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12.7mm弹侵彻不同强度钢靶的数值模拟

爆炸与冲击 2022年第8期42卷 106-118页

作者：王凯雷李明净董雷霆北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对12.7 mm弹侵彻不同强度钢靶时可能出现子弹保持完整或发生破碎的情况,过去的数值模拟仅限于模拟单一模式的子弹侵彻行为。为了克服这种数值模拟的局限性,开展了模型算法、网格尺寸对模拟结果影响的研究,并将模拟结果与实验结果进行... 详细信息

针对12.7 mm弹侵彻不同强度钢靶时可能出现子弹保持完整或发生破碎的情况,过去的数值模拟仅限于模拟单一模式的子弹侵彻行为。为了克服这种数值模拟的局限性,开展了模型算法、网格尺寸对模拟结果影响的研究,并将模拟结果与实验结果进行了对比,提出了一种能够用于模拟子弹保持完整或破碎的弹靶模型。研究结果表明,为模拟子弹保持完整状态,子弹和靶板应分别采用基于Lagrange算法的有限元法和光滑粒子算法,而且子弹网格尺寸和靶板粒子间距之比应至少保持在5.3左右,否则弹头会产生与实验结果不符合的异常变形。但是,在模拟子弹发生破碎侵蚀时,该比例的网格/粒子尺寸比会引起计算中止。为了克服该问题,进一步建立了一种弹体表面采用大尺寸网格、内部采用细化小尺寸网格的有限元/光滑粒子法耦合弹靶模型。计算结果表明,改进的弹靶模型可模拟子弹保持完整或者发生破碎的情况。

关键词：有限元/光滑粒子法耦合弹靶模型弹体破碎钢靶侵彻

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基于碎点法的动态断裂分析

力学学报 2022年第12期54卷 3383-3397页

作者：沈宝莹王松李明净董雷霆北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

工程中的冲击防护结构在撞击、爆炸等冲击载荷下可能发生动态断裂并最终破坏,抑制结构的动态断裂是提升结构防护能力的重要手段,为此需要准确预测结构在动态载荷下的断裂行为.数值仿真是预测动态断裂的重要手段,然而当前工程中常用的有... 详细信息

工程中的冲击防护结构在撞击、爆炸等冲击载荷下可能发生动态断裂并最终破坏,抑制结构的动态断裂是提升结构防护能力的重要手段,为此需要准确预测结构在动态载荷下的断裂行为.数值仿真是预测动态断裂的重要手段,然而当前工程中常用的有限元法在模拟断裂方面仍存在网格畸变和难以显式引入裂纹等问题.碎点法是近年来提出的一种不连续型伽辽金弱形式无网格方法,适合模拟断裂问题,本文提出一种显式动力学格式的碎点法并将该方法应用于动态断裂分析.一方面,碎点法参考弱形式无网格类方法,将求解域离散为空间中的节点和子域,并基于支持域内的节点群构造子域的位移试函数,因此该方法的子域具有抵抗畸变的能力.另一方面,碎点法参考间断伽辽金有限元法,使用分片连续的位移试函数,并引入内部界面数值通量修正保证方法的一致性和稳定性,因此该方法易于在结构中显式引入裂纹.本文首先介绍碎点法的核心思想和离散形式,接着推导了动力学碎点法弱形式动量方程,然后建立了碎点法的显式动力学求解格式,最后通过算例验证动力学碎点法预测应力波传播和动态断裂行为的能力.

