CMAS环境下热障涂层的损伤机理及防护策略

随着先进航空发动机向高推重比和高热效率发展,涡轮前进口温度显著提高,航空发动机叶片热障涂层(TBCs)在高温服役过程中受火山灰、飞灰、跑道磨屑、工业烟尘、汽车尾气及PM2.5等环境沉积物的侵蚀愈来愈严重。这些沉积物的主要化学成分为CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS),其熔点约为1 240℃,远低于发动机的服役温度。环境CMAS被吸入发动机中后,将迅速熔融并渗入TBCs结构内部。一方面,CMAS对叶片表面造成物理冲击与破坏,熔融态的CMAS还会导致气膜冷却孔堵塞,引起冷效降低与叶片温度-应力场的改变;另一方面,熔融CMAS与叶片涂层发生化学反应,导致叶片TBCs腐蚀剥落及过早失效,服役寿命大幅度下降。解决叶片TBCs表面CMAS沉积和腐蚀的问题是目前先进航空发动机TBCs研究领域的重点和难点,而掌握不同环境下CMAS的物理化学特性更是研制抗CMAS热障涂层的基础。本文阐述了CMAS的成分与流变特性及TBCs在CMAS环境下的热化学、热力学失效机理,并简述了目前国际上有关涂层组织结构优化、阻渗层和牺牲层等CMAS...     

基于Ansys的载人登月跳跃式返回过程中人体胸部骨骼系统损伤分析

针对载人航天器月地返回再入过程对航天员造成损伤的问题,采用有限元方法开展探月飞船跳跃式返回过程中航天员胸部骨骼系统的生物力学仿真分析,对该过程中人体胸部骨骼及软组织可能受到的损伤做出预测.基于CT图像对人体胸部骨骼、韧带和椎间盘建立有限元模型,通过肋骨侧弯和胸部撞击实验验证了模型准确性,并在Ansys中计算各骨骼及软组...     

民机驾驶员座椅的损伤标准制定研究

驾驶员座椅是民用航空器重要的机载设备之一,其损伤标准的详细程度对航司的运营和航空器的维护至关重要。为了构建详细的损伤标准,首先对驾驶员座椅的基本结构、材料及相关标准进行了比较研究,明确了现有标准中存在的主要问题。之后,结合安全性分析,提出了一种基于损伤模式与影响分析（Damage Mode And Effect Analysis, DMEA）的损伤标准制定方法,从部件材料的损伤模式出发,以其影响等级为划分标准,构建损伤标准。最后,采用DMEA为驾驶员座椅的结构及装饰部分制定了一份详细的损伤标准和处置措施。结果表明：提出的座椅的损伤标准和处置措施已较为详细,可以作为座椅维护的理论依据和技术参考。基于DMEA的损伤标准制定方法,可极大地细化部件的损伤模式,较现有的制定方法具有更强的实用性和可操作性。     

基于仿真计算的推力架传动轴损伤分析

某水平推力架传动轴出现断裂故障,根据水平推力架结构组成和工作原理对其传动轴损伤机理进行分析,可得出该断裂为低周疲劳所致.基于ANSYS Workbench平台建立传动轴的模型,对传动轴进行强度分析,给出工作载荷下的应力强度、应变及变形计算结果.通过计算结果分析传动轴薄弱部位,得出与传动轴失效部位状态一致.对其进行改进设计,改进后基于强度分析的一种损伤分析方法对传动轴进行损伤仿真分析,得出了使用寿命次数、安全系数和损伤系数的仿真计算结果.通过对照改进前后仿真数据,结果表明改进后的传动轴安全性提高,强度提高,同时结合应力与屈服强度公式计算出传动轴的许用应力满足传动轴设计要求.     

