热环境下飞行器壁板的振动疲劳分析

针对高超声速飞行器热力环境引起的壁板振动疲劳问题,旨在研究温度变化对壁板结构振动特性及疲劳寿命的影响。首先分析壁板三维瞬态耦合传热和热应力,获得壁板的温度场和应力场;然后依次探讨温度场、应力场及其耦合效应对壁板振动模态与疲劳寿命的影响。分析过程中,考虑温度变化造成弹性模量减小对壁板刚度的影响,引入由热环境引致的附加热应力刚度矩阵以及附加热变形刚度矩阵。结果显示:温度变化引起的材料力学性能退化使壁板结构各阶次模态频率随之下降,温度梯度对振动模态的影响明显,热力耦合效应使壁板的振动疲劳寿命缩短。     

含损伤复合材料层合板振动特性研究

本文旨在找出损伤对复合材料层合板振动特性的影响。复合材料在直升机桨叶上的应用,实现了桨叶优化设计,改善了旋翼气动性能,使桨叶的寿命增加到上万小时,甚至达到无限寿命。因此,使用复合材料已成为现代直升机桨叶的发展趋势。对G827／3234、G803／3234以及G814／3234等三种铺层材料的复合材料层合板进行了振动试验研究与理论分析,得到了振动特性与材料、铺层方式的关系。进一步对这些层合板在含有穿孔、分层损伤情况下的振动特性进行了研究。结果表明,理论分析结果与试验结果吻合,证明了所建模型的有效性。该研究结果对直升机复合材料桨叶结构损伤容限分析与设计具有一定的参考价值。     

复合材料层合板分层损伤动态检测方法

针对复合材料层合板在加工、服役过程中经常发生分层损伤的问题,提出了基于曲率模态参数的损伤评价方法。运用有限元理论对层合板不同损伤状态下的振动特性进行数值模拟;再基于计算所得参数,运用中心差分法分别计算其均布载荷的曲面值曲率和振型曲率;最后将此曲率参数与未损伤模型参数作差分以辨别损伤。数值计算结果表明,运用均布载荷的曲面值曲率和振型曲率均可有效识别损伤位置和损伤数量,且损伤所处层的位置会影响损伤识别指标的大小。     

多维振动平面静压解耦设计

多维振动试验系统在航天、航空领域有着广泛应用，可以为航空、航天产品提供3个方向的激振力，能够更加真实地模拟试件振动环境，系统中解耦装置的性能对整体系统性能有着重要影响。基于静压技术指标要求对平面静压解耦装置结构展开了设计与研究，通过理论计算方法设计了一套平面静压解耦装置，并对该装置进行了油膜性能测试以及动态性能测试，测试结果达到技术指标要求，为多维振动试验系统的液压解耦装置结构设计提供了理论依据。     

基于汽车振动的模态试验方法探究与应用

文章介绍了进行基于汽车振动的模态试验时应遵循的模态试验理论、模态试验方法及确保测试精度的相关措施,并对某重型卡车驾驶室的模态试验过程进行了简要陈述,通过该试验所得MAC图可知试验获取的模态参数非常可信,并且通过分析、研究模态振型图发现了该重卡驾驶室结构的薄弱环节,从而为该结构的改进及优化提供了重要的参考依据。     

温度对高温合金GH4169/K417间接触热导的影响

采用自主研制的带补偿加热的接触热导测试装置,测试了航空发动机用高温结构材料GH4169/K417间不同温度(160～280℃)和粗糙度下的接触热导,研究温度对其接触热导的影响行为,对比分析有无补偿加热条件下接触热导的测试结果。结果表明,带有补偿加热的接触热导测试装置能有效降低横向热流损失,且随着温度的升高效果逐渐明显。不同粗糙度的GH4169/K417材料组合,温度对其接触热导的影响不同,主要与其界面处材料的变形、氧化有关。     

超声辅助电火花加工装置的研制及其振动特性研究

针对电火花加工过程中排屑不畅及容易拉弧、短路的问题,提出了基于工具电极振动的超声辅助电火花加工方案。设计了超声辅助电火花加工装置的结构形式,通过APDL建立有限元模型进行模态分析,确定出使用夹心式压电换能器的轴向纵振模态,着重探究了干模态和湿模态对谐振频率的影响;随后进行谐响应分析,研究激励电压频率对振幅输出特性的影响规律;最后进行了装置的制造及装配,测试了其阻抗特性及振型,并最终标定出其电压-振幅输出曲线。基于平台开展了电火花试加工实验,验证了超声辅助电火花加工方案的可行性和有效性。     

