深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。

不同冲击气压下煤样动态剪切强度的长径比效应

采用Φ50mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了不同冲击气压下直径75mm,长径比分别为0.20,0.27,0.33,0.40和0.47的5组煤样的动态剪切试验,划分了煤动态剪应力时程曲线的阶段,探讨了冲击气压对煤样动态剪切强度的影响,分析了煤样动态剪切强度和加载率的长径比效应,并建立了长径比效应理论模型。研究结果表明:①煤样动态剪应力时程曲线可分为应力初始上升、应力线性增长、应力缓慢上升和应力下降4个阶段;②煤样动态剪切强度与冲击气压呈正线性相关,但不同长径比下增加幅度存在差异,具体表现为:相同冲击气压增量下,煤样长径比越小,动态剪切强度的增加幅度越大;③煤样动态剪切强度和加载率均与长径比有关,在0.25,0.35 MPa较低冲击气压与0.45,0.55 MPa较高冲击气压下分别呈现出正、负长径比效应,并通过方差分析确定了长径比对其影响最小的冲击气压为0.376MPa;④建立了不同冲击气压下煤样动态剪切强度长径比效应理论模型,通过加载率效应推导出加载率长径比效应理论模型,并验证了模型的合理性和准确性。

顺序凝固工艺对大长径比装药缩松的影响研究

针对顺序凝固工艺对大长径比装药易形成缩松的问题,分别以受控生长期、自由凝固期的相界面形貌特征参数为中间量,建立了工艺参数到缩松体积的4层关联路径,选择TNT/RDX(33.8/65)炸药、长径比5∶1的装药模具,进行了正交仿真、极差分析以及Spearman相关系数计算,结果表明,降低水温、入水速度以及提高环境换热系数可提高受控生长期的相界面高度、开口角,从而降低自由凝固期的凝固区间最大厚度,最终减少缩松体积;工艺参数影响强弱为:水温、入水速度、环境换热系数;降低入水速度、提高环境换热系数可减少对低水温的依赖。本研究探明了顺序凝固工艺参数对大长径比装药相界面演化及缩松的影响机理,可为相关工艺设计提供理论支撑。

静动态压缩下千枚岩长径比效应影响研究

为了研究长径比效应对层状千枚岩力学特性、能量耗散及破坏模式的影响,文中选用4种倾角(α=0°、30°、60°、90°)下不同长径比(L/D=0.5、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0)的千枚岩分别进行了静载单轴压缩和分离式霍普金森杆(SHPB)试验。结果发现,静载压缩试验条件下,不同倾角下千枚岩随长径比的增大,峰值强度和峰值应变均减小。通过单轴动态压缩试验,发现4种层理倾角千枚岩动态抗压强度与试样长径比呈二次函数关系,随着长径比的增加,动态抗压强度出现一个峰值后逐渐降低;千枚岩峰值应变与试样长径比呈指数函数关系下降;对动态冲击压缩试验进行能量分析,发现不同工况的千枚岩在同一冲击气压下,入射能、反射能、透射能均呈现出先缓慢上升再快速上升最后趋于稳定的三段式变化;随着试样长径比增大,千枚岩反射能比先增大后减小,透射能比先减小后增大;采用能量比值法进行对比分析,发现在长径比L/D=1.2时,千枚岩的反射能比达到最大,透射能比达到最小;对千枚岩的宏观破坏模式进行分析,发现动态冲击压缩下千枚岩的宏观破坏模式受长径比影响较大,长径比越小破坏越完全;长径比越大,破坏越不充分。

不同长径比下真空电弧自由燃弧特性的研究

该文研究不同触头开距(g)与直径(D)比值(g/D)条件下真空电弧的自由燃弧特性,以为进一步研究电弧控制方法提供理论支撑。实验选用直径为42 mm、材料为CuCr50合金的平板触头,采用触发引弧的方式,分别观察12 mm(g/D=0.286)、24 mm(g/D=0.571)、36 mm(g/D=0.857)触头开距,2.4至5.2 kA电流峰值(Ipeak)条件下的真空电弧。结果表明:不同长径比真空电弧阴极斑点扩散速度与阴极斑点平均承载电流接近,阴极斑点扩散速度与电流峰值的平方根成正比;小长径比(g/D=0.286)真空电弧在电流峰值较大时(Ipeak>4 kA)会依次出现扩散电弧模式、点状阳极斑点模式、阳极斑点模式;大长径比(g/D=0.571、0.857)真空电弧中大量阴极斑点在初始扩散阶段结束后长期维持在阴极触头侧面,未观察到稳定的阳极斑点。结果表明:大长径比与小长径比真空电弧在形态以及阳极现象上存在较大的差异,涉及大长径比真空电弧时需要考虑电弧对于触头侧面烧蚀的问题。

