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Ti-6Al-4V ELI钛合金的宽温域(-253~350℃)力学性能研究

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热加工工艺 2024年第4期53卷 119-122,126页

作者：殷小健王晗王可迪高学敏河南省紧固连接技术重点实验室河南信阳464000 河南航天精工制造有限公司河南信阳464000 西安交通大学航天航空学院极端环境与防护技术联合研究中心陕西西安710049

钛及钛合金是一种重要的太空金属材料,在航空航天领域发挥重要的作用。研究了Ti-6Al-4V ELI钛合金在室温(20℃)、高温(350℃)以及超低温(-253℃)环境下的拉伸力学性能,比较了Ti-6Al-4V ELI钛合金在不同温度下的力学性能指标,分析了其断... 详细信息

钛及钛合金是一种重要的太空金属材料,在航空航天领域发挥重要的作用。研究了Ti-6Al-4V ELI钛合金在室温(20℃)、高温(350℃)以及超低温(-253℃)环境下的拉伸力学性能,比较了Ti-6Al-4V ELI钛合金在不同温度下的力学性能指标,分析了其断口形貌特征。结果表明,Ti-6Al-4V ELI钛合金在超低温下表现出较高的力学性能,抗拉强度可达1900 MPa以上,其断口形貌呈现脆性断裂特点。在室温和高温下,Ti-6Al-4V ELI钛合金表现出良好的塑性和韧性,具有较为明显的韧性断裂特点。因其良好的宽温域力学性能,Ti-6Al-4V ELI钛合金是未来发展航天航空领域必不可少的重要金属材料。

关键词： Ti-6Al-4V ELI钛合金 -253℃超低温拉伸性能断口形貌

Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面的数值研究

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力学学报 2024年第5期56卷 1342-1355页

作者：李国辉吴小雨王娴西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安710049

液滴撞击弯曲壁面现象广泛存在于冶金、化工和航空航天等领域,在某些场景下,液滴混入高分子聚合物后会表现黏弹性特性,为了进一步认识液滴黏弹性对撞击弯曲壁面的影响,对黏弹性液滴撞击弯曲壁面的过程进行数值模拟研究.研究基于相场方... 详细信息

液滴撞击弯曲壁面现象广泛存在于冶金、化工和航空航天等领域,在某些场景下,液滴混入高分子聚合物后会表现黏弹性特性,为了进一步认识液滴黏弹性对撞击弯曲壁面的影响,对黏弹性液滴撞击弯曲壁面的过程进行数值模拟研究.研究基于相场方法和格子玻尔兹曼(LBM)方法,采用应力场分布函数求解Oldroyd-B本构方程,并施加适用于弯曲壁面的接触角模型,发展了固-液-气三相黏弹性流体模拟方法,对Oldroyd-B黏弹性液滴撞击弯曲壁面问题进行数值模拟,主要研究了黏度比β、韦伯数We和壁面接触角θ对撞击过程的影响.结果表明:撞击过程主要包括4个阶段:运动阶段、铺展阶段、拉伸阶段和撕裂阶段.黏度比β越低,液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越慢,转化的表面能更多,但更早进入撕裂阶段,液滴撞击弯曲壁面后,更容易脱离壁面.韦伯数We较小时,液滴主要在壁面处附着或反弹;We较大时,液滴会撕裂并脱离壁面,We越大,液滴在铺展拉伸阶段动能衰减越快,进入撕裂阶段更慢.壁面的亲疏水性会影响液滴最终的状态,疏水性越高,对铺展阶段的阻碍作用越强,液滴越容易发生撕裂和脱离.

关键词： Oldroyd-B流体液滴撞击相场方法 LBM 弯曲壁面

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斜爆震燃烧与斜爆震发动机研究进展

应用力学学报 2024年第2期41卷 241-259页

作者：薛瑞杜鹏丁国誉杨志龙吴云凯西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049

发展更高性能的吸气式高超动力成为未来高超声速飞行器研制的重中之重。现有基于煤油燃料的超燃冲压发动机,主要以爆燃模式组织燃烧,在高来流马赫数(Ma≥8)条件下,将面临高来流总温带来的高温离解和化学非平衡效应所带来燃料的能量难以... 详细信息

发展更高性能的吸气式高超动力成为未来高超声速飞行器研制的重中之重。现有基于煤油燃料的超燃冲压发动机,主要以爆燃模式组织燃烧,在高来流马赫数(Ma≥8)条件下,将面临高来流总温带来的高温离解和化学非平衡效应所带来燃料的能量难以充分释放和利用的难题,相比之下,斜爆震组织燃烧更接近于等容燃烧,具有燃烧释热速率快、热循环效率高等优势,是一种可应用于高马赫数吸气式动力的理想燃烧模式。斜爆震发动机能够显著缩短燃烧室长度,减少释热面积,是高马赫数飞行器极具潜力的吸气式动力方案。其中,斜爆震发动机内流道各部件的匹配设计、燃料喷注-混合、斜爆震波的起爆与驻定等是斜爆震发动机研制的关键技术,是当前高超声速领域的研究热点。但由于其面临的高速、高总温总压的来流条件以及爆震波在流场中的强间断与高速传播特性等,现有试验与数值模拟研究手段难以开展精细的燃烧流动机制研究,进而限制了相关控制机理的揭示与高精度模型的建立,使得斜爆震发动机工程研制较为困难,当前研究仍存在许多值得探讨的地方,文章在综述的同时对下一步研究提出相关建议。

