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光学学报 2024年第3期44卷 66-75页

作者：潘兵张轩豪王龙北京航空航天大学航空科学与工程学院强度与结构完整性全国重点实验室北京100191 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

残余灰度场是变形前后数字体图像中对应体素点的灰度之差。在基于有限单元的全局数字体图像相关(DVC)方法中,残余灰度场作为计算区域各体素点匹配质量的目标函数,可直接计算获得,并可用于材料内部损伤演化或裂纹扩展的精细表征。然而,... 详细信息

残余灰度场是变形前后数字体图像中对应体素点的灰度之差。在基于有限单元的全局数字体图像相关(DVC)方法中,残余灰度场作为计算区域各体素点匹配质量的目标函数,可直接计算获得,并可用于材料内部损伤演化或裂纹扩展的精细表征。然而,当前广泛使用的基于图像子体块的局部DVC只能获得计算区域内各离散计算点的位移、应变和相关系数信息,无法直接计算区域内各体素点的残余灰度。相较于相关系数和变形信息,残余灰度场可实现逐体素的匹配质量评价,在内部损伤或裂纹扩展的可视化观测和准确定位方面具有显著优势。为能在局部DVC中获得残余灰度场信息,提出一种简单有效的残余灰度场计算方法。该方法基于三维Delaunay四面体剖分算法,并利用有限元框架对局部DVC离散计算结果进行稠密插值,以获取逐体素连续位移场,并将其用于变形体图像校正。模拟和真实实验结果表明,基于局部DVC测量结果后处理计算获得的残余灰度场不仅可以实现精准的损伤定位,还能观测到裂纹形貌以及界面脱黏行为。所提方法弥补了当前局部DVC在精细化匹配质量评价方面的不足,有望拓展该方法在材料和结构内部损伤观测和定位中的应用。

关键词：三维图像处理数字体图像相关方法残余灰度场内部损伤观测与定位

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缝合式C/SiC复合材料非线性本构关系及断裂行为研究

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力学学报 2020年第4期52卷 1095-1105页

作者：曹明月张启吴建国葛敬冉梁军北京理工大学先进结构技术研究院北京100081 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

C/SiC复合材料具有高比强度、高比模量和优良的热稳定性能等一系列优点,广泛应用于航空航天领域中.裂纹扩展进而引起的脆性断裂是其主要失效形式之一,因而材料的断裂性能分析对材料的结构设计和应用有重要的指导意义.本文开展了缝合式C/... 详细信息

C/SiC复合材料具有高比强度、高比模量和优良的热稳定性能等一系列优点,广泛应用于航空航天领域中.裂纹扩展进而引起的脆性断裂是其主要失效形式之一,因而材料的断裂性能分析对材料的结构设计和应用有重要的指导意义.本文开展了缝合式C/SiC复合材料简单力学试验和断裂试验,研究了材料在不同载荷下的力学响应及断裂特征.基于缝合式C/SiC复合材料简单力学试验,建立了材料宏观非线性损伤本构方程,并模拟了缝合式C/SiC复合材料单边切口梁和双悬臂梁的断裂行为.本构方程采用简单函数描述了材料在复杂应力状态下的非线性应力-应变曲线,并考虑了反向加载过程中造成的裂纹闭合.基于商业有限元软件ABAQUS,通过编写UMAT子程序实现非线性损伤本构方程,采用单个单元验证了建立的本构方程的有效性.在此基础上,采用线弹性损伤本构和非线性损伤本构分别模拟了缝合式C/SiC复合材料单边切口梁和双悬臂梁的断裂行为.采用非线性损伤本构方程模拟的力-位移曲线结果与试验结果更为吻合,非线性损伤本构预测的失效载荷与试验失效载荷更为接近,验证了所建立的非线性损伤本构方程的准确性,为C/SiC复合材料断裂行为的研究提供了借鉴,为缝合式C/SiC复合材料结构的设计和应用提供了理论基础.

关键词：缝合式C/SiC复合材料非线性本构断裂损伤

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基于原位X射线成像的推进剂损伤演化表征

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航空学报 2023年第7期44卷 271-282页

作者：王龙刘岳勋吴圣川侯传涛张峰涛北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 湖北航天化学技术研究所航天化学动力技术重点实验室襄阳441003

为实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂的细观损伤及其演化行为的可视化表征,基于自主研制的原位力学试验系统与第3代高分辨同步辐射X射线三维成像技术,对拉伸速率为0.1 mm/s下的NEPE固体推进剂单调拉伸过程进行三维成像原位观测和表... 详细信息

