高温环境下薄壁结构声激励响应及疲劳分析与试验验证

针对航空发动机薄壁结构热声疲劳问题,采用耦合的有限元/边界元法,对GH188薄壁结构进行动力学响应计算,采用改进的雨流计数法和Morrow平均应力模型,结合Miner线性累积损伤理论对薄壁结构疲劳寿命进行了预估。基于高温行波管试验器开展了GH188薄壁结构高温声激振疲劳试验研究,获取了薄壁结构在不同温度和声载荷作用下的模态频率、应力/应变响应和疲劳寿命结果。仿真计算结果与试验结果对比分析表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,破坏位置均为结构根部,结构1阶热模态频率具有一致性,误差0.49%~2.09%之间,X方向应力响应峰值集中在基频附近,随温度升高,结构发生软化刚度下降,响应峰值向左发生偏移,且预测水平与试验一致,误差在1%~3%之间,验证了薄壁结构热声响应计算方法与计算模型的准确性。结构疲劳寿命随温度和声压级的上升而均呈现下降趋势,疲劳破坏时间的预估值与试验结果在一个量级之内,误差在3~3.5倍之间,满足工程级寿命预测要求,验证了薄壁结构热声疲劳寿命预估方法的有效性。      

试验设计法与BP-GA算法在复合材料结构优化中的应用

试验设计法具有均衡分散性和整齐可比性,通过试验设计进行响应面的样本选取可以大大减少样本的数目,同时保证响应面的训练精度。响应面与遗传算法相结合在工程应用中已经形成一套适用于复杂结构设计的高效优化方法。本文以复合材料加筋蒙皮的质量优化问题为例,通过正交试验进行响应面训练样本选取,通过PATRAN/NASTRAN进行有限元分析得出样本的数值,应用神经网络(BP)训练、构建优化的目标函数和强度、稳定性约束响应面,结合其他常规约束条件通过遗传算法(GA)进行优化,验证了这套算法的有效性和实用性。     

基于蜻蜓膜翅结构的飞机加强框的仿生设计

由于机动性和能耗的要求,飞机设计过程当中轻量化设计是十分重要的。经过亿万年的进化,在承受自身重量及生长环境的载荷过程中,生物体获得了适应环境的最优结构。通过分析蜻蜓膜翅和飞机机身加强框的结构相似性,提取决定蜻蜓膜翅结构优良力学性能的结构特征,将其应用到飞机机身加强框的设计当中,并用有限元工具验证了结构的优化效果。在同样的承载条件下,仿生型结构的比刚度比原型结构提高了2%~6%,比强度提高了1%~8%。同时,仿生型结构的最大应力减小,而最小应力明显增大,因此其应力分布更加均匀,从而体现了仿生结构件材料的优化分布和最大效能。     

Reduction in clamping force due to applied longitudinal load to aerospace structural bolted plates

The main purpose of the present work is to experimentally and numerically study why and how the magnitude of the bolt clamping force reduces in the aerospace structural bolted plates when they are subjected to a longitudinal tensile load. In the experimental method, a holed plate of aluminium alloy 7075-T6 was clamped using a single bolt fastener, and then tested under an increasing static longitudinal tensile load. The bolt clamping magnitude was determined by using the measured axial compressive strains of a steel bush placed between the nut and plate. Two clamped specimens with different initial clamping forces were studied. In each specimen the actual clamping forces were determined during the longitudinal loading on the plate. In the numerical method, a three-dimensional (3D) finite element model was generated in order to simulate and quantify the bolt clamping force in the plate model loaded in tension. Both experimental and numerical results showed that the clamping force reduces considerably in the aluminium bolted plates under the longitudinal tensile loading. This is because of the transverse contraction of the plate material that causes the clamped material to release from the initial compression, and as a result, the clamping force to relax.     

FATIGUE DAMAGE AND LIFETIME PREDICTION OF AERONAUTIC WELDED STRUCTURES UNDER HIGH TEMPERATURE

ＦＡＴＩＧＵＥＤＡＭＡＧＥＡＮＤＬＩＦＥＴＩＭＥＰＲＥＤＩＣＴＩＯＮＯＦＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＷＥＬＤＥＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＵＮＤＥＲＨＩＧＨＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＺｕｏＪｉａｎｚｈｅｎｇ，ＬｏｕＺｈｉｗｅｎ，ＫｕａｎｇＺｈｅｎｂａｎｇ（ＳｔａｔｅＫ...     

