固体火箭发动机含裂纹药柱应力场有限元模拟的新方法

针对研究固体火箭发动机药柱出现裂纹前、后药柱内应力/应变场的需要,提出利用奇异单元和生死单元技术模拟含三维裂纹药柱的新方法,并利用该方法对固体火箭发动机三维非贯穿裂纹进行模拟,分析药柱裂纹附近区域应力分布的规律。结果表明,该方法便捷有效,尤其适用于对比研究裂纹、脱粘等药柱缺陷引起的应力释放和应力分布的变化。     

GH4169晶粒尺寸的双目标超声评价方法

针对仅以评价准确性为目标的多超声评价方法易失去单调可评价性这一问题,同时以准确性、单调性为优化目标,提出一种面向GH4169晶粒尺寸的双目标多超声参数评价方法。根据相关性准则选取多超声参数,并构建二次多项式评价关系模型;以平均绝对误差为准确性评价目标,以斯皮尔曼相关系数为单调性评价目标,构建以评价模型待定参数为决策变量的双目标优化问题,并利用多目标优化算法求解获得最终的超声评价模型。结果表明:该方法所确定的模型的偏差与相对误差分别为3.05%与10.69%,这表明其准确度及稳定性均显著优于其他模型。     

临近空间固体动力飞行器发动机与轨迹一体化设计优化

针对临近空间多级固体动力飞行器发动机与轨迹一体化设计优化问题,提出一种基于序列代理优化的高效设计方法。为了准确计算发动机的性能特性,对发动机进行了几何参数化建模,并针对复杂装药的燃面计算,提出了基于移动四面体的燃面计算算法。为了准确评估飞行器的最大航程能力,采用自适应Legendre-Gauss-Radau伪谱法获得给定发动机设计方案下的最大航程。为了提高发动机与轨迹一体化设计优化效率,提出了基于Kriging代理模型的多采样点高效全局代理优化算法,并进行了数值验证。计算结果表明：该优化方法收敛速度快,相比传统参数优化算法可以显著减少耗时目标函数和约束函数的计算次数,并能够有效地实现临近空间多级固体动力飞行器发动机与轨迹一体化设计优化。     

Ni晶界上金属和非金属元素的相互作用

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了常用合金化元素与非金属元素在晶界（GB）的偏析及其相互作用。选取2种类型的晶界结构进行研究:密排的晶界和较疏松的晶界。溶解能计算表明,金属和非金属元素在∑5晶界上均有明显的偏析行为,而在∑3晶界上的偏析现象不明显。通过计算常用过渡族合金化元素与非金属杂质C、H、O、N、B在各自最稳定位置的相互作用能,发现Ru、Re、W和Ta对O有强烈的排斥作用,因此对晶界抗氧化有益处;Ta排斥H,有抗晶界氢脆的效果。通过对金属元素与非金属元素在晶界上相互作用的系统研究,为Ni合金的晶界工程提供有价值的参考。      

采用DMD方法研究叶栅不同攻角的拟序结构

为分析平面叶栅分离流非定常拟序流动特征,对三个不同攻角下的叶栅进行了单通道的大涡模拟仿真,并采用动力模态分解（DMD）三个工况的流场结构进行了分析。DMD方法对包含复杂时空信息的叶栅分离流流场进行了解耦,剥离出了反映流场主要动力信息的模态,获得了其频率和与之对应的空间结构。并且通过DMD方法,将原本需要研究大量不同时刻的流场,转移到仅需要对少量模态的研究即可,实现了保留主要动力特征的低维近似。通过DMD分析表明:气流经过叶片前缘产生流动分离,形成不稳定的剪切涡结构,它和尾迹区脱落涡相互耦合,并形成新的拟序结构。随着攻角的增大,前缘剪切涡及其与尾迹涡的耦合也同时增强,流场变得更加复杂。      

基于非平行双目结构的三维坐标解算算法

理想情况下,双目立体视觉模型是平行放置的,三维坐标易于解算。但在实际安装摄像机的时候,光轴无法做到平行,标定所得的重投影矩阵和左右图像匹配都存在误差,影响了三维坐标解算精度。针对此种情况,对非平行双目结构三维坐标解算进行了深入的研究。传统的最小二乘法和归一化最小二乘法都是利用求解联立的超定方程组得到最优解,将最优解看作是空间物点的三维坐标,但是它们都没有考虑所建立的超定方程组所代表的几何意义。从几何学角度出发,推导出一种基于异面直线公垂线中点的三维坐标解算公式,通过在无人机平台上测距实验,验证了此方法比最小二乘法和归一化最小二乘法具有更高的精度。     

拉压不同模量有限元法的收敛性分析

针对力学研究中的不同模量有限元法的收敛性问题,从理论上论述了不同模量问题的剪切弹性模量对数值计算收敛性的影响,提出了一种不仅同主应力符号而且同主应力大小有关的剪切弹性模量的确定方法.在此基础上提出了加速收敛因子η,运用η参与运算,使各种不同模量问题有限元计算的收敛速度加快.     

某单室双推力复杂翼柱形燃烧室的两相流数值分析

针对某单室双推力翼柱形药柱导弹在研制过程中多次出现烧穿现象,开展了数值模拟研究,考察了发动机两相流动情况.模拟结果表明,缓燃药柱前翼设计不合理,造成流场中存在壁面附着涡团,恶化了热防护条件,造成壳体烧穿.数值模拟得到的涡团位置与尺寸和实验烧穿部位吻合.经试验验证,取消前翼设计后,切向涡消失,发动机不再烧穿.     

超音频脉冲TIG焊电源拓扑及电弧焊适用性

研制出一台超音频直流脉冲TIG(Tungsten Inert Gas)焊电源,对该电源的拓扑结构及工作原理进行了介绍.与常规直流TIG焊电源相比,该电源可输出不同频率、均具有陡峭的上升、下降沿的脉冲电流,电流变化率大于50A/μs.该电源的基值电流、峰值电流、脉冲电流频率、占空比等焊接工艺参数调节方便,使该电源不仅能够焊接薄板,而且能够适用于中厚板的焊接.通过对比常规直流TIG焊和超音频直流脉冲TIG焊焊接的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊缝的微观组织,发现采用超音频直流脉冲TIG焊工艺的焊缝粗晶区变窄,晶粒细化现象显著.试验结果表明:所研制的超音频脉冲TIG焊电源具有良好的弧焊适用性.     

小角度晶界对DD5镍基单晶高温合金力学性能的影响

采用籽晶法制备了二代镍基单晶高温合金DD5小角度晶界试样,研究小角度晶界对DD5合金力学性能的影响。结果表明:在870℃中温拉伸中,晶界角度小于16.1°时,合金抗拉强度和屈服强度无明显变化;晶界角度小于11.4°时,伸长率维持在15%以上;晶界角度大于11.4°后,伸长率开始快速下降;在980℃/250 MPa持久条件下,当晶界角度小于5.1°时,持久寿命维持在140 h以上;当晶界角度大于5.1°时,持久寿命随晶界角度增大开始缓慢下降,至14.8°时,持久寿命仍保持为原来的85%;当晶界角度大于14.8°后持久寿命开始快速下降;在1093℃/158MPa持久条件下,当晶界角度小于5.1°时,持久寿命维持在30 h以上;当晶界角度大于5.1°时,持久寿命随晶界角度增大而下降。