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航空学报 2024年第3期45卷 160-168页

作者：张仡王彬文吴敬涛丛琳华陈宏李世平中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对高超声速飞机结构试验中大范围快速升/降温加载难题,提出了一种基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法。首先,形成了一种基于平板式石墨加热元件的超高温环境设计流程,提出了考虑加热环境的加热元件厚度设计与强度校核方法;其次... 详细信息

针对高超声速飞机结构试验中大范围快速升/降温加载难题,提出了一种基于石墨的宽温度区间快时变热载荷模拟方法。首先,形成了一种基于平板式石墨加热元件的超高温环境设计流程,提出了考虑加热环境的加热元件厚度设计与强度校核方法;其次,针对快时变热载荷模拟需求,提出了基于加热元件与试验件解耦的快速升温方法,分析了封闭环境中强迫对流换热降温效率;最后,基于前述方法研制了大范围快时变热载荷模拟试验系统,并针对炭气凝胶试验件开展了超高温快速升/降温试验验证。研究表明,试验件表面温度响应与设计要求基本一致,无明显的温度变化滞后与变化缓慢现象。针对碳基材料平板试验件,试验系统可实现500~1800℃范围内的可控多次快速升温与快速降温,升/降温速率可达到10℃/s,为高超声速飞机结构热试验提供了技术条件。

关键词：热试验热载荷模拟石墨加热快速升/降温炭气凝胶

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复杂石墨阵列快速时变热耦合控制方法

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 232-239页

作者：王彬文郑瑶秦强中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

为了在高超声速飞行器结构热试验中准确模拟真实服役热环境,用快速时变热耦合控制方法对复杂石墨阵列进行控制.采用热耦合控制方法将瞬态热损失与瞬态黑体辐射量代入控制方程,实时获取试验件的真实热响应状态;研究了结构热试验热载荷典... 详细信息

为了在高超声速飞行器结构热试验中准确模拟真实服役热环境,用快速时变热耦合控制方法对复杂石墨阵列进行控制.采用热耦合控制方法将瞬态热损失与瞬态黑体辐射量代入控制方程,实时获取试验件的真实热响应状态;研究了结构热试验热载荷典型历程及石墨阵列控制响应特性,设计了基于结构热试验的专家PID控制策略,给出了复杂石墨阵列全历程分段控制参数;研究了石墨阵列的电特性,设计了时变限伏控制策略,提高了石墨阵列的可靠性;设计了一种多温区耦合补偿控制方法,减小了温区间的耦合干扰.结果表明:试验得到的温度曲线与理论计算曲线在快速升温段的最大误差为4.8%,平稳段的最大误差为1.4%,下降段的最大误差为2.3%;有效减小了控制系统的超调量,提高了系统响应速度;使用快速时变热耦合控制方法在某试验中对复杂石墨阵列进行控制,控制误差小于1.2%.

关键词：高超声速飞行器结构热试验复杂石墨阵列专家PID 耦合补偿控制

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基于波速区间的导波延迟累加损伤成像

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振动与冲击 2024年第17期43卷 232-236,245页

作者：刘国强王莉王霞光黎玮刘钢中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区... 详细信息

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区间的延迟累加成像方法。所提方法利用导波波速的估计区间,将导波损伤散射信号的一段用于延迟,并将该段延迟信号的最大值进行累加作为损伤成像值。通过对复合材料加筋板上不同位置损伤的识别,对所提方法的有效性进行了验证。试验结果表明,所提方法能对损伤进行准确识别,且在鲁棒性方面要优于延迟累加成像方法。

关键词：导波损伤成像复合材料结构健康监测延迟累加

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光谱模拟器阵列辐照度分布等效计算方法

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航空学报 2023年第23期44卷 245-255页

作者：李昕昕王彬文张肖肖丛琳华吴敬涛中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对蒙特卡洛法计算光谱模拟器阵列辐照度时间过长的问题,基于解析法提出了光谱模拟器阵列的辐照度快速计算方法。首先,建立单个光谱模拟器的等效面光源温度分布模型,利用辐射传热定律建立关于面光源各离散点温度的线性方程组,求解得到... 详细信息

针对蒙特卡洛法计算光谱模拟器阵列辐照度时间过长的问题,基于解析法提出了光谱模拟器阵列的辐照度快速计算方法。首先,建立单个光谱模拟器的等效面光源温度分布模型,利用辐射传热定律建立关于面光源各离散点温度的线性方程组,求解得到等效面光源的温度分布,实现了具有复杂反射屏光谱模拟器的辐射传热模型简化。并将面光源和辐照面分别离散化为光源点和接收点,逐点计算辐照面各点接收到的辐照度。其次,进一步建立了光谱模拟器阵列绕x、y、z三轴旋转不同角度下的辐照度计算方法,提出等效面光源与辐照面相交时的照射范围判断依据。最后,将辐照度计算结果与试验结果进行对比,误差小于4%,证明等效面光源代替光谱模拟器计算辐照度具有一定的可行性。

