民用飞机延性金属结构局部高应力静强度研究

针对民用飞机大量使用的延性材料2024-T42和7050-T6的标准试样和开孔试样在拉伸载荷下的失效模式及失效载荷进行了试验研究,基于材料应力应变曲线建立了有限元模型并对其结果进行验证,提出了开孔金属结构局部高应力下的静强度判别准则。试验结果表明:孔折减系数起决定性影响的是材料的屈服应力与极限应力之间的差值,差值越大,孔折减系数越小;在此基础上研究孔边单元的网格质量(粗网格和细网格)及孔边埋头窝对有限元分析结果的影响,分析结果表明:孔边的网格质量(粗网格和细网格)和埋头窝对孔折减系数影响较小,所建立的延性金属结构局部高应力静强度判别准则合理且具有工程价值,对于2024-T42和7050-T6两种延性材料利用该局部高应力静强度判别准则进行计算的保守裕度分别为0.1和0.04。

基于分形插值的复合材料孔壁微观表面重构方法

碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板连接结构的孔壁形貌是决定其服役性能的关键因素之一,但受到材料纤维方向角的作用,其孔壁的原始微观表面形貌复杂且难以表征。提出了一种利用分形插值进行孔壁微观表面重构的方法,利用提取的少量数据点,分形插值重构出高精度的等效微观表面,从而有效表征复合材料连接表面。利用实验测量的方法,进行微观表面几何特征提取;基于分形插值数学模型,运用改进的自仿射分形插值算法,对原始实测表面进行分形插值重构;结合几何模型和有限元模型,验证了分形插值重构表面的几何与力学有效性。结果表明:当采样间隔选取3~5时,分形插值方法的几何误差与力学性能误差均小于10%,可以有效表征原始复合材料连接表面。

航空7050铝合金孔挤压强化及其响应特征研究

为深入理解航空7050铝合金机械连接接头孔挤压强化的力学响应特性,提出了多个不均匀性指标,结合数值模拟定量评估了挤压强化参数对残余应力分布不均匀性的影响;在交变加载条件下,同时从应力水平和应力幅值两个维度,定量分析了挤压强化参数对结构应力响应的影响。结果表明:芯棒挤压后孔壁附近获得对疲劳性能有益的残余压应力,该应力沿厚度方向呈梯度分布,且当挤压量超过某临界值后其分布不均匀指标趋向平缓;纵向残余应力沿横向分布的特点是由孔壁附近较高的、存在大梯度变化且分布范围较窄的压应力转变为外侧的较低的、较为平缓且分布范围较宽的拉应力,且二者极值、残余压应力分布范围随挤压量的增大而增大;未经挤压试件的纵向加载应力由孔壁向外呈单调下降趋势,且孔壁应力集中系数高达3.7~4.1,而经孔挤压试件因挤压残余压应力效应其加载应力分布曲线不再是单调曲线,且高挤压量下孔壁应力甚至不及外侧应力的50%;高挤压量下卸载应力横向分布曲线与残余应力曲线几乎重合,但挤压量小于某临界值时孔壁附近的卸载应力低于残余应力;芯棒孔挤压只降低孔壁附近应力的大小,不改变其幅值。

液滴喷射过程中碰撞的形态及流场模拟分析

利用VOF方法建立单个液滴与基板发生碰撞沉积变形的模型,分别对液滴的运动、射流、弛豫和浸润等4个阶段形态变化进行了分析。对模拟结果分析发现:液滴碰撞速度越大,射流能达到的铺展半径越大,液滴最后平衡所用的时间也越长,但速度太大可能导致在浸润阶段液滴回缩时形成中间空缺的现象。模拟结果与照片相符合,说明文中研究方法可行。对液滴铺展达到最大半径、平衡态半径的模拟值和计算值进行比较,二者的误差很小。液滴流场的变化是决定其形态变化的本质,通过对模拟得到的液滴内部流场进行分析,流场变化和液滴4个阶段的形态变化完全一致,从液滴内部掌握了其变形机理。

超声振动微量给粉机理及振幅对给粉速率的影响

在建立振动毛细管物理模型的基础上,从振动与波动理论的角度入手,深入研究毛细管在简谐振动作用下的运动行为,推导在毛细管上产生并传播的机械波的波动方程和管壁质点的位移方程。发现入射波与反射波相互作用,在毛细管上形成衰减行波,毛细管管壁质点做椭圆运动。提出粉体颗粒在管壁质点运动、重力及粉体颗粒间相互作用力的作用下流出毛细管的给粉机理。研究振幅对粉体颗粒运动加速度的作用,得到运动加速度随着振幅的增加而增大的关系,从而得出给粉速率随振幅增加而增加的结论。并用YANG Yong,TAKANO Takehiro等的试验结果对本文的研究结论进行验证,证明了研究结论的正确性。

