斜爆轰发动机的推力性能理论分析

爆轰燃烧具有释热快、循环热效率高的特点. 斜爆轰发动机利用斜爆轰波进行燃烧组织, 在高超声速吸气式推进系统中具有重要地位. 以往研究主要关注斜爆轰波的起爆、驻定以及波系结构等, 缺少从整体层面出发对斜爆轰发动机开展推力性能分析. 本文将斜爆轰发动机内的流动和燃烧过程分解成进气压缩、燃料掺混、燃烧释热和排气膨胀4个基本模块并分别进行理论求解, 建立了斜爆轰发动机推力性能的理论分析模型. 在斜爆轰波系研究成果的基础上, 选取了过驱动斜爆轰、Chapman?Jouguet斜爆轰、过驱动正爆轰和斜激波诱导等容燃烧等4种燃烧模式来描述燃烧室内的燃烧释热过程, 并对比分析了不同燃烧模式对发动机比冲性能的影响. 此外, 还获得了不同来流参数、燃烧室参数和进排气参数等对发动机推力的影响规律, 发现来流马赫数和尾喷管的膨胀面积比是发动机理论燃料比冲的主要影响因素. 最后, 结合以往关于受限空间内斜爆轰波驻定特性等方面的研究成果, 提出了斜爆轰发动机燃烧室的设计方向.      

关于位移法计算有侧移斜梁的研究

针对用位移法计算有侧移斜梁时遇到的几个问题进行了研究，利用运动学原理对斜 梁位移进行分析，采用力法对几种常见载荷作用下的斜梁进行理论推导，得到了几 个重要结论: 一是斜梁的侧移计算公式，二是一端固定、一端定向支承(支杆与斜梁斜交时)的有侧移单 跨斜梁的转角位移方程、固端弯矩分别与两端固定支承的水平梁的相同，所以计算此类斜梁 时可以按两端固定支承的单跨水平梁处理.     

考虑剪切变形效应的受竖向集中荷载作用的单跨斜梁研究

为解决中、小跨径斜梁结构分析中采用初等梁理论而不考虑剪切变形的影响而导致计算挠度偏小的问题,基于Timoshenko深梁理论的力法及图乘法,推导了考虑剪切变形影响的单跨斜深梁在竖向集中荷载作用下的内力和变形计算公式,并用有限元软件对所推导的计算公式进行了验证。结果表明:本文理论解析结果与有限元结果吻合较好,证明了本文理论公式的正确性。通过对标准A型单跨斜箱梁桥的跨径比、斜交角、平面形状等参数进行分析得到跨径越小、斜交角越大,剪切效应对斜梁挠度的影响越大;剪切效应对平行四边形斜梁的挠度影响最大,对等腰梯形斜梁的挠度影响最小;中、小跨径斜梁桥挠度计算时应采用考虑剪切变形影响的Timoshenko深梁理论,否则会低估挠度结果;所推导的斜深梁桥内力与变形计算公式能方便设计人员的使用,有助于推动斜梁桥计算理论的深化和拓展,丰富了斜梁桥的计算方法。     

斜圈弹簧力学性能的有限元分析

斜圈弹簧在医疗器械、高压开关、汽车工业等领域应用广泛. 但其结构特殊, 受力复杂, 目前尚无有效的理论计算方法得出其载荷位移曲线, 只能通过数值仿真的方法研究其力学性能. 利用有限元软件ANSYS参数化建立环形斜圈弹簧有限元模型, 通过对模型的分析求解, 得出了其主要参数线径、节距、倾斜角与斜圈弹簧力学性能之间的关系. 研究了斜圈弹簧工作状态下的受力变形情况, 计算分析结果为斜圈弹簧的优化设计和合理应用提供了理论依据.     

压力容器斜接管区域应力状态的实验研究

压力容器接管区域应力场的获得是压力容器强度分析和结构设计的基础。本文采用实验研究的方法,对压力容器斜接管区域的应力状态进行分析研究。根据实验研究的目的,按照工程设计标准设计、制造了一台大型带有两个斜接管压力容器的实验模型,进行了实验方案设计,采用电测法进行了容器斜接管区域的应力测试,在实验数据科学、合理处理的基础上,获得了容器斜接管区域的应力状态和分布规律。实验研究结果表明,容器斜接管锐角侧、钝角侧和相贯线最低点都存在着较大的局部应力,且锐角侧的局部应力数值最大,但是相贯线上的局部应力影响范围较小。     

爆炸载荷下板条边界斜裂纹的动态扩展行为

为了研究爆炸应力波作用下板条边界斜裂纹的动态扩展行为,首先分析了爆炸应力波在含边界斜裂纹板条中的传播,其次采用动态焦散线实验方法,进行了爆炸载荷下板条边界斜裂纹扩展规律的实验研究.研究结果表明,爆炸应力波作用下,板条试件边界斜裂纹的扩展过程中,裂纹扩展速度、扩展加速度和裂尖动态应力强度因子随时间波动变化,扩展速度最大值...     

