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用振动红外热像法检测层合结构脱层的初步研究

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用振动红外热像法检测层合结构脱层的初步研究

作者：许卫锴武汉理工大学

学位级别：硕士

本文在结合国外大量试验的基础上，详细地讨论了利用振动红外热像方法对层合梁(板)脱层进行无损检测的可行性及基本原理，并对其特点进行了初步的研究。脱层是层合材料最常见的破坏形式之一。由于脱层的存在，必然对层合材料的受力性... 详细信息

本文在结合国外大量试验的基础上，详细地讨论了利用振动红外热像方法对层合梁(板)脱层进行无损检测的可行性及基本原理，并对其特点进行了初步的研究。脱层是层合材料最常见的破坏形式之一。由于脱层的存在，必然对层合材料的受力性能和动力特性产生一定的影响。因此，研究脱层对层合材料构件固有频率的影响，将对构件的无损检测提供必要的依据。本文首先详细分析了层合梁的脱层现象对其振动频率的影响，通过对脱层梁进行分区处理，得到了脱层梁自振频率变化的规律。计算与分析结果表明，脱层使得层合梁的固有频率降低，且对低阶的频率影响较大;短脱层对梁的固有频率并没有明显的影响。这些结果对于发展以振动红外热像方法为基础的无损检测技术具有一定的参考意义。本文所研究的振动红外热像法是上世纪八十年代以来出现的一种无损检测方法，与其它传统的检测方法(如超声波法、射线照相法、声发射法等)相比，具有快速、安全、无损和可对整体结构进行全场检测的优点。其原理是具有脱层的层合材料构件(梁或板)包含脱层区域及未脱层区域，脱层区域分为上下两部分，若对层合材料构件施加小振幅、高频率的振动激励，当激励频率恰好接近其中一部分的固有频率时，该部分就会产生共振响应，部分机械能将转化为热能，使脱层区域的温度远高于未脱层区域，借助红外热像仪即可显示出脱层的位置。本文在前人研究的基础上，对此方法进行了进一步的探讨，主要做了以下的工作： (1)选取合理的、能够准确反映由共振而产生热量的行为的局部响应模型，以及合理的振动热模式，推导了一维层合梁小脱层区域的振动响应及梁的温度分布，并编制程序计算了该层合梁在激励一段时间后的温度分布趋势，分析了激励频率对温度梯度形成的影响，得到了一些有意义的结论;(2)对于二维层合板，由于解析解的形式异常复杂，本文采用有限元计算软件对其温度分布进行了分析，也得到了较为满意的结果。

关键词：振动红外热像法无损检测层合梁(板) 脱层

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超材料在隐身领域的研究及应用进展

功能材料 2014年第4期45卷 17-22,26页

作者：许卫锴卢少微马克明熊需海沈阳航空航天大学航空航天工程学院沈阳110136

鉴于超材料所表现出的自然界中不存在的新颖特性,其在航空航天隐身领域的重要作用已经得到了体现。介绍了基于超材料的隐身新理念,并对超材料在隐身领域中的应用进行了概述。最后,展望了新型超材料在隐身领域的应用前景。

关键词：超材料隐身坐标变换隐身斗篷

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声学超表面研究及应用进展

功能材料 2017年第11期48卷 11054-11059页

作者：许卫锴张蒙王伟沈阳航空航天大学航空航天工程学部沈阳110136 沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168

声学超表面是基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位从而进行声波调控的新型人工结构,是声学超材料的重要分支,其新颖的调控机制和灵活的结构设计已经展现出广阔的应用前景。阐述了声学超表面的设计原理与相关研究进展,并对声学超表面有... 详细信息

声学超表面是基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位从而进行声波调控的新型人工结构,是声学超材料的重要分支,其新颖的调控机制和灵活的结构设计已经展现出广阔的应用前景。阐述了声学超表面的设计原理与相关研究进展,并对声学超表面有待解决的问题和发展趋势进行了探讨,对于波控结构的设计与制备实现具有指导意义。

