基于蒙特卡洛模拟的身管疲劳寿命加速试验与分析

为解决身管疲劳寿命试验时间长、费用高等问题,提出对身管进行加速寿命试验。基于蒙特卡洛方法对身管疲劳寿命的加速试验进行模拟,得到身管疲劳寿命的分布规律,同时对加速试验的基本假设进行验证,并估计出加速模型的参数。研究表明,身管的疲劳寿命在不同加速应力水平下均服从对数正态分布,加速因子与应力水平呈指数关系,通过加速模型估计的正常应力水平下身管疲劳寿命值与试验值之间的误差较小,验证了身管疲劳寿命加速试验的可行性。该研究为今后开展身管疲劳寿命的加速试验以估计身管疲劳寿命提供了一种理论方法。     

重载车辆进气中冷管振动特性及设计改进

某重载车辆的进气系统由左右两侧进气中冷钢管以及中冷器组成,在车辆交付使用过程中发现左侧进气中冷管常发生失效现象,右侧则未发生过失效。为考察中冷钢管的失效原因,对两侧管路的振动情况进行试验,分别在车辆原地取力和行驶工况下收集了进气系统不同测点的振动加速度数据。通过分析试验数据发现：左侧管路在车辆原地取力、发动机1 700 r/min工况下会发生共振,右侧管路受到发动机的激振加速度相比左侧管路更大;在0～200 Hz内左右两侧管路振动的主频成分相差不大,对左侧中冷钢管进行频响计算发现共振频率主要发生在138 Hz,该频率下钢管根部的最大应力为74.2 MPa。通过对比左右两侧中冷管设计参数,对左侧进气中冷管的结构进行设计改进,并对改进后的结构再次进行仿真计算和试验。研究结果表明,该改进结构成功避开了激振的主频成分,同时也有效改善了不同工况下的管路振动情况。     

冲击载荷作用下抽筒子疲劳寿命预测与试验验证

在火炮发射过程中,抽筒子在冲击载荷作用下,经常产生疲劳断裂。为了实现有针对性的预防性维修,提出了一种冲击载荷作用下基于协同仿真技术的不规则零部件疲劳寿命预测方法。基于Pro/E和ADAMS建立了火炮射击过程的虚拟样机,并从定性和定量两个方面进行验证,仿真得到抽筒过程中抽筒子的载荷谱。结合有限元分析,计算抽筒子在静应力下的强度和寿命。在仿真载荷谱和有限元静应力分析的基础上,结合材料的S-N曲线,建立了抽筒子疲劳损伤与寿命预测模型,得到其危险部位的最小寿命。为了验证疲劳寿命预测模型的有效性,设计了由撞击试验台、传感器和信号测试分析系统组成的抽筒子疲劳寿命验证试验装置,根据抽筒过程和仿真载荷谱,合理确定撞击高度。试验结果验证了所建立的疲劳寿命预测模型的可信性。     

身管内表面横纹萌生的力学成因及安全裂纹尺度估计

通过对某火炮机械自紧残余应力进行分析以及对射击时身管宏观受力进行计算,结合大型摸底及身管解剖试验,综合分析表明:该火炮身管内表面出现早期横纹本质与其他火炮没有区别,只是该身管内表面浅层轴向残余拉应力的存在有可能促进了横纹的过早出现.在身管内表面存在初始裂纹前提下,通过进一步对身管疲劳寿命的理论估计,即便不考虑残余应力对身管疲劳寿命的贡献,在设计给定参数条件下,理论估计的身管疲劳寿命仍高于火炮设计的弹道寿命,估计裂纹安全深度不大于6.78 mm.     

基于有限元法的运载火箭管路随机振动疲劳寿命分析

采用有限元法,基于ABAQUS和nCode开展了火箭增压输送管路随机振动疲劳寿命仿真研究,建立了典型输送管路的有限元分析模型,计算得到了管路结构的频响特性,在此基础上基于频域随机振动疲劳寿命分析方法,计算了输送管路在随机振动条件下的疲劳寿命。研究结果表明,该分析方法可用于指导运载火箭的增压输送系统管路疲劳耐久性的设计和分析,具有一定的工程应用价值。     

基于铬层与基体结合部疲劳损伤的转管机枪身管寿命预测研究

为预测身管寿命,采用热-固耦合场理论、冲击疲劳理论和疲劳累积损伤理论,提出基于身管铬层与基体结合部疲劳损伤的身管寿命预测方法。以3管转管机枪的身管寿命为例,建立有限元模型,计算铬层与基体结合面的耦合应力,预测身管寿命,理论计算与试验结果进行了对比,数据基本吻合;分析身管镀铬层厚度对身管寿命的影响。研究结果表明：铬层与基体结合部的疲劳损伤寿命基本决定了身管的寿命,证明所提寿命预测方法是可行的;适当增加镀铬层厚度,可以提高身管寿命。     

