检索结果-内蒙古大学图书馆

北京航空航天大学学报 2025年第3期51卷 824-832页

作者：肖遥李勇李东升王磊江超北京航空航天大学机械工程及自动化学院湖南航天环宇通信股份有限公司沈阳飞机工业(集团)有限公司

具有低温固化高温使用特点的复合材料工装预浸料，是制造航空航天高精度复合材料成型工装极具潜力的材料之一。为实现其低成本、高精度成型，模具用预浸料一般采用更为复杂的低温预固化和高温后固化组成的2步工艺。模具成型固化应力不... 详细信息

具有低温固化高温使用特点的复合材料工装预浸料，是制造航空航天高精度复合材料成型工装极具潜力的材料之一。为实现其低成本、高精度成型，模具用预浸料一般采用更为复杂的低温预固化和高温后固化组成的2步工艺。模具成型固化应力不仅影响模具初始型面精度，而且在模具热循环使用过程中还可能产生应力松弛，进一步引起模具型面精度变化，进而影响零件成型精度。本文针对碳纤维增强复合材料模具凹凸复杂型面特征，通过试验研究了固化成型阶段和热循环使用过程中模具型面精度变化规律及影响因素。试验结果表明：成型阶段的固化应力及其在使用过程中的应力松弛行为是造成模具型面精度变化的主要因素，且型面偏差随热循环使用周期的增加而逐渐趋于稳定；成型阶段，模具型面偏差主要来源于由热膨胀不匹配、树脂固化收缩及金属母模作用诱导的固化应力，而使用阶段，固化残余应力的松弛行为是引起模具型面偏差的主要原因。研究结果能够帮助理解复合材料模具结构稳定性变化，同时，对于降低复合材料模具制造成本、提高使用寿命，实现复杂高精度复合材料构件的精确制造具有重要意义。

关键词：复合材料模具固化变形残余应力应力松弛模具型面精度

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软体机器人的仿生物理智能

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科学通报 2022年第10期67卷 959-975页

作者：王世强谢哲新袁菲阳李磊刘昱辰王田苗文力北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京航空航天大学高等理工学院北京100191

生物可以在各种非结构化自然环境中生存,其身体中所蕴含的物理智能至关重要,涉及材料、结构和形态等要素.通过融合仿生物理智能,有望降低软体机器人的控制成本,提高机器人系统的响应速度和极端环境下的鲁棒性,以及使微型机器人更加智能... 详细信息

生物可以在各种非结构化自然环境中生存,其身体中所蕴含的物理智能至关重要,涉及材料、结构和形态等要素.通过融合仿生物理智能,有望降低软体机器人的控制成本,提高机器人系统的响应速度和极端环境下的鲁棒性,以及使微型机器人更加智能化.本文阐述了自然界生物的材料、结构、形态学物理智能特征及其原理,介绍了软体机器人实现仿生物理智能的目的及相关的关键技术与方法,列举了软体机器人仿生物理智能的典型应用,最后展望了软体机器人仿生物理智能的未来发展及挑战.软体机器人仿生物理智能有望在高速动态作业、极端环境探索及微型机器人智能化等方面发挥独特的优势,相关研究将进一步促进生物、机器人、材料、化学和计算机学科之间的交叉.

关键词：软体机器人仿生物理智能材料结构形态

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仿蜜蜂蜂腰结构的变体机构设计与实验

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机械工程学报 2025年

作者：隋峻浩赵宏哲杨浩于靖军北京航空航天大学机械工程及自动化学院空间物理重点实验室

空天飞行器的头锥构型对其各个飞行阶段的最佳气动外形有着重要的意义。观察发现蜜蜂蜂腰的结构变化与空天飞行器的变体头锥变形需求一致，因此可以借鉴蜜蜂蜂腰的变形来设计仿生变体头锥结构。通过对蜜蜂蜂腰的变形运动进行观察与分析... 详细信息

空天飞行器的头锥构型对其各个飞行阶段的最佳气动外形有着重要的意义。观察发现蜜蜂蜂腰的结构变化与空天飞行器的变体头锥变形需求一致，因此可以借鉴蜜蜂蜂腰的变形来设计仿生变体头锥结构。通过对蜜蜂蜂腰的变形运动进行观察与分析，可以得到蜜蜂蜂腰的最大伸缩率与弯曲角度，并设计一种性能优于蜜蜂蜂腰结构的变体头锥机构。基于3-RSR并联机构的运动学特性，设计3(3-RSR)串并联机构，并对其进行运动学的理论计算与虚拟样机仿真分析。加工制造3(3-RSR)变体机构物理样机并设计外壳，进行运动学实验验证。实验证明本变体机构的最大伸缩率可达38.87%，最大弯曲角度可达60.172°，伸缩运动的定位精度可达2.25 mm，重复定位精度可达±0.49 mm。该样机的结构伸缩率与最大弯曲角度均优于蜜蜂蜂腰结构，并具有与蜜蜂蜂腰结构类似的分节结构，可满足空天飞行器不同阶段的最佳气动外形。