压扭作用下热作塑性成形模具服役环境模拟方法

针对热作模具的寿命预期与失效测试等问题,分析了国内外塑性成形模具服役环境试验模拟的研究现状,重点讨论了热作模具在热塑性变形条件下服役环境的模拟测试方法及装置。通过模拟热塑性成形过程中坯料的应力幅值与环境温度变化,获得热成形模具的服役环境,从而提出了一种基于环境服役条件的热作塑性成形模拟试验方法与装置。该试验装置主要由PLC总控制系统、液动压力系统、声控预测系统、冷却系统、加热系统与扭转系统构成,能实现热疲劳、热摩擦磨损及热疲劳摩擦磨损3种试验模式。该方案可为热作模具塑性成形过程中失效问题的研究提供试验支撑。     

高温合金GH4169与K417界面接触热导试验过程中的补偿加热技术研究

介绍了一种界面接触热导的测试设备,为更好的实现测试过程中的轴向一维导热,该设备中增加了补偿加热装置。通过该设备,对高温合金GH4169和K417界面处,在温度160～280℃、载荷0～150 MPa条件下的接触热导进行了试验研究,验证了试验设备的适用性。对有、无补偿加热条件下的接触热导测试结果进行了对比分析。结果表明,同等条件下带补偿加热装置时的接触热导测试结果要比不带补偿加热装置时的大,且温度越高,补偿加热装置工作效果越好。     

Cf/Mg复合材料热膨胀系数及其计算

利用热膨胀仪测定压力浸渗法制各的单向碳纤维增强镁复合材料在20～300℃区间的平均热膨胀系数,讨论热处理工艺、碳纤维弹性模量、基体合金种类等因素对连续纤维增强镁基复合材料热膨胀系数的影响.结果表明,可以通过退火处理降低复合材料的热膨胀系数.同时,选择高模量石墨纤维或选择低屈服强度基体合金都可以获得低热膨胀系数的复合材料.对计算复合材料横向热膨胀系数的理论公式进行改进,与实验测试值比较,理论计算值更加接近实际测试值.提出计算层合板结构复合材料二维平面内热膨胀系数的模型,计算出不同铺层方式下层合板复合材料的热膨胀系数,结果表明当层合板采用[0/±15/±30/±45/±60/±75/90]s的铺层方式时,复合材料热膨胀系数基本达到各向同性.     

Numerical and Experimental Characterizations of Damping Properties of SMAs Composite for Vibration Control Systems

Shape memory alloys (SMAs) are very interesting smart materials not only for their shape memory and superelastic effects but also because of their significant intrinsic damping capacity. The latter is exhibited upon martensitic transformations and especially in martensitic state. The combination of these SMA properties with the mechanical and the lightweight of fiberglass-reinforced polymer (FGRP) is a promising solution for manufacturing of innovative composites for vibration suppression in structural applications. CuZnAl sheets, after laser patterning, were embedded in a laminated composite between a thick FGRP core and two thin outer layers with the aim of maximizing the damping capacity of the beam for passive vibration suppression. The selected SMA Cu₆₆Zn₂₄Al₁₀ at.% was prepared by vacuum induction melting; the ingot was subsequently hot-and-cold rolled down to 0.2 mm thickness tape. The choice of a copper alloy is related to some advantages in comparison with NiTiCu SMA alloys, which was tested for the similar presented application in a previous study: lower cost, higher storage modulus and consequently higher damping properties in martensitic state. The patterning of the SMA sheets was performed by means of a pulsed fiber laser. After the laser processing, the SMA sheets were heat treated to obtain the desired martensitic state at room temperature. The transformation temperatures were measured by differential scanning calorimetry (DSC). The damping properties were determined, at room temperature, on full-scale sheet, using a universal testing machine (MTS), with cyclic tensile tests at different deformation amplitudes. Damping properties were also determined as a function of the temperature on miniature samples with a dynamical mechanical analyzer (DMA). Numerical modeling of the laminated composite, done with finite element method analysis and modal strain energy approaches, was performed to estimate the corresponding total damping capacity and then compared to experimental results.     

数控机床热变形误差补偿技术

热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一,通过实时热变形误差补偿可以提高数控机床加工精度.本文在分析产生机床热误差的原理的基础上, 探讨了热误差的测量方法,利用多元线性回归方法建立了机床热变形与温升之间的数学模型.应用数控系统的PLC补偿功能,对XH178加工中心加工过程中的热误差进行了实时补偿.实验结果表明误差补偿量达到80%以上.     