沟槽面湍流边界层近壁区拟序结构实验研究

应用氢气泡流动显示技术,对沟槽面湍流边界层近壁区带条结构进行了研究。通过分析流动显示结果,发现沟槽面的带条比较平坦,低速带条有较好的直线性,说明沟槽限制了流体的横向流动,增强了流动的稳定性。通过统计分析发现沟槽板湍流边界层中无量纲低速带条间距及无量纲高速带条间距均符合对数正态分布。对同种沟槽板而言,两种带条的分布特性无明显差别。沟槽板的平均无量纲低速带条间距比光滑板的要小,最多小30%,且沟槽尺寸对平均无量纲低速带条间距亦有影响。对同一种沟槽板同一位置而言,平均无量纲低速带条间距随离开壁面的无量纲距离的减小而减小,但最可几概率增大,表明沟槽板对近壁流动影响最为强烈。另外,还对低速带条与减阻特性的关系做了初步探讨,得到的沟槽无量纲高度和间距为15～18的沟槽板有较好的减阻效果。     

交叉剪切混合层中拟序结构的数值研究

采用拟谱方法对时间模式的交叉剪切混合层进行了直接数值模拟。计算结果表明:与平面混合层一样,展向涡的拉伸作用是交叉剪切混合层中流向涡形成的主要机制。当展向剪切强度较大时(如两主流交叉角为40°),与初期展向KelvinHelmholtz相关的单向旋转流向涡在拉伸作用下很快增长起来,并“坍缩”成“肋状”涡。当交叉角为40°时,涡核区存在类似平面混合层中“方块状”涡的流向涡结构,展向涡辫区还存在一组符号相反的流向涡,不过与“肋状”涡对应的涡结构呈扁平状,始终没有“坍缩”。当交叉角为60°时,“肋状”涡非常强,以致完全抑制了平面混合层“对称模式”的发展。当交叉角小到20°时,流向涡结构更接近于对称分布,然而“肋状”涡却没有形成。另外,计算结果还证实:与二维混合层相比,大强度展向剪切的引入能够加强流场的混合,同时,适当增加展向扰动波初始强度和波数也是提高混合效率的有效手段。     

飞机结构件在当量环境谱下加速腐蚀试验和日历寿命估算方法

首次成功地进行了构件在当量环境谱下的加速腐蚀试验,取得了防护层日历有效期和基体腐蚀扩展速率;建立了一套由试验数据估算日历首翻期、日历翻修间隔、日历总寿命的方法和公式;提出了由使用中真实的腐蚀损伤数据来估算日历首翻期的方法;在构件加速腐蚀试验和使用中真实腐蚀损伤数据统计处理的基础上,给出了 HX型机群日历寿命。     

挠性膜片联轴器优化设计

本文改进了Ｐｏｗｅｌｌ的直接优化方法，提出了有效的约束函数法，并用此法研究了膜片联轴器在强度刚度振动条件下，以重量轻，刚度最小为目标的优化设计计算，基于膜片的强度，刚度是在有限元分析基础上的，必须要很好地解决有限元前置处理（自动分单元、分载荷）和后置处理（绘等值线）。开发了一套比较完善的膜片外形优化设计软件系统，简称ＯＤＦＣ系统。     

太空衍射望远镜大型桁架展开过程动力学建模

在太空衍射望远镜桁架展开过程中,各个桁架单元展开锁定的瞬间会引起构件的弹性振动,并对星体与主镜产生较大冲击。在考虑桁架各部件弹性变形的基础上,针对系统拓扑结构和约束条件的变化,对桁架展开与锁定过程建立了变拓扑的柔性多体系统动力学模型并进行了动力学数值分析。当桁架单元锁定时通过在关节处施加强力矩和阻尼来模拟锁定机构的作用。数值仿真结果表明,在锁定瞬时,桁架在纵向呈现大幅度振动,星体与主镜受到的冲击力出现峰值,且每一次峰值有差异,呈现周期性变化,这种现象是由桁架柔性部件的弹性变形引起的。研究结果对太空衍射望远镜结构设计与动力学控制提供了技术参考。