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第十三届全国流体力学学术会议

作者：周子恒贺碧蛟蔡国飙翁惠焱王伟宗张百一北京航空航天大学宇航学院宇航推进系航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京航空航天大学宁波创新研究院飞行器与推进实验室

在太空任务中,由火箭发动机喷出的真空羽流会对航天器产生气动力、气动热、污染、视场干扰等负面影响。因此,对于载人登月等重要任务来说,研究真空羽流对于保证航天器的正常运作至关重要。传统的全流域真空羽流数值模拟方法,即直接模拟... 详细信息

在太空任务中,由火箭发动机喷出的真空羽流会对航天器产生气动力、气动热、污染、视场干扰等负面影响。因此,对于载人登月等重要任务来说,研究真空羽流对于保证航天器的正常运作至关重要。传统的全流域真空羽流数值模拟方法,即直接模拟蒙特卡罗(direct simulation Monte Carlo, DSMC)方法能提供相对精确的模拟结果,但非常耗时且缺乏实时计算能力。近年来,深度学习(deep learning, DL)开始兴起并在流体力学领域崭露头角。在本研究中,引入了一个由卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)训练的具有多个解码器的DL模型,以预测月球着陆过程中的真空羽流流场。该网络将流场的形状拓扑信息和边界条件作为输入,输出包括速度场和压强场在内的流场数据,数据集由DSMC计算得到的流场构建。同时,讨论了包括不同高度和不同月球表面条件在内的不同着陆条件下和训练方法下的流场预测结果。结果表明,不同着陆条件下DL模型预测的流场与DSMC结果基本一致。针对平坦和凹凸的月球表面这一特征,不同训练方法也对预测结果有影响,将训练集中具有不同特征的工况分开训练有助于提高模型的流场重构效果。同时,与DSMC方法相比,DL方法展现出了更高的效率,能够将计算速度提升数个量级。这表明基于DL的流场重构方法在真空羽流流场的实时计算中有强大的应用前景,可以为将来我国的航天任务做出贡献。

关键词：真空羽流深度学习卷积神经网络月球着陆月球表面

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自身场磁等离子体推力器数值仿真流场特性分析

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飞控与探测 2022年第4期5卷 12-20页

作者：操乐晖吴鹏罗梓浩任军学汤海滨北京航空航天大学空间与环境学院北京102206 北京航空航天大学宇航学院北京102206 航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京102206 空间环境监测与信息处理工业和信息化部重点实验室北京102206

磁等离子体推力器以其推力大、比冲高等特点,成为未来深空探测和星际航行任务首选的电推力器类型。研究推力器内部等离子体流场特性,有利于解释推力器出现的物理现象。针对特定自身场磁等离子体推力器,建立磁流体模型,使用TVD Lax-Fried... 详细信息

磁等离子体推力器以其推力大、比冲高等特点,成为未来深空探测和星际航行任务首选的电推力器类型。研究推力器内部等离子体流场特性,有利于解释推力器出现的物理现象。针对特定自身场磁等离子体推力器,建立磁流体模型,使用TVD Lax-Friedrich格式以及ADI方法对推力器内部及羽流进行数值求解,得到等离子体流场及等离子体参数分布情况。仿真结果显示,在高电流工况下,等离子体羽流更加集中,轴向加速效果更加显著,但阴极温度较高,不利于阴极的使用寿命。

关键词：自身场磁等离子体推力器 TVD Lax-Friedrich格式数值仿真流场特性

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不同环境下宽径比对碳纤维增强环氧树脂复合材料开孔层压板压缩失效的影响

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复合材料学报 2020年第2期37卷 267-275页

作者：张武昆闫伟王会平赵丽滨刘丰睿北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100191 北京宇航系统工程研究所北京100076 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

复合材料结构强度的参数影响研究是结构设计的必要内容,然而还缺乏在不同湿热环境条件下结构尺寸对其强度的影响研究。采用数值和试验方法研究了宽径比(W/D)对不同湿度、温度时T800/X850碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)开孔层压板压... 详细信息