放电通道长径比对霍尔推力器性能的影响

为了获得霍尔推力器放电通道长度与宽度的最佳匹配关系,提升推力器性能,以兰州空间技术物理研究所研制的LHT-70霍尔推力器为研究对象,利用一维流体模型,研究了阳极工质流率对比冲、推力的影响,并通过与试验数据比对,验证了模型的合理性。在此基础上,研究了放电通道长径比α(长度与宽度的比值)对霍尔推力器性能的影响。结果表明,随着放电通道长径比的增加,电子温度降低,电子密度增加,电离率上升,离子密度增加,但由于中性原子密度与离子壁面损失增大,工质利用率下降;放电通道出口处电势降、比冲、推力和效率先增大后减小。由工质利用率、比冲、推力和效率随放电通道长径比增加而变化的趋势可知,在固定放电通道体积与内径,增加长度时,当放电通道长径比介于1.80~2.05,霍尔推力器性能达到最优。研究结果将为霍尔推力器的优化设计提供理论指导。

单掺和双掺不同长径比钢纤维对全轻混凝土力学性能的影响

为研究单掺和双掺不同长径比钢纤维对免烧结粉煤灰陶粒全轻混凝土力学性能影响,选用体积掺量为1%的剪切钢纤维作为增强材料,以钢纤维长径比(18.75,25和31.25)和掺入方式(单掺、双掺)为试验参数,对LC30全轻混凝土进行立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弹性模量试验。试验结果表明:钢纤维能明显改善全轻混凝土的力学性能;不同的长径比和掺入方式对全轻混凝土的抗折度和劈裂抗拉强度影响较大,对立方体抗压强度和轴心抗压强度影响较小,对弹性模量几乎没有影响。

长径比对TiB/Ti6Al4V网状复合材料力学行为的影响

目的针对高性能钛基复合材料开发过程中所面临的强韧性倒置问题,对网状构型钛基复合材料拉伸行为进行仿真,以揭示增强体长径比对材料强度与韧性的影响机理。方法针对TiB/Ti6Al4V网状构型复合材料体系,构建增强相长径比不同的复合材料有限元模型,分别进行拉伸行为仿真,并对其应力-应变曲线、应力集中系数、应力云图和应变云图等进行预测与分析。结果随着增强相TiB长径比的增大,复合材料的断裂伸长率单调递增,弹性模量与抗拉强度则呈先下降后上升的趋势。结论增强相长径比是影响复合材料力学性能的重要参数。增强相的长径比和局部体积分数的共同作用导致复合材料模量和强度随长径比的增大先降低后升高。此外,随着TiB长径比的增大,断口更加曲折,主裂纹多次偏转扩展方向,并沿着TiBw/Ti6Al4V-Ti6Al4V“限域”界面扩展,进而消耗了大量的体系能量,这对材料韧化有积极影响。

不同长径比柱形炸药水下爆炸气泡动力学行为特性

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同长径比的柱形装药在固支方板下爆炸气泡动力学行为;对质量2.5g、长径比分别为1∶1和2∶1的TNT炸药进行了水中固支方板下的爆炸实验,利用高速摄影记录爆炸气泡演化图像;使用ABAQUS软件对长径比为5∶1、10∶1、20∶1的柱形装药,在竖直与水平设置条件下的水下爆炸气泡演化过程进行了数值模拟。结果表明,炸药长径比为1∶1和2∶1时,爆炸气泡演化现象无明显差别。当药柱竖直放置时,由于炸药长径比不同导致的爆炸气泡初始形态差异,会在气泡演化过程中迅速消弭;但长径比与起爆位置都对射流速度有不同程度的影响;当药柱水平放置时,起爆点位置会影响气泡的对称性和水射流形态;药柱端部起爆时,气泡膨胀过程的形态略微不对称,水射流向起爆点方向偏移;炸药长径比越大爆炸水射流在气泡内部越宽,并且水射流的载荷越小;药柱中心起爆时,爆炸气泡产生竖直向上的水射流,不发生偏移。

