寒区工程离心模型试验地基表面换热特性及热边界设置方法研究

温度场的准确模拟是开展寒区工程离心模型试验的关键。目前大多数基于半导体换热装置的相关试验,忽视了热边界的参数设置,导致试验边界条件不清晰。为进一步提升试验的合理性和精确性,采用有限元CFD方法模拟了基于半导体制冷装置热交换场景的、超重力场下密闭夹层空间的换热过程;通过变换模型率、冷端初始温度、间隙间距等主要热边界条件,明晰了该场景下的换热特征及时空规律。在此基础上,结合设备特点与原型实际,提出采用空气冻结指数作为匹配原型环境温度的指标,用于反映地基表面的“冻结程度”,并指导试验中热边界条件的具体参数设置。

连续振动载荷在线复现控制技术研究

提出一种主从分布式振动试验方法,建立了连续振动载荷在线复现控制技术,研制了系统样机。其中,提出一种信号分帧处理与重构技术,解决了长时连续振动载荷的在线波形复现难题;提出一种基于多量级样本库构建与加权平均的传递函数动态估计方法,抑制了系统非线性对控制精度的影响;采用谱误差反馈修正方法,改善了系统的频域控制精度。开展了“1主2从”联台试验,结果表明:时域和频域控制精度良好,整体延迟时间在亚秒量级,全程总均方根值误差在1%以内,为主从分布式振动试验提供了关键技术支撑。

计及时变演化特征的硅泡沫垫层非线性黏弹性模型研究

基于黏弹性基本理论,引入材料非线性特征,考虑了材料加载、保载应力松弛历史、老化效应以及黏弹性模型各运动单元退化的差异性,并从两种老化机制出发,获得了老化硅泡沫垫层力学模型以及长时应力松弛硅泡沫垫层接续加载力学模型.模型机理清晰,能够反映材料服役历史信息及其对力学效应的影响.

晶体结构对螺栓声弹性应力测量的影响研究

以45#中碳钢为对象,通过不同的热处理工艺加工3种不同晶体结构的实验样品,分析不同晶体结构超声纵波和横波的声弹性效应。试验结果表明螺栓应力测量超声纵波灵敏度优于横波,材料晶体结构对声弹性的线性度以及重复性影响较大,并可通过增加应力强化循环次数进行改善,在制备的3种晶体材料中,以马氏体为主的中碳钢材料最适合于声弹性应力测试。

TC11钛合金动态热塑互动行为研究

利用分离式霍普金森压杆对TC11钛合金平板帽形试样进行动态加载,基于高频红外点阵测温技术捕捉了剪切区温升随加载时间变化的历程,结合热传导理论分析和动态剪切数值模拟,分析了动态剪切过程中剪切区温升随时间和空间的分布规律。研究结果表明,在动态剪切加载下,TC11钛合金表现出脆性的变形行为,剪切区最高温升为430℃,且在实验所覆盖的加载速率范围内,加载速率对动态剪切温升影响不明显;显著的温升主要集中在剪切区中心附近100μm量级区域内,温升区具有高度局部化的特征,且剪切区维持较高温度所持续的时间在10μs量级。理论研究和数值模拟发现,动态加载下剪切区内最高温度可达751℃,剪切区温度时空分布规律与实验结果保持一致。实验和数值模拟结果均显示,剪切区最高温升发生在材料断裂时刻,表明剪切区显著温升应来源于剪切变形造成的应变高度集中发展。

铀部件表面复合镀层的界面力学行为研究

针对铀部件表面复合镀层界面结合强度较低,甚至出现局部脱落或开裂问题,在磁控溅射沉积工艺下复合镀层界面特性研究的基础上,建立了镀层界面力学行为研究的数值模型,研究了沉积温度、镀层材料性能,以及构件尺寸等对Al/Ti、Al/Al_(2)O_(3)复合镀层界面力学行为的影响。结果表明,沉积温度超过300℃时,外镀层界面会出现较大的应力波动,会直接影响到复合镀层的界面结合强度。因此,Al/Ti、Al/Al_(2)O_(3)复合镀层的沉积温度应不超过300℃。与复合镀层Al/Ti相比较,复合镀层Al/Al_(2)O_(3)不仅能够提高Al镀层和基体界面的结合力,还能够降低界面处的应力波动,将是进一步改善铀及铀合金耐蚀性和耐磨性的主要研究方向。

