A hybrid lattice Boltzmann flux solver for integrated hypersonic fluid-thermal-structural analysis

In this paper, a hybrid Lattice Boltzmann Flux Solver (LBFS) with an improved switch function is proposed for simulation of integrated hypersonic fluid-thermal-structural problems. In the solver, the macroscopic Navier–Stokes equations and structural heat transfer equation are discretized by the finite volume method, and the numerical fluxes at the cell interface are reconstructed by the local solution of the Boltzmann equation. To compute the numerical fluxes, two equilibrium distribution functions are introduced. One is the D1Q4 discrete velocity model for calculating the inviscid flux across the cell interface of Navier–Stokes equations, and the other is the D2Q4 model for evaluating the flux of structural energy equation. In this work, a new dual thermal resistance model is proposed to calculate the thermal properties at the fluid–solid interface. The accuracy and stability of the present hybrid solver are validated by simulating several numerical examples, including the fluid-thermal-structural problem of cylindrical leading edge. Numerical results show that the present solver can accurately predict the thermal properties of hypersonic fluid-thermal-structural problems and has the great potential for solving fluid-thermal-structural problems of long-endurance high-speed vehicles.     

升力面尾涡卷起的地面效应

本文就二维平板从理论上证明了改进涡格法的超收敛性。用该方法研究了近地升力面尾涡卷起的地面效应。尾涡面上的自由线涡方向应与当地流线方向一致,通过迭代满足这一非线性边界条件的确定尾涡的形状。地面效应以镜象涡系模拟。一系列计算结果表明迭代迅速收敛。本文讨论了升力面距地高度对尾涡位置和形状的影响,计算表明当该高度小于一定距离后,尾涡呈现不稳定。     

非定常前侧缘分离流的研究

 采用非定常涡格法 ,计算了三角形和矩形薄翼突冲起动和等速上仰这两种常见的非定常运动 ,得到了前 (侧 )缘分离涡及尾涡非定常卷起的流动图象及气动特性。分析了展弦比和攻角的影响。等速上仰的计算结果显示 ,仰起的动态过程能明显抑制分离涡面的破碎倾向 ,提高升力系数。计算结果和已有实验结果相比吻合良好     

弹头形态对点阵金属陶瓷夹层结构侵彻效能的影响

提出了一种由金字塔型点阵金属骨架、陶瓷棒、环氧树脂胶结剂、金属面板及背板所组成的复合材料结构模型。基于有限元法,在实验验证数值方法有效性的基础上,模拟研究了该型复合结构对三类钢制弹丸(平头、球头和锥头)的抗侵彻机制。对比分析了弹靶模型各子结构的失效模式、吸能效率、弹丸的塑性变形、弹道特性、速度及加速度等变化规律。结果表明:弹头形态对复合靶板的破坏形态和吸能特性有较大影响,平头弹丸和球头弹丸对靶板主要产生冲塞破坏,达到峰值加速度的时间较短;而锥头弹丸主要表现为刺穿扩孔型破坏,达到峰值加速度的时间较长,侵彻效能最高。在弹体高速侵彻靶板的过程中,由于金属骨架的剪切扩孔和塑性变形、陶瓷棒的断裂破坏以及金属面板与背板的塑性变形,使得该型防护结构的抗侵彻能力得到了显著提高。     

添加稀土元素对热障涂层YSZ陶瓷层晶格畸变的影响

 采用第一原理赝势平面波方法对添加稀土元素的二氧化锆晶胞进行了几何优化计算,对计算后的X-O键键长、晶格常数变化及键集居数进行了分析,并将计算结果与实验数据进行对比讨论。结果表明,添加稀土元素后,二氧化锆晶胞将发生膨胀畸变,X-O键键长变大,键集居数变小。这些变化引起晶格振动频率降低,声子散射加剧,从而使材料热扩散系数降低。此外,在一定范围内,稀土元素的共价半径越大,所引起的膨胀畸变也越大,键集居数越小,材料的热扩散系数也会更小。     

Compression Creep Behavior of High Volume Fraction of SiC Particles Reinforced Al Composite Fabricated by Pressureless Infiltration

The compression creep deformation of the high volume fraction of SiC particles reinforced Al-Mg-Si composite fabricated by pressure-less infiltration was investigated. The experimental results show that the creep stress exponents are very high at temperatures of 673 K, 723 K and 773 K, and if taking the threshold stress into account, the true stress exponent of minimum creep strain rate is still approximately 5, although the volume fraction of reinforcements is very high. The creep strain rate in the high volume fraction rein- forced aluminum alloy matrix composites is controlled by matrix lattice diffusion. It is found that the creep-strengthening effect of high volume fraction of silicon carbide particles is significant, although the particles do not form effective obstacles to dislocation motion.     

关于FCC和BCC点阵晶面间距计算式的证明

复杂立方点阵晶面间距的计算式只与晶面指数的奇偶性有关,本文从数学上证明了这一规律的正确性和普适性。     

联结翼飞机主要布局参数对全机升阻特性影响研究

联结翼飞机具有重量轻、刚度大、诱导阻力低等优势。采用涡格法,研究联结翼主要布局参数(前翼后掠角、前后翼展向连接点位置、前后翼垂直方向高度差)的变化对升力系数、阻力系数和最大升阻比的影响。所得计算结果对联结翼飞机气动布局参数的确定具有参考价值。     

三维体心立方晶体声子谱的解析解

考虑到第三近邻相互作用情况下,利用晶格动力学方法,确定晶格振动的动力学矩阵及其本征方程,求解三维体心立方晶体声子谱,给出了非简并情况下声子谱的能量及与其对应的极化向量的解析解。并在第一布里渊区的全空间讨论了声子谱的特性,指出了声子谱能量只在第一布里渊区的主要对称点线面上具有简并现象,并按其极化向量判断了纵向声子与横向声子的特性。     

碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲强度

考虑到点阵芯层的结构形式及杆单元以拉压为主的变形模式,基于连续介质等效理论,提出了一种全新的位移场假设,并以此编写了计算点阵夹芯复合材料屈曲强度的有限元程序.通过与不同试样的压缩试验的比较,对碳纤维增强点阵夹芯结构的屈曲行为进行了分析,并且验证了程序的有效性.同时,采用程序,讨论了点阵参数(包括杆单元长度、半径及倾斜角)对点阵夹芯复合材料结构屈曲强度的影响规律.结果表明:芯层体积分数相同的情况下,金字塔型和四面体型点阵夹芯结构的屈曲强度相差不大,后者略高.所得结论对点阵夹芯复合材料结构设计具有一定的指导意义.