防护涂层材料的原子氧掏蚀效应蒙特卡罗模型进行了分析,发现该模型中蕴含着几何相似律,并基于相似律提出了可用于表示掏蚀历程的特征量。数值模拟研究验证了相似律的正确性。     

Experimental and theoretical study of ignition of single coal particles at zero gravity

In the coal combustion process one of the most important problems is the knowledge of chemical reaction principles concerning combustion of single particles and the knowledge of mutual interaction between the burning particles. In this paper theoretical results are presented, which demonstrate the characteristic ways of ignition between coal particles depending both on volatile content in the coal and oxygen content in the atmosphere. The influence of the particles diameter and the distance between them are also discussed.Based on these experiments, a mathematical and physical model of the process have been made. Due to numerical calculation, the radiation and conduction portion in overall balance of heat exchange between the particle and its surrounding in the course of ignition process for various kinds of cool and oxygen contents in the air have been determined. The presented calculation results show an accordance with data results of experiments carried out at zero gravity conditions.     

Quantitative characteristics of long-term changes in parameters of the upper atmosphere of the earth over the 1966–1992 period

On the basis of the long series of mass-spectrometer measurements conducted in rocket experiments during 1966–1992 period, long-term changes in the structural parameters of the upper atmosphere within the 100–160 km height interval at equatorial, middle, and high latitudes of the Northern Hemisphere of the Earth are quantitatively estimated. At all latitudes statistically significant negative trends are revealed in the turbopause height, temperature of the neutral atmosphere, and atomic oxygen concentration. Since the contribution to the obtained quantitative estimates of the trends caused by long-term solar-induced factors does not exceed 15–20%, a conclusion is drawn on the anthropogenic nature of the changes having occurred in the upper atmosphere.     

一种原子氧掏蚀模型参数的校正方法

在空间原子氧效应数值模拟研究中,确定掏蚀模型各参数是保证计算结果正确性的重要工作。文章对Banks原子氧掏蚀模型的各参数的作用进行了分析,基于掏蚀过程中的相似律分析给出了数值模拟和试验数据相结合以确定该模型参数的方法。文章还提出材料的原子氧理论侵蚀当量的概念,并使用数值模拟方法与试验数据计算了一种碳纤维环氧复合材料的原子氧理论侵蚀当量。应用该特征量可以建立数值模拟结果和试验结果之间的准确关系。