基于动态边界的跨声速压气机过渡态载荷研究

针对航空涡轮发动机压气机部件的过渡态,基于动态边界并结合双向流固耦合（FSI）方法模拟了跨声速压气机NASA Rotor 67的过渡态过程,获得了考虑叶片弹性变形的压气机过渡过程特性曲线,研究了叶片气动弹性变形对跨声速压气机加速过程中气动参数、流场激波结构演变过程的影响,分析了加速过程中非定常气动载荷与离心载荷共同作用下的叶片变形特征。结果表明:随转速升高,叶片变形对上半叶高区域的总压比和总温比的影响较显著;加速过程中,叶片变形对通道内激波结构特征及其演变有一定的影响;叶片变形主要集中在上半叶高,以弯曲变形为主导,主要由离心载荷造成,加速过程中叶尖区域的叶型出现反扭现象,从而引起压气机气动性能参数的变化。      

Geometrically exact nonlinear analysis of pre-twisted composite rotor blades

Modeling of pre-twisted composite rotor blades is very complicated not only because of the geometric non-linearity, but also because of the cross-sectional warping and the transverse shear deformation caused by the anisotropic material properties. In this paper, the geometrically exact nonlinear modeling of a generalized Timoshenko beam with arbitrary cross-sectional shape, generally anisotropic material behavior and large deflections has been presented based on Hodges’ method. The concept of decomposition of rotation tensor was used to express the strain in the beam. The variational asymptotic method was used to determine the arbitrary warping of the beam cross section. The generalized Timoshenko strain energy was derived from the equilibrium equations and the second-order asymptotically correct strain energy. The geometrically exact nonlinear equations of motion were established by Hamilton’s principle. The established modeling was used for the static and dynamic analysis of pre-twisted composite rotor blades, and the analytical results were validated based on experimental data. The influences of the transverse shear deformation on the pre-twisted composite rotor blade were investigated. The results indicate that the influences of the transverse shear deformation on the static deformation and the natural frequencies of the pre-twisted composite rotor blade are related to the length to chord ratio of the blade.     

基于CR理论的大柔性机翼几何非线性结构建模

大柔性机翼在气动载荷的作用下,将产生显著的弹性变形,常规线弹性理论的小变形假设不再成立,需要采用能够考虑几何非线性效应的结构模型进行求解。基于CR(Co-Rotational)共旋转有限元理论,把几何非线性大变形分解为刚体的旋转和平移及局部坐标系下的弹性变形,建立了适用于大柔性机翼几何非线性变形描述的结构模型。以大柔性悬臂梁为例,采用载荷增量法,研究了集中弯矩作用下的非线性变形特征,对静力学方法进行了验证,并讨论了耦合加载几何非线性变形特征;以类"太阳神"太阳能布局无人机(UAV)为例,研究了其几何非线性大变形特性。     

Ti-45Al-5Nb-0．3Y合金的等温热变形模拟及包套锻造

采用Gleeble-1500热力模拟机对Ti-45Al-5Nb-0.3Y (at%)合金在不同温度和变形速率下的流变应力进行了实验研究,并对此材料进行了包套锻造,分析了变形组织及压缩性能.结果显示,TiAl合金的真应力-真应变曲线显示典型的动态再结晶软化特征,流变应力随应变速率的升高和变形温度的降低而升高,在1200℃/0.01s-1条件下变形后试样外观质量好;利用Zener-Hollomon参数计算了此合金的热变形激活能,Q=399.5kJmol-1;在α γ双相区一次包套锻造,总变形量达70%,锻坯质量良好,锻后组织由大量弯曲、破碎的层片,细小的再结晶晶粒及少量平直层片组成,动态再结晶主要发生在原层片晶团的界面处,经1150℃/80min热处理后,合金发生广泛的再结晶形成了大量细小均匀的等轴γ晶粒,平均晶粒尺寸约为10μm,但仍有少量残余层片存在;室温压缩实验表明,锻造后合金的强度和塑性提高,这与锻造后显微组织的细化有关.     

