检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2025年第3期46卷 281-295页

作者：张梦伟胡伟平徐海斌马占齐詹志新孟庆春北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 强度与结构完整性全国重点实验室北京100191 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司哈尔滨150066

制备了30Ni4CrMoA高强度结构钢的光滑试样以及不同划痕深度缺陷的试验件,并对这些试验件进行了疲劳试验测试,获得了含不同深度划痕缺陷和不同应力水平下试验件的疲劳寿命。基于连续损伤力学理论,在原有高周疲劳损伤演化方程的基础上,根... 详细信息

制备了30Ni4CrMoA高强度结构钢的光滑试样以及不同划痕深度缺陷的试验件,并对这些试验件进行了疲劳试验测试,获得了含不同深度划痕缺陷和不同应力水平下试验件的疲劳寿命。基于连续损伤力学理论,在原有高周疲劳损伤演化方程的基础上,根据划痕根部最大应力分析与划痕深度的关系,以及试样疲劳寿命随划痕深度和应力水平的变化规律,提出了一种综合考虑划痕深度和应力水平影响的划痕影响系数表达式,建立了一种新的考虑划痕影响的等效疲劳损伤演化方程。基于该方程,无需建立划痕的有限元模型,直接采用闭合解法根据积分形式的疲劳寿命表达式即可对含划痕的30Ni4CrMoA试样进行疲劳寿命预估,理论预测结果与试验结果吻合很好,验证了所提方法的有效性和适用性。最后,还讨论了划痕影响系数与缺口疲劳系数的关系,以及划痕根部应力梯度的影响。

关键词：划痕缺陷疲劳寿命预估 30Ni4CrMoA高强度结构钢连续损伤力学

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力学性能可调的可逆装配力学超材料性能表征

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机械强度 2025年第1期47卷 92-106页

作者：吴琪杨宇芦奕菲鲍盘盘王志刚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 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

点阵结构因其高比强度和比刚度成为航空、航天、汽车等领域的研究热点。增材制造技术的发展使得具有复杂几何外形和特殊力学性能的力学超材料点阵结构的加工成为可能。但传统增材制造工艺难以协调此类结构在成本、几何尺寸和精度之间的... 详细信息

点阵结构因其高比强度和比刚度成为航空、航天、汽车等领域的研究热点。增材制造技术的发展使得具有复杂几何外形和特殊力学性能的力学超材料点阵结构的加工成为可能。但传统增材制造工艺难以协调此类结构在成本、几何尺寸和精度之间的矛盾。鉴于此,提出了一种可逆装配的力学超材料结构概念及基础体素结构的连接方法,可有效克服制造装备的尺寸限制,并可以通过不同排列组合构建力学性能丰富的宏观点阵结构。针对可逆装配的基础体素型式,通过参数化建模的方法分析了体素几何特征、相对密度和体素数目等参数对其力学性能的影响,并与实验结果进行了对比。结果表明,所提出的3种基础体素刚性差异较大,泊松比覆盖了由负到正的范围。因此,使用这3种基础体素的不同组合方式可以产生不同力学性能分布的宏观结构,从而证明了采用这3种体素作为可逆装配结构基本体素的合理性。此外,所给出的几何尺寸与力学性能之间的数学关系可为此类力学超材料的工程应用提供指导。

关键词：可逆装配力学超材料参数化建模点阵结构性能表征

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柔性太阳电池极限弯曲半径测量方法研究

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北京航空航天大学学报 2025年

作者：高红鑫赵寿根朱佳林余亦豪张振强度与结构完整性全国重点实验室北京航空航天大学航空科学与工程学院中电科蓝天科技股份有限公司

随着空间太阳电池阵从刚性半刚性电池阵向高收纳比、轻量化和低成本的柔性电池阵发展，柔性太阳电池逐渐成为未来空间能源系统的关键元件。然而，柔性太阳电池在弯曲状态下需保持光电转换效率和结构完整性，因此对其极限弯曲半径的精确... 详细信息

随着空间太阳电池阵从刚性半刚性电池阵向高收纳比、轻量化和低成本的柔性电池阵发展，柔性太阳电池逐渐成为未来空间能源系统的关键元件。然而，柔性太阳电池在弯曲状态下需保持光电转换效率和结构完整性，因此对其极限弯曲半径的精确测量尤为重要。本文提出了一种基于大挠度屈曲理论的柔性太阳电池弯曲半径测试方法，并搭建了自动化的测试平台。为验证该方法的准确性，将其结果与传统芯轴法进行对比。实验表明，利用大挠度屈曲法测得的极限弯曲半径与芯轴法的结果一致，证明了该方法的准确性和可靠性，同时该方法能够实现弯曲半径的连续可调测量，且自动化程度高。研究结果不仅为柔性太阳电池的结构设计提供了精确的力学参数，也为未来柔性电子器件的性能优化提供了参考依据。

关键词：柔性太阳电池极限弯曲半径大挠度屈曲理论芯轴法

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民机机身框段和全机坠撞响应的对比研究

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航空学报 2025年

作者：惠旭龙刘小川白春玉韩鹤朝张欣玥李肖成薛璞牟让科杨先锋中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室结构冲击动力学航空科技重点实验室陕西省飞行器振动冲击与噪声重点实验室西北工业大学航空学院北京航空航天大学航空科学与工程学院

