基于实验设计和生死单元技术的时变质量杆件轴向振动问题研究

为研究固体火箭轴向振动问题,将火箭体系简化为时变质量轴向振动杆件。应用生死单元技术对时变质量杆件指定区域内均布质量的损失进行模拟。应用参数化方法将杆件的弹性模量及指定区域内均布质量线密度进行参数化,应用拉丁超立方抽样方法 (LHS)及平面蒙特卡洛抽样方法 (PMC)对时变质量杆件与恒定质量杆件的轴向振动问题进行2因素50水平实验设计,批量计算了不同工况下的杆件轴向振动响应。计算结果表明:基于实验设计和生死单元技术的参数化研究方法可以高效地对时变质量结构动力响应问题进行研究。应用LHS及PMC对杆件轴向振动问题进行研究时,可以得到与应用完备实验对杆件轴向振动问题进行研究时所得结论相类似的定性结论。部分工况下,恒定质量杆件的最大轴向振动响应明显小于时变质量杆件的最大轴向振动响应。依据恒定质量体系动力响应特性对箭体进行设计时,无法保证箭体及箭载设备的安全性。     

点阵压气机叶轮轻量化设计及力学性能分析

以压气机叶轮为研究对象,轻量化设计为研究目标,设计了一种适合旋转周期对称结构应用的点阵填充点阵胞元.其目的是在保证满足设计要求的前提下,使叶轮刚度和强度具有可调性的同时降低叶轮质量.对转速为8×104r/min极限工况下的无填充轮、实心轮和不同点阵梁直径点阵填充轮进行了分析对比.结果表明,单个胞元梁直径为0.2mm,0...     

冲压发动机进气道楔形前缘体热应力分析

为研究拉压不同模量(以下简称双模量)冲压发动机进气道前缘体的热应力状态,在Ansys基础上,利用二次开发,得到了可分析具有双模量属性材料应力的模块。以ZrB2-SiC为材料的发动机前缘构件的ZrB2部分为研究对象,以来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.85MPa为条件,经流场及热传导计算得到前缘体内部不均匀温度场。实验测得ZrB2材料在不同温度下的拉、压模量,其压缩模量为拉伸模量的两倍,将拉、压弹性模量以及计算的温度场导入到所开发的模块中进行热应力分析,得到此前缘体ZrB2部分的热应力分布状态。将此结果与不考虑双模量情况下进行流-固-热耦合分析得到的热应力分布曲线进行对比。结果表明,不考虑ZrB2材料的双模量属性的结果最大误差高达300%,严重超出了工程上的要求精度。对比结果说明了不同模量理论的重要性,同时证明了所开发的不同模量应力分析模块的工程实用价值。     

凹腔火焰稳定器组件界面的适配性研究

为研究超燃发动机凹腔火焰稳定器组件中陶瓷导流块与稳定器壳体的连接可靠性,针对来流马赫数6.0,总温1660K,总压2.5MPa的来流,计算了整个燃烧室的内表面温度分布。以此为输入条件,以凹腔火焰稳定器子结构为研究对象,并通过热传导分析计算得到凹腔火焰稳定器的体温度。对凹腔火焰稳定器进行了应力-应变分析,计算中特别考虑了碳化硅复合材料与陶瓷导流块的拉伸与压缩弹性模量不等这一特性。在全粘接情况下,从分析结果可以看出,由于导流块热膨胀系数高于稳定器壳体热膨胀系数,导流块将承受较大的压应力。在两者的粘接区端部均有较高的剪切应力及拉伸或压缩正应力,二者适配性较差。为了改善粘接区端部的应力集中问题,给出了中部粘接的连接方式。计算结果显示,粘接区域端部的正应力和切应力分别减小了78%以上和60%以上,此连接方式可较好地改善初始连接方式造成的稳定器壳体与导流块间的连接适配性差的问题。     

基于应力球张量法的不同模量陶瓷梁有限元分析

针对具有拉压弹性模量不等特性的材料,由于其不能沿用经典弹性理论进行应力和变形分析,为解决其结构计算问题,提出通过判断应力球张量的正负来确定拉压弹性模量的新思想,并在ANSYS的基础上,开发了拉压模量不等材料的分析计算模块。以纯弯曲两端简支的陶瓷梁为例,建立其有限元模型,利用所开发模块对纯弯曲的陶瓷梁进行结构分析,通过对比所得的有限元解与其解析解的计算结果,确定误差范围,正应力的误差不超过2.1%,挠度的误差不超过3%,得出本文提出方法的可行性。通过对比按照单、双模量计算所得最大拉压应力有限元解之间的误差,发现随着拉压弹性模量比的减小,误差值随之增大,超过工程允许范围,得出不同模量理论应用于实际的重要性。     

