加热工艺对树脂基复合材料挖补修理固化过程的影响

基于复合材料热固化过程中物性参数的时变特性,建立了树脂基复合材料挖补修理热固化的三维热-力-化学多场耦合模型,数值研究了不同加热方式及不同工艺参数下修补片固化过程中温度、固化度及残余应力的变化规律。结果表明:不同热环境对修补片内温度峰值影响较小,在0.8%以内;热补仪固化方式下,增大升温速率可缩短修补片固化时间,但会使残余应力增加,6 K/min升温速率下比2 K/min升温速率下完成固化所需时间缩短23%,但残余应力增大9%;热压罐固化方式下,降低罐内对流换热系数,可降低修补片内残余应力,且不会延长固化时间,23 W/(m^(2)·K)对流换热系数下比63 W/(m^(2)·K)对流换热系数下残余应力减小12.3%;热压罐与热补仪固化方式相比,完成固化所需时间接近,热压罐固化方式对应的残余应力下降7%。但是热压罐固化成本远高于热补仪,因此可继续优化热补仪固化工艺,达到提高固化质量降低固化成本的目的。

基于材料时变参量的挖补修理胶层内剪应力研究

以AS4/3501-6材料的挖补修理为研究背景,基于材料热、力学参数的时变特性,分别为补片和胶层建立了热-力-化学多物理场耦合的有限元模型,研究了不同挖补角度和胶层厚度对胶层残余剪应力的影响,探索了不同挖补修理设计方案下的修理过程中胶层残余剪应力分布。结果表明:挖补角度、胶层厚度的增大均会加剧胶层残余剪应力集中;减小挖补角度,可有效降低胶层残余剪应力及沿胶层径向平均剪应力梯度;3°挖补角度下胶层径向中点残余剪应力比15°下降低17%,径向平均剪应力梯度降低92%;减小胶层厚度,胶层残余剪应力减小但平均剪应力梯度增大,0.3 mm胶层厚度下胶层径向中点残余剪应力比1.5 mm下降低15%,径向平均剪应力梯度升高30%。经验证三维有限元模型及计算方法正确,为改进修理工艺、提高修复质量提供了依据。

树脂基复合材料固化过程中的温度和热应力场三维瞬态分析

建立了热固性树脂基复合材料固化过程温度和热应力场分析的数学模型,采用有限元方法,进行了三维非稳态数值求解。通过与已有实验结果的比较,验证了数学模型和计算方法的正确性。获得了3234/T300层合板固化过程中内部温度及热应力分布,分析了保温时间、升温速率、铺层设计等对温度、内部热应力的影响。数值计算结果表明:预固化时间越长,层合板内温度梯度越小,热应力峰值越低;升温速率越大,层合板内温度梯度越大,热应力峰值越大;采用对称铺层可降低层合板内部温度梯度和热应力。

树脂基复合材料修补片固化过程中的温度场

为优化树脂基复合材料修补片固化工艺参数,采用有限元分析方法,建立了复合材料层合板修补片热固化过程的物理模型和数学模型,基于这些模型对复合材料预浸料修补片固化过程中温度和固化度的变化规律进行了数值模拟,分析了不同固化阶段预浸料修补片内部的温度分布,对比了修补片内部不同点的固化过程;研究了升温速率、补片厚度和补片形状等因素对补片固化过程中温度和固化度的影响.仿真计算结果表明:升温速率越快,固化完成时间越短,但修补片内温度梯度越大;补片越厚,固化完成时间越短,且补片内部温度梯度越小;非穿透性挖补修理的补片形状对补片固化过程中温度和固化度的影响可忽略.

