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基于相场模型的再生冷却推力室热机疲劳寿命分析
1
作者 孙燊 易敏 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期78-86,共9页
为了分析再生冷却推力室在服役过程中的应力/应变情况,研究循环热力载荷下推力室的变形与疲劳失效行为,建立热-弹-塑性耦合的疲劳断裂相场模型,并计算断裂序参量的演化过程,预测推力室结构的热机疲劳寿命。通过热传导方程计算结构的温... 为了分析再生冷却推力室在服役过程中的应力/应变情况,研究循环热力载荷下推力室的变形与疲劳失效行为,建立热-弹-塑性耦合的疲劳断裂相场模型,并计算断裂序参量的演化过程,预测推力室结构的热机疲劳寿命。通过热传导方程计算结构的温度分布及热应变,根据应力平衡方程和相场演化方程计算热循环作用下结构中应力/应变和序参量演化,根据序参量达到临界值的循环数预测结构的热机疲劳寿命。结果表明:推力室内壁下表面中心点最先断裂失效,疲劳寿命约为91次。循环温度载荷作用下,内壁下表面中心点处残余拉伸应变不断累积,导致表面塌陷及内壁变薄,最终破坏。利用相场疲劳断裂模型研究推力室结构的热机疲劳失效行为,为预测发动机推力室结构疲劳寿命及辅助发动机再生冷却通道优化设计提供了新思路与方法。 展开更多
关键词 再生冷却推力室 热机疲劳 断裂 相场模型 寿命预测
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再生冷却推力室热机疲劳寿命预测研究 被引量：3
2
作者 黄峻峰 贺尔铭 +2 位作者 易金翔 杜大华 王红建 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期723-731,共9页
针对液体火箭发动机再生冷却推力室内壁结构多发的“狗窝”失效问题,仿真再现循环载荷下塑性应变累积的棘轮效应,并定量分析其对推力室内壁结构寿命的影响。对推力室内壁进行三维传热分析,在传热分析结果的基础上对该结构在循环载荷下... 针对液体火箭发动机再生冷却推力室内壁结构多发的“狗窝”失效问题,仿真再现循环载荷下塑性应变累积的棘轮效应,并定量分析其对推力室内壁结构寿命的影响。对推力室内壁进行三维传热分析,在传热分析结果的基础上对该结构在循环载荷下的应力应变演化进行非线性平面应变有限元分析。根据有限元分析结果,对内壁结构的棘轮效应展开描述并计算棘轮损伤,分别使用Morrow修正模型、Norton蠕变模型计算其低周疲劳损伤及蠕变损伤。基于Miner线性累积损伤理论,提出了综合考虑棘轮损伤、低周疲劳损伤及蠕变损伤的推力室内壁结构寿命预估方法。结果表明:喉部附近内壁下表面中点处会最先失效破坏,推力室内壁结构使用寿命为33次;在导致该点的总损伤中,棘轮损伤、蠕变损伤和低周损伤分别占比52%、32%和16%,说明了棘轮效应是导致推力室结构失效的主要原因。所提研究方法对液体火箭发动机再生冷却推力室结构的寿命定量分析、优化设计及未来可重复使用火箭发动机设计提供重要的工程参考。 展开更多
关键词 再生冷却推力室 棘轮效应 寿命预测 低周疲劳 热机械疲劳
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层板推力室再生冷却通道的传热特性分析 被引量：3
3
作者 牛禄 程惠尔 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期290-294,共5页
提出液体火箭发动机层板推力室再生冷却通道传热过程的数理模型。采用通用形式控制方程处理冷却剂紊流换热和通道材料导热的共轭传热问题 ,计算采用LVEL紊流模型 ,并考虑冷却剂 (氢 )的热物性参数随温度和压力的变化及层板材料热物性随... 提出液体火箭发动机层板推力室再生冷却通道传热过程的数理模型。采用通用形式控制方程处理冷却剂紊流换热和通道材料导热的共轭传热问题 ,计算采用LVEL紊流模型 ,并考虑冷却剂 (氢 )的热物性参数随温度和压力的变化及层板材料热物性随温度的变化。结果表明 ,采用大高宽比、小气壁厚度的通道设计 ,可显著提高再生冷却能力 ,降低室壁温度和温差。采用对流换热系数和热物性为常数的简化处理会引起很大误差。 展开更多
关键词 液体推进剂 火箭发动机 层板再生冷却推力室 冷却通道 传热特性 数理模型 流通高宽比 气壁厚度
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重复使用火箭发动机推力室疲劳寿命研究进展 被引量：1
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作者 张凭 李斌 +2 位作者 高玉闪 霍世慧 王振 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第1期12-27,I0002,共17页
再生冷却推力室内壁的热-机械疲劳失效严重影响重复使用液体火箭发动机的可靠性和使用寿命,疲劳分析在内壁损伤机理研究、寿命预测和结构优化设计中具有重要作用。简要回顾了推力室再生冷却结构热-机械疲劳分析方法的发展历程,重点围绕... 再生冷却推力室内壁的热-机械疲劳失效严重影响重复使用液体火箭发动机的可靠性和使用寿命,疲劳分析在内壁损伤机理研究、寿命预测和结构优化设计中具有重要作用。简要回顾了推力室再生冷却结构热-机械疲劳分析方法的发展历程,重点围绕材料本构关系、热-力响应计算和疲劳寿命模型,对比梳理已有方法,讨论其特点及应用。基于研究进展与工程需求,从全服役周期瞬态载荷环境、材料本构关系、热-机械损伤模型及验证、基体与涂/镀层耦合失效分析和基于有限数据的工程方法等方面给出了进一步研究的方向和建议。 展开更多
关键词 重复使用 液体火箭发动机 再生冷却推力室 热-机械失效 疲劳寿命预测
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可重复使用液体火箭发动机设计参数对推力室身部棘轮应变的影响 被引量：5
5
作者 羽中豪 金平 蔡国飙 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第2期245-252,共8页
为探究可重复使用火箭发动机设计参数对推力室身部在工作过程中热棘轮现象的影响,采用经典的液体火箭发动机设计方法设计了不同室压、推力及混合比的推力室,通过准二维传热计算方法、非线性有限元热-结构耦合分析方法和局部应变法对比... 为探究可重复使用火箭发动机设计参数对推力室身部在工作过程中热棘轮现象的影响,采用经典的液体火箭发动机设计方法设计了不同室压、推力及混合比的推力室,通过准二维传热计算方法、非线性有限元热-结构耦合分析方法和局部应变法对比了不同设计参数的推力室在工作过程中的棘轮应变及其发展情况。计算结果表明,相同的热试时间,循环工作的发动机推力室比单次工作的发动机推力室产生的应变更大;设计参数对棘轮应变的影响是通过改变推力室热环境来实现的;其他设计参数不变,室压更高、推力更小或混合比更高的推力室的棘轮应变更大;高室压、大推力或高混合比的推力室棘轮应变随循环次数的增加而减小。 展开更多
关键词 可重复使用火箭发动机 再生冷却推力室设计 设计参数 热机械疲劳 棘轮应变
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