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空间站高温材料科学实验系统热控设计及验证

北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 814-820页

作者：孙晋川康昌玺谢永齐马动涛李生华崔晓杰兰州空间技术物理研究所兰州730000 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

中国空间站高温材料科学实验系统(HTMSES)是中国新一代的可长期在轨运行的综合型多功能空间材料实验装置,其组成复杂、布局紧凑、实验温度高、部组件散热困难,使热控设计难度较大。基于液冷主动控温、辐射间接控温、结构热控一体化协同... 详细信息

中国空间站高温材料科学实验系统(HTMSES)是中国新一代的可长期在轨运行的综合型多功能空间材料实验装置,其组成复杂、布局紧凑、实验温度高、部组件散热困难,使热控设计难度较大。基于液冷主动控温、辐射间接控温、结构热控一体化协同优化设计等多种思路对热控组件进行设计,有效解决热控难题。利用有限元分析软件计算科学实验系统热设计的温度结果;然后开展加热实验对热设计方案进行验证。数据显示HTMSES在提供材料制备所需要的最严苛实验工况(1200℃)情况下,各关键部件处于友好的温度范围内,其中电机最高温度为42.2℃,编码器最高温度为40.6℃,丝杠最高温度为62.4℃,滑块最高温度为59.6℃,导轨最高温度为57.3℃,科学实验系统皮肤可触及部位最高温度为31.6℃,各温度结果均满足热控指标要求,表明设计方案合理可行,为同类型设备热设计提供了一种设计思路和参考依据。

关键词：高温材料科学实验系统热控设计液冷主动控温辐射间接控温热实验

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热载荷环境下金属-陶瓷功能梯度板的屈曲特性研究

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：李畅万志强王晓喆杨超黎珂宇北京航空航天大学无人系统研究院北京航空航天大学航空科学与工程学院

功能梯度材料是一种新型材料，由两种及以上的材料组分连续变化混合而成，由于其优秀的力学性能，被广泛应用于航空航天、生物医学、汽车等领域。但是，热载荷环境对功能梯度材料影响的解析理论研究还很少。本文针对功能梯度材料薄板的... 详细信息

功能梯度材料是一种新型材料，由两种及以上的材料组分连续变化混合而成，由于其优秀的力学性能，被广泛应用于航空航天、生物医学、汽车等领域。但是，热载荷环境对功能梯度材料影响的解析理论研究还很少。本文针对功能梯度材料薄板的力学特性，提出了一种基于里兹法和经典板理论的解析方法。重点分析了热载荷环境的影响，主要研究了热应力引起的刚度降低，以及材料属性随温度变化对功能梯度材料的影响。通过能量法表示应变能、热应变能，利用哈密顿原理建立运动微分方程，分析了功能梯度材料板在均匀温度场、线性温度场和非线性温度场下的热屈曲特性。此外，还分析了梯度指数、温度场和宽高比、宽长比等几何参数对功能梯度材料板力学特性的影响。

关键词：功能梯度材料里兹法经典板理论热屈曲热载荷

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扩散光学成像方法及应用(特邀)

激光与光电子学进展 2024年第8期61卷 1-26页

作者：宋博文赵雁雨北京航空航天大学医学科学与工程学院北京100191

扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像(MRI)、计算机X射线断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)和超声成像等成像方式,扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像,可无创、无标记、宽场、定量测... 详细信息

扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像(MRI)、计算机X射线断层扫描(CT)、正电子发射断层扫描(PET)和超声成像等成像方式,扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像,可无创、无标记、宽场、定量测量氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、血氧、水分、脂质、黑色素等成分浓度和组织功能信息,在安全性、特异性和系统成本等方面有明显优势。本文介绍了扩散光学成像的基本原理,包括光与组织的相互作用和光传播模型,并总结扩散光学成像的相关方法和应用,包括脉搏血氧术、漫射光谱、扩散光学层析成像、荧光分子层析成像和空间频域成像,并对它们的未来发展进行了展望。

关键词：扩散光学成像组织光学功能信息生物医学光学

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基于液晶偏振光栅的长波红外偏振成像研究

航空学报 2024年

作者：钟子迪郭琦涂智军赵慧洁王森博北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京控制工程研究所空间光电测量与感知实验室北京航空航天大学空天光学-微波一体化精准智能感知工业和信息化部重点实验室北京航空航天大学人工智能研究院北京航空航天大学北航青岛研究院

采用新型偏振分光元件——液晶偏振光栅，设计了长波红外偏振成像方案，实现了长波红外液晶偏振光栅的制备，并对该方案进行了实验验证。分析了基于液晶偏振光栅的偏振成像光路中有效成像视场角与所用光栅周期的关系，计算得出在实验光... 详细信息

采用新型偏振分光元件——液晶偏振光栅，设计了长波红外偏振成像方案，实现了长波红外液晶偏振光栅的制备，并对该方案进行了实验验证。分析了基于液晶偏振光栅的偏振成像光路中有效成像视场角与所用光栅周期的关系，计算得出在实验光路参数下最大视场角对应的最佳光栅周期；使用Mueller矩阵推导了光路中偏振态的转化，根据偏振态转换矩阵设计了分时偏振成像方案，并针对误差传递控制对成像方案参数进行优化。基于液晶光控取向技术制备液晶波片，使用所制备波片测量了液晶在8.6-12μm波段的双折射率和7.5-12μm波段的透过率；基于测得的液晶材料特性和计算所得最佳光栅周期，选取光栅参数并制备液晶偏振光栅，测量了所制备长波红外液晶偏振光栅在8.6-12μm波段的衍射效率，在10μm附近达到90%以上的衍射效率；使用制备的长波液晶偏振光栅搭建偏振成像光路，按设计方案进行分时偏振成像，对所得图像进行预处理，解算偏振信息并与预设数值比较，实现了小于1°的偏振角测量误差。

