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脉冲发动机软隔离装置反向打开过程研究 被引量：13
1
作者 付鹏 宋学宇 +1 位作者 孙利清 姚东 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期146-150,163,共6页
通过显示动力学的方法,对一种软隔离装置反向打开过程进行了模拟,并通过燃气发生器-隔层试验装置,进一步验证了隔层的打开过程,模拟结果与试验结果吻合得较好,验证了计算方法的合理性。研究结果表明,脆性断裂准则可较准确地预测隔层的... 通过显示动力学的方法,对一种软隔离装置反向打开过程进行了模拟,并通过燃气发生器-隔层试验装置,进一步验证了隔层的打开过程,模拟结果与试验结果吻合得较好,验证了计算方法的合理性。研究结果表明,脆性断裂准则可较准确地预测隔层的破坏位置和压强,同时在内压冲击载荷作用下隔层薄弱区域首先出现破裂,破裂后下隔层结构逐渐反向打开,最终端口发生严重破坏,研究结果可用于发动机隔层的初步设计。 展开更多
关键词 双脉冲发动机 软隔层 材料失效 显示动力学
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HTPB推进剂装药工艺研究及力学性能预测
2
作者 秦鹏举 侯晓 +4 位作者 张翔宇 程吉明 宋学宇 程书 杨琨 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期176-186,共11页
固体发动机药柱成型过程中,制造工艺对推进剂力学性能有很大影响,通过对130组推进剂装药工艺参数及其力学性能研究,确定了装药过程的工艺参数波动情况;基于多元线性回归分析方法,获得了影响推进剂力学性能的关键工艺参数;以关键工艺参... 固体发动机药柱成型过程中,制造工艺对推进剂力学性能有很大影响,通过对130组推进剂装药工艺参数及其力学性能研究,确定了装药过程的工艺参数波动情况;基于多元线性回归分析方法,获得了影响推进剂力学性能的关键工艺参数;以关键工艺参数为输入,建立了BP神经网络并对推进剂的力学性能进行预测。研究结果表明,16个工艺参数对推进剂力学性能有不同程度的影响,其中固化参数、混合时间、混合温度、硫化时间、混合物相对湿度、混合压强等6个关键工艺参数对推进剂常温的力学性能有显著影响;以关键工艺参数及对应推进剂力学性能为依据,建立BP神经网络能够准确地对推进剂的力学性能进行预测,最大抗拉强度的平均误差为4.08%,最大伸长率的平均误差为3.54%。 展开更多
关键词 HTPB推进剂 力学性能 关键工艺 神经网络 性能预测
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炭纤维复合材料壳体封头新型环向补强的数值模拟及试验 被引量：9
3
作者 关云 宋学宇 +3 位作者 贾有军 李逢舟 廖英强 王丽敏 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期356-362,382,共8页
针对内压承载工况下炭纤维复合材料壳体封头的补强问题,基于网格理论完成了不同封头补强方式的480 mm纤维缠绕壳体的设计;利用商业有限元软件Abaqus和二次开发语言Python建立了含有补强结构的复合材料壳体的细观仿真模型,并通过数值... 针对内压承载工况下炭纤维复合材料壳体封头的补强问题,基于网格理论完成了不同封头补强方式的480 mm纤维缠绕壳体的设计;利用商业有限元软件Abaqus和二次开发语言Python建立了含有补强结构的复合材料壳体的细观仿真模型,并通过数值仿真方法对接头附近的封头环向、纵向补强结构的补强作用规律进行了计算研究;通过壳体产品研制和水压试验研究了不同补强方法的成型工艺性和对内压承载性能的提升效果。结果表明,采用环向补强技术的封头内压下具有更低的纤维方向应变和层间剪切应力;采用环向补强技术的封头内压下具有更大的轴向变形,更小的法向变形,与纵向补强方法结果相反;采用环向补强壳体的封头内压承载性能和稳定性能明显优于纵向补强方法;采用环向补强的复合材料壳体容器特征系数比纵向补强复合材料壳体提高了约5%。 展开更多
关键词 环向补强 复合材料壳体封头 容器特征系数 仿真分析 水压试验
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某大型固体发动机T800碳纤维壳体封头结构仿真分析和优化设计 被引量：4
4
作者 喻琳峰 任全彬 +1 位作者 张爱华 宋学宇 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期611-620,共10页
