声载荷作用下高温薄壁结构响应特性分析

先进的航空航天器表面结构暴露在严酷的工作载荷环境中,包括复杂的机械力载荷、压力载荷、声载荷和热载荷等,航空航天器表面结构可简化为薄壁结构,在复合载荷作用下结构以非线性方式响应,呈现出复杂的响应特性。首先以热弹性力学、板壳理论及结构稳定性原理为基础,建立热及噪声载荷联合作用下薄壁板运动模态方程,讨论了薄壁结构跳变响应的机理,进而运用等价线性化方法求解模态方程,在此基础上分析了热及噪声载荷对薄壁结构屈曲的影响,进而探讨了热及噪声载荷作用下薄壁结构的非线性响应统计特性。计算了四边简支高温钛合金薄板在声载荷下四个关键点处的均方应变,为进一步开展薄壁结构声疲劳寿命估算和强度设计奠定了基础。     

薄壁结构双侧异步激光喷丸强化试验研究

航空发动机压气机叶片是典型薄壁结构,通过激光喷丸强化在叶缘引入残余压应力,是提高其抗异物撞击能力,延长疲劳寿命的有效途径。为解决双侧同步强化方法存在的材料层裂损伤风险的问题,提出薄壁结构双侧异步激光喷丸强化方法。试验研究发现:单侧薄壁激光喷丸试验中,光斑功率密度的改变会使薄壁结构相对于激光入射方向呈现"∧"或"∨"两种扭曲变形趋势;另一面采用同样参数进行激光喷丸后,扭曲变形会恢复;合理采用激光喷丸参数,双侧异步激光喷丸强化与同步强化相似,可以在两侧表面均得到残余压应力场,并且扭曲变形能满足形状精度要求。     

TC1钛合金端盖零件热拉深成形工艺研究

针对TC1钛合金端盖零件的结构特点,分析了零件的成形难点,对热拉深工艺的模具材料、温度、压边间隙、拉深速度等对零件成形性能的影响进行了研究,提出了合理的工艺参数。结果表明,该工艺方法可实现薄壁、大拉深比的TC1钛合金零件的精确成形,采用空气脱模的方式可获得平面度满足设计要求的零件,为类似零件的取件提供了工艺参考。     

多通道零件磨料流加工夹具设计及实验研究

针对磨料流加工多通道零件,研究了夹具设计的方法流程,包括工件分析、磨料路径规划、夹具结构设计、流道仿真验证、实验试制等。选取典型的航空四通精密接头,研究了其磨料流加工夹具设计的具体方法流程。结果表明:在本文提出的夹具设计方法指导下,设计的夹具方案合理,四通精密接头相贯处毛刺得到去除,试制大孔表面粗糙度达到Ra0.047μm。     

基于0-1整数规划的航空薄壁件定位布局优化

为了减少航空薄壁件的定位变形,提出了一种基于0-1整数规划的定位布局优化方法,并对适应自动钻铆的预装配工装的内型卡板布局进行了优化设计。该方法基于"N-2-1"定位原理,将布局优化问题转化为0-1整数规划问题;以对薄壁件定位系统参数化建模分析得到的薄壁件最大变形量最小为优化目标,建立定位布局递推优化模型;采用分步求解的策略,通过混合粒子群算法对薄壁件进行定位布局优化。     

薄壁钛管剪应力本构参数识别方法

不同温度下的薄壁钛管剪应力本构参数识别,是研究薄壁钛管差温剪切弯曲过程管材塑性变形行为迫切需要解决的关键问题。提出了一种管材剪切测试的方法。将不同温度下薄壁钛管等温剪切测试、剪切测试过程模拟有限元模型、以及基于距离函数的响应面模型相结合,提出了薄壁钛管不同温度下剪应力本构参数逆向识别方法。采用该方法,识别了TA2薄壁钛管剪应力本构参数。同时建立了TA2薄壁钛管差温剪切弯曲过程模拟3维弹塑性热力耦合有限元模型。分别采用剪应力本构参数和单拉应力本构参数模拟弯管实验过程,评估了有限元模型的可靠性。结果表明：对于剪应力本构参数,温度越高,管材的K值和n值将减小,m值呈现波动的趋势。与单拉应力本构参数相比,剪应力本构参数对温度的变化更敏感,且剪应力本构参数值较小。与单拉应力本构参数相比,使用剪应力本构参数的有限元模型精度较高,模拟精度最大提高了60%。     

薄壁结构高温随机振动疲劳分析方法有效性验证

为了研究航空薄壁结构高温随机振动疲劳破坏机理,得到可靠的疲劳寿命分析方法,针对根部固支的GH188薄壁结构进行了数值仿真。重点研究了不同温度和不同振动量级组合下,薄壁结构危险点位置轴向动应力响应规律。采用改进的雨流计数法绘制出雨流循环矩阵和雨流损伤矩阵,结合疲劳累积损伤理论估算薄壁结构的疲劳寿命。通过高温随机振动疲劳试验对上述仿真结果进行验证。结果表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,不同温度和随机振动载荷作用下响应的计算值与试验值获得很好的一致性,响应峰值频率误差在1%~3%,结构疲劳寿命与试验结果处于同一量级,证明了高温随机振动疲劳分析方法的有效性和精度以及仿真结果的可靠性。     

热声激励下高温合金薄壁结构振动响应试验验证与疲劳寿命预测

为了研究金属薄壁结构在热声循环激励下形成的内部残余应力(Residual Stress)对模态频率、响应规律及疲劳性能的影响,采用耦合的有限元/边界元法(FEM/BEM)对薄壁结构进行振动响应计算,重点研究带残余应力结构的动力学响应特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明,不同温度下基频的计算值与试验值获得很好的一致性,计算的应变响应结果与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。最终结合改进雨流计数法(Improved Rain-flow Counting)、Morrow平均应力模型、Miner线性损伤累积理论计算随机疲劳寿命。结果表明,带残余应力结构在屈曲前后温度为50℃,150℃,250℃所对应的损伤量级分别为10-7,10-4,10-7,疲劳寿命也表现出先减小后增大趋势,且硬化现象使疲劳寿命整体降低,寿命谷值随温度变化发生偏移。     

S截面框肋类钣金零件回弹量预测与补偿技术研究及应用

根据框肋类钣金零件高效、精确成形的要求,发展了一种S形截面类框肋零件回弹量计算与补偿方法,针对变曲率弯边,通过离散为弯边截面单元,计算每个截面线弯边单元的回弹量和补偿后重构弯边面,对带加强边的内缘弯边,提出考虑修正系数进行补偿的方法,基于现有的CAD平台开发了相应的软件工具;以实际零件为例说明了该方法的应用过程.成形工件测量结果表明,零件弯边角度偏差控制在±1 °之内,实现了在新淬火状态下一步精确成形.     

高同轴度密零件的加工方法

高同轴度精密零件在精密加工中,用普通方法很难保证其同轴度精度要求。本文采用增加径向辅助定位面的方法,从而使被加工零件的轴向和径向定位误差得到误差补偿,较好地满足了同轴度要求。