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考虑应变率效应的玄武岩纤维复合材料低速冲击性能分析

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考虑应变率效应的玄武岩纤维复合材料低速冲击性能分析

作者：黄显晴吉林大学

学位级别：硕士

玄武岩纤维增强复合材料是一种很有前途的新型复合材料,具有高强度、高模量、断裂韧性高、耐腐蚀性和阻燃性等特点,在航空航天和汽车应用中具有很大的潜力。编织纤维结构可以改善纤维复合材料层间和层内强度,提高纤维复合材料的抗分层... 详细信息

玄武岩纤维增强复合材料是一种很有前途的新型复合材料,具有高强度、高模量、断裂韧性高、耐腐蚀性和阻燃性等特点,在航空航天和汽车应用中具有很大的潜力。编织纤维结构可以改善纤维复合材料层间和层内强度,提高纤维复合材料的抗分层能力。纤维复合材料在受到动态载荷时,会存在明显的应变率效应。由于复合材料之间性能存在差异,因此其对应变率敏感程度也各不相同。针对复合材料的低速冲击仿真,使用的参数大多是材料的准静态性能参数,没有考虑应变率效应对复合材料性能的影响,使仿真结果不准确,因此建立考虑应变率效应的本构模型,对提高低速冲击仿真结果的准确性十分重要。为了研究应变率效应对玄武岩纤维复合材料低速冲击性能的影响,制备玄武岩纤维增强复合材料层合板样件,进行准静态和动态拉伸及剪切试验,获得材料基本力学性能参数。分析应变率效应对玄武岩纤维复合材料低速冲击性能的影响。建立应变率相关的三维渐进损伤本构模型,分析了考虑应变率与不考虑应变率情况下,冲击能量、层合板厚度以及铺层角度对低速冲击性能的影响。为进一步分析低速冲击时层合板拉伸及压缩损伤演化过程,建立细观尺度下的单胞模型,进行考虑应变率效应的拉伸及压缩仿真,并分析其损伤演化过程。具体研究内容和研究成果如下:(1)制备玄武岩纤维复合材料样件,并进行准静态拉伸及剪切试验、动态拉伸及剪切试验和低速冲击试验,获得该材料在不同应变率下的性能参数和低速冲击载荷—时间曲线。当应变率从0.0003s增加到200s时,玄武岩纤维复合材料的拉伸强度从305MPa增加到563MPa,剪切强度从58MPa增加到140MPa,证明玄武岩纤维复合材料对应变率敏感,同时获得不同方向上的应变率修正系数,用于后续的仿真研究。(2)建立应变率相关宏观本构模型。考虑面内剪切失效和层间失效,建立改进的三维Hashin失效准则,该失效准则包含经向和纬向的纤维拉伸及纤维压缩失效、面内剪切失效和分层失效;采用基于断裂韧性的线性刚度退化方案,并通过应变率修正系数实现模量和强度的更新。将上述应变率相关本构模型编写成VUMAT子程序并嵌入Abaqus中进行调试。(3)考虑应变率效应的层合板低速冲击性能分析。建立考虑应变率效应的低速冲击仿真模型,与试验结果对比发现,应变率相关本构模型能够大大提高仿真的精度,验证了应变率相关的本构模型的有效性。对不同条件下的低速冲击进行仿真,分析应变率效应对玄武岩纤维复合材料低速冲击性能的影响。研究发现,随着冲击能量和层合板厚度增大,玄武岩纤维复合材料的应变率敏感性升高;随着纤维铺层角度减小,玄武岩纤维复合材料低速冲击的应变率敏感性降低。层合板的冲击损伤主要为冲击面的纤维压缩损伤,背面的纤维拉伸损伤,分层损伤主要分布于层合板的内部。面内剪切损伤会随主应力方向的变化呈±45°分布,且会随着纤维铺层角度的变化而变化。(4)考虑应变率效应的细观损伤分析。建立细观尺度的单胞模型,对单胞模型进行不同应变率下的拉伸及压缩仿真分析。通过仿真结果与试验结果对比验证了考虑应变率效应的单胞模型的有效性和准确性。在此基础上,分析了动态拉伸及压缩载荷下单胞的损伤情况。在动态拉伸载荷下,经纱和纬纱交织的位置会出现应力集中现象,导致此处基体开裂失效严重,且纤维束也在交织处发生拉伸断裂。在动态压缩载荷下,基体的压缩失效严重,但纤维束的损伤并不明显。

