固体推进剂裂纹摩擦热点形成细观模型分析

分析机械撞击载荷作用下复合固体推进剂内部裂纹摩擦形成热点过程。研究在压应力与剪切应力作用下闭合裂纹滑移、扩展、摩擦生热、热扩散、推进剂热分解及与气相产物相互作用。利用断裂力学、热传导、推进剂热分解动力学方法,建立裂纹摩擦热点细观模型。通过模型数值计算,探讨推进剂裂纹摩擦产生高温热点的过程和条件。分析计算表明裂纹摩擦和扩展可导致推进剂形成高温热点。     

储运条件下固体火箭发动机响应研究综述

储运条件下,固体火箭发动机主要经历温度载荷和振动载荷作用,药柱在瞬时作用下的应力应变集中或在长期作用时的性能退化均可能会影响其使用安全。区分固化降温、低温载荷和循环温度载荷3种情况,梳理分析固体火箭发动机在不同温度载荷下的响应变化特点和规律;区分公路运输载荷、舰载振动载荷和挂飞振动载荷3种情况,梳理分析固体火箭发动机在不同振动载荷下的响应变化特点和规律,并提出开展储运条件下固体火箭发动机响应研究的建议,为其在储运条件下开展结构完整性研究提供了参考。     

DIP引脚应变分析

为了研究双列直插式元件在振动冲击环境下的可靠性,首先通过建立其物理模型,利用莫尔积分方法对引脚的变形进行分析,可以得到引脚任意位置的变形量;而后建立元件的实体模型,利用有限元方法对其应力应变进行仿真分析,结果表明在外载荷作用下,引脚是元件的薄弱环节,尤其在引脚与其他部位连接位置处易出现应力集中使其应变量较大,导致可靠性降低;最后进行振动冲击环境下的应变测量试验,在30 g的冲击载荷下,引脚的最大变形量可达66.47×10-6,在50 g的冲击载荷下,引脚的最大变形量可达173.95×10-6,在扫频过程中,当激振频率为146.48 Hz时,引脚的变形量最大。     

双向受载裂纹板的碳纤维复合材料补片的胶接修补分析

建立了碳纤维复合材料补片胶接修补双向受载裂纹板的3D有限元模型,分析了补片的单面胶接修补效果,探讨了补片材料、铺层顺序、补片长度及载荷比等对裂纹应力强度因子的影响规律。结果表明:复合材料补片的存在使裂纹板垂直裂纹方向载荷和平行裂纹板方向载荷发生耦合作用,从而影响补片修补效果。平行裂纹方向的压应力可降低裂纹尖端的应力集中因子,而拉应力可提高裂纹尖端的应力集中因子。     

椭圆状裂纹应力强度因子确定及抽油杆疲劳寿命预测

借助实验数据和公式逼近得到了带有椭圆状裂纹,承受拉-拉载荷的抽油杆的应力强度因子。将此应力强度因子代入Paris公式,即可预测抽油杆的剩余疲劳寿命。计算表明,当抽油杆上初始裂纹尺寸α_0<1.90mm时,预测疲劳寿命与实验值可较好地吻合。     

局部腐蚀下耐压船体结构振动特性及稳定性研究

为探究局部腐蚀下耐压圆柱壳的承载特性,在均匀深水压力作用下,针对具有局部腐蚀的环加筋圆柱壳的振动特性及稳定性进行了研究,分析了腐蚀参数对振动特性与临界失稳载荷的影响。通过改变腐蚀面积、腐蚀位置和腐蚀深度,利用有限元软件NASTRAN进行系列仿真分析,得到了含有局部腐蚀环加筋圆柱壳结构的振动特性及失稳破坏模式。结果表明:当腐蚀深度大于3mm时,结构开始出现局部振动模态且固有频率单调下降;静水压力作用下带有局部腐蚀的环加筋圆柱壳一阶固有频率的平方与静水压力呈三段线性关系;在临界载荷方面,当腐蚀深度小于2mm时其对结构的临界失稳载荷几乎没有影响,当腐蚀深度大于2mm时临界载荷随即减小。     

橡胶-钢粘接界面断裂问题非线性有限元分析

为解决橡胶-钢粘接界面断裂非线性有限元计算问题,建立了含初始裂纹的橡胶-钢粘接复合结构有限元模型;用张开位移作为裂纹开裂的判定参数并模拟了裂纹的扩展,计算值与试验值的对比证明了该方法的可行性;计算了开裂前粘接界面的层间应力,分析了开裂前裂纹前沿和沿裂纹扩展方向的层间应力变化情况;用断裂力学中的柔度法计算橡胶-钢复合结构的能量释放率,计算并分析了能量释放率沿裂纹扩展方向的变化情况,并与实验结果进行了对比验证,结果证明:该方法是可行的。     

