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坠撞环境下乘员伤害分析及飞机适坠性评估

航空学报 2024年第3期45卷 169-181页

作者：牟浩蕾谢威威解江冯振宇林岚辉中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300

为了分析坠撞环境下的机身框段和客舱乘员的动态响应以及乘员伤害情况,开展了大型飞机典型机身框段(含2套三联座椅及4名乘员假人)在6.02 m/s速度下的垂向坠撞试验,获得了机身框段结构坠撞及乘员坠撞响应数据,进行了机身框段结构坠撞破... 详细信息

为了分析坠撞环境下的机身框段和客舱乘员的动态响应以及乘员伤害情况,开展了大型飞机典型机身框段(含2套三联座椅及4名乘员假人)在6.02 m/s速度下的垂向坠撞试验,获得了机身框段结构坠撞及乘员坠撞响应数据,进行了机身框段结构坠撞破坏及乘员伤害分析,并通过可生存空间、系留强度、乘员损伤、应急撤离4个方面对飞机适坠性进行评估。坠撞试验结果表明,客舱地板下部结构发生较大变形与破坏,在货舱地板下部结构中间支撑件区域和两侧客舱地板支撑立柱与机身框连接处产生3处塑性铰;客舱区域基本保持完整,可生存空间得到保持;座椅与客舱地板导轨的连接保持完好,且乘员安全带保持在原位;乘员假人头部伤害判据最大值为31.47,腰椎压缩载荷最大峰值为3997.2 N;乘员假人向过道倾斜,过道仍保持通畅。通过飞机适坠性评估,在6.02 m/s的垂向坠撞速度下,乘员伤害风险较小。

关键词：机身框段结构坠撞响应乘员坠撞响应乘员伤害分析适坠性评估

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涵道螺旋桨多工况设计

科学技术与工程 2024年第15期24卷 6510-6517页

作者：孔繁杰冯振宇中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

单一工况下设计的涵道螺旋桨通常不能满足垂直起降飞机的多工况高效需求。基于叶素动量理论可以开展涵道螺旋桨多工况设计,其关键在于不同工况下螺旋桨拉力占比、修正来流速度的计算。在无螺旋桨几何的情况下,采用动量源方法对涵道拉力... 详细信息

单一工况下设计的涵道螺旋桨通常不能满足垂直起降飞机的多工况高效需求。基于叶素动量理论可以开展涵道螺旋桨多工况设计,其关键在于不同工况下螺旋桨拉力占比、修正来流速度的计算。在无螺旋桨几何的情况下,采用动量源方法对涵道拉力进行估算,提出了修正来流速度的计算方法,基于最小能量损失原则建立螺旋桨几何,采用多重参考系方法进行耦合计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)修正,得到单一工况下弦长扭转角关系、螺旋桨拉力占比以及修正来流速度。通过改变设计升力系数及转速,使不同工况下涵道螺旋桨的弦长及扭转角相匹配。分析结果表明,动量源方法计算的涵道拉力占比较大,来流速度修正方法可减少相同工况下耦合CFD求解计算量。多工况设计可有效提高涵道螺旋桨的综合效率。

关键词：涵道螺旋桨叶素动量理论修正设计多工况气动特性

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民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

振动与冲击 2024年第1期43卷 297-307页

作者：牟浩蕾高飞王子龙肖培冯振宇解江中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通... 详细信息

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明:ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。

关键词：民机机身框段入水冲击试验结构冲击响应数值模拟

乙醇/磷酸氢二钾(KHPO)双水相提取核桃青皮多糖工艺及其抗氧化活性的研究

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饲料工业 2024年

作者：王虹娟周晨雨冯茜冯振宇李娜山西省中西医结合医院中心实验室太原师范学院生物科学与技术学院

基于核桃青皮多糖的提取工艺及其抗氧化功能分析需要，本研究以多糖提取率为考察指标，采用乙醇(Ethanol)/磷酸氢二钾(K2HPO4)双水相体系提取核桃青皮多糖，并采用响应面Box-Behnken耦合遗传算法优化双水相提取核桃青皮多糖(walnut peel... 详细信息