长径比大于1200的超长AgNWs制备及影响因素

采用改进多元醇法制备了长径比大于1200的超长银纳米线(AgNWs)。系统研究了反应温度(120~170℃)、反应时间(0.5~3h)、搅拌速率(0~300rpm)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分子量(58000~1280000 g/mol)、氯化铁(FeCl_(3))乙二醇溶液添加量(0~5.6 g,5 mM)和PVP添加量(0.2~1 g)对AgNWs形貌的影响。在最佳实验条件下,制备的超长Ag NWs平均长度约96.6μm,平均直径约80.0 nm。此外,通过简单的调控PVP添加量可以获得不同长度和直径的Ag NWs。

大长径比变后掠翼导弹的颤振特性分析

为了增大导弹的内部空间,同时减小空气阻力,导弹外形日益趋于大长径比机构,而这样的设计易造成导弹低频颤振等明显的气动弹性问题。为解决上述问题,可通过调节导弹的气动外形,改变系统气动特性,达到抑制颤振的作用。针对变体飞行器技术之一的变后掠翼展开研究,围绕大长径比导弹的颤振问题,揭示飞行速度对导弹飞行时颤振特性的影响规律,而后验证通过改变导弹后掠角主动抑制导弹颤振方法的可行性,为解决导弹的颤振问题提供理论支撑。

大长径比弹体非接触合膛测量方法研究

大长径比弹体机械合膛存在机械损伤,且难以实现竖式测量,为解决以上问题,提出一种非接触卧式合膛测量方法。该方法通过线激光测量仪对弹体局部轮廓进行数据采集,采用最小二乘法对弹体多段轮廓数据拟合,基于拟合的圆心和已知半径构造完整圆轮廓数据,最后采用最远点优先渐进算法对多段定心部构造点进行最小包容圆计算,实现弹体在线卧式测量。对测量装置的原理、方法及组成进行了说明,并对设备的测量误差进行了分析与修正。试验结果表明,采用卧式测量方式,重复定位精度达±0.06 mm,能够满足合膛测量要求。

动静组合加载下长径比对岩样峰值应力与破坏形态影响研究

为了探究动静组合加载条件下岩样长径比对其强度及破坏形态的影响,先基于岩石动力学理论,阐释了SHPB试验中应力波传播的基本规律。随后,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对6组不同长径比试样开展了动静组合加载数值模拟,深入分析其应力-应变响应与破坏形态的演化规律。研究结果表明:动静组合加载下试样应力-应变曲线大致分线弹性阶段、破坏阶段与峰后阶段;长径比越大,破坏阶段的“上凹”现象越显著;当长径比n>0.8时,应力-应变曲线峰后阶段出现回弹。围压相同时,不同轴压下试样峰值应力总体上随长径比的增大而增大。轴压在20 MPa条件下,当围压低于一定阈值时,大长径比试样峰值应力会更高;而当围压大于该阈值,峰值应力与长径比关系不甚明显;围压的增加会抑制长径比对峰值应力的影响。在不同动静组合加载条件下,试样均以剪切破坏为主,端面边缘易出现碎块脱落,侧面可观测到剪切裂纹;随着长径比的增大,试样破坏程度逐渐降低,其侧面剪切裂纹数量也趋于减少。

不同长径比填充床蓄冷器储释冷特性研究

在相同操作条件下模拟分析16组具有相同总体积、不同长径比的蓄冷器(组),比较准稳态的储冷量、释冷量、储释冷效率。结果表明:经过20次储释冷循环后达到准稳态。单体蓄冷器长径比从0.6增加到3时,储冷量/释冷量逐渐增加,但储释冷效率逐渐降低。并联数量从1增加到6时,蓄冷器组的储冷量、释冷量、储释冷效率均呈下降趋势。设计蓄冷器几何结构时,建议采用长径比为2的单体形式或串联形式。若必须并联,应尽量减小并联数量。

