空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。     

任意应力比下涡轮盘的塑性应变能寿命模型

以首次加、卸载时由于塑性变形导致循环应力应变曲线偏离弹性线的面积为损伤参量,从能量的角度建立了塑性应变能寿命模型,并运用平方插值的方法获得了任意应力比下塑性应变能和疲劳寿命的关系.利用某发动机涡轮盘的螺栓孔模拟试件与级间盘的跑道孔模拟试件的试验结果进行验证与对比.结果显示:根据应力比采用平方插值时塑性应变能寿命模型计算精度更高.螺栓孔试件的计算寿命与试验结果相差9.42%;跑道孔试件仅相差1.88%.总体上看,该模型计算结果与试验结果吻合很好,具有较高的精度.      

发动机试验台测力机构柔性梁设计研究

柔性梁的刚度性能影响风洞盒式应变天平的精准度,是发动机试验台测力试验数据精确可靠的重要保证,而柔性铰链更是柔性梁设计的关键所在。首先,借助有限元分析方法对四种典型柔性铰链进行计算分析,优选出综合刚性最好的柔性铰链形式;其次,基于选择的柔性铰链形式,研究三个关键结构参数对铰链刚度的影响;最后,设计五种不同厚度的柔性梁进行有限元分析,并加工实物模型进行加载试验验证。结果表明:铰链宽度b=40mm、半径R=5mm、最小厚度t=4mm时双圆弧柔性梁的综合刚度最好,且侧向柔度大,轴向刚度优;有限元计算值和试验值吻合良好,误差小于5%,表明将有限元方法运用于柔性梁的设计优化是可行、可靠的。     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

数值模拟轴向冲击下直杆的动态响应

使用数值方法模拟了弹性和弹塑性杆受到纵向冲击的全过程,通过计算分析了荷载大小不变,施加速率不同时直杆的动态响应及有无率相关情况下杆的响应。发现：对于弹性直杆,轴向冲击荷载大小不变,加载速率的改变对加栽点位移和加速度影响较大,而对加载点的速度峰值影响不大,加栽速率越大,加载点的位移越小,加速度越大;对于弹塑性杆,加载速率越大,加载点的位移和速度峰值越小,结构的吸能比却越大。另外,对于某些应变率敏感材料,材料的率相关性对冲击载荷下的动态响应的影响也是值得关注的。     

高温、高应变率LY12铝压缩动态力学性能实验

利用配备自动组装系统和高温加热系统的直径为 ф5 mm的Hopkinson压杆,对温度在20℃～400℃、应变率在(5～14)×103s-1范围内LY12铝的动态压缩力学性能进行了实验研究.实验中采用波形整形技术,有效地消除了入射波的高频振荡,提高了测试精度.实验结果表明:当实验温度低于200℃时,温度的影响较小,而高于200℃时,材料的温度软化效应将十分明显,且随着温度的升高,流动应力逐步降低;LY12铝的性质接近于线性硬化材料,随温度的升高,其硬化模量逐步降低;在(5～14)×103s-1应变率范围内,LY12铝的动态压缩性能的应变率效应并不明显.      

某型发动机涡轮盘销钉孔结构分析与寿命评估

利用有限元方法计算了某型发动机涡轮盘径向销钉孔的应力应变分布, 分析了不同销钉数目、孔销之间的不同摩擦系数和涡轮盘是否施加扭矩对销钉孔周边应力的影响, 发现了前期试验状况与实际使用的差异.利用拉伸应变能寿命预测公式进行了寿命评估, 与试验有较好的一致性.有限元计算及试验结果说明了涡轮盘加扭疲劳试验的必要性, 为某型发动机高压涡轮盘的延寿工作提供了依据.      

跨声速轴流压气机特性全三维粘性流动分析

应用Steger-Ｗarming通量分裂技术,将守恒型方程中的流通向量分裂成两部分,应用 NND格式对无粘项进行数值离散,粘性项采用中心差分格式,采用LU-SGS隐式推进迭代建立了跨声速轴流压气机性能及内流场三维N-S方程的高分辨率和高效率的数值方法。数值模拟给出NASA ROTOR37和NASA ROTOR67性能及内流场流动结构。并进一步基于混合平面法建立了多级轴流压气机性能计算模型,详细分析了某一级跨声速轴流压气机性能和内流特性,计算与实验结果比较表明了本模型与方法是可行的和可靠的。     

BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带

为了深入了解渗氢及变形速率对BT16钛合金冷镦性能的影响,采用光学显微镜(OM)和显微硬度的方法,研究了BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带。结果表明：在300 mm/s的压缩速率下,中心区变形流线与剪切带保持平行;在75 mm/s的压缩速率下,剪切带中心区与剪切变形过渡区边界模糊,变形流线与剪切带呈一定的小角度。在300 mm/s的压缩速率下形成的剪切带中心区显微硬度值近似为常数,且低于基体硬度值,剪切带中心区与基体之间存在一个硬度值线性增加的过渡区。对剪切带形成过程进行了分析,提出了利用变形流线计算剪切带最大应变的方法。     

压电驱动器应用中的模型分析

随着压电材料的快速发展,压电驱动器在结构控制领域的使用也日益广泛。压电驱动器应用时要通过胶粘剂与主体结构固结,达到传递应变,实现控制结构变形的目的。本文对于这个工程问题的理论分析模型——均匀应变模型做了进一步分析讨论,并进行了数值仿真计算,得到了胶粘剂性质变化对驱动效果的影响情况。对结构端部的层间剪切应力的仿真模拟表明,在压电驱动器粘贴的主体结构的边缘处要加强胶粘剂的剪切强度,以防止边界脱层的发生。