关键词：不连续型无网格方法抵抗网格畸变显式引入裂纹预测动态断裂

基于数字孪生的飞机蒙皮裂纹智能检查维修策略

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固体力学学报 2021年第3期42卷 277-286页

作者：赵福斌周轩董雷霆北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

飞机结构的检修工作需要根据裂纹扩展预测结果制定出检查时间,而裂纹扩展受到多种随机不确定因素的影响.为了综合利用基于物理知识的模型预测结果与基于检查的观测结果、有效地追踪和控制不确定性,论文提出了一种基于数字孪生的飞机蒙... 详细信息

飞机结构的检修工作需要根据裂纹扩展预测结果制定出检查时间,而裂纹扩展受到多种随机不确定因素的影响.为了综合利用基于物理知识的模型预测结果与基于检查的观测结果、有效地追踪和控制不确定性,论文提出了一种基于数字孪生的飞机蒙皮裂纹智能检查维修策略.该方法以含铆钉孔边裂纹的飞机蒙皮为研究对象,结合降阶的断裂力学仿真模型、疲劳裂纹扩展模型、裂纹长度检查数据,在动态贝叶斯网络框架下综合考虑了裂纹尺寸初始分布、裂纹扩展模型参数、飞行中的压差载荷、测量误差等不确定因素,根据损伤的概率性诊断和预测结果动态调整裂纹的检查时间.仿真结果表明该方法能够有效追踪不确定性的裂纹扩展过程,可以为飞机蒙皮裂纹的智能检查维修提供方法和依据.

关键词：飞机蒙皮裂纹扩展不确定性动态贝叶斯网络数字孪生

数字工程与数字孪生在航空疲劳与结构完整性领域的研究进展与展望

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航空学报 2024年

作者：代定强周轩董雷霆孙侠生北京航空航天大学航空科学与工程学院中国航空研究院

疲劳与结构完整性贯穿飞机全生命周期，对于保障飞机飞行安全至关重要。作为一种集成化的数字方法，数字工程为飞机结构设计验证和使用维护提供了更高效、更可靠、更经济的解决方案，是未来飞机结构安全性设计与保障理念的重要发展方向... 详细信息

疲劳与结构完整性贯穿飞机全生命周期，对于保障飞机飞行安全至关重要。作为一种集成化的数字方法，数字工程为飞机结构设计验证和使用维护提供了更高效、更可靠、更经济的解决方案，是未来飞机结构安全性设计与保障理念的重要发展方向。数字工程强调模型的重要性，其关键在于使用数字孪生融合各类模型和实测数据，实现疲劳与结构完整性的准确评估和保持。面向飞机设计验证和使用维护两个阶段，基于第31届航空疲劳与结构完整性国际委员会研讨会上各成员国报告的近期研究成果，梳理了国内外数字工程与数字孪生关键技术的研究进展，及其在飞机结构设计验证和使用维护中的具体工程案例。在此基础上，对相关技术的未来发展提出了展望和建议，以促进数字工程和数字孪生理念的进一步拓展和应用。

关键词：数字工程数字孪生飞机结构疲劳与结构完整性结构仿真

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飞机结构数字孪生关键建模仿真技术

航空学报 2021年第3期42卷 107-135页

作者：董雷霆周轩赵福斌贺双新卢志远冯建民北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083 先进无人飞行器北京高校高精尖学科中心北京100083 航空工业飞机强度研究所全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点试验室西安710065

飞机结构安全性设计思想经历了从静强度设计、安全寿命设计、损伤容限与耐久性设计到单机追踪的演变,未来有进一步向结构数字孪生的方向发展的趋势。飞机结构数字孪生是数字线程驱动的,多学科、多物理、多尺度、多保真度、多概率的模拟... 详细信息

飞机结构安全性设计思想经历了从静强度设计、安全寿命设计、损伤容限与耐久性设计到单机追踪的演变,未来有进一步向结构数字孪生的方向发展的趋势。飞机结构数字孪生是数字线程驱动的,多学科、多物理、多尺度、多保真度、多概率的模拟仿真系统,采用在线传感器监测、离线地面检查、飞机运行历史等多源数据,反映并预测对应飞机结构实体在全寿命周期内的行为和性能,有望革新现有的飞机结构使用和维护模式。面向疲劳寿命管理,提出飞机结构数字孪生的5项关键建模仿真技术,分别是载荷和损伤的数据获取技术、多尺度建模和力学分析技术、含裂纹复杂结构的精确高效仿真技术、基于降阶的数字孪生高效建模技术和考虑不确定性与多源异构数据的剩余寿命评估技术,并详细探讨这五项关键技术的研究现状与发展方向,为飞机结构数字孪生的系统研究与工程应用提供参考。