液滴喷射过程微熔滴充电的理论建模

为了精确分析微熔滴在静电场中的带电量,建立了微熔滴形成时的静电感应模型,并针对液滴相互静电力影响,提出了预测熔滴平均带电量的算法。对不同频率下的熔滴充电过程进行有限元建模计算,得到了不同频率下微熔滴带电量与充电电压的关系,可以预测微熔滴的平均带电量。计算结果与实际结果吻合良好,比现有理论方法更为接近实际结果。

喷丸残余应力场解析模型及其试验验证

喷丸提高零构件疲劳抗力的主要机制是在表面层形成残余压应力场。一些作者致力于建立模型,根据给定的喷丸条件计算这一应力场。但使用的材料模式常较简单,与实际喷丸靶材差异较大。因此有必要建立适于多种靶材模式的简单解析模型及理论公式。本文从Hertz弹性接触理论出发,借助弹塑性变形理论及反向屈服、强化的物理概念,导出了各向同性强化材料满覆盖率喷丸时残余压应力场计算公式,并以试验数据验证了计算结果的可靠性。

超声振动毛细管微量给粉装置设计及实验研究

为了满足新型微小型非均质制造技术对微细粉体须进行微量、定量、定点送给的要求,设计了超声振动毛细管微量给粉装置,开发了微量给粉实验系统。用内径120μm的毛细管,对直径小于30μm的铜粉颗粒进行了相应的实验研究。实验结果表明:超声振动毛细管微量给粉实验系统可以实现微细粉体的微量给粉,给粉速率小于0.3mg/s,且随着驱动电压的变化而改变;控制超声振动持续时间和沉积平台的运动,可以实现粉体的定量、定点给粉,最小给粉量可达0.0026mg;联合控制给粉装置和沉积平台可沉积出点阵、线、面等图案。

干涉配合强化技术的新认识

介绍了当前国内外机械连接干涉配合强化技术的理论和实验研究的状况。简要说明了干涉配合和冷胀孔(I-E)综合强化方法产生的重大技术效益。对比分析了强化孔和非强化孔试件,在变载荷作用下疲劳裂纹的行为。指出强化孔试件厚向和α向裂纹扩展速率的明显差异现象(dc/dN<da/dN),和相应的裂纹扩展模型对构件疲劳寿命的影响。

冷拉螺旋叶片展开的精确算法

提出一种新的、更趋精确合理的关于冷拉螺旋叶片坯料展开与放样的计算方法，并从实践中探索出叶片在展开与放样时其内径的精确修正系数k值。

航空技术产品系统的模块化策略研究

航空技术产品是一个复杂的产品系统,从而决定了它的生产需要采用不同的策略。对模块化理论研究表明,模块化策略对于航空技术产品系统来说是一种极其有效的产品策略,其关键在于产品系统标准信息与非标准信息的分割。PDM系统作为航空产品的数据管理系统,它的采用使得复杂航空技术产品系统具有动态、开放的框架,是一种典型的模块化策略。

基于修正M-K模型的铝合金板材成形极限图预测

为准确预测AA7075-O铝合金板材的成形极限,将韧性断裂准则和传统M-K模型相结合,提出一种基于韧性断裂准则的修正M-K模型.利用单向拉伸模拟和试验相结合的方法,提取危险单元的应力应变历史并代入C-L韧性断裂准则中,得到材料常数.基于单向拉伸试验所得成形极限点,通过MATLAB编程得到修正M-K模型的初始厚度不均度.在常温下,以单向拉伸、宽板弯曲、液压胀形试验获得AA7075-O铝合金板材的成形极限曲线,与修正M-K模型和传统M-K模型计算得到的理论成形极限曲线进行对比,验证了修正M-K模型的可行性和准确性.