飞机中外对接件的结构疲劳寿命预测

为得到飞机中外对接件在载荷状态下的应力分布情况,合理的对其寿命进行估算,采用ANSYS软件对飞机中外对接件进行有限元分析并与试验值对比,得到应力分布情况,应用局部应力应变法做寿命的估算,其结果为结构细节改进和评价构件的疲劳分析提供依据。     

某迫击炮身管寿命分析及预测

针对某型迫击炮身管材料由炮钢更换为钛合金后的身管寿命问题,通过对炮钢与钛合金材料的疲劳性能试验与理论分析,评估两种材料下的身管疲劳寿命。并以最大允许发射速度,在实弹射击试验及数据拟合分析的基础上,建立了火炮初速随射弹发数的表征关系,依据国军标判据预测了钛合金身管的弹道寿命。     

稳态高温环境下薄壁结构声疲劳分析与试验验证

针对高超声速飞行器和战术导弹薄壁结构热声疲劳问题,采用耦合的有限元/边界元法(FEM/BEM),对根部固支的GH188材料薄壁结构进行动力学响应计算。研究了不同温度场和不同声压级组合下,薄壁结构危险点位置处X方向应力响应规律。基于改进的雨流计数法绘制出结构应力响应的雨流循环矩阵(RFM)和雨流损伤矩阵(RFD),分别对应力循环和结构损伤程度进行分析。结合Morrow平均应力模型和Miner线性疲劳累积损伤理论对薄壁结构的疲劳寿命进行预估。通过热声疲劳试验对上述仿真结果进行验证,试验结果表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,高温环境中结构基频的计算值与试验值吻合,结构动力学响应计算结果与试验结果获得很好的一致性,结构疲劳寿命预估结果与试验结果处于同一量级,验证了稳态高温环境下薄壁板结构声疲劳分析的有效性。     

特种设备钢丝绳的应力和疲劳寿命仿真分析

为分析钢丝绳在提升工作过程中绳上的应力分布和疲劳失效情况,以某型特种设备用6× 36 WS钢丝绳为研究对象,对钢丝绳在轴向拉伸和绕滑轮弯曲状态下的应力和疲劳寿命进行了仿真研究。建立钢丝绳的有限元模型,仿真分析了其在轴向拉伸和绕滑轮弯曲状态下的应力分布情况;进行钢丝的疲劳试验,得到了钢丝疲劳寿命数据;根据钢丝疲劳数据和钢丝绳有限元分析结果,依据Miner线性累积损伤理论进行了钢丝绳的疲劳寿命仿真分析。结果表明：钢丝绳在相邻钢丝接触区域、相邻绳股接触区域以及钢丝绳与滑轮接触区域应力较大,应力越大的部位,最先发生疲劳失效,疲劳寿命越小。     

基于直角应变花的输油管道应力监测系统

为监测长输油管线受各种因素影响而产生的管道形变、断裂等安全隐患,研制一种应力检测系统。通过采集粘贴在管道表面的电阻应变花随管道变形而产生的电阻变化,确定主应力方向及应力大小,并通过GSM网络远程传输数据到主控中心,实现对管道应力的实时监测。结果表明：该系统稳定可靠、安装调试方便、成本低廉,适用于大规模野外无人值守情况下的长输油管道应力检测和天然气的远距离传输系统中。     

航空活塞发动机进排气管路改进设计研究

针对小型航空飞机的动力性及安全性要求,采用CFD技术,建立了某型航空活塞发动机缸内与增压管路系统仿真模型,探讨了航空活塞发动机进排气管路系统性能评价方法,揭示了进排气管路结构参数对各缸进气均匀性、充气效率、排气倒流及涡轮特性的影响规律.通过对进排气管路系统的改进设计,有效改善了进排气系统性能及整机动力性能.所采用的改进设计研究方法为今后航空活塞发动机进排气管路设计奠定了基础.     