关键词：光谱模拟器阵列等效面光源辐照度分布旋转角度照射范围

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民用飞机机身壁板复杂试验载荷优化技术

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航空学报 2023年第17期44卷 159-170页

作者：郭瑜超王立凯孙喜桂聂小华中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

针对民用飞机复合材料机身壁板强度试验中的载荷预计问题,构造了基于应变误差矩阵的壁板试验载荷优化模型,并利用多维极小值优化算法预计了壁板试验载荷。首先,基于机身壁板在试验装置中的受载形式,建立了机身壁板及试验装置有限元模型... 详细信息

针对民用飞机复合材料机身壁板强度试验中的载荷预计问题,构造了基于应变误差矩阵的壁板试验载荷优化模型,并利用多维极小值优化算法预计了壁板试验载荷。首先,基于机身壁板在试验装置中的受载形式,建立了机身壁板及试验装置有限元模型,并计算了各试验基准载荷作用下的机身壁板应变矩阵;其次,基于机身壁板在全机身受载状态下和试验受载状态下的应变矩阵之差,同时考虑矩阵中各元素的加权系数,构建了机身壁板应变误差矩阵,并以应变误差矩阵所有项的平方和最小为目标,以各基准载荷的系数为优化变量,以各基准载荷系数的上下限为约束,构建了基准载荷系数优化函数;基于罚函数法对优化函数进行了无约束处理,并利用最速梯度法进行了载荷系数优化;最后,基于优化得到的载荷,计算了机身壁板在试验复合载荷作用下的应变,并与机身壁板在全机身受载状态下的应变相对比,应变的分布趋势基本一致,应变误差在10%以内,证明该方法可以为机身壁板试验载荷的确定提供支持。

关键词：复合材料机身壁板试验装置应变误差矩阵试验载荷系数多维极值优化

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基于PRSEUS构型翼身融合机体结构多学科优化设计方法与应用

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西北工业大学学报 2024年第5期42卷 818-827页

作者：田瑞王海燕聂小华罗利龙田宇彭涛中国飞机强度研究所陕西西安710065 强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710065

针对翼身融合(BWB)布局机体结构承载效率低、结构增重以及高后置背撑发动机带来的大载荷和舱内噪声等问题,基于新型材料和新型高效承载结构(PRSEUS),开展以提高结构承载效率和轻量化为目标,兼顾气动、噪声、振动及工艺等多学科约束的非... 详细信息

针对翼身融合(BWB)布局机体结构承载效率低、结构增重以及高后置背撑发动机带来的大载荷和舱内噪声等问题,基于新型材料和新型高效承载结构(PRSEUS),开展以提高结构承载效率和轻量化为目标,兼顾气动、噪声、振动及工艺等多学科约束的非常规圆截面机体结构多学科优化设计方法研究。基于自适应代理模型构建技术建立了机体结构气动、噪声子系统性能分析代理模型,实现了对机体结构气动载荷、噪声性能的预测,并将气动、噪声性能的基本要求转化为几何尺寸及力学响应等约束条件,从而把多学科问题集成到一套有限元分析模型,配合高效数学规划法,解决了多学科高精度模型分析耗时问题,实现了翼身融合机体结构的多学科优化设计。通过机体结构有限元分析验证,在满足各学科约束条件前提下,结构的承载效率得到较大幅度提升,中央机体结构减质率达到了8.7%。

关键词：翼身融合多学科优化设计高效承载结构代理模型结构减质数学规划法

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先进材料及工艺的结构完整性研究进展

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航空学报 2024年第18期45卷 28-49页

作者：於之杰郭玉佩孙汉斌张京楠孙侠生中国航空研究院北京100029 中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

结构完整性是决定航空结构安全与寿命的主要因素,也是制约新材料、新结构、新工艺等有望提升航空结构效率的新技术在航空领域应用的重要问题。明确并提升先进材料及工艺的结构完整性性能有助于航空结构进一步利用新材料、新结构、新工... 详细信息

