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基于KAN与动态上采样器的流场预测模型

计算物理 2024年

作者：常绍波陈泽伟余建庚刘子扬陈刚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航天通信控股集团股份有限公司

针对流场预测需求，本文提出了一种结合科尔莫哥罗夫-阿诺德网络（KAN）与动态上采样器（DySample:UpsamplingbyDynamicSampling）的KAN耦合模型（KADS），并利用二维菱形翼形数据开展流场数据预测应用。本文改变原始KAN的激活函数 B-Sp... 详细信息

针对流场预测需求，本文提出了一种结合科尔莫哥罗夫-阿诺德网络（KAN）与动态上采样器（DySample:UpsamplingbyDynamicSampling）的KAN耦合模型（KADS），并利用二维菱形翼形数据开展流场数据预测应用。本文改变原始KAN的激活函数 B-Spline，构建了FourierKAN、GRBFKAN、RBFKAN、ChebyKAN等KAN结构，并对其耦合DySample后的性能进行评估。通过与传统的多层感知机MLP进行对比发现，以切比雪夫多项式为激活函数的ChebyKAN能以较少的训练时间和次数实现较高的准确率，且在测试时不会出现过拟合的现象。结果表明，本文提出的KADS模型能够适用于流场预测分析任务，能够为深度学习流体智能建模任务提供新的建模方法与思路。

关键词： KAN 动态上采样器神经网络流场预测

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重复使用火箭发动机涡轮泵载荷谱编制方法

火箭推进 2024年第1期50卷 97-104页

作者：孙羽键李广徐自力杜大华闫松王珺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西安710049 西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室陕西西安710100

重复使用火箭一子级发动机通过多次点火将火箭送入预定轨道后,返回并定点回收,多次启动-关机会产生损伤累积及疲劳问题,掌握液体发动机涡轮泵真实载荷谱,是可重复使用火箭发动机研制中一项重要工作。针对重复使用火箭一子级发动机涡轮... 详细信息

重复使用火箭一子级发动机通过多次点火将火箭送入预定轨道后,返回并定点回收,多次启动-关机会产生损伤累积及疲劳问题,掌握液体发动机涡轮泵真实载荷谱,是可重复使用火箭发动机研制中一项重要工作。针对重复使用火箭一子级发动机涡轮泵提出了载荷谱编制方法。根据回收任务方案,确定任务全周期飞行剖面,建立火箭动力学方程,计算一子级各飞行剖面发动机推力调节范围及质量流量。基于推进剂组分、质量流量等参数推算涡轮泵转速及功率变化,编制转速谱和功率谱。通过对SpaceX公司猎鹰9一子级陆地回收任务CRS-11分析,编制该任务全周期载荷谱,得到一子级发动机推力谱、涡轮泵转速谱和功率谱,通过真实推力数据验证载荷谱编制方法。研究结果可为重复使用发动机研制提供支撑。

关键词：重复使用涡轮泵多次点火载荷谱

考虑各向异性蠕变的锆包壳鼓胀行为数值模拟方法研究

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原子能科学技术 2024年第4期58卷 878-886页

作者：李伟李小雨段倩妮王皓坤武俊梅刘仕超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陕西西安710049 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室四川成都610213

锆(Zr)合金包壳在高温和管内外压差作用下存在鼓胀及爆破失效行为,其中热蠕变是关键影响因素之一。针对α相Zr蠕变存在的各向异性特点,基于Hill准则推导了应力更新算法和一致切线刚度算法,并基于有限元方法加以实现,结合与温度和辐照相... 详细信息

锆(Zr)合金包壳在高温和管内外压差作用下存在鼓胀及爆破失效行为,其中热蠕变是关键影响因素之一。针对α相Zr蠕变存在的各向异性特点,基于Hill准则推导了应力更新算法和一致切线刚度算法,并基于有限元方法加以实现,结合与温度和辐照相关的热-力学物性、α-β相转变模型和爆破失效限值经验模型,获得了Zr包壳的鼓胀行为分析工具。采用厚壁圆管蠕变问题的理论解析解进行了确认,通过与PUZRY系列鼓胀爆裂实验对比进行了验证,结果表明:相较于常规的各向同性蠕变算法,各向异性蠕变算法能够更好地预测α相区间的Zr包壳高温鼓胀;对于α+β混合相区间,目前常用的加权混合方法计算蠕变速率还存在较大误差;对于加压速率较大的工况,如果仅仅考虑蠕变的影响,则会存在较大误差。

关键词：各向异性蠕变包壳鼓胀有限元模拟

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冲击载荷下姿轨控贮箱流固耦合响应分析

火箭推进 2024年第3期50卷 19-27页

作者：张轩王旭阳徐自力薛杰王珺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西安710049 西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室陕西西安710100

