蜂窝结构瞬态传热性能仿真研究

基于蒙特卡罗法(MCM)建立蜂窝结构瞬态传热仿真模型,进行了蜂窝结构隔热性能的数值模拟,重点研究蜂窝腔内不同表面发射率对其传热性能的影响。研究结果表明,在空间低温环境条件下,通过减小蜂窝腔内表面平均发射率可以使蜂窝结构材料具有更好的隔热性能,其中,蜂窝腔内顶面、底面发射率对蜂窝隔热性能的影响大于侧面发射率的影响。     

SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微镜,分析结构变形模式与断口破坏机理;基于参数化有限元数值分析,研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明：SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高,力学性能差异小;钛合金蜂窝结构面内受压时,结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载;破坏处断口可观察到明显的韧窝,呈现明显的塑性破坏形貌;壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度,降低最小弯曲半径,从而显著改善压溃卸载现象,提升结构承载稳定性。     

局部冲击下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为与吸能机理

由于复合材料夹芯结构在局部冲击作用下会产生多种破坏模式,降低结构的承载能力,建立基于物理机制的失效分析方法和损伤模型,研究局部冲击作用下复合材料蜂窝夹芯结构的失效行为,并与试验结果进行对比分析。结果表明,随着冲击能量的改变,冲击力、下面板中心位移均会呈现出不同的变化趋势。进一步研究了不同能量下多次冲击的结构响应。研究表明,芯材的抗冲击能力较弱,下面板承受了较多次冲击,且随着冲击能量的增加,重复冲击的破坏次数大大降低。     

蜂窝夹层板结构抗冲击正交试验优化设计

金属基蜂窝夹层板具有优越的性能,如比强度高、绝缘性、耐撞性、设计多样性等,在航空、航天、汽车、船舶等领域的应用研究引起国内外学者的重视,各国海军开展了大量的研究工作。基于舰船底部板架进行了蜂窝式夹层板概念设计,分析并提出了抵抗水下冲击波载荷的综合防护指标,并对三棱柱、四棱柱蜂窝夹层板结构进行正交试验优化分析及验证。研究表明,正交试验设计能有效的解决蜂窝式夹层板优化问题,试验指标是决定防护性能优化结果的关键因素,正交试验设计结论可用于指导舰船防护结构设计。     

铝合金车体抗冲击能力的动态有限元仿真

在满足结构强度要求下,严格控制车体重量是空降特种车辆总体设计中需要把握的重要设计准则。通过试验研究简化了着地冲击过程仿真,建立了铝合金车体和焊缝的有限元模型;采用大位移、非线性、动态有限元方法,对于车体着陆过程进行了瞬态有限元结构强度分析和模态分析,得到了不同着陆状态下,车体位移、应力和应变的瞬态分布结果;验证了该有限元模型和分析方法的有效性,为车体结构的优化设计提供了可靠依据。     

TC4钛合金板对球形弹抗冲击损伤特性研究

为研究钛合金板在球形弹冲击下的弹道性能与失效特性,在一级气炮进行弹体正冲击靶板试验,获取弹体的弹道极限速度和速度曲线。用有限元软件Abaqus建立弹体撞击靶板的仿真模型,计算获取弹体不同入射角冲击靶板的弹道极限速度,验证数值仿真模型及参数有效性。结果表明:质量为8.35 g的刚性球形弹冲击厚度为2 mm的钛合金板时,数值仿真的弹体弹道极限为231 m/s,试验为233 m/s,两者相差0.86%。随弹体冲击角度逐渐增大,靶板弹道极限逐渐增大,靶板的拉伸撕裂程度更严重。     

