高可靠性陶瓷轴承技术研究进展

陶瓷轴承具有长寿命、耐高温、耐腐蚀和超高速等优异的综合性能,已经在航空航天及装备制造领域中得到应用.介绍了陶瓷轴承的发展背景,归纳了陶瓷材料技术研究进展,概括了陶瓷滚动体毛坯和成品的无损探伤技术和方法,阐述了陶瓷滚动体表面低损伤加工的必要性,探讨了陶瓷轴承的润滑行为和热行为,提出了陶瓷轴承的失效模式和设计准则,分析了陶瓷轴承的结构和性能设计方法,给出了部分典型应用和极限性能试验情况,展望了高性能陶瓷轴承技术的发展趋势.为继续深化陶瓷轴承技术研究、攻克极限工况下的陶瓷轴承关键技术、发展面向工况的轴承设计制造技术、实现高性能陶瓷轴承的技术转化和推广应用、解决高端装备的公共轴承技术难题提供技术基础.     

液压放大式PZT-DDV建模与控制仿真

研制基于液压位移放大原理的压电陶瓷直接驱动伺服阀(PZT-DDV,Piezoelectric-Direct Drive Valve),实现大流量高频响的要求.分析其结构特点,建立系统数学模型,基于AMESim 和Simulink的协同仿真环境,对其进行仿真控制研究.采用AMESim建立了PZT-DDV的模型和虚拟液压测试系统,利用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成协同仿真环境.针对PZT-DDV的迟滞、摩擦和液压位移放大结构的负载敏感特性,采用前馈控制改善迟滞,提高动态响应.基于LuGre摩擦力模型以及密闭腔压力监测,采用自适应backstepping方法实现摩擦及负载变化对放大机构输出位移的扰动补偿.仿真结果表明:前馈控制提高了系统的动态性能,自适应backstepping控制方法提高了系统的稳态控制精度.     

基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析

针对传统的解析法和有限元法在压电陶瓷分析中的弊端,采用有限元软件ANSYS对压电陶瓷掺镧锆钛酸铅(PLZT)进行特性分析.介绍了大型有限元分析软件ANSYS及其耦合场分析功能,建立了PLZT的ANSYS模型用于分析单片、叠层和双晶片型PLZT的静动态特性.单片PLZT的输出位移与所加电压和外力载荷均成线性关系;叠层结构的输出位移因粘结层的变形而小于理论输出值;双晶片变形的ANSYS计算结果同理论分析很相近.进行压电器件分析时,可先通过ANSYS软件建立实体模型,设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真,并且针对不同器件只需修改参数,程序通用性好.      

复杂陶瓷件烧结过程温度场数值模拟及仿真

随着陶瓷应用领域的不断扩展,对其品质要求也越来越高.而传统的设计工艺与制造过程是相分离的,到最终生产工艺的定型需要大量的反复修改.为解决传统陶瓷设计工艺只能依靠经验的现状,节约成本,缩短生产周期,故开发了复杂陶瓷零构件烧结过程计算机仿真软件.首先借助传热学原理来建立温度场模型,其次借助有限差分法处理温度场模型,编写出此仿真模拟软件的核心计算代码,从而实现了复杂陶瓷零件和组合构件烧结过程中温度场的模拟仿真.      

陶瓷基复合材料在喷管上的应用

综述了国外Ｃ／ＳｉＣ陶瓷基复合材料在火箭发动机喷管上的应用现状,重点介绍了法国ＳＥＰ生产Ｃ／ＳｉＣ复合材料喷管扩张段的成型技术以及连接与机加、材料性能等。最后对Ｃ／ＳｉＣ复合材料在固体火箭发动机上的应用前景进行了展望。     

含孔隙的2.5D编织陶瓷基复合材料弹性常数预测

为获取更为全面的编织陶瓷基复合材料弹性常数,支撑材料力学性能研究,提出考虑纤维性能退化和基体孔隙的编织陶瓷基复合材料弹性常数预测方法。围绕25D编织陶瓷基复合材料,通过微焦点断层扫描获取材料孔隙率和孔隙分布,并测量碳化硅纤维单丝经热处理后的高温强度和模量。再结合细观力学有限元法理论,通过Digimat建立含孔隙的25D陶瓷基复合材料代表体单元有限元模型,计算得到材料弹性常数。同时对元件级试验件进行了室温单向拉伸和面内剪切试验,弹性常数计算值和试验值吻合较好,验证了该方法可以用来预测含孔隙的25D编织陶瓷基复合材料的弹性常数,为其力学性能与失效机理分析建立基础。     

温度对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响研究

霍尔推力器磁路设计主要通过常温静态磁场仿真得到，并实测推力器非工作状态常温磁场进行复核。大功率霍尔推力器将面临更为严峻的热问题，推力器工作时磁路系统受高温影响，因此在常温下仿真得到的磁场位形会因温度升高而产生偏移，不能反映推力器真实工作时的磁场情况。为研究霍尔推力器工作时热量对磁路系统的影响，通过热磁耦合仿真对10kW磁屏蔽霍尔推力器的热态磁场分布进行研究，并对热态、常温仿真结果进行了对比，发现在阳极附近的径向磁感应强度Br的差异比放电室出口更大。常温设计的磁屏蔽构型在热态时偏离磁屏蔽，磁场和壁面最大不符合度达到13%，通过陶瓷出口型面修正后重新获得磁屏蔽效果，使最大不符合度降低到4.8%以下。合理热设计有助于降低热载荷，热仿真得到磁路系统最高温度低于500℃，低于0.78倍的居里温度Tc磁性急剧转变点，不会出现磁性能急剧下降，但热量对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响是应该考虑的。     

航空结构陶瓷的发展

20多年来,航空结构陶瓷领域最重要的进展之一是研究出与氧化物、硼化物陶瓷性能迥然不同的氮化硅、碳化硅陶瓷材料,实现了较高强度、较高可靠性和较高的热震抗力,并且能制造出复杂的形状,利用三维有限元分析法能合理地设计出复杂受力的零件。因此,重新激起了人们把结构陶瓷应用于航空发动机的兴趣。 一、航空结构陶瓷的性能特点 与高温合金相比,结构陶瓷的使用温度提高了200～250℃。在非冷却情况下工作温