基于压缩特性曲线的密封结构简化计算方法

飞机舱门以及机身口盖的密封结构对于气动外形以及机舱的气密性非常重要,然而不恰当的密封结构设计,会引起密封性欠缺或者气动表面齐平度不佳的问题。由于常用的密封结构变形分析方法涉及到材料非线性以及接触计算,导致分析过程需要消耗巨大的计算成本。通过对密封件的压缩特性曲线拟合,并依据最小位能原理,可以构建出带有密封件加载特性的简化单元。利用商业软件以及简化单元分别对密封结构案例进行分析,结果表明简化单元在提高密封结构变形计算效率的同时,计算结果具有较好的精度,且计算精度与曲线的拟合优度相关,可以应用于舱门结构有限元分析,具有一定的工程应用价值。     

钢帘线拉拔液润滑特性研究

本文中针对钢帘线拉拔过程中出现的断丝原因进行了分析. 同时，对两种拉拔液的润滑性能进行了研究. 分别使用三维白光表面形貌仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱对摩擦副的表面形貌、表面微观结构和表面成分进行了分析，并讨论了两种拉拔液的润滑机理，以及对断丝和与橡胶粘附性的影响.      

管道封堵机器人的大变形橡胶筒静态密封特性仿真与试验研究

在管道封堵机器人中大变形橡胶筒是实现密封的核心部件，其在使用中常出现密封失效和撕裂失效等问题.为了明晰上述原因和解决问题，本文中研究了不同橡胶材料以及不同橡胶筒轴向长度、径向长度和倾斜边角等结构参数对管道封堵机器人的静态密封特性影响.基于橡胶材料的高弹性和大变形特性，进行了橡胶筒的多阶段变形力学分析.对橡胶材料进行单轴拉伸压缩试验，得到橡胶材料的本构关系参数.建立管道封堵机器人橡胶筒密封特性分析的有限元计算模型，通过多因素分析方法，获得橡胶筒关键结构参数的最优方案.并设计了室内试验来进一步确定最优橡胶筒材料.研究结果表明集中在橡胶筒肩部的应力直接影响橡胶筒的形变损伤.经过橡胶筒的密封效果对比分析后得出最优的橡胶筒结构为轴向长度180 mm、径向厚度55 mm、倾斜边角28°，橡胶材料硬度为85 HA.     

大变形软材料接触摩擦的在线测试装备与技术分析

我国高档密封件与液压件产品几乎全部依赖进口,国家重大技术装备及国防装备等配套零部件行业的许多问题与摩擦学有十分重要的关系,基础件摩擦学又是国际上的研究热点与发达国家的竞争高地. 在本文中阐述了国内外关键机械零部件的接触界面原位在线测试的研究进展,及其在大变形软材料密封系统中的应用,综述了摩擦润滑中迁移状态实时在线观测技术、聚合物密封界面在线观测技术和国内在摩擦过程的微区域原位研究等进展,还分析了特殊与极端工况条件下大变形聚合物密封的性能测试、可靠性寿命分析以及多工况联合测试的技术进展,分析和讨论了高性能密封件行业的基础共性难题,最后进行了总结与展望.      

空间薄膜阵面结构褶皱的实验研究

阵面薄膜上的褶皱会显著影响航天器性能,褶皱控制也是薄膜航天器研发的难点。本文采用白光扫描技术,测试了一个正方形薄膜阵面结构在纯剪切作用下的褶皱特性。测试结果显示,随着剪切力的增大,结构膜面褶皱数增加,褶皱幅度增大,膜面平整度降低。随着膜面预应力的增大,膜面上的褶皱数略有增大,褶皱幅度有所减小,膜面平整度有所提高。测试结果还显示,膜面上粘结缝的存在、以及粘结缝与剪切力间的方位关系对膜面褶皱有复杂的影响。论文所得结论对薄膜阵面结构设计研发具有参考价值。     

