红外窗口不同冷却方式下的结构传热和热应力特性计算研究

对外冷喷流和内冷管流等不同冷却方式下的红外窗口传热和热应力进行了数值计算研究.窗口结构传热和热应力采用有限元方法求解,带外部冷喷流窗口外表面气动加热率则通过对带冷源项的N-S方程求解给出,当采用管流冷却时,管流液体温度和窗口结构温度通过耦合迭代方式统一求解,管流和壁面间的换热系数采用工程关联公式估算.研究表明,在达到来流总温以前,窗口各点温度和热应力随加热时间单调上升,各时刻最大温度发生在外表面;而最大热应力则发生在合金材料内部.两种冷却方式对比表明,外冷方式对于窗口整体温度和热应力的降低十分有效,但具体到局部重要部位,外冷方式效果不如内冷,内冷方式对于管道附近部位具有更好的降温和降低热应力效果.因红外窗口尺度限制,冷却管道流动雷诺数偏小,流动为层流态,这限制了冷却管换热效率的提高,因此建议增加管道数目和管壁粗糙度来强化冷却.     

NiCoCrAlY/YSZ梯度涂层热力学性能的有限元模拟

采用代表体积单元法建立NiCoCrAlY/YSZ梯度热障涂层的有限元二维微观模型，计算不同相成分配比下梯度层的热物理性能参数，将参数结果推广到三维多层涂层实体模型，研究热循环过程中双层结构涂层和梯度结构涂层的热力学性能。结果表明：梯度层的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数与各相成分比例近似呈线性关系，导热系数受各相分布形态的影响；当梯度层中NiCoCrAlY相成分比例在0.7以下时，导热系数较低，常温状态最高为2.91 W·m^-1·K^-1。相比于双层结构涂层，梯度结构涂层的YSZ成分比例降低20%，隔热温度降低14%，陶瓷面层在高温时产生的热失配径向拉应力降低47%，轴向拉应力降低32%，切应力降低37%，冷却后的残余应力降低50%，这归因于涂层结构的梯度化有效降低涂层与基体热膨胀系数不同而产生的热失配应力。根据涂层应力分布结果，涂层易在TC/BC界面的中心区域形成垂直裂纹，靠近外侧边缘区形成水平裂纹。     

金属与复材混杂连接结构的热应力研究

随着民用飞机的不断发展，复合材料在民用飞机上的使用比例越来越高，复材与金属的混杂连接结构细节也越来越多。民用飞机使用的环境温度包线大，在-75 ℃~55 ℃之间，研究金属与复合材料混杂连接结构的热应力及应变具有必要性。使用控制变量法和对比法，通过有限元建模计算，研究不同厚度的铝合金和钛合金与同一种复合材料连接的结构热应力与应变。结果表明，在相同温度载荷及金属厚度在3 mm~6 mm之间时，复合材料的热应变与钛合金结构厚度成反相关，且钛合金框的热应力比复合材料蒙皮的热应变对钛合金框厚度的变化更敏感；复合材料的热应变与铝合金结构的厚度变化成正相关；钛合金框结构的热应力与自身厚度成反相关，铝合金框结构的热应力与自身厚度成反相关。研究结果具有一定借鉴意义和价值。     

CFRP蜂窝夹层结构板埋件集群区域的热应力失效模式分析及补强设计

航天结构中,蜂窝板常采用在内部镶嵌埋件的方式使其与其他部件连接.为了分析CFRP蜂窝夹层结构板埋件集群区域面板在温度应力作用下失效的原因,进行了失稳破坏应力理论计算和数值分析,由分析结果发现是面板失稳导致了结构破坏.提出了加厚面板和局部加强两种补强方法并分析了其可行性和效率,通过对比发现局部补强的方法更加可行和高效.最...     

不同冷却方式下ＳｉＣｐ／３５６Ａｌ复合材料的热应力分析

采用ANSYS有限元软件,分析不同冷却方式下SiCp/356Al复合材料的热应力,通过对水冷、空冷和炉冷不同冷却方式对其热应力进行数值模拟,研究其热应力随降温时间的变化规律.结果表明,不同的冷却方式,SiCp/356Al复合材料热应力随降温时间的变化规律不同.水冷时,热应力迅速达到最大值,其后有一定降低;空冷时,热应力先增大,后稍有下降,再逐渐增大;炉冷时,热应力逐渐增大.室温时,SiCp/356Al复合材料水冷残余热应力最大、炉冷最小.