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平面叶栅风洞流场品质的被动调控策略

航空动力学报 2024年第7期39卷 217-228页

作者：蔡明高丽敏晋文浩雷祥福西北工业大学动力与能源学院西安710129 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710129

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高... 详细信息

为了提升高负荷叶型的平面叶栅试验流场品质以保证试验数据的可靠性和准确性,建立了平面叶栅流场品质的评价参数,提出了中间流线型上端壁及其与出口可调尾板组合的两种被动调控方案.采用试验验证的数值模拟方法研究了以上两种方案对高负荷平面叶栅流场品质的调控策略.结果表明:两种调控方案均能够有效抑制上端壁区域的流场恶化,进而提升平面叶栅的来流准确性、流场周期性以及二维性.采用与平面叶栅理想中间流线相匹配的上端壁安装角和周向距离,以及尾板安装角时,两种方案对流场品质的提升效果最好.中间流线型上端壁组合出口尾板方案优于中间流线型上端壁方案,使叶栅中间3个叶片通道的进口马赫数偏差不超过±0.005,来流攻角偏差不超过±0.3°;叶栅进口和出口马赫数的周期性偏差不超过0.005,气流角的周期性偏差不超过0.3°;设计攻角下叶栅轴向速度密度比(AVDR)达到1.1,叶栅二维性较好.两种调控方案对叶栅大攻角工况的流场品质调节具有很好的适用性.

关键词：平面叶栅试验端壁改型尾板流场品质准确性周期性

基于SHPB技术测试典型金属动态压缩性能的尺寸效应分析

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中国测试 2024年

作者：李艳萍郭辉张阳闫奕飞郭伟国西北工业大学航空学院西南科技大学土木工程与建筑学院

为了探究金属材料在SHPB动态测试中的尺寸效应问题，该文选用了3种具有典型晶体结构的金属材料2A12铝合金（面心立方，FCC）、45钢（体心立方，BBC）以及TC4钛合金（密排六方，HCP）），分别加工成具有相同长径比（0.8）、不同尺寸（Φ1... 详细信息

为了探究金属材料在SHPB动态测试中的尺寸效应问题，该文选用了3种具有典型晶体结构的金属材料2A12铝合金（面心立方，FCC）、45钢（体心立方，BBC）以及TC4钛合金（密排六方，HCP）），分别加工成具有相同长径比（0.8）、不同尺寸（Φ10×8，Φ5×4，Φ2×1.6）的圆柱形压缩试样，并采用三组不同杆径的SHPB装置（杆径分别为Φ19mm、Φ12.7mm、Φ5mm）进行动态力学性能测试。结果表明：1）在金属材料的动态压缩力学性能测试中，所用试样的尺寸在满足一定要求时方可获得其稳定的塑性流动应力，对于绝大多数金属建议采用直径大于5mm的试样进行测试；采用微型SHPB装置配合小尺寸试样所测得材料的塑性流动应力偏低；2）对应变率敏感的材料，其尺寸效应也更为显著；3）被测试样的塑性流动应力或与试样的应力三轴度（即一维应力程度）相关。本研究意在分析SHPB测试中的尺寸问题以期对相关学者和工程技术人员准确地获取金属材料的动态实验数据提供参考。

关键词： SHPB 尺寸效应金属材料应变率塑性流动应力

冲击力作用下种植体周围骨动态力学响应的数值模拟

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医用生物力学 2024年第4期39卷 718-723页

作者：马新扬刁晓鸥侯兵王丹杨西安医学院口腔医学院西安710021 空军军医大学口腔医院西安710032 西北工业大学航空学院西安710072

目的研究种植体周围骨结构在冲击力作用下的动态力学响应和损伤特征。方法建立种植体周围骨微观结构的有限元模型,对刚体施加初始速度模拟冲击加载,采用应力失效准则,编写用户材料子程序对模型进行失效判断,分析冲击力作用下骨结构的应... 详细信息

目的研究种植体周围骨结构在冲击力作用下的动态力学响应和损伤特征。方法建立种植体周围骨微观结构的有限元模型,对刚体施加初始速度模拟冲击加载,采用应力失效准则,编写用户材料子程序对模型进行失效判断,分析冲击力作用下骨结构的应力变化及损伤状况。结果冲击力作用后,皮质骨应力迅速达到峰值(16.01 MPa),而种植体底端骨小梁应力值在冲击后0.1μs达到应力峰值(5.85 MPa);冲击作用会形成应力波在骨结构内传播,骨结构损伤随时间发生变化;冲击能量可被骨小梁通过变形而缓冲和耗散,骨小梁应力达到屈服极限后出现损伤和破坏,而皮质骨在冲击作用下未出现损伤破坏。结论对于冲击损伤患者,应更加重视骨小梁的结构变化。所建数值模型能将骨的结构力学性能和自身几何特性结合,较好预测骨的冲击损伤情况。研究结果可为临床承受冲击损伤患者损伤评估和损伤后治疗提供参考。

