检索结果-内蒙古大学图书馆

复合材料学报 2024年第6期41卷 3248-3257页

作者：王东董传瑞朱红民丁国元黄河源赵美英中国运载火箭技术研究院北京100076 西北工业大学航空学院西安710072 强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

以铝合金-碳纤维/双马来酰亚胺(BMI)树脂复合材料多螺栓双搭接结构为研究对象,结合数字图像相关(DIC)技术开展了不同温度环境下(-100℃、25℃、150℃)的准静态拉伸试验,并采用金属弹塑性模型和复合材料渐进损伤模型进行数值模拟分析,同... 详细信息

以铝合金-碳纤维/双马来酰亚胺(BMI)树脂复合材料多螺栓双搭接结构为研究对象,结合数字图像相关(DIC)技术开展了不同温度环境下(-100℃、25℃、150℃)的准静态拉伸试验,并采用金属弹塑性模型和复合材料渐进损伤模型进行数值模拟分析,同时开发考虑温度影响的UMAT子程序预测复合材料损伤,研究了温度对金属-复合材料混合多螺栓连接结构承载能力、破坏模式、损伤演化和钉载分配的影响规律。结果表明:相比25℃室温环境,150℃和-100℃环境下结构的极限载荷分别降低4.46%和2.06%;不同温度环境下的破坏模式均为复合材料孔边拉伸断裂,同时高温环境下孔边分层与挤压现象更为严重,而低温环境下纤维与基体结合紧密,孔边挤压与分层现象更弱;150℃环境下复合材料孔边损伤不均匀性相比常温环境有所减弱,而-100℃环境下不均匀性有所增强;由于热膨胀不匹配性,高温和低温环境下3组螺栓钉载分配规律也表现出明显差异。

关键词：碳纤维/BMI树脂复合材料螺栓连接结构渐进损伤分析高/低温力学性能钉载分配

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考虑磨损演化的铰链式襟翼机构动力学仿真研究

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西北工业大学学报 2024年第2期42卷 222-231页

作者：冯蕴雯唐家强薛小锋李帅陈先民西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国飞机强度研究所陕西西安710065 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西安710065

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二... 详细信息

不同卡位的襟翼气动载荷差别很大,使得轴承在不同襟翼偏角下所承受载荷也存在明显差异,这导致在不同角度位置的轴承磨损深度不一致。因此,引入均匀磨损深度的方法难以适用于襟翼的动力学特性分析。为解决这一问题,提出了一种基于最小二乘法的动力学建模方法。根据襟翼翼面的连接特点利用C-B法对其进行柔性化,并采用RBE2单元建立刚柔耦合动力学模型。联合UAMP、DISP、UMESHMOTION子程序进行磨损演化仿真,获取铰链轴承的非均匀磨损数据,同时通过最小二乘拟合建立磨损深度和襟翼偏角角度以及摩擦因数的映射关系。将该映射关系以铰链轴承中心点的偏移量和轴承摩擦因数的方式更新刚柔耦合动力学模型,以获取在磨损影响下的襟翼机构动力学响应,验证了方法的适用性和有效性。结果表明,随着磨损的进行,襟翼内外侧轴承转轴同轴度逐渐降低,内外侧驱动力矩随之增加,增加幅度最大为15.08%。该方法可为襟翼机构的设计及轴承选型提供一定支持。

关键词：襟翼机构动力学刚柔耦合磨损演化最小二乘

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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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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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基于多节转动机构的变弯度机翼后缘结构设计

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西北工业大学学报 2023年第5期41卷 942-949页

作者：石欣桐杨宇葛文杰王志刚孙侠生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西安710065 西北工业大学机电学院陕西西安710072 中国航空研究院北京100012

变弯度后缘可以使飞机在整个飞行包线内始终保持最佳的气动性能,从而达到减少飞机燃油消耗以及空气污染物排放的最终目的,是新一代民用飞机的重要特征和发展方向之一。为解决大型飞机变弯度后缘高承载与大变形之间的设计矛盾,提出了一... 详细信息

