检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2024年第18期45卷 177-191页

作者：姚辽军魏景超陈向明啜明月李含月果立成哈尔滨工业大学航天学院航天科学与力学系哈尔滨150001 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

先进复合材料以其优异的力学性能及在结构减重方面的巨大潜力已经广泛应用于航空航天领域,其用量多少已经成为衡量一个国家高端装备技术发展水平的重要标志之一。疲劳分层是导致航空航天复合材料结构失效的重要原因,纤维桥联对疲劳分层... 详细信息

先进复合材料以其优异的力学性能及在结构减重方面的巨大潜力已经广泛应用于航空航天领域,其用量多少已经成为衡量一个国家高端装备技术发展水平的重要标志之一。疲劳分层是导致航空航天复合材料结构失效的重要原因,纤维桥联对疲劳分层扩展存在显著影响。同时,不同断裂模式下,复合材料抵抗Ⅰ型疲劳分层扩展的能力最低。因此,针对纤维桥联作用下的复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展问题开展研究,具有十分重要的意义。本文对作者课题组近年来开展的相关研究工作进行了系统总结和介绍,重点对以下问题进行了分析讨论:纤维桥联对疲劳分层扩展的影响规律及机理;纤维桥联作用下的疲劳分层扩展模型和分析方法;疲劳分层扩展分析模型的应用和验证。研究表明,纤维桥联对疲劳分层扩展存在显著的抑制作用,将导致疲劳分层扩展速率随分层扩展长度的增加而显著下降;纤维桥联在疲劳分层扩展中的作用机理与静态分层扩展存在不同,疲劳分层扩展主要的能量耗散集中于分层前缘附近,桥联纤维中的能量耗散相对有限;并且纤维桥联强弱对疲劳分层前缘的损伤失效机制无显著影响。因此,采用作用于分层前缘处的应变能释放率作为疲劳裂纹扩展相似性参数,能够对纤维桥联作用下的复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展进行有效的分析和表征,满足疲劳裂纹扩展相似性假设的基本要求;以此为基础,采用双参数形式的疲劳分层扩展准则,能够有效考虑应力比的影响,实现不同载荷工况下复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展行为的有效分析和表征。

关键词：疲劳分层纤维桥联相似性原理疲劳分层扩展准则复合材料

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温度对金属-复合材料混合多螺栓连接力学性能的影响

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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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动载荷识别的物理嵌入式神经网络模型与方法

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航空学报 2024年

作者：杨智春杨特西北工业大学航空学院结构强度与完整性全国重点实验室

针对传统动载荷识别方法中频响函数矩阵求逆运算导致的不适定性问题，以及深度学习方法缺乏物理可解释性的局限，提出了一种全新的物理嵌入式神经网络（Physical Embedded Neural Network, PENN）动载荷识别模型与方法。通过将结构动力... 详细信息

针对传统动载荷识别方法中频响函数矩阵求逆运算导致的不适定性问题，以及深度学习方法缺乏物理可解释性的局限，提出了一种全新的物理嵌入式神经网络（Physical Embedded Neural Network, PENN）动载荷识别模型与方法。通过将结构动力学参数（如模态质量、模态刚度、模态阻尼等）直接嵌入神经网络中，构建出具有物理可解释性的PENN动载荷识别模型。PENN模型能够以正向计算过程直接识别动载荷的功率谱密度，避免了传统方法的频响函数矩阵求逆运算，并能够对其内部的物理参数进行自适应修正，保证了在先验物理参数不准确时仍能实现动载荷的高精度识别。详细阐述了方法机理、PENN模型构建规则、参数设定及训练流程，并对多种工况下的动载荷进行了数值仿真与实验验证，结果表明，本方法在动力学系统先验参数不准确和仅有1组训练样本的情况下，识别动载荷的皮尔逊相关系数均不低于95%，展现出较好的鲁棒性和工程应用潜力。

关键词：动载荷识别物理嵌入式神经网络可解释神经网络模态分析参数校正凸优化

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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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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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压电智能功能梯度夹芯结构高精度理论模型与主动控制

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力学学报 2024年第1期56卷 130-140页

作者：张欣宇肖玉善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

本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论.此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论,满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件;电势使用Layerwise分层理论,即对于压... 详细信息

本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论.此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论,满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件;电势使用Layerwise分层理论,即对于压电层较薄的结构,电势在厚度方向可假设为线性分布.运用Hamilton原理和主动控制原理,推导了含阻尼压电功能梯度板系统的控制方程.基于精化高阶理论,构建了等几何分析方法,对压电层合结构弯曲行为进行了分析,并验证了精化高阶理论的有效性.此外,探究了铺层角度和功能梯度系数对压电功能梯度层合结构弯曲行为的影响规律,即结构中心点挠度随铺层角度或功能梯度系数增大而减小;功能梯度系数在0~5之间时,功能梯度系数对弯曲行为的影响比铺层角度对弯曲行为的影响更加显著.最后分析了无阻尼压电功能梯度板的动力学响应.当系统的速度反馈增益系数为零时,结构做无衰减震荡;当速度反馈增益系数增大时,结构震荡幅度衰减加快,衰减所需时间减少,从而实现了无阻尼结构受迫振动的振动主动控制.