关键词：数字孪生结构安全性疲劳断裂降阶模型不确定性

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计算晶粒法与材料细观结构直接数值模拟

计算晶粒法与材料细观结构直接数值模拟

2018年全国固体力学学术会议

作者：董雷霆北京航空航天大学

计算晶粒法是一种模块化的细观力学仿真工具。每一个计算晶粒是一个多面体特殊单元,它直接模拟一个多晶材料物理晶粒或者复合材料虚拟晶粒。其内部可以为均质材料,也可以包含颗粒、纤维、或孔隙,考虑不同的物理、本构、损伤模式。通过... 详细信息

计算晶粒法是一种模块化的细观力学仿真工具。每一个计算晶粒是一个多面体特殊单元,它直接模拟一个多晶材料物理晶粒或者复合材料虚拟晶粒。其内部可以为均质材料,也可以包含颗粒、纤维、或孔隙,考虑不同的物理、本构、损伤模式。通过多场变分原理、三维调和函数、边界积分方程等方法,直接计算整个多面体计算晶粒的刚度矩阵。多个计算晶粒直接装配耦合,可以快速地模拟包含大量颗粒、纤维、或孔隙的材料代表性体积单元,高效地估计材料的宏观力学性能参数和细观应力、应变分布。

关键词：计算晶粒细观力学复合材料

来源： cnki会议评论

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Trefftz计算晶粒法求解细观力学问题

Trefftz计算晶粒法求解细观力学问题

基于三维纤维计算晶粒的纤维复合材料直接细观力学建模

中国力学大会-2015

作者：董雷霆河海大学力学与材料学院

结合Papkovich-Neuber公式和特殊协调函数,构建多连联通域中三维弹性力学问题的一般解作为Trefftz试函数,并利用多场边界变分原理,通过边界积分直接计算整个多面体计算晶粒的刚度矩阵.

关键词：

来源： cnki会议评论

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Acta Mechanica Sinica 2023年第11期39卷 54-69页

作者：黄业增王俊博李明净王冠楠董雷霆 Satya N.Atluri Tianmushan Laboratory Hangzhou 310023China School of Aeronautic Science and Engineering Beihang UniversityBejing 100191China Shenyang Aircrafi Design Institute Yangzhou Collaborative Innovation Institute Co LidYangzhou 225000China Department of Civil Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China Department of Mechanical Engineering Texas Tech UniversityLubbock 79409USA

面向纤维复合材料与结构的优化设计需要,建立高效准确的纤维复材细观力学仿真工具具有重要意义.本文首次提出了包含内嵌纤维的三维计算晶粒(computational grains),用于纤维增强复合材料的直接细观力学建模,基于所开发的纤维计算晶粒方... 详细信息

面向纤维复合材料与结构的优化设计需要,建立高效准确的纤维复材细观力学仿真工具具有重要意义.本文首次提出了包含内嵌纤维的三维计算晶粒(computational grains),用于纤维增强复合材料的直接细观力学建模,基于所开发的纤维计算晶粒方法,可以直接构造含有多根随机分布纤维的代表性体积单元(RVE).此外,本文提出了一种基于缩放柱调和函数的Papkovich-Neuber解来表征纤维和基体中独立的Trefftz试函数位移场,并且开发了一种新的多场边界变分原理来计算纤维计算晶粒的刚度矩阵.数值算例表明,对于内嵌大量随机分布纤维的RVE,纤维计算晶粒不需要构造复杂的网格,即可快速计算RVE的精确应力场,并预测其有效力学性能.此外,这也是内嵌纤维的三维有限元单元的首次提出.

关键词：细观力学纤维增强复合材料纤维复合材料代表性体积单元调和函数随机分布变分原理试函数

考虑界面应力效应的交错排布纳米复合材料的等效力学性能研究

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考虑界面应力效应的交错排布纳米复合材料的等效力学性能研究