关键词：平纹编织玄武岩纤维应变率效应低速冲击细观损伤

基于耐撞性的碳纤维/聚丙烯泡沫夹芯板结构优化研究

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汽车工程 2020年第6期42卷 840-846页

作者：崔岸徐晓倩孙文龙杨伟丽黄显晴刘天赐吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025

针对汽车轻量化和耐撞性要求,制备了一种碳纤维/聚丙烯泡沫夹芯板复合结构,结合试验与仿真分析,研究该夹芯板的相关力学性能;对上下面板厚度、夹芯泡沫厚度和密度进行多目标优化,获得泡沫厚度和密度的最优方案;将该结构应用于某汽车顶盖... 详细信息

针对汽车轻量化和耐撞性要求,制备了一种碳纤维/聚丙烯泡沫夹芯板复合结构,结合试验与仿真分析,研究该夹芯板的相关力学性能;对上下面板厚度、夹芯泡沫厚度和密度进行多目标优化,获得泡沫厚度和密度的最优方案;将该结构应用于某汽车顶盖,对夹芯泡沫的分布进行变密度拓扑优化,在保证吸能特性的前提下减轻质量;对该车顶部进行压溃仿真的结果表明,优化后夹芯板汽车顶盖的结构刚度和吸能性能明显提高,且质量大幅减轻,满足了汽车耐撞性和轻量化要求。

关键词：碳纤维/聚丙烯泡沫夹芯板多目标优化拓扑优化耐撞性轻量化

玄武岩纤维/铝合金层合板低速冲击性能及应用研究

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汽车工程 2020年第5期42卷 694-699,708页

作者：崔岸杨伟丽程普金伟光徐晓倩刘天赐黄显晴吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025 吉林通鑫玄武岩科技股份有限公司通化134000

制备一种玄武岩纤维/铝合金层合板复合结构,通过试验和仿真,探讨该复合结构的拉伸、压缩、剪切、弯曲和抗冲击特性。采用连续壳单元模拟纤维层,建立低速冲击仿真模型,从能量吸收、接触力和层合板损伤程度3个方面,研究铺层结构和冲击载... 详细信息

制备一种玄武岩纤维/铝合金层合板复合结构,通过试验和仿真,探讨该复合结构的拉伸、压缩、剪切、弯曲和抗冲击特性。采用连续壳单元模拟纤维层,建立低速冲击仿真模型,从能量吸收、接触力和层合板损伤程度3个方面,研究铺层结构和冲击载荷角度对纤维金属层合板抗冲击性能的影响。最后,将纤维金属层合板应用于发动机罩外板,进行发动机罩静态刚度和行人头部碰撞仿真分析。结果表明,与原发动机罩相比,纤维金属层合板发动机罩的弯曲刚度和扭转刚度均有不同程度提高,行人头部保护性能得到改善。

关键词：玄武岩纤维纤维金属层合板低速冲击性能发动机罩行人头部碰撞仿真

毛泽东对中国现代文明的探索与贡献——以“第二个结合”为视角

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湘潭大学学报（哲学社会科学版） 2024年第1期48卷 1-9页

作者：黄显中唐韵湘潭大学毛泽东思想研究中心湖南湘潭411105

现代文明是近代以来中华民族的不懈追求。在探索中国现代文明过程中,毛泽东坚持马克思主义同中国传统文化相结合,以时代领航把准中国在时代精神中的现代化方向和方位,开觉中国现代文明理想;以思想解放把住革命主体性力量充分发挥的基点... 详细信息

