钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

实验研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性，并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异性。研究结果表明：相比于钛合金，高反射型陶瓷涂层材料能有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力；在同等激光功率密度辐照下，陶瓷涂层材料能有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金，但由于陶瓷材料具有较高的反射特性，以及良好的热吸收和热传导特性，因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散，而降低向基底方向传导的程度，最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。     

热惯性对热冲击半无限体热应力影响非傅立叶效应研究

考虑超快速加热引起传热过程的非傅立叶效应,基于线性热弹性理论和表面热惯性特性,建立了带惯性第一类边界条件的半无限体的动态温度场、热应力场方程组。用拉普拉斯变换法对方程组进行求解。结果表明,快速加热在半无限体内产生温度场和应力场,且热和应力呈波动输运机制。讨论了温升率或热惯性对半空间温度场和应力场的影响,比较弹性波波速与热波波速之比动态热应力的影响。     

顺序函数法求解二维非稳态热传导逆问题

基于有限控制体积法对二维非稳态热传导问题的数值模拟，导出了处理二维非稳态热传导逆问题的顺序函数法，并用该方法来对一典型的圆环域边界条件反演问题进行了反演计算，结果表明，顺序函数法是求解二维非稳态热传导逆问题的有效方法，当测量噪声比较小时，顺序函数法能得出较高精度的反演结果；当测量噪声增大时，反演结果仍能较好地再现出精确解在空间和时间方向上的变化趋势，具有一定精度。     

一种无条件稳定的时域推进法与有限元混合分析瞬态热传导问题

本文将一种新的无条件稳定的时域推进法与有限元结合,用于分析瞬态热传导问题。根据微-积分型热传导控制方程,对时间变量在小区闻内插值积分,变初-边值问题为一系列离散时刻的边界值问题,再应用有限元法求解之。由于推进中的每一时刻的解,都严格满足原给定的初始条件,就消除了累积误差的影响。此外,这种时域推进法对时间变量的数值积分也优于数值微分。因而,与现行的基于微分型控制方程,采用时-空有限元模型同时离散,再逐步求解的直接积分算法相比,计算精度可大大提高。不难预料,当求解较长时间后的瞬态值时,本算法的优越性会更加明显。     

组合杂交三角形单元的加权能量正交关系

组合变分原理可以增强杂交元方法解的稳定性。建立热传导方程基于区域分解的组合杂交有限元方法,给出单元上温度梯度插值为线性、但温度插值为协调线性插值与非协调二次插值之和的组合杂交三角形单元,并通过数值实验验证理论结果的正确性。结果表明:分片线性温度梯度插值的散度(热源)与非协调温度插值是加权能量正交的;组合杂交三角形元刚度矩阵等同于协调的三角形线性元刚度矩阵,即非协调部分无温度增强特性。     

探测器安装结构对航天器壁温测量的影响分析

针对飞行试验中飞行器薄壁壳体测量温度与预测温度存在较大差异这一问题,采用气动热工程算法结合热传导计算方法,分析了测温探测器安装结构对测点温度的影响,并提出了改进措施。结果表明:对于薄壁结构飞行器在上升段有气动加热、其表面处于升温过程或热量由壳体表面向内部传导时,测温探测器安装结构对测点温度基本无影响。但当飞行器处于飞行中段,在辐射散热、表面温度低于壳体内部温度造成热量由壳体内部向外表面传导时,测点温度受原探测器安装结构影响明显,测量温度明显低于不装探测器时的预测温度;而采用本文提出的探测器安装方案,可明显降低对测点温度的影响,在飞行器的测点位置最大影响小于0.5K。     

三维四向编织复合材料等效热特性数值分析和试验研究

 采用“米”字型枝状胞体有限元模型和试验方法对三维四向编织复合材料的整体等效热膨胀系数和等效热传导系数进行了分析并将计算结果和试验值进行了比较。研究表明枝状胞体模型能较为真实的反映三维四向编织复合材料的结构构形;有限元方法在分析热膨胀、热传导方面具有较好的精度;三维四向编织复合材料编织方向的热膨胀系数随着纤维体积比的增加而减小,随着编织角的增加而减小;热传导系数随着纤维体积比的增加而增大,随着编织角的增大而增大。     

梯度热障涂层的设计

 采用电子束物理气相沉积方法 (EB PVD)制备了梯度热障涂层,其结构设计为NiCoCrAlY粘结层 /Al₂O₃ YSZ过渡层 /YSZ陶瓷层。YSZ陶瓷层的结构为柱状晶结构,Al₂O₃ YSZ梯度过渡层为梯度微孔结构。采用有限元方法对梯度热障涂层进行热应力分析,优化了Al₂O₃ YSZ梯度过渡层的组成。计算结果表明,梯度涂层的内应力显著降低,而且界面及其附近应力和应变变化较平缓。过渡层厚度的增加有利于降低涂层内应力和缓和涂层界面处的应力集中。