斜梁在热状态下非线性振动分岔

利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ原理及Ｍｅｌｎｉｋｏｖ函数法研究了斜梁在热状态下的非线性振动分岔,并讨论分析了温度、长高比、倾斜角对斜梁发生混沌运动区域的影响．     

高速弹丸诱导斜爆轰激波结构实验研究

斜爆轰推进系统在高超声速推进领域具有广阔的应用前景,其释热迅速、比冲高、燃烧室结构简单的优点吸引研究人员的持续关注.然而,斜爆轰的地面试验同时涉及到高速试验环境模拟、燃料与氧化剂混合、高温燃烧流场结构测量等技术难点,当前国内外系统的试验研究仍然十分有限,难以支撑斜爆轰发动机的研制.为了研究自持传播的斜爆轰激波结构与波面流动特性,基于爆轰驱动二级轻气炮开展了高速弹丸诱导斜爆轰实验研究,使用直径30 mm球头圆柱形弹丸发射进入充满氢/氧可燃混合气体的实验舱中以起爆斜爆轰波,并采用两种阴影技术对实验流动结构进行测量.实验中在不同速度、不同充气压力下观察到三种弹丸诱导激波结构,即激波诱导燃烧、弹丸起爆爆轰波和相对弹丸驻定的斜爆轰波,实验舱充气压力下降则会造成爆轰横波尺度增加与波面流动失稳.实验中,斜爆轰激波角与理论分析结果吻合较好,弹丸气动不稳定带来较大的弹丸攻角会对激波角测量带来一定偏差.通过对斜爆轰波波面法向传播速度的测量发现,随着远离弹丸,斜爆轰传播速度由弹丸飞行速度衰减至接近实验气体CJ速度,弹丸速度的降低会加速斜爆轰波传播速度的衰减.     

四边简支运动斜板热弹耦合稳定性研究

以四边简支运动斜板为模型,分析量纲为一的运动速度、长宽比、斜板角度以及热弹耦合系数等参数对运动斜板稳定性的影响.基于弹性薄板小挠度弯曲理论,利用Hamilton原理建立四边简支运动斜薄板的微分方程,采用微分求积法建立热弹耦合斜板的特征方程并进行求解,得到四边简支热弹耦合运动斜薄板的前三阶模态量纲为一的复频率随运动速度的...     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

斜交板梁桥的有限单元算法

借助斜坐标与直角坐标的关系,构造了斜交板梁单元的位移函数,由此提出了斜交板梁桥的实用有限单元算法。     

Natural frequencies and mode shapes of statically deformed inclined risers

We investigate numerically the linear vibrations of inclined risers using the Galerkin approach. The riser is modeled as an Euler–Bernoulli beam accounting for the nonlinear mid-plane stretching and self-weight. After solving for the initial deflection of the riser due to self-weight, we use a Galerkin expansion employing 15 axially loaded beam mode shapes to solve the eigenvalue problem of the riser around the static equilibrium configuration. This yields the riser natural frequencies and corresponding exact mode shapes for various values of inclination angles and tension. The obtained results are validated against a boundary-layer analytical solution and are found to be in good agreement. This constitutes a basis to study the nonlinear forced vibrations of inclined risers.     

Two-to-one internal resonance of an inclined marine riser under harmonic excitations

Nonlinear Dynamics - In this paper, we study the two-to-one internal resonance of an inclined marine riser under harmonic excitations. The riser is modeled as an Euler–Bernoulli beam...     