关键词：声学超表面声波调控广义斯涅尔定律人工微结构超材料

考虑热膨胀与带隙的点阵超材料多目标优化设计

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固体火箭技术 2023年第3期46卷 359-365页

作者：王伟吕树辰许卫锴李洁宿迁学院产业技术研究院宿迁223800 沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室沈阳110136

采用有限元方法研究了一种三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料的带隙特性,利用非支配排序遗传算法针对该材料进行了带隙和热膨胀性能的多目标优化设计,并考虑了热膨胀系数和最大相对带隙两个优化目标。结果表明,无论是特定的正、负... 详细信息

采用有限元方法研究了一种三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料的带隙特性,利用非支配排序遗传算法针对该材料进行了带隙和热膨胀性能的多目标优化设计,并考虑了热膨胀系数和最大相对带隙两个优化目标。结果表明,无论是特定的正、负以及零热膨胀结构,都具有较好的带隙特性;所有算例都给出了帕累托最优解集,可以平衡不同的竞争目标。这为实现超材料的多功能设计提供了理论依据,特别是在航空航天领域中存在的温差和振动等严苛条件下对材料特定膨胀性质和带隙特性需求的双目标共赢提供了可能。

关键词：点阵超材料声子晶体热膨胀优化设计带隙特性

基于进化算法的一维多相声子晶体拓扑优化设计

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人工晶体学报 2020年第6期49卷 1083-1087页

作者：郭凯红赵铮许卫锴海装装备审价中心北京100071 南京理工大学能源与动力工程学院南京210094 沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室沈阳110136

带隙特性是声子晶体材料和结构的一个重要特征,在材料的隔振、隔声和滤波等领域具有潜在的应用价值。控制和调整周期性微结构内的材料布局及属性,可以设计出所需特殊带隙要求的声子晶体。本文通过遗传算法和拓扑优化技术研究了一维三相... 详细信息

带隙特性是声子晶体材料和结构的一个重要特征,在材料的隔振、隔声和滤波等领域具有潜在的应用价值。控制和调整周期性微结构内的材料布局及属性,可以设计出所需特殊带隙要求的声子晶体。本文通过遗传算法和拓扑优化技术研究了一维三相声子晶体的优化设计,并给出了两个算例研究。结果表明,三相材料能够得到更好的隔振效果,对比两相材料,三相声子晶体能够大幅降低禁带频率,并得到高达99.21%的禁带。可见,利用进化算法进行多相声子晶体的拓扑优化设计是可行的。

关键词：声子晶体拓扑优化带隙进化算法多相微结构

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外挂物对大展弦比直机翼颤振特性的影响

计算力学学报 2022年第5期39卷 598-607页

作者：祁武超张贺铭田素梅许卫锴沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室沈阳110136

为提高带外挂物大展弦比直机翼的颤振速度,基于假设模态法提出一种带集中质量弯扭组合梁模态分析手段,结合片条理论考察外挂物不同质量及布置形式对机翼颤振特性的影响。首先,基于弯扭组合梁建立带外挂物大展弦比直机翼的结构动力学模型... 详细信息

为提高带外挂物大展弦比直机翼的颤振速度,基于假设模态法提出一种带集中质量弯扭组合梁模态分析手段,结合片条理论考察外挂物不同质量及布置形式对机翼颤振特性的影响。首先,基于弯扭组合梁建立带外挂物大展弦比直机翼的结构动力学模型,并利用假设模态法得到其弯曲和扭转模态。其次,引入片条理论近似计算有限翼展升力面的气动力,调整外挂物的质量、数目及其在机翼展向和弦向的相对位置,得到外挂物对机翼颤振特性的影响规律。最后,利用在机翼前缘附近悬吊小质量外挂物可提高机翼颤振速度的优势,探究颤振速度恢复方法并提出颤振速度恢复的优化问题,使得携带外挂物的机翼与不携带外挂物的机翼颤振速度基本相同。研究结果表明,外挂物的不同悬挂方式可引起机翼颤振模态的跳转,在以俯仰为颤振主模态的机翼上可调整外挂物位置以恢复原机翼的颤振速度。