关键词：仿生设计蜜蜂蜂腰 3(3-RSR)机构运动学分析实验验证

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车削和铣削加工表面塑性变形对TC4试件疲劳性能的影响

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表面技术 2023年第2期52卷 35-42,66页

作者：张鸿滨赵文硕郭致远勾睿杰李勋北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 山东理工大学机械工程学院山东淄博255000

目的探究车削和铣削加工表面塑性变形层中纤维组织方向对钛合金TC4试件抗疲劳性能的影响规律和机理,完善表面完整性研究体系,为实际航空结构件的抗疲劳制造提供参考。方法基于钛合金TC4进行车削和铣削加工的表面完整性试验和试件疲劳性... 详细信息

目的探究车削和铣削加工表面塑性变形层中纤维组织方向对钛合金TC4试件抗疲劳性能的影响规律和机理,完善表面完整性研究体系,为实际航空结构件的抗疲劳制造提供参考。方法基于钛合金TC4进行车削和铣削加工的表面完整性试验和试件疲劳性能测试试验,通过合理地选用加工参数以控制试件的表面完整性指标,从而更加直观地分析塑性变形层中纤维组织方向与试件疲劳寿命之间的关系。结果实验中车削疲劳试件的表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力3个指标均优于铣削试件,两者的表面形貌也十分类似,但后者的抗疲劳性能达到前者的12~48倍,塑性变形层中纤维组织方向的不同是铣削试件抗疲劳性能远大于车削试件的主要因素。结论不同加工方式形成的加工表面机制不同,表层纤维组织的塑性变形方向和变形程度也存在较大差异。车削疲劳试件的纤维组织沿试件的周向,铣削疲劳试件的纤维组织沿试件的轴向,在承受轴向的交变载荷时,沿着轴向的纤维组织可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,大幅提升钛合金TC4试件的抗疲劳性能。

关键词：钛合金表面完整性塑性变形金属纤维组织疲劳寿命车削铣削

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大跨距复合材料结构弯曲载荷监测及定位方法

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中国机械工程 2023年第18期34卷 2257-2267页

作者：闫东东胡宇博郎利辉秦成伟张三敏李勇北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中车唐山机车车辆有限公司唐山064000

针对复合材料构件服役过程中载荷监测需求及其面临的实时监测问题,将光纤光栅(FBG)传感器粘贴于碳纤维复合材料表面,用于测量碳纤维复合材料应变,通过建立应变与载荷大小、加载位置理论模型,实现了碳纤维复合材料所受弯曲载荷大小及加... 详细信息

针对复合材料构件服役过程中载荷监测需求及其面临的实时监测问题,将光纤光栅(FBG)传感器粘贴于碳纤维复合材料表面,用于测量碳纤维复合材料应变,通过建立应变与载荷大小、加载位置理论模型,实现了碳纤维复合材料所受弯曲载荷大小及加载位置的监测,为复合材料服役过程超载警示提供方法与技术支撑。在复合材料构件弯曲载荷作用下,首先对比了有限元分析应变值与理论计算应变值,验证了有限元分析模型的有效性,然后对比了FBG传感器监测应变值与理论计算值之间的误差,最后结合FBG监测应变值计算出复合材料所受弯曲载荷的大小及位置。结果表明:中心载荷作用下,FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过16.22%,载荷大小误差最大不超过10.37%,载荷位置误差最大不超过2.83%;偏心20 mm载荷作用下,FBG监测应变值与理论计算值最大误差不超过10.69%,载荷大小误差最大不超过13.89%,载荷位置误差最大不超过5.70%。

关键词：复合材料结构大跨距弯曲载荷载荷定位载荷监测

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基于椭圆拓扑变换的叶片二维叶型参数化方法

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机械工程学报 2023年第7期59卷 81-91页

作者：佀传瑞成金鑫陈志同张云朱正清陈明升北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京科技大学机械工程学院北京100083 北方工业大学机械与材料工程学院北京100144 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