为实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂的细观损伤及其演化行为的可视化表征,基于自主研制的原位力学试验系统与第3代高分辨同步辐射X射线三维成像技术,对拉伸速率为0.1 mm/s下的NEPE固体推进剂单调拉伸过程进行三维成像原位观测和表征,获取初始状态固体推进剂的细微观形貌及其随拉伸载荷的演化特征,提取并分析其内部典型损伤的体积与球度随载荷的演化规律。结果表明:同步辐射原位成像技术能够准确获取NEPE固体推进剂的细观结构特征,可以基于灰度差异对固体推进剂的AP颗粒、Al颗粒、基体以及缺陷等实现特征的准确识别。研究发现,NEPE固体推进剂内部缺陷主要有2种,一种为颗粒内的孔洞,一种为AP颗粒/基体界面的初始脱湿。推进剂细观损伤首先表现为初始的界面脱湿形成的孔隙:在拉伸载荷较小时,推进剂的损伤形式主要表现为较大的AP颗粒脱湿形成的孔隙;在拉伸载荷较大时,除AP颗粒脱湿外可以观察到Al颗粒的脱湿,大量的AP颗粒脱湿后形成的孔隙相互融合,最终导致固体推进剂宏观断裂。对固体推进剂内部孔隙定量化表征的结果表明,孔隙体积随着拉伸载荷增大而增加,而球度变化与初始缺陷相关,有初始缺陷时,球度呈现单调减少的趋势,相反则呈现先增加后减少的变化趋势。

关键词：同步辐射原位成像 NEPE固体推进剂界面脱湿空隙形核细观损伤演化

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α-Ti_2Zr高压物性的第一性原理计算研究

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物理学报 2013年第4期62卷 384-389页

作者：张品亮龚自正姬广富刘崧西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室成都610031 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室北京100094 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室绵阳621900

基于密度泛函理论的第一性原理计算获得了α-Ti2Zr的晶体结构、弹性常数、德拜温度和电子分布情况,研究了它们与压力的关系.计算得到的晶体结构参数与实验值一致.运用有限应变方法计算得到了α-Ti2Zr的体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算获得了α-Ti2Zr的晶体结构、弹性常数、德拜温度和电子分布情况,研究了它们与压力的关系.计算得到的晶体结构参数与实验值一致.运用有限应变方法计算得到了α-Ti2Zr的体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E和泊松比σ.B和E的零压值分别为101.2和35.6GPa.G/B的值较小,并且随着压力的增加而减小,表明α-Ti2Zr具有优异的延展性.基于弹性常数得到平均声速,从而获得了德拜温度Θ=321.7K.通过解Christoffel方程获得的压缩波和剪切波数据揭示α-Ti2Zr具有较强的各向异性.此外,压力诱导电子从s轨道到d轨道的转移说明在一定压力下α-Ti2Zr将转变为β相.

关键词：第一性原理 α-Ti2Zr 物性高压

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用于水升华器监测的光纤声振动传感器研究

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光学学报 2014年第1期34卷 48-52页

作者：赵鹏刘铁根江俊峰张景川刘琨王双尹金德宋璐瑶吴凡天津大学精密仪器与光电子工程学院光电子信息技术科学教育部重点实验室天津300072 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100049

针对水升华器工作监测要求，基于Fabry—Perot干涉微腔研制了一种光纤声振动传感器。将耐低温聚合物薄膜材料以周边拉伸固定的方式制作成超薄膜片，膜片厚度为1．2μm，作为探测声振动信息的敏感部件和干涉微腔的反射面。传感器灵敏度达... 详细信息

针对水升华器工作监测要求，基于Fabry—Perot干涉微腔研制了一种光纤声振动传感器。将耐低温聚合物薄膜材料以周边拉伸固定的方式制作成超薄膜片，膜片厚度为1．2μm，作为探测声振动信息的敏感部件和干涉微腔的反射面。传感器灵敏度达到93mV／Pa，线性度为99．8％，在1～20kHz范围内具有较平坦的频率响应。利用设计的光纤声振动传感器在空间环境模拟器中进行了水升华器监测实验，结果表明该传感器在温度为77K的空间冷黑环境中可以存活，能够实时探测到水升华器喷冰故障所产生的声振动信号。

关键词：传感器光纤法布里-珀罗传感器声振动水升华器

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改进的SEREP缩聚法在航天器结构动力学模型修正中的应用

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航天器环境工程 2021年第1期38卷 17-24页

作者：李建宏宇庞贺伟北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室中国空间技术研究院北京100094

模型缩聚是基于频率响应的模型修正的基础,准确的模型缩聚才能保证模型修正的正确性。针对目前的模型缩聚方法对于航天器结构在中高频段不能准确反映模型动力学特性的问题,提出改进的SEREP缩聚方法:以结构的模态分析为基础,通过加入扩... 详细信息

模型缩聚是基于频率响应的模型修正的基础,准确的模型缩聚才能保证模型修正的正确性。针对目前的模型缩聚方法对于航天器结构在中高频段不能准确反映模型动力学特性的问题,提出改进的SEREP缩聚方法:以结构的模态分析为基础,通过加入扩展的主自由度增加缩聚模型对应的线性子空间的维数。经实际航天器结构算例证明,在使用改进的SEREP缩聚方法后,缩聚模型的特征值和频率响应的精度得到提高,可以准确反映结构的动力学特性。

