单室双推力发动机装药的瞬态结构完整性分析

针对单室双推力发动机装药在低温点火工况下结构完整性,为了求解损伤的热粘弹性有限元模型,采用增量有限元方法,获取了装药内部的应力应变场.研究表明,在固化降温时,人工脱粘层对装药头部与尾部起到应力释放的作用,避免了装药与绝热层界面的破坏;同时,装药内部Mises应力值较大的部位是过渡段翼尖处与圆柱段表面.在点火时刻,装药环向应变的值较大部位是圆柱段表面.最后,采用文中方法,可应用于指导发动机装药设计与安全评估.     

固体发动机不同角度跌落数值模拟及试验分析

为了研究某型舰载固体发动机跌落的安全性问题,应用ANSYS/LS?DYNA有限元分析软件对固体发动机37.5 m高度的多角度跌落过程进行数值模拟分析,并开展真实发动机的跌落试验进行验证。结果表明,相同跌落高度下的危险角度为78°,通过推进剂点火增长模型计算得出发动机内部装药温升小于5 K,不会发生点火反应,发动机尾部与碰撞面接触的位置相对危险,壳体与内部装药的应力、应变值较大,可能产生断裂破坏。通过固体发动机跌落试验发现,发动机的尾部出现断裂破坏,但未发生点火或爆炸反应,试验采集的数据信息与有限元分析的结果一致。     

炮射导弹发射过程发动机装药强度分析

为分析大过载下发动机装药的强度,采用基于Total Lagrangian方法的三维粘弹性大变形增量本构关系,用有限元方法对某轴向高过载下固体火箭发动机装药在发射过程中的应力应变场进行了数值模拟.结果表明,装药的最大等效Von Mises应力及应变值均发生在装药底部,根据最大变形能理论,最大等效应力及应变均不会引起装药结构破坏.装药与支撑面接触面积的变化,会引起装药最大等效应力和最大等效应变的变化,在装药内外两侧进行切削,会在相应位置引起应力集中.     

摇摆载荷下发动机翼柱型装药结构完整性分析

以发动机翼柱型装药为研究对象,分析了发动机装药在摇摆载荷作用下所受的横摇和纵摇力矩,并利用有限元分析法计算了巡航期内发动机装药在摇摆载荷作用下的应力和应变变化情况,通过不同路经下的应力应变分析得出最大应力点以及危险部位,应用药柱破坏判据对发动机装药可靠性进行了判断,得出:在巡航期内摇摆载荷作用下发动机装药结构不会发生破坏。     

炮射导弹发射过程中装药衬垫材料对抗过载能力的影响计算分析

采用基于Total Lagrangian方法的3维粘弹性大变形增量本构关系，用有限元方法对某轴向高过载下的固体火箭发动机装药在发射过程中的应力进行了数值模拟计算。分析了装药底面的衬垫材料、衬垫厚度以及载荷持续时间对装药内部等效应力的影响。结果表明：随着衬垫材料泊松比的提高，装药内部等效应力有下降趋势；泊松比小于0.49时，装药内部等效应力随弹性模量增加略有增加，泊松比0.49时，装药内部等效应力随弹性模量增加先下降后上升趋势；随着衬垫厚度的增加，装药内部最大应力值呈现下降趋势；载荷达到稳定后，载荷持续时间长短对装药内部等效应力影响并不明显。     

套管装药发动机药柱结构完整性分析

为了研究套管装药发动机典型载荷和温度冲击载荷下的药柱结构完整性,使用Abaqus软件对某套管发动机药柱进行了有限元分析,分别计算了固化降温、点火内压、2次与8次温度循环下的药柱温度场和应力场,得到了不同载荷下药柱危险部位的应力应变,对比了不同温度循环次数下内外环药柱温度变化曲线和特定点温度历程。有限元计算结果表明,不同载荷下套管装药外环药柱中孔、前、后人脱凸环位置为应力集中区,而本文载荷下前人脱凸环为最危险部位;内环药柱比外环药柱温度变化幅值小,并且变化滞后于外环药柱;增加温度循环次数,最终状态下药柱应力场变化不大。     

阶梯装药固体火箭发动机点火内流场特性研究

针对两节阶梯装药在火箭弹中的应用,对该类型固体火箭发动机点火内流场特性进行数值模拟。运用FLUENT软件进行二维轴对称非定常数值分析,通过UDF编程,采用表面单元格临界点火准则实现推进剂表面不同部位单元格的燃气加质,计算得到了前后燃烧室的不同部位压力分布及变化情况和点火器喷孔附近的激波传递情况。研究结果表明,该方法能够较好的预示点火内流场的特性,可以为阶梯装药发动机的点火性能研究和点火设计提供理论依据。     

发动机药柱环向开槽结构完整性研究

装药模数较高的情况下,管型装药发动机圆管中段在固化降温后点火时,由于应变集中而容易导致发动机爆炸。为了保证较高的装填模数,对发动机药柱局部环向开槽,以缓解应变集中,从而保证发动机的结构完整性。借助有限元方法,对环向开槽的重要结构参数进行研究,探讨了开槽宽度、开槽深度、开槽角度等参数对结构完整性的影响,提出环向开槽发动机装药结构完整性设计的主要依据。     

