检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2025年第1期57卷 162-172页

作者：王铭泽刘书田大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024

随着压电柔顺机构在航空航天及精密加工等高频振动环境中的广泛应用,亟需发展大行程、高频响压电柔顺机构的拓扑优化方法.现有的拓扑优化方法侧重于提高柔顺机构的输出行程,而忽略了其动态特性.文章提出一种考虑基频约束的压电柔顺机构... 详细信息

随着压电柔顺机构在航空航天及精密加工等高频振动环境中的广泛应用,亟需发展大行程、高频响压电柔顺机构的拓扑优化方法.现有的拓扑优化方法侧重于提高柔顺机构的输出行程,而忽略了其动态特性.文章提出一种考虑基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法.首先,为了更准确地描述压电驱动器与柔顺机构间的相互作用,将压电驱动器直接耦合进柔顺机构的优化分析模型中,建立了压电柔顺机构机-电耦合优化分析模型.其次,以输出位移为目标函数,基于变密度法,建立了考虑结构基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法.采用p-norm凝聚函数来近似结构基频,避免了迭代过程中特征值重复和模态切换所引起的不可导问题,并利用伴随法和链式求导法推导了目标函数和基频约束对设计变量的灵敏度.最后,通过数值算例验证了所提优化方法的有效性,讨论了基频约束对优化结果的影响.数值算例结果表明,所提方法迭代过程快速,收敛性好,能够在满足基频约束的前提下,实现输出行程最大化的设计.与仅考虑柔顺机构输出位移的优化结果相比,采用本文提出的方法所得优化构型的材料分布明显不同,且随着基频约束的增大,优化构型的基频相应变大,而输出位移变小.

关键词：拓扑优化柔顺机构压电材料动力学优化智能结构

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墨水直写技术制造纤维强韧陶瓷基复合材料的研究进展与挑战

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复合材料学报 2025年第2期42卷 579-597页

作者：陈晓旖李刘颂郭欢李兴泽代吉祥沙建军大连理工大学力学与航空航天学院大连116024 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

先进陶瓷及其复合材料凭借优异的性能已被广泛应用于航空航天领域,目前采用三维打印技术实现这类材料的快速低成本制备成为核心问题。与传统工艺相比,现有三维打印陶瓷材料普遍面临着脆性特征明显及损伤容限能低的问题,因此纤维复合陶... 详细信息

先进陶瓷及其复合材料凭借优异的性能已被广泛应用于航空航天领域,目前采用三维打印技术实现这类材料的快速低成本制备成为核心问题。与传统工艺相比,现有三维打印陶瓷材料普遍面临着脆性特征明显及损伤容限能低的问题,因此纤维复合陶瓷材料的三维打印技术成为研究热点。综述了近年来国内外基于墨水直写技术制备纤维强韧陶瓷基复合材料的技术路线及特点,围绕这类材料的组成成分、工艺路径与力学性能的关系,综合分析了不同陶瓷墨水的设计、纤维引入的方式、致密化工艺的选择、打印构件关键性能之间的有机联系,指出了当前的主要问题并对未来研究方向进行了展望。

关键词：增材制造墨水直写成型陶瓷基复合材料纤维强韧航空航天

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基于角点相关匹配识别的试样变形测量方法研究

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岩土力学 2025年第2期46卷 665-672页

作者：邵龙潭唐孝强郭晓霞大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学工程力学系辽宁大连116024

将数字图像测量技术应用于常规土工三轴试验,成功解决了传统变形测量中的诸多难题,显著提升了测量精度与效率。但高像素图像中灰度阶层的多样性和渐变性使得梯度迭代计算变得复杂,角点附近存在多个潜在的角点候选位置,直接影响了亚像素... 详细信息

