浮子密封的一种新方法

针对某液浮陀螺浮子胶接密封存在的不足之处,本文提出了焊接密封的设想;分析了焊接密封的主要技术难点;探讨了真空电子束焊接进行浮子密封的可能性。在此基础上对浮子的结构进行了改进,进行了电子束焊接的试验。结果表明,电子束焊接能较好地实现陀螺浮子的密封。     

一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计

针对三浮陀螺在单表测试和惯性平台标定过程中陀螺姿态变化时浮子跑动距离远、等待恢复时间长而影响平台标定快速性的问题,提出了一种提升三浮陀螺标定快速性的磁悬浮结构优化设计。在分析浮子的运动规律的基础上建立了浮子动力学模型和径向磁悬浮最小电磁力设计模型,并在现有约束条件下对径向磁悬浮进行电磁结构优化,提升其力能特性。实验结果表明,优化后浮子跑动距离由5μm减小到0.2μm以内,浮子回中等待时间由60 s缩短至10 s以内。在相同的标定环境下,陀螺姿态变换到位置后120 s开始采数,标定精度同比提高了约1个数量级,预计可以节约平台标定等待时间6～8 min,有效提高了三浮陀螺仪的标定快速性。     

太空环境压力变化对液浮陀螺性能的影响分析

对太空气压变化影响液浮陀螺性能的机理进行了理论分析,然后利用有限元分析法对陀螺仪在压力变化时浮子产生的变形进行了计算.明确了压力变化对陀螺仪结构件变形的影响程度,并从几个对陀螺仪漂移产生影响的主要方面进行了深度分析,得知压力变化导致浮子的结构变形是陀螺仪性能变化的主要因素,其中框架的变形引起的陀螺漂移达0.3((°)·h-1),g.最后通过对某型陀螺仪进行压力变化试验,验证了分析结果的正确性.此外还对陀螺仪进行了封闭波纹管的实验.得出结论:采用相对厚实的结构,刚度较大、稳定性好的材料可大大提高陀螺仪对环境的适应性,另外还可以给陀螺仪装上对外界环境的密封隔离装置.     

加速度计相关误差模型辨识

本文讨论陀螺加速度计输出误差与陀螺加速度计各回路状态变量间的相关误差模型的辨识方法。陀螺加速度计各回路的状态变量包括:伺服回路引出的浮子的倾角,磁悬浮回路引出的浮子的轴向位移与径向位移信号、陀螺摆壳体组件内的热敏电阻引出的浮子的环境温度信号、以及陀螺马达的激磁电压等。文章首先介绍了辨识陀螺加速度计输出残差与各回路状态变量的相关误差模型ARMAX(n,m,p)的辅助变量法与相关估计法,然后进行了仿真实验,最后应用实际测量得到的陀螺加速度计输出与状态变量数据,给出了实验结果。实验结果表明,本文介绍的相关误差模型辨识方法是可行的。     

基于结构设计的陀螺加速度计温度系数补偿方法

针对液浮陀螺加速度计内部温度变化对仪表性能影响明显的问题,通过降低仪表一次项温度系数来减小仪表误差。首先分析液浮陀螺加速度计一次项温度系数的作用机理和计算方法,提出了一种基于结构设计的温度系数补偿方法：在浮子结构上去除一定量的体积,调整浮子的质心和浮心到中心的距离,使得浮油产生的浮力随温度变化,补偿仪表摆性温度变化率和角动量温度变化率的不匹配量。其次对某型陀螺加速度计浮子结构进行补偿设计,并对补偿前与补偿后的温度系数进行实验验证,温度系数由补偿前的-1.04×10^-5/℃降低至补偿后的9.39×10^-7/℃。实验结果表明,在同等温控精度条件下,采用结构设计补偿温度系数的方法可将温度系数降低一个数量级,这对液浮陀螺加速度计的精度提升具有一定的工程应用价值。     

三浮陀螺有源磁悬浮系统力学模型分析

有源磁悬浮系统在高过载条件下的工作状态,是影响三浮陀螺和平台系统使用精度的关键因素。针对此问题,分析磁悬浮系统加力的作用机理,对系统的力学模型进行研究。从刚体动力学基本方程出发,以三浮陀螺浮子组件为研究对象,建立了浮子5个受控自由度的动力学关系和浮子运动的状态方程。然后对瞬时冲击力、阶跃常值力和简谐变化力作用下浮子运动规律的进行了分析和计算。仿真结果表明,当三种过载同时作用在浮子上时,磁悬浮系统在闭环状态下浮子位移的稳态值为2.12?m,即浮子最终停在线性区的边缘,不会碰到轴尖,因此不会影响仪表的精度和可靠性。但由于加力的刚度比较小,系统的过渡时间比较长。     