采用B18R065取向硅钢片的配电变压器振动与噪声数值计算

振动与噪声是新型配电变压器设计与研制过程中必须关注的关键问题。为此,首先分别测量了B18R065牌号硅钢片的磁滞回线与磁致伸缩曲线,采用有限元方法分析了空载条件下配电变压器铁心磁场分布与变化规律,据此计算了不同时刻铁心磁致伸缩应变;然后,基于热应力模拟方法,将磁致伸缩应变等效为温度载荷输入三维瞬态机械分析模型,计算出配电变压器铁心、油箱的振动位移分布及其随时间的变化规律;再次,将位移计算结果作为激励源,建立了配电变压器三维声场谐分析数值模型,对配电变压器周围声场进行仿真分析;最后,设计并研制了采用B18R065新型牌号硅钢片的10 kV三相油浸式配电变压器原型,并在半消声室内进行了噪声测试试验,验证了配电变压器声场数值计算结果的有效性。结果表明：配电变压器原型空载噪声不超过42.0 dB(A)。     

921A 钢结构低周疲劳裂纹扩展特性试验研究

采用预制缺口的平板和加筋板结构试样,对 921A 钢进行了拉伸疲劳载荷作用下的低周疲劳试验得到了拉伸疲劳载荷作用下舰体结构破口裂纹扩展规律,提出了破损舰体结构在疲劳载荷作用下裂纹开裂和后续扩展的判据.该试验结果可直接用于分析和预报破损舰船结构在波浪中航行时的裂纹扩展情况,并为破损舰船的剩余疲劳寿命预报奠定了基础.     

残余应力作用下脆性膜/基材料的断裂行为

假定膜内的残余拉应力足以使膜发生开裂,利用膜/基材料中含弹性界面层的剪滞模型,研究了脆性膜/基材料在残余应力作用下的开裂行为特征,探讨了膜内正应力、膜/基界面切应力的分布规律,获得了膜的裂纹密度与残余应力大小之间的解析表达式。在裂纹密度、材料的力学和几何参数确定的情况下,该解析表达式可以用来评估残余应力的大小。最后,分析了膜的裂纹密度与残余应力、膜的厚度、弹性模量、断裂强度以及界面层的切变模量之间的内在关联,绘出了这些参数影响膜裂纹密度的变化曲线。     

测量阵列布置对基于源强分布声辐射模态的平面噪声源识别的影响

基于源强分布声辐射模态理论给出了结构噪声源识别公式,分析了识别结果对声场分布模态矩阵条件数的灵敏度,并以平板声源为例对影响声场分布模态矩阵条件数的因素进行了重点分析。分析结果表明:与源面平行,传声器间距与等效源间距相等且测量面靠近源面的方阵是最优布置测量阵列,而且这种布置方式可有效提高声场分布模态矩阵条件数。同时,音箱实验结果表明:利用优化后的测量阵列测量数据取得了良好的识别效果。     

公路运输环境下运输车及导弹固体发动机响应数值分析

为解决某型固体火箭发动机在公路运输过程中动力学响应难以直接测定的实际问题,构建了运输车的13自由度动力学模型,采用谐波叠加法模拟路面不平度激励后,基于达朗贝尔原理计算得到车身质心处的时域响应,并简要分析了不同运输工况下响应规律,最后利用MSC.Nastran分别仿真计算了发动机在加速度载荷及其与温度载荷联合作用下的动力学响应。结果表明:运输过程中,车身质心处加速度响应近似服从高斯分布,且其均方根值随运输速度提升或运输公路等级下降而呈非线性增加趋势;考虑随机振动与温度载荷联合作用时,发动机壳体von Mises应力响应最大值超过500 MPa,药柱von Mises应变大于5%,均高于振动载荷单独作用响应,但不会造成发动机强度破坏。     

分布载荷作用下多铁性圆柱复合材料的断裂分析

针对多铁性圆柱复合材料因其外表面上存在不同类型的轴向分布载荷而出现的界面裂纹问题,建立了断裂力学分析模型。首先利用分离变量法和无穷级数法推导出该模型的Cauchy奇异积分方程组,然后利用Lobatto-Chebyshev配点法离散该方程组为代数方程组,进而得到裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。通过对数值结果的分析得到:在不同类型的分布载荷作用下,压电层厚度以及分布载荷大小是影响裂纹尖端SIF的主要因素。该研究结果可为此类复合材料在实际工程应用中的防断裂优化设计提供理论参考。     