环氧树脂基预浸料热固化特征温度和固化度研究

基于固化动力学理论和有限元分析方法,建立了树脂基预浸料热固化过程中温度场研究的数学模型,数值模拟了预浸料固化过程的温度和固化度变化特征,将数值计算结果与已有文献实验结果对比,验证了计算模型和计算方法的正确性。研究了升温速率、玻璃纤维等因素对环氧树脂体系固化反应特征温度以及固化时间的影响。结果表明,升温速率增加,固化反应放热峰Tp向高温方向移动,同时固化起始温度Ti和固化终止温度Tf也相应地向高温移动,固化过程中材料内温度梯度增大,内部热应力增大。但提高升温速率可缩短固化完成所需时间。玻璃纤维的加入使树脂基预浸料各项固化反应特征温度降低,达到固化起始温度的时间延长,但对完成固化时间的影响可忽略。

机械功在热能与动力工程中的应用与优化

探讨了工程热力学中的体积功、流动功、技术功、轴功等几种机械功的物理意义和相互之间的关系,分析了其在热能与动力工程领域中的实际应用,提出了优化几种机械功的应用方案。通过调整混合气余气系数、调整滑油温度、废气利用等方式可提高航空活塞发动机曲轴功,提高发动机热效率;提高压气机增压比可提高燃气涡轮发动机热效率,增大发动机推力;采用定温压缩和级间冷却可降低空调、制冷装置压缩机的压缩功,节约电能;充分冷却热力发电装置中冲击汽轮机做功后的水蒸气可以减少水泵加压所消耗的轴功,减少水泵的功率和数目。

CZ法砷化镓单晶生长中熔体流动状态转换

考虑浮力、热毛细力、离心力和科里奥利力的情况下,对CZ法砷化镓单晶生长中熔体流动和传热建立了三维时相关紊流数学模型．通过数值求解预测到了熔体中流动状态的转变．结果表明,熔体中温度梯度驱动的浮力与热毛细力的联合作用和晶体旋转产生的离心力与科里奥利力的联合作用相匹配时,熔体流动为非轴对称流动;当其中一方占优势时,熔体流动为轴对称流动．流动为非轴对称流动时,熔体中出现斜压热流体波．由轴对称流动转变为非轴对称流动的机制为斜压不稳定性．得到了能描述不同条件下熔体流动状态的流动区域图．数值结果对优质砷化镓单晶生长具有重要的参考价值．

不同修补工艺下的大厚度树脂基复合材料修补片热应力

建立了大厚度碳纤维复合材料修补片与母板共固化的有限元数学模型和计算方法,并采用已有实验结果验证了数学模型和计算方法的正确性。计算了修补片与母板共固化过程中的温度、固化度及热应力变化过程,研究了挖补斜度、纤维铺层方向、纤维铺层顺序等修补工艺参数对修补片固化过程中不同阶段温度及热应力场分布的影响。研究结果表明,挖补斜度对于升温和保温阶段修补片内的热应力影响较大,对于降温结束后的修补片热应力影响较弱。增大挖补斜度,可减小大厚度修补片升温和保温过程的热应力,也可避免较大的热应力集中。在整个固化过程中,0°铺层角对应的修补片内的残余热应力最小,90°铺层角对应的修补片内的残余热应力最大,且在修补片顶部中心有较强的应力集中。为了减小残余热应力,纤维的排布方向应平行于修补片与母板接触面,即母板的铺层方向。对称铺层的修补片在整个固化过程中的热应力较小,而顺序间隔铺层和反对称铺层的修补片内热应力较大,大厚度树脂基复合材料修补片应采用对称的铺层设计原则。

用凝胶法生长KC1O_4晶体

凝胶法是生长KC lO4晶体最合适的方法.实验研究了反应物浓度、凝胶密度、温度、凝胶pH值对KC lO4晶体成核数目、大小、形状及质量的影响,得出了生长较大尺寸、完整性好、高质量的KC lO4晶体的最佳条件和参数.第一次对KC lO4晶体形态、各晶面的显露程度进行定量分析,实验与理论分析相符合.证实了Hartman和Perdok的PBC理论.研究结果为下一步进行晶体生长机理研究打下了基础.

