航空发动机可磨耗涂层在不同碰磨场景下的有毒物质产生机理

目的 获得铝硅聚苯酯涂层在发动机不同碰磨条件下磨削物的尺寸、内部结构与其热分解特性的关系,进而揭示有毒气体产生的机理。方法 应用LS–DYNA软件计算压气机在不同运行工况下叶片的伸长量与伸长率,定义碰磨场景。应用等离子喷涂技术（APS）制备铝硅聚苯酯涂层,利用高温超高速可磨耗试验机模拟碰摩场景并开展碰摩试验。利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）表征不同碰摩场景下磨削物颗粒的尺寸、形貌与成分。利用气相色谱–质谱连用仪对不同尺寸、形貌及内部结构的磨削物颗粒开展热分解试验,获得热分解规律及导致客舱引气污染的有害物质。结果 高转速（183 m/s）、低进给率（28μm/s）条件下,磨削物颗粒的平均尺寸约为30.8μm;高转速（183 m/s）、高进给率（257μm/s）条件下,磨削物颗粒的平均尺寸约为74μm;低转速（52 m/s）、低进给率（28μm/s）条件下,磨削物颗粒的平均尺寸约为101.8μm;低转速（52 m/s）、高进给率（257μm/s）条件下,磨削物颗粒的平均尺寸约为119.4μm。当涂层磨削物颗粒尺寸大于100μm时,在210℃附近未发生热解,仅在550℃附近有明显的热...     

基于Cosserat连续体理论的疲劳寿命概率可靠性分析

基于Cosserat连续体理论建立考虑应变梯度效应的粉末高温合金弹塑性模型.该模型考虑微尺度长度效应,并能消除缺陷局部化问题求解时的网格依赖性.基于参变量变分原理提出一种高效的求解方法,该方法将原非线性问题转化为互补问题求解,可大大提高求解效率和收敛性.针对一种假想涡轮盘模型,将Cosserat尺度参数和Basquin斜率作为随机变量,分别采用蒙特卡洛法与二阶矩法进行疲劳寿命概率可靠度计算.结果表明二阶矩法在保证精度的情况下具有较高的效率.     

含铸造微孔镍基单晶合金蠕变损伤和裂纹萌生的模拟计算

基于镍基单晶合金蠕变变形过程中的细、微观组织结构变化及损伤特点,建立了考虑材质劣化和孔洞损伤的双参数蠕变损伤本构方程。利用所建模型对裂纹前缘含铸造缺陷（孔洞）的镍基单晶合金紧凑拉伸（CT）试样蠕变损伤和裂纹萌生进行了模拟计算,并考虑了晶体取向偏差和随机性的影响。计算结果表明：晶体取向和孔洞位置对试样蠕变损伤和裂纹萌生行为有着显著的影响。当孔洞距切口根部距离较近时,裂纹形核于切口附近的孔洞表面,裂纹形核时间较短;孔洞距切口根部距离较远时,裂纹形核位置位于切口表面,具体位置取决于试样的晶体取向,裂纹形核时间较长。随着加载轴晶体取向偏角的增大,裂纹形核时间明显缩短,其分散性加大,最大有34.7%的变化幅度;试样在2个不受控的晶体取向变化时,在偏角为45°和80°出现极值,裂纹形核时间最大偏差达3倍。     

单晶冷却叶片气膜孔附近的蠕变持久寿命分析

从单晶冷却叶片中取出一个包含气膜孔的单胞模型,在流体和传热分析的基础上,给出了含气膜孔模型的气动载荷和温度分布.建立了一个晶体有限元模型,根据不同取向的蠕变参数,对单胞模型进行蠕变及持久寿命分析.结果表明,气膜孔附近存在一个明显的温度梯度.温度梯度使模型的位移和等效应力的分布产生梯度.温度梯度对气膜孔周围蠕变持久寿命的影响比较大,且对[111]取向的蠕变持久寿命的影响要大于[001]方向.     

粉末高温合金涡轮盘初始缺陷概率模型研究

粉末高温合金是发动机涡轮盘的最佳材料,但由于其制造工艺的特点,使其强度和寿命对缺陷十分敏感。基于概率损伤容限评估思想,文中针对国内FGH96粉末高温合金涡轮盘制造工艺水平下的涡轮盘初始缺陷通过试验进行统计,并分析得出初始缺陷的面积概率模型、缺陷圆度概率模型、椭圆缺陷短轴/长轴比值和长轴长度概率模型。试验分析结果表明,初始缺陷面积大部分都处于(1~5)μm2;缺陷圆度大部分都处于(0.3~0.7)左右;如果缺陷形状拟合为近似椭圆,椭圆短轴/长轴比值大部分都处于(0.5~1),长轴尺寸处于(1~7)μm。     

夹杂对粉末冶金CT试样断裂性能影响的计算研究

采用GURSON本构方程对含夹杂粉末冶金材料紧凑拉伸试样进行了有限元分析，模拟了裂尖与夹杂的相互作用对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响．圆形夹杂对基体材料的损伤及裂纹扩展性能是最保守的形状，对于椭圆形夹杂，硬夹杂在椭圆横向受力较为安全。而软夹杂则相反．在椭圆纵向受力对基体的损伤更小．     

单晶冷却叶片强度与疲劳寿命的尺寸效应研究

主要研究单晶冷却叶片强度和疲劳寿命的尺寸效应影响,实验试样是从商业冷却叶片上加工的小尺寸试样。实验研究了冷却叶片的强度尺寸效应;结合单晶材料的本构关系及其应力因子模拟了冷却叶片的强度和疲劳寿命;对于两类冷却叶片的强度和寿命进行数值模拟;拉伸试验发现,对于小试样其拉伸极限强度小于标准试样,因此,引入安全系数来评估冷却叶片的强度。对于小尺寸试样和标准尺寸试样的强度和疲劳寿命的实验比较表明,尺寸变化对冷却叶片的强度和疲劳寿命有显著影响。本研究可以为单晶冷却叶片的强度评估和结构设计提供参考。     

带圆孔层合板孔边层间应力分析、失效研究及软件开发

依据边界层理论分析的带圆孔对称复合材料层合板的应力解析解,开发相应的软件,计算铺层交界处的层间应力.进一步增加Hashin失效判据,得到层合板各个铺层不同失效形式下的区域分布.该软件是基于Matlab开发的,非常适用于带圆孔复合材料层合板结构打样阶段的分析.     

温度梯度下薄壁圆管试件拉伸性能的试验与理论研究

开发了一个温度梯度试验系统,在不同温度以及温度梯度下对薄壁圆管试件进行拉伸试验.采用有限元软件模拟得到不同温度下材料的真实应力应变关系,采用计算流体软件对冷却薄壁圆管试件进行流固耦合传热分析,并将得到的温度载荷通过温度插值程序传递到有限元模型中.根据拟合得到的不同温度的材料性能,模拟温度梯度下拉伸过程,模拟结果与试验结果相吻合,结果表明:在目前的温度梯度下,温度梯度对材料的拉伸性能有一定的影响,但影响较小,可以采用通用的数值方法研究存在温度梯度的拉伸性能.     

夹杂对粉末冶金CT试样断裂性能影响的计算研究

采用GURSON本构方程对含夹杂粉末冶金材料紧凑拉伸试样进行了有限元分析,模拟了裂尖与夹杂的相互作用对基体的损伤及裂纹扩展性能的影响.圆形夹杂对基体材料的损伤及裂纹扩展性能是最保守的形状,对于椭圆形夹杂,硬夹杂在椭圆横向受力较为安全,而软夹杂则相反,在椭圆纵向受力对基体的损伤更小.