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2.5维机织复合材料细观几何模型及刚度预测方法研究进展

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推进技术 2022年第8期43卷 1-20页

作者：崔海涛郭俊华张宏建温卫东南京航空航天大学能源与动力学院工业和信息化部航空发动机热环境与结构重点实验室江苏南京210016

从2.5维机织复合材料细观几何结构出发,讨论了织造及成型工艺对材料实际细观几何结构的影响,并分析了不同纱线截面及路径假设所建立代表性体积胞的优缺点。对考虑工艺因素的代表性体积胞是否具有统一性和体素单元法建模的合理性做出对... 详细信息

从2.5维机织复合材料细观几何结构出发,讨论了织造及成型工艺对材料实际细观几何结构的影响,并分析了不同纱线截面及路径假设所建立代表性体积胞的优缺点。对考虑工艺因素的代表性体积胞是否具有统一性和体素单元法建模的合理性做出对比分析。在代表性体积胞的基础上,重点讨论了2.5维机织复合材料刚度的数值预测方法,并将其与刚度的理论预测方法作了简单对比。基于刚度的数值预测方法,分析了各种机织参数对刚度系数的影响,并且对比了不同代表性体积胞模型的应力场。此外,还讨论了2.5维机织复合材料叶片的建模分析技术与刚度设计方法。最后,指出了当前2.5维机织复合材料细观建模及刚度预测方法存在的问题与不足,并且对其力学性能研究的发展趋势进行了展望。

关键词：复合材料细观结构几何模型刚度模型叶片结构

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进口流量对无管式减涡器流阻特性影响研究

推进技术 2020年第6期41卷 1276-1285页

作者：夏子龙王锁芳南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点试验室江苏南京210016

为分析进口流量对压气机引气系统无管式减涡器压力损失的影响及无管式减涡器减阻效果,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对无管式减涡器开展研究,并与直喷嘴模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,建立了... 详细信息

为分析进口流量对压气机引气系统无管式减涡器压力损失的影响及无管式减涡器减阻效果,采用数值模拟与试验研究相结合的方法对无管式减涡器开展研究,并与直喷嘴模型进行了对比。模型试验验证了数值模拟方法的可靠性,通过数值模拟,建立了无管式减涡器流阻特性"S"形曲线三分区模型,分析了无管式减涡器各截面间压力损失及其占比随无量纲质量流量变化规律。在计算流量范围内,与直喷嘴模型相比,无管式减涡器平均可降低压气机引气系统压力损失约45.9%。在第二拐点处,共转盘腔内压力损失降低了96.44%,此时无管式减涡器减阻效果最佳,较直喷嘴模型压力损失降低了73.44%。

关键词：无管式减涡器共转盘腔压力损失系数去旋角无量纲质量流量

基于连续介质损伤力学的高温微动疲劳寿命预测模型

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航空动力学报 2019年第3期34卷 656-663页

作者：吴博伟张宏建崔海涛王楠南京航空航天大学能源与动力学院工信部航空发动机热环境与热结构重点实验室南京210016

建立了一种基于连接介质损伤力学(CDM)的高温微动疲劳寿命预测模型用以分析航空发动机榫连接结构在不同温度下的微动疲劳寿命。该模型在现有的基于非线性疲劳损伤累积(NLCD)模型微动疲劳寿命预测模型的基础上,引入温度相关的损伤速率因... 详细信息

建立了一种基于连接介质损伤力学(CDM)的高温微动疲劳寿命预测模型用以分析航空发动机榫连接结构在不同温度下的微动疲劳寿命。该模型在现有的基于非线性疲劳损伤累积(NLCD)模型微动疲劳寿命预测模型的基础上,引入温度相关的损伤速率因子以考虑温度对榫连接结构微动疲劳行为的影响。以某型发动机钛合金TC11燕尾榫结构模拟件为研究对象开展不同温度下的微动疲劳寿命数值模拟预测研究,预测结果与试验结果相比在2倍误差范围以内,证明了此寿命预测模型的有效性。

关键词：微动疲劳高温寿命预测连续介质损伤力学(CDM) 燕尾榫结构

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管-隔板复合式减涡器流阻特性

航空动力学报 2020年第1期35卷 106-113页

作者：侯晓亭王锁芳张凯南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院江苏省航空动力系统重点实验室南京210016

