航天器突起物热防护结构的瞬态温度场有限元分析

通过对某类航天器突起物在高超音速飞行受气动加热时的防热结构进行研究,利用ANSYS软件强大的前、后处理功能,建立有限元分析模型,计算出突起物的温度场分布.该数值模拟方法可用于计算传导和辐射耦合问题.计算结果表明,适当增加面板厚度和增大隔热材料在平面内的热传导系数是提高防热结构利用效率的方法之一.     

推力室气动加热及结构传热耦合分析

采用再生冷却技术的推力室具有能量利用率高等的优点,但在高超声速流动中,非工作状态下的气动加热作用会对内部推进剂造成影响,是结构设计中必须考虑的环节.通过仿真手段探讨的侧向放置的推力室在无喷流状态下的气动加热及结构传热问题,时该类推力室适用范围的拓展有着重要意义.     

密闭金属空腔中多孔介质相变耦合传热模型研究

针对外加瞬间高能热源,由密闭金属空腔、腔体中多孔介质、多孔介质中可相变工质组合成的耦合态目标传热特性在航空航天领域的特殊应用需求,基于金属腔体、多孔介质中不可压缩流动相变工质的能量守恒、动量守恒、质量守恒等原理,以低气压环境下应用的复杂物理结构的密闭金属腔体为研究对象,建立了由高能高效热源-金属空腔-多孔介质-多孔介质中可相变工质的相变过程的传热特性的数值计算模型,通过典型物理参数状态的仿真,获取了密闭腔体内温度、压力、相变等特征参数随时间和空间变化的数值模拟结果,关键参数的仿真结果与已有试验结果对比一致性好,同时温度、压力、相变等特征参数的变化规律与传热传质理论相吻合。结果表明该建模方案思路的正确性以及仿真结果的有效性。该传热模型可推广应用于激励热源的优化设计、密闭耦合态目标的综合性能优化。     

高速飞行器气动热结构耦合分析及优化设计

气动、热和结构三学科之间的耦合关系是高速飞行器面临的核心问题之一。文中利用强弱耦合关系简化了气动热结构耦合问题,并基于气动加热、瞬态热传导、热结构、热模态和热颤振的单向耦合关系来分析热弹性问题,建立了气动热结构多学科集成分析平台。针对各子学科耗时问题,文中采用了增广的自适应响应面优化策略完成了气动热结构多学科设计优化,在提高了颤振速度的同时,使升力面结构质量有了一定的降低。     

高速切线泵叶轮结构流固耦合分析

高速切线泵是伺服系统动力元件,利用流固耦合方法分析了切线泵叶轮在耦合流场压力载荷时的应力状态,并与无流场压力载荷时的叶片应力状态进行了对比分析。叶片内部应力整体分布规律为越靠近叶轮中心的区域应力越大,越靠近叶轮外缘的区域应力越小;叶片根部最内侧为切线泵叶轮的危险点,耦合流场压力载荷对叶片最大应力影响较小,但会对整个叶轮应力的状态进行重新分布,个别叶片的应力会增大,设计时应注意对每个叶片区别分析。     

燃气舵表面 ZrO 2涂层热结构耦合分析

基于流体计算软件FLUENT和有限元分析软件ANSYS对燃气舵表面ZrO2涂层进行了热结构耦合的分析,主要对不同厚度（0.5 mm,1.0 mm和1.5 mm） ZrO2涂层表面的瞬态温度及其引起的相变和热应力进行了研究。结果表明,ZrO2涂层的厚度增加后应力值增大导致超过其屈服强度以及ZrO2涂层温度达到相变温度引发相变是其失效的主要原因;燃气舵的失效与ZrO2涂层的失效密切相关。计算结果对探究“消熔舵”技术中ZrO2涂层及燃气舵的失效行为有一定的指导意义。     

基于流固耦合的复合结构炮口制退器强度分析

为减小炮口制退器质量并能耐烧蚀,设计一种复合结构的炮口制退器。分别采用炮钢和钛合金材料组成炮口制退器的内、外层结构。以带炮口制退器的炮口流场的瞬态动载荷为计算条件,利用单向流固耦合方法对复合结构炮口制退器进行强度分析。分析结果表明：复合结构炮口制退器可满足强度要求,且质量明显小于全炮钢炮口制退器,可为提高炮口制退器的性能提供一种新的设计思路。     

材料属性对激光辐照金属/炸药结构的影响分析

以激光辐照圆柱形金属/炸药结构为研究背景,通过建立热传导的有限元方程得到温度场数值解,分析材料属性对温度场及炸药热爆炸的影响。结果表明：金属材料热导率越大,比热容越小,则壳体表面温度和炸药温度越高,越有利于炸药的热起爆;隔热层的存在阻止了能量沿激光辐照轴线的传导,减缓炸药的温升,不利于炸药的热起爆。     