Nonlinear dynamics of an inclined beam subjected to a moving load

In this paper, the nonlinear dynamic response of an inclined pinned-pinned beam with a constant cross section, finite length subjected to a concentrated vertical force traveling with a constant velocity is investigated. The study is focused on the mode summation method and also on frequency analysis of the governing PDEs equations of motion. Furthermore, the steady-state response is studied by applying the multiple scales method. The nonlinear response of the beam is obtained by solving two coupled nonlinear PDEs governing equations of planar motion for both longitudinal and transverse oscillations of the beam. The dynamic magnification factor and normalized time histories of mid-pint of the beam are obtained for various load velocity ratios and the outcome results have been illustrated and compared to the results with those obtained from traditional linear solution. The appropriate parametric study considering the effects of the linear viscous damping, the velocity of the traveling load, beam inclination angle under zero or nonzero axial load are carried out to capture the influence of the effect of large deflections caused by stretching effects due to the beam’s immovable ends. It was seen that quadratic nonlinearity renders the softening effect on the dynamic response of the beam under the act of traveling load. Also in the case where the object leaves the inclined beam, its planar motion path is derived and the targeting accuracy is investigated and compared with those from the rigid solution assumption. Moreover, the stability analysis of steady-state response for the modes equations having quadratic nonlinearity was carried out and it was observed from the frequency response curves that for the considered parameters in the case of internal-external primary resonance, both saturation phenomenon and jump phenomenon can be predicted for the longitudinal excitation.     

Large deflection of flexible tapered functionally graded beam

In this paper the semi-analytical analyses of the flexible cantilever tapered functionally graded beam under combined inclined end loading and intermediate loading are studied.In order to derive the fully non-linear equations governing the non-linear deformation,a curvilinear coordinate system is introduced.A general non-linear second order differential equation that governs the shape of a deflected beam is derived based on the geometric nonlinearities,infinitesimal local displacements and local rotation concepts with remarkable physical properties of functionally graded materials.The solutions obtained from semi-analytical methods are numerically compared with the existing elliptic integral solution for the case of a flexible uniform cantilever functionally graded beam.The effects of taper ratio,inclined end load angle and material property gradient on large deflection of the beam are evaluated.The Adomian decomposition method will be useful toward the design of tapered functionally graded compliant mechanisms driven by smart actuators.     

基于弹性理论的顺层边坡失稳破坏力学模型分析

在分析顺层边坡受力状况的基础上,当边坡的坡脚未被破坏时,将顺层边坡视为弹性地基上的悬臂梁,由此提出其失稳破坏的力学模型。应用弹性理论求出在力作用下悬臂梁的应力状态,并根据摩尔-库伦准则,导出可判定其稳定性的安全系数计算公式,得出了顺层边坡处于极限平衡状态极限长度。同时通过实例计算,将文中方法与应用突变理论所得结果对比,验证了本文方法的可行性。     

基于修正压力场理论的再生混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

基于修正压力场理论分析有腹筋再生混凝土梁的剪切破坏机理,建立了更接近有腹筋再生混凝土梁实际受力的抗剪模型,并通过考虑再生骨料有效粒径和受箍筋作用下的裂缝宽度与构件裂缝处应力的联系,分析了再生骨料咬合力对梁斜截面抗剪性能的影响,提出了再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法.此外,本文将理论结果与课题组自制的6根再生混凝土梁...     

零泊松比手风琴蜂窝等效模量

柔性蒙皮是变形机翼和风力机叶片的关键组成部分。一维变形的柔性蒙皮不仅要求其支撑结构具有良好的面内变形和面外承载能力,还需要具有零泊松比特性。手风琴蜂窝具有零泊松比特性,可用作一维变形柔性蒙皮支撑。为全面分析其面内外弹性变形特性,综合考虑结构的内力弯矩、轴力和剪力,通过卡氏第二定理对其x向等效弹性模量和x-y面内等效剪切模量进行了推导;利用最小余能原理和最小势能原理确定了x-z面内的等效剪切模量;此外还推导了其y和z向的等效弹性模量以及y-z面内的等效剪切模量;然后通过ANSYS有限元仿真对等效模量理论公式进行了验证;最后将本文理论模型与现有模型进行了比较。结果表明,理论公式和有限元仿真吻合较好,在结构设计时采用较大的斜梁高度系数h和斜梁间距系数g,较小的厚度系数t以及较大的竖直梁厚度系数η,有望获得具有较小面内刚度和较大面外刚度的手风琴蜂窝结构。该结果可用于手风琴蜂窝面内外等效模量的快速预测,为一维变形柔性蒙皮的结构设计提供相应的参考。此外,本文理论模型相比传统模型更为精确且具有更加广泛的应用范围。