涡轮叶片多学科设计优化中的多学科可行解耦

为解决涡轮叶片多学科设计优化过程中的解耦问题,将多学科可行解耦方法应用于涡轮叶片气动、传热及结构三学科的解耦。将气动、传热分析载荷下的叶片变形作为解耦循环结束与否的判断标准;解耦循环中的关键步骤——学科间的载荷传递及变形传递分别用单元内线性插值法及自由网格变形技术实现。某涡轮叶片初始设计点的解耦算例表明,解耦循环结束前收敛标准降幅达90.74%,气动、传热及结构得到了完全解耦。整个过程表明,多学科可行解耦方法虽然解耦效率有限,但在解决学科间耦合问题时具有较好的稳定性、准确性及可操作性。     

大变形柔性铰链的静刚度分析及应用

大变形柔性铰链可由弹性较大的橡胶材料制成,而橡胶材料的应变-应力关系不符合胡克定律,其关系可由应变-能量函数关系式导出,为此,采用Mooney-Rivlin模型对形变能量函数进行简化,通过适当选取材料常数的比值,对其非线性的应力-应变关系进行分段线性化,导出圆角型柔性铰链在大变形时转角刚度的近似计算公式.通过有限元仿真对近似计算公式进行了验证.在此基础上,应用大变形柔性铰链构造扑翼式微型飞行器中的柔性胸腔,由转动电机作为驱动器,利用柔性铰链的变形实现翅膀的扇翅运动,实际应用效果表明可有效增大扇翅角并提高能量利用率.     

粘弹性板的蠕变屈曲研究

研究了有初始小挠度单向受压粘弹性板在两种民政部下的蠕变屈曲问题。第一种情况是建立控制方程时忽略横向剪切变形；第二种情况是不忽略横向剪切变形。通过求解控制方程得到了挠度随时间扩的解析表达式，从而又得到了瞬时临界载荷和持久临界载荷，并讨论了横向剪切变形对临界载荷的影响。     

LIPS-300离子推力器栅极热变形特点实验分析

为探究LIPS-300离子推力器在工作过程中栅极热变形的规律与特点,设计了大气环境下离子推力器双栅极热变形实验,以一环形加热器模拟实际工作时的等离子体热源。实验研究发现:球面栅极在加热过程中急剧变形,同时屏栅变形量大于加速栅,导致栅极间距减小;在冷却过程中,双栅迅速回复变形,栅极间距同步回复。其次,研究发现栅极中心位移在加热过程中的峰值回落现象,与在冷却过程中的负位移现象,同时发现冷却速率对负位移的大小有着不容忽视的影响。为研究上述现象的起因,对栅极组件的径向位移进行了采集,发现栅极安装环的变形是其根本原因。在结构与温度的综合影响下,栅极安装环的变形相较球面栅极更为缓慢,而其受热膨胀会拉伸球面栅极,导致球面栅极中心拱高减小,中心位移峰值回落。     

重载下可倾瓦推力轴承的热弹流润滑特性分析

建立了可倾瓦推力轴承的热弹流润滑（TEHD）模型,应用Newton-Raphson迭代法求解,研究了弹性变形、热变形和载荷对油膜静动态特性的影响。结果表明:弹性变形会减弱油膜动压效应,而热变形会增强油膜动压效应;随外载荷增大热变形对轴承静动态特性的影响逐渐减弱而弹性变形的影响更加显著,重载条件下弹性变形的影响更为敏感。考虑轴承材料抗压性能和抗高温性能对可倾瓦推力轴承静动态特性的影响,对优化推力轴承设计、保证其稳定性和安全性具有重要意义。      

基于网格参数化变形的单级涡轮多学科可靠性设计优化

基于自由变形技术发展了一种可以协调实现流场、结构分析网格参数化变形的方法,并实现单级涡轮的多学科可靠性设计优化。针对流场分析网格展向积叠的特征,将三维网格变形转化为不同叶高二维截面的网格变形;根据二维流场分析网格的拓扑结构,设计二维控制面,基于叶型设计参数建立叶型控制点、其他控制点伴随叶型控制点移动,实现了网格的参数化变形,避免了网格畸变、提高了网格变形的质量;不同叶高的二维控制面组成控制体,实现三维流场分析网格的参数化变形。采用相同的控制体进行结构分析网格的变形,实现了耦合界面网格协调变形。基于Kriging代理模型进行单级涡轮的多学科可靠性优化,在满足可靠性约束的情况下效率提高4.97%、寿命提高40.86%,证明了方法的有效性。      