冗余驱动消除并联机构奇异研究

对空间并联机构的奇异性和冗余驱动消除机构奇异进行了研究。以Park关于奇异的分类为基础,明确指出了冗余驱动能够消除机构驱动奇异的原因,给出了冗余驱动个数与奇异空间降维关系的比较严格的数学推导过程。还对一种3自由度冗余并联机构的奇异性进行了分析,指出了其奇异空间的形状,并对冗余驱动消除奇异的效果进行了研究。其结果证实了冗余驱动与奇异降维之间的关系,对于进一步提高并联机构的性能提供了参考。

7075铝合金极小边距干涉配合强化分析

鉴于边距/孔径比小于1.5的极小边距设计使机械连接部位受力环境更为严酷,基于数值模拟、结合理论分析,研究干涉量对7075铝合金极小边距干涉配合结构的力学响应的影响。计算结果显示:低干涉量下,孔壁平均接触压力及纵向应力随干涉量的增大而大幅提升,当干涉量提高到一定水平时,其影响显著减小;在极小边距条件下,干涉配合的引入使结构中纵向应力沿横向分布更均匀,并且能有效降低孔边纵向应力的幅值;当干涉量高于某临界值后继续增大干涉量时,孔边应力幅值趋于一个稳定值。分析表明,在极小边距条件下,干涉配合仍然存在弹性强化效应。

TiN/Ti多层涂层高速冲击损伤特征研究

为研究砂粒高速冲蚀TiN/Ti多层涂层的损伤特征,采用有限元方法模拟砂粒冲蚀TiN/Ti多层涂层过程,研究单颗粒高速冲击下涂层总厚度、调制比、冲击角度对TiN/Ti涂层损伤特征的影响。结果表明:砂粒冲击涂层过程中,冲击中心正下方的各TiN层下表面和冲击接触半径附近的各TiN层上表面均分布较大的拉应力,在冲击中心正下方各TiN层上表面主要分布较大的压应力;涂层内的最大拉应力和基体最大等效塑性应变随着涂层总厚度的增大先增大后减小,厚度最大时体现出良好的抗冲击性;增大多层涂层的调制比会造成涂层内的最大拉应力以及基体的最大等效塑性应变不断增大;砂粒冲击角度从小角度到大角度的过程中,涂层内的最大应力和基体最大等效塑性应变不断增大,冲击角度为90°时,TiN/Ti多层涂层的梯度作用不明显。

某型磁悬浮列车结构动力学有限元数值计算及优化分析

对某型磁悬浮列车的结构动力学特性进行了有限元数值计算,获得了列车结构体的动力学基本品质特性,即固有频率与振动模态。在此数值分析工作基础上,研究分析了车体结构的低频敏感部位与非敏感变量,由此建立了车体结构的优化数学模型,通过数值优化分析计算,在车体底盘梁式构件减重20%的条件下以及在车厢梁式构件减重10%的条件下,结构体固有频率特性没有明显改变,达到了保持结构基本动力学品质指标,而结构有一定幅度减重的工作目的。

列车编组方式对运行空气阻力的影响

根据风洞试验结果 ,分析列车不同混编状况 ,不同头、尾部形状组合及列车编组长度等对运行空气阻力的影响 ,为合理确定列车编组方式提供了依据。

基于恒应变率控制的椭圆凹模胀形试验方法

为确定2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的成形极限曲线(FLCs),应用改进Hollomon公式获取满足外插可靠度的拟合应力应变,通过有限元分析(FEA)不同椭圆度的椭圆凹模胀形破裂位置,优化工艺参数得到指定应变路径下的成形极限点,建立了液体压力与等效应变及应变率的公式,推导出压力变化率与应变率的定量关系。以应变率控制的椭圆凹模胀形与单拉试验相结合,获得2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的FLCs,为定量分析应变率的影响规律和评判理论预测方法的准确性提供了依据。

航空发动机点火系统半导体电嘴端部电极间隙的设计研究

介绍了航空发动机点火系统的工作原理,通过公式推算探讨了影响半导体电嘴最小发火电压的因素;并且根据半导体电嘴端部长期所处的恶劣环境,列举了满足电嘴端部使用要求的电极材料;同时基于实际试验数据,分析了电极间隙、储能电容量及最小发火电压之间的相互关系,通过非线性拟合分析,详细论述了电极间隙设计的理论计算过程,为合理选择半导体电嘴电极间隙提供了依据。

冲击损伤对复合材料壁板强度性能影响的试验研究

研究冲击损伤对复合材料加筋壁板稳定性和承载能力的影响具有重要意义,规划轴压试验并对典型复合材料加筋壁板进行带损伤和不带损伤的对比试验,其中考虑不同筋条截面形状("工"字型和"T"字型)对抗冲击的影响。结果表明:冲击对加筋板的破坏位置有着显著影响;在给定冲击能量下,长桁底缘边缘冲击损伤和长桁轴线冲击损伤对加筋板的稳定性和承载能力没有产生显著影响;在长桁面积相当的情况下,"T"字型长桁加筋板的抗冲击能力强于"工"字型长桁加筋板。