载人航天器结构工艺瓶颈及对策

文章对我国载人航天器工艺需求进行了分析,对载人航天器现存的薄壁结构残余应力控制与消除技术、载人密封结构高可靠低应力焊接技术、碳纤维复合材料应用技术等工艺瓶颈进行了研究,并针对工艺瓶颈提出了解决对策。     

柔性接头界面端角点应力奇异性

基于界面理论,建立了柔性接头增强件、弹性件两种结合材料形成的界面端角点附近奇异应力场方程,依据界面连续条件和自由边界条件,得到了与奇异应力场关联的特征值λ的线性齐次方程组,通过该方程组的求解和公式推导,给出了柔性接头界面端角点附近含应力强度系数的奇异应力场和位移场;并根据特征值λ的取值范围,获得了应力奇异性消失的柔性接...     

基于应力约束的翼肋拓扑优化和软件二次开发

翼肋主要作用是维持机翼外形,对于机翼的总弯曲刚度贡献较小,但是翼肋的重量却在翼盒的结构重量中占有相当大的比例（一般为8％～12％）,因此有必要通过一定的结构优化方法减轻翼肋的结构重量。在MSC．PATRAN平台上二次开发了应力约束全局化的拓扑优化方法,并首次将该方法应用于翼肋的拓扑优化;采用了一套工程估算方法,可用于翼肋的初步设计和快速重量估算。结果表明：在满足稳定性要求的情况下,经过拓扑优化的翼肋结构减重效果明显。     

气液两相分层流剪切应力的不确定度分析

基于水平气液两相分层流的压力梯度、波状液层和气壁剪切应力实验数据,对两流体剪切应力进行不确定度计算,分析各不确定度分量对液壁和气液界面剪切应力结果的影响.由剪切应力可以直接计算分层流动量平衡方程的本构参数,对本构参数的关联作了合理的解释.气液界面剪切应力受液层高度和压力梯度的准确性影响较大,而液壁剪切应力却相反,和气液界面剪切应力最大程度相关.通过和实验数据对比发现,液壁摩擦因子无法像气壁摩擦因子那样可以用单相管流的指数型关系式来描述,而是应该结合气液界面摩擦因子建立一个基于两相各流体特征参数的有效关联式.     

300M 超高强钢起落架外筒模锻件锤锻工艺

利用Gleeble-1500热模拟试验机对300M超高强钢进行了热压缩试验,建立了材料流变应力模型;采用DEFORM 3D有限元软件对300M超高强钢起落架外筒模锻件锤锻成型过程进行了数值模拟,研究了不同工艺参数对锻件成型的影响.结果表明:模锻件在1100℃始锻温度下,经三火成型填充完全,锻件平均应力228 MPa,平均应变1.51.     

喷丸强化7475-T7351铝合金的小裂纹行为和寿命预测

对7475-T7351铝合金进行了喷丸强化和未喷丸(机械加工后抛光)单边缺口拉伸(SENT)试样的小裂纹扩展行为试验研究,利用权函数法(WFM)和叠加原理分析计算了三维表面小裂纹在外加载荷和残余应力场联合作用下的应力强度因子(SIF),并将其加入到基于裂纹闭合的小裂纹扩展分析程序FASTRAN3.9中,采用该程序预测了均布外载荷σmax=160MPa、R=0.06下,喷丸强化和未喷丸SENT试样自然萌生裂纹扩展的a-N曲线。研究发现喷丸强化残余压应力对疲劳小裂纹扩展速率的降低是疲劳寿命延长最主要的原因,采用基于裂纹闭合的小裂纹扩展分析方法能够较好地定量描述喷丸强化的疲劳延寿作用。     

水杨酸对盐胁迫下沙冬青幼苗抗氧化酶活性及PSⅡ光化学效率的影响

濒危植物沙冬青Ammopiptanthus mongolicus为亚洲中部荒漠地区唯一的常绿阔叶灌木,具有较高的保护和园林绿化价值.为了解水杨酸对沙冬青在盐胁迫下的缓解作用,使用水培方法培养沙冬青幼苗,测定其在w=1.3%NaCl胁迫下经不同浓度水杨酸处理后的抗氧化酶活性、PSⅡ光化学效率及其他与植物抗性有关的生理指标的变化.结果表明,0.5 mmol·L~(-1)水杨酸处理下,根和茎叶鲜质量比盐胁迫组分别提高了100%和85%,总叶绿素含量达到盐胁迫组的1.3倍;而1 mmol·L~(-1)水杨酸可使根和茎叶鲜质量均提高90%,总叶绿素含量达到盐胁迫组的1.7倍.这2种浓度的水杨酸均可使叶绿素荧光参数恢复到正常对照水平.水杨酸可以显著增强超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,其中1.0 mmol·L~(-1)水杨酸处理下叶片与根部SOD酶活性分别比盐胁迫组升高了54%和68%;POD酶活性则分别提高了80%和117%,均显著高于对照组与盐胁迫组.同时,水杨酸还抑制了过氧化氢酶(CAT)的活性,减少丙二醛积累,从而缓解NaCl对沙冬青的胁迫.但是水杨酸浓度过高(达到2.0 mmol·L~(-1)),沙冬青幼苗生长即受到抑制,各项生理指标均低于单纯盐胁迫下的幼苗.综合各项生理指标,水杨酸1 mmol·L~(-1)的施用效果优于0.5 mmol·L~(-1).     

基于大涡模拟分析气膜冷却的湍流场

用大涡模拟考察了单孔平板气膜冷却的湍流场,气膜孔沿流向倾斜30°,气膜出流的雷诺数为2600,吹风比为0.5.计算结果表明:①气膜孔内的流动分离增加了湍流动能,导致气膜冷却效率的降低,在设计中要尽量避免或减少流动分离;②与射流侧向扩展有关的涡黏性系数在气膜孔两侧存在峰值,而采用各向同性的湍流模型预测气膜冷却时,涡黏性系数的峰值出现在射流与主流的剪切区,因此会高估射流的垂直穿透而低估射流的侧向扩展;③可以用大涡模拟辅助建立各向异性的湍流模型,以便提高湍流模型的预测精度.      

具有转捩流动特性的高压燃气气冷涡轮叶栅的气热耦合计算

采用CFX商用软件对NASA-MarkⅡ高压燃气涡轮5411工况进行气热耦合计算,着重分析各种湍流模型对转捩流动区域的预测能力,与实验结果比较,k-ω-shear-stress-transport(SST)-Gamma-Theta湍流模型计算结果与实验结果吻合较好.另外,自编耦合计算程序对相同工况进行气热耦合计算,湍流模型采用Baldwin-Lomax(B-L)代数模型,结果说明,除转捩区域外,B-L模型对叶片表面其余位置的计算结果较准确.应用ANSYS商用软件进行热应力分析,结果表明,涡轮叶片温度场求解结果对叶片内部热应力分布具有显著影响.      

枞树形榫连结构接触应力的有限元分析及建模研究

采用有限元法对赫兹接触问题进行了分析,计算结果同解析解吻合很好,进而明确了有限元法求解接触问题的一般流程及难点。以某发动机涡轮盘三齿枞树形榫齿,榫槽连接结构作为研究对象,分析其接触应力。计算结果表明,接触区边缘存在较高的应力梯度,接触应力的有限元解同网格疏密度密切相关。通过建立一系列不同密度网格模型开展了有限元建模研究。以改善接触应力的求解精度．同时得出了一些具有工程指导意义的结论。