立贮固体发动机黏接界面剪切破坏风险研究

目的 评估长期立贮固体发动机黏接界面因剪切变形导致破坏的风险。方法 对固体发动机黏接界面剪切试件进行高温加速老化,而后对老化剪切试样进行定速拉伸剪切试验,依据剪切试验结果,总结固体发动机黏接界面力学性能的老化规律。基于Arrhenius方程外推得到固体发动机黏接界面考虑老化的剪切变形破坏判据,采用该破坏判据对立式贮存15 a的某型固体发动机黏接界面因剪切变形发生破坏的风险进行评估。结果 黏接界面在经过15 a的老化后,其最大剪切变形为0.792 6 rad,比初始性能下降5.31%。选定某型固体发动机进行长期立贮工况计算,仿真计算结果显示,该固体发动机立贮15 s时,黏接界面危险点处的切向应变值0.463 3 rad。该值小于老化15 a后黏接界面剪切变形破坏起始点,即该发动机在立式贮存15 a后,界面剪切变形程度未达到破坏阈值。结论 该破坏判据能够较为直观地对长期立式贮存固体发动机黏接界面因剪切变形发生破坏的风险进行评估,可为长期贮存固体发动机黏接界面结构完整性评估提供借鉴参考。     

长期立贮固体发动机药柱变形预估方法研究

目的 研究老化与颠振影响下长期立式贮存固体发动机药柱的蠕变特性,基于广义Kelvin模型,构建一种考虑老化和损伤因素的蠕变本构模型。方法 通过开展温度与应力加速蠕变试验、高温加速老化试验以及往复拉伸损伤试验,获得老化与损伤对蠕变的影响规律,建立蠕变预测模型,获取模型参数,并将其嵌入有限元软件。结果 利用所得蠕变本构模型计算了某型发动机立式贮存15 a后药柱蠕变的应力应变,结果表明,考虑老化因素后,发动机药柱的最大等效应力增大了96.84%,最大等效应变减小了4.07%,在同时考虑老化与损伤因素后,最大等效应力增加了82.77%,最大等效应变减小了3.62%。结论 对比不同条件下的仿真结果,老化和损伤对发动机蠕变状态的影响较大。使用该模型能够较好地体现出固体发动机药柱的老化硬化和损伤软化。     

不同破坏程度下颗粒煤瓦斯扩散特性试验研究

为探索不同破坏程度下颗粒煤瓦斯扩散特性,制备不同粒径的煤样,达到人为模拟不同破坏程度颗粒煤的效果,并利用瓦斯吸附-扩散装置对不同破坏程度的煤样进行等温吸附-扩散试验。试验结果表明:颗粒煤瓦斯扩散率随着粒径的增大而减小,当粒径增大到一定值时,颗粒煤瓦斯扩散率随着粒径的增大而保持不变;同初始吸附平衡条件下,相同时间段的颗粒煤瓦斯扩散系数随粒径的增大而增大,而颗粒煤有效扩散系数则随粒径的增大而减小,当颗粒煤粒径增大到一定值时,颗粒煤瓦斯有效扩散系数基本保持不变。通过对颗粒煤瓦斯有效扩散系数与粒径的关系进行拟合,能很好地满足乘幂函数关系式De=a·rb0,通过该关系式可对不同破坏程度颗粒煤瓦斯有效扩散系数进行预测,对预防煤矿瓦斯灾害具有重要的现实意义。     

某弹药包装筒用改性ABS塑料贮存寿命评估研究

通过开展不同温度条件下的热氧老化试验,对某弹药包装筒用改性ABS塑料的贮存老化性能进行评估,发现该材料的变色与试验温度有明显关系,温度越高变色越明显。通过统计分析外推预测了常温下的贮存寿命。     

基于状态监测和老化试验的火箭发动机寿命评估方法研究

通过分析某型固体火箭发动机的结构,对发动机状态监测系统的微型传感器进行了合理布局,从而得到危险区域的最大应变值。采用加速老化试验,得到推进剂在不同老化温度下延伸率随老化时间的变化曲线。通过化学反应速率,建立不同老化温度下力学性能参数和老化时间的关系,从而确定某贮存温度下推进剂延伸率与贮存时间的关系。将发动机危险点处最大应变与贮存时间的变化关系进行比较,得到推进剂的贮存寿命。     

热空气作用下FM-2D橡胶材料老化本构模型研究

目的 建立热空气作用下氟醚-2D(FM-2D)橡胶材料的老化本构模型,形成老化作用下橡胶材料力学响应分析方法,为准确评估橡胶密封件使用寿命提供依据。方法 探究热空气作用下FM-2D橡胶材料老化机理,基于连续介质有限变形理论框架,采用热力学耗散势函数法,引入橡胶老化过程的势能函数,据此建立考虑橡胶材料老化的超弹性本构模型,基于橡胶老化试验,完成本构模型参数标定,实现老化作用下橡胶力学响应的预测。结果 建立了热空气作用下橡胶材料的老化本构模型,依据老化试验数据标定模型参数,分析了热空气作用下橡胶材料本构模型的可靠性。结论 建立的热空气作用下橡胶材料的老化本构模型可准确预测橡胶随老化时间演变的力学响应,有效模拟了橡胶材料的老化过程。     