基于燃油调节原理的航空活塞发动机性能分析

直接喷射式燃油系统具有油气比控制精确、燃油燃烧效率较高、便于寒冷天气起动等优点,广泛应用于航空活塞发动机。基于在中国通用航空领域广泛应用的Cirrus SR20和Cessna 172R型飞机分别配装的大陆IO-360-ES和莱康明IO-360-L2A发动机的直喷式燃油调节器的结构组成和调节原理,比较分析了这2种航空活塞发动机的加速性能、高空调贫性能和慢车工作稳定性等发动机使用性能。结果表明:IO-360-ES发动机燃油经大车燃油压力和慢车燃油压力调节后进行油气混合比调节,再流至油门计量体进行燃油压力调节;IO-360-L2A发动机燃油经过人工混合比调节、慢车燃油流量和混合比调节后流至主燃油调节器。IO-360-ES发动机燃油系统的高空调贫性能和慢车稳定性能优于IO-360-L2A型发动机的,但IO-360-L2A发动机燃油系统的加速性能优于IO-360-ES发动机的。

Cz法大型砷化镓单晶生长中熔体流动和传热

采用低雷诺数κ-ε模型,计算分析了Cz法大型砷化镓单晶生长中熔体内的热量、动量输运特性。结果表明:适当的坩埚旋转能有效抑制晶体旋转产生的对流和浮力对流,增大晶体转速能使晶体/熔体界面附近等温线更加平直,适当的坩埚、晶体转速匹配能够抑止晶体/熔体界面附近的温度波动,热毛细力对强烈熔体流动的影响可以忽略不计,但对较弱的熔体流动影响较大。文中还给出了较为适宜的坩埚、晶体转速匹配方式。研究结果为生长高质量大型砷化镓单晶提供了有重要价值的数值依据。

提高机务专业“航空发动机构造”教学效果的思考

结合机务专业"航空发动机构造"课的教学实践,阐述了针对课程特点激发学生学习兴趣、丰富教学手段、优化教学方法、改革作业形式、开展现场教学的重要性及其具体实施办法。首次应用三维虚拟发动机辅助教学、并引入机务维修工作中发动机结构图作为课程作业用图。本研究成果为提高"航空发动机构造"课的教学效果探索出了一套行之有效的方法。

用AFM观测凝胶法下KClO_4晶体的生长机理

用原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)对凝胶法生长的KClO4晶体的最重要面{001}面微观形貌进行了研究。结果表明,在不同的过饱和度下,KClO4晶体分别表现为二维成核生长、三维成核生长、层核生长以及多层堆垛生长等生长机理。从热力学角度解释了过饱和度对KClO4晶体生长机理的影响。对二维成核生长机理,揭示了KClO4晶体生长中二维核的形状和取向,及生长台阶的取向。研究结果还表明,杂质的存在将阻止台阶的向前推进,并导致聚并台阶及弯曲台阶的形成。

不同热环境下复合材料固化过程中的厚度效应

为研究厚度对纤维增强环氧树脂基复合材料热固化质量的影响,建立了基于材料性能时变特性的热固性树脂基复合材料层合板热固化的三维非稳态有限元模型和数值计算方法,并采用已有实验结果验证了数值模型的正确性。数值计算了不同厚度的层合板在不同热环境下固化过程中的温度、固化度和残余应力演变过程,研究了厚度参数对固化过程中层合板内温度、残余应力分布及固化时间的影响。研究结果表明:在第一和第二种热控制环境下,随着层合板厚度的增大,层合板内最高温度值增大,残余应力增大,但层合板固化完成时间接近;在第三类热控制环境下,在一定范围内增大层合板厚度,层合板内最高温度值增大,残余应力增大,层合板固化完成时间延长,继续增大层合板厚度,固化时间缩短。对于本文所研究的大厚度层合板,与其他两种热控制环境相比,采用双面加热的第一类热控制环境进行热固化不仅可大大减小层合板内最高温度和残余应力,还可缩短固化时间。

