CFD在高速飞行器热气弹问题中的应用

采用气动力/热/结构耦合的方法对高速细长体飞行器结构热静气动弹性问题进行了研究.为保证耦合计算精度，达到准确预测热气动弹性特性的能力，气动力和气动热计算采用CFD数值模拟方法，热应力和热变形计算采用有限元方法并通过热考核试验验证.以该简单细长体飞行器模型为研究对象，对其热静气动弹性特性进行了计算与分析，计算结果表明:CFD/CSD耦合可准确模拟热气弹问题，且气动加热造成结构温升不均衡是结构变形的主导因素，力热耦合静气弹变形与单纯受力分析变形形式不同，对飞行器气动特性影响规律不同.准确预测飞行器热气动弹性特性对飞行器结构设计十分必要.      

ITER ���򳡴���֧��U �����Լк��ӷ����Ż�

利用试验及数值模拟技术研究了ITER 极向场磁体支撑U 型韧性夹的焊接变形规律,模拟和实际测量的比较验证了模拟的准确性,从而得到了U 型夹焊缝变形的基本规律,并改进现有夹具类型。基于验证好的热力边界条件以及优化的夹具,对三种焊接方案的U 型韧性夹的焊接变形进行了计算,从而提出了极向场磁体支撑制造的优化方案。优化后的焊接方案将焊接变形控制在0.6mm 以内。     

ITER 极向场磁体支撑U 型韧性夹焊接方案优化

利用试验及数值模拟技术研究了ITER 极向场磁体支撑U 型韧性夹的焊接变形规律,模拟和实际测量的比较验证了模拟的准确性,从而得到了U 型夹焊缝变形的基本规律,并改进现有夹具类型。基于验证好的热力边界条件以及优化的夹具,对三种焊接方案的U 型韧性夹的焊接变形进行了计算,从而提出了极向场磁体支撑制造的优化方案。优化后的焊接方案将焊接变形控制在0.6mm 以内。     

强激光照射下受预内压作用的球壳的热力响应

分析受强激光照射和预内压联合作用的球壳的热力效应。在光强相对较低的情形,激光照射处理为壳体表面热流输入。推导了瞬态热传导解析解;并选取一组典型的几何及材料参数,针对一系列激光光强情形用大型有限元程序对热传导和热弹塑性变形作了数值计算,得到了热传导的清晰的物理图象,讨论了壳体结构变形的空间分布和随时间的演变规律以及对激光光强和照射时间的依赖关系。     

不锈钢/碳钢爆炸复合板消除应力热处理

 为了消除爆炸焊接不锈钢/碳钢复合板界面的残余应力，对实验样品进行了消除应力热处理，并做了力学性能测试、显微硬度测量、扫描电镜分析和金相分析。结果表明，不论是否经过热处理，界面两侧的成分都有互扩散发生；热处理温度小于550 ℃时，力学性能、金相组织和显微硬度变化不大；热处理温度高于650 ℃时，硬度曲线下降到接近原材的硬度，但同时界面近区碳钢表层发生脱碳现象；热处理温度在750 ℃时，碳钢内部还发生相变。因此不锈钢/碳钢复合板的最佳热处理温度可能在600 ℃左右。     

数控裁剪机切割刀壳体振动噪声预测分析*

高频往复式切割刀是柔性材料数控裁剪机的核心部件。该文对切割刀壳体的振动噪声改进措施进行研究。首先对切割刀进行刚体动力学分析,获取其所受动载荷情况,并通过数值计算验证了切割刀刚体动力学模型的可靠性。其次,基于有限元法获取切割刀壳体模态特性,并通过锤击激振实验验证了有限元模型的准确性。然后基于模态仿真结果进行谐响应分析,将计算得到的频域动载荷施加至切割刀壳体各螺栓固定处,获取结构加速度响应频谱,结合振动响应结果,对壳体进行声固耦合分析,并进行实验对比,验证了分析方法的准确性。最后,计算不同的阻尼措施对壳体噪声辐射的影响,为切割刀的减振降噪提供参考。     

可变形战斗部弹体变形型面研究

基于炸药瞬时爆轰理论,将战斗部变形阶段的结构简化为辅助装药,对等效圆柱壳体实施爆轰加载,并在等效壳体上的加载段引入若干个塑性铰,相应地将辅助装药划分成与塑性铰相对应的若干个独立微元。针对均匀加载下等效壳体的原始位移分布,采用具有能量分布梯度的辅助装药加载进行匹配,设计出能实现D型型面的辅助装药形状,最后通过数值模拟进行验证。结果表明,采用该形状的辅助装药能实现较理想的D型弹体变形型面。     

