舵面结构热模态试验方法研究

目的 探究高温对舵面结构模态试验结果的影响.方法 以导弹舵面为研究对象,开展高温环境下结构模态试验方法研究.基于石英灯热辐射高温加热系统和模态测试系统搭建热模态试验测试平台,采用带水冷装置的耐高温加长激振杆实现激励的施加,设计耐高温陶瓷引伸杆进行振动信号的测试,通过有限元仿真分析与试验数据对比,验证所提热模态试验方案的可行性.结果 当激振杆的正弦扫频试验在20～1000 Hz范围内,其传递函数值接近于1,说明激振杆传递性能良好.陶瓷引伸杆对试验件前四阶模态频率及振型影响较小,验证了陶瓷引伸杆设计的有效性.试验数据表明,试验件材料的刚度随着环境温度的升高逐渐降低,导致各阶模态的频率呈逐渐降低的趋势.结论 高温会使舵面结构的模态参数降低,该研究为后续型号产品的热模态试验提供了的试验手段和技术支持.     

航空发动机叶片振动特性试验研究

目的通过理论计算和试验验证获得航空发动机叶片一阶弯曲振动频率,并在一阶弯曲振动模态下获取叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。方法利用有限元分析软件对叶片进行模态分析,得到叶片的一阶弯曲振动频率。在振动试验系统上,通过扫频试验验证叶片发生一阶弯曲共振的频率,对叶片进行高应力振动试验。结果叶片一阶弯曲振动频率理论计算值为3584 Hz,实验值为3286 Hz,误差为8.31%,满足工程误差小于10%的要求。叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系为σ=1.8759af。结论得到了叶片的一阶弯曲振动频率以及叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。     

空间站控制力矩陀螺微振动测试技术

目的分析控制力矩陀螺的微振动扰动特性。方法通过获取陀螺连接点对结构的扰振力输出、关键部位的微振动响应来获取产品的微振动扰动特性,通过隔振的方式对外部环境的干扰进行隔离,进而降低测试的背景噪声,通过运用高精度测试传感器来实现微小扰动力信号、加速度信号的测量,利用结构有限元法及单点激励多点响应的模态分析方法校核系统刚度,进而确定测试频率范围是否满足需求。结果可同时获得空间站控制力矩陀螺连接点处的输出扰振力、质心处的输出扰振力合力、合力矩以及关键部位的微振动响应,可有效隔离外部干扰,扰振力背景噪声的时域信号最大值可控制在0.07 N以内,RMS值在0.02 N以内,加速度信号的时域背景噪声最大值可控制在1.5 mg以内,RMS值在0.1 mg以内。可识别微小扰振信号,加速度传感器分辨率为5×10-5 grms,力传感器的测量分辨率为1×10-2 N,力矩测量分辨率小于1×10-2 N·m。测试频带在320 Hz以内。结论满足型号需求,并投入型号使用。     

细长体试件两点激励振动试验形式的选择与分析

目的明确细长体试件最合适的两点激励试验形式。方法针对某细长体试件的不同试验形式设计了不同的试验夹具,随后针对试件和夹具开展有限元模态分析,并进行两种形式的两点激励振动试验,研究细长体试件在两点激励振动试验中采用不同试验形式时的动力学响应差异。结果模态分析和试验结果表明,试件和夹具组合体在柔性悬挂方式下依然正确反应了试件本身的模态特性,而在夹具固定方式下模态特性却发生了明显改变。结论细长体试件的两点激励振动试验更适合采用柔性悬挂方式进行。     

某导弹振动夹具设计及测试分析

目的 设计符合某导弹振动试验要求的夹具.方法 采用SolidWorks和Workbench两种软件协同分析的方法,对振动夹具进行设计.首先使用SolidWorks建立导弹振动夹具的实体模型,之后在Workbench中采用有限元方法对夹具进行模态分析.根据模态分析结果,在对夹具进行多次的结构修改和分析计算后,得到满足设计要求的夹具.将设计合格的夹具加工制作后,在振动台进行传递特性分析,以验证设计和分析结果.结果 根据振动夹具模态振型的变化趋势,可以通过增加夹具的底板和立板的厚度来提高夹具的固有频率.通过计算,将夹具底板和立板的厚度均增加到30.0 mm时,夹具的固有频率达到了311.68 Hz.将加工好的夹具按照实际试验方式固定在振动台,并进行动态响应测试,得到夹具一阶频率为410.0 Hz.结论 设计方法达到了振动夹具的基频大于被试品3～4倍的目标,满足了导弹振动夹具的动力学特性要求.     

