基于接触热阻的CSMC热结构耦合分析

热载荷是影响中心螺线管模型线圈降温过程力学性能的关键因素,接触热阻作为热载荷的影响因素之一,其大小直接影响线圈部件接触界面的热流收缩率,并进一步影响模型线圈的预紧功能.采用多点接触热阻理论计算模型线圈降温过程中预紧部件之间的接触热阻;然后使用罚函数法计算接触热阻作用下界面的温度场分布;最后基于耦合场理论创建热结构耦合计...     

空间充气式返回器气动弹性动力响应特征

针对空间充气式返回器在超声速流场下的气动弹性动力响应问题，该文建立了一种考虑内充压气体作用的流固耦合模型，较已有方法更真实地揭示了空间再入柔性充气结构变形对流场的影响；同时，采用六自由度飞行动力学对超声速阶段的飞行轨迹进行了修正，有效实现了飞行动力学和气体动力学之间的双向耦合。研究表明：超声速工况下，飞行器在小于50°攻角时的俯仰力矩导数为负，其结构有维持静稳定状态的能力；飞行器在超声速流场中会产生剧烈的振动，本质为大尺度湍流尾迹作用下的抖振效应，而这一现象在跨声速及非对称来流的情况下更加严重，有诱发结构产生低频共振的风险。该研究为空间充气式返回器在超声速条件下的结构安全性设计与评估提供了参考。     

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

基于接触热阻的磨齿机Z轴导轨热特性分析

大规格数控(CNC)成形磨齿机Z轴进给系统在加工过程中产生大量热量,导致立柱及导轨的倾斜、俯仰变形,影响加工精度。针对这一现象,提出了一种考虑接触热阻的瞬态热-结构耦合分析方法。该方法基于分形理论计算结合面间的接触热阻,并计算热源发热量及各部件的对流换热系数,综合考虑内部热源、边界条件和接触热阻建立综合有限元模型,获得热误差有限元仿真结果。分析了在是否考虑接触热阻情况下,Z轴导轨温度及热变形变化差异。最后搭建Z轴进给系统热误差测量试验平台,验证了该方法的准确性和可靠性。通过仿真得到温度变化及热位移量与试验值基本一致。     

内置高导C/C材料的疏导式热防护结构防热效果

本文建立了内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型,通过实验的方法给出了高导C/C材料与耐热三维编织C/C材料间的接触热阻,并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究.研究结果表明:减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法,但是必须同时考虑由此引起的强度问题;界面接触热阻对热防护效果影响很大,必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护.     

封闭加固型计算机板卡锁紧结构接触热阻分析

针对封闭加固型计算机芯片冷板和机箱导轨间的界面传热问题,利用有限元软件对两种常用的导轨锁紧结构(3J和5J结构)进行了建模与分析,通过比较接触压力和接触热阻分布特点,发现在相同条件下5J结构具有更低的接触热阻.随后,以5J结构为研究对象,详细分析了螺栓扭矩和表面粗糙度对其接触热阻的影响,发现增加螺栓扭矩或减小表面粗糙度虽然都可以减小接触热阻,但增加螺栓扭矩引起的热阻降幅较小,且还会产生较高的接触压力,不利于长期使用.原因分析表明:机箱导轨刚度不足是导致界面接触不均、热阻分布不均和平均热阻偏大的主要原因,因此对机箱导轨的结构与尺寸进行了优化.计算表明,优化后的结构不仅显著降低了接触热阻,而且大幅减小了界面接触压力,减小效果在螺栓扭矩较大、表面粗糙度较小时更为明显.     

高超声速飞行器上升段轨迹设计

由于高超声速飞行器自身的飞行特点,其轨迹设计一直存在很多困难.高超声速飞行器受到各种气动、结构、过载的约束,在飞行器的上升段这些约束对轨迹的影响更为明显.因此,设计高超声速飞行器上升段轨迹需重点考虑这些约束问题.基于这样的思想,通过建立飞行器的动力学模型及最优控制模型,并进行了合理的模型转换,通过仿真计算得出了高超声速飞行器上升段的轨迹.结果表明,设计方法合理可行,可为以后类似的工作提供参考和帮助.     

用统计能量法分析飞行器声振响应影响因素

基于统计能量分析(SEA)原理,对高超声速飞行器X-43A建立了SEA模型,并合理划分子系统,采用理论及经验公式确定SEA模型的参数.针对结构子系统的内损耗因子以及声腔子系统的吸声系数,讨论了响应灵敏度分析.对平板子系统划分方式和材料厚度对声振响应的影响进行了对比分析.结果表明:飞行器壳体材料结构和阻尼因子以及厚度的改变对壳体声振响应特性影响较大,子结构划分方式对计算精度有较大影响,在声学结构设计中要综合考虑这些因素的影响.     

