基于人工智能的深潜耐压球壳应力场映射

目的 针对深潜耐压球壳在真实下潜过程中全局应力场难以直接获取的问题,提出一种基于人工智能的深潜耐压球壳应力场映射算法。方法 构建深潜耐压球壳有限元模型,并开展仿真分析。提出深潜耐压球壳监测布点方案,进而利用长短时记忆神经网络(Long-short Term Memory Network,LSTM),将测点应力信息作为输入,将全局应力场信息作为输出,构建深潜耐压球壳应力场映射模型。最后,对不同测点下的映射结果进行分析。结果 与模型试验结果相比,仿真误差小于2%。与DNN模型及BP模型相比,映射误差分别下降94.92%与97.76%。结论 所提映射算法可在部分测点失效的情况下仍可以保持较高精度。     

空气作用张开式尾翼设计及仿真

目的 适配发射过程无火药气体且弹丸不自旋的电磁发射技术,设计一种直接由空气作用的张开式尾翼。方法 该尾翼预制斜角,通过进气道气流在斜面上产生的压差,推动尾翼绕螺钉打开。采用动网格技术耦合流体控制方程、六自由度(6DOF)方程,对不同马赫数下尾翼张开过程进行仿真。结果 设计的空气作用张开式尾翼在流场作用下可以正常张开,来流流速为2、3、4马赫时,张开耗时分别为4.7、3.7、3.1 s。结论 该空气作用张开式尾翼方案设计有效。马赫数越高,张开过程耗时越短。迎风面积显著影响尾翼张开过程。     

某型装甲车底盘系统平衡肘断裂分析

目的 探讨平衡肘断裂原因,消除故障隐患和防止类似问题发生。方法 采用单反相机、扫描电镜、金相显微镜、硬度计、电感耦合等离子体原子发射光谱仪等对平衡肘故障件的宏观形貌、微观形貌、显微组织、硬度、化学成分等开展表征分析。利用ANSYS有限元软件对内花键进行应力分析,并对2次淬火的试样尺寸进行测量。结果 右4平衡肘裂纹源断口为撕裂和沿晶的混合断裂,断口芯部为解理断裂;右2平衡肘断口内表层淬火层为沿晶和韧窝的混合断裂,芯部为韧性断裂。故障件显微组织和化学成分均无明显变化,仅表面硬度值较实验前降低了7%~9%。断裂失效原因是由于内花键二次高频淬火后收缩变形,齿根圆弧部位在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下因应力集中而形成裂纹,在后期循环应力作用下,裂纹继续扩展导致疲劳断裂。结论 从加强腐蚀控制和热处理的角度出发,通过选用抗腐蚀性能好的材料、进行表面防护处理、控制车体环境的湿度和温度等加强腐蚀控制,并增加采用电脉冲等方式对变形花键齿进行修形工序严格控制尺寸范围,避免产生过大拉应力,确保装备质量。     

H13钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的显微硬度及耐磨性影响

目的 提高H13热作模具钢表面的显微硬度及耐磨性。方法 通过多弧离子镀技术,分别对未经热处理的H13钢、淬火H13钢以及氮化H13钢的表面进行多弧离子镀沉积CrAlN涂层,并分别对这3种基体上的CrAlN涂层的显微硬度和摩擦磨损性能进行研究。结果 涂层表面均较为平整,且出现了白色小颗粒。经过淬火和氮化处理后,H13钢CrAlN涂层的显微硬度达到3 300HV以上,达到基体的14倍多。与基体的摩擦系数相比,淬火和氮化处理后,H13钢的摩擦系数比基体低,镀膜后的摩擦系数比基体高。氮化H13钢表面CrAlN涂层的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损共同作用,淬火H13钢的CrAlN涂层磨损机理主要是黏着磨损;淬火和氮化后H13钢基体上CrAlN涂层的耐磨性均得到较大的提高。     

海洋环境钢结构焊接接头腐蚀与防护工艺研究进展

介绍了海洋腐蚀环境的特点,分析了钢结构焊接接头的腐蚀特性。在此基础上,总结了国内外学者关于焊接接头在海洋环境下的腐蚀机制和影响因素等研究成果,明确了焊接接头以电偶腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳为主导的电化学腐蚀行为。针对钢结构焊接接头的海洋腐蚀防护要求,总结了当前主要的腐蚀防护方案,如添加合金元素、焊接工艺优化、热处理、表面强化和防腐涂层等。最后,综合当前钢结构焊接接头海洋腐蚀与防护研究现状,提出了在海洋实际工况验证和防护手段不足等方面的问题。     