针对15 MPa内压载荷下某碳纤维复合材料壳体结构优化设计问题,采用代理模型辅助优化算法得到最大沿纤维方向的应变最小的后封头补强模型。基于Python对ABAQUS进行二次开发构建精细化的碳纤维壳体后封头模型并进行仿真分析,预测其破坏位... 针对15 MPa内压载荷下某碳纤维复合材料壳体结构优化设计问题,采用代理模型辅助优化算法得到最大沿纤维方向的应变最小的后封头补强模型。基于Python对ABAQUS进行二次开发构建精细化的碳纤维壳体后封头模型并进行仿真分析,预测其破坏位置并得到优化目标参数。以碳纤维缠绕层带宽、纵向缠绕层退移距离和补强位置为优化变量,最大沿纤维方向应变为优化目标,利用LHS(拉丁超立方采样)方法建立关于优化变量的参数化组合样本,结合神经网络代理模型和遗传算法对国产T800碳纤维缠绕壳体后封头最大沿纤维方向应变进行寻优求解。结果表明,在纵向缠绕层退移半径为19.98 mm、带宽为25.96 mm、补强层起始半径为579.38 mm时,最大沿纤维方向应变可以达到最小的0.0158,相比未优化设计结构下降了4.2%,为今后的大型国产碳纤维缠绕壳体封头设计提供了设计方法参考。 展开更多
关键词 碳纤维壳体 封头补强 仿真分析 纤维应变 神经网络代理模型 遗传算法
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基于Simulink的延伸喷管燃气展开过程联合仿真 被引量：1
5
作者 陈鹏 宋学宇 +1 位作者 曹涛锋 尤军峰 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期830-836,共7页
为进一步优化作动筒式双级延伸喷管的设计参数,需要对延伸喷管展开的全过程进行更加细致的分析与仿真。针对作动筒式双级延伸喷管采用燃气发生器展开的工况,通过在Matlab/Simulink中构建燃气发生器内药柱燃烧与作动筒内燃气的膨胀做功模... 为进一步优化作动筒式双级延伸喷管的设计参数,需要对延伸喷管展开的全过程进行更加细致的分析与仿真。针对作动筒式双级延伸喷管采用燃气发生器展开的工况,通过在Matlab/Simulink中构建燃气发生器内药柱燃烧与作动筒内燃气的膨胀做功模型,结合Ansys动力学仿真模块,对延伸喷管从燃气发生器点火开始到延伸喷管展开到位的全过程进行联合仿真。将仿真结果与试验数据对比,证明了模型可以较为准确地预测出工作过程中作动筒内压强的峰值、展开到位时压强值以及燃烧完毕时作动筒残压值,最大误差约10%。仿真结果表明,建立的燃烧-传递-做功-展开的模型合理可靠,可较为准确地预估出燃气发生器药量变化对延伸喷管展开动力学参数的影响,具有较强的工程应用价值。 展开更多
关键词 延伸喷管 燃气发生器 作动筒 动力学仿真 联合仿真
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双级延伸喷管高空展开过程动力学耦合仿真研究 被引量：5
6
作者 赵博文 田维平 +2 位作者 董新刚 宋学宇 曹涛峰 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期127-137,共11页
带有延伸喷管的固体火箭发动机一般采用热分离方式进行级间分离,要求延伸喷管按照先点火、后展开的时序进行工作。因此,延伸喷管的展开过程实质上为一个燃气流动与延伸锥运动相互耦合影响的过程。为了详细分析和评估在燃气流场和延伸喷... 带有延伸喷管的固体火箭发动机一般采用热分离方式进行级间分离,要求延伸喷管按照先点火、后展开的时序进行工作。因此,延伸喷管的展开过程实质上为一个燃气流动与延伸锥运动相互耦合影响的过程。为了详细分析和评估在燃气流场和延伸喷管展开相互耦合影响下尾流的变化和延伸锥的展开情况,根据Fluent软件中的用户自定义函数(UDF)功能提出了一种耦合仿真方法,并据此对某型双级延伸喷管的展开过程进行了耦合仿真研究,得到了在延伸喷管展开过程中尾流的变化以及延伸锥的运动和气动力等参数随时间的变化情况。计算结果表明,在延伸喷管展开过程中,延伸锥及其展开机构所在的空腔内的温度出现短时剧烈波动,需对其进行一定的热防护;在高空工况下,流场气动力对延伸锥的展开主要为阻碍作用且影响较大,当气瓶初始压强低于1.0 MPa时,延伸锥可能出现无法展开的情况;耦合仿真结果可反映出发动机工作时延伸锥的实际展开情况,可对延伸喷管能源系统输入参数等设计提供指导。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 延伸喷管 展开动力学 尾流 耦合仿真
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复合材料壳体挂机飞行一体化结构优化设计分析 被引量：5
7
作者 刘鎏 张蕾蕾 +2 位作者 宋学宇 贾有军 刘浩 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期679-685,共7页
针对固体火箭发动机复合材料壳体挂机飞行一体化结构优化设计问题,提出了基于拓扑优化和多参数目标驱动优化相结合的两步设计法。首先针对挂机飞行金属结构进行拓扑优化,优化后结构质量由8.6 kg降低至6.0 kg,实现了结构轻量化设计目的;... 针对固体火箭发动机复合材料壳体挂机飞行一体化结构优化设计问题,提出了基于拓扑优化和多参数目标驱动优化相结合的两步设计法。首先针对挂机飞行金属结构进行拓扑优化,优化后结构质量由8.6 kg降低至6.0 kg,实现了结构轻量化设计目的;然后针对复合材料挂机飞行一体化结构进行多参数目标驱动优化并进行参数敏感性分析,结构整体质量由6.0 kg进一步降低至5.94 kg。参数敏感性分析结果表明,挂飞连接支座上肢板厚度为关键尺寸,而挂飞结构外缠绕层宽度对整体结构强度贡献较小。静力载荷试验结果表明,壳体及挂机结构应变在10~140 kN前应变与载荷基本呈线性增长,当超过140 kN后挂机结构外部环向纤维开始断裂,挂机结构出现破坏,载荷设计值与实验值相对误差为15.6%,这是由于载荷试验采用单一吊耳加载而导致结构受力过于集中而相对容易发生破坏。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 复合材料壳体挂机结构 拓扑优化 参数优化