强流脉冲电子束应力诱发的微观结构

利用强流脉冲电子束装置在各种工艺条件下对奥氏体不锈钢、单晶铝及多晶铝等面心立方金属进行辐照处理.利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜等详细分析了辐照样品的变形组织与结构.通过分析，在一定程度上建立起强流脉冲电子束诱发的应力特征与变形结构之间的关系，并对目前现有的几种应力波数值模拟结果进行了分析.实验结果表明，强流脉冲电子束能够在材料内部诱发10²—10³MPa的应力，其传播方式与材料的 晶体结构关系密切.这一应力是导致材料深层性能与微观组织结构发生变化的根源所在. 关键词： 强流脉冲电子束 应力 微观结构 变形     

搅拌摩擦焊准稳态热力耦合过程数值模拟研究

搅拌摩擦焊接过程中的材料塑性变形流场与温度场对焊接接头的组织演化及最终的力学性能有着十分重要的影响,许多学者对此进行了大量的研究.近年来的研究结果表明,该过程是一个极其复杂的热力耦合过程,温度场与材料塑性变形流场之间具有相互耦合效应.运用流体力学和传热学原理对准稳态热力耦合过程进行了数值模拟研究,通过计算得到了焊件材料的流场和温度场分布,并设计了相关实验对温度场进行了验证,结果表明该计算结果可以较准确地描述搅拌摩擦焊准稳态热力耦合状态.     

基于ANSYS的T型焊接接头温度场数值模拟

准确计算瞬时焊接温度场是控制焊接应力及变形的先决条件。本文采用高斯热源模型,基于ANSYS分析软件,通过参数化语言APDL对T型焊接接头温度场进行数值模拟。结果表明,所得焊接温度场的变化过程及分布规律符合焊接工艺实际,这为控制焊接残余应力及变形,进一步优化焊接结构及焊接顺序提供了基础。     

基于双目视觉的薄壁零件变形量测量（英文）

针对薄壁零件变形量测量困难且过程繁琐的问题,提出了一种基于双目视觉的薄壁零件变形量测量方法 .对于零件表面变形量的测量,将具有基准坐标系标记点的刚性金属块安装在被测零件上,并在零件表面粘贴多个设计的编码标志点和彩色圆形定位点.利用彩色标记点分割出基准坐标系和编码标记点的有效图像区域,排除干扰图像特征.进行基准坐标系标记点和编码标记点的识别和检测,利用设计的角点结构实现标记点圆心的精确定位,并计算得到测量点的三维坐标.在基准坐标系下,通过计算零件变形前后表面关键点的三维坐标变化得到工件表面变形量.对于零件边缘变形,采用改进Canny边缘检测算法提取零件边缘的有效轮廓信息,并利用极线几何约束和灰度相似性对边缘特征进行了立体匹配和三维重建.薄壁零件变形量测量实验和测量精度验证实验表明该测量方法合理有效且测量精度满足要求.     

JLF-1钢高温循环变形后硬度与微观结构的数值关系

高温循环变形是结构材料性能降级的主要原因之一.用透射电子显微镜对低活化铁素体/马氏体钢——JLF-1钢低周疲劳样品的微观结构进行了分析,并测试了循环变形前后此钢显微维氏硬度的变化.为了掌握JLF-1钢性能在高温循环变形中的变化机理,依据位错理论,用最小二乘法对高温循环变形后的显微维氏硬度与微观结构进行了回归计算,得到了此钢显微维氏硬度与板条尺寸、位错胞尺寸、位错密度的数值关系. 关键词： 低活化铁素体/马氏体钢 循环变形 微观结构 显微维氏硬度     

60Si2MnA簧片热处理技术

机械式测力扳手在装配时指针不回零，分析是由于其主要弹性件簧片失效引起的，簧片材质为60Si2MnA钢。为此，开展了60Si2MnA簧片的热处理技术研究。对簧片进行了预先退火及箱式炉淬火、真空淬火、薄层渗碳复合热处理试验研究，试验方案见表1，测试并分析了不同热处理制度下工件的组织、性能，硬度分布、应力大小及分布、渗层深度、力学性能。采用回零试验检验其合格情况，将工件夹在平口虎钳上，模拟标定，左右来回扳动工件50次，测量回零数值，回零数值小于0．30mm为合格。     

模拟X射线作用于圆锥壳载荷的柔爆索加载技术

在软X射线辐照作用下，物体表层瞬时形成大量的能量沉积，使材料受照部分表层发生熔化、汽化，出现物质的反冲喷射现象，产生喷射冲量载荷，使结构发生动态弹塑性变形、动屈曲等，实验室模拟X射线作用下的结构响应是重要的研究方法。在文中小尺寸、圆柱壳柔爆索加载技术的基础上，研究解决了圆锥壳体的柔爆索加载三维载荷设计方法、模拟自由边界的柔爆索加载实施方法、爆炸粒子的有效防护方法、爆炸粒子线动量标定方法和大尺寸锥壳结构的加载等效性等关键技术，发展建立了模拟X射线作用载荷的柔爆索加载三维设计与实验方法。     