含推进剂贮箱在高量级冲击载荷作用下会产生强烈的流固耦合振动,严重时可能引起结构破坏。为准确预示充液贮箱的冲击响应,揭示贮箱内流固耦合振动机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法与结构有限元方法,建立了充液贮箱耦合动力学模型,... 详细信息

含推进剂贮箱在高量级冲击载荷作用下会产生强烈的流固耦合振动,严重时可能引起结构破坏。为准确预示充液贮箱的冲击响应,揭示贮箱内流固耦合振动机理,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法与结构有限元方法,建立了充液贮箱耦合动力学模型,计算了不同载荷量级与充液比的贮箱加速度时程,并与实验结果进行对比。结果表明:高量级、高充液比下贮箱的加速度响应发生剧烈波动;就计算贮箱而言,满充液比下,载荷量级达到-3 dB时出现波动,峰值为5.33 g;0 dB载荷量级下,充液比达到75%时出现波动,峰值为7.82 g;0 dB载荷量级下满充液贮箱的波动最为剧烈,峰值计算值达到24.24 g,该值与实验结果对比,误差仅为2.78%。通过分析冲击过程中流体与结构的运动规律可知,冲击后加速度响应波动是由流体和贮箱壳体二者分离后产生的剧烈碰撞所引发。

关键词：推进剂贮箱 SPH方法半正弦冲击流固耦合动力学分析

600MW汽轮机低压缸动力学特性分析与结构优化

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汽轮机技术 2024年第3期66卷 179-182页

作者：张一鸣徐自力陈贝贝杨灵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 东方电气集团东方汽轮机有限公司德阳618000

针对某600MW凝汽式汽轮机低压缸盖振较大的问题,从动力学特性理论分析入手,采用三维有限元方法对低压缸结构进行了模态分析,提出了一种与低压转子旋转激振力等效的双向简谐力加载方法,对低压缸的受迫振动响应进行了数值计算;基于计算结... 详细信息

针对某600MW凝汽式汽轮机低压缸盖振较大的问题,从动力学特性理论分析入手,采用三维有限元方法对低压缸结构进行了模态分析,提出了一种与低压转子旋转激振力等效的双向简谐力加载方法,对低压缸的受迫振动响应进行了数值计算;基于计算结果分析,提出了低压缸的结构优化改进方案,并从多角度对所提方案进行了效果评估。结果表明,低压缸的下缸刚度较低导致固有频率落入50Hz附近,以及转子轴承支撑中心距离端板较远导致激励力力矩较大,是低压缸振动较大的主要原因;提出的结构优化方案可提高低压缸的固有频率,使其避开50Hz工作频率,同时也能够有效降低振动响应的幅值。

关键词：汽轮机低压缸模态分析振动响应结构优化

非能动脉冲冷却系统对压水堆SBO/TLFW事故的缓解作用分析

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核动力工程 2024年第3期45卷 179-185页

作者：吴震华唐琪李伟许俊俊段倩妮武俊梅苏州热工研究院有限公司江苏苏州215004 国家核电厂安全及可靠性工程技术研究中心江苏苏州215004 大亚湾核电运营管理有限责任公司广东深圳518124 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710049

针对二代堆核电厂目前的事故规程难以处理全厂失电(SBO)与完全丧失给水(TLFW)事故叠加的情况(SBO/TLFW),非能动脉冲冷却是一种充分利用二代堆核电厂二回路现有设备系统以延缓事故进程的新思路。为分析非能动脉冲冷却系统对SBO/TLFW事故... 详细信息

针对二代堆核电厂目前的事故规程难以处理全厂失电(SBO)与完全丧失给水(TLFW)事故叠加的情况(SBO/TLFW),非能动脉冲冷却是一种充分利用二代堆核电厂二回路现有设备系统以延缓事故进程的新思路。为分析非能动脉冲冷却系统对SBO/TLFW事故的缓解作用,基于最佳估算系统程序RELAP5建立了中国改进型三环路压水堆(CPR1000)机组主系统、二回路和非能动脉冲冷却系统模型,在此基础上开展了SBO/TLFW事故工况分析,对比了有、无非能动脉冲冷却系统情况下的事故进程。计算结果表明,在停堆后8 min内开始启动且仅依靠除氧器存水,非能动脉冲冷却系统能够将堆芯开始裸露的时间推迟约12 h,可以显著延缓压水堆的SBO/TLFW事故进程。

关键词：非能动脉冲冷却全厂失电(SBO) 完全丧失给水(TLFW)

冲击载荷下防甩件动态响应试验和数值分析研究

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压力容器 2024年第5期41卷 36-42页

作者：刘浪孟阿军石媛媛彭建西安交通大学航天航空学院西安710049 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试验室西安710049 核电安全技术与装备全国重点试验室广东深圳518172 深圳中广核工程设计有限公司广东深圳518172