某火炮自动机高速机构的热-结构耦合效应仿真分析

针对某高射速自动机在样机实弹射击时出现的周期性停射故障,应用热膨胀经典理论和有限元计算方法,对高射速自动机进行了热-结构耦合分析。结果表明：将结构尺寸作适当的调整,不仅能满足现阶段射速的要求,而且有进一步提高射速的空间。结构设计方案改进后的验证样机,经多轮实弹试验测试,没有出现周期性停射现象,故障得到解决。将热-结构耦合方法应用于工程实践,以期在解决类似故障和结构设计的分析方法上有所借鉴。     

空间充气可展薄膜天线热-结构耦合分析

介绍了热-结构耦合分析原理,并建立了空间充气可展薄膜天线的分析模型。给出热荷载和基本假定,计算了出其在低地轨道（LEO）下运行2个周期的温度场及时间温度曲线。并以此为基础进行了空间充气可展薄膜天线的热应力和热变形分析。空间充气可展薄膜天线的最高温度56.5℃,最低温度-92.8℃,同一时刻最大温差达93.10℃,最大Von Mises应力为931 511 Pa,最大Y向变形为9.666 mm,最大Y向变形RMS值为1.792 mm。对空间充气可展薄膜天线研制具有参考价值。     

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。     

金属热防护系统单元间缝隙换热规律

建立金属热防护系统(MTPS)单元间的缝隙换热计算模型,基于数值计算对影响缝隙内部辐射换热强度的若干参数进行参数影响分析。研究结果表明:减小缝隙宽度和辐射率、提高缝隙底部组件材料的热扩散率以及设计合理的缝隙几何形状,可以实现缝隙内部辐射换热最大程度的弱化;当缝隙顶部温度低于673 K时,可以基本不考虑MTPS单元间的缝隙辐射换热。     

蜂窝夹层结构等效板力学特性研究

蜂窝夹层结构广泛应用在航空航天领域,但是现在国际上通用的结构分析软件中,都没有标准的蜂窝夹层结构单元.文中给出的蜂窝夹层结构的等效模型等效板可以很好地解决这个问题.通过一个具体的算例,证明了在有限元分析中等效方法的合理性和正确性.     

高超声速飞行器翼面气动加热、辐射换热与瞬态热传导的耦合分析

为准确预测高超声速飞行器翼面的热环境以利于飞行器的设计。通过数值算例验证了基于参考焓法的气动加热工程算法的可行性;提出了一种高超声速飞行器三维翼面的气动加热、辐射换热、瞬态热传导的准定常耦合求解方法,通过与非耦合的气动加热、辐射换热及瞬态热传导方法相比,指出考虑耦合求解的必要性。在飞行器典型弹道飞行条件下,该耦合求解方法考虑气动加热、辐射换热、结构热传导耦合效应,实现了高超声速三维翼面温度的准确预测,该方法可用于高超声速飞行器气动热分析及热防护设计。     

基于STAR-CCM+汽车散热器的换热分析及结构优化

以汽车发动机冷却水箱C207散热器为研究对象,基于计算流体力学软件STAR-CCM+对散热器进行流固耦合模态分析,运用线性回归分析方法确定冷却液参数数据的回归模型,并导入自定义场函数中,采用标准K-Epsilon湍流模型分析冷却液在散热器水道内的温度、压力以及速度变化情况.为了提高散热器的换热效率,对散热片结构进行改善和优化,最终得到较好的换热效果.     

柴油机气缸盖流固耦合传热分析研究

采用ANSYS Workbench软件中的CFX mesh模块,对柴油机缸盖、缸盖内冷却水道的几何模型进行了网格划分,并对流体和固体的交界面进行了耦合处理,实现了流体和固体之间热量的传递。在ANSYS Workbench软件的CFX模块中采用整场离散、整场求解的方法对耦合系统的有限元模型进行仿真计算,得到了在额定工况下冷却水的流场、缸盖以及耦合面的温度场,并对其热状态进行评价,为进一步进行热应力和热变形计算提供依据。     

复合材料身管数值传热分析

文中运用有限差分法建立了武器发射时复合材料身管传热模型，并结合多个设计方案对复合材料身管的温度场进行了数值分析，对于复合材料身管的综合设计提供了重要的参考价值。     

基于抗冲击波响应的新型蜂窝夹层结构多目标优化设计

为提高某军用车辆底部防护结构对爆炸冲击波的防护性能,针对其V型底部结构,提出了一种新型蜂窝夹层结构.以降低质量、受冲击载荷后的变形挠度、加速度、增加铝蜂窝材料吸能为目标响应,设置结构中各部件的厚度、几何形状为设计变量建立多目标优化模型.结合实验设计和方差分析方法对设计变量进行参数筛选并建立优化模型的响应面;通过多目标遗传算法对响应面进行求解,得到了该优化问题的Pareto解集,从而指导该车辆底部结构改进设计;在Pareto解集的基础上使用标准边界交叉法和L2准则得到了一个理想解.仿真结果表明,优化后的新型蜂窝夹层结构较V型底部结构而言,其防护性能有明显改善,并且能大大提高防护车辆的离地间隙,这对抗爆炸结构的工程设计具有一定指导意义,且具有很大的实用价值.