现代文明是近代以来中华民族的不懈追求。在探索中国现代文明过程中,毛泽东坚持马克思主义同中国传统文化相结合,以时代领航把准中国在时代精神中的现代化方向和方位,开觉中国现代文明理想;以思想解放把住革命主体性力量充分发挥的基点和基地,开源中国现代文明力量;以历史主动把稳中国社会发展最大可能性的步骤和步伐,开辟中国现代文明道路;以实践探索把正全面建设社会主义现代化国家的理念和理路,开建中国现代文明形态。新征程以中国式现代化建设中华民族现代文明,要从“第二个结合”深层次汲取毛泽东思想智慧,以高质量发展推进毛泽东探索中国现代文明的未竟事业。

关键词：毛泽东中国现代文明 “第二个结合” 贡献

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基于非机动单站的目标运动状态无偏估计

光学精密工程 2024年第7期32卷 1034-1044页

作者：林建军王骧予涵班晓军黄显林哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150000 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了解决远距离场景下基于非机动单站的目标跟踪问题,提出了一种基于三维到达角信息且具有渐进无偏特性的目标跟踪算法。以相对运动模型为研究对象,在速率先验已知的条件下,建立基于非机动单站的运动模型与观测模型,并对系统可观测性进... 详细信息

为了解决远距离场景下基于非机动单站的目标跟踪问题,提出了一种基于三维到达角信息且具有渐进无偏特性的目标跟踪算法。以相对运动模型为研究对象,在速率先验已知的条件下,建立基于非机动单站的运动模型与观测模型,并对系统可观测性进行了分析。为了解决伪线性最小二乘算法的有偏性问题,提出了一种具有渐进无偏性能的约束总体最小二乘法,并证明了该方法的无偏性。仿真结果表明,在百公里级别的三维到达角跟踪中,角测量标准差分别为0.1°,0.2°,0.3°时,约束总体最小二乘法50~100 s内的时均相对距离误差能达到6%,12%,21%,时均绝对位置误差达到9,19,35 km;而初始距离为70,140,280 km时50~100 s内的时均相对距离误差能达到1%,6%,30%,时均绝对位置误差为0.7,9,30 km,100 s时的相对距离误差均能降到10%以内,精度提升效果最明显,且算法运行速度与伪线性最小二乘法在同一个量级。约束总体最小二乘法收敛速度快、定位精度高,且具有较快的运行效率,受测角误差与初始距离的影响较小,能够为远距离场景下的非机动单站三维到达角目标跟踪提供有效方法。

关键词：目标跟踪三维到达角伪线性渐进无偏估计

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毛泽东探索中国式现代化的文明境域

湖南科技大学学报（社会科学版） 2024年第3期27卷 18-25页

作者：黄显中袁红娟湘潭大学毛泽东思想研究中心湖南湘潭411105

毛泽东是中国式现代化的开创者和奠基人,他在确立社会主义文明理想的基础上探索中国式现代化,又通过探索中国式现代化奋力实现社会主义文明理想,使中国式现代化自始便进入社会主义文明的高地。在探索的过程中,毛泽东塑造现代化、现代性... 详细信息

毛泽东是中国式现代化的开创者和奠基人,他在确立社会主义文明理想的基础上探索中国式现代化,又通过探索中国式现代化奋力实现社会主义文明理想,使中国式现代化自始便进入社会主义文明的高地。在探索的过程中,毛泽东塑造现代化、现代性、现代人一体的社会主义文明形态,使中国式现代化从政治、经济、文化“三位一体”深入到社会主义文明建设的腹地,又创造性以马克思主义中国化筑牢社会主义文明根基,使中国式现代化从样态、实践和秩序层面探寻到社会主义文明要地。新征程上,必须从文明论视域深层次汲取毛泽东探索中国式现代化的实践智慧,从而以中国式现代化全面推进强国建设和民族复兴伟业。

关键词：毛泽东中国式现代化社会主义文明文明境域

基于客观权重赋权-优劣解距离法的水光互补能源基地补偿效益分摊

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电网技术 2024年第5期48卷 2003-2011,I0058页

作者：袁文楠黄显峰鲜于虎成李大成李旭河海大学水利水电学院江苏省南京市210098 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司贵州省贵阳市550081 华能澜沧江水电股份有限公司云南省昆明市650214