为研究防甩件的抗甩击性能,开展了防甩件在轴向冲击载荷作用下的动态响应试验研究和数值分析,并在数值分析方法中,考虑了防甩件材料在不同冲击载荷条件下应变率效应的影响。研究结果表明,本文选用的防甩件具有良好的吸能防甩限制能力,此... 详细信息

为研究防甩件的抗甩击性能,开展了防甩件在轴向冲击载荷作用下的动态响应试验研究和数值分析,并在数值分析方法中,考虑了防甩件材料在不同冲击载荷条件下应变率效应的影响。研究结果表明,本文选用的防甩件具有良好的吸能防甩限制能力,此外,数值分析结果与轴向冲击试验动态响应结果吻合较好,加速度峰值误差小于10%,充分验证了在类似蜂窝套管状防甩件数值分析中,考虑材料应变率效应的Cowper-Symonds黏塑性材料本构模型数值分析方法的有效性。该方法为防甩件抗甩击性能设计提供了更准确、更快捷的分析手段,并有效降低设计分析成本。

关键词：核电厂管道断裂防甩件冲击试验应变率效应数值仿真分析

极坐标下连续密度梯度多孔金属材料设计及其夹芯管的抗爆性能研究

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固体力学学报 2024年

作者：于学会李婷王安帅王茗仕西安建筑科技大学理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建筑科技大学资源工程学院西南石油大学机电工程学院

利用3D-Voronoi技术，建立了极坐标下径向连续密度梯度泡沫铝及其夹芯管有限元模型，进而研究了夹芯管在内部爆炸载荷下的动态响应。分析了正梯度、负梯度、“V”型梯度（中间高两端低、中间低两端高）等芯材密度分布方式，芯材密度梯... 详细信息

利用3D-Voronoi技术，建立了极坐标下径向连续密度梯度泡沫铝及其夹芯管有限元模型，进而研究了夹芯管在内部爆炸载荷下的动态响应。分析了正梯度、负梯度、“V”型梯度（中间高两端低、中间低两端高）等芯材密度分布方式，芯材密度梯度大小，管壁与芯材装配方式以及炸药长径比对夹芯管抗爆性能的影响。结果表明：当芯材密度梯度大小相同时，负梯度夹芯管的外管最大变形量最小，中间低梯度夹芯管的比吸能最高，正梯度夹芯管的抗爆性能最劣；随着芯材密度梯度的增加，负梯度夹芯管的外管最大变形量显著减小，中间低梯度夹芯管的比吸能呈现出先增加后减少的趋势，中间高梯度夹芯管的抗爆性能减弱；将管壁与芯材进行理想粘结，有效提高了均匀、负梯度以及中间低梯度夹芯管的比吸能，但也增加了外管的最大变形量；在不同的炸药长径比下，负梯度夹芯管的外管最大变形量最小。

关键词：抗爆性能连续密度梯度夹芯管 3D-Voronoi

基于机器学习方法的HTPB推进剂力学性能预测研究

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固体火箭技术 2024年第1期47卷 54-59页

作者：程一哲王春光张恺宁于蓓王志军西安交通大学航天航空学院西安710049 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710049 北京凌空天行科技有限责任公司北京100176 喀什地区电子信息产业技术研究院喀什844199 内蒙古航天红峡化工有限公司呼和浩特010076

固体推进剂中AP颗粒的级配不同会导致力学性能相差巨大,为了探究AP颗粒的粒度值和质量分数对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂力学性能的影响规律,采用机器学习的方法对推进剂的力学性能进行仿真预测,降低了实验成本并提高了预测效率。首先,... 详细信息

固体推进剂中AP颗粒的级配不同会导致力学性能相差巨大,为了探究AP颗粒的粒度值和质量分数对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂力学性能的影响规律,采用机器学习的方法对推进剂的力学性能进行仿真预测,降低了实验成本并提高了预测效率。首先,对不同级配的HTPB推进剂进行拉伸试验,得到不同温度下抗拉强度和伸长率;其次,以拉伸试验结果为样本进行机器学习,分别构建了反向传播(Back Propagation,BP)神经网络、粒子群算法优化的反向传播(Particle Swarm Optimization Back Propagation,PSOBP)神经网络和遗传算法优化的反向传播(Genetic Algorithms Back Propagation,GABP)神经网络对推进剂的力学性能进行预测。结果表明,力学性能与颗粒级配的内在关系较为复杂,并非简单的线性关系。PSOBP和GABP可以用于预测不同级配下HTPB推进剂力学性能,并且GABP神经网络可以更好地预测推进剂的力学性能变化。

关键词：固体推进剂 HTPB 颗粒级配机器学习神经网络力学性能