复合材料格栅结构的力学性能研究

先进复合材料格栅结构(AGS)是一种新型的高性能结构材料,为对其力学性能进行研究,采用玻璃纤维复合材料制备三角形格栅试件,应用电阻式应变传感器对其力学性能进行测试,测试结果与有限元仿真结果基本吻合。在此基础上,分别对正三角形格栅和六边形蜂窝结构进行有限元分析。结果表明:单面蒙皮时,三角格栅结构的抗弯性能优于六边形蜂窝结构;双面蒙皮时,抗弯性能的优劣取决于蒙皮厚度。     

鱼雷结构试验模态综合分析

给出了一种结构综合法，该方法适用于具有弹性连接的复杂结构。根据“模型修正”思想，基于完备模态空间，利用结构部件（子结构）模态试验结果，对子结构有限元计算模型进行修正，然后通过子结构对接界面间的广义耦合力集合各子结构运动方程而成为总系统方程，最后求解线性代数方程组，数值计算结果和模态试验数据对比表明，这种半试验半理论方法在工程上非常有意义。     

车用空调系统性能仿真与试验研究

利用一维流体仿真分析软件Flowmaster,对车用空调系统进行了额定工况和高温工况的性能仿真与试验对比.首先建立蒸发器和冷凝器的单体试验模型,应用Flowmaster软件中的形状因子优化程序和性能试验数据确定其形状因子;然后建立压缩机和热力膨胀阀的单体试验模型,利用其性能试验曲线和图表确定其相应的单体模型参数;最后把组成系统各部件的单体模型参数调入到整个空调系统进行仿真分析计算.其仿真结果与试验对比具有较高的可信度.通过系统性能仿真和试验相结合的方式,可优化和改进系统设计,缩短研发周期,节约研发成本.     

三维复杂翼面结构模态分析与试验

运用有限元手段建立三维复杂翼面结构的数值仿真模型,研究翼面结构的动力学固有特性,并通过原装支撑模态试验获得了翼面结构的前三阶模态参数,将理论计算与试验结果进行比对,验证了有限元模型计算的有效性。     

钛合金结构电磁铆接工艺的研究

针对某型飞机鸭翼钛合金框采用普通铆接方法铆接钛铆钉存在的问题,提出采用电磁铆接技术的解决方案,得到铆模尺寸、铆钉外伸量和铆接电压等工艺参数。针对钛合金框的几何形状设计出一种偏心铆接装置。结果表明,电磁铆接较好地解决普通铆接方法铆接钛合金铆钉存在的镦头裂纹等问题。     

陶瓷-钛合金复合结构优化设计与试验研究

基于改进的Florence模型,以最小面密度为设计准则,构建优化设计目标函数计算陶瓷-钛合金复合结构能够抗7.62 mm和12.7 mm穿燃弹侵彻时陶瓷-钛合金复合结构的最小面密度及陶瓷和钛合金的最佳厚度比,并设计了陶瓷-钛合金复合结构进行试验验证,以防护系数考核其防护能力。结果表明,试验防护系数与设计防护系数相差6%以内,优化设计方法可用于指导陶瓷-钛合金复合结构的优化设计。     

层叠顺序对UHMWPE-铝合金板抗冲击性能影响

为探究层叠顺序对双硬度UHMWPE-铝合金板抗冲击性能影响,以高分子聚乙烯(UHMWPE)板、7075高强铝合金板为对象,利用一级轻气炮开展一系列平头和卵形弹打靶试验,对靶板弹道极限速度、能量吸收率、破坏模式等进行分析.揭示板材层叠顺序对接触式高分子聚乙烯-铝合金靶板防护性能的影响规律.结果表明:平头弹撞击下,UHMWPE板在前铝合金板在后的叠放顺序(软+硬)防护性能更高;卵形弹撞击下,两种叠放顺序靶板防护性能相近;两种叠放顺序靶板在平头弹撞击下均发生冲塞破坏,在卵形弹冲击下均发生延性扩孔破坏.     