飞机的坠撞性能是其结构安全性设计和评价的关注焦点，而机身框段与全机结构坠撞响应的关系是一直未厘清的问题之一。本文首先以典型民机全机和含舱门机身框段为对象，开展垂直坠撞实验研究，对实验结果进行对比分析。然后建立典型民机... 详细信息

飞机的坠撞性能是其结构安全性设计和评价的关注焦点，而机身框段与全机结构坠撞响应的关系是一直未厘清的问题之一。本文首先以典型民机全机和含舱门机身框段为对象，开展垂直坠撞实验研究，对实验结果进行对比分析。然后建立典型民机全机坠撞动力学模型，基于全机坠撞实验数据对模型进行验证。进一步通过模型剪裁方法获得含舱门机身框段、前机身等直段以及后机身等直段坠撞动力学模型，开展实验工况下的仿真分析，并基于仿真计算结果探讨不同机身框段坠撞响应与全机坠撞响应之间的差异性。结果表明：建立的全机坠撞动力学模型具有较高的预测精度，机体动响应和损伤预测结果与实验结果一致性较好，机身框段模型的剪裁方法准确；含舱门机身框段和后机身等直段的地板下部结构变形、地板加速度均小于全机结构，加速度峰值最大偏差达13.6%，破坏模式也相差较大。而前机身等直段的地板下部结构变形大于全机结构，但地板加速度仍小于全机结构，加速度峰值最大偏差达17.2%，揭示了全机与机身框段实验件的边界条件和能量输入差异是造成坠撞响应存在较大区别的本质原因；在飞机适坠性验证和评估中，针对不同的验证目标要采用不同的验证方法和对象，采用全机结构进行适坠性验证最为真实，采用框段结构可对坠撞仿真模型进行验证，可以支撑基于仿真分析的飞机适坠性评估；此外，含舱门机身段和后机身等直段在坠撞过程中受飞机机头和尾部收缩段的影响较大，不宣作为飞机适坠性的验证对象。采用前机身等直段作为飞机适坠性验证对象时，需要对实验件的端框进行加强，尽可能模拟实际的边界刚度条件。

关键词：冲击动力学民用飞机全机坠撞框段坠撞坠撞响应对比分析

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民机结构坠撞性能缩比实验方法研究

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爆炸与冲击 2025年

作者：李肖成惠旭龙白春玉刘小川张欣玥韩鹤朝徐绯冯威杨先锋中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室陕西省飞行器振动冲击与噪声重点实验室结构冲击动力学航空科技重点实验室西北工业大学航空学院北京航空航天大学航空科学与工程学院

缩比实验具有成本低，风险小，周期短等优势，在航空航天等领域得到了广泛应用。以典型民机机身下部结构为对象，开展了民机结构坠撞缩比理论分析和实验方法研究。推导了民机坠撞缩放比例因子，设计并加工了1/4缩比实验件，开展了6m/s... 详细信息

缩比实验具有成本低，风险小，周期短等优势，在航空航天等领域得到了广泛应用。以典型民机机身下部结构为对象，开展了民机结构坠撞缩比理论分析和实验方法研究。推导了民机坠撞缩放比例因子，设计并加工了1/4缩比实验件，开展了6m/s工况下坠撞实验，获得了全尺寸坠撞实验与缩比实验中机身结构关键位置处速度和加速度响应、地面撞击载荷响应以及局部关键部位的变形和破坏模式，并对其进行了对比分析。结果表明：缩比实验件与全尺寸实验件在框和立柱处的变形和破坏模式具有较好一致性。缩比结构对全尺寸原型结构的坠撞载荷峰值预测误差为14.4%，座椅加速度峰值预测误差为14.8%，横梁处加速度峰值预测误差为13.1%。缩比实验可以有效预测全尺寸原型结构的变形、破坏过程和关键部位动态响应，缩比实验可用于民机结构坠撞性能验证和评估。

关键词：冲击动力学民用飞机缩比理论坠撞性能实验方法

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数字体图像相关方法中的残余灰度场计算研究

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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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材料微区动态力学性能检测技术研究进展——从压痕硬度测量到仪器化压入测试

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力学学报 2024年第12期56卷 3537-3552页

作者：赵守明朱远泉彭光健张泰华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 浙江工业大学机械工程学院杭州310023

针对材料微区动态力学性能检测技术,阐述压痕硬度测量和仪器化压入测试的原理和机制,分析动态压入测试的潜在问题,介绍静态和动态压入载荷测量原理、压入应变率含义、撞击压入的动态特征和沉积热量影响.梳理动态压入技术的两条发展路径... 详细信息