关键词：航天器结构频率响应模型缩聚 SEREP缩聚方法模型修正

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小角度偏转离子能量分析器性能仿真研究

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真空科学与技术学报 2018年第10期38卷 913-918页

作者：乔路王国栋张棋李涛窦仁超焦子龙合肥工业大学真空科学与装备工程系合肥230009 北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100094

能量分析器是对荷能粒子进行分析的重要仪器,其在空间粒子探测方面有着越来越广泛的应用。本文基于带电粒子在静电场中的运动理论以及粒子碰撞理论,利用多物理场仿真软件COMSOL,对一种小角度偏转离子能量分析器进行了仿真研究。模拟计... 详细信息

能量分析器是对荷能粒子进行分析的重要仪器,其在空间粒子探测方面有着越来越广泛的应用。本文基于带电粒子在静电场中的运动理论以及粒子碰撞理论,利用多物理场仿真软件COMSOL,对一种小角度偏转离子能量分析器进行了仿真研究。模拟计算了不同入射离子能量下的离子运动轨迹,分析了不同入射离子能量和微通道板电压对分析器带电粒子通过率和分辨率的影响,同时分析了温度变化对分析器工作性能的影响。计算结果表明,偏转电压与离子能量之间存在线性变化关系;微通道板电压为-300 V时,分析器的能量分辨率效果较好;温度的变化不改变分析器的能量分辨率,但对分析器的离子通过率有影响。

关键词：离子能量 MCP电压温度碰撞

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热噪声试验温度场分析方法研究

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导弹与航天运载技术 2018年第1期 116-121页

作者：刘宝瑞李海波贾洲侠吴振强程昊北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

针对热噪声试验系统设计与评估需求,建立了热噪声试验系统热分析计算模型,采用宏观流团与流动路径建立噪声气流换热模型,基于蒙特卡罗法计算辐射换热,基于热网络法获得不同加热功率下主要受热部件的温度场分布规律。通过和热噪声试验结... 详细信息

针对热噪声试验系统设计与评估需求,建立了热噪声试验系统热分析计算模型,采用宏观流团与流动路径建立噪声气流换热模型,基于蒙特卡罗法计算辐射换热,基于热网络法获得不同加热功率下主要受热部件的温度场分布规律。通过和热噪声试验结果的对比分析,验证了计算模型的有效性,并在此基础上对热噪声试验系统在噪声环境下的最大加热能力进行了预测,为热噪声试验系统的性能评估和设计优化提供了技术支撑。

关键词：热噪声试验系统热网络法蒙特卡罗法温度场

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第一届全国物理力学青年学者学术研讨会报告综述

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力学学报 2018年第4期50卷 970-976页

作者：朱云飞韩增尧姜利祥詹世革北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术国防科技重点实验室北京100094 中国空间技术研究院北京100094 国家自然科学基金委员会数理科学部北京100085

简要介绍了第一届全国物理力学青年学者学术研讨会的情况,对与会学者所做的报告内容进行了总结.

关键词：物理力学青年学者学术研讨会

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X射线CT在C/SiC复合材料微观结构和损伤表征中的应用

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复合材料科学与工程 2021年第6期 72-76,112页

作者：王龙刘武刚孔凡金张跃平原凯北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

本文采用X射线CT和三维数字图像处理与分析方法对C/SiC复合材料内部的微细观结构、损伤及其动态演化过程进行了表征,展示了X射线CT在认识C/SiC复合材料微细观结构和损伤机理等方面的优势,它不仅可以定性地在三维空间上揭示C/SiC复合材... 详细信息

本文采用X射线CT和三维数字图像处理与分析方法对C/SiC复合材料内部的微细观结构、损伤及其动态演化过程进行了表征,展示了X射线CT在认识C/SiC复合材料微细观结构和损伤机理等方面的优势,它不仅可以定性地在三维空间上揭示C/SiC复合材料内部碳纤维束、SiC基体和孔洞的三维形貌及其连通性,还可以定量地对每个个体的体积、表面积、厚度场等关键三维几何参数进行测量,获得孔洞、纤维束和SiC基体沿铺层厚度方向的变化规律;在不对试样进行破坏的情况下开展失效分析,在准确确定最终断裂位置的同时,对试样内部产生的微裂纹以及高温下发生的氧化行为进行表征。通过开展基于X射线CT原位观测的力学试验,可以对C/SiC复合材料试验件内部的损伤演化过程进行准确表征,为揭示其损伤和失效机理提供更加直接可靠的依据。

关键词： X射线CT C/SiC复合材料微观结构损伤三维表征

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