为了探索管-隔板复合式减涡器结构对共转盘腔径向内流流阻特性的影响规律,对不同转速、管-隔板复合结构下的去旋系统展开了数值研究,得到了不同工况下径向内流共转盘腔的流场结构、总压损失以及沿程总压损失分布曲线。研究结果表明:相... 详细信息

为了探索管-隔板复合式减涡器结构对共转盘腔径向内流流阻特性的影响规律,对不同转速、管-隔板复合结构下的去旋系统展开了数值研究,得到了不同工况下径向内流共转盘腔的流场结构、总压损失以及沿程总压损失分布曲线。研究结果表明:相对于基础管式减涡器,管-隔板复合式减涡器可以明显降低盘腔内的总压损失。管式减涡器盘腔上游安装隔板的减阻效果要优于盘腔下游安装隔板的减阻效果,且上游隔板和下游隔板存在最佳无量纲长度为0.118和0.065,与基础模型相比,最佳减阻效果分别提高17%和5%。在最佳隔板长度下,管式减涡器上、下游同时安装隔板的减阻效果最好,相比于基础模型,减阻性能提高19%。

关键词：管-隔板复合式减涡器流阻特性旋流比流场结构沿程总压损失

涡轮盘合金氧化-疲劳裂纹扩展机理和寿命预测研究进展

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机械工程学报 2021年第16期57卷 122-131页

作者：江荣吴常皓万煜伟张禄宋迎东南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 南京航空航天大学航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

航空发动机涡轮盘在其服役过程中往往在高温燃气环境下承受热载荷和机械载荷共同作用,最终因疲劳、蠕变以及氧化的交互作用而失效。随着高推重比航空发动机的发展和涡轮前温度的提高,氧化损伤对涡轮盘表面疲劳裂纹扩展的影响愈加显著,... 详细信息

航空发动机涡轮盘在其服役过程中往往在高温燃气环境下承受热载荷和机械载荷共同作用,最终因疲劳、蠕变以及氧化的交互作用而失效。随着高推重比航空发动机的发展和涡轮前温度的提高,氧化损伤对涡轮盘表面疲劳裂纹扩展的影响愈加显著,往往可使疲劳裂纹扩散速率提高1~2个数量级。综述氧化损伤对涡轮盘用高温合金疲劳裂纹扩展的影响以及疲劳裂纹尖端氧化损伤机理,分析裂纹尖端疲劳损伤、氧化损伤和动态脆化影响裂纹扩展的竞争机制,梳理考虑氧化损伤效应的疲劳裂纹扩展模型和数值模拟方法,对实现氧化-疲劳载荷作用下裂纹扩展速率的准确预测所还需开展的工作进行展望,以期有助于促进航空发动机涡轮盘损伤容限设计方法和工具的发展。

关键词：镍基高温合金疲劳裂纹扩展裂纹尖端氧化损伤寿命预测

循环湿热老化对T700/TDE86碳纤维复合材料层间断裂韧度的影响

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航空材料学报 2019年第4期39卷 40-48页

作者：徐凯龙刘璐璐赵振华双超陈伟南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室

对 T700/TDE86 碳纤维增强树脂基复合材料进行加速循环湿热老化实验,研究不同循环湿热老化天数对Ⅰ型张开以及Ⅱ型滑移两种层间断裂韧度的影响。结果表明:循环湿热老化之后的复合材料Ⅰ型层间断裂韧度出现明显的 R 曲线,且随着循环湿热... 详细信息

对 T700/TDE86 碳纤维增强树脂基复合材料进行加速循环湿热老化实验,研究不同循环湿热老化天数对Ⅰ型张开以及Ⅱ型滑移两种层间断裂韧度的影响。结果表明:循环湿热老化之后的复合材料Ⅰ型层间断裂韧度出现明显的 R 曲线,且随着循环湿热老化天数的增加,裂纹初始扩展能量释放率(GIC,init)与裂纹稳态扩展能量释放率(GIC,prop)都获得了大幅提升;复合材料Ⅱ型层间断裂韧度随着循环湿热老化天数的增加,呈现阶梯状下降的趋势,而且在循环湿热老化前期,下降幅度最大,为 21.68%。