原子氧作用下聚合物薄膜材料表面形貌变化研究综述

原子氧作用造成航天器用聚合物薄膜的表面形貌发生显著变化,服役性能下降。基于此,从试验和仿真2个方面对相关研究进行了综述,总结了聚酰亚胺薄膜粗糙度及透过率随原子氧通量的变化,发现随累积通量增加,薄膜表面粗糙度增大,造成其透过率下降,但变化规律仍不清楚。对改性聚酰亚胺薄膜、其他聚合物薄膜及空间环境协合效应下聚合物薄膜的形貌变化进行了分析,分析了原子氧与聚合物材料作用仿真方法,对原子氧掏蚀形貌仿真结果进行了总结,指出了聚合物薄膜形貌变化机理研究中的关键科学问题。     

改性聚乙烯醇树脂恒湿性能研究

制备了聚乙烯醇(PVA)吸附性树脂,根据弹药贮存环境湿度的变化,设计了测定产品恒湿性能的实验装置,利用该装置测试表明,该树脂具有一定的恒湿性能,当产品用量为1.5 g、90%RH下预吸湿4 h,其恒湿范围是45.3%~67.7%RH,满足弹药贮存对环境湿度的要求。     

贮存老化条件下固体火箭发动机内弹道性能变化

研究了某型固体火箭发动机在贮存期间内弹道性能受推进剂药柱老化影响的变化规律。通过热加速老化试验．研究了HTPB推进荆的燃烧速度受老化影响情况：基于药柱材料的粘弹性本构关系,并考虑贮存环境温度波动、内压载荷和自重效应。对复合固体推进剂药柱完全固化后贮存老化条件下的变形进行了三维有限元分析。基于加速老化试验数据和数值仿真分析结果．对老化后固体火箭发动机的内弹道性能进行了分析。     

基于自然和模拟热带海洋大气环境中涂层性能变化的对比研究

目的 研究涂层在自然环境试验和实验室模拟环境试验下性能的变化情况，通过再现涂层在自然环境下的环境效应和损伤过程，进而验证该模拟热带海洋大气环境试验方法的合理性。方法 根据涂层在舰船、舰载机等装备上热带海洋大气实际服役环境的分析，通过对热带海洋大气环境温度、湿度、盐雾、太阳辐射环境因素的组合，综合设计模拟热带海洋大气环境试验方法的试验流程，开展3种涂层在海南万宁为期1 a和实验室总周期为7循环的对比试验。结果 3种涂层在自然环境试验和实验室模拟环境试验后，随着试验时间的延长，其性能变化趋势相似，失光率和色差增大，附着力明显降低，交流阻抗值减小。红外光谱分析显示，老化机理均未出现明显变化，以光泽和色差为基准的平均秩相关系数为0.87，为极强相关。结论 本模拟热带海洋大气环境试验方法设计合理，具有良好的模拟性。     

水下火炮燃气后效流场特性研究

目的 研究水下火炮发射过程中炮口燃气后效及其对高速射弹超空化流场的影响。方法 基于CFD软件FLUENT,运用UDF和动网格技术,考虑空化效应,建立水下火炮发射炮口燃气后效多相流数值计算模型。针对1 m水深条件下水下火炮发射炮口后效期运动过程进行数值模拟,获得了炮口气泡发展特性、压力脉动规律,分析炮口气泡对高速射弹空泡发展的影响。结果 炮口气泡经历了膨胀、收缩、拉断等发展历程,在发展初期能够加速射弹运动。射流中心处的压力特性最为复杂,随着远离射流中心,脉动幅值减小。高速射弹入水初期迅速形成超空泡,随后燃气泡与空泡发展融合,高压燃气进入形成的气\汽混合空腔,抑制了空化的发展,运动5倍弹长后,形成闭合空泡。对比火炮水下发射实验验证了仿真模型的准确性,空泡结果与实验一致性较好。结论 水下发射炮口流场复杂,影响高速射弹空泡的发展,同时还会使得火炮平台承受高载荷冲击的威胁,需要采取炮口降载措施。     

复合绝缘子用高温硫化硅橡胶老化图谱绘制方法

目的 研究高温硫化硅橡胶材料在户外不同环境因素作用下的老化规律与相应的老化图谱绘制方法。方法 通过静态接触角、邵氏硬度法测量硅橡胶老化前后的宏观特性,利用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面微观形貌变化,通过倒易法则、阿伦尼乌斯公式以及叠加法则构建紫外光和温度双因素老化模型,并结合人工与自然老化试验硬度测试结果,对比不同地点的加速因子,初步建立老化速率图谱绘制方法。结果 随着紫外老化以及热老化时间的增加,硅橡胶的憎水性先增强、后逐渐变差,硅橡胶硬度以幂函数形式增加。SEM结果表明,硅橡胶表面发生降解。结合表面硬度特性可以较好地表征材料的老化状态,并用于老化图谱绘制,老化模型结果与自然试验结果一致。结论 硅橡胶老化图谱可以较好地预测各地不同环境下硅橡胶的老化状态,帮助电网制定运维策略,降低成本。     