大环径比O形金属橡胶密封件的疲劳力学特性及试验研究

金属橡胶内部线匝之间相互咬合钩联,形成非常复杂的空间网状结构,是一种累积损伤的材料,而金属橡胶密封件除了内部线匝还有外包覆,因此常规金属疲劳理论无法适用. 以O形金属橡胶密封件作为研究对象,搭建疲劳损伤试验,选取耗能ΔW,损耗因子η和损伤因子D作为疲劳损坏评判指标,开展大环径比O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究和疲劳寿命试验,采用控制变量法研究加载振幅、激振频率、孔隙度对金属橡胶疲劳磨损和疲劳寿命的影响. 研究结果表明:金属橡胶密封件的迟滞回线呈现明显的“柳叶状”,并且在15万次振动周期前耗能能力有所下降;金属橡胶密封件的刚度随着孔隙度的减小而增加,试验样件的疲劳损伤随着孔隙度的减小而增加;加载振幅的增加会不同程度地加剧金属橡胶密封件的疲劳磨损,试验内容填补了O形金属橡胶密封件疲劳寿命性能研究的空白,为金属橡胶密封件的疲劳寿命研究提供一定的基础.      

对角受拉方膜褶皱变形幅值的理论预测及实验验证

柔性薄膜结构广泛应用于航天飞行器的关键部件.形面平整度是影响薄膜结构性能的主要因素之一.褶皱幅值是评价薄膜反射面天线形面平整度的重要指标.褶皱幅值的大小与垂直于褶皱方向的横向应变密切相关.本文基于薄板稳定性理论,针对对角受拉方形薄膜建立了一个能够准确预测其褶皱变形幅值的理论模型.该模型考虑了横向拉伸力对薄膜变形的影响,将垂直于褶皱方向的位移分解为由泊松效应造成的横向收缩位移、由面外变形造成的褶皱位移以及由横向拉伸力造成的拉伸位移三个部分,重新推导了褶皱幅值的理论公式.基于数字图像相关技术,对受拉方形薄膜进行了散斑实验测试.利用双目视觉三维测量系统,测量了方形薄膜的三维位移场,获得了薄膜的三维变形形貌和褶皱波形图,研究了褶皱幅值与拉伸载荷之间的非线性关系.与已有理论模型相比,该模型进一步提高了褶皱幅值的计算精度,与实验结果吻合良好.本文呈现的理论研究可为精确数值模型的建立及算法实现提供有意义的指导.     

对角受拉方膜褶皱变形幅值的理论预测及实验验证

柔性薄膜结构广泛应用于航天飞行器的关键部件.形面平整度是影响薄膜结构性能的主要因素之一.褶皱幅值是评价薄膜反射面天线形面平整度的重要指标.褶皱幅值的大小与垂直于褶皱方向的横向应变密切相关.本文基于薄板稳定性理论,针对对角受拉方形薄膜建立了一个能够准确预测其褶皱变形幅值的理论模型.该模型考虑了横向拉伸力对薄膜变形的影响,将垂直于褶皱方向的位移分解为由泊松效应造成的横向收缩位移、由面外变形造成的褶皱位移以及由横向拉伸力造成的拉伸位移三个部分,重新推导了褶皱幅值的理论公式. 基于数字图像相关技术,对受拉方形薄膜进行了散斑实验测试. 利用双目视觉三维测量系统,测量了方形薄膜的三维位移场, 获得了薄膜的三维变形形貌和褶皱波形图,研究了褶皱幅值与拉伸载荷之间的非线性关系. 与已有理论模型相比,该模型进一步提高了褶皱幅值的计算精度, 与实验结果吻合良好.本文呈现的理论研究可为精确数值模型的建立及算法实现提供有意义的指导.      

弹尾弹射装置间隙密封的火药气体动力学

针对弹尾开孔安装用于侵彻数据回收的弹射装置后,存在的弹射间隙会使弹体内的测试装置受到火药气体侵蚀破坏的问题,设计了间隙密封结构,对流经间隙的火药气体进行了气体动力学的建模分析,并对密封结构进行了膛压和密封空腔压强测试。结果表明:火药燃烧产生的气体为可压缩性气体,在药室和收缩的间隙通道中为亚声速流动状态,而在扩张的密封空腔中为超声速流动状态;在弹底火药气体温度为2 166.5 K、密度为360 kg/m3、压强为242.9 MPa的条件下,经过密封装置的密封后,密封空腔内的残余气体压强为0.49 MPa。试验所得密封空腔内的最大压强为0.18 MPa,与模型计算结果基本吻合。     