液浮陀螺仪浮子迟滞试验检测方法

由于液浮陀螺仪常规测试方法偏重于正常陀螺性能参数的测试以及试验条件脱离实际使用状态,常使存在缺陷的陀螺无法准确筛选出来.为了弥补液浮陀螺仪常规测试方法不足,提高陀螺仪的检测可靠性,在常规试验的基础上增加了浮子迟滞试验.对浮子迟滞试验检测技术从试验机理和技术实现上进行了较为详细的分析和研究.在力矩反馈测试系统反馈放大器的输入端施加高精度三角波信号,在陀螺仪浮子沿输出轴在选定的角度范围内周期性缓慢匀速摆动过程中完成了陀螺力矩、阻尼力矩、角弹性力矩、常值干扰力矩及摩擦型干扰力矩的检测.利用浮子迟滞试验技术在液浮陀螺仪多余物检测以及最佳工作温度优选方面取得了很好的实用效果,是提高陀螺仪性能检测可靠性和故障定位准确性的一种关键检测技术.     

4J32芯轴式环圈骨架对光纤陀螺性能的改善

应力和温度是影响光纤陀螺特性的两个重要因数,环圈骨架是它们对光纤环施加影响的载体。本试验所制作的4J32芯轴式环圈骨架具有良好的热对称结构,低的热导率,以及几乎与光纤纤芯一致的热膨胀系数,所以它不仅可以降低光纤环轴向温度梯度,减小光纤环整体的温度梯度变化率,而且也能有效地减小环圈骨架和光纤环之间因热膨胀不一致导致的热应力对陀螺的影响。通过理论和有限元分析,结合多个光纤环样本的试验,可以看到:4J32芯轴式环圈骨架相对铝材料的骨架,其对陀螺的整体性能有将近一倍的改善作用。     

铍铝合金在提高光纤陀螺动态性能方面的应用

光纤陀螺在应用环境确定的振动条件下保持输出精度是光纤陀螺工程化的必然要求,结构材料的选择直接影响输出精度。从陀螺结构的振动性能理论分析出发,将铍铝合金材料应用在轻小型光纤陀螺的关键结构设计中,通过建立有限元模型并仿真铍铝合金结构陀螺的振动性能,陀螺可满足谐振点大于2 k Hz的要求。加工、装配了铍铝结构实验样机(精度要求0.1(°)/h)并进行了多次10 Hz~2 k Hz正弦扫频振动实验。扫频过程中振动传感器未检测到结构的谐振,陀螺输出零位偏置变化0.04(°)/h,噪声水平与振动前后相当。结果表明铍铝合金材料优良的特性满足轻小型光纤陀螺振动性能要求,在严格重量约束下能降低结构设计难度,符合航空航天领域对惯性仪表质量苛刻的要求。     

三浮陀螺仪径向有源磁悬浮位置检测建模与优化设计

针对三浮陀螺仪有源磁悬浮系统位置检测精度低,制约了陀螺浮子高精度悬浮目标的实现,陀螺精度的进一步提升受到了限制这一问题,结合陀螺磁悬浮的应用环境和结构特点,建立了八极式外转子径向磁悬浮元件的位置检测数学模型。基于该模型对元件设计的核心参数绕组匝数、定子外径、零位气隙等进行了优化,使元件在-15～15?m区间内位置检测灵敏度提高了23%,非线性误差降低16%。在此基础上对有源磁悬浮的控制算法进行了调整。仿真与实验结果表明优化后径向磁悬浮输出力学性能有所提升,在输出轴向上和马达轴向上两种姿态下陀螺固定位置漂移平均减小30%～50%,提出的建模与优化设计方法有效地提高了三浮陀螺精度。     

强爆炸冲击波作用下天线结构的离散变量优化设计

首先建立了强爆炸冲击波作用下天线结构受精度和应力约束的连续变量优化设计数学模型 ;其次 ,根据材料特点 ,将设计变量取为离散变量 ,提出了天线结构在强爆炸冲击波作用下受精度和应力约束的离散变量优化设计数学模型。采用离散变量优化算法离散复合形法 ,对强爆炸冲击波作用下的 8m天线进行了优化计算。结果表明 ,经优化设计后 ,天线重量仅为初始重量的 4 0 %。     

