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多工艺参数对预浸料摩擦系数的影响及机器学习预示方法

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复合材料学报 2024年

作者：宋锋张佳晨吕柄熠王时玉校金友文立华侯晓西北工业大学航天学院中国航天科技集团有限公司

在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精... 详细信息

在复合材料成型过程中，预浸料/预浸料和预浸料/模具之间的摩擦滑移行为会导致褶皱、孔隙等缺陷，严重影响构件力学性能。然而复杂构件成型过程中预浸料层间摩擦行为影响因素众多，现有理论模型涵盖的工艺参数有限，导致成型工艺仿真精度低，无法满足高质量成型要求。本文设计了面向多工艺参数的碳纤维预浸料摩擦试验方法，研究了速率、法向力、粘度、表面粗糙度、接触材料、纤维方向等工艺参数对摩擦系数的影响规律，以典型纤维方向[0°/45°/90°]为例，揭示了不同纤维方向的界面摩擦机理。为实现多工艺参数下摩擦系数的快速、准确预示，建立了基于支持向量回归(SVR)的预浸料摩擦系数预示模型。开展相对纤维方向为[30°/0°]和[60°/0°]的预浸料/预浸料界面摩擦系数的试验和预测，两者偏差小于7%。

关键词：碳纤维预浸料多工艺参数摩擦机器学习

一种厚度无关的复合材料I型分层扩展桥接律构建方法

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复合材料学报 2024年

作者：高佳乐荣俊杰席近远校金友文立华侯晓中国航天科技集团有限公司西北工业大学航天学院

大范围纤维桥接是复合材料分层扩展中的一种重要的增韧机制，通常用R曲线和桥接牵引-分离定律表征。然而R曲线和桥接牵引-分离定律都与结构厚度有关，需用不同厚度试件分别进行实验测量。近期的研究指出：桥接现象的厚度相关性实质上是... 详细信息

大范围纤维桥接是复合材料分层扩展中的一种重要的增韧机制，通常用R曲线和桥接牵引-分离定律表征。然而R曲线和桥接牵引-分离定律都与结构厚度有关，需用不同厚度试件分别进行实验测量。近期的研究指出：桥接现象的厚度相关性实质上是由于不同厚度结构弯曲刚度不同所造成的；将裂纹张开的转角引入，构建的桥接牵引-分离转角关系与厚度无关。但是，现有的构造方法需要试件预埋光纤测量应变，试验过程复杂。本文通过弹性约束梁模型解析推导双悬臂梁预制裂纹尖端张开位移和转角，并结合J-积分法构建桥接牵引-分离转角关系，通过实验验证该关系是厚度无关的。进一步基于这种厚度无关的桥接律，提出了一种根据单一厚度试验数据逆推其他任意厚度R曲线与桥接牵引-分离定律的方法。通过不同厚度的碳纤维/环氧树脂、芳纶纤维/环氧树脂复合材料层合板双悬臂梁试验，证明逆推出来的R曲线和桥接牵引-分离关系曲线与用试验直接测量的曲线吻合很好。本文方法基于解析模型，仅需测量载荷-位移曲线即可，避免了裂纹长度的测量以及不同厚度的多次试验，简化了试验流程，为复合材料结构性能表征提供了有力工具。

关键词：复合材料结构I型分层 DCB试验纤维桥接 R曲线

基于人工神经网络的固体推进剂细观损伤与宏观刚度映射关系

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复合材料学报 2024年

作者：张滔韬杨玉新张二晗校金友吕海宝文立华雷鸣侯晓西北工业大学航天学院西安航天动力技术研究所哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所中国航天科技集团公司

作为一种高夹杂比颗粒增强聚合物基复合材料，固体推进剂的宏观力学性能主要由其细观结构决定。外加载荷下，初始缺陷或细观颗粒团聚均可诱发局部应力集中，导致颗粒-基体细观界面脱粘，材料宏观力学性能劣化。如何构建细观损伤与宏观... 详细信息

