高速切削有限元模拟技术研究

有限元模拟是研究高速切削机理的有效方法,本文致力于有限元模拟所必需的关键技术研究。依据大变形理论和虚功原理对高速切削过程进行分析,建立了基于拉格朗日描述的有限元控制方程。通过研究材料动态本构关系、刀屑接触、切屑分离、切屑断裂和切削热动态耗散与传导关键技术建立了正交切削有限元模型,提出材料本构关系建立方法和切屑断裂能量解释观点,最后结合实例进行高速切削模拟,并对模拟结果进行分析和验证,指出所建立的有限元模型是合理的。     

航空结构件铣削残余应力分布规律的研究

 采用三维有限元方法,模拟计算航空铝合金7050-T7451 材料在无内应力前提下数控铣削时产生的表层残余应力场。在综合考虑了现行的常规工艺方案基础上,从中选定4 种具有代表性的走刀路径分别进行分析计算,进而优选出最为合适的走刀工艺规则。走刀过程采用动态载荷步模拟,材料去除采用生死单元模拟,从而使计算结果更加精确、可信。通过本文的研究工作,可为提高该类材料数控铣削加工的尺寸稳定性确定合理的工艺策略。     

7075铝合金板材残余应力深度梯度的评估

 提高航空结构件残余应力的测试精度, 意味着可提高其安全可靠性, 减轻重量及降低成本, 然而现有的残余应力测试方法( 如钻孔法、X 射线法等) 只能测定构件外表面与浅表层的残余应力。为此, 引进一种被称为裂纹柔度法的残余应力测试新技术, 对7075 铝合金板材在T73, T7351, T7352 与T7353 状态下的内部残余应力进行了专门研究与评估。有关研究结果表明, 这种残余应力测试新技术不仅能测定7075 铝合金板材的全厚度残余应力分布及其应力梯度, 而且比逐层钻孔法与X 射线衍射法具有更好的敏感性和精确度。     

航空高强度铝合金残余应力的抑制与消除

从残余应力的产生和释放两个方面 ,讨论了抑制与消除铝合金中残余应力的若干技术与方法。首先 ,从尽量减少残余应力的产生又兼顾获得所需机械性能的角度 ,分析了采用热水淬火、喷雾淬火及有机介质淬火等淬火工艺。其次讨论了消除铝合金中残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合 ,并指出在铝合金结构件淬火后的不稳定状态进行残余应力消除处理效果最佳     

混合气体燃烧中爆震波传播机理的研究

对混合气体燃烧中爆震波的传播机理进行了分析研究，建立了确定爆震波速度的方法，并计算了在液体燃料（汽油、煤油）与空气混合气体燃烧中产生的爆震波特性参数，为脉冲爆震发动机的实验研究和设计提供理论依据。     

脉冲爆震发动机的推力计算方法

在分析爆震燃烧基本特性和脉冲爆震发动机工作原理的基础上，建立了确定脉冲爆震发动机推力的计算方法。用自行设计的脉冲爆震发动机原理性试验模型作为算例，并与推力的实测值进行了比较，结果两者基本吻合。     

爆震波在爆震燃烧室内传播过程的数值模拟

在研究混合气体燃烧中产生的爆震波传播机理的基础上,应用特征线法对爆震波在爆震燃烧室内的传播过程进行了数值模拟,为分析脉冲爆震发动机的工作原理、性能计算与分析及实验研究提供理论依据。     

凹面腔内激波聚焦起爆爆震波过程的数值模拟

运用CFD方法和基元反应机理对环形向心射流产生的激波在凹面腔内的反射聚焦起爆爆震波过程进行了数值模拟,并根据流场分布及变化情况分析了激波聚焦及其在H2-Air混合物中起爆爆震波的全过程。对于本文建立的模型,起爆点在抛物形壁面的底部顶点处,聚焦起爆爆震波后的瞬间压力达到21.3MPa,温度达到4540K。爆震波在凹面腔内向开口端传播过程中仍会出现两次聚焦,压力达到约18MPa,温度达到4000K左右。研究结果表明:利用环形向心射流产生的激波在凹面腔内聚焦可以成功直接起爆爆震波,是一种有效的爆震直接起爆方法。     

航空发动机进口支板外部热气膜对水滴撞击特性的影响

设计了4种不同气膜缝角度的防护结构,发展并验证了基于欧拉法框架的水滴撞击算法,针对直径为20μm的过冷小水滴,定量分析了气膜缝角度和吹风比对支板壁面水滴撞击特性的影响规律.研究结果表明,外部热气膜射流对水滴有明显吹袭作用,导致壁面平均局部水收集系数和撞击极限减小,而且气膜缝开孔位置越靠近支板前缘,吹袭水滴效果越明显.4种结构的平均局部水收集系数与无气膜缝结构相比分别下降了82%,8%,1%和0.5%.此外,吹风比增大会导致前缘最大局部水收集系数和撞击极限的减小变明显,尤其是气膜缝角度为5°结构的水滴撞击特性受吹风比影响最显著.前缘区域局部水收集系数呈现了相似的分布规律;支板后部区域,当吹风比增大到一定程度时,水滴被完全吹除.      

姿控发动机羽流的可见光/近红外特性

为了研究发动机羽流辐射特性对光学探测成像的影响,基于不同直径粒子散射理论、辐射传递方程和分子吸收线数据库,应用有限体积法,建立了火箭发动机羽流在不同波段的辐射特性计算程序.针对实际工作情况进行建模,开展某姿控发动机工作在环月球轨道时的可见及近红外波段羽流的辐射特性计算.在0.4~0.9μm波长范围内,针对羽流气体组分、波长、观察天顶角以及太阳辐射对羽流光谱的影响作了数值计算及分析.研究结果表明:应用有限体积法开发的程序较好地模拟火箭发动机羽流的辐射特性,并具有广泛适用性;在可见光和近红外波段,太阳辐射作用对火箭发动机喷流辐射特性影响最大.