含裂纹HTPB推进剂断裂准则研究

固体推进剂装药的表面裂纹严重影响着发动机的工作安全性。现阶段广泛使用的应力强度因子、J积分等断裂韧性指标不能直接应用于复合推进剂装药。为了得到HTPB推进剂Ⅰ型裂纹在中低应变率下的断裂准则,本文使用试验和数值仿真方法建立了一种基于应变的断裂准则。准则建立过程中分别使用标准试样和单边裂纹试样进行单轴拉伸试验,结合有限元方法计算了裂纹前端的应变强度因子。结果显示对于HTPB推进剂在中低应变率下使用本文中基于应变的断裂准则比基于应力的断裂准则实用性更强。     

缩短短时间工作发动机点火时间方法

为了获得缩短短时间工作固体发动机点火时间的方法,建立了短时间工作发动机点火过程瞬态模型,确定了影响发动机点火时间的关键因素.采用理论分析和试验验证相结合的方法,分析了燃烧室装药结构对点火时间的影响.结果表明,通过合理设计燃烧室装药结构,缩短推进剂燃烧阶段的时间,可以有效缩短短时间工作发动机的点火时间.     

鱼雷活塞发动机高压单层气缸套设计

为了进一步优化活塞发动机气缸套设计方案,应用MSC．Patran软件对鱼雷活塞发动机气缸套不同方案的设计结构进行了有限元温度及应力场对比计算分析,确定了较为合理的设计方案。该设计方案可适用于更高燃气压力的发动机,最高工作压力大于30MPa,较现有技术有明显提高。气缸套通过试验验证,满足发动机的正常使用要求。     

珍珠层结构的应力、应变和J积分有限元分析

利用有限元方法分析了珍珠层裂纹的微观应力场,比较珍珠层最小结构单元在不同边长和厚度下的J积分。结果表明:珍珠层裂纹尖端应力集中小,分布范围广;天然结构参数下,珍珠层J积分最大。珍珠层最小结构单元有可能存在最优形状比,使材料达到强度与韧性的最佳配合,从而有可能用低强度的材料通过合适的大小和宽厚比、合适的制备方法得到性能优异的层状复合材料。     

涂层结构对梯度涂层温度与应力分布的影响

采用多层平板模型,利用有限元分析软件计算了不同涂层结构下梯度涂层高炉风口的温度场与应力场,并分析了涂层结构对梯度涂层内部温度分布与应力分布的影响。结果表明,涂层结构变化可以影响涂层内温度与应力的大小及转折点的位置。试验中设计的梯度涂层具有良好的隔热性能,且涂层内应力变化缓慢。当底层、中间层及面层厚度比为1∶1∶3时,涂层隔热效果最好,隔热温度达77℃;底层、中间层及面层厚度比为1∶2∶2时,涂层最大等效应力最小,其值为1.52E+9Pa。     

复合结构喷管温度场及应力场数值模拟

为了保证喷管在高温燃气中的结构安全,必须对喷管的温度分布及热结构进行准确的预估.为此,建立了复合结构喷管的轴对称有限元模型,采用CFD流体计算软件和ANSYS热分析及结构分析模块,对喷管的温度场及应力场进行了数值模拟,实现了热-结构耦合计算.计算结果表明,喷管内壁的对流换热系数在喉部达到最大;温度的峰值出现在扩张段下游到喉部,在同种材料内温度连续变化;在不同材料交界面处温度和应力出现明显的梯度变化,并形成应力集中.所得结论可为喷管结构设计、安全评估提供技术支持.     

某新型自动步枪闭锁机构动应力分析

采用有限元方法研究了某新型自动步枪枪机闭锁面与节套闭锁面间垂直接触碰撞的动应力.建立了闭锁机构在3种不同情况下的有限元模型并进行了数值仿真计算.分析了闭锁面上接触应力的分布情况和变化规律,对比了3种不同情况下最大接触应力的位置和大小.计算结果表明闭锁机构的强度满足要求.     

基于三维两相CE/SE方法的点火位置对固体燃料PDE的影响研究

针对固体燃料的燃烧、爆轰在火箭发动机和火炸药领域的广泛应用,以铝粉/空气为例,在考虑其化学反应特征的基础上,建立了气固两相管内爆轰三维数学模型,并采用守恒元-求解元方法(CE/SE方法)求解。推导了三维两相含组份变化的雅可比矩阵。在经过编程计算之后,对其结果进行分析。结果表明:无论是采用哪种点火位置,都可以实现稳定爆轰。当采用壁面位置点火时,压力峰值出现的时间总是早于温度峰值出现的时间;当采用中心位置点火时,压力峰值与温度峰值到达的时间一致。计算结果对固体燃料PDE的研究具有一定的指导意义。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

固体火箭发动机喷管组件过盈装配强度分析

为使各个组件间的间隙大小和均匀度得到保障,对固体火箭发动机喷管组件过盈装配强度进行分析.基于工程应用背景,对某标准试验发动机喉衬与喷管座过盈压配过程进行仿真分析,采用有限元模拟方法,对喷管体在加热和不加热两种情况下进行动力学和热力学分析.结果表明:采用对喷管体先加热后装配的方法,其装配面接触应力更小,更利于控制装配过盈量,保证喷管组件的装配质量.     

离合器片表面温度的测量与表面应力的计算

本文应用红外测温装置测量离合器片工作时的表面温度 .依据测得的某瞬时表面温度计算了离合器片的表面应力 .温度测量结果显示 ,片工作表面热负荷分布不均匀 .应力计算结果表明 ,片某些区域的瞬时应力值超过了材料的屈服极限