固井界面接触热阻对井筒温度场预测的影响

固体界面不完整接触会产生接触热阻。为研究固井界面微环隙对井筒温度场预测的影响,本文设计并制作了空气条件下测试固体界面接触热阻的实验设备,验证了所推导的接触热阻理论计算方法,研究了忽略固井界面接触热阻对井筒温度场预测精度的影响。结果表明：303~573K空气条件下实验设备测试结果的相对误差不超过9.28%;接触热阻理论计算方法与表面间距和温度有相关性;固井界面微环隙增大（5×10-5m~1×10-3m）、注蒸汽时间增加（2d~40d）、地层温度升高（305K~400K）等情况下,预测井筒温度场时不考虑固井界面充填气体的微环隙接触热阻,将使计算的水泥环外壁温度有较小的偏低（约3K）,而水泥环内壁温度和地层内壁温度有较大的偏高（约14K）。考虑固井界面微环隙的接触热阻可以提高井筒温度场预测的精度。     

持续气动加热环境下的结构热载荷分析与应用

气动热问题是制约高超声速飞行器发展的关键问题之一,其产生的热流对结构固有特性具有显著的影响。热模态分析是研究热载荷对结构固有特性影响的一个重要方法,其分析结果对防热结构的选材与设计具有重要的参考价值。针对高超声速飞行器进气道前缘结构开展了热载荷分析与应用研究,计算了结构在冷壁热流及通过流-固耦合法解算的热壁热流两种载荷条件下的温度场及前三阶模态的振动幅度与固有频率的变化情况。结果表明:采用流-固耦合算法解算的热载荷适用于持续气动加热环境下的结构热分析及热模态分析。耦合计算600 s后受热结构逐渐趋于热平衡,此时最高温度达到1 200 K左右,前三阶模态的最大相对振动幅度分别增长了24.4%、5.6%和36.7%,固有频率分别下降了14.1%、8.8%和9.9%。     

LNG储罐球形混凝土穹顶的热应力及裂缝分布

对于大型LNG储罐,其穹顶因水泥水化热产生较大的热应力,引起混凝土开裂,严重影响储罐的耐久性。以某大型LNG储罐穹顶为研究对象,采用ADINA有限元软件建立精细化的有限元模型,模拟LNG储罐穹顶分段浇筑过程中的早期温度场分布,并将数值计算结果与现场测试结果进行对比;数值分析时考虑了混凝土徐变及龄期效应,对混凝土穹顶的温度场和应力场进行耦合计算,得到穹顶的热应力分布及裂缝开展情况,对穹顶混凝土开裂风险进行评估,进而对参数的敏感性进行分析。结果表明:穹顶内外在混凝土浇筑过程中产生温差较大,导致巨大热应力;第一浇筑带的热应力明显比其他浇筑带大,环向热应力大于经络向热应力,将使穹顶边缘产生沿环向分布的经络向温度裂缝;水泥种类对穹顶热力分析结果有很大的影响。     

缝合三明治热防护结构热力耦合仿真分析

为了研究缝合三明治热防护结构应用于高超声速技术领域时的热力性能及内在机制,基于代表性体积单元模型建立了模拟热力联合载荷作用下响应的有限元仿真分析方法,分析了结构内部的温度和应力分布,以及随载荷历程的演化情况。研究结果表明：加热面温度为1 073 K时,缝合三明治热防护结构能够有效起到隔热作用;缝线作为“热通道”对隔热性能的削弱影响不明显,但不同组分间的热膨胀不匹配会引起应力集中;面板和夹芯界面处的拉应力以及夹芯内部较高的应力水平可能会导致结构损伤和失效。     

离合器压盘温度场与应力场分析及改进研究

针对离合器接合过程中,压盘滑摩温度过高发生的烧蚀、热变形现象,利用abaqus仿真软件建立了三维有限元分析模型,结合压盘的实际工作状况采用直接耦合法进行热结构耦合仿真。得到了压盘的温度场与应力场,并研究了滑摩转速、压力和压盘厚度对压盘温度场及应力场的影响,同时针对翘曲变形,通过在滑摩面增加内锥度对压盘结构进行了优化。结果表明：高转速差会增大压盘滑摩温度与应力,压盘摩擦接触区域向内径移动,翘曲变形更加严重;压力的增大同样会增大滑摩温度与应力,但对摩擦接触的影响较小;压盘厚度增大能增加压盘的热容量,同时也会使温度与应力更加集中;增加压盘内锥度能显著改善压盘滑摩面的温度与应力分布,最高值分别下降了11.8%、5.4%,摩擦副有效接触面积增加,提高了离合器的工作性能与稳定性。     

冷却水管表面合金化球墨铸铁冷却壁的热应力和热变形

为了满足高炉长寿的需要,开发了一种具有高冷却性能的铸铁冷却壁. 利用热态实验数据确定了合金化管铸铁冷却壁温度场数值模拟的边界条件,采用ANSYS软件和热-结构耦合的方法分析炉温、渣皮和边缘接触压力对高温状态下铸铁冷却壁热应力及变形的影响,以便采取有效的措施降低铸铁冷却壁热应力,控制其变形. 根据球墨铸铁强度分析理论提出评价长寿铸铁冷却壁冷却能力的新概念--高周热负荷.     