单轴虚拟振动试验技术研究

目的 探索结合有限元和闭环随机振动控制方法搭建的随机振动虚拟试验系统是否可信,以及其限制条件,并明确下一步的工作方向。方法 搭建虚拟振动,并获得虚拟试验结果,并和实物试验结果进行比对。分别搭建随机振动控制仪模型和振动系统有限元模型,再组合成整个闭环随机振动虚拟试验系统。对振动台、夹具、产品进行有限元建模后,再根据模态试验结果对其修正。振动台、夹具、产品的有限元模型修改到位后,组合成振动系统有限元模型,振动系统有限元模型联合控制仪模型,构建闭环随机振动虚拟试验系统,并将虚拟试验结果和实物试验结果进行比对。结果 在400 Hz之前的低频段,虚拟试验结果和实物试验结果的一致性较好。结论 这种方法搭建的虚拟振动系统,在400 Hz前的低频段,可信度较好。     

大型热环境试验技术的最新进展

总结了近年来航天大型热环境试验方面最新成果,主要对热环境以及热强度、热模态、热振动等力热复合试验与相关物理量测量方面的工作进行了归纳,并指出了存在的不足以及未来发展的方向。通过工程加热能力和传感器承受能力的不同,建模分析预示,采取了温度分段加热实现的方案,试验及测量技术等方面取得显著成果,但由于飞行器复杂,传热及力热耦合影响,在热结构精细分析预示与试验技术方面,特别是在试验建模验模为基础的虚拟试验技术方面尚需大量研究。应坚持理论与试验、工程研制与研究相结合的方式,不断完善持续改进,实现动力学精细化预示与天地一致性试验。     

车用柴油机湿式气缸套振动特性分析

目的通过对柴油机湿式气缸套振动特性的计算分析,研究气缸套失效的主要原因,以提高柴油机结构的可靠性。方法基于16V280ZJ型柴油机气缸套的结构参数,采用有限元法建立气缸套有限元分析模型,对其进行模态分析,包括自由模态以及约束模态,分析气缸套的固有振动特性。然后基于16V280ZJ型柴油机的性能参数,计算气体力与惯性力,从而计算得到气缸套承受的交变侧压力。通过时-频转化将交变侧压力谱转化为频域谱,以分析气缸套承受的激励特性。结果气缸套的模态振型主要为径向弯曲振动,说明径向刚度小于轴向刚度。气缸套承受的交变侧压力的频率低于气缸套的固有频率。结论柴油机湿式气缸套受活塞侧向激振力不会发生共振,缸套的径向刚度较小,导致激振力传递给冷却水后缸套会发生穴蚀。     

冲压发动机热结构振动环境预示研究

目的研究脉动压力作用下冲压发动机燃烧室热结构振动环境预示方法。方法建立发动机结构的力学模型,同时开展相应的常温和热模态试验,对有限元模型进行对比、修正,以最终得到的力学模型为基础,分段对发动机结构施加脉动压力,完成冲压发动机脉动压力作用下热振动响应计算,并与试验结果进行对比分析。结果预示结果与试验结果基本相符,验证了所采用的冲压发动机振动响应分析方法和技术途径的可行性和正确性。结论这种热-结构分析方法可用于冲压发动机振动环境预示,同时也可用于优化发动机结构设计,对飞行器研制初期环境预示及结构设计工作具有重要的工程应用价值。     

复合材料与高温合金螺栓连接结构高温振动防松试验研究

目的 针对温度补偿垫块和碟形垫片2种防松形式的复合材料与高温合金螺栓连接结构,进行高温振动环境下的防松试验研究。方法 推导连接结构预紧力与固有频率的关系,表明固有频率的变化可作为连接结构是否松动的判据。研究常温环境下螺栓预紧力对复合材料连接结构固有频率的影响,以及在常温、高温振动环境下温度补偿垫块和碟形垫片2种防松形式的热防松效果。结果 在常温振动环境下,2种防松形式的防松效果接近,在高温振动环境下,温度补偿垫块方案的防松效果优于碟形垫片方案。结论 复合材料与高温合金螺栓2种材料的热膨胀系数不一致引起的热适配问题是导致的螺栓松动的主要原因。     

涡轴发动机燃气涡轮叶片热腐蚀机理分析与改进

目的 提高航空发动机燃气涡轮工作叶片的结构完整性、安全性和可靠性。方法 以某型涡轴发动机燃气涡轮转子叶片热腐蚀案例为研究对象,详细阐述热腐蚀下燃气涡轮转子叶片的结构破坏形式,分析发生热腐蚀部位的分布规律。通过冶金分析方法,研究燃气涡轮转子叶片的热腐蚀-疲劳失效形式。结果 燃气涡轮叶片高摩擦系数的区域在高温燃气的冲刷效应以及热盐腐蚀的作用下,发生表面涂层腐蚀剥落。涂层腐蚀剥落部分的叶片合金基体受到高温燃气的氧化与侵蚀后,形成了热腐蚀坑。腐蚀坑表面的凹凸处出现应力集中,并萌生裂纹,最终引起叶片疲劳断裂。结论 探究了典型腐蚀性物质对燃气涡轮转子叶片的耐高温涂层与镍基合金基体侵蚀与氧化的化学本质,最后针对燃气涡轮转子叶片热腐蚀问题提出了改进建议,可对防范航空涡轴发动机热腐蚀问题提供有益参考。     

航天产品湿度试验热仿真技术探讨

通过对环境试验技术发展趋势的分析,介绍了温度试验热仿真技术的专业理论。结合实际试验工作,给出了运用Icepak软件进行温度试验热仿真的实例,归纳总结了温度试验热仿真在环境试验领域的应用,并提出了以后的设想。     