作为一种高夹杂比颗粒增强聚合物基复合材料，固体推进剂的宏观力学性能主要由其细观结构决定。外加载荷下，初始缺陷或细观颗粒团聚均可诱发局部应力集中，导致颗粒-基体细观界面脱粘，材料宏观力学性能劣化。如何构建细观损伤与宏观性能间的映射关系，已成为推进剂细观实验结果合理运用、固体火箭发动机结构灾变准确预报的关键。为此，本文发展了基于连续介质力学框架的人工神经网络，以变形梯度的不变量为输入、自由能为输出，遴选现有自由能函数和损伤增长函数形式为神经网络设计激活函数，使神经网络先验地满足变形连续性、坐标不变性、热力学一致性等要求。基于上述物理相容性，神经网络能在稀疏训练数据条件下快速收敛，还能够自下而上地实现损伤状态的遗传映射。最后，采用有限元分析获取的数据集，验证了该网络模型对不同预损伤下的推进剂在单轴拉伸、等双轴拉伸、纯剪切三种加载条件下的宏观刚度预报能力。

关键词：固体推进剂力学本构关系人工神经网络细观损伤细-宏观映射

禽源大肠杆菌荧光定量PCR方法的构建及应用

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湖南畜牧兽医 2024年第1期 31-35页

作者：高艺玮田堯孙少迪牛灵玥文立华杨俊王红兵王慧杜丽飞刘俊琦周望平湖南省畜牧兽医研究所湖南长沙410131 湖南农业大学动物医学院湖南长沙410128

为建立一种灵敏、准确且快速检测禽源大肠杆菌的方法,根据禽源大肠杆菌uidA基因的一节特异性保守序列设计引物,建立用于禽源大肠杆菌的荧光定量PCR(qPCR)检验方法,并对其各方面进行评价。试验数据表明所建立的qPCR方法的Ct值与标准品在4... 详细信息

为建立一种灵敏、准确且快速检测禽源大肠杆菌的方法,根据禽源大肠杆菌uidA基因的一节特异性保守序列设计引物,建立用于禽源大肠杆菌的荧光定量PCR(qPCR)检验方法,并对其各方面进行评价。试验数据表明所建立的qPCR方法的Ct值与标准品在4.69×10^(2)~4.69×10^(9 )copies/μL范围内存在优良的线性关系,线性相关系数为R2=0.993;该方法标准曲线方程为y=-3.2786x+39.032,熔解曲线表现为单峰,不存在非特异性扩增。对重组质粒标准品的最低检测浓度为4.69×10^(2) copies/μL,是普通PCR方法的1000倍。该方法检测临床样本阳性率为68.3%(41/60),普通PCR阳性检出率为23.3%(14/60),阳性检出率高出45%。此次研究建立的检测禽源大肠杆菌的荧光定量PCR检测方法可用于禽源大肠杆菌的快速诊断,对于禽大肠杆菌病的监测具有重要意义。

关键词：禽源大肠杆菌 uidA基因实时荧光定量PCR

PBO纤维增强环氧树脂复合材料层间Ⅰ型断裂韧性的DIC技术测量

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复合材料学报 2023年第1期40卷 72-82页

作者：杨露校金友文立华张承双侯晓西北工业大学航天学院西安710072 西安航天复合材料研究所西安710025 中国航天科技集团有限公司北京100048

Ⅰ型双悬臂梁(DCB)试验通常用于单向复合材料的层间抗拉性能研究,目标是测量Ⅰ型层间断裂韧性,其可作为复合材料分层扩展及失效机制研究的重要输入参数。在DCB试验中必须经常暂停试验以实现多次测量裂纹长度,这不仅会对裂纹传播产生潜... 详细信息