回转体三维扫描形貌测量及其应用

本文提出一种测量三维形貌的扫描系统,该系统可被用于测量回转体的三维形貌。激光光刀被投射在被测物体表面,由于被测物体表面的形貌而改变了光刀的弯曲方式,摄像机将变形后的图像采集到计算机中。当被测物体放置在转台上旋转一周时,相应的一系列光刀变形的图片被采集到计算机中,这一系列图片包含了物体表面形貌的全部信息。通过连续扫描采集系列图片并计算,最终可以获得整个被测物体的三维形貌。当被测物体直径在一百毫米左右尺寸范围内的测量灵敏度可到0.01mm,其它尺寸范围要更换成像系统,才能达到相应的灵敏度。本文给出了两个较为复杂模型的三维形貌测量结果。该结果表明,本系统在对回转体表面形貌的测量方面具有一定的技术难度和广泛的工程需求,本文的研究具有重要的参考价值。     

应用SR—CT技术研究陶瓷材料的孔隙结构及密度分布

采用同步辐射X射线对烧结后的工程结构陶瓷材料进行投影成像，应用断层成像技术进行内部结构三维图像重建，获得了材料内部微结构和微缺陷尺寸大小、分布和界面形貌图像，由此计算出陶瓷材料的孔隙率及密度分布。     

器件表面形貌及粗糙度检测

本文基于光学计量技术及扫描显微技术,从结构和器件的表面轮廓和粗糙度两个参数入手,介绍表面高度起伏从厘米到原子级水平的检测和分析中的一些重要方法,如适用于表面起伏从厘米到微米量级的结构光投影方法、表面起伏从毫米量级到亚微米量级的相干光形貌测试技术,以及从亚微米到亚纳米水平的光散射技术和扫描显微表面形貌与表面粗糙度测试技术等,并讨论各种尺度下表面的表征方式和检测参数。最后结合散斑统计分析技术,应用局域散斑场强度统计平均和散斑场自相关函数计算,给出了某战斗机机体蒙皮材料在环境应力腐蚀条件下表面粗糙度(范围从0.025微米到0.7微米)随腐蚀介质温度、腐蚀时间等参数的检测和分析结果。     

套管磨损三维表面形貌恢复及其机理分析

在DCWT-1000型套管摩擦磨损试验机上进行了套管摩擦磨损试验,研究深井、超深井中"冲击-滑动"复合磨损对套管磨损行为的影响,采用三维表面形貌测试仪、光学显微镜及扫描电子显微镜观察分析了在不同载荷条件下套管磨损表面的微观结构和表面形貌,在此基础上对套管磨损表面进行了三维恢复并计算套管磨损表面的主要形貌参数,探讨了套管磨损表面的磨损机理.结果表明:套管的磨损性能与载荷有关;在不同载荷条件下,套管磨损表面的三维形貌具有不同特点,且主要的表面形貌参数与载荷呈现出较好的相关性,证明了三维形貌分析方法能够真实反映套管磨损表面的情况;当冲击载荷和频率不大时,套管的磨损机制以磨粒磨损为主,兼有粘着磨损,随着冲击载荷和频率增加,套管磨损表面出现明显粘着剥落和疲劳剥落迹象,并出现疲劳裂纹扩展和连通,套管的磨损机制向粘着磨损和疲劳磨损转化,磨损趋向严重.     

基坑围护结构空间分析软件包的研制

对深基坑围护结构采用简化的;空间计算模型,即土体按平面问题分析,围护支撑结构空间问题分析。计算程序使用三维杆系有限元分析,在程序中设置了子结构模块,并为计算程序配置了前后处理程序,可在５８６微机上运算多道内支撑的大型深基坑。     

γ射线辐照对机械密封用烧结材料性能的影响

使用不同剂量γ射线对拟用于核电领域机械密封的3种热压烧结材料进行辐照处理，测试了不同辐照条件下材料的热物理性能和力学性能. 使用Plint TE-92摩擦磨损试验机模拟机械密封实际工况进行盘-盘摩擦试验，测试了相同材料自配副的摩擦磨损性能，并采用扫描电子显微镜(SEM)和ZYGO白光干涉仪等表征分析方法，研究了辐照条件对材料微观组织形貌和摩擦磨损机理的影响. 结果表明:本文中γ射线辐照剂量对烧结材料的组织形貌和物理、力学性能影响较小. 在水润滑条件下，烧结材料自配副的摩擦系数为0.04~0.06，没有出现明显的磨损情况，辐照对材料的摩擦磨损性能没有明显影响.      