基于核桃青皮多糖的提取工艺及其抗氧化功能分析需要，本研究以多糖提取率为考察指标，采用乙醇(Ethanol)/磷酸氢二钾(K2HPO4)双水相体系提取核桃青皮多糖，并采用响应面Box-Behnken耦合遗传算法优化双水相提取核桃青皮多糖(walnut peel polysaccharides，WPPs)工艺，采用红外光谱分析方法(FT-IR)探究了其结构，并检测其体外抗氧化活性。实验结果显示，双水相提取WPPs的最佳工艺为：K2HPO4质量分数为16%，双水相提取时间为34 min，双水相提取温度为28℃，WPPs的得率为111 mg/g；WPPs存在多糖物质的特征吸收峰。双水相技术制备所得WPPs可有效清除ABTS自由基。双水相体系可以安全、价廉、高效提取核桃青皮中的多糖，并且保留了WPPs生物活性，为进一步研究、开发和利用我国丰富的核桃青皮资源提供了思路和方法，具有一定的现实指导意义。

关键词：双水相体系响应面法遗传算法核桃青皮多糖抗氧化性

晶体塑性有限元方法在增材制造金属材料力学性能研究中的应用

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材料导报 2024年第1期38卷 177-186页

作者：冯振宇张宏宇马佳威陈琨周良道沈培良陈向明中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 上海飞机设计研究院上海201210 中国飞机强度研究所西安710065

增材制造作为先进制造技术的代表,已被广泛应用于航空航天等高新技术领域。金属增材制造技术的高能量密度、高热和快速冷却等复杂工艺特点使得成形件的微观结构与传统制造技术所得成形件显著不同,这对金属材料力学性能有着重要影响。晶... 详细信息

增材制造作为先进制造技术的代表,已被广泛应用于航空航天等高新技术领域。金属增材制造技术的高能量密度、高热和快速冷却等复杂工艺特点使得成形件的微观结构与传统制造技术所得成形件显著不同,这对金属材料力学性能有着重要影响。晶体塑性有限元方法将晶体塑性理论与有限元方法相结合,能够跨尺度分析增材制造金属材料微观结构与力学性能之间的关系,为优化工艺过程提供支撑。本文综述了近年来晶体塑性有限元方法在金属增材制造中的应用,阐述了代表增材制造金属材料微观结构特征的几何模型的建立方法和有限元应用,提出了相关发展趋势。

关键词：增材制造晶体塑性有限元微观结构力学性能

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利用冗余扩展余弦字典的复杂动载荷识别研究

振动工程学报 2024年第3期37卷 512-521页

作者：何文博许步锋冯振宇石张昊解江王伟中国民航大学安全科学与工程学院民航航空器适航审定技术重点实验室天津300300

针对真实测量噪声影响下复杂动载荷识别精度低的问题,提出了一种基于冗余扩展余弦字典的L1范数正则化载荷识别方法。根据系统响应与外部动载荷的卷积关系,建立用于载荷识别的离散系统控制方程;选择与动载荷相适应的离散余弦基函数进行... 详细信息

针对真实测量噪声影响下复杂动载荷识别精度低的问题,提出了一种基于冗余扩展余弦字典的L1范数正则化载荷识别方法。根据系统响应与外部动载荷的卷积关系,建立用于载荷识别的离散系统控制方程;选择与动载荷相适应的离散余弦基函数进行时延扩展,构造了扩展余弦字典与Db10小波字典相级联的冗余扩展字典,对复杂载荷进行稀疏表示;使用L1范数正则化方法求解稀疏表示系数,基于改进L曲线准则获取最优正则化参数,通过在GARTEUR飞机模型上试验得到的响应数据,实现不同噪声水平下对拍频载荷与连续冲击载荷时间历程的识别。试验研究结果表明:本文提出的冗余扩展余弦字典对拍频载荷与连续冲击载荷的表示稀疏性高,基于冗余扩展余弦字典的L1范数正则化载荷识别方法的识别精度高、抗噪性能好。

关键词：载荷识别冗余字典 L1范数正则化方法稀疏表示

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带剪切销抗爆容器定向泄压特性研究

爆炸与冲击 2024年

作者：解江潘汉源蒋逸伦杨祥李漩郭德龙冯振宇中国民航大学科技创新研究院中国民航大学安全科学与工程学院中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院北京理工大学

为向机载抗爆容器结构设计和工程应用提供研究基础，开展了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性研究。利用LS-DYNA软件建立内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型，开展容器内爆试验获得了剪切销临界直径并验证了模型可靠性；通过分析爆炸... 详细信息