Ⅰ型双悬臂梁(DCB)试验通常用于单向复合材料的层间抗拉性能研究,目标是测量Ⅰ型层间断裂韧性,其可作为复合材料分层扩展及失效机制研究的重要输入参数。在DCB试验中必须经常暂停试验以实现多次测量裂纹长度,这不仅会对裂纹传播产生潜在影响,造成测量误差且多次反复试验的时效性较差。数字图像相关(DIC)测试技术应用于裂纹扩展长度测量具有实时跟踪、精确定位的优点,可有效提高Ⅰ型断裂韧性试验的测量效率,但应用于非连续变形行为仍存在局限性,且易受到图像噪声的干扰,产生测量误差。本文发展了一种基于DIC测试技术的实时获取裂纹长度的检测方法,通过图像匹配算法获取试件的非连续变形位移场,并提出一种根据全局横向位移离散程度的辨别方法,实现了裂纹尖端的实时捕捉。再通过DCB试验,与传统测量方式对比,裂纹长度的测量误差平均不超过2.76%,验证了该方法的准确性和高效性,同时也克服了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)/环氧树脂复合材料侧表面毛糙、散斑质量较差及纤维桥接对测量结果的干扰,最终获取了有效的Ⅰ型层间断裂韧性初始值及稳态扩展值。

关键词： DIC PBO/环氧树脂复合材料裂纹长度 DCB试验纤维桥接断裂韧性

连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料泛温度域本构模型

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复合材料学报 2022年第7期39卷 3581-3589页

作者：李泽超雷鸣校金友文立华侯晓西北工业大学航天学院西安710072 中国航天科技集团有限公司北京100048

连续碳纤维增强热塑性聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)具有抗冲击、易修复、耐高温等优异特性,是新一代航空航天热端结构的优选材料。PEEK基体的结晶特性使其在高于玻璃化转变温度(143℃左右)时仍具有较强承载能力,因此,CF/PEEK复合材料能够... 详细信息

连续碳纤维增强热塑性聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)具有抗冲击、易修复、耐高温等优异特性,是新一代航空航天热端结构的优选材料。PEEK基体的结晶特性使其在高于玻璃化转变温度(143℃左右)时仍具有较强承载能力,因此,CF/PEEK复合材料能够在200℃条件下长期服役。然而,CF/PEEK复合材料的成型温度域宽、服役温度范围广,高温条件下PEEK树脂会逐渐松弛,导致CF/PEEK复合材料呈现出与时间、温度、加载历史相关的各向异性黏弹性,对复合材料结构成型过程与服役历史的精细化设计带来了挑战。现有复合材料高温预测模型主要基于弹塑性本构的刚度折减方法,未充分考虑材料的各向异性松弛行为。发展了一种描述CF/PEEK复合材料力学性能随时间、温度演化的各向异性黏弹本构模型。通过表征热塑性PEEK树脂的松弛模量主曲线,基于广义Maxwell黏弹模型,获取泛温度域(25~200℃)热塑性PEEK的黏弹性本构参数,结合复合材料等效力学性能的半经验解法,给出了三维复合材料各向异性黏弹本构模型。通过与CF/PEEK复合材料的横向高温松弛实验和代表性体积单元(RVE)仿真模拟结果比较,证明了该模型的有效性。这一本构模型可用于CF/PEEK复合材料结构的成型过程仿真和高温力学性能设计。

关键词：热塑性复合材料高温松弛黏弹性细观均匀化代表性体积单元

末端防御领域防空导弹发展现状及弹族架构方案分析

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现代防御技术 2022年

作者：刘朝琪文立华西北工业大学航天学院

针对体系化防空作战对末端防御领域防空导弹弹族化发展需求，对国外末端防御领域防空导弹的发展现状及特点进行了总结分析，并对末端防御防空导弹需求进行了研究。根据末端防御领域防空导弹发展特点和需求，对新型末端防御领域防空导弹... 详细信息

针对体系化防空作战对末端防御领域防空导弹弹族化发展需求，对国外末端防御领域防空导弹的发展现状及特点进行了总结分析，并对末端防御防空导弹需求进行了研究。根据末端防御领域防空导弹发展特点和需求，对新型末端防御领域防空导弹弹族主要总体技术特征进行了分析，提出了弹族架构可行方案及设计方法，对末端防空导弹基本型、整体式近程防空导弹、助推式近程防空导弹等方案总体参数设计分析，助推式弹族架构总体参数较优。