储氚组件中氚依次渗透到相邻腔体的规律研究

考虑氚的时时和处处衰变,建立三腔体两隔片气路组件中隔片材料内部氚浓度控制方程,求解得到了渗透过隔片的瞬态氚量、中间腔体和右侧腔体中瞬态氚量和氚压力的高精度解析解.通过解析理论计算,认识了中间腔体和尾端腔体中瞬态氚压力随时间、储存温度和隔片厚度的变化规律,揭示出两个腔体中氚压力都具有最大单峰特性,且压力峰值出现时间几乎与隔片厚度无关等特性.研究结果为相关储氚装备的工程研制和使用提供了理论依据.

基于虚拟现实的弹药包装箱培训系统研究

针对部队官兵难以参与到弹药包装箱安全性考核试验过程中因而无法对弹药包装箱的安全性形成直观认识,以及包装箱的实物拆装培训环境危险系高且难以构建等问题。研究将虚拟现实技术应用于弹药包装箱的使用操作培训中,构建了沉浸式的弹药包装箱虚拟现实培训系统,能够对学员开展包装箱的虚拟火烧与跌落试验和包装箱拆装虚拟操作培训等培训内容。上述培训系统具有培训成本低、培训频次高以及零安全风险等优点,通过该培训系统的训练,部队官兵能够在接触到真实的弹药包装箱之前克服对弹药包装箱的恐惧心理、熟悉弹药包装箱的基本操作流程和使用方法,提高了弹药包装箱实物培训的效率以及在实际使用过程中的安全性。

面向MBSE的飞行器多学科模型集成仿真技术研究

飞行器等复杂产品涉及的专业学科众多,学科建模软件各不相同,导致MBSE在实施过程中建立的系统架构模型难以驱动不同学科软件建立的多源异构模型,不能以仿真方式验证系统模型。针对上述问题,梳理了多学科模型的集成仿真方法的优缺点,并以无控火箭试验弹为例,提出采用FMI标准将各学科模型进行标准化封装,并在GCAir软件中进行集成和仿真验证,实现了多学科模型与系统仿真架构的一体化集成和仿真验证,解决了不同学科之间模型交互障碍,提高了复杂产品系统仿真验证效率。

爆炸分离冲击下中远场连接界面多点时域载荷反演方法研究

目的建立产品在爆炸分离冲击剖面下,中远场关键连接界面上多点激励时域载荷历程的识别方法,并分析评估结构的动力学响应特性。方法采用结构动力学分析方法,基于杜哈梅积分离散化,建立时域范围内产品上多个测点(包括多个自由度)与关键界面上受到的力载荷之间的传递函数,进而通过载荷识别获得该力激励,特别是在载荷识别过程中采用最速下降法克服识别算法的不适定性,最后通过有限元方法分析得到识别载荷作用下的结构响应,为评估结构动力学响应提供依据。结果反演获得了爆炸螺栓盒与产品连接关键界面上多点多个自由度的时域载荷,该载荷所产生的响应仿真值与多个测点实测数据吻合,并分析获得了结构的动力学响应分布。结论提出了一种针对爆炸载荷传递路径上中远场关键界面的多点动力学载荷的识别方法,并通过数值仿真验证了该方法的有效性,可支撑结构的动力学响应评估。

开口条件下高速离心机机室流场模拟及试验研究

为研究离心机机室开口条件下机室内流场特性及开口对风阻功率的影响,首先基于CFD(计算流体力学)方法建立了某离心机机室流场分析模型,针对机室开口状态进行了模拟,对比了风口竖直及倾斜对换热的影响;其次在某高速离心机上开展了流场测试试验,获得了机室内压力及风速的空间分布,及随离心机转速的变化规律,并对比了圆盘转子与转臂转子的风阻功率差异。研究表明滑移网格技术可用于计算离心机机室内旋转流场,倾斜通风口更有利于机室通风换热,并降低离心机运行的风阻功率;对旋转部件上凹坑等进行整流可有效降低风阻功率;圆盘转子的压差阻力远小于转臂转子。通过合理设计通风口可提高机室换热效率,研究可为高速离心机机室及温控设计提供参考。

