二级轻气炮金属膜片破膜压力测量实验

二级轻气炮的金属膜片作为连接泵管与发射管的关键部件,其破膜压力直接影响着活塞和弹丸的运动历程,是内弹道研究中不可忽视的关键参数。为精确测量二级轻气炮中金属膜片破膜压力,在不改变现有气炮结构的基础上,设计了一种在金属膜片两侧安装锥段延长机构和高量程压力传感器,对金属膜片进行瞬间破膜压力的测量方法。以该方法为基础,实验测得了不同槽深的金属膜片破膜压力数据。结果表明:槽深为1.6,1.2,0.8 mm金属膜片破膜压力分别为78,135,195 MPa;调整金属膜片的槽深,可以有效地控制弹丸的释放压力和弹底压力过程,进而对弹丸的速度产生显著影响。本研究为二级轻气炮的发射能力提升和发射参数的优化提供了实践指导,而且突破了在极端条件下测量内弹道参数的难题,为气炮的内弹道分析和性能改进提供了重要的数据支撑和理论依据。

基于虚拟材料法的金属膜片联轴器振动传递特性分析

在对大型船舶金属联轴器进行振动性能试验时由于试验台架体积大、成本高,导致进行试验十分困难,因此研究高效率和高精度的仿真计算方法具有重要意义。传统精确的数值仿真网格多、效率低,为此采用虚拟材料法对船舶金属联轴器进行数值仿真并进行试验验证。首先通过计算和试验得到螺栓的虚拟材料层各参数,然后对大型金属联轴器的所有螺栓连接部位进行简化建模。其次通过该方法得到金属膜片联轴器的刚度特性、模态特性、阻抗特性和振动传递特性,并与传统建模方法的计算效率进行对比。最后搭建联轴器振动性能实验台架进行验证。研究结果表明:采用虚拟材料法的联轴器振动性能仿真效率提高73.9%;四组采用虚拟材料法的联轴器膜片组件刚度与实验测得的联轴器刚度的平均误差为2.61%,与带螺栓模型测得的刚度平均误差为1.15%。金属膜片联轴器前5阶模态频率仿真与试验的平均误差为9.91%,在10~2000 Hz频带,金属膜片联轴器轴向和径向阻抗的仿真与试验的误差分别为1.9和2.8 dB,金属联轴器轴向和径向的振级落差仿真与试验的误差分别为4.69和3.41 dB。试验与仿真结果误差较小,符合工程精度要求,该方法的计算效率和准确性得到验证。

壁厚分布对金属隔膜翻转偏心行为的影响研究

为确保金属隔膜的有序翻转,实现贮箱质心规则变化和推进剂均衡排放,研究分析了壁厚分布对金属隔膜翻转偏心行为的影响。结果表明:对于等壁厚隔膜,锥壳和球冠具有一定的纠偏能力,过渡球壳不具有纠偏能力。采用过渡球壳均匀变壁厚方案,通过增大偏向段和偏离段翻转启动压力差ΔP_(r),促使偏离段较小的轴向分力P_(y)优先达到翻转启动压力P_(r),进而提升过渡球壳纠偏能力,以更小的壁厚梯度和更低的重量代价实现隔膜翻转不偏心。

隔舱式双脉冲发动机金属膜片破裂实验及数值仿真研究

针对金属隔舱式双脉冲发动机Ⅱ脉冲工作时隔舱装置金属膜片受压打开的工作特点,采用冷气冲击实验装置模拟双脉冲发动机受高压燃气冲击破膜打开的过程,建立了冷气冲击实验数值仿真模拟方法,获得了双脉冲发动机隔舱装置Ⅱ脉冲工作过程膜片的打开特性。数值仿真与冷气冲击实验中金属膜片破开时间以及破开前膜片中心结点轴向位移误差均较小,验证了2A12铝合金力学模型的准确性以及数值仿真方法的可靠性,为隔舱装置工作性能仿真分析提供了重要依据。