机动管线充气排液过程中油-气体两相流阻力特性

机动管线是油料保障的骨干装备，充气排液是管线使用的一项常规作业，随着液体被排出管线，管内液体处于变加速直线运动状态，整个管路的阻力表现出非线性特征，与单相管流有很大区别。掌握管线充气排液过程的阻力特性，可以为管线排空工艺设计提供理论依据，为此提出一种 适用于该过程阻力计算的简化模型。该管路分为3段，即单相气体段、单相液体段和气体-液体混合段，通过分别计算每一段的摩擦阻力而得到整个管路阻力特性，将简化模型的计算结果与机动管线充气排液多种工况的实验数据进行比较，并采用误差绝对平均值对模型计算准确性进行分析。结果表明：在排液过程的前2/3时间段内计算结果与实验数据吻合较好，在后面1/3时间段内，管内阻力以气体与液体两相流为主，计算值与实验值有一定的误差，误差来自对于段塞频率的估计和加速压降的影响；管内阻力影响最大的是油品物性，如黏度、密度、表面张力等，而管路内径、管线长度、气体流量的影响较小；阻力模型计算结果与实验结果吻合较好，可用于机动管线充气排液过程中阻力特性分析和预测。     

管路参数对重载车辆悬挂系统动态性能影响研究

以某重载车辆悬挂系统为研究对象,基于功率键合图-方块图方法建立了悬挂油缸、管路及蓄能器的数学模型,并借助于Matlab/Simulink建立了仿真模型.重点就不同液压管路管径、不同工作频率对悬挂系统性能的影响进行了仿真分析并进行了样车试验对比验证.结果表明:液压管路中液体特有的惯性效应、流动阻力损失等因素对悬挂系统性能影响很大.对于外置蓄能器油气悬挂系统,管径由原有的16 mm增至30 mm后,整车垂向加速度均方根值降低50%,不同液压管路管径的选取直接影响整车行驶平顺性;工作频率越高,液压管路管径对系统动态性能的影响越大.     

基于UML的线路管理系统需求分析设计

通过了解管线部队战备线路管理的现状与特点后,确定了机动输油管线战备线路管理的主要内容与要求,将地理信息系统（GIS）引入到机动输油管线线路管理中;对线路管理系统的设计进行了需求分析,确定了系统的研究目标和总体设计框架,并对系统进行了UML建模和总体功能设计;通过UML建立模型为用户提供了系统功能框架的模型结构,形象的显示了对象间的动态合作关系,从不同角度实现了系统的可视化;通过线路管理系统的设计与实现,快速准确地提供了线路数据支持,大大提高了机动输油管线的铺设效率。     

近海油料输转系统管线排空模型及数值模拟

针对近海油料输转系统管线排空作业,建立了管线排空数学模型,运用MATLAB软件,计算了在不同工作压力情况下,管线总的排空时间;分析了在不同时间间隔下,管线受到的摩擦阻力和速度分布情况;运用ANSYS软件,构建了管线排空数值模型,分析了管线压力分布、速度分布以及流体轨迹分布规律,对掌握管线排空作业过程中的力学规律具有指导意义.     

基于E-R模型的机动管线虚拟场景概念建模

概念建模对机动管线虚拟场景的建立具有指导意义,通过对机动管线虚拟场景对象实体、三维关系进行详细分析,理清各层次的结构关系,实现了虚拟场景的总体设计,基于E-R模型的管线装备概念模型,最终完成了机动管线虚拟场景整体的概念建模工作,为接下来机动管线虚拟场景的实际建模工作顺利开展奠定基础。     

幂律型煤油凝胶在不同几何构型管道的流动特性数值研究

为了优化煤油凝胶供给管道和锥形喷注器设计,构建出幂律流体的二维/三维稳态层流的求解方法,采用基于FLUENT平台的SIMPLE算法进行求解,开展煤油凝胶的流动特性数值研究。推导出了推进剂在直圆管中各参数的解析解以及层流的动能修正系数。研究结果表明：直圆管的柱塞流区域在管径不变时是固定的;为降低喷注器出口截面的平均表观粘度,需减小出口段长度;喷注器的收缩角选择在40°左右是较为合理的;弯管内存在双涡旋形式的二次流,且剪切速率和表观粘度的非对称性比速度的非对称性显著。为了优化煤油凝胶供给管道和锥形喷注器设计,构建出幂律流体的二维/三维稳态层流的求解方法,采用基于FLUENT平台的SIMPLE算法进行求解,开展煤油凝胶的流动特性数值研究。推导出了推进剂在直圆管中各参数的解析解以及层流的动能修正系数。研究结果表明：直圆管的柱塞流区域在管径不变时是固定的;为降低喷注器出口截面的平均表观粘度,需减小出口段长度;喷注器的收缩角选择在40°左右是较为合理的;弯管内存在双涡旋形式的二次流,且剪切速率和表观粘度的非对称性比速度的非对称性显著。