为向机载抗爆容器结构设计和工程应用提供研究基础，开展了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性研究。利用LS-DYNA软件建立内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型，开展容器内爆试验获得了剪切销临界直径并验证了模型可靠性；通过分析爆炸流场分布、冲击波压力变化情况等阐明了抗爆容器内冲击波传播与载荷分布规律；通过改变TNT当量与剪切销直径分析并讨论了泄压过程中泄压盖的运动规律；建立了不同泄压盖质量下药量与剪切销直径间的函数关系，探究了剪切销的临界断裂问题。结果表明：100gTNT内爆试验得到剪切销临界直径为22mm，TNT爆炸后冲击波在容器内做往复式传播，约3.8ms时泄压盖冲出容器，5ms时容器底部残存压力约0.5MPa；容器底部超压峰值约144MPa，罐体与泄压盖交汇形成的角隅处超压峰值约149MPa，且罐体在角隅处产生应变增长效应，角隅处成为新的危险点。由于剪切销的变形断裂过程会影响泄压盖的运动规律，导致泄压盖速度曲线中出现下降段，剪切销直径越大下降段持续时间越长。泄压盖自身惯性和剪切销刚度是造成泄压过程中泄压盖速度产生波动的主要原因。TNT药量与剪切销临界直径关系呈正比，二者的线性关系不受泄压盖质量影响。

关键词：抗爆容器泄压剪切销冲击波失效行为

激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金各向组织与损伤容限性能

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航空材料学报 2024年第1期44卷 143-151页

作者：冯振宇陈翥仪张雪峰夏晓宇邹君中国民航大学科技创新研究院天津300300 中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 中国航空制造技术研究院北京100024 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术成形Al-Mg-Sc-Zr合金材料不同取向的显微组织特征、拉伸和损伤容限性能。结果表明:YZ截面为细小的等轴晶和粗大的柱状晶组成的双峰组织,XY截面由细小的等轴晶组成;0°和90°方向屈服... 详细信息

研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术成形Al-Mg-Sc-Zr合金材料不同取向的显微组织特征、拉伸和损伤容限性能。结果表明:YZ截面为细小的等轴晶和粗大的柱状晶组成的双峰组织,XY截面由细小的等轴晶组成;0°和90°方向屈服强度、抗拉强度均超过500 MPa,各向异性较小,但堆积层间存在的未熔合缺陷使得90°方向断裂伸长率明显低于0°方向;0°和90°CT试样K_(IC)分别为21.41 MPa·m^(1/2)和20.89 MPa·m^(1/2),在柱状晶区域裂纹扩展阻抗低,导致90°CT试样K_(IC)稍小;显微组织和缺陷是影响裂纹扩展性能各向异性的主要因素,在近门槛区未熔合缺陷起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时裂纹扩展速率更快;在稳态扩展区显微组织的影响起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时为穿晶断裂,裂纹扩展阻抗较高,裂纹扩展速率较低。

关键词：激光选区熔化 Al-Mg-Sc-Zr合金显微组织损伤容限性能各向异性

飞机U型铆接构件不同加载角度下失效特性试验及数值模型研究

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工程科学与技术 2024年

作者：牟浩蕾张经纬赵一帆解江冯振宇中国民航大学科技创新研究院中国民航大学中欧航空工程师学院

运输飞类机在坠撞载荷作用下，机身连接构件失效是主要的失效形式之一。本文针对U型铆接构件，采用试验与仿真方法，研究了其在不同加载角度（0度纯拉脱、30度、45度、60度和90度纯剪切）下的失效特性，揭示了U型件厚度和加载角度对其... 详细信息

运输飞类机在坠撞载荷作用下，机身连接构件失效是主要的失效形式之一。本文针对U型铆接构件，采用试验与仿真方法，研究了其在不同加载角度（0度纯拉脱、30度、45度、60度和90度纯剪切）下的失效特性，揭示了U型件厚度和加载角度对其失效特性的影响规律；研究建立了基于峰值载荷失效的双线性单元模型（梁单元、六面体单元、4六面体簇单元和8六面体簇单元模型）和SPR2约束单元模型，得到了可应用于坠撞仿真分析的铆钉数值模型。研究结果表明：随着加载角度增加，铆钉承受载荷由拉脱载荷变为剪切载荷，铆钉失效由钉头拉脱变为钉杆剪断；U型件承受载荷由面外拉伸载荷变为面内挤压载荷，失效位移减小；随着U型件厚度增加，U型件不易发生变形，失效载荷增加，失效位移减少。基于峰值载荷失效的双线性单元模型中，8六面体簇单元模型获得的失效载荷与失效位移与试验结果吻合最好；8六面体簇单元模型与SPR2约束单元模型获得的失效载荷偏差均在10%以内，但8六面体簇单元模型的失效载荷偏差更小；两个模型获得的失效位移偏差稍大，但SPR2约束单元模型的失效位移偏差相对较小，在15%以内。8六面体簇单元和SPR2约束单元模型可应用于飞机坠撞仿真。

关键词： U型铆接构件失效特性双线性单元模型 SPR2约束单元模型