推进剂贮箱用柱形金属隔膜设计优化与试验研究

为解决现有柱形贮箱使用的各类推进剂贮存管理装置的不足,打破金属隔膜式装置的传统结构形式限制,提出了新型柱形金属隔膜。介绍了其结构组成和工作原理,根据其工作特点对隔膜型面开展参数设计,再采用有限元模拟方法对隔膜壁厚分布进行仿真优化,并生产隔膜试验件进行排放试验验证。结果表明:新型柱形隔膜膨胀变形平顺规律未失效,排放效率和排放压差均可接受,为其在柱形贮箱中的工程化应用提供了技术支持和数据支撑。

材料应变硬化性能对隔膜锥段翻转行为的影响研究

为确保金属隔膜的可靠翻转,实现金属隔膜式贮箱的推进剂供给功能,研究分析了材料应变硬化性能对隔膜锥段翻转行为的影响。结果表明,高应变硬化性能的隔膜(n=2.4和3.4),已翻转翻边段和未翻转锥段的力学性能失配程度较高,导致锥段抗失稳能力较低,最终在翻转过程中不发生径向失稳,同时翻转压力较高;低应变硬化性能的隔膜(n=9.4和11.4),已翻转翻边段和未翻转锥段的力学性能失配程度较低,导致锥段抗失稳能力较高,最终在翻转过程中不发生径向失稳,同时翻转压力较低;中等应变硬化性能的隔膜(n=5.4和7.4),其锥段径向失稳情况与材料屈服强度有关;高屈服强度隔膜实现不发生准段进行失稳所需的最低应变硬化性能(n_(min)=9.4)小于低屈服强度隔膜所需的最低应变硬化性能(n_(min)=7.4)。

放气活门用金属膜盒压力-位移特性

某型航空发动机采用放气活门放掉压气机出口部分空气以防止发动机喘振,放气活门配套的金属膜片膜盒组件作为压力敏感元件,膜盒的压力-位移特性直接影响放气活门的控制性能。基于金属膜盒的工作原理及使用环境,从膜盒结构出发得出膜盒的一般特性表达式。结合膜盒有效工作面积,使用有限元分析的方法得出膜盒组件的压比-位移方程。结果表明,膜盒的位移随压比呈线性关系,并且随着环境压力的降低,膜盒组件达到最大位移的压比升高,通过搭建膜盒组件试验台对仿真结果进行了对比与验证。为放气活门的系统建模分析与航空发动机控制性能的提升提供理论基础。

脉冲发动机中金属膜片式隔舱动态破坏过程研究

为了实现固体火箭发动机的多脉冲启动功能,设计了一种金属膜片式隔舱(PSD)结构,利用断裂力学理论和圆板大挠度理论建立了金属膜片的设计公式,根据燃烧室的使用要求确定了打开压强为2.2 MPa的金属膜片尺寸,利用脆性断裂模型模拟了膜片的破坏过程,得到其打开压强为2.15 MPa,有限元数值计算结果与公式计算结果符合较好。设计了金属膜片打开破坏的单项试验,5次试验平均打开压强为2.10 MPa,数值模拟的破坏形式与试验结果一致。通过区间估计,计算了膜片真实平均打开压强置信度为90%的置信区间为[1.90 MPa,2.30 MPa],该范围可以较好满足脉冲发动机的使用要求。

材料参数对20L近半球形金属隔膜翻转性能的影响

基于弹塑性非线性有限元理论,建立了渐变壁厚金属隔膜翻转变形的有限元模型。依据该模型,针对20L近半球形金属隔膜设计正交试验,以隔膜变形后的最大厚度差Δtm和变形过程中的最大偏转角βm两个指标评价隔膜的翻转能力,系统地研究了弹性模量、硬化指数和屈服强度等参数对其翻转性能的影响。研究结果表明,当弹性模量大于55GPa、屈服强度小于220MPa、硬化指数小于0.12时,20L金属隔膜能够实现稳定翻转;屈服强度是影响20L近半球形隔膜翻转能力最显著的因素,硬化指数与弹性模量次之。