Thermal stress intensity factor for functionally gradient half space with an edge crack under thermal load

Summary The aim of this work is to investigate the thermal stress intensity factor of a functionally gradient half space with an edge crack under a steady heat flux. All material properties of the functionally gradient half space, except for the coefficient of linear thermal expansion, are exponentially dependent on the distance from the boundary of the plate. The coefficient of linear thermal expansion is assumed to be two-dimensionally dependent. The problem is reduced to a singular integral equation by using the Fourier transform. The thermal stress intensity factor versus the nonhomogeneous material parameters is calculated and represented in figures. The numerical results show that thermal stress intensity factor is dramatically decreased when the material nonhomogeneous parameters are appropriately selected.     

THERMAL SHOCK PROTECTION BASED ON MICROTUBE AND MICROPOST ARRAY SURFACE

针对核电站核泵主轴、管道系统等高温环境下工作的部件受冷却水热冲击而容易出现裂纹的问题,提出通过表面微结构设计,利用水低热扩散率的特性,在被热冲击表面产生隔热水膜,从而降低瞬态热冲击过程中表层结构的热应力,防止结构热疲劳损伤. 针对这一设想,采用有限元与无限元相结合的办法,解决热应力分析的多尺度问题. 利用COMSOL多场耦合分析软件,对瞬态热冲击条件下,表面微结构的温度场与热应力分布进行分析,研究了冲击时间、微结构几何参数和流体黏性底层厚度等对微结构表面热冲击防护能力的影响. 研究发现,表面微柱或微管结构对降低短时间冷水冲击产生的表面热应力具有显著效果,同时在微结构与基底之间存在最优过渡曲面使表面热应力最小化.     

Thermal stresses analysis of ceramic/metal functionally gradient material cylinder

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣｅｒａｍｉｃ／ｍｅｔａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｙｇｒａｄｉｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ（ＦＧＭ）ｈａｓｇｒａｄｉｅｎｔｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ,ｓｏｉｔｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｎ...     

非稳态热应力测试及屈服后应力峰值的确定

在汽轮机调峰运行方式中,由于启动或负荷大幅度波动,都将在汽缸壳体等部件上产生较大的热应力。其应力分布非常复杂,而且有超过材料屈服应力的应力峰值。这些屈服后应力峰值的有效确定,直接关系到机组安全运行与寿命的正确评估。本文就调峰机组汽缸壳体热应力测试结果,根据工程塑性理论,进行了分析处理。讨论了导致汽缸翘曲变形和疲劳损伤的力学因素,为制定机组调峰运行控制指标,提供了力学试验依据。     

核爆X光辐照铝靶产生的脉冲应力波的简化解析估算

高空核爆炸大约有７０％的能量以Ｘ射线形式向外辐射，高能通量密度的Ｘ射线辐照在空间结构物上，在其表面的能量沉积将产生脉冲应力波（通常又称为热击波），这样的脉冲应力波可造成壳体材料的动力学破坏。对于试验研究人员来说希望采用简化解析模型对于其参数作出直观、快速的预测。并以简化模型估算了核爆Ｘ射线谱的特征、Ｘ光辐照铝靶产生的脉冲应力波的初始参数及其沿铝靶厚度的衰减特性。     

The coatings optimization of embedded fiber optical sensors under thermal and mechanical load

This paper studies the influence of coatings on the overall performance of the fiber-coating-host structure under thermal and mechanical load. The results demonstrate that the stress concentration near an embedded optical fiber highly depends on the properties and thickness of coating. Subject to the thermal and mechaincal load simultaneously, there exists optimal coating properties and thicknesses for a given host and fiber optical material that can reduce the stress concentration in the host material surrounding the fiber, or in the coating, or in the fiber itself.This paper is supported by Chinese National Natural Science Foundation.     

线圈隔热层对光纤陀螺温度误差的影响分析

针对温度变化所引起的光纤陀螺非互易相移误差,详细研究了隔热材料对减小热漂移误差的作用,并详细比较了使用不同厚度隔热层的光纤陀螺在相同变温历程下的热漂移误差大小以及达到热平衡状态所需的时间。仿真结果表明,当隔热层的厚度由0mm变化到4mm的过程中,热漂移误差的峰值由0.12(°)/h降低到了0.08(°)/h,同时达到热平衡的时间从2 520 s增加到了3 600 s。利用该仿真结果,可以在保证热启动时间满足条件的前提下找到一个最优的隔热层厚度,从而使热漂移误差的峰值最小。