可靠性强化试验技术在某型伺服作动器研制中的适用性探索

目的探索可靠性强化试验技术在典型机电液一体化产品伺服作动器研制过程中的适用性。方法以某型伺服作动器为研究对象,从故障激发的角度对可靠性强化试验技术的应用进行可行性分析,在响应调查和应力分析的基础上,结合产品的工作特点设计适用于该类伺服作动器的可靠性强化试验方案,包含低温步进应力试验、高温步进应力试验、快速温度循环试验10个循环、振动步进应力试验(包含气锤式三轴向六自由度超高斯随机振动方式及电磁振动台随机振动方式)及综合环境应力试验5个循环,并依此进行试验。结果在快速温度循环试验及综合环境应力试验过程中,均有效地激发出了产品的漏油故障,与相似产品外场暴露的漏油故障模式相吻合。结论可靠性强化试验技术可有效地应用于典型机电液一体化产品伺服作动器的研制过程,设计的可靠性强化试验方案可有效地激发外场出现频率较高的故障,可作为该类产品研制的试验手段之一。     

海洋环境下燃气轮机涡轮叶片的热腐蚀与防护

涡轮叶片热腐蚀是海洋环境工作下的燃气轮机的典型故障之一,也是决定涡轮叶片使用寿命的主要限制因素之一.简要分析了我国沿海地区海洋环境的特点以及涡轮叶片热腐蚀的特点,讨论了燃气轮机涡轮叶片的热腐蚀机理和影响因素,结果表明叶片表面温度、燃气中的盐含量以及燃油中的硫与钒是导致热腐蚀的重要因素.最后,着重从选材、涂层应用和维护等...     

系统电磁脉冲效应摸底试验初探

目的研究武器装备系统的电磁脉冲效应。方法采用系统理论计算和部件摸底试验相结合的方法,以某装备的信息处理模块为测试对象,开展电磁脉冲近场辐照和电流注入试验,通过改变场强、注入电流等试验条件,探讨电磁脉冲对该模块的电磁效应。结果得出了工作状态下该模块的电磁脉冲干扰效应试验数据,该模块在310 V/m的辐照场强或电缆耦合电流为4.3~6.4 A时会出现敏感状态,多次测试时百分之百敏感阈值略高。结论对部件开展近场辐照和电流注入的电磁脉冲摸底试验方法可行,为进一步研究系统装备电子部件的电子脉冲效应提供了借鉴。     

有限元分析在三轴六自由度振动系统设计中的应用

简要说明了三轴六自由度振动试验系统建设的现状、意义和主要内容,介绍了虚拟振动试验技术的发展和作用,并通过应用案例阐述了虚拟振动试验技术在三轴六自由度振动试验系统建设上的应用,结果表明虚拟振动试验技术对六自由度振动试验系统的设计优化具有重要的支持作用.     

基于扫描式激光多普勒测振仪的叶片工作变形研究

目的保证叶片结构的完整性。方法采用结构工作变形分析理论,借助扫描式激光多普勒测振仪多点、非接触、高精度测量的优点,搭建了一套发动机叶片工作变形分析试验系统。通过振动台对叶片施加快速正弦扫频的基础激励,用测振仪测量叶片表面55个测点的速度响应,然后用工作变形分析方法得到该叶片的前6阶固有频率和振型,用模态置信准则评估上述6阶振型之间的相关性。结果该叶片振型由低阶到高阶依次是一阶弯曲、两种不同节线的一阶扭转、二阶弯曲、二阶扭转、弯扭耦合,不同阶次振型的MAC值都小于或等于0.2。结论不同模态振型之间的相关性很低,证明了工作变形分析结果的正确性。     

不锈钢板式热沉传热特性的实验与模拟研究

目的 研究流量、胀高及焊点排布方式对不锈钢板式热沉传热特性的影响。方法 搭建实验平台,加工出结构参数不同的板式热沉实验件,同时采用静力隐式算法建立相应的几何模型,通过实验与数值模拟相结合的方法,研究流量、胀高和焊点排布方式的变化对板式热沉热阻的影响规律,并分析热沉流道内部流场状态。结果 首先计算了6个工况下的热阻,发现实际换热量为540 W时,数值模拟与实验结果的最大相对误差不大于25%。然后分析了误差来源,最后得到了热沉全流道速度场与温度场的分布情况。结论 实验与模拟结果有较好的符合程度,证明了数值模拟方法的可靠性。在换热量相同时,板式热沉的热阻随流量与胀高的增大而减小,焊点为菱形排布的热沉传热性能相对更好。板式热沉内部的流场具有周期性,焊点使流体扰动增强,并形成射流和旋涡,起到了强化传热的效果。     

基于MATLAB和有限元的虚拟振动试验系统

通过MATLAB平台建立了虚拟振动设备包括振动台和控制器,采用有限元软件建立振动台动圈、夹具、试件一体化模型作为被控对象,与虚拟振动设备形成闭环的虚拟振动试验系统,可开展仿真试验,成为振动试验辅助设计平台。