关键词：高超声速推进高马赫数斜爆震波斜爆震发动机

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张拉整体球形机器人构型设计与控制研究进展

机械工程学报 2024年第5期60卷 1-18页

作者：张立元杨锦波李澳杨庆凯徐光魁北京科技大学机械工程学院北京100083 北京理工大学自动化学院北京100081 西安交通大学航天航空学院西安710049

随着科学探索和工程实践对无人化需求的持续提升,机器人已成为航空航天、工业生产等领域必不可少的关键装备,兼具构型柔性和承载刚度的张拉整体球形机器人在深空探测、灾害救援等非结构化应用场景备受关注。在简述张拉整体基本理论的基... 详细信息

随着科学探索和工程实践对无人化需求的持续提升,机器人已成为航空航天、工业生产等领域必不可少的关键装备,兼具构型柔性和承载刚度的张拉整体球形机器人在深空探测、灾害救援等非结构化应用场景备受关注。在简述张拉整体基本理论的基础上,围绕张拉整体球形机器人的初始构型设计与运动构型控制,重点概述了此类机器人的设计参数与性能参数,运动模态及基本原理,传统与新兴控制方案,模拟环境与仿真技术,以及现有样机形式等多方面的研究现状与发展趋势,为开发张拉整体球形机器人的姿态控制技术提供理论参考。

关键词：张拉整体球形机器人构型设计运动控制力学建模

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固体发动机绝热层横观各向同性超弹性本构模型

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固体火箭技术 2024年

作者：陈胜豪王春光李群西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室

固体火箭发动机绝热层因内部存在短纤维，其力学行为难以准确表征，为了建立考虑短纤维影响的本构模型，针对芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶材料开展了平行于压延方向（0°）与垂直于压延方向（90°）的拉伸实验，验证了绝热层材料内部短... 详细信息

固体火箭发动机绝热层因内部存在短纤维，其力学行为难以准确表征，为了建立考虑短纤维影响的本构模型，针对芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶材料开展了平行于压延方向（0°）与垂直于压延方向（90°）的拉伸实验，验证了绝热层材料内部短纤维近似定向分布的假设；同时基于断面SEM图像分析了绝热层材料的纤维抽离、纤维断裂、基体损伤等失效行为。基于实验观测，在应变能密度函数中引入纤维项，建立了适用于绝热层材料的横观各向同性超弹性本构模型，并通过0°、45°和90°单轴拉伸实验验证了该模型的准确性，不同角度预测误差均在10%以内。最后，利用该模型给出了在不同方向上绝热层简单变形的应力响应表达式。

关键词：固体火箭发动机绝热层横观各向同性超弹性模型短纤维增强橡胶材料

基于MJF的极小曲面结构力学行为及吸能特性研究

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固体力学学报 2024年第2期45卷 201-212页

作者：肖江海侯俊玲李群复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安交通大学航天航空学院西安710049

极小曲面结构是一种表面连续光滑的曲面多孔结构,具有低密度、高强度以及优良的减震吸能等特性,在航空航天、汽车工业、机械装备等领域的结构轻量化设计方面,具有广泛的应用前景.本文采用多射流熔融(MultiJet Fusion,MJF)增材制造技术,... 详细信息

极小曲面结构是一种表面连续光滑的曲面多孔结构,具有低密度、高强度以及优良的减震吸能等特性,在航空航天、汽车工业、机械装备等领域的结构轻量化设计方面,具有广泛的应用前景.本文采用多射流熔融(MultiJet Fusion,MJF)增材制造技术,结合参数化建模方法,以尼龙PA12为原料制备了体积分数同为20%的3种极小曲面多孔结构(G曲面、P曲面、D曲面).利用准静态压缩试验和数值模拟,分析了不同极小曲面结构的力学响应和吸能特性.研究发现:在力学响应方面,3种极小曲面的平台名义应力分别为4.0 MPa、2.1 MPa和4.75 MPa,明显高于相同体积分数下BCC点阵结构的平台名义应力(2.0 MPa),具有更好的承载能力;在吸能方面,G曲面、P曲面和D曲面的单位体积吸能量近似可达BCC点阵结构的7倍、4倍、8倍.综上所述,与传统BCC点阵结构相比,MJF增材制造工艺制备的极小曲面结构能够更好的分散压力,减少应力集中,表现出优异的力学性能和吸能特性,具有非常好的应用前景.