关键词：冲击力种植体应力分布冲击能量有限元分析

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截面渐变稳态射流燃烧室燃烧与排放数值模拟

航空动力学报 2024年第9期39卷 285-294页

作者：祁治伟王骥飞刘秋洪西北工业大学航空学院西安710072 内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072

针对近年来对燃气轮机低污染排放的要求,为了利用某椭圆形燃烧室低排放的优势,改善其出口不易匹配后方燃气涡轮的不足,提出了一种截面渐变概念,使稳态射流燃烧室入口为椭圆形截面,出口为圆形截面。使用数值模拟方法对其燃烧特性和出口... 详细信息

针对近年来对燃气轮机低污染排放的要求,为了利用某椭圆形燃烧室低排放的优势,改善其出口不易匹配后方燃气涡轮的不足,提出了一种截面渐变概念,使稳态射流燃烧室入口为椭圆形截面,出口为圆形截面。使用数值模拟方法对其燃烧特性和出口处的流动与排放特性进行了研究,探究了截面渐变技术对燃烧室排放特性和流动特性的影响。与圆形燃烧室对比,截面渐变稳态射流燃烧室NO排放量降低了51.26%,保持了椭圆形燃烧室低排放的优势;与椭圆形燃烧室对比,有2.85%的NO排放量增加,但出口温度的均匀性提高了4.27%,同时能为后方燃气涡轮中的叶片提供更匹配的温度分布,证明了该截面渐变概念的可行性,可以为后续更多截面渐变技术研究作参考。

关键词：截面渐变稳态射流燃烧室 NO排放液雾燃烧数值模拟

一种基于AK-MCS-K的失效概率函数估计方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 784-791页

作者：宋海征周长聪李磊林华刚岳珠峰西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 西北工业大学清洁高效透平动力装置全国重点实验室西安710072

针对可靠性优化设计中失效概率函数求解复杂、计算量大等问题,提出一种求解失效概率函数的高效方法。所提方法的基本思路是利用自主学习Kriging方法构造输入变量全空间在失效边界处的局部代理模型,进而通过该局部代理模型结合Monte Carl... 详细信息

针对可靠性优化设计中失效概率函数求解复杂、计算量大等问题,提出一种求解失效概率函数的高效方法。所提方法的基本思路是利用自主学习Kriging方法构造输入变量全空间在失效边界处的局部代理模型,进而通过该局部代理模型结合Monte Carlo模拟法计算在指定分布参数样本下结构的失效概率,然后基于Kriging方法拟合分布参数样本点与对应结构失效概率之间的函数关系,最终建立用Kriging模型表达的失效概率函数的隐式函数。为了检验所提方法的精度和效率,给出了两个算例,对比了所提方法与已有的求解失效概率函数方法的计算结果。算例结果表明,所提方法适用于求解复杂的功能函数问题,并在满足精度要求的基础上显著降低了计算量。

关键词：结构可靠性失效概率函数自主学习Kriging方法代理模型

蠕变-疲劳耦合作用下推力室内壁结构损伤分析

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航空动力学报 2024年第7期39卷 29-35页

作者：王红建王超施蔚杜大华西北工业大学航空学院西安710072 中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所西安710100

可重复使用液体火箭发动机能大幅降低航天运输成本,其中推力室内壁结构的循环使用寿命是影响可重复使用性能的关键因素.基于Chaboche随动强化模型和Norton蠕变模型建立推力室内壁材料的本构方程;采用瞬态热-力耦合分析方法,获得推力室... 详细信息

可重复使用液体火箭发动机能大幅降低航天运输成本,其中推力室内壁结构的循环使用寿命是影响可重复使用性能的关键因素.基于Chaboche随动强化模型和Norton蠕变模型建立推力室内壁材料的本构方程;采用瞬态热-力耦合分析方法,获得推力室各工况下的温度场与应力-应变分布;通过Lagneborg累积损伤法建立损伤模型,其中考虑了蠕变-疲劳的耦合作用,以预测内壁结构损伤及循环寿命.研究结果表明:推力室内壁结构损伤形式以低周疲劳损伤和蠕变-疲劳耦合损伤为主,其中低周疲劳损伤占比65.8%,蠕变-疲劳交互作用损伤占比29.8%,因此为了准确预测推力室内壁结构的循环使用寿命,需考虑结构在蠕变-疲劳耦合损伤作用下的影响因素.