螺栓连接结构冲击载荷传递特性及冲击响应行为研究进展综述

目的通过探讨复杂装备结构中螺栓连接结构在冲击载荷条件下的力学响应特征,以及这些特征如何影响装备结构的应力波传播、能量耗散和整体结构响应;同时,关注螺栓自身的变形和破坏对关键部件乃至整个系统稳定性和安全性的潜在影响,特别是在武器装备中可能引发的灾难性后果,旨在进一步优化螺栓连接结构的设计,提高其在极端载荷条件下的性能和可靠性。方法系统调研国内外文献,总结螺栓连接结构冲击载荷传递特性及冲击响应行为的研究进展,涉及的研究方法包括试验研究、有限元模拟和理论分析等。结论螺栓连接结构的冲击响应行为对装备整体的稳定性和安全性具有重要影响。通过对现有文献的分析,提出了未来研究的建议。

碳/碳复合材料高温动态拉伸试验技术研究

为了满足碳/碳复合材料和高温动态拉伸试验需求,将大电流加热装置应用于旋转盘式霍普金森拉杆装置,以实现试验所需高温环境加热试样,并辅以水冷装置构成升温系统,同时使用红外测温装置检测和采集系统温度,共同构建碳/碳复合材料的高温动态拉伸试验系统,并采用数值分析模拟不同试样参数对温度均匀性的影响,确定试样尺寸参数。基于所得系统获取了碳/碳复合材料在室温~1 300℃的高温动态拉伸应力-应变曲线。试验结果表明,随温度上升,试样的破坏应变和应力均呈下降趋势。建立的高温动态拉伸试验系统可为开展碳/碳复合材料高温动态拉伸力学性能提供试验技术支持。

冰球和钨珠非正冲击下T800-CFRP层合板损伤特性的研究

通过试验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板试验,以此对仿真模型的有效性进行验证;然后讨论了T800-CFRP层合板在两种冲击体以不同冲击能量与冲击角度作用下的损伤特性及其差异性。研究表明:钨珠在冲击能量较低时就能对层合板造成穿孔损伤,但随着冲击能量增大层合板的损伤程度呈下降趋势;冰球对层合板造成损伤的冲击能量阈值与钨珠的相比要高很多,且随着冲击能量的增加损伤程度明显加剧;钨珠在冲击角度为45°和60°时造成的损伤与正冲击的情况相比要更加严重,而冲击角度为30°时造成的损伤却小于正冲击的情况;冰球冲击时,层合板的损伤程度随冲击角度的增加而减小。该研究有助于深化对T800-CFRP层合板在冲击载荷作用下的损伤与破坏行为的认识,具有重要的科学意义和工程应用价值。

金属薄锥壳冲击响应行为及载荷特征研究进展综述

目的系统总结薄锥壳冲击试验方法和数值模拟方法,并分析其响应行为和载荷特征,以发展基于薄锥壳塑性变形的冲击载荷等效加载技术。方法全面调研国内外关于薄锥壳结构冲击响应的工作,总结其冲击试验加载技术和数值模拟方法,主要利用冲击块加速度变化以及载荷-位移曲线对薄锥壳力学响应及能量吸收特性进行表征,并结合弹塑性应力波进行理论分析。结论金属薄锥壳冲击试验加载方法主要有落锤冲击、化爆脉冲加载和气压推动质量块进行撞击等,数值模拟中通常采用刚性板挤压金属壳单元的方法进行验证。除对薄锥壳轴向加载外,还有斜向加载、引入刻槽、泡沫材料填充和复合材料夹层等试验设计。该领域研究仍处于初期发展阶段,今后有必要结合试验测试与数值模拟分析,全面而深入地研究薄锥壳参数变化对其冲击响应行为和载荷特征的影响规律及其物理机制。

二维多孔结构剪切变形及破坏特性研究

基于理论建模、有限元仿真和实验测试研究了二维多孔结构剪切变形及破坏特性,分析几何参数改变对整体抗剪性能的影响。通过有限元仿真获取剪切变形规律,采用框架剪切夹具进行剪切实验,与有限元仿真结果进行对比分析。结果表明:剪切变形破坏主要为靠近结点处单元胞壁的拉伸破坏与剪切破坏,损伤从结构边缘向内部渐进扩展。单元胞尺寸、壁厚对结构的剪切性能有明显影响,厚度与排列角度对剪切性能影响较小;在正六边形、内凹型和半凹型多孔结构中,正六边形的二维多孔结构的抗剪性能最好。