热-力-电耦合下天线罩电性能仿真及分析

在实际飞行工况下,热力载荷会改变高速飞行器天线罩原有的电磁特性,从而影响制导性能。提出了一种基于六面体网格划分的热-力-电耦合模型及仿真方法,可准确表征高速飞行工况下天线罩介电温漂和结构变形对电性能的影响。基于天线罩热-力-电共享网格模型,首先通过瞬态热仿真得到天线罩响应温度场,通过静力分析得到天线罩结构变形场。然后,将天线罩介电温漂和结构变形准确传递到其电磁仿真模型中,并采用三维射线跟踪法计算其电性能。最后通过一个典型算例对高速飞行工况下天线罩电性能的变化进行仿真和分析,结果表明电性能变化非常明显,也进一步说明了所提方法的可行性和研究的必要性。     

斜齿轮接触特性有限元分析

为了研究斜齿轮啮合过程中齿面接触力分布,通过有限元方法建立齿轮接触分析模型,研究了塑性变形、齿面摩擦、温度以及材料线性强化等因素对啮合性能影响,并通过实验对比了仿真结果。结果表明：塑性变形、齿面摩擦、温度和线性强化对轮齿齿面接触力均有影响。实验结果表明：温升测试中,齿顶、齿根区域的实验和仿真温度变化趋势一致;应变测试中,齿根最大应力均高于仿真结果,但两者应力变化曲线相同,误差均低于20%。可见实验验证了仿真接触模型的正确性。     

高超声速飞行器热防护系统分析与数值计算

 针对大气环境内吸气式高超声速飞行器热防护要求,得出前缘、下表面和上表面的热防护结构应分别采用碳/碳(C/C)防热材料、刚性陶瓷防热瓦材料和柔性隔热毡材料。基于Abaqus 分析软件建立以机身为主的热分析有限元模型,计算了高超声速飞行器在典型气动加热载荷情况下的温度场分布和在整个飞行过程中温度的变化情况。通过温度分布得到机身前缘的峰值温度达1637℃,上下表面峰值温度分别为635、805℃,验证了本研究提出的热防护结构形式的有效性。通过温度与时间曲线得出飞行500 s 左右时,飞行器前缘及上下表面温度急剧增加、温度梯度大,500~1500 s 期间持续高温,在1500 s 后温度迅速降低。同时建立了C/C、陶瓷瓦及柔性隔热毡3 种典型耐高温材料的传热模型,对其防热结构的防热效率进行评估,得到其最佳的防热材料厚度为57.6、52.9、53.3 mm,可为防热结构的设计提供参考。     

近空间飞行器机翼动态可靠性分析

为保证飞行器的结构可靠和飞行安全，开展近空间飞行器机翼结构动态可靠性分析和寿命预测是十分必 要的，基于近空间飞行器机翼受力分析，在考虑随机载荷和强度变化下给出了机翼动态可靠性分析的新方法。 首先分析了飞行器机翼截面的剪切应力、拉压应力和相当应力的计算; 然后考虑气动载荷作用次数用泊松随机 过程表征; 在机翼强度干涉理论的分析结构强度的基础上，提出截尾正态分布描述气动载荷的新方案，建立了 机翼动态可靠性模型，给出了可靠性指标; 分析了强度退化和飞行动态对可靠性的影响，以给出保证飞行器结 构可靠性的基本要求，为结构可靠性控制器设计提供参考。仿真结果表明，在实际飞行中若要保证飞行器的结 构可靠性，应尽量避免飞行速度过快增加及负迎角和大迎角，条件允许的情况下适当增加飞行高度。     

湿式换挡离合器温度场和应力场影响因素分析

针对液力机械传动装置中的湿式换挡离合器,研究结合过程中影响摩擦副温度场和应力场分布的因素.运用大型有限元软件ABAQUS建立湿式换挡离合器摩擦副三维有限元模型,建模过程充分考虑了摩擦副之间的摩擦接触、相对旋转运动和热机耦合等因素,并分析了摩擦副相对转速差、对偶钢片厚度和工作油压对于对偶钢片温度场和应力场分布的影响.结果表明,高转速差使接触面中部区域的温度和应力都增加,加大盘面上的径向应力梯度.在一定厚度范围内,增加钢片厚度会加大接触面温度场和应力场分布的不均匀性.较高和较低的工作油压均会改善盘面温度和应力分布,但都会对车辆性能带来不利影响.     

不同飞行高度下超声速来流/射流及其相互作用的数值模拟

采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程,研究了不同飞行高度下超声速来流和射流在后台阶相互作用的流场基本结构.时间推进采用三阶精度Runge-Kutta格式,分别应用五阶精度加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式、六阶精度中心差分格式来离散对...