桥梁用铝合金抗冲击断裂有限元数值模拟

以单一605、606及复合605/606铝合金为样本,用扩展有限元法进行摆锤冲击模拟试验,分析其冲击功、断裂程度、断裂深度等抗冲击断裂行为.结果表明:复合605/606铝合金完全断裂时间比单一铝合金长;5层复合605/606铝合金完全断裂时间比4层、9层长;5层复合605/606铝合金应力呈层状分布,临近605层应力大于606层,5层复合可承受较大拉应力,且冲击面为605铝合金时,605/606复合厚度比与冲击功成反比.因此实际应用中需根据铝合金特点选材,以最大化材料作用.     

一类装甲钛合金材料的防护性能与抗弹机理探索

研究测试了一种成本低于常规Ti-6Al-4V的钛合金装甲材料的显微组织及抗弹性能。结果表明:热处理状态影响钛合金装甲材料的组织匹配;细小板条组织的材料从力学性能到抗弹性能的匹配比较合理;高强、高韧材料的抗弹性能明显优化;高强度、低韧性的材料脆性增加,抗多发弹能力下降。     

TC4钛合金激光-MIG复合焊接研究

通过激光-MIG复合热源焊接参数优化,获得15 mm厚钛合金对接焊接接头,利用金相分析、拉伸试验和显微硬度对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:坡口角度60°,钝边5 mm焊接过程最稳定,打底层焊缝熔深和熔宽随激光功率和焊接电流的增加而增加,随焊接速度的增加而减小;采用摆动焊接进行填充和盖面,焊接过程熔滴过渡稳定,无焊接缺陷,焊缝由单一的α'马氏体组成,热影响区显微组织为初生α相和α'马氏体;接头抗拉强度高于母材,断后伸长率为11.5%,略低于母材,拉伸试样断裂在母材处。焊缝区显微硬度最高,热影响区居中,母材最低。     

钛合金压气机强度及其内流场分析与试验研究

为探究高强钛合金叶片在高速旋转下的强度及压气机内部的气体流动状态,用ANSYS workbench有限元仿真分析模块仿真与试验相结合的方法,对高强钛合金叶片在不同转速工况下进行强度仿真分析;对压气机转动区进行流道提取,探究在60078 r/min下的内部压力场、温度场及速度场的分布情况;用matlab数值优化方法对叶轮结构进行优化.结果表明:高强钛合金满足在恶劣条件下的工作要求,且叶轮流动区域在高速旋转时,叶轮边缘的静压最大,气体流动速度最大;在既考虑离心力又考虑气动力的综合作用力下对高强钛合金叶轮的影响较大,变形量达0.32 mm,高强钛合金叶轮的最大等效应力为712 MPa;用matlab优化后的结构流力损失减小明显,比优化前下降32.8％.     

Dynamic globularization prediction during cogging process of large size TC11 titanium alloy billet with lamellar structure

The flow behavior and dynamic globularization of TCll titanium alloy during subtransus deformation are investigated through hot compression tests. A constitutive model is established based on physical-based hardening model and phenomenological softening model. And based on the recrystallization mechanisms of globularization, the Avrami type kinetics model is established for prediction of globularization fraction and globularized grain size under large strain subtransus deformation of TC11 alloy. As the preliminary application of the previous results, the cogging process of large size TCI 1 alloy billet is simulated. Based on subroutine development of the DEFORM software, the coupled simulation of one fire cogging process is developed. It shows that the predicted results are in good agreement with the experimental results in forging load and microstructure characteristic, which validates the reliability of the developed FEM subroutine models.     

新型钛合金炮口制退器结构设计与分析

以钛合金材料代替传统炮钢材料,设计一种基于3D打印的30 mm口径新型复杂结构航炮炮口制退器,有效减轻其质量,提高火炮的射击稳定性。根据经典内弹道理论,计算出弹丸出膛口膛内的温度、速度以及压强的分布,确定壁面所受的最大压强,进行多种制退器结构力学分析,比较其总变形、应力云图。结果表明:新型钛合金炮口制退器不仅能实现轻量化,还增强了承载能力。