关键词：颤振外挂物大展弦比直机翼

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声学超表面的研究与应用进展

科学技术与工程 2021年第3期21卷 845-851页

作者：郭晨冰赵铮许卫锴中国船舶重工集团公司第七一三研究所郑州450015 南京理工大学能源与动力工程学院南京210094 沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室沈阳110136

声学超表面是通过合理的设计规则以获得控制声波传播的新型人工结构,为声波的调控和处理提供了新的途径。阐述了声学超表面的相位调制机理,重点论述了包括空间卷绕型、Helmholtz谐振型、薄膜结构型以及其他类型超表面的不同概念和设计原... 详细信息

声学超表面是通过合理的设计规则以获得控制声波传播的新型人工结构,为声波的调控和处理提供了新的途径。阐述了声学超表面的相位调制机理,重点论述了包括空间卷绕型、Helmholtz谐振型、薄膜结构型以及其他类型超表面的不同概念和设计原理,并讨论了它们在异常反射/折射、聚焦、自弯曲等方面的相关研究及应用进展。最后,分别从超表面的可调谐性、可设计性和水下调控等方面讨论了声学超表面的发展方向和应用前景。

关键词：声学超表面人工微结构声波控制相位调制声学超材料

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全方位家居安全管理系统设计

计算机应用 2018年第S2期38卷 321-326+330页

作者：赵志杰许卫锴于磊沈阳航空航天大学航空航天工程学院

为了克服传统智能家居系统安全性能低、控制方式落后、人性化程度低等缺点,设计了全方位家居安全管理系统。系统采用多种环境传感器全方位监测家庭的各项环境信息,利用GPS/BDS双模定位模块进行空间与时间上的准确定位和时间同步,并通过... 详细信息

为了克服传统智能家居系统安全性能低、控制方式落后、人性化程度低等缺点,设计了全方位家居安全管理系统。系统采用多种环境传感器全方位监测家庭的各项环境信息,利用GPS/BDS双模定位模块进行空间与时间上的准确定位和时间同步,并通过可切换的WIFI/GPRS/GSM无线通信网络将获取的信息发送至社区PC监测平台以及用户的App。此外,模拟化家居设备可以利用App或者矩阵键盘通过可切换的WIFI/GPRS/GSM/2. 4G无线网络控制,使整个装置构成了一个完美的闭环系统。研究了系统的软硬件设计,并给出了测试结果,结果表明,该系统可以对家庭环境进行实时监测,并实现了对家居设备的稳定控制。

关键词：环境信息监测北斗定位授时通信网络切换社区PC监测平台手机App

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多相材料声子晶体微结构的拓扑优化设计

科学技术与工程 2020年第33期20卷 13547-13551页

作者：吴明晨赵铮许卫锴中国船舶重工集团公司第七一三研究所郑州450015 南京理工大学能源与动力工程学院南京210094 沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室沈阳110136

声子晶体的带隙特性可以通过调整其周期性的微结构来控制,具有很强的可设计性,因此在材料的隔振、隔声和滤波等领域具有潜在的应用价值。合理的控制材料的布局和比例,有望得到具有特殊带隙性质的复合材料。通过遗传算法和拓扑优化技术... 详细信息

声子晶体的带隙特性可以通过调整其周期性的微结构来控制,具有很强的可设计性,因此在材料的隔振、隔声和滤波等领域具有潜在的应用价值。合理的控制材料的布局和比例,有望得到具有特殊带隙性质的复合材料。通过遗传算法和拓扑优化技术研究了二维三相声子晶体的优化设计,并给出了三个算例研究。结果表明:三相材料能够得到更好的隔振效果;对比两相材料,三相声子晶体能够进一步降低禁带频率,并得到更大的相对带宽。可见,利用进化算法进行多相声子晶体的拓扑优化设计是可行的。

关键词：声子晶体拓扑优化带隙性质遗传算法多相微结构