膜片翻转过程中的偏心问题及改进方法

金属贮箱膜片翻转试验中出现的偏心问题,易造成气液掺混、推进剂泄露等严重后果。为解决膜片的偏心问题,数值计算膜片翻转过程,通过加入弹塑性本构模型引入了显著的数值偏心现象,膜片的最大偏心量约为60mm,且其偏心表现形式与试验中的偏心形式一致性好。提出了改变锥段高度与膜片厚度、环向加筋等方法解决偏心问题,得出了不同方法对数值偏心现象的改善结果。研究表明:增加膜片厚度改善偏心问题效果最好,但同时会显著提高膜片的屈曲载荷与结构质量;改变锥段高度方法次之,但最优锥段高度需根据膜片圆弧旋转段半径进行相应调整;环向加筋方法稍差,但通用性好,且不会显著提高结构质量。

锥柱形加筋金属膜片变形的数值仿真分析

概述了金属膜片贮箱膜片结构的研究现状,提出了锥柱形加筋膜片整体结构变形问题。根据试验情况建立了该膜片的有限元模型,并基于非线性有限元软件MSC.Marc进行了数值模拟,分析了膜片结构的变形过程和变化规律,通过对加筋结构的分析解释了膜片变形的机理,得到了一些控制膜片失效的方法。

隔舱式双脉冲发动机金属膜片设计与实验研究

为得到双脉冲发动机隔舱结构关键部件金属膜片适宜结构,通过圆板大挠度理论和断裂力学理论推导出金属膜片预制缺陷处应力强度因子计算公式,得到金属膜片在内压作用下的设计方法,建立了膜片破坏压强与结构尺寸之间定量关系,并通过6次膜片动态破坏单项实验验证了其正确性。在此基础上,利用缩比发动机分别开展了隔舱热流承压、热流打开、热流联合实验以进一步考核隔舱的工作特性。结果表明:所导出的金属膜片设计方法与实验结果较为一致,平均误差约4.394%,可以用于脉冲发动机膜片具体结构尺寸设计;隔舱承压、密封、打开、消融性能良好,可以较好满足双脉冲发动机使用要求。

双脉冲发动机中金属膜片动态与静态打开对比分析

为了研究双脉冲发动机中金属膜片的打开特性,分别选取Ductile damage模型和Brittle cracking模型来模拟膜片静态和动态打开过程。数值计算发现膜片分别在3.46MPa静态内压载荷和1.95MPa动态内压载荷作用下打开。为了验证计算结果的有效性,进行了膜片的冷流静态打开和热流动态打开试验,膜片分别在平均3.75MPa静态载荷和平均2.2MPa动态载荷作用下打开,数值计算结果与试验结果一致,说明了数值计算方法的有效性。计算结果和试验结果表明,膜片的静态打开压强明显高于动态打开压强,分析认为是由于膜片的塑性变形、材料本身特性及预制缺陷处的应力松弛引起的。根据隔舱的冷流及热流单项试验可以发现,膜片的打开形式与预期一致,满足双脉冲发动机的使用要求。

金属膜片贮箱膜片变形的数值模拟与失效分析

根据弹塑性有限变形理论,用有限元法建立了卫星推进系统贮箱金属膜片变形的有限元分析模型。在一定条件下,模拟了贮箱金属膜片的变形翻转过程,分析其翻转的特点,以及变形过程中表面压力、顶点径向位移和卷边处应力的变化,并给出了膜片失效原因。研究表明,数值模拟与试验结果较为吻合,所建分析模型合理。

光纤布喇格光栅沉降传感器

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达-2.11pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长度,可以对传感器测量范围和灵敏度进行调整,以满足各种应用场合.综合实验结果,该传感器在桥梁、铁路地基等沉降监测方面具有重要意义.