火灾环境下火焰包覆厚度对DNAN炸药热响应特性影响的数值模拟研究

为获得火灾环境下火焰包覆厚度对弹药热响应特性的影响规律,针对火焰辐射热流的主控影响机制——火焰包覆厚度,综合考虑了弹药内部空气夹层复合传热效应以及炸药高温热分解放热效应等因素,建立了可用于预测不同火焰包覆厚度下弹药热响应特性的数值模型及计算方法,对不同火焰包覆厚度下典型弹药模型的热响应特性开展了数值模拟研究。结果表明:火焰辐射率和辐射热流会随火焰包覆厚度的增加而增加。随火焰包覆厚度的增加,弹药的温升呈非线性增加,温升速率也随之增加。点火延滞时间则随火焰包覆厚度的增加而减小,当火焰包覆厚度L<1 m时,点火延滞时间随火焰包覆厚度增加呈非线性减小;当火焰包覆厚度L≥1 m时,点火延滞时间逐渐趋于恒定值。因此,在火焰包覆厚度L<1 m时,需考虑火焰包覆厚度大小对弹药热响应特性的影响。

弹体结构局部响应放大的现象研究

针对弹体装药安全性问题,开展弹体侵彻混凝土靶过程中装药动态响应机理的研究。结合实际弹体结构的典型特征,建立了含间隙结构装药非线性响应理论模型,通过理论分析计算揭示不同间隙或不同载荷频率下结构的局部响应放大现象;采用有限元数值模拟方法验证理论计算结果的正确性;设计了振动台试验进一步验证理论与模拟仿真的结果的真实性。通过理论、数值模拟与实验相结合的方法,研究了低强度载荷作用下装药点火与起爆现象的内在机制。研究结果表明弹体在逐层侵彻多层混凝土靶时,弹体结构产生的振动对弹体力学响应、装药安定性有着较大影响,弹体结构存在一定的振动响应放大现象。

不同滑带角度滑坡作用下隧道衬砌与抗滑桩结构非线性受力特征研究

随着隧道滑坡体系支护研究的深入,隧道滑坡与抗滑桩支护之间的受力研究尤为重要。为研究在0°、10°、20°、30°、40°、50°共6种滑带角度影响下隧道衬砌结构与抗滑桩的受力特征,以大准铁路南坪隧道为原型,采取室内缩尺试验以及数值模拟的方法,对三者间受力变形规律进行研究。得到以下结论:随着滑带角度的增大,桩身与隧道衬砌结构变形逐渐减小,作用在隧道以及桩身的土压力、弯矩值逐渐减小;同时,滑带角度为0°、10°、20°、30°时滑坡水平推力对隧道衬砌结构受力影响较大,40°、50°时滑坡水平推力影响显著衰减,拱脚竖向荷载占比逐渐增大。当滑带角度小于30°时,应当主要考虑滑坡水平推力对隧道结构的影响,大于30°时主要考虑由滑坡体所产生的竖向荷载对隧道衬砌结构的影响,此时应当对隧道仰拱及靠近坡体处拱脚位置重点加固。所得试验、模拟结果为隧道与抗滑桩体支护施工提供一定参考。

三明治式飞行器热防护结构研究进展

三明治式先进热防护结构广泛应用于航空航天装备。然而,由于上述结构多为板面与芯体组合形式,加之通道内流场的综合作用,其换热机理呈现出复杂、多变及强耦合的特点,难以针对真实结构及环境工况开展计算、仿真及实验工作。为此,致力于为飞行器热防护结构设计、仿真、试验、优化工作提供可靠技术支撑,本文选取蜂窝夹芯结构、波纹板夹芯结构和点阵夹芯结构,对于点阵夹芯结构又从四面体、金字塔、X型和Kagome型点阵着手,对国际、国内主要研究团队近年来相关流动与换热研究成果进行综述。阐述了3种热防护结构的结构形式和发展历程,分析了板面与芯体组合作用下的换热形式及隔热机理,归纳总结了现有研究不足之处与发展趋势。可以看出,点阵夹芯相比蜂窝与波纹板夹芯结构,由于其芯体内复杂湍流的存在,换热效率高、温度梯度小,具有更好的隔热潜力。