关键词：循环湿热老化复合材料 Ⅰ型层间断裂韧度 Ⅱ型层间断裂韧度

大分子碳氢燃料预混射流火焰的化学反应器模拟

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燃烧科学与技术 2021年第1期27卷 60-66页

作者：李亚清刘勇郭泽颖张祥郑丹伟邓子江南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016

针对大分子碳氢燃料预混射流火焰进行模拟,建立一个基于化学反应器网络(CRN)的快速预测模型,对不同工况的大分子碳氢燃料预混射流火焰进行快速模拟.通过对3种(正庚烷、正癸烷、正十二烷)燃料在进口流量0.268~0.343 g/s,当量比0.8~1.2,... 详细信息

针对大分子碳氢燃料预混射流火焰进行模拟,建立一个基于化学反应器网络(CRN)的快速预测模型,对不同工况的大分子碳氢燃料预混射流火焰进行快速模拟.通过对3种(正庚烷、正癸烷、正十二烷)燃料在进口流量0.268~0.343 g/s,当量比0.8~1.2,混合气进口温度380~500 K下的射流火焰进行计算流体力学方法(CFD)求解,建立数据样本集合.通过样本进行数据分析获得射流火焰CRN分区拓扑结构.建立优化模型对化学反应器的特征参数进行优化.建立大分子碳氢燃料射流火焰进口参数与各个反应器出口参数的拟合关系式.最后运用拟合关系式对参考工况进行验证,结果表明预测最大相对误差为11.2%,平均相对误差为4.6%.

关键词：大分子碳氢燃料射流火焰化学反应器网络模型优化

考虑分层损伤的平纹编织SiC/SiC弯曲失效模拟

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推进技术 2023年第4期44卷 241-249页

作者：冯雨春张盛高希光南京航空航天大学能源与动力学院、航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院、江苏省航空动力系统重点实验室江苏南京210016

平纹编织SiC/SiC是航空发动机热端部件的理想材料,由于其层间性能较弱,在进行力学行为和失效机理研究时需要考虑材料分层损伤的影响。采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了平纹编织SiC/SiC复合材料在四点弯曲下的失效模式和破坏过程,... 详细信息

平纹编织SiC/SiC是航空发动机热端部件的理想材料,由于其层间性能较弱,在进行力学行为和失效机理研究时需要考虑材料分层损伤的影响。采用试验和数值模拟相结合的方法,研究了平纹编织SiC/SiC复合材料在四点弯曲下的失效模式和破坏过程,通过数字图像相关法(DIC)技术实时观测试件分层损伤萌生和扩展过程。试验结果表明,分层破坏是复合材料四点弯曲最主要的失效形式。进一步,基于内聚力模型预测了平纹编织SiC/SiC复合材料梁的弯曲强度、分层萌生及扩展。预测结果与试验吻合较好,说明本文建立的数值模型是可行的。对内聚力模型中的参数进行研究,计算结果表明,法向应力极限值对弯曲曲线的初始斜率和峰值载荷均有一定的影响,而剪切应力极限值以及拉伸断裂能只对弯曲极限载荷有影响,剪切断裂能对数值模拟影响较小,失效载荷预测误差小于10%。

关键词：平纹编织SiC/SiC 分层损伤内聚力模型四点弯曲热端部件

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转速比对双转子系统非线性动力学特性影响

南京航空航天大学学报 2018年第3期50卷 367-374页

作者：王飞罗贵火崔海涛南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016

以航空发动机双转子系统为研究对象,考虑挤压油膜阻尼器以及中介轴承的非线性力,通过有限元法和固定界面模态综合法建立了双转子系统的耦合动力学模型。利用仿真计算分析了转速比对转子系统非线性响应特性的影响。研究表明:响应中能观... 详细信息

以航空发动机双转子系统为研究对象,考虑挤压油膜阻尼器以及中介轴承的非线性力,通过有限元法和固定界面模态综合法建立了双转子系统的耦合动力学模型。利用仿真计算分析了转速比对转子系统非线性响应特性的影响。研究表明:响应中能观察到较明显的交叉激振现象;响应中除了内外转子的不平衡激励频率之外,还出现了两者的组合频率,但不同转速比情况下的组合频率不同;同向旋转情况下的临界转速均不小于反向旋转;转速比对转子系统的轴心轨迹和运动的周期性有较大影响。最后,通过试验验证了本文建模和仿真结果的正确性。

关键词：转子动力学双转子挤压油膜阻尼器中介轴承非线性振动