关键词：推力室低周疲劳高温蠕变交互损伤寿命预测

后掠平板边界层的横流线性稳定性和广义共振分析

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应用力学学报 2024年

作者：包云飞沈露予徐家宽李秀仲南京信息工程大学海洋科学学院西北工业大学航空学院

横流不稳定主导了后掠机翼表面前缘附近的边界层湍流转捩，因此其稳定性分析对于通过层流控制实现飞行器的减阻、降噪以及热防护至关重要。本文采用基于有限雷诺数理论的线性稳定性分析，研究了Falkner-Skan-Cooke边界层和后掠平板边界... 详细信息

横流不稳定主导了后掠机翼表面前缘附近的边界层湍流转捩，因此其稳定性分析对于通过层流控制实现飞行器的减阻、降噪以及热防护至关重要。本文采用基于有限雷诺数理论的线性稳定性分析，研究了Falkner-Skan-Cooke边界层和后掠平板边界层的不稳定特征。通过在不同压力梯度边界层求解Orr-Sommerfeld方程和Rayleigh方程揭示了粘性、无粘在横流不稳定中所起的作用，并且基于三波共振和Bragg散射的广义共振机理，本文还给出了能够高效触发横流边界层不稳定的壁面粗糙元和定常扰动模态的特定波数。本文稳定性分析的结果可以为横流边界层的转捩预测和层流控制提供有益的参考依据。

关键词：横流边界层流动稳定性广义共振线性稳定性理论湍流转捩

翼身融合布局飞机分布式推进边界层吸入效应影响研究

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力学学报 2024年第8期56卷 2448-2467页

作者：邱奥祥桑为民张桐安博李栋张彬乾西北工业大学航空学院西安710072 飞行器基础布局全国重点实验室西安710072 航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610037

翼身融合布局是指机翼和机身高度融合的全升力面飞机外形,在提升巡航效率和减排降噪等方面展现出明显的性能优势和发展潜力.采用雷诺平均Navier-Stokes方法结合基于叶素理论的体积力模型,针对翼身融合布局民机分布式推进边界层吸入(BLI... 详细信息

翼身融合布局是指机翼和机身高度融合的全升力面飞机外形,在提升巡航效率和减排降噪等方面展现出明显的性能优势和发展潜力.采用雷诺平均Navier-Stokes方法结合基于叶素理论的体积力模型,针对翼身融合布局民机分布式推进边界层吸入(BLI)效应影响下的绕流流场进行了数值研究.首先,将翼身融合布局民机分布式BLI推进构型简化为涵道风扇-机翼段耦合构型,计算涵道风扇质量流率小于1、等于1以及大于1的3个工况,对比分析了滑移网格方法、冻结转子方法和基于叶素理论的体积力模型法的流场细节、计算精度以及计算效率.其次,建立分布式BLI推进-机翼耦合构型,对此构型不同转速下的绕流流场进行对比分析,探究并验证所建立的分布式BLI推进系统抑制分离的能力.最后,将分布式BLI推进安装于翼身融合布局飞机概念方案NPU-BWB-300机翼与机身的融合段,探究其对NPU-BWB-300绕流流场的影响.研究结果表明:滑移网格方法、冻结转子方法和基于叶素理论的体积力模型方法均可以较好地刻画涵道风扇边界层吸入效应的流场细节;所建立的分布式BLI推进系统具备抑制分离的能力,将其应用于NPU-BWB-300也可以取得较为明显地改善分离流场的效果.

关键词：翼身融合布局分布式推进涵道风扇边界层吸入效应体积力模型

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弹性波理论教学之弯曲边缘波

力学与实践 2024年

作者：徐艳龙沈一舟尉亚军杨智春西北工业大学航空学院西北工业大学力学与土木建筑学院

在现有的弹性波理论教学中，关于弯曲波的内容相对较少，尤其缺乏关于弯曲边缘波的介绍。本文旨在填补这一教学空白，深入探讨弯曲边缘波的发现历程以及后续教学、研究的方向。同时，本文还推导了边缘波沿半无限板自由边传播的特性，并... 详细信息

在现有的弹性波理论教学中，关于弯曲波的内容相对较少，尤其缺乏关于弯曲边缘波的介绍。本文旨在填补这一教学空白，深入探讨弯曲边缘波的发现历程以及后续教学、研究的方向。同时，本文还推导了边缘波沿半无限板自由边传播的特性，并利用在自由边处构造弱刚度条带实现了对边缘波的增强引导。通过这些内容，我们希望在弹性波理论课程中增加对弯曲边缘波的教学，补充完善弯曲波的理论体系，以帮助学生更全面地了解这种特殊形式的弯曲波，从而加深对弹性波的理解。

关键词：弹性波理论弯曲波弯曲边缘波弹性波教学