光伏玻璃表面微织构柱体抗颗粒冲击性能研究

为分析光伏电池玻璃表面微织构形状和颗粒碰撞方式对表面微织构损伤的影响,建立模拟月尘颗粒碰撞表面微织构仿真模型,结合实验验证,探究表面微织构损伤情况。结果表明:30 μm直径的模拟月尘颗粒以5 m/s的速度撞击表面微织构时,损伤形式主要包括边缘破损、劈裂破损和断裂,损伤面积与表面微织构整体相比较小,损伤深度在0.06～0.29 μm之间,仅为表面微织构柱体高度的1%～4.8%;中心正碰时,四棱台表面微织构的抗冲击性最好,圆台表面微织构次之,六棱台表面微织构最差;颗粒以4种碰撞方式撞击圆台表面微织构时,损伤程度从大到小依次为边缘碰撞、45°边缘碰撞、中心正碰、45°中心碰撞。研究结果可为玻璃表面微织构的工艺改性提供参考。     

复合材料层板低速冲击损伤有限元模拟

利用三维动态有限元模拟计算复合材料层板的低速冲击损伤的过程,采用了基体开裂判据和分层扩展判据,分类考虑不同的损伤形式,通过修正损伤铺层材料的常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对冲击过程的影响,讨论了接触定律在冲击损伤问题中的适用性,并结合实验结果给出适于严重冲击损伤层板的卸载定理,模拟计算结果得到的低速冲击后各界面的分层损伤面积与实验结果吻合较好。     

复合材料疲劳定寿方法研究

本文回顾了复合材料疲劳可靠性的发展历程,重点报告了复合材料疲劳可靠性最新厂家成果;复合材料疲劳损伤形成与损伤扩展的两阶段论,这一理论更新了传统采用的单一疲劳损伤全过程。     

纳秒激光脉冲宽度对2024铝合金损伤特性的影响

飞机激光除漆对2024铝合金蒙皮可能造成潜在的损伤,需探究激光参数变化对基体材料表面的作用规律,其中脉冲宽度对激光-材料作用与材料损伤特性具有重要影响。本文采用COMSOL Multiphysics软件模拟分析了不同脉冲宽度时激光作用铝合金表面的温升特性,并借鉴ISO 11254 1-on-1激光损伤阈值测试方法研究了脉冲宽度对铝合金损伤阈值的影响,进一步分析了不同脉冲宽度下的烧蚀凹坑微观形貌、直径与深度变化规律。结果表明：铝合金表面峰值温度随脉冲宽度增加而降低;脉冲宽度从150 ns增加到240和330 ns时,铝合金损伤阈值从9.96 J/cm²分别增加到11.24和12.66 J/cm²,当激光能量密度达到损伤阈值时,3μm厚氧化膜被完全损伤,破坏了铝合金表面完整性;烧蚀凹坑直径和深度随脉冲宽度增加而增加,深度受影响程度更大。该研究可为激光与材料作用的脉冲宽度选择提供一定的参考。     

一种基于能量参数的非局部缺口疲劳寿命预测方法

为了考虑应力集中对构件疲劳寿命的影响,采用能量参数作为疲劳损伤评估参量,发展了一种基于能量的非局部缺口疲劳寿命预测方法,该方法通过相同寿命条件下缺口试样与光滑试样的疲劳损伤等效关系确定用于定义缺口试样非局部临界体积的能量参数门槛值,并建立了能量参数门槛值与疲劳寿命的关系,进而通过迭代程序便可进行缺口试样寿命预测。试验验证结果表明:缺口试样能量参数门槛值与疲劳寿命在双对数坐标系下呈线性关系;所发展的方法对缺口疲劳试验试样的寿命预测精度较高,预测寿命分散带在2倍以内。     

组织退化高压涡轮工作叶片持久试车风险分析

针对某型发动机高压涡轮工作叶片工作后材料组织退化的现象,对材料组织不同退化阶段的高压涡轮工作叶片进行持久试车风险分析,开展高压涡轮工作叶片持久试车前后的表观损伤、材料组织和力学性能对比分析,初步得出了表观损伤、材料组织和力学性能随使用时间的演变规律。