变形温度和冷却速度对TA15合金组织性能的影响研究

本项目研究了变形温度、冷却速度对原始坯料为片状组织的TA15合金显微组织和性能的影响.随着变形温度(1080-930℃)的降低,及变形后冷却速度(空冷～水冷)的加快,TA15合金的室温抗拉强度、延伸率及断面收缩率均呈上升趋势.β区变形的镦粗试样为片状组织,在大变形区和自由变形区,1080℃变形时β晶粒的动态再结晶程度比1 030℃高.两相区变形镦粗试样的显微组织为过渡型组织,难变形区和大变形区及自由变形区组织差别较大.     

快速机动大型挠性航天器的动力学建模

建立带附加质量大型挠性航天器大角度快速机动时的动力学模型。在柔性体变形场中计及耦合效应,采用假设模态法和拉格朗日原理建立挠性航天器系统的一阶近似动力学模型。在模型中忽略轴向变形,并用低阶主模态表示横向变形得到控制模型。理论分析和数值仿真表明: 挠性航天器在历经大角度快速机动时会产生动力刚化现象,传统的零次近似动力学模型会产生错误的仿真结果;附加质量对两种模型的系统刚度产生截然相反的作用;低阶简化模型能够较好地反映系统的动力学特性,可用于控制器设计。     

高强高韧Al-Cu-Li-Mg-Zr-Zn-Mn合金热变形行为

在Gleeble～1500热模拟实验机上，采用高温等温压缩，应变速率为0．001～10／s，变形温度为360～520％，对通用型铝锂合金在高温压缩变形中的流变应力行为进行了研究，分析了其高温变形的物理本质。结果表明：在等应变速率下，真应力随温度的升高而降低；在相同的变形温度下，随应变速率的增加，流变应力水平升高。在较低的变形速率及较高的变形温度条件下热变形时，通用型铝锂合金容易发生动态再结晶。而变形速率较高，变形温度较低时，通用型铝锂合金可能发生剪切变形，热变形过程中则主要发生动态回复。     

圆柱壳体上环形焊缝焊接变形的数值分析

用数值方法研究了圆柱形筒体间环缝及圆柱形筒体与法兰对接后环缝引起的焊接变形，并与试验进行比较，研究结果表明：圆柱形壳体间的对接环缝对法兰平面倾斜没有明显的影响；使圆柱形壳体的径向产生变形；圆柱形壳体与法兰对接环形焊缝将引起壳体的径向变形及法兰平面度的变化；采用纵向收塑力对圆柱形壳体间对接和圆柱形壳体与法兰对接两种环缝进行有限元分析是可行的。     

SNAP－THROUGH OF LAMINATED ORTHOTROPIC SHALLOW SPHERICAL IMPERFECT SHELLS WITH TRANSVERSE SHEAR

ＳＮＡＰ－ＴＨＲＯＵＧＨ　ＯＦ　ＬＡＭＩＮＡＴＥＤ　ＯＲＴＨＯＴＲＯＰＩＣ　ＳＨＡＬＬＯＷ　ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ　ＩＭＰＥＲＦＥＣＴ　ＳＨＥＬＬＳ　ＷＩＴＨ　ＴＲＡＮＳＶＥＲＳＥ　ＳＨＥＡＲＹａｎｇＹｉｑｉａｎ；ＭａＨｅｚｈｏｎｇ；ＷａｎｇＴｓｕｎｋｕ...     

喷射沉积SiCp／LY12复合材料的性能及超塑性变形

研究了喷射沉积10Vol％SiCp／LY12复合材料的组织、强度极限该复合材料经热等静压和等温热正挤压后的超塑性。结果表明：喷射沉积的铝基复合材料经过简单的预处理具有良好的超塑性性能，应变速率敏感性指数m值达0．53，极限延伸率达345％。这与良好的组织状态密切相关。在该复合材料的超塑性变表过程中，空洞的形核与长大一直存在，空洞的长大和连接对材料的断裂有重要的影响。