将数字图像测量技术应用于常规土工三轴试验,成功解决了传统变形测量中的诸多难题,显著提升了测量精度与效率。但高像素图像中灰度阶层的多样性和渐变性使得梯度迭代计算变得复杂,角点附近存在多个潜在的角点候选位置,直接影响了亚像素角点定位精度。为了解决亚像素角点检测算法的定位偏差问题,针对已研发的土工三轴试验试样全表面变形数字图像测量系统,提出了基于角点相关匹配识别的亚像素角点检测方法。该方法首先运用Harris检测算法从原始图像中提取整像素角点坐标,随后以这些角点为中心构建固定尺寸的灰度子区。通过子区间的相关匹配迭代处理,获取了初始整像素角点在变形后的亚像素级位移。在模拟试样仿射变形试验中,改进后的算法在继承角点特征稳健识别的基础上,具有良好的仿射不变性,平均绝对误差降低了80.5%,大幅度提高了三轴试验试样全表面变形测量精度。

关键词：角点相关匹配数字图像测量定位偏差灰度子区

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随机疲劳评估的反应谱法及工程应用

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航空学报 2025年

作者：隋国浩张亚辉大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室

针对随机载荷作用下结构疲劳寿命高效预示这一工程问题，构造了量化模态响应对结构总疲劳损伤贡献的疲劳损伤反应谱，推导了结构疲劳寿命与固有频率、应力振型等结构特征间的显式关系，建立并梳理了疲劳反应谱法这一高效求解体系。首先... 详细信息

针对随机载荷作用下结构疲劳寿命高效预示这一工程问题，构造了量化模态响应对结构总疲劳损伤贡献的疲劳损伤反应谱，推导了结构疲劳寿命与固有频率、应力振型等结构特征间的显式关系，建立并梳理了疲劳反应谱法这一高效求解体系。首先基于随机振动理论，从频域疲劳寿命评估的单矩法与功率谱密度函数分解策略这两个方面，对疲劳反应谱法的建立进行论述，给出了三种疲劳反应谱法的计算格式。其次，从模态响应对结构总疲劳损伤贡献中分离反映结构空间特征的应力振型以及振型参与系数，构造无量纲疲劳损伤反应谱，并提出可行的数据库建立策略。最后，基于疲劳反应谱法在振动疲劳与声疲劳问题中的应用开展算例分析，论证了疲劳反应谱法解决大规模工程问题的能力。结果表明了疲劳反应谱法与雨流计数法、Dirlik法、T-B法等经典方法在精度方面的一致性，并且，由于避免了功率谱密度函数与谱矩等中间变量的计算，疲劳反应谱法能够将随机疲劳评估效率提升2-3个量级不等。

关键词：高周疲劳随机振动频域方法疲劳反应谱法疲劳损伤反应谱

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预应力及超低温循环作用下碳纤维/环氧树脂复合材料微裂纹行为

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复合材料学报 2025年第1期42卷 182-190页

作者：陈春宇王剑锋张木子柳敏静杨雷武湛君大连理工大学力学与航空航天学院工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 大连理工大学材料科学与工程学院大连116024

低温燃料贮箱复合材料化是实现运载火箭结构减重、提升运载能力的有效途径,但贮箱在服役过程中要承受超低温循环和机械载荷的共同作用,容易导致复合材料内部产生微裂纹,从而威胁结构安全。本文利用简易的预应力加载装置对碳纤维/环氧树... 详细信息

低温燃料贮箱复合材料化是实现运载火箭结构减重、提升运载能力的有效途径,但贮箱在服役过程中要承受超低温循环和机械载荷的共同作用,容易导致复合材料内部产生微裂纹,从而威胁结构安全。本文利用简易的预应力加载装置对碳纤维/环氧树脂复合材料正交层合板进行超低温循环试验,研究预应力和超低温循环共同作用下复合材料层合板的微裂纹萌生和演化规律。结果表明:层合板边缘层的微裂纹密度总体大于内层,但中心两个90°叠加层表现出最大的微裂纹密度;与只有低温循环条件相比,引入预应力后层合板在同样的低温循环次数下微裂纹密度更大,增长速率更快;随着循环次数的增加,微裂纹密度的增长速率先快后慢,最终趋于饱和;随着预应力水平的提升,层合板中微裂纹的萌生和扩展速率也进一步加剧。本文初步揭示了复合材料在载荷及超低温循环耦合作用下的微裂纹萌生和演化机制,可为低温复合材料贮箱的研制和应用提供有意义的参考。