结构完整性是决定航空结构安全与寿命的主要因素,也是制约新材料、新结构、新工艺等有望提升航空结构效率的新技术在航空领域应用的重要问题。明确并提升先进材料及工艺的结构完整性性能有助于航空结构进一步利用新材料、新结构、新工艺的优异特点,实现航空结构更可靠、更高效、更经济的目标。本文主要梳理了航空疲劳与结构完整性国际委员会(ICAF)成员国近年在这一领域中的主要工作和所取得的成果,重点介绍了近年来在新材料、新结构、新工艺的疲劳寿命方面国内外各领域学者所取得的新进展,以促进国内航空材料与结构工作者持续关注航空疲劳与结构完整性方面的问题与进展。在此基础上,结合近年来材料结构和工艺领域取得的突破和航空结构性能的新需求,对新材料、新结构、新工艺的结构完整性研究和未来航空结构的设计工作提出了建议和展望,以促进航空结构完整性的研究和性能的进一步提升。

关键词：航空结构先进材料先进工艺结构完整性疲劳寿命

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单向带复合材料0°拉伸疲劳试样构型对比分析及失效机理研究

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应用力学学报 2025年第1期42卷 64-70页

作者：黄光启宋贵宾张强中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

对常用的2种单向带复合材料0°拉伸疲劳试样构型开展了试验与仿真分析对比研究,通过采用非接触测量手段获取了2种构型试样在拉伸载荷下的应变分布,发现“双哑铃型”试样边缘效应显著,应力集中更加严重;同时通过仿真分析方法获取了2... 详细信息

对常用的2种单向带复合材料0°拉伸疲劳试样构型开展了试验与仿真分析对比研究,通过采用非接触测量手段获取了2种构型试样在拉伸载荷下的应变分布,发现“双哑铃型”试样边缘效应显著,应力集中更加严重;同时通过仿真分析方法获取了2种构型试样在拉伸载荷下的应力云图,同样表明“双哑铃型”应力集中严重;通过电子显微镜观察试样边缘发现机械加工将导致试样表面损伤,“双哑铃型”试样在机械加工过程中将对纤维造成更多损伤,不利于承载;试验与分析结果表明“直条型”试样较“双哑铃型”试样更适合开展碳纤维增强复合材料0°拉-拉疲劳门槛值试验。

关键词：碳纤维复合材料疲劳门槛值试样构型失效机理试验方法

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高超声速飞行器热-结构试验体系与发展概况

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空天技术 2023年第4期2023卷 59-69页

作者：秦强成竹蒋军亮中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室

热-结构试验是支撑高超声速飞行器研制的关键。简述了典型高超声速飞行器气动加热状况及其对结构的综合影响，分析并给出了高超声速飞行器热-结构试验内涵与主要特征。系统性梳理总结了热防护试验、热密封试验、热冲击试验、热强度试验... 详细信息

热-结构试验是支撑高超声速飞行器研制的关键。简述了典型高超声速飞行器气动加热状况及其对结构的综合影响，分析并给出了高超声速飞行器热-结构试验内涵与主要特征。系统性梳理总结了热防护试验、热密封试验、热冲击试验、热强度试验以及热疲劳试验等典型热-结构试验科目相关技术现状，叙述了高超声速飞行器热-结构试验体系发展概貌，对全面了解高超声速飞行器热-结构试验体系具有一定参考价值。在新一代高超声速飞行器研制牵引下，热-结构试验也必将面临新的发展机遇与挑战，给出了热-结构试验下一步研究重点初步建议。

关键词：高超声速飞行器气动加热热-结构试验热防护系统热结构

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不同温度环境下复合材料/金属混合壁板结构热应力试验研究

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机械强度 2024年第5期46卷 1095-1100页

作者：曹素雷凯陈向明魏景超成李南中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

极端气候条件,如高温、低温和湿热环境,均会影响飞机上复合材料/金属混合结构的承载能力和工作寿命,进而影响飞机的飞行性能和安全。由于复合材料和金属材料之间的热膨胀系数差异较大,实际飞行中遇到的温度变化会导致复合材料元件和金... 详细信息

极端气候条件,如高温、低温和湿热环境,均会影响飞机上复合材料/金属混合结构的承载能力和工作寿命,进而影响飞机的飞行性能和安全。由于复合材料和金属材料之间的热膨胀系数差异较大,实际飞行中遇到的温度变化会导致复合材料元件和金属元件内部产生较高的热应力。这种附加热应力会改变复合材料/金属混合连接结构内部的载荷传递和内应力分布情况。对大规模、多钉连接的复合材料/金属混合结构壁板在不同温度环境中的热力学行为进行了试验研究,并研究了不同温度条件下受到单向拉伸载荷时的热力响应。通过试验过程中的应变变化,对不同环境和载荷条件下复合材料/金属混合结构内不同组件的应力分布和钉载情况进行了分析。

关键词：复合材料混合结构温度效应热应力

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