基于代理模型的制导子弹气动外形优化设计

目的 针对传统气动外形优化设计依赖于高精度仿真耗时过长的问题，为有效提高气动优化设计的效率，提出一种基于代理模型的气动外形优化方法。方法 以12.7 mm制导子弹为研究对象，通过CFD仿真，分析尾翼收缩段长度、弹底半径和尾翼收缩扩张段交界处半径对制导子弹飞行过程中阻力系数的影响。基于代理模型技术，综合运用试验设计、参数化建模、CFD技术和四阶响应面模型，构建制导子弹气动外形优化设计代理模型，以制导子弹飞行过程中的最小阻力系数为优化目标，结合遗传算法对制导子弹外形参数进行优化。结果 对比四阶多项式响应面和Kriging模型建立的代理模型预测精度，与测试样本点CFD仿真计算结果相比，四阶响应面代理模型阻力系数预测值的平均误差为0.386%。表明四阶响应面代理模型能够有效替代CFD仿真，可用于预测不同外形参数下制导子弹的阻力系数。结论 相对于最初的制导子弹外形，制导子弹的阻力系数下降了14.59%，有效减少子弹飞行过程中的能量损失和缩短了优化时长。该方法在保证精度的前提下，减少了制导子弹的设计周期，为相关工程应用与研究提供了一定的参考。     

丁羟推进剂库房贮存与加速老化规律研究

采用库房贮存与加速试验的方法,研究了丁羟推进剂在库房贮存与加速老化环境下的规律,得到了丁羟推进剂加速老化与库房贮存的试验数据.利用秩相关系数检验方法对2组试验数据进行了相关性分析,并分析了推进剂老化失效模式和贮存环境对推进剂贮存寿命的影响.     

塑料大气环境老化预测模型研究

目的为塑料老化行为预测提供简易而可靠的途径,充分发挥环境效应数据的内在价值。方法分别运用GM(1,1)模型、幂函数模型、指数函数模型、多项式模型预测9种工程塑料在3种典型大气环境下的拉伸强度、延伸率和弯曲强度等力学性能变化,并与自然环境试验实测结果进行比较。结果拉伸强度、延伸率、弯曲强度等3种力学性能中,弯曲强度预测效果最好,延伸率预测效果最差。4种模型之中,GM(1,1)模型在预测小样本数据方面具有最好的预测效果和最高的正确率,且在数据具有一定波动性的情况下仍能够保持较好的预测效果。结论在挖掘分析塑料大气老化评价指标和试验时间之间的函数关系时,不仅要考虑预测模型的拟合效果好坏、相关系数高低、预测误差和预测正确率高低,还应注意预测模型反映出来的塑料性能变化规律是否符合客观实际,这样得到的预测模型才能尽可能地反映塑料老化程度与试验时间关系的全貌。     

莲花湖库区落叶松水源涵养林土壤入渗性能的空间分布特征

以莲花湖库区落叶松水源涵养林为研究对象,由入渗速率拟合入渗模型,运用地统计学理论与方法对模型参数进行空间异质性分析。结果表明:采用Philip公式对入渗过程进行数学模拟最佳,模型参数吸渗率和稳渗率均服从对数正态分布,空间相关性强,结构比分别为0.867、0.759,变程分别为29.13 m、6.16 m,分维数分别为1.786、1.970。两者块金值都很小,小尺度内非连续性变异不明显,空间分布格局相类似,空间自相关范围内呈极显著正相关关系,相关系数R为0.48。二者相比,吸渗率空间自相关尺度大,空间分布较简单;稳渗率均一性差,空间分布复杂,破碎化程度高。     

引信在长期贮存下老化行为的仿真模拟与分析

目的 厘清某型引信在贮存14 a后的失效模式,研究温度周期性交变对引信及其薄弱零件的影响。方法利用ANSYS workbench软件,建立基于时间硬化的蠕变仿真方法。以某型引信为研究对象,开展周期性温度交变的蠕变仿真,根据仿真计算结果和实物的对比分析,找出薄弱零件,分析其老化失效模式。结果 在每个周期内环境温度循环条件下,仿真时长设定为14 a,结果显示,引信整体蠕变应变率超过1%,平均压紧应力下降21%,松弛稳定性变弱,密封性在一定程度上变差。其中,引信电机外壳、电机扇叶、底部线路对接板为薄弱零件,容易发生失效行为。结论 引信贮存在典型西南湿热环境14 a后,周期性温度交变应力将导致引信出现缺陷,缺陷集中在电机外壳、电机扇叶、底部线路对接板处,应重点对这些部位进行防护。