关键词：碳纤维/环氧树脂复合材料层合板超低温循环预应力微裂纹

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面向增材制造过程的改进固有应变分析方法

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计算力学学报 2025年

作者：阎琨刘怡赵延广阎军大连理工大学大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室

增材制造加工已成为工业装备制造的重要实现手段，但其加工件有时会存在残余应力或变形过大的问题。固有应变分析法可用于高效的实现增材制造过程仿真，为解决上述问题提供了重要依据。然而，传统固有应变法采用单一固有应变取值策略，... 详细信息

增材制造加工已成为工业装备制造的重要实现手段，但其加工件有时会存在残余应力或变形过大的问题。固有应变分析法可用于高效的实现增材制造过程仿真，为解决上述问题提供了重要依据。然而，传统固有应变法采用单一固有应变取值策略，忽略了增材制造件不同区域残余应变分布不均特征以及材料重熔引起残余应变积累现象，导致对于部分结构存在计算精度不足的问题。为克服该问题，本文提出了一种基于分区赋值策略的改进固有应变分析方法。本方法首先基于标准模型，获得固有应变值的空间分布规律，并计算不同位置特征区域内单元的固有应变值。之后，面向分析对象有限元模型，依据空间位置对所有单元进行分区，并赋予相应的材料属性开展固有应变仿真。数值算例结果显示，本文提出的分区固有应变分析法在求解耗时相当的前提下，具有更优的求解精度。

关键词：固有应变数值仿真金属增材制造残余应力残余变形

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Reissner板断裂问题的半解析等几何分析方法

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计算力学学报 2025年第1期42卷 53-60页

作者：官高菲张滢睿余雄徐新生大连理工大学力学与航空航天学院工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

板结构是工程中一类重要的基本构件,但是由于材料或者工艺的影响,其在制造过程中难免会产生不同程度的缺陷,从而在服役环境下逐渐演变成宏观裂纹,导致断裂事故。现阶段板结构断裂分析的方法主要分为解析和数值方法两类。解析方法大多仅... 详细信息

板结构是工程中一类重要的基本构件,但是由于材料或者工艺的影响,其在制造过程中难免会产生不同程度的缺陷,从而在服役环境下逐渐演变成宏观裂纹,导致断裂事故。现阶段板结构断裂分析的方法主要分为解析和数值方法两类。解析方法大多仅适用于无限大或半无限大结构以及简单边界条件情况,数值方法需在裂尖附近区域划分高密度的网格,并且无法准确给出结构的断裂参数,需要复杂的后处理程序。为解决上述问题,本文针对含裂纹Reissner板的弯曲断裂问题,提出一种高精度的半解析等几何分析方法。首先,求解含裂纹Reissner板裂纹尖端附近的广义位移(挠度和转角)和广义应力(弯矩和剪力)的级数展开解。其次,将整板的等几何模型划分为两类区域,即裂尖附近的奇异区和不包含裂尖的非奇异区。在奇异区内,利用获得的级数解进行节点未知量变换,将该区域内大量的节点未知量转换为少量的级数解待定系数,而在非奇异区内保持节点未知量不变,从而获得含裂纹Reissner板弯曲断裂分析的半解析等几何分析方法计算列式,直接获得裂纹尖端附近奇异应力场和对应的应力强度因子的显式表达式。数值算例验证了该方法的精确性,并分析了相关影响参数对应力强度因子的作用规律。

关键词：含裂纹Reissner板弯曲断裂半解析等几何方法应力强度因子解析解

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基于响应面法的空间发动机喷管型面优化

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宇航学报 2025年第1期46卷 82-91页

作者：韩宏孙得川郭开放刘昌国大连理工大学力学与航空航天学院大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 上海空间推进研究所上海201121