不同长径比装药对海底管道峰值振速的影响

为研究水下爆炸时炸药长径比对海底管道峰值振速的影响规律,基于商业有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立由水体、海底土壤、TNT炸药和X70管道组成的有限元模型。数值模拟研究不同长径比(1.31<L/D<2.83)的柱状药包水下爆炸时对海底管道峰值振速的影响。同时,采用对比萨道夫斯基经验公式和最小二乘法多项式拟合方法,尝试获得海底管道峰值振速的预测公式。研究表明:在近场水下爆炸范围内,装药作用于管道的振速呈周期性衰减。在炸药量固定的条件下,炸药的长径比越大,作用于管道的峰值振速越大。当管道的迎爆面振速达到峰值时,其背爆面会降至振速谷值,反之亦然。在3.6>R>1.8时,相比与萨道夫斯基公式,采用二次多项式拟合方法时管道的振速预测误差相对较小;而在9>R>3.6范围内,两种拟合方法都适用于爆炸荷载下海底管道的振速预测。

颗粒饲料长径比对径向混合特性影响规律

为探究圆柱形颗粒饲料长径比对径向混合均匀性的影响,文章利用离散单元法模拟了具有不同长径比的圆柱形颗粒在相同条件下U形搅拌室内的混合过程。定量表征了颗粒径向混合均匀程度。研究结果表明,长径比对颗粒径向混合均匀性具有显著影响,且在不同径向区域内其影响规律不同。综合考虑不同区域内颗粒径向混合均匀性的影响规律,当圆柱颗粒长径比为1.8时颗粒径向混合效果更佳。通过对不同长径比颗粒径向混合规律的数值模拟分析,明晰了长径比在混合过程中的关键影响,可为饲料颗粒加工参数控制及混合设备参数优化设计提供理论指导。

浅谈一种大长径比重型回转胎具快速高精度装夹方法

针对大长径比重型回转胎具在卧车上采用的常规装夹方法,即通过反复调整四爪来找正,不但费时费力且装夹精度难以保证,因此,本文介绍了一种针对此类胎具的快速、高精度装夹找正方法。根据胎具、卧车结构特点,设计专用定位块,通过定位块对胎具进行定位,然后夹紧四爪,架置中心架,最后对胎具和零件各部位打表,检验装夹精度。实践结果表明,该方法的装夹精度较高,且具有重复装夹定位精度高的优点,这为同类胎具在卧车上装夹提供了借鉴意义。

大长径比活塞杆激光熔覆加工工艺研究

在大长径比活塞杆激光熔覆加工过程中,经校直后的活塞杆在后续机加工及激光熔覆后将产生弯曲、变形,且熔覆后抛光不稳定和抛光质量较差。针对大长径比活塞杆熔覆加工存在的问题,通过校直后增加时效处理,熔覆前采用磨削加工,熔覆时采用一卡一顶装卡方式,熔覆后使用砂带抛光处理,探究了一种大长径比活塞杆高速激光熔覆加工工艺:下料-调质-校直-时效-半精车-磨削-高速激光熔覆-砂带抛光。解决了较大长径比活塞杆加工及熔覆过程变形量大等问题,熔前加工变形量可降低至0.10 mm,成品跳动量和粗糙度分别可控制在0.04 mm、0.125μm左右,为大长径比活塞杆激光熔覆的小变形加工提供了一定的参考。

大长径比钛合金薄壁零件加工工艺

针对大长径比钛合金薄壁零件的加工难点,以及传统加工方法中的不足进行工艺分析,采用数控纵切加工减小零件切削抗力带来的变形,设计送料工装解决精车削外圆时的装夹问题,设计校直工装解决精车削后的变形问题。通过设备优化、工艺方案改进、加工参数调整和变形校直等措施,摸索出一套合理的加工工艺流程并进行验证,攻克了薄壁零件的加工难题。

冲击荷载下不同长径比岩石能量耗散研究

为了研究冲击荷载作用下不同长径比岩石破碎特征与能量耗散规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对长径比为1.0、1.4、1.8的花岗岩进行了动态冲击试验,分析了冲击速度和长径比对花岗岩试件的破碎能耗和破坏形态的影响。结果表明:花岗岩试件的耗散能随着入射能增大而增大,在入射能一定下,试件长径比越大耗散能越高;花岗岩试件的等效粒径随着耗散能增加而减小;花岗岩试件碎块的分形维数随着能量耗散密度增加而增加,且试件长径比越大,分形维数增长速度越快。