复合材料结构强度的参数影响研究是结构设计的必要内容,然而还缺乏在不同湿热环境条件下结构尺寸对其强度的影响研究。采用数值和试验方法研究了宽径比(W/D)对不同湿度、温度时T800/X850碳纤维增强环氧树脂复合材料(CF/EP)开孔层压板压缩强度的影响。设计了参数影响研究试件,通过试验获得了不同湿热条件下的开孔层压板压缩失效结果;并利用现有的考虑湿热影响的复合材料渐进损伤方法,建立了湿热及几何参数影响的渐进损伤模型,通过将预测结果与试验结果对比验证了模型正确性。进一步结合试验和数值分析,揭示了不同湿热条件下几何参数的影响规律。研究表明:湿热环境对T800/X850 CF/EP开孔板的压缩失效载荷影响显著,相比于室温干态(RTD),室温湿态(RTW)和高温湿态(ETW)压缩失效载荷分别下降了7.75%和14.68%;RTW和RTD失效形式接近, ETW失效形式不同且失效面积更大;RTW和RTD时压缩失效强度随W/D的增大而增大,增大速度相似, ETW增大速度比前两者慢。

关键词：碳纤维增强树脂复合材料湿热环境力学性能渐进损伤宽径比

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碳纤维/树脂复合材料多钉连接钉载系数测试方法

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复合材料学报 2019年第12期36卷 2795-2804页

作者：房子昂赵丽滨刘丰睿张建宇北京航空航天大学宇航学院北京100191 北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100191 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 重庆大学航空航天学院重庆400044

为解决由于碳纤维/树脂复合材料多钉连接结构中钉载分配状态和测试方法不同导致的钉载系数测试分散性不明确的问题,针对应变片和钉载矢量传感器两种测试方法,提出基于不确定度理论的钉载系数相对测量不确定度的计算模型,并计算两种测试... 详细信息

为解决由于碳纤维/树脂复合材料多钉连接结构中钉载分配状态和测试方法不同导致的钉载系数测试分散性不明确的问题,针对应变片和钉载矢量传感器两种测试方法,提出基于不确定度理论的钉载系数相对测量不确定度的计算模型,并计算两种测试方法对碳纤维X850/树脂复合材料单剪、双剪连接结构钉载系数的相对测量不确定度。结果表明,应变片测试方法中,单剪结构钉载系数无法准确测量,双剪结构钉载系数相对测量不确定度通常超过2.8%,且随结构中螺栓数目和应变片贴片角度偏差的增加而增大;钉载矢量传感器测试方法中,单剪、双剪结构钉载系数均可测试,且针对任意螺栓数目结构,其钉载系数相对测量不确定度最大不超过1.5%。

关键词：复合材料钉载系数相对测量不确定度应变片方法钉载矢量传感器方法

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拧紧力矩对复合材料机械连接结构的影响研究

拧紧力矩对复合材料机械连接结构的影响研究

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北京力学会第二十五届学术年会

作者：李雪冬赵丽滨北京航空航天大学宇航学院北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室

本文应用有限元软件ABAQUS建立复合材料单钉双剪螺栓连接三维有限元模型,进行了渐进损伤分析,得到了相应的载荷-位移曲线,并且通过试验验证了模型的有效性。进一步,分析了拧紧力矩对复合材料螺栓连接结构失效模式的影响。

关键词：复合材料螺栓连接拧紧力矩有限元模拟

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附加磁场磁等离子体推进器流动通道电磁流体建模与仿真

附加磁场磁等离子体推进器流动通道电磁流体建模与仿真

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中国航天第三专业信息网第三十九届技术交流会暨第三届空天动力联合会议

作者：张凯宇汤海滨王一白任军学北京航空航天大学航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室

附加磁等离子体推进器(AF-MPDT)流动通道内涉及电离、传热、等离子体波动与输运等复杂过程,仿真困难。研究构建了电磁场模型和简化的流场模型。其中电磁场模型以感生磁场的求解为核心,得到综合考虑磁冻结、磁扩散、霍尔效应的单变量偏... 详细信息