针对水光互补系统各电站补偿关系复杂且补偿效益分摊难以量化的问题,提出一种适用于量化水光互补系统效益补偿关系的求解方法,通过对梯级优化调度及水光互补优化调度后发电量的对比,得出水光互补动态过程指标和静态特性指标,建立水光互... 详细信息

针对水光互补系统各电站补偿关系复杂且补偿效益分摊难以量化的问题,提出一种适用于量化水光互补系统效益补偿关系的求解方法,通过对梯级优化调度及水光互补优化调度后发电量的对比,得出水光互补动态过程指标和静态特性指标,建立水光互补补偿效益分摊模型,并采用改进的客观权重赋权-优劣解距离法(criteria importance through intercriteria correlation-technique for order preference by similarity to an ideal solution,CRITIC-TOPSIS)求解补偿效益分摊比例,明晰各电站之间的损益关系。以澜沧江上游西藏段水光互补清洁能源基地为例进行求解,结果表明该方法考虑梯级水电站与光伏电站间的利益关系,同时兼顾梯级水电站内部的效益得失,分摊结果公平合理,可以平衡各主体之间的利害关系,有利于调动施益主体参与互补运行的积极性,实现清洁能源基地整体效益最大化。

关键词：水光互补系统补偿效益分摊指标优化调度分摊比例

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悬吊式重力卸荷系统的主动式缓冲控制

光学精密工程 2024年第3期32卷 381-391页

作者：晏慧星卢鸿谦尹航黄显林陈泰年哈尔滨工业大学控制理论与制导研究中心黑龙江哈尔滨150001

针对索驱悬吊式重力卸荷系统被动缓冲器带来的欠驱动问题,提出了基于气动人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscle,PAM)主动式缓冲器控制方法。首先,分析用于地面微/低重力模拟的悬吊式重力卸荷系统,为了克服PAM高度非线性特性,提出基于... 详细信息

针对索驱悬吊式重力卸荷系统被动缓冲器带来的欠驱动问题,提出了基于气动人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscle,PAM)主动式缓冲器控制方法。首先,分析用于地面微/低重力模拟的悬吊式重力卸荷系统,为了克服PAM高度非线性特性,提出基于块结构的非线性神经网络建模方法,其次分析吊索与航天器相互作用过程中挠性引起的力扰动,最后采用非线性模型预测跟踪控制。相比传统PID控制方法,该方法具有参数调节简单,实时跟随性能好,以及对卸荷系统目标惯性参数的摄动具有控制性能不变性等优势。实验结果表明,设置不同扰动情况跟随力误差都能保证在3%以内,实验证明了基于PAM主动缓冲器的可行性,所提出的控制方法能够在挠性不确定性的情况下实现力跟随控制。

关键词：悬吊式重力卸荷系统气动人工肌肉主动缓冲器非线性模型预测跟踪控制

基于改进NSGA-Ⅱ算法的梯级水库多目标优化调度

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水利水电科技进展 2024年第4期44卷 51-58页

作者：黄显峰王宁刘志佳方国华钱骏河海大学水利水电学院江苏南京210098 华电福新能源股份有限公司池潭水力发电厂福建三明353000

针对在时间步长较小、计算时段数目较多时,传统智能优化算法在求解梯级水库联合优化调度问题上效率低甚至无可行解的问题,提出了一种改进NSGA-Ⅱ算法。该算法基于NSGA-Ⅱ算法框架,引入参考目标值、潜力目标值、偏移度以及变异引导算子... 详细信息

针对在时间步长较小、计算时段数目较多时,传统智能优化算法在求解梯级水库联合优化调度问题上效率低甚至无可行解的问题,提出了一种改进NSGA-Ⅱ算法。该算法基于NSGA-Ⅱ算法框架,引入参考目标值、潜力目标值、偏移度以及变异引导算子来优化种群进化过程,强化迭代中的种群质量,使获得的解集更加接近真实的Pareto前沿。福建省金溪流域梯级水库多目标优化调度实例验证结果表明,改进NSGA-Ⅱ算法相对其他算法运算效率更高,优化结果更好,具有较好的实用性。

关键词：梯级水库优化调度多目标优化改进NSGA-Ⅱ算法

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