低亚声速大宽高比矩形射流远场噪声特性研究

目的 将空气幕自噪声问题简化为低亚声速大宽高比矩形射流噪声问题,并研究其特性。方法 设计低亚声速大宽高比矩形射流试验台,并系统地研究主要噪声来源以及射流速度、方位角、宽高比等参数对远场噪声的影响规律。结果 低亚声速大宽高比矩形射流远场噪声主要集中在低频部分(500 Hz以内),除宽高比为14的矩形射流噪声因声共振现象导致某些频率附近存在模态噪声峰值,从而不符合噪声频谱归一化规律外,其他低亚声速大宽高比矩形射流远场噪声频谱都符合如下规律,即射流噪声总声压级大致与射流速度的7.4次方成正比,与矩形喷管宽度的1.6次方成正比。结论 低亚声速大宽高比矩形射流远场噪声归一化规律可为深入了解空气幕自噪声特性提供理论指导。     

温度梯度下钛合金热防护结构的导波特性研究

目的 实现可重复使用钛合金热防护结构的导波健康监测。方法 针对钛合金热防护结构,提出热–力–电多物理场耦合导波传播建模仿真分析方法,研究温度梯度下钛合金热防护结构中导波的传播特性,以及在温度梯度和裂纹损伤耦合作用下导波的传播特性。结果 20~500 ℃的温度梯度会导致钛合金结构中导波的群速度降低、幅值衰减降低,裂纹损伤使得钛合金结构中导波的群速度、幅值降低,且损伤越大,影响越明显。裂纹扩展至20 mm时,S0模式群速度降低了1.5%,A0模式群速度降低了2%。结论 此模型可为大范围的温度梯度条件下,钛合金热防护结构上传感器优化布置以及导波监测方法的研究提供指导。     

热/自然交变环境下玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料模拟使役工况试验研究

目的 研究装备动力舱在热/自然交变环境下玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料性能随模拟使役工况试验时间的退化规律,提升装备动力舱热/自然交变环境效应控制水平。方法 以玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料为研究对象,以湿热、盐雾和高温试验为热/自然交变环境试验谱,以振动试验为加速因子,开展5个周期的实验室模拟使役工况加速试验,对比分析样件初始状态和每一个周期试验后的性能。结果 经模拟使役工况试验后,玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的颜色由白色逐渐变成黄色,SiO2气凝胶含量逐渐减少,纤维元素组成变化不明显,导热系数升高,隔热性能下降,且均在4周期模拟使役工况试验后出现明显变化。结论 玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料经5个周期的模拟使役工况试验后,其常温导热系数仅为0.026 4 W/(m.K),热面温度为200 ℃时,冷面平均温度仅为68.5 ℃,热/自然交变温差为43.5 ℃,具有良好的环境适应性。     

改性环氧有机涂层的电偶腐蚀行为模拟分析

目的 实现二氧化钛-还原氧化石墨烯改性环氧防腐涂层在海洋工程应用下的电偶腐蚀行为分析。方法 以还原氧化石墨烯、二氧化钛为纳米填料,制备改性环氧防腐涂层,并以此涂层为模型,利用有限元计算软件,研究改性环氧涂层存在微观缺陷情况下,涂层抑制金属电偶腐蚀的作用规律。结果 改性环氧涂层可以有效抑制金属电偶腐蚀问题。计算研究了缺陷涂层在不同孔洞宽度和分布状态下,涂层对电偶腐蚀的抑制程度。当缺陷涂层孔洞宽度为500 μm,阴阳面积比为2︰1时,电位差最小为1.05×10^–6 V,可以有效抑制电偶腐蚀。结论 二氧化钛-还原氧化石墨烯的添加,可以填补涂层空隙,阻碍水渗透,有效提高环氧涂层的防腐性能。利用有限元模拟计算可得,涂层破损时会发生局部严重腐蚀,最终造成工程结构的失效。     

金属基体复合材料圆锥壳的材料参数识别及动力学敏感性研究

目的 研究以金属作为基体的碳酚醛复合材料圆锥壳的动力学特性,基于模态实验建立复合材料参数优化识别方法。方法 通过建立金属基体复合材料圆锥壳结构的动力学模型,表征各层材料参数对结构动力学特性的影响。开展典型铝合金-环氧胶-碳酚醛圆锥壳自由模态实验,在模态实验结果基础上,采用数值仿真开展复合材料参数识别,并采用响应面优化法研究获得材料参数的全局最优解。最后,开展结构模态对复合材料参数的敏感性分析。结果 基于拉丁超立方抽样和多项式代理模型,建立了多层复合圆锥壳的高效代理模型。对于[0, 90]S铺层的复合材料圆锥壳结构,前5组模态频率参数对E11最敏感,对v23最不敏感,剪切模量的影响介于拉伸模量及泊松比之间。结论 建立了针对各向同性-正交各向异性材料组合的多层复合圆锥壳结构的动力学模型及参数识别方法,可为结构动力学设计提供参考。