运输类飞机典型货舱地板下部结构冲击吸能特性

为了研究运输类飞机货舱地板下部结构在冲击载荷作用下的吸能特性,选取三框两段典型货舱地板下部结构试验件开展落重冲击试验,即质量为478.5 kg的落重以3.95 m/s的速度垂直冲击倒置并固定在测力平台上的试验件,分析试验件失效模式及动态响应,同时建立有限元模型进行仿真与试验结果相关性分析及吸能特性研究。结果显示,在此种工况的冲击载荷作用下,中间支撑件发生由32框面向34框面方向的弯曲,并带动机身框发生同向弯曲和扭转,从而导致C型支撑件发生与中间支撑件相反方向的弯曲变形,并最终在机身框与C型支撑件的连接处形成两处塑性铰;紧固件失效以位于中间支撑件附近区域的长桁和剪切角片连接处的22个扁圆头铆钉发生剪切失效为主;试验初始加速度峰值和初始撞击力峰值分别为25.1g和173 kN。仿真与试验获得的结构变形模式吻合较好,仿真获得的最大压缩量与试验结果24.3 mm相差3.7%,仿真获得的压板上初始加速度峰值与试验结果25.1g相差4%。通过仿真分析发现机身框和中间支撑件是主要的吸能部件,吸能贡献分别占总吸能的32.1%和30.4%。     

片状粉末冶金的石墨烯/铝基复合材料制备过程控制与力学性能

石墨烯/铝复合材料具有强化效率高、强塑性协同提升、综合性能优异的特点,有望突破现有金属基复合材料强塑性匹配性差的瓶颈问题,但石墨烯的难于分散是困扰材料制备的重要问题。基于机械球磨工艺的片状粉末冶金技术可以将球状铝粉变成片状,实现石墨烯的均匀分散。本研究通过添加过程控制剂PDMS调控机械球磨过程,制备片状铝粉,结合压力浸渗技术制备0.6%(质量分数)GNPs/6061Al复合材料。结果表明:随着球磨时间延长,片状铝粉直径呈先上升后稳定的状态;随过程控制剂黏度上升,片状铝粉直径上升,铝粉片状化效果更明显,同时石墨烯缺陷含量先降低后上升。结合组织表征和力学性能测试,讨论了材料性能与组织结构间的关系。     

模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响

复合材料在热压罐成型过程中由于发生不可避免的物理化学变化,将会发生固化回弹变形导致尺寸偏差。V型结构普遍用于飞机外表面,研究模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响,可有效保证复合材料成型精度,减少装配难度。本文通过建立有限元分析模型以及设计典型结构试验件相结合的方式,分析模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响。结果表明:变形预测与试验结果误差在5%内,V型复合材料阳模成型比阴模成型的变形要大10%～15%,其变形回弹量趋势与拐角角度、制件厚度成反比,阳模成型时其回弹与拐角半径成正比。     

基于PSO的船体动态变形模型参数在线辨识

在船体变形测量领域,惯性量匹配法凭借其高精度、易实现的优点成为了时下的研究热点。详细介绍了角速度匹配法进行船体变形角估计的原理,针对算法中动态变形模型（二阶Markov）参数难以确定的问题,推导了两套INS的角增量输出差值与动态变形角之间的关系,建立了利用角增量差值的自相关函数进行求参的理论依据。在求参工具上选择了粒子群算法,借助指数衰减正弦信号的形式建立算法模型,并且合理设置算法参数,最终形成一套完整的在线辨识方案。仿真实验证实,该方案能够实现动态变形模型参数的精确辨识,辨识精度较高,且SNR门限低。最终的变形角估计结果表明,结合该参数辨识算法,船体变形角估计误差可控制在10″左右,证明了该方法的可行性。