拉压不同模量凹腔陶瓷导流块动力固有模态特性研究

为了研究拉压不同模量(以下简称双模量)凹腔陶瓷导流块的动力特性,将陶瓷导流块等效成一根双模量材料简支Euler梁,从而得出凹腔火焰稳定器在双模量材料下的振动情况,保证该结构在高温状态下稳定。以双模量简支Euler梁为研究对象,通过二次开发,实现了Ansys平台分析具有该类材料属性结构动力特性的功能。将得到的前三阶固有频率与文献中推得的频率计算公式所得的固有频率进行了分析对比,得到的误差除了第一阶外都大于5%,发现文献所得结果有缺陷。将得到的各阶频率及振型曲线与已知的经典弹性理论的频率与振型曲线进行对比,说明材料的双模量属性对固有频率的影响很大,对振型曲线并没有影响。通过振型及材料属性分布图能直观地观察到材料的拉压区域,说明材料的拉压区域不能仅分为两个区域,振型阶次越高分区也越复杂。     

点阵结构压气机叶轮3D打印过程设计及打印性能分析

基于八角桁架点阵结构,提出了一种新的涡轮压气机叶轮轻量化设计方法。在保证点阵轮具有可加工性的同时为了提高打印成功率,基于有限单元法对点阵轮不同激光功率、激光走速、激光宽度、铺粉层厚和支撑切割高度下的增材制造过程进行模拟,分析了不同打印参数下点阵轮打印过程的最大残余变形及最大残余应力。结果表明,激光打印参数(如激光功率、激光走速和激光宽度)对叶轮残余变形和残余应力幅值有较大影响,而铺粉层厚对残余变形和残余应力幅值的影响相对较小,通过降低激光功率、提高激光速度和增加激光宽度,可以降低叶轮的残余应力。对于填充率为11.4%的晶格单元,点阵轮相对于原始轮质量可降低23.5%。加工完成后点阵轮的残余变形和残余应力均小于原始轮,本文工况下,点阵轮加工完成后的最大残余应力和变形可分别比设计轮最多降低8.72%和20.19%。这意味着采用点阵轮的设计方式在降低叶轮质量的同时,还将具有更接近于原始设计且更不容易在加工中损坏的优良加工性。     

受均布载荷的双模量陶瓷简支梁的有限元计算

为了验证应力球张量法是否适用于双向应力状态下的不同模量计算,以受均布横向载荷的拉压模量不等材料的简支梁为例,建立其有限元模型,利用所研发的模块对简支梁进行了结构分析。通过对比所得有限元解与其解析解的计算结果,确定了误差范围,分析了有限元解的变化规律及其合理性。结果表明:正应力的最大误差不超过4.5%,竖向位移的最大误差不超过5.4%,切应力的最大误差不超过3.5%,满足工程上的要求。应力球张量法适用于双向应力状态下不同模量计算。     

制备生物航煤山苍子果核油预处理工艺

山苍子果核油主要成分为月桂酸等,碳原子数主要分布于8~16,目前仅用于制备烷醇酰胺等低端产品,却是生物航煤的优良原料之一.通过双氧水脱色、复合吸附脱色及酶法脱胶等对山苍子果核油原料油进行预处理及参数最优化设计,脱色率可以达到 97.33%,磷脂含量由1.036 mg/g降低为0.036 mg/g.并确定双氧水脱色的最优实验参数为双氧水加入量15%,反应时间80 min,反应温度110℃;活性炭/改性活性白土复合吸附最优实验参数为活性炭用量W₁与改性活性白土用量W₂重量比W₁/W₂=1/15,反应时间40 min,反应温度80℃,吸附剂加入量4%;酶法脱胶最优实验参数为加酶量40 mg/kg,pH5.1,反应时间 2.5 h,反应温度48℃.该方法成本低、简单易行、原料油损耗率低,对山苍子果核油成分及性质影响较小,满足后续加氢实验要求,为得到高转化率生物航煤奠定了基础.     

发动机喷嘴表面化学改性抗结焦积碳

针对航空发动机喷嘴产生大量结焦积碳并影响其技术性能和使用寿命的问题,采用化学强氧化-阴极还原法,在航空发动机喷嘴材料表面制备了稳定的富铬氧化层.利用扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪对样品表面表征,开展静态结焦质量评定和动态航空发动机台架燃烧实验,探讨化学改性抑制结焦积碳的机制.结果表明,材料表面平整,氧化膜颗粒排列堆积紧密;喷嘴材料的抗结焦性能与其表面成分和界面张力密切相关;静态抑制结焦率最大约12.5%,动态燃烧实验效果更显著.