针对材料微区动态力学性能检测技术,阐述压痕硬度测量和仪器化压入测试的原理和机制,分析动态压入测试的潜在问题,介绍静态和动态压入载荷测量原理、压入应变率含义、撞击压入的动态特征和沉积热量影响.梳理动态压入技术的两条发展路径:基于击杆和落/摆锤等低速撞击、分离式霍普金森压杆撞击及微粒高速撞击等传统动态加载技术,发展宏观压痕硬度测量技术;基于纳米压入仪测量的动态校正、载荷直接测量和载荷间接测量等,发展动态纳米压入测试技术.仪器化压入测试分析方法对压入载荷-深度测量信噪比要求高,传统动态加载的测量技术不能满足要求,目前需要基于测量系统动力学模型,提高纳米压入技术的仪器动态特性和测量信噪比.未来发展动态仪器化压入测试技术,需关注仪器动力学相应设计理论、动态微力和位移测量原理技术和测量影响因素校准检验方法,重点在于提高压入仪器的动态测量信噪比、发展鲁棒的参数识别分析方法,并加强动态仪器压入基础问题研究.

关键词：仪器化压入动态压入硬度材料参数力学性能测试

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增量数字图像相关方法的误差分析及应用考量

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力学与实践 2023年第6期45卷 1217-1226页

作者：池宇希杨昊天潘兵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

增量数字图像相关方法(digital image correlation, DIC)常应用于变形后图像中被测物体出现大变形、环境光变化剧烈以及采用激光散斑追踪变形等容易发生图像退相关的场景。增量DIC充分利用局部图像序列的相关性,通过更新参考图像计算增... 详细信息

增量数字图像相关方法(digital image correlation, DIC)常应用于变形后图像中被测物体出现大变形、环境光变化剧烈以及采用激光散斑追踪变形等容易发生图像退相关的场景。增量DIC充分利用局部图像序列的相关性,通过更新参考图像计算增量变形,再进行累加以获得整体变形,可解决采用固定参考图像的传统DIC方法在出现图像退相关时计算失效的问题。但是,由于DIC计算变形时存在系统误差,在增量计算以累加增量位移的过程中会导致误差累积。为实现更准确高效的增量DIC分析,需明确这一误差的累积规律并提出抑制误差的方法。本文通过模拟和真实实验研究了采用不同增量策略的增量DIC方法在不同场景下的误差累积规律。结果显示:为减少参考图像更新带来的累积误差,应采用条件增量计算策略以尽量减少参考图像的更新次数;同时,自适应参考图像子区平移策略和图像高斯低通预滤波方法可以显著降低插值带来的系统误差,应与增量DIC方法配合使用。

关键词：变形测量数字图像相关方法增量方法误差分析

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复杂面内载荷下2.5D机织复合材料的力学行为

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复合材料学报 2024年

作者：李凯伦钱逸星程劭然杨振宇卢子兴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

为了研究2.5D机织复合材料在复杂面内载荷下的力学响应和失效机制，本文采用有限元数值模拟方法，考虑纬纱偏离轴线的周期性变形特征，建立了更真实的参数化代表性体积单元模型，并基于渐进损伤模拟获得了不同组合载荷状态下复合材料的... 详细信息

为了研究2.5D机织复合材料在复杂面内载荷下的力学响应和失效机制，本文采用有限元数值模拟方法，考虑纬纱偏离轴线的周期性变形特征，建立了更真实的参数化代表性体积单元模型，并基于渐进损伤模拟获得了不同组合载荷状态下复合材料的失效包络面。研究表明：由于经向和纬向力学性能的差异，2.5D机织复合材料在正轴双向加载条件下的失效包络面不存在二维机织复合材料那样的对称性；经向和纬向的力学性能存在竞争关系，随着纬纱密度增大，经纱卷曲率增大，经向力学性能减弱，纬向纤维体积分数增大，纬向力学性能则得到增强。本文的研究成果可以为合理优化机织工艺参数提供指导，从而有效地提高2.5D机织复合材料在复杂服役工况下的综合力学性能。

关键词： 2.5D机织复合材料复杂载荷有限元法失效包络面工艺参数

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含缺陷变刚度层合板屈曲性能的数值分析方法

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航空学报 2023年第24期44卷 200-211页

作者：黄艳王喆陈普会南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 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

为研究间隙与重叠缺陷对变刚度层合板屈曲性能的影响,首先采用缺陷占比表征局部区域内材料含缺陷的程度,基于代表性体积单元(RVE)提出了含缺陷材料的简化模型,建立了含缺陷材料性能的计算方法。其次采用二值图像法对有限元模型中的单元... 详细信息

为研究间隙与重叠缺陷对变刚度层合板屈曲性能的影响,首先采用缺陷占比表征局部区域内材料含缺陷的程度,基于代表性体积单元(RVE)提出了含缺陷材料的简化模型,建立了含缺陷材料性能的计算方法。其次采用二值图像法对有限元模型中的单元进行了缺陷定位与占比识别,结合提出的性能计算方法赋予不同单元不同的材料性能。最终通过该有限元模型计算了含缺陷层合板的屈曲性能,与试验结果的对比表明本文方法得到的屈曲性能与试验结果吻合良好,预测结果的误差在7%以内,验证了本文方法的有效性。同时本文方法的预测精度受网格尺寸影响较小,能有效降低计算成本。

关键词：变刚度层合板制造缺陷代表性体积单元(RVE) 缺陷占比屈曲

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