关键词：精化高阶理论功能梯度板等几何分析主动控制

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高支柱起落架走步振动与稳定性分析

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兵工学报 2024年第8期45卷 2793-2805页

作者：杜晓琼李斌罗琳胤刘木君杨荣西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学强度与结构完整性全国重点实验室陕西西安710072 中航通飞华南飞机工业有限公司广东珠海519040

为改善装备碳陶刹车盘的高支柱起落架走步振动问题,对走步规律进行了深入分析。阐述走步机理,碳陶刹车盘摩擦特性引起的负斜率刹车力矩会向起落架航向系统引入负阻尼,引起走步振动的发散。基于3自由度走步动力学方程,开展了刹车力矩参... 详细信息

为改善装备碳陶刹车盘的高支柱起落架走步振动问题,对走步规律进行了深入分析。阐述走步机理,碳陶刹车盘摩擦特性引起的负斜率刹车力矩会向起落架航向系统引入负阻尼,引起走步振动的发散。基于3自由度走步动力学方程,开展了刹车力矩参数、起落架结构参数以及机身初始速度对走步振动的影响研究,定义了走步振动发散的临界状态,并提出刹车压力随刹车动静盘相对转速减小的走步控制策略。仿真结果表明:刹车盘摩擦系数负斜率绝对值的减小,刹车压力的降低,支柱刚度和阻尼的增大都可增加走步系统的稳定性,刹车盘摩擦的最小值提高至0.186可确保飞机以任意速度刹车走步稳定;刹车压力下降的斜率随刹车速度的不同而改变,飞机从144 km/h开始刹车,刹车压力降低24.7%可使走步振动收敛,轮轴航向加速度峰值降低77.23%。

关键词：起落架走步刹车振动碳陶刹车盘负斜率刹车力矩

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能量有限元法研究进展及在飞行器高频振动响应预示中的应用

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航空工程进展 2024年第6期15卷 51-65页

作者：陈兆林杨智春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710072

结构的高频振动问题严重影响飞行器的服役安全性、可靠性和舒适性,高效准确地预示结构的高频振动响应具有重要的学术研究价值和工程实践意义。能量有限元法是近年来发展起来的一种高频振动响应预示新方法,弥补了有限元法、统计能量法等... 详细信息

结构的高频振动问题严重影响飞行器的服役安全性、可靠性和舒适性,高效准确地预示结构的高频振动响应具有重要的学术研究价值和工程实践意义。能量有限元法是近年来发展起来的一种高频振动响应预示新方法,弥补了有限元法、统计能量法等传统方法在高频振动响应预示方面的不足。本文回顾了能量有限元法的研究进展,阐述了能量有限元法的基本理论及其在工程领域的拓展和应用,对能量有限元法在飞行器结构高频振动响应预示方面的研究工作进行了介绍,并对能量有限元法未来的发展方向进行了展望。

关键词：能量有限元法高频振动响应预示能量密度能量流

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电磁加载膨胀环试验技术的发展及应用

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力学进展 2024年第4期54卷 639-668页

作者：刘宗兴张春阳曹苗陈斐颖刘军李玉龙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710072 冲击动力学及其工程应用国际联合研究中心西安710072 西北工业大学民航学院西安710072

电磁加载膨胀环试验技术是实现高应变率拉伸加载的重要手段,可实现应变率104 s−1量级的一维拉伸加载.洛伦兹力作为一种体力均匀施加于膨胀环试样,避免了面力加载的波传播效应,且环形试样结构的特点避免了传统狗骨形试样末端夹持效应的影... 详细信息

电磁加载膨胀环试验技术是实现高应变率拉伸加载的重要手段,可实现应变率104 s−1量级的一维拉伸加载.洛伦兹力作为一种体力均匀施加于膨胀环试样,避免了面力加载的波传播效应,且环形试样结构的特点避免了传统狗骨形试样末端夹持效应的影响,因此,电磁加载膨胀环试验技术被广泛应用于材料在高应变率下的拉伸力学行为研究.本文首先介绍了膨胀环试验技术的基本原理,回顾了膨胀环试验加载技术的发展历史以及应用于膨胀环试验的测试技术发展情况.然后对电磁加载膨胀环试验技术的应用进行了综述,梳理了该试验技术在材料动态力学性能、动态断(碎)裂行为、动态延性行为、高温绝热特性等方面的前沿研究进展.最后讨论了电磁加载膨胀环试验技术在固体力学领域的发展前景与方向.为从事材料动态力学行为试验技术领域的科研工作者提供较为系统的信息参考,同时为那些对电磁加载膨胀环试验技术感兴趣的青年科研人员提供本领域系统全面的知识.

关键词：电磁加载膨胀环高应变率拉伸力学行为动态断(碎) 裂行为动态延性行为高温绝热性能

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