关键词：末端防御防空导弹弹族架构方案末端防空近程防空

基于非正交本构模型的热塑性机织物预浸料宽温域赋形褶皱缺陷仿真方法

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复合材料学报 2023年第4期40卷 2355-2364页

作者：吕柄熠王时玉校金友文立华侯晓西北工业大学航天学院西安710072 中国航天科技集团有限公司北京100048

热塑性复合材料预制体的赋形质量直接影响结构件的制造质量。由于热塑性基体具有较高的熔融温度和黏度,赋形工艺温度设计不合理会导致褶皱等赋形缺陷,给热塑性复合材料结构高质量成型带来了挑战。现有的热塑性预浸料热成型研究主要基于... 详细信息

热塑性复合材料预制体的赋形质量直接影响结构件的制造质量。由于热塑性基体具有较高的熔融温度和黏度,赋形工艺温度设计不合理会导致褶皱等赋形缺陷,给热塑性复合材料结构高质量成型带来了挑战。现有的热塑性预浸料热成型研究主要基于连续介质力学、离散元、半离散元法,通过建立多机制耦合的本构模型分析热塑性预浸料的各向异性大变形行为,未充分考虑工艺调控对赋形宏观变形过程中褶皱缺陷的影响。发展了一种热塑性预浸料宽温域赋形褶皱缺陷仿真方法。通过表征热塑性机织物预浸料在不同温度、载荷下的力学性能,获取宽温域热塑性预浸料本构参数,基于非正交本构模型,提出了温度对热塑性预浸料赋形褶皱缺陷的作用规律,揭示了赋形过程中宽温域褶皱缺陷的变形机制,获得了赋形温度优化调控方案。研究结果表明:褶皱缺陷的萌生和演化过程由不同温度下的面内剪切和压缩变形行为共同影响,预浸料的褶皱缺陷变形程度随温度的增加而减弱,非正交本构模型的模拟结果与实验结果基本一致。

关键词：热塑性预浸料赋形工艺设计非正交本构模型各向异性温度褶皱缺陷

PBO纤维增强环氧树脂复合材料层间I型断裂韧性的DIC技术测量

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复合材料学报 2022年

作者：杨露校金友文立华张承双侯晓西北工业大学航天学院西安航天复合材料研究所中国航天科技集团有限公司

I型双悬臂梁（DCB）试验通常用于单向复合材料的层间抗拉性能研究，目标是测量I型层间断裂韧性，其可作为复合材料分层扩展及失效机制研究的重要输入参数。在DCB试验中必须经常暂停试验以实现多次测量裂纹长度，这不仅会对裂纹传播产生...

I型双悬臂梁（DCB）试验通常用于单向复合材料的层间抗拉性能研究，目标是测量I型层间断裂韧性，其可作为复合材料分层扩展及失效机制研究的重要输入参数。在DCB试验中必须经常暂停试验以实现多次测量裂纹长度，这不仅会对裂纹传播产生潜在影响，造成测量误差且多次反复试验的时效性较差。DIC应用于裂纹扩展长度测量具有实时跟踪、精确定位的优点，可有效提高I型断裂韧性试验的测量效率，但应用于非连续变形行为仍存在局限性，且易受到图像噪声的干扰，产生测量误差。本文发展了一种基于DIC测试技术的实时获取裂纹长度的检测方法，通过图像匹配算法获取试件的非连续变形位移场，并提出一种根据全局横向位移离散程度的辨别方法，实现了裂纹尖端的实时捕捉。再通过DCB试验，与传统测量方式对比，裂纹长度的测量误差平均不超过2.76%，验证了该方法的准确性和高效性，同时也克服了PBO/环氧树脂复合材料侧表面毛糙，散斑质量较差以及纤维桥接对测量结果的干扰，最终获取了有效的I型层间断裂韧性初始值及稳态扩展值。

关键词：