关键词：极小曲面多孔结构增材制造力学性能吸能特性

核磁共振测速技术在燃料组件冷却剂通道流场实验研究的应用

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实验流体力学 2024年

作者：王子瑞张科段敬添武俊梅兰治科西安交通大学航天航空学院西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安交通大学陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室中国核动力研究设计院

核磁共振成像测速技术（Magnetic Resonance Velocimetry, MRV）作为复杂结构内三维全流场测量的前沿技术，是流场可视化研究、流动换热机理分析和数值模型验证的重要手段。近年来，MRV技术也被应用于核反应堆堆芯燃料组件冷却剂通道流... 详细信息

核磁共振成像测速技术（Magnetic Resonance Velocimetry, MRV）作为复杂结构内三维全流场测量的前沿技术，是流场可视化研究、流动换热机理分析和数值模型验证的重要手段。近年来，MRV技术也被应用于核反应堆堆芯燃料组件冷却剂通道流场实验研究中，为堆芯热工水力性能研究和安全分析提供基础数据。本文整理了MRV技术在堆芯燃料组件冷却剂通道流场实验中的研究进展，在雷诺数12 500和25 000工况下，利用MRV技术对2×2简单棒束燃料组件冷却剂通道内的全空间三维流场进行了测量，并与文献中相同模型的PIV测量结果进行了定量对比，研究影响MRV测量精度的关键参数。研究结果表明：MRV技术可以精确解析棒束通道全空间三维流场，本文棒束通道内无量纲轴向速度的MRV测量结果与文献中PIV测量结果的最大误差为5.05%。

关键词：核磁共振测速实验技术棒束通道三维流场测量

固体火箭发动机内部燃烧产物辐射特性预示方法及分布规律

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固体火箭技术 2024年第1期47卷 60-69页

作者：郝雪帆李伟曹涛锋张虎西安交通大学航天航空学院陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049 西安航天动力技术研究所西安710025

介质辐射传热对含金属推进剂固体火箭发动机内部热环境影响显著。建立精确、高效的参与介质辐射特性预示方法是对发动机内部热环境进行精细数值预示的重要前提。针对发动机内的熔融氧化铝颗粒和多组分燃气,分别基于Mie理论和逐线计算法... 详细信息

介质辐射传热对含金属推进剂固体火箭发动机内部热环境影响显著。建立精确、高效的参与介质辐射特性预示方法是对发动机内部热环境进行精细数值预示的重要前提。针对发动机内的熔融氧化铝颗粒和多组分燃气,分别基于Mie理论和逐线计算法建立了其辐射特性精细计算方法,结合数据插值方法和普朗克平均吸收系数总体模型构建了固体火箭发动机燃烧产物辐射特性快速预示方法。计算得到了HIPPO喷管内部燃烧产物辐射特性参数的一维分布特性,研究了燃烧温度、压强及推进剂铝含量对喷管内燃烧产物辐射特性的影响规律。结果表明:在燃烧室和喷管喉部之间颗粒对燃烧产物吸收系数的贡献占主导地位,而燃气的贡献可忽略;在喷管扩张段,燃气对吸收系数的贡献逐渐显著;在喷管出口处,燃气对吸收系数的贡献不可忽略;燃烧室温度和推进剂铝含量的升高、燃烧室压强的降低均会导致燃气对辐射传热贡献比例的减小。

关键词：固体火箭发动机燃烧产物熔融颗粒燃气辐射特性预示方法

考虑数据补偿的光流算法及其在核电管道振动监测中的应用

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工程力学 2024年

作者：张一鸣李广徐自力覃曼青何孟夫西安交通大学航天航空学院西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室核电安全监控技术与装备国家重点实验室中广核工程有限公司

针对核电管道振动监测中传统接触式传感器存在质量负载效应、测量空间分辨率低等问题，在结合光流算法和相机标定算法的基础上，考虑地基振动问题，引入数据补偿思想，提出了一种用于非接触式核电管道振动监测的考虑数据补偿的光流算法... 详细信息

针对核电管道振动监测中传统接触式传感器存在质量负载效应、测量空间分辨率低等问题，在结合光流算法和相机标定算法的基础上，考虑地基振动问题，引入数据补偿思想，提出了一种用于非接触式核电管道振动监测的考虑数据补偿的光流算法。在实验室环境下开展了模拟现场管道振动测量实验，与传统加速度传感器和激光位移传感器相比，所提算法测量得到的振动响应RMS值相对误差不超过2.8%，主频率相对误差不超过2.2%，并进行了地面噪声条件下的鲁棒性验证，针对柔性地基条件下的极端测量场景，分析了数据补偿的必要性；在核电厂现场开展了润滑油管道振动测量实验，所提算法测量得到的振动响应RMS值相对误差不超过4%，主频率相对误差不超过0.5%，并进行了振动异常捕捉。结果表明，所提算法能够在非接触、无标记条件下实现核电管道振动响应的高精度测量，在地面噪声环境中仍然具有较高的可靠性，且具有良好的振动异常识别能力。

关键词：振动监测核电管道光流算法相机标定数据补偿