船舶钢板激光弯曲成形的实验研究

在对船舶钢板激光弯曲成形过程进行实验研究中，采用CO2激光器研究了激光功率、扫描速度、扫描次数以及钢板厚度对船舶钢板激光弯曲成形的影响规律。实验中实时测量了船舶钢板激光弯曲成形过程钢板弯曲角度和温度的变化。结果表明：钢板弯曲角度随激光功率的增加而增加，随激光束扫描速度的增加而减小，而且随着钢板厚度的增加，弯曲角度减小；激光工艺参数和钢板厚度都对钢板激光多次扫描成形产生影响，钢板的弯曲角度随着激光扫描次数的增加而增加。对于较薄的船舶钢板，钢板弯曲角度随扫描次数增加近似呈线性增加，而较厚的钢板，随扫描次数的增加，钢板弯曲角度的增加逐渐减小。     

工业机器人电气控制柜的热流场分析

针对通用工业机器人电气控制柜(简称电柜)热特性、噪声问题,采用Fluent建立了电气控制柜的热流场仿真模型,基于质量加权平均法将电柜内多材料构成的电子器件等效为单一材料的电子器件。同时建立了机器人电柜的热环境防护设计流程且通过试验验证了其有效性。利用计算流体力学(CFD)方法分析了电柜热流场特性,结果表明:强制风扇冷却中鼓风冷却方式的冷却效果优于抽风冷却方式;当风扇风速提高后,电柜内各热源的温度持续降低但其整机辐射噪声增大,即存在降温效果和噪声辐射最佳的风扇风速区。     

高温材料的阻尼特性实验研究

采用双悬臂梁试件,通过基础激励下的共振驻留法,开发了一套高温材料在真空环境下的阻尼测试系统。研究了提高测试精度的方法,并分析了空气阻尼对阻尼测试结果的影响,并以Ti-6-4合金为对象,研究了阻尼随温度、应变幅值及振动频率的变化规律     

基于光纤激光器不锈钢切割速度计算方法研究

针对目前激光器切割不锈钢板时切割速度计算精度低的问题,首先分析不锈钢的材质特性,运用MATLAB软件对不同温度下比热容和热导率数值进行数据拟合,分别得到比热容和热导率与温度的函数关系;然后分析激光器切割不锈钢板过程中的能量传递规律,结合能量守恒定律建立了热平衡方程,即材料所吸收的总能量等于切缝材料加热至熔点吸收的能量、热传导损失的能量和材料的熔化潜热之和,推导出切割速度与其他工艺参数的函数关系式;最后在激光切割机上进行实验。切割实验结果表明:计算得到的切割速度与实验得到的最佳切割速度十分吻合,该方法可以指导实际加工。     

Measurement of structure dynamics using a tracking-interferometer

Measurement of structural dynamics can be used for dynamic characterization, diagnostics, condition monitoring, analyzing sources of vibration problems, design optimization and, finally, as comparison data to improve computation results. Mainly for open surfaces in automotive and aerospace industries the modal testing is often performed using laser vibrometers. In the case of partially closed structures as machine tools, modal analyses comprises the three dimensional vibration measurements at up to several hundred points of the structure and is classically conducted using accelerometers. This paper presents a novel approach to perform modal analyses using a tracking-interferometer. The modal analysis is shortly introduced along with the two mentioned methods. Further, the functionality of tracking-interferometers is discussed as well as the basics for their application in dynamic measurement. One-dimensional measurements using a tracking interferometer are conducted and benchmarked against other devices. Three-dimensional measurements are presented including the necessary coordinate transformation. A small modal analysis is demonstrated. Finally, a measurement strategy for fast modal testing is suggested and additional functionalities required for the tracking interferometer are discussed.     

Thermal and stress modeling of multi-material laser processing

Three-dimensional finite element modeling has been carried out to investigate the temperature field in the processing of multiple material components using a moving laser beam. Transient and residual stresses as well as distortion of the component have also been analyzed. Effects of laser processing conditions such as fabrication sequences, laser scanning patterns and scanning rates have been investigated. It is found that the temperature distribution, transient stress, residual stress and distortion of a multi-material component are dependent on the laser processing conditions as well as the material properties, especially the thermal conductivity and coefficient of thermal expansion. Implications of these results on laser fabrication of multiple materials are discussed.     

6061/AZ31B/6061对称复合板的组织与力学性能研究

本文在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

飞机重力重心测量装置控制系统设计与开发

针对飞机重力重心测量存在周期长、姿态不易调整、自动化程度不高和效率低等问题,提出一种重力重心自动测量方案,开发一套重力重心测量控制系统,采用计算机、可编程逻辑控制器,并结合激光测距、倾角传感检测和伺服控制的方式,实现了飞机姿态自动调整、飞机重力自动测量、重心自动计算、实时状态监控显示、远程监视和控制等功能。应用结果表明:开发的测量装置控制系统改变了传统姿态调整以及测量计算、分析和处理的方式,降低了劳动强度,测量效率及自动化程度大幅提升,验证了系统可行性和安全稳定可靠性。