附加磁等离子体推进器(AF-MPDT)流动通道内涉及电离、传热、等离子体波动与输运等复杂过程,仿真困难。研究构建了电磁场模型和简化的流场模型。其中电磁场模型以感生磁场的求解为核心,得到综合考虑磁冻结、磁扩散、霍尔效应的单变量偏微分方程。流场的模型以离子速度模型、电子温度模型为核心,解析求解考虑了粘性力、洛伦兹力、惯性力平衡的简化动量方程;数值求解包含热传导、热对流、粘性热与焦耳热的电子能量单变量两点边值常微分方程。计算表明附加磁场增大(0.01～1T),径向电流减小、角向电流增大,涡旋速度增大、轴向速度近似不变,电子温度增加;总电流小于1kA时,可以忽略感生磁场带来的霍尔效应,总电流大于10kA时,不可忽略。在流动通道内部,径向、角向、轴向的洛伦兹力比约为10:10:1。在放电通道内附加磁场不直接提供轴向推力,只通过驱动等离子体涡旋储存能量,感生磁场的洛伦兹力是通道内唯一的加速途径。

关键词：附加磁场感生磁场流动通道洛伦兹力等离子体电子能量霍尔效应推进器建模与仿真电磁流体

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薄壁加筋结构拓扑与尺寸协同优化

薄壁加筋结构拓扑与尺寸协同优化

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中国力学大会——2013

作者：李一飞陈珅艳黄海北京航空航天大学宇航学院航天飞行器技术系航天器设计优化与动态模拟教育部重点实验室

提出了一种新的优化策略,建立了结构拓扑、尺寸协同优化的数学模型,搭建了优化设计的流程框架,并由框架中的优化模块进行尺寸变量的寻优,而由框架中的分析模块完成拓扑优化分析及结构分析,通过两个模块的交互完成整个优化流程。以结构... 详细信息

提出了一种新的优化策略,建立了结构拓扑、尺寸协同优化的数学模型,搭建了优化设计的流程框架,并由框架中的优化模块进行尺寸变量的寻优,而由框架中的分析模块完成拓扑优化分析及结构分析,通过两个模块的交互完成整个优化流程。以结构重量最轻为目标,最大位移,模态频率及柔顺度等结构响应为设计约束,在满足设

关键词：协同优化结构拓扑

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Nomex-Kevlar平纹织物超高速撞击本构模型开发

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复合材料学报 2011年第1期28卷 194-198页

作者：刘滨涛黄海贾光辉周广东北京航空航天大学宇航学院航天器设计优化与动态模拟技术教育部重点实验室北京100191

为了研究Nomex-Kevlar平纹织物对空间碎片的超高速撞击力学特性,运用LS-DYNA本构模型二次开发技术开发了Nomex-Kevlar平纹织物在超高速撞击条件下的带最大应力失效标准的线弹性正交各向异性本构模型,并定义了Nomex-Kevlar平纹织物在超... 详细信息

为了研究Nomex-Kevlar平纹织物对空间碎片的超高速撞击力学特性,运用LS-DYNA本构模型二次开发技术开发了Nomex-Kevlar平纹织物在超高速撞击条件下的带最大应力失效标准的线弹性正交各向异性本构模型,并定义了Nomex-Kevlar平纹织物在超高速撞击条件下的Gruneison状态方程参数。运用光滑粒子流体动力学方法和有限元方法建立了与NASA试验工况相同的Al-2017-T4球形弹丸以6.84 km/s速度斜向30°撞击Nomex-Kevlar平纹织物的数值分析模型。仿真结果与试验结果的比较表明,本文中开发的本构模型以及建立的数值分析模型可以准确描述Nomex-Kevlar平纹织物的超高速撞击力学特性。

关键词： Nomex-Kevlar平纹织物超高速撞击数值分析模型本构模型

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