叶型参数化方法服务于叶片设计、制造和再制造全生命周期。针对目前叶型参数化方法难以兼顾造型参数几何含义直观和叶型曲率及曲率导数的连续性问题,提出了一种基于椭圆拓扑变换的二维叶型参数化方法。该方法基于椭圆与叶型曲率分布特... 详细信息

叶型参数化方法服务于叶片设计、制造和再制造全生命周期。针对目前叶型参数化方法难以兼顾造型参数几何含义直观和叶型曲率及曲率导数的连续性问题,提出了一种基于椭圆拓扑变换的二维叶型参数化方法。该方法基于椭圆与叶型曲率分布特征与拓扑结构的一致性,通过构造多个拓扑变换使椭圆变形成二维叶型。在变形过程中,建立了叶型主要几何特征参数与造型参数的一一对应关系且自然地保持了椭圆的高阶连续性。为验证该方法的有效性,对不同几何特征的叶型进行了反演验证。结果表明,与现有方法相比,该方法可用更少的造型参数实现更高的拟合精度;反演叶型曲率及曲率的导数均连续变化;反演叶型和原始叶型气动性能保持很好的一致性;改变单个造型参数可直观地改变叶型几何特征。因此,该参数化方法更易设计出低损失高负荷的叶型,传递的设计意图也更易被制造和再制造环节理解使用,有利于保障叶片的最终服役性能。

关键词：参数化方法椭圆拓扑变换叶片二维叶型叶片全生命周期

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高速超声振动铣削钛合金实验研究

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北京航空航天大学学报 2023年第7期49卷 1707-1714页

作者：韩雄孙哲飞耿大喜张德远北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610091

针对钛合金在普通铣削(CM)时因切削速度低而面临的切削力大、薄壁工件变形大、加工效率低、刀具磨损严重等问题,采用高速超声振动铣削(HUVM)方法加工钛合金,实验研究其加工表面质量和切削力。从运动学角度出发对HUVM方法进行运动学分析... 详细信息

针对钛合金在普通铣削(CM)时因切削速度低而面临的切削力大、薄壁工件变形大、加工效率低、刀具磨损严重等问题,采用高速超声振动铣削(HUVM)方法加工钛合金,实验研究其加工表面质量和切削力。从运动学角度出发对HUVM方法进行运动学分析。搭建包括超声振动系统、加工系统及测量系统在内的高速超声振动铣削实验平台。采用单因素实验对比CM和HUVM这2种方法对钛合金加工切削力和表面质量的影响规律。研究结果表明:与CM加工相比,HUVM加工可以使切削力降低32.6%~35.3%。并且HUVM加工表面粗糙度虽略有增加,但是表面结构可以更加均匀;此外,HUVM加工表面残余应力均为压应力,其绝对值随着每齿进给量和切削速度的增大而降低,而CM加工表面残余应力为拉应力。

关键词：超声振动铣削表面粗糙度残余应力切削力

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基于三维数字图像相关法的管材胀形试验

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航空学报 2022年第12期43卷 533-544页

作者：邹正平张猛郎利辉北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

相较于传统材料性能测试试验,管材液压胀形试验能更准确的复现管材在流体面力作用下的材料流动及硬化规律。针对传统测量方法中存在的破裂冲击及轴向轮廓测量难等现象,利用三维数字图像相关法(3D-DIC)对5A02铝合金管材胀形试验进行测量... 详细信息

相较于传统材料性能测试试验,管材液压胀形试验能更准确的复现管材在流体面力作用下的材料流动及硬化规律。针对传统测量方法中存在的破裂冲击及轴向轮廓测量难等现象,利用三维数字图像相关法(3D-DIC)对5A02铝合金管材胀形试验进行测量。建立了管材自由区域的力学模型,给出了自由区域壁厚分布计算的一般方法,获取了5A02铝合金管材的本构方程,并采取有限元方法对上述结果进行对照验证。结果表明,采取幂指数形式的本构方程的最大相对误差小于10%,轮廓最大相对误差误差小于1.5%,壁厚最大相对误差小于2%。最后,通过控制自由区域的长径比获得了5A02管材左侧成形极限曲线(FLC)。

关键词：管材胀形试验三维数字图像相关法本构方程壁厚分布成形极限曲线

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胶体颗粒涂层干燥过程中的开裂行为:机理、抑制及应用

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材料导报 2022年第21期36卷 63-71页

作者：牛朝霞袁帅洁高晗徐晔北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京航空航天大学软物质物理及其应用中心北京100191

