航天飞行器结构应力腐蚀基因解析及应用

应力腐蚀（SCC）是一种易引起航天飞行器结构无征兆事故的多因素耦合作用失效类型。为厘清SCC机理,文章从基因角度解析SCC的应力因子和微观因素,探索SCC基因测取方法和无SCC事故内涵。分析表明,SCC应力基因位于远低于σS的量值区间,其微观基因包括溶解阳极、氢、电负性离子、滑移位错、钝化膜和晶体取向,可采用多尺寸断裂形貌、化学浓度、电位/电流、应力/应变等参数测取SCC基因组态和SCC敏感性。基于SCC基因分析,航天飞行器结构设计寿命内无SCC事故原则应包括合理设计、精准评价和正确失效分析三部分。     

膨胀效应对激波/湍流边界层干扰的影响

采用直接数值模拟方法对来流马赫数2.9,30°激波角的入射激波与膨胀角湍流边界层干扰问题进行了数值研究。入射激波在壁面上的名义入射点固定在膨胀角角点,膨胀角角度分别取为0°、2°、5°和10°。通过改变膨胀角角度,考察了膨胀效应对干扰区内复杂流动现象的影响规律和作用机制,如分离泡、物面压力脉动特性、膨胀区湍流边界层和物面剪切应力脉动场等。研究发现,膨胀角角度的增大使得分离区流向长度和法向高度急剧降低,尤其是在强膨胀效应下分离泡形态呈现整体往下游偏移的双峰结构。物面压力脉动功率谱结果表明,膨胀角为2°和5°时,分离激波的非定常运动仍表征为大尺度低频振荡,而膨胀角为10°,强膨胀效应极大地抑制了分离激波的低频振荡,加速了下游再附边界层物面压力脉动的恢复过程。膨胀区湍流边界层雷诺剪切应力各象限事件贡献和出现概率呈现逐步恢复到上游湍流边界层的趋势,Görtler-like流向涡结构展向和法向尺度变化剧烈,同时在近壁区将诱导生成大量小尺度流向涡。此外,物面剪切应力脉动场的本征正交分解分析指出,膨胀效应的影响体现在低阶模态能量的急剧降低从而使得高阶模态的总体贡献相对升高。     

用于棘轮变形预测的棘轮演化统一模型研究

 在大量单轴棘轮实验基础上,研究了均值、幅值、峰值和谷值应力对 304不锈钢的饱和棘轮应变的影响规律,首次提出了棘轮应力σ_r和棘轮门槛值σ_rth 的概念,建立了基于单参数控制的、用于饱和棘轮应变预测的 SRM饱和棘轮本构模型和用于独立循环应力工况下棘轮应变演化预测的 REM棘轮演化模型,并由此发展了全面描述任意循环应力工况下棘轮应变演化规律的 URM棘轮演化统一模型。抛物律模型 SRM和幂律模型 REM对实验数据拟合的相关系数均超过 0.98。URM建模容易,只需 4～ 6个试样的单轴棘轮实验数据。此外还讨论了获得 SRM本构模型的单试样实验法。     

缘板及叶冠间的接触状况及其对叶片位移和应力的影响

1.计算方法及其实验验证 本文用分析法见文献[1],这里以WS9高压二级涡轮转子叶片(简称WS9叶片)为例来说明方法的特点。该转子轮盘上均匀安装110片叶片,组成具有循环对称接触结构的叶片环,有接触表面的循环对称结构。据此,可将图1所示的一片叶片取作基本段分析,但同时必须在该叶片一般有限元刚度方程中引入缘板及叶冠的循环对称接触表面(叶冠的A1侧面与A2侧面,以及缘板的B1侧面与B2侧面)处的循环对称接触     

费用约束下含应力优化的CSADT设计

恒定应力加速退化试验(CSADT,Constant Stress Accelerated Degradation Testing)方案中需要确定的变量有应力水平、各应力下样本量、监测间隔和各应力下监测次数.如何对CSADT的应力水平进行优化目前很少有人探讨.针对这一问题提出一种在费用约束下将上述4个变量进行综合优化的方法.首先用随机过程描述CSADT下产品的性能退化过程,然后以产品在使用条件下p分位寿命可靠度的渐近方差最小为目标,以试验费用不超过预算为约束条件,给出CSADT的4个优化变量,并给出应用该优化方法的仿真算例.最后,优化方案对模型参数偏差的敏感性分析表明,在一定偏差范围内优化结果具有良好的稳健性.      

基于响应面法的齿轮容差设计方法研究

随着附件传动系统不断向高速、重载方向发展,齿面接触可靠性问题越来越受关注.为提高齿轮可靠性,分析了齿轮传动系统常见误差类型及影响,开展了齿轮容差设计初步探讨.根据齿轮制造、加工及系统动态误差的产生原理和作用方式,基于齿轮接触应力仿真结果,确定了影响齿轮接触应力随机性的5种主要误差形式及其特征量分布规律,提出了基于响应面法的齿轮容差设计方法,给出了齿轮系统公差设计的改进方向:在进行齿轮公差设计时,重点控制H、V方向的轴向平行度公差.     

复合材料叠层板固化成型后的变形分析计算

分析复合材料铺层的微观结构，研究复合材料成型过程变形特点，以此建立两类针对性的有限元模型，并采用典型复合材料叠层板固化成型温度载荷，进行叠层板翘曲变形和板内应力的计算分析。在此基础上，将计算结果与实际试验制件实测结果进行对比。结果表明，本文所提供的有限元分析计算模型可对实际情况进行简便和较为精确的模拟。     

风洞分布式支撑天平测力试验技术研究

采用双尾支撑测量形式的加工、装配误差会使系统内应力过大,影响测量精度。针对某“双机身”飞机CTS 风洞试验气动力测量需求,发展基于多维力天平内置的风洞分布式支撑天平测力试验技术;研制具有消除系统内应力功能的双支撑系统,提出两种6 分量双支撑天平校准及测力方法,并对数据处理和双支撑系统可靠性进行检验加载、对比分析和验证。结果表明：风洞分布式支撑天平测力试验技术能够有效消除双支撑天平系统由于过约束而导致的固有装配内应力,双支撑天平系统各部分连接、测量可靠;两种校准测力方法测量精度相当,均能达到单台应变天平测量误差水平,可满足风洞试验测量精度需求;综合考虑现有校准设备校准能力,最终采用“合成式校准测力”方法进行的风洞试验,获得了满意的试验测力精度。     

基于度的结构区间可靠性分析方法研究

为了分析考虑不确定性因素影响下的结构可靠性,基于不确定性参数的区间描述,用度的方法对结构区间可靠性进行分析。用区间数描述影响结构功能的不确定性,建立结构可靠性分析的区间应力一强度干涉模型,将这些区间变量引入到结构区间可靠性的分析中。基于区间数学以及区间数比较方法理论,提出了一种新的区间可靠性指标。运用基于度的结构区间可靠性分析方法进行计算,分析结果表明该方法具有良好的数学性质,计算得出的结果与用非概率可靠性计算结果相一致,表明该方法可以对结构安全或可靠的程度做出合理的估计。     

在平板不同位置开孔的剪切稳定性分析及应力集中影响

为满足管线通过、减重、维修等需求,通常需要在结构上开孔。基于Patran和Nastran软件,针对剪切载荷下的四边简支开孔矩形平板,对其在不同开孔位置下的稳定性及口边应力集中情况进行仿真分析,并整理仿真分析结果,得到不同开孔位置对矩形平板剪切稳定性和口边应力集中的影响,供结构开孔设计使用。