C/C扩张段典型连接结构热应力对比分析及试验研究

C/C扩张段与喷管基础段的连接结构是影响C/C扩张段热应力的关键因素,为了获得最优连接形式,采用相同的边界条件、材料参数和结构尺寸,对螺纹、倒锥、销钉和套锥共4种典型连接结构的C/C扩张段进行了热应力数值模拟。通过温度场和应力场对比分析,并考虑工程应用性,认为销钉连接结构最优。采用φ340 mm试验发动机,对销钉连接结构C/C扩张段开展了热试车考核。试车后,C/C扩张段结构完整,验证了该连接结构的设计合理性。热试车过程中,成功测试了C/C扩张段外壁面的实时温升曲线,各测点的温升规律以及沿轴向的温度趋势与理论分析基本一致,发动机工作结束时最高温度达1 127℃。

一种基于神经网络与粒子群算法辨识针刺炭/炭复合材料弹性常数的方法

针对传统方法测量炭/炭复合材料弹性常数精度差的问题,提出了一种利用神经网络与粒子群算法结合模态试验辨识材料弹性常数的新方法。针对板件材料,利用模态与弹性常数的关系,确定材料弹性常数范围,进而采用神经网络建立两者之间的关系,最后以试验振动频率为目标函数,利用粒子群算法寻找弹性常数的最优解。分别利用各向同性薄壁板件及正交各向异性薄壁板件对此方法进行验证,获得了理想结果。最后,将其应用于针刺炭/炭复合材料,获得其弹性常数。仿真及试验结果均表明,该方法较传统方法效率大为提高,且结果更具准确性。另外,针对板件的模态试验及优化计算解决了传统方法数据结果离散度大、局部特性明显的问题,使结果更具全局性。

基于Sobol法的固体火箭发动机喷管参数的灵敏度分析

为了准确量化材料参数与结构参数的不确定性对固体火箭发动机喷管热破坏的影响,基于Sobol法发展了一种喷管参数的灵敏度分析方法。该方法首先通过完全耦合热力分析得到喷管的应力分布及喉衬与扩张段上的应力极值;然后分别在喉衬与扩张段的不确定性参数中选取对应力极值影响较大的材料参数和结构参数进行随机取样,并将得到的样本作为输入变量代入喷管热力分析中,获取应力极值处的等效应力和环向应力两组输出响应;最后基于Sobol法对输入样本和输出响应进行分析,得到各参数的灵敏度值。分析结果验证了该方法的有效性,并表明对于喉衬,等效应力极值和环向应力极值的敏感参数均为材料线膨胀系数;对于扩张段,除了材料线膨胀系数外,等效应力极值和环向应力极值对结构夹角的变化同样较为敏感,材料线膨胀系数的变化对环向应力极值的影响最为显著,而结构夹角的变化对等效应力极值的影响更显著。

一种测试C/C扩张段层间剪切强度的改进三点短梁剪切法

分别采用传统三点短梁剪切法和改进三点短梁剪切法对扩张段所采用的针刺C/C复合材料进行了层间剪切强度测试试验。结果显示,改进的三点短梁剪切法很好地解决了传统三点短梁剪切法的应力集中现象,试件更容易发生层间剪切破坏;改进的三点短梁剪切法的测试结果一般要大于传统三点短梁剪切法的,更接近材料实际水平。对改进的短梁剪切法试验破坏试样进行电镜扫描分析,指出了发生破坏的薄弱点,提出了要提高材料的层间剪切性能可合理优化网胎层厚度的改进建议。。

碳/碳材料与石棉/酚醛间热摩擦系数试验

根据固体火箭发动机喉部结构的实际工况,取样并设计试验,采用SRV高温摩擦磨损试验机测试了碳/碳与模压石棉/酚醛材料间的热摩擦系数,总结了这两类材料间的摩擦系数随温度、接触载荷及摩擦速度的变化规律。试验结果表明,碳/碳与模压石棉/酚醛材料间的热摩擦系数随温度升高呈非线性单调下降趋势;含胶层的两材料组件间摩擦系数明显高于无胶层组件间摩擦系数;温度一定条件下,载荷增加使得摩擦系数小幅降低;随着摩擦速度的提高,摩擦系数呈增大趋势。