挖补角度对复合材料修补片固化过程温度和热应力的影响

利用有限元方法,数值模拟了不同挖补角度的树脂基复合材料修补片热固化过程中的温度场和热应力场,并分析了挖补角度对修补片的温度、固化度和热应力的影响。仿真计算结果表明:挖补角度越小,修补片中心点处的温度峰值越大,固化速率越快,热应力越大;挖补角度越小,修补片非中心点处的固化速率越快,热应力越小,且挖补角度对非中心点处的热应力影响较大。综合分析后可知,在一定挖补角度范围内,合理选择挖补角度,可控制修补材料内部热应力,并获得较好的复合材料修补质量。研究结果为实际修理提供了良好的数值依据。

不同降温速率条件下复合材料修补片固化温度场和热应力分析

通过采用有限元分析方法,构建了复合材料修补片热固化过程的数学模型和物理模型,数值模拟了树脂基复合材料修补片相同挖补修理方式不同降温速率下的固化温度场和热应力场,并分析了降温速率对修补片固化温度和固化残余热应力的影响。仿真计算结果表明:降温速率越快,修补片内的温度梯度越大,固化残余热应力越大。从中获取了一些减小固化残余热应力优化复合材料固化成型工艺的有帮助的结果。

升温速率对复合材料修补片固化过程热应力的影响

采用有限元法数值模拟了3234/T300B热固性树脂基复合材料修补片的热补仪加热固化过程,分析了工程应用范围内不同升温速率下的复合材料修补片固化历程中的温度、热应力分布和变化特征,并研究了升温速率对补片在不同时间点的残余热应力值的影响规律。研究结果表明:升温阶段热应力主要集中在补片表面中心区域及其与母板接触的区域,降温阶段复合材料修补片内部热应力高于表面热应力;升温速率越快,固化越迅速,在升温阶段修补片内部热应力及峰值热应力越大;在保温和降温阶段,修补片内热应力分布和大小不受升温速率的影响;对于较低升温速率,热应力最大值出现在升温结束时刻;对于较高的升温速率,热应力最大值出现在接近升温末期的时刻。研究结果为合理选择升温速率从而减小升温阶段的内部热应力并控制补片分层等缺陷提供了参数依据。

民航大涵道比涡扇发动机动态性能研究

准确的动态模型是进行涡扇发动机优化控制的基础,在分析发动机动态建模两类方法的基础上,选择部件特性建模方法,建立了民航大涵道比涡扇发动机的稳态及动态模型。研究发现发动机加减速时要受到压气机喘振、燃烧室熄火,燃烧室出口温度过高等方面的限制;双转子涡扇发动机加速时高压压气机喘振裕度变小,而减速时低压压气机喘振裕度变小。转子转动惯量的增加会导致发动机动态性能的恶化,在发动机设计时应尽可能通过材料选取来降低轴系的转动惯量。通过对动态响应的对比分析,结果显示动态模型具有较好的准确性。

弯曲叶片静子对核心机驱动风扇级的影响研究

针对核心机驱动风扇级气动设计问题,采用定常数值模拟方法,对某核心机驱动风扇级进行建模,分别采用直叶片静子和弯曲叶片静子在级环境中进行三维仿真,对比分析了单外涵模式和双外涵模式下分别采用直叶片静子和弯曲叶片静子的气动参数和流场,并揭示了不同模式下静子的气动参数特点,结果表明,正弯曲叶片适用于核心机驱动风扇级,其能够改变静子载荷的径向分布,削弱根部的气流分离,减少了气动损失,提高了效率,且对两种工作模式均有效;单外涵模式静子宜采用偏负攻角设计。

某型航空发动机宽弦风扇叶片强度分析

针对某型航空发动机,考虑到离心力和气动力共同作用的影响,对该型发动机风扇叶片进行了有限元建模和强度分析,其中对气动力的加载进行了适当的简化。计算结果表明,该型叶片具有较高的静强度储备;应力集中区域在风扇叶片叶盆靠近叶根的区域,是叶片的几何形状以及离心力和气动力共同作用的结果。