基于胶体颗粒的涂层材料干燥固化成膜是一种简单方便的涂层制备方式,被广泛应用在保护性和功能性涂层领域。胶体颗粒涂层在干燥成膜过程中若控制不当容易发生开裂,导致涂层失效。因此,胶体颗粒涂层开裂的机理和抑制方法是工业涂层及功... 详细信息

基于胶体颗粒的涂层材料干燥固化成膜是一种简单方便的涂层制备方式,被广泛应用在保护性和功能性涂层领域。胶体颗粒涂层在干燥成膜过程中若控制不当容易发生开裂,导致涂层失效。因此,胶体颗粒涂层开裂的机理和抑制方法是工业涂层及功能薄膜材料应用领域关注的问题。虽然工业界在胶体颗粒涂层制备技术的长期发展中积累了抑制开裂的实践经验,但由于固化成膜过程复杂多变,对于干燥导致开裂的机理研究仍不深入。随着环保标准和新型纳米颗粒功能涂层制备需求的提高,传统通过聚合物粘结剂抑制开裂的方法也不再适用。因此,近年来学术界和工业界在揭示干燥开裂的物理机理、探究开裂的影响因素方面开展了大量的理论和实验研究,并在此基础上开发了一些新的抑制胶体涂层开裂或稳定控制胶体涂层裂纹形貌的工艺技术。近年来,研究者们在胶体涂层干燥开裂的裂纹驱动力和裂纹扩展动力学方面提出了一些理论模型,从胶体颗粒相互作用力、应变能与表面能平衡等角度揭示了裂纹产生的机理。已有大量的研究探索了胶体颗粒网络结构、涂层厚度、胶体颗粒弹性模量、基底约束等影响裂纹形成的主要因素。同时,这些研究提出了添加非球形颗粒、软硬颗粒混合、采用多层叠加等抑制干燥开裂及提高涂层性能的方法。此外,也有研究通过精确控制胶体涂层的裂纹形貌,将开裂的胶体涂层作为模版用于制作金属微纳结构及微纳通道。本文综述了近年来胶体颗粒涂层开裂现象的相关研究,从涂层裂纹形态及裂纹扩展动力学入手,系统总结了影响胶体涂层开裂的四个因素,并归纳了抑制胶体颗粒涂层开裂的多种方法。此外,本文还介绍了近年来将胶体颗粒涂层中产生的裂纹应用在微纳加工领域的探索性研究。对胶体颗粒涂层开裂机理的进一步研究,可为开发绿色环保涂层和设计与制备高质量新型纳米颗粒涂层提供理论指导。

关键词：胶体颗粒涂层干燥开裂抑制涂层开裂应用裂纹

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CNTs/Al复合材料应力松弛时效特性及建模研究

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塑性工程学报 2024年第4期31卷 184-192页

作者：亢少明黄遐陈浩晟周文彬高远李勇北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 中国航空制造技术研究院北京100024

针对新一代航空航天用轻量化壁板结构用高比模量、比强度碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)成形需求,研究了CNTs/Al应力松弛时效变形强化行为及其形性协同预测建模。在130℃条件下,对CNTs/AA2024开展了涵盖弹塑性初始加载条件(215 MPa... 详细信息

针对新一代航空航天用轻量化壁板结构用高比模量、比强度碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)成形需求,研究了CNTs/Al应力松弛时效变形强化行为及其形性协同预测建模。在130℃条件下,对CNTs/AA2024开展了涵盖弹塑性初始加载条件(215 MPa、390 MPa和4%、6%)的应力松弛时效强化系列实验。结果表明,CNTs/AA2024的应力松弛曲线呈现较短的初始变速率松弛阶段(2.5 h)和稳定速率松弛阶段;进入塑性阶段后,应力松弛量未明显提高,可能来源于CNTs对位错移动的阻碍作用。在390 MPa初始应力下,材料的屈服强度随时间延长而提高,在5 h左右达到峰值时效,屈服强度为485 MPa,至16 h未出现明显过时效。在相同时效时间下,CNTs/AA2024屈服强度随着初始应力的提高而增加;塑性加载阶段,屈服强度提升效果更为明显(576 MPa),主要是由于加工硬化和位错诱导析出强化的协同作用。进一步的,建立了针对CNTs/AA2024应力松弛时效的统一本构模型,实现了其应力松弛变形、时效强化以及关键微观变量的协同预测。

关键词：应力松弛本构建模碳纳米管铝基复材人工时效

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