变弯度后缘可以使飞机在整个飞行包线内始终保持最佳的气动性能,从而达到减少飞机燃油消耗以及空气污染物排放的最终目的,是新一代民用飞机的重要特征和发展方向之一。为解决大型飞机变弯度后缘高承载与大变形之间的设计矛盾,提出了一种基于多节转动的变弯度机翼后缘结构方案,建立了以实现光滑连续变形为目标的多节转动机构参数化优化方法,完成了多节转动变弯度后缘结构的设计与制备,并搭建地面试验平台对变弯度后缘原理样件的变形功能进行了验证。结果表明,通过所提出的多节转动机构优化方法设计得到的变弯度机翼后缘可以实现光滑连续变形,原理样机实际变形范围为上偏3.9°至下偏12.5°,与设计目标误差为16.7%,为解决大型飞机变弯度结构工程应用问题提供了设计参考。

关键词：变形机翼变弯度后缘多节转动机构

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复合式柔性蒙皮的弹性表皮和蜂窝夹芯连接方案设计

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机械强度 2023年第2期45卷 499-503页

作者：郭瑜超艾森尹维龙王立凯聂小华强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所哈尔滨150080

面向变体飞行器的复合式柔性蒙皮,针对其弹性表皮和蜂窝夹芯连接强度较低的问题,提出了“二步胶接”的连接设计方案,其首先将氨纶纤维布与蜂窝通过环氧树脂结构胶进行胶接,然后将硅橡胶板与氨纶纤维布通过硅橡胶粘接剂进行胶接,并给出... 详细信息

面向变体飞行器的复合式柔性蒙皮,针对其弹性表皮和蜂窝夹芯连接强度较低的问题,提出了“二步胶接”的连接设计方案,其首先将氨纶纤维布与蜂窝通过环氧树脂结构胶进行胶接,然后将硅橡胶板与氨纶纤维布通过硅橡胶粘接剂进行胶接,并给出了工艺制备方法。最后,分别制备了“二步胶接”实验件和“直接胶接”实验件,并开展了连结强度实验和对比分析,结果表明,“二步胶接”实验件的连接强度是“直接胶接”实验件的5倍,此方案可以为柔性蒙皮的连接设计提供参考。

关键词：柔性蒙皮弹性表皮蜂窝结构二步胶接直接胶接

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两类数据驱动计算均匀化方法对比研究

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力学学报 2024年第7期56卷 1931-1942页

作者：白晓伟赵鲁阳李亮罗利龙阳杰胡衡武汉大学土木建筑工程学院武汉430072 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 宁夏大学数学统计学院银川750021

目前针对非均质材料与结构的多尺度仿真尚面临本构建模复杂和多尺度计算成本高的难题.数据驱动计算均匀化方法一方面通过数据科学的手段降低与本构模型相关的人力和时间成本,另一方面将耗时的细观问题计算移至线下进行,从而显著提升非... 详细信息

目前针对非均质材料与结构的多尺度仿真尚面临本构建模复杂和多尺度计算成本高的难题.数据驱动计算均匀化方法一方面通过数据科学的手段降低与本构模型相关的人力和时间成本,另一方面将耗时的细观问题计算移至线下进行,从而显著提升非均质材料与结构的在线计算效率.该方法按控制方程的来源可大致分为两类:第一类是基于能量泛函的数据驱动算法,旨在通过人工智能手段高效地获取材料本构关系,继而在经典计算力学框架下通过能量极值求解问题;第二类是基于距离泛函的数据驱动算法,其绕开材料本构建模过程,直接利用本构数据中的点与满足守恒方程的点的距离极值寻求问题的解.文章简要回顾两类数据驱动计算均匀化方法的求解思路,以纤维增强复合材料结构为例,分别从定性和定量的角度分析样本数据量对两类算法计算效率和精度的影响,继而从算法实现、计算精度、计算效率和后处理等方面进行对比分析,探讨两者在求解多尺度问题时的优势与不足,以期为发展高效的非均质材料结构分析技术提供参考.

关键词：数据驱动计算力学计算均匀化非均质材料与结构

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基于各向异性断裂相场模型的自适应多尺度有限元方法

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力学学报 2024年第10期56卷 2902-2912页

作者：魏浩林吴振任晓辉西北工业大学航空学院西安710072 强度与结构完整性全国重点实验室西安710065 西安航空学院机械工程学院西安710065

纤维增强复合材料具有复杂的断裂模式,各向异性断裂相场模型可以自动捕捉裂纹的萌生和演化,适于模拟纤维增强复合材料的断裂失效行为,但其计算成本较高.为了提高相场模型的计算效率,基于自适应网格算法和扩展的多尺度有限元方法,文章提... 详细信息