DP980与DP780双相钢帽型梁轴向冲击实验对比

作为汽车及航空工业中主要承载和碰撞吸能部件,帽型薄壁梁可通过自身结构塑性变形实现被动吸能。因此,研究帽型薄壁梁结构在冲击载荷作用下的变形模式和吸能特性对其被动安全设计具有重要的意义。分别对DP980和DP780双相钢帽型薄壁梁结构开展了落锤轴向冲击实验,并对其变形位移、峰值载荷、变形模态和能量吸收能力进行分析。研究结果表明:无论是DP980还是DP780帽型梁试件,在受到冲击载荷作用时,均从试件上部发生塑性屈曲变形并形成褶皱,其下部则无明显变形;DP980帽型梁冲击变形更小,残余高度更高,宜作为抗冲击变形防护结构;DP780帽型梁最终屈曲变形产生褶皱更多,冲击载荷作用时间增加,峰值载荷更低,宜作为抗冲击载荷防护结构。综合考虑吸能效果, DP980帽型梁的能量吸收能力与DP780帽型梁相近,研究结果为冲击防护结构的选材提供依据。     

基于多源系统融合的结构形态感知技术

针对薄壁结构零件在装配过程中由于装配状态变化存在的装配受力变形问题，结合数字孪生发展背景，提出一种激光跟踪、视觉测量、光纤监测多源系统融合的结构形态感知技术。首先，建立多源系统多站位坐标统一模型，实现坐标基准统一；其次，建立异构数据融合模型，完成光纤监测波长与空间点坐标异构数据统一，基于高斯过程实现多源数据融合，预测变形点云，实现产品结构形态感知；最后，以蒙皮薄壁结构为例，模拟装配变形实验。结果表明，融合方法所感知数据更好地反应实际变形，其平均相对误差为4.66%，绝对误差保持在0.016 mm。多源异构数据融合基于实测数据预测形变点云，可实现结构实时变形监测，从而简化视觉测量方式，提高了曲面信息保真度，为动态孪生模型构建提供新思路。     

新型薄壁管耐撞性分析及优化设计

采用LS-DYNA仿真软件对新型薄壁管在轴向冲击荷载作用下进行了数值模拟,分析了上端薄壁圆管长度和波纹型诱导槽半径对其耐撞性及变形模式的影响,并与普通薄壁圆管进行比较。结果表明:当上端薄壁圆管长度及波纹形诱导槽半径设计合理时,新型薄壁管在压溃阶段的最大峰值压溃力、比吸能以及变形模式相比于普通薄壁圆管更优异。为了获得更好吸能效果的新型薄壁管,以其比吸能和最大峰值压溃力为优化指标,以上端薄壁圆管长度和波纹形诱导槽半径为动态变量,建立了新型薄壁管多目标优化方案。基于Kriging法构造了目标近似函数,同时结合NSGA-Ⅱ算法求解了多目标优化问题。     

一种超高速发射实验装置的改进及其数值模拟

 以流体比容方法和三阶PPM方法为基础，给出了适用于三级气炮超高速发射过程数值模拟的多流计算方法和计算代码MFPPM。利用Sandia实验室一系列的实验装置及其结果对计算代码进行了验证和确认，获得了较好的数值模拟结果（其中最大相对误差为1.07%），同时对冲击波物理与爆轰物理实验室设计的实验装置进行了数值模拟，计算结果与实验结果相差1.04%。为了更好地满足超高压下材料状态方程的测量，提出了一种带汇聚型的改进装置设计，并给出了相应的数值模拟结果。     

强流脉冲电子束表面改性的物理模型及数值模拟

 推导出了强流脉冲电子束处理过程的应力场方程，利用数值模拟，得到了温度场和应力场的分布曲线，分别给出了熔化深度、升降温的速率及温度梯度的大小，准静态应力和热应力波的幅值、应力波的传播及反射过程，利用数值模拟结果对实验中观察到的实验现象熔化深度、材料表层及次表层数微米范围内组织结构的变化及数百微米的硬度提高等给出了解释。     

低密度开孔Kelvin泡沫大变形数值模拟

正十四面体单元胞结构含有8个正六边形和6个正四边形面，由36根等长度支柱构成。十四面体单元胞结构按体心立方堆积，即构成Kelvin模型，这是一种接近于泡沫真实结构的周期性结构模型。分别基于胞壁材料的线弹性和超弹性材料本构，采用ABAQUS有限元软件模拟了低密度开孔Kelvin泡沫的大变形行为，用以考察单轴拉压载荷作用下泡沫材料的变形机理以及基体材料力学特性对泡沫宏观力学行为的影响。数值计算采用二阶空间Timoshenko梁单元模拟开孔泡沫支柱，建立了满足周期性边界条件的有限元模型。