基于三维数字图像相关的三维形貌拼接研究

三维数字图像相关(DIC)方法已在众多工程技术领域中得到了日益广泛的应用.当该方法用来测试表面曲率较大的物体的变形时,受双相机之间夹角的限制,不能实现全场的三维形貌测量.采用在两个(及以上)不同位置拍摄,分别得到被测物的局部形貌,然后用三维DIC算法计算局部坐标系之间的坐标变换关系,将局部形貌转换至同一坐标系下并拼接得到被测物全场三维形貌.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

一种超弹性合金密封体的实验研究

封隔器是油田采油工程中广泛使用的井下工具,长期以来都是以橡胶作为封隔器的密封件。本文简要列举了目前油田开发生产中使用的封隔器所存在的主要问题。将超弹性合金材料引入封隔器领域,是解决橡胶材料密封件所存在问题的新途径。通过对NiTi超弹性合金材料特性的简要介绍,及对其力学性能所进行的试验研究,论证了这种材料替代橡胶用做封隔器密封件的可行性。在室内试验获得的认识和得到的结论基础上,设计和研制了相应的小样和原形试件,并在尽量与油田现场生产相近的环境下进行了一系列的实验和模拟,分析和探讨了超弹性合金密封件损伤破坏机理,对封隔器和密封件的结构设计提出了若干建议,为这种新型的金属封隔器和超弹性合金密封件的工程应用提供了依据。     

扫描电镜下断口表面的三维重建及分形维数的测量

基于数字散斑相关方法,利用扫描电镜立体对技术和计算机视觉方法实现了物体表面的三维重建,讨论了影响其精度的原因,并且利用分形理论对表面的三维形貌进行了定量分析,由立方体覆盖法得到了三维形貌的分形维数.作为应用的实例,将该方法应用到岩石断口的三维重建中,得到了重建后的高度云图和分形维数.结果表明,利用扫描电镜立体对技术对断口表面进行三维重构并进行分形维数的计算是一种行之有效的断口定量分析方法.这为研究材料断裂的微观机理、断裂过程和断裂性质等问题提供了一种途径.     

飞机复合材料气密舱门布局和铺层的两级优化设计

针对飞机复合材料气密舱门的轻量化设计,提出了一种两级优化方法。第一级优化方法以结构应变能最小为目标,对横向加强筋的相对位置进行布局优化;在第一级优化结果的基础上,第二级优化方法借助于等效弯曲刚度法和遗传算法,以舱门强度、刚度和复合材料失效准则为约束条件,进行内外蒙皮、环框和横向加强筋的铺层优化;通过两级之间的迭代,最终得到结构布局和铺层的最优方案。对某个型号飞机舱门的优化结果表明:布局优化后舱门最大位移和最大应力分别降低了22.7%和11.2%,舱门刚度和强度得到了明显的改善;铺层优化后舱门质量降低了7.69%。本文研究为复合材料气密舱门实现结构减重提供了一种有效的方法。     

WSe2纳米结构的合成及减摩性能研究

将W粉和Se粉按一定比例混合,直接密封在石英管中加热或高能球磨、压片,在Ar气氛中加热,得到了不同形貌的WSe2纳米结构.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM、HRTEM)分析了WSe2纳米结构的组成、微观形貌和组织形态;利用UMT-2摩擦试验机考察了WSe2作为HVI500液体基础油添加剂的摩擦磨损性能.研究结果表明:直接密封加热得到的产物为棒状WSe2纳米材料,最小棒直径为6 nm;球磨、压片后加热得到WSe2纳米颗粒,颗粒的平均尺寸在50 nm以下,二者都具有层状结构和良好的结晶性.添加质量分数5%的WSe2纳米材料作为基础油添加剂能够显著降低摩擦系数,减少磨损,增强了材料抗疲劳磨损能力.