内环向加筋圆柱形金属膜片变形数值仿真与失效分析

基于贮箱金属膜片特性的研究现状,结合内环向加筋金属膜片的地面排放试验,利用弹塑性大变形有限元分析方法对膜片的变形过程进行了数值模拟。通过与试验对比表明,数值模拟能比较准确的反应膜片变形的过程,并进一步深入分析了膜片的变形规律及变形机理,发现加筋结构处翻转时产生的失稳是膜片失效的主要原因,为改进膜片的设计提供了参考和依据。

周边夹持大应变金属薄膜变形特性有限元分析

受侧向载荷作用的金属薄膜可作为一种功能元件用于防止装置超压或实现某些特定的工艺操作 ,在许多行业被大量使用。几何和材料非线性的特点使得解析计算非常困难 ,目前其设计和制造主要依赖于实验。文中采用MITC4(mixedinterpolationoftensorialcomponents)壳元基于T L (TotoalLagrange)列式 ,对普通和开有透缝的二种结构形式的金属薄膜进行有限应变弹塑性有限元分析。通过与实验结果的比较 ,得出如下的结论 ,①普通膜的高应力应变区位于极顶附近约 1 3口径的区域 ,应力梯度自周边向内不断减弱。②极顶挠曲高度随加载呈弱“S”形的规律变化。③随加载 ,横向塑性应变的变化过程可以划分为缓慢增加段、过渡段和快速增加段 3个阶段 ,阶段的 2个分界点为pa s0 ≈ 5 3 0MPa和 880MPa。④透缝膜高应力应变区位于内圈终止小孔孔桥间的边缘局部区域。⑤存在一个重要的数群pa (s0 b) ,不同d时最大等效应力相对于该数群具有十分相近的变化规律。

L-抗坏血酸水溶液扩散系数的测定

为进一步补充药类物质水溶液扩散系数的实验数据和研究相关理论模型的实用性,今制备了金属膜池,用氯化钾溶液标定了膜池常数,并用已有可靠扩散系数值的蔗糖水溶液验证了装置的可靠性。测定了298.15K到328.15K不同温度下L-抗坏血酸在水溶液中可溶解范围内不同浓度下的扩散系数。结果表明在相同温度下,L-抗坏血酸水溶液的扩散系数随着浓度的增加而减小;在同一浓度下,随着温度的升高而增加。另一方面Gordon在扩散模型基础上,关联得到一个有温度项的扩散系数半经验模型,计算结果与实验值吻合很好。同时用精密密度计和粘度计测定了体系相应的密度和粘度,并与浓度进行了关联。

金属薄膜弹簧揿压特性仿真研究

随着移动通讯和家电的普及 ,轻触式按键 (Lighttouchswitches)得到广泛的运用。其中关键部件金属薄膜弹簧(Metaldiaphragms)是由高强度极薄金属板冲压制成 ,对其成形特性和工作特性进行仿真研究 ,可以为优化模具设计、预测产品的疲劳寿命提供依据。本文首先介绍金属薄膜弹簧成形仿真建模的原则。其次 ,以大变形、小应变弹塑性有限元理论为基础 ,在单向拉伸试验的基础上 ,给出极薄板各向异性指数的计算公式 ,并采用Hill屈服准则和静力隐式法对金属薄膜弹簧成形进行建模 ,对成形过程和揿压特性进行仿真研究 ,预测了冲压成形后的几何形状和揿压过程中的力感特性曲线。最后 ,比较了仿真结果和试验结果 ,二者较为符合 ,验证了建模的正确性。

推进剂贮箱金属膜片的变形模拟及参数分析

航天推进剂金属膜片贮箱是航天运载器的重要部件,贮箱膜片能否有效稳定地翻转是影响贮箱性能的关键因素。使用MSC.marc软件,采用大变形弹塑性有限元法对膜片的翻转变形过程进行模拟,并分析其翻转失效状态及翻转失效原因,总结出膜片各参数对翻转效果的影响,为金属膜片的设计及控制膜片的失效提供参考依据。