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碳纤维复合材料原位增材制造设备与工艺
8
作者 洪林 栾丛丛 +6 位作者 姚鑫骅 董宁国 纪毓杨 牛成成 丁泽泉 宋学宇 傅建中 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2119-2126,共8页
为了实现碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTC)高质高效原位增材制造,设计一种激光聚焦加热CFRTC原位增材制造平台,以单向连续碳纤维增强聚醚醚酮热塑性复合材料(T800 CF/PEEK UD)预浸带为原材料开展CFRTC成型工艺相关研究.制备环形样件进... 为了实现碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTC)高质高效原位增材制造,设计一种激光聚焦加热CFRTC原位增材制造平台,以单向连续碳纤维增强聚醚醚酮热塑性复合材料(T800 CF/PEEK UD)预浸带为原材料开展CFRTC成型工艺相关研究.制备环形样件进行剪切强度测试表征,通过扫描电子显微镜观察样件的截面形貌,确立激光聚焦加热CF/PEEK的可行工艺参数窗口与较优工艺参数.结果表明,CF/PEEK成型件强度受激光聚焦加热温度、成型速度影响较大,均表现出随激光聚焦加热温度与成型速度的增加,先增大后减小,当成型速度为30 mm/s和激光加热温度为450℃时,环形样件有较高的剪切强度,并且表现出较少的微观缺陷. 展开更多
关键词 激光聚焦加热 碳纤维 CF/PEEK 热塑性复合材料 原位增材制造
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级间热分离条件下双级延伸喷管展开过程动力学耦合仿真研究 被引量：2
9
作者 任萍 赵博文 +2 位作者 陈鹏 宋学宇 曹涛峰 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期275-284,共10页
对带有双级延伸喷管的固体火箭发动机级间热分离时延伸喷管的展开过程进行了动力学耦合仿真研究,获得了级间区的流场演化情况和延伸锥的展开特性,同时研究了气瓶压强、分离时刻和展开时刻对延伸喷管展开运动和结构受力的影响情况。结果... 对带有双级延伸喷管的固体火箭发动机级间热分离时延伸喷管的展开过程进行了动力学耦合仿真研究,获得了级间区的流场演化情况和延伸锥的展开特性,同时研究了气瓶压强、分离时刻和展开时刻对延伸喷管展开运动和结构受力的影响情况。结果表明:级间热分离时级间段流场产生复杂波系和漩涡流动,燃气的短时迴流使得延伸锥壁面瞬时温度高达3800 K左右,且延伸锥壁面气动力载荷波动剧烈;当气瓶初始压强低于(等于) 1.0 MPa时,延伸喷管无法展开到位;级间分离时刻较晚或延伸喷管展开时刻较早时,延伸喷管展开用时较短但延伸锥壁面气动力波动很大,适当提前级间分离时刻以及增加级间分离时刻和延伸喷管展开时刻的时间间隔,有利于提高延伸喷管展开过程和对接时的结构安全性。 展开更多
关键词 双级延伸喷管 固体火箭发动机 级间热分离 尾流场 耦合仿真
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T800碳纤维/PEEK热塑性复合材料的拉伸与剪切失效行为研究 被引量：2
10
作者 王晋忠 宋学宇 +3 位作者 李飞皓 刘凯 王莹 葛敬冉 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期108-118,共11页
采用T800碳纤维/聚醚醚酮(T800/PEEK)预浸料,以高温、模压方式制备了热塑性单向复合材料,通过拉伸、面内剪切试验方法对其模量和强度进行了测试分析,得到了不同载荷形式作用下的宏观失效破坏模式。针对T800/PEEK复合材料的微细观结构特... 采用T800碳纤维/聚醚醚酮(T800/PEEK)预浸料,以高温、模压方式制备了热塑性单向复合材料,通过拉伸、面内剪切试验方法对其模量和强度进行了测试分析,得到了不同载荷形式作用下的宏观失效破坏模式。针对T800/PEEK复合材料的微细观结构特点,建立了有限元代表性体积单元模型(RVE)和碳纤维、PEEK基体以及纤维/基体界面三种材料的本构关系,基于渐进损伤失效模型和内聚力模型得到了单轴拉伸/压缩、面内剪切载荷作用下单元模型的应力应变曲线和微细观失效模式。相比于试验测试结果,有限元模型预测得到的拉伸模量/强度相差最大为11%,剪切模量/强度相差最大为5%。 展开更多
关键词 热塑性复合材料 T800/PEEK 拉伸 面内剪切
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