大面积比喷管在空间发动机中广泛应用,其性能提高非常重要,现有的喷管设计方法仍有提升空间。提出一种将改进的RAO型面设计、数值模拟,以及优化技术相结合的喷管型面优化方法。首先根据控制变量法分析了喷管扩张段结构等参数各自对推进... 详细信息

大面积比喷管在空间发动机中广泛应用,其性能提高非常重要,现有的喷管设计方法仍有提升空间。提出一种将改进的RAO型面设计、数值模拟,以及优化技术相结合的喷管型面优化方法。首先根据控制变量法分析了喷管扩张段结构等参数各自对推进性能的影响,得出扩张角、扩张段长度的增加有助于提高喷管推力的结论,而下游圆弧半径的增大会使推力下降;然后使用响应面法建立了结构参数与推力之间的代理模型,并采用该方法分析得出各参数之间的交互影响规律;最后依据影响规律对喷管分别进行了推力优化与长度优化设计。结果表明:在不增加喷管长度的条件下,使490 N空间发动机喷管推力提高1.71 N,比冲提高1.1 s,扩张段质量减轻约5.1%;在保持比冲不变的前提下,使喷管扩张段长度减少12.10%,面积比下降至188.46,质量减轻约23.8%。

关键词：最大推力喷管响应面法结构参数大面积比型面优化

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考虑吸湿老化影响的天然纤维增强截断圆锥壳屈曲问题的精确分析

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计算力学学报 2025年第1期42卷 83-88页

作者：张俊霖聂雪阳王雅静苏新周震寰大连理工大学力学与航空航天学院工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

天然纤维增强材料(NFRC)在潮湿环境下会不可避免地出现吸湿老化行为,严重影响该类材料和结构的稳定性。为分析该问题,本文引入非线性前屈曲效应,提出了一种适用于NFRC截断圆锥壳屈曲问题的精确分析方法。首先,基于Donnell壳体理论推导了... 详细信息

天然纤维增强材料(NFRC)在潮湿环境下会不可避免地出现吸湿老化行为,严重影响该类材料和结构的稳定性。为分析该问题,本文引入非线性前屈曲效应,提出了一种适用于NFRC截断圆锥壳屈曲问题的精确分析方法。首先,基于Donnell壳体理论推导了NFRC圆锥壳的屈曲控制方程。其次,采用伽辽金法求解非线性轴对称前屈曲变形,并在此基础上进一步求解获得高精度的临界屈曲载荷以及解析的屈曲模态。最后,通过与已有文献和数值仿真对比,验证了本文方法的精确性,并分析了纤维参数和吸湿老化效应参数对NFRC截断圆锥壳屈曲行为的影响。本文的研究结果有望为该类NFRC截断圆锥壳的抗屈曲设计提供理论基础。

关键词：圆锥壳屈曲临界荷载天然纤维增强材料湿热老化

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DH36海洋工程钢焊接结构的氢脆敏感性研究

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中国腐蚀与防护学报 2025年第2期45卷 416-422页

作者：李新城李兆南王海锋徐云泽王明昱甄兴伟大连理工大学船舶工程学院大连116024 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

以DH36海洋工程钢的焊接构件为研究对象,通过氢渗透和慢应变速率拉伸试验(SSRT)对DH36钢焊接结构不同区域的氢脆敏感性进行对比研究。结果表明,热影响区的氢扩散系数最大,焊缝区次之,母材区最小;热影响区的氢脆系数最高,且热影响区在极... 详细信息

以DH36海洋工程钢的焊接构件为研究对象,通过氢渗透和慢应变速率拉伸试验(SSRT)对DH36钢焊接结构不同区域的氢脆敏感性进行对比研究。结果表明,热影响区的氢扩散系数最大,焊缝区次之,母材区最小;热影响区的氢脆系数最高,且热影响区在极化电位为-950 mV时,可以观察到明显的氢脆现象,而母材区与焊缝区当阴极保护电位为-1050 mV时才表现出氢脆特征。热影响区氢脆敏感性高于焊缝区,而焊缝区高于母材区。

关键词： DH36钢氢脆热影响区氢渗透慢应变速率拉伸试验(SSRT) 阴极保护

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