裂纹叶片非线性振动响应理论分析与实验验证

叶片裂纹严重威胁航空安全,已引发数起严重飞行事故。为诊断叶片早期裂纹,对裂纹叶片的非线性振动规律进行了理论和实验研究。建立了裂纹叶片动力学非线性模型,梳理了裂纹尺寸与动力学参数的对应关系,推导得到了非线性振动响应谐波分量功率的耦合量化关系式,结果表明叶片振动分量谐波功率与相邻分量谐波功率以及谐波分量的阶次有关,而且谐波分量相对功率与裂纹深度呈正相关。据此,提出了一种基于谐波分量相对功率的裂纹检测方法。对钢直板叶片进行了模拟仿真和振动台实验,仿真结果和实验结果都表明这种方法可以有效区分裂纹叶片和正常叶片。     

流-固冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲研究

基于应力波理论,对轴向流-固冲击载荷作用下的直杆进行了研究,根据能量转换率守恒条件导出了求解直杆动力学平衡方程的波前附加约束条件,给出了一种定量求解流-固冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲问题的半解析半数值方法。用差分法定量求解了直杆临界屈曲长度、动力特征参数和屈曲模态,分析了流-固冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲的规律,分析结果表明:载荷幅值和载荷持续时间对临界屈曲长度和屈曲模态具有重要影响。     

基于应变测量法的几种典型悬臂梁的挠度测量

挠度变形是工程梁设计中的一项重要指标,为了更加准确地测量梁的挠度变形,提出了采用应变式传感器进行挠度测量的方法对几种典型的悬臂梁的挠度进行测量,该方法是利用挠度与外载荷(外力偶)、弯矩与应力、应力应变之间的关系,导出梁的挠度与应变之间的关系,从而由测得的应变得出悬臂梁在外载荷作用下的挠度。测量结果表明该测量方法测得的结果大大地提高了挠度测量精度。     

装甲钢板表面裂纹的金属磁记忆检测表征

采用预制裂纹-疲劳试验-金属磁记忆检测-信号比较分析的标定方法,研究了具有不同预制裂纹深度、不同疲劳载荷幅、不同载荷循环周次的高压五装甲钢板裂纹的金属磁记忆检测表征方法.结果表明,漏磁场法向分量的变化率与裂纹深度成正比.载荷幅越大,载荷循环周次越多,漏磁场法向分量的变化率越大,为采用金属磁记忆检测技术大量检测裂纹深度提供了一种标定方法.     

铝制贮箱箱底初步断裂分析

本报告应用断裂力学方法,对铝合金贮箱箱底进行了初步的分析。应力计算主要考虑了箱底在内压作用下的薄膜应力和由边缘效应引起的弯曲应力以及假定的焊接残余应力。断裂分析包括对表面裂纹临界尺寸的线弹性和弹塑性计算,给出了母材和焊缝处的临界裂纹尺寸;确定了加载20次到201次时所允许的最大初始裂纹尺寸。对一维和二维裂纹扩展模型进行了比较,指明二维扩展模型更为合理。最后对验证实验以及超声波检查配合使用进行了简单的讨论。给出了在本文条件下,贮箱箱底的无损检验标准和确定验证试验的方案。     

在爆炸载荷作用下固支梁或筒形弯曲板的塑性动态断裂

本文运用刚塑性分析方法研究了在爆炸载荷作用下固支梁的全塑性动态断裂过程。在爆炸载荷作用下,固支梁将首先在固支端进入塑性变形,当固支端塑性铰转角达到其临界值,或固支端处初始裂纹尖端张开位移达到其临界值时(如果固支端有初始裂纹的话),固支端将产生开裂和裂纹扩展。本文解给出了在动态断裂过程中固支梁裂纹扩展长度、裂纹扩展速度以及梁的轴向约束力随时间变化的规律,并给出了不同载荷幅值下梁的启裂条件和止裂条件以及最终裂纹扩展长度和最大挠度。该分析解也适用于固支筒形弯曲板的断裂问题。     

水下结构力-声互易测量中的正、反向测试差异分析

以结构-声耦合振动系统中的互易原理为基础,通过水下互易实验分析了双层圆柱壳体结构中力-声传递函数反向测量与正向测量之间的差异。通过不同声源激励功率下的对比试验,以及声源扫频和单频激励模式下的对比实验,排除了实验中激励功率及激励模式对实验结果的影响。结果表明:通过实验获取的修正系数可以有效减小不同模型及声源深度组合条件下正、反向测量结果之间的差异。