纤维增强复合材料具有复杂的断裂模式,各向异性断裂相场模型可以自动捕捉裂纹的萌生和演化,适于模拟纤维增强复合材料的断裂失效行为,但其计算成本较高.为了提高相场模型的计算效率,基于自适应网格算法和扩展的多尺度有限元方法,文章提出了一种针对各向异性断裂相场模型的自适应多尺度有限元方法.自适应网格算法会根据每一步迭代结束后网格节点上的相场变量及其增量确定裂纹路径,并自动细化裂纹路径附近的网格.断裂相场模型通过交错迭代算法进行求解,在更新位移场时,被细化的网格使用传统的有限元方法,未细化的网格使用考虑了振荡边界条件的扩展的多尺度有限元方法.更新相场时,均使用传统的有限元单元.在粗细两种单元的界面上,利用多尺度有限元方法的数值基函数对界面上的节点进行约束.利用建立的模型分别对在拉伸载荷下不同铺层角以及变刚度的纤维增强复合材料单层板的断裂行为进行分析.数值结果表明:本文提出的模型能够准确地捕捉裂纹路径,并且得到的数值结果与现有文献和试验结果吻合良好,与传统有限元相场模型相比,在保证计算精度的同时,能够显著减少计算时间.

关键词：相场模型扩展的多尺度有限元法自适应各向异性

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典型壁板结构爆炸冲击实验与仿真研究

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航空工程进展 2024年第5期15卷 86-96页

作者：周佳煜王彬文张宇郭玉佩李达诚白春玉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 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室西安710065

空空导弹战斗部爆炸产生的爆炸冲击波毁伤源对飞机蒙皮结构的损伤效果受多种因素影响,作用机理较为复杂,因此冲击波对飞机蒙皮结构的毁伤评估需要大量的实验和计算样本支撑。本文设计并进行铝合金加筋平板静爆实验,分析固支加筋平板在... 详细信息

空空导弹战斗部爆炸产生的爆炸冲击波毁伤源对飞机蒙皮结构的损伤效果受多种因素影响,作用机理较为复杂,因此冲击波对飞机蒙皮结构的毁伤评估需要大量的实验和计算样本支撑。本文设计并进行铝合金加筋平板静爆实验,分析固支加筋平板在冲击波加载下的动态响应和变形规律;采用有限元分析软件LS-DYNA对爆炸冲击下的结构响应进行仿真分析,通过对比仿真结果与实验结果对数值仿真模型的准确性进行验证。结果表明:孔洞面积占该形式加筋平板面积大于1‰时,靶板更容易发生以固支边界撕裂为主要形式的拉伸失效,增大孔径或增加孔的数量都有提高孔间贯穿损伤的风险;同爆距下爆炸物与目标迎爆面的夹角越大,靶板的变形程度越严重,夹角从30°增大至60°时目标挠度可增加30%以上。

关键词：爆炸冲击波壁板结构动态响应数值模拟实验研究

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复合材料壁板后屈曲设计与分析技术研究进展

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4673-4700,I0008页

作者：陈向明李新祥柴亚南陈普会孙侠生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 南京航空航天大学航空学院南京210016 上海交通大学航空航天学院上海200240

复合材料的大规模应用是航空飞行器机体加筋壁板结构减重的主要手段,但因过于保守的设计准则使得结构减重效果并不理想。薄壁加筋壁板结构通常具有很长的后屈曲承载历程,但因缺乏后屈曲设计与评估的有效分析方法,目前飞机复合材料加筋... 详细信息

复合材料的大规模应用是航空飞行器机体加筋壁板结构减重的主要手段,但因过于保守的设计准则使得结构减重效果并不理想。薄壁加筋壁板结构通常具有很长的后屈曲承载历程,但因缺乏后屈曲设计与评估的有效分析方法,目前飞机复合材料加筋壁板几乎都不允许蒙皮在限制载荷以下屈曲,无法充分发挥复合材料的减重特性。本文回顾了复合材料加筋壁板稳定性设计的发展历程,阐述了开展后屈曲设计分析的必要性;围绕工程分析技术与数值分析技术两个方面,详细综述了壁板结构屈曲与后屈曲性能分析与设计方法的研究进展;探讨了影响复合材料壁板屈曲与后屈曲性能的主要因素,并论述了屈曲疲劳、损伤/缺陷、湿热环境等对结构性能的影响;最后总结了复合材料加筋壁板后屈曲设计与分析技术总体现状,展望了未来技术发展趋势。

关键词：复合材料加筋壁板屈曲后屈曲工程分析数值分析

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