关键词：液晶偏振光栅偏振分光偏振成像长波红外成像红外偏振成像

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扩散光学成像方法及应用（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第8期 11-36页

作者：宋博文赵雁雨北京航空航天大学医学科学与工程学院

扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像（MRI）、计算机X射线断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）和超声成像等成像方式，扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像，可无创、无标记、宽场... 详细信息

扩散光学成像技术在生物医学领域有着广泛的应用。相较于磁共振成像（MRI）、计算机X射线断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）和超声成像等成像方式，扩散光学成像利用经组织吸收和散射的扩散光进行成像，可无创、无标记、宽场、定量测量氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、血氧、水分、脂质、黑色素等成分浓度和组织功能信息，在安全性、特异性和系统成本等方面有明显优势。本文介绍了扩散光学成像的基本原理，包括光与组织的相互作用和光传播模型，并总结扩散光学成像的相关方法和应用，包括脉搏血氧术、漫射光谱、扩散光学层析成像、荧光分子层析成像和空间频域成像，并对它们的未来发展进行了展望。

关键词：扩散光学成像组织光学功能信息生物医学光学

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碳泡沫复合材料夹层结构准静态横压性能

材料导报 2024年第16期38卷 81-89页

作者：罗智涛庄淇凯李小琪李凯程小全北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 军事科学院防化研究院化学防护研究所北京100191 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京航空航天大学宁波创新研究院浙江宁波315800

碳泡沫是一种比强度高、导热导电率可控的新型功能结构材料,在复合材料成型模具制造等领域具有广阔的应用前景。本工作通过试验研究碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压状态下的损伤过程,提出适用于横观各向同性碳泡沫的失效判据,分别... 详细信息

碳泡沫是一种比强度高、导热导电率可控的新型功能结构材料,在复合材料成型模具制造等领域具有广阔的应用前景。本工作通过试验研究碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压状态下的损伤过程,提出适用于横观各向同性碳泡沫的失效判据,分别建立不考虑胶黏剂渗入区域和考虑渗入区域的夹层结构有限元模型,利用试验结果对模型的有效性进行验证,并进一步讨论相关参数的影响。结果表明,碳泡沫复合材料夹层结构在准静态横压后主要发生芯材的压缩破坏和剪切破坏,以及上面板的基体开裂和分层破坏。损伤过程为芯材塌陷、芯材45°或竖直开裂、芯材与面板分离,同时伴随上面板基体开裂和分层。与PMI泡沫和铝泡沫的损伤形貌相比,碳泡沫内部存在少量随机分布的裂纹。有限元模型满足分析精度要求,可以很好地模拟出夹层结构的准静态横压损伤过程。准静态横压能量和极限载荷随面板厚度和芯材厚度的增大而增大,与胶层厚度和压头直径没有明显的相关性;面板使用±45°铺层可有效提高夹层结构的准静态横压能量。

关键词：碳泡沫失效判据复合材料夹层结构准静态横压

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高电阻率NdFeB永磁材料的研究进展与展望

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中国稀土学报 2024年第5期 826-841页

作者：黄光伟陆通王亚娜郑立允张海天朱明刚李卫河北工程大学材料科学与工程学院河北省稀土永磁材料与应用工程研究中心钢铁研究总院功能材料研究所北京航空航天大学材料科学与工程学院

NdFeB稀土永磁材料具有优异的磁性能，长期被广泛应用于新能源、信息、轨道交通、以及航空航天等领域。传统NdFeB永磁材料的电阻率较低，在永磁电机服役过程中易受到交变磁场的作用，使磁体内部产生涡流，引起较高温升，导致磁体热退磁... 详细信息

NdFeB稀土永磁材料具有优异的磁性能，长期被广泛应用于新能源、信息、轨道交通、以及航空航天等领域。传统NdFeB永磁材料的电阻率较低，在永磁电机服役过程中易受到交变磁场的作用，使磁体内部产生涡流，引起较高温升，导致磁体热退磁，从而降低电机能效甚至带来重大安全隐患。提高NdFeB永磁体的电阻率，能够降低磁体的涡流损耗及磁体温升，是解决磁体热退磁问题的可靠途径。因此，研究和开发高电阻率NdFeB永磁材料具有重要的社会经济价值和科学意义。本文对高电阻率NdFeB永磁材料的研究现状进行归纳总结，并对高电阻率NdFeB永磁材料的研发进行讨论与展望。

关键词：稀土永磁材料电阻率磁性能微结构永磁电机

基于多种微结构的机翼结构/材料气动弹性优化

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：黎珂宇杨超王晓喆万志强李畅北京航空航天大学航空科学与工程学院北京航空航天大学无人系统研究院中国民航管理干部学院民航通用航空运行重点实验室

微结构材料具有质量轻、功能多的特点，在航空航天领域具有广阔的应用前景。然而，单种微结构材料的刚度特性并无法适应飞机进一步的减重要求。针对大展弦比机翼的宏/微结构构型，提出了一种基于多种微结构构型的机翼结构和材料的多尺... 详细信息

微结构材料具有质量轻、功能多的特点，在航空航天领域具有广阔的应用前景。然而，单种微结构材料的刚度特性并无法适应飞机进一步的减重要求。针对大展弦比机翼的宏/微结构构型，提出了一种基于多种微结构构型的机翼结构和材料的多尺度气动弹性优化方法。由均匀化方法等效微结构材料的力学特性，结合宏观结构单元密度计算出整体刚度，通过求解气动弹性平衡方程获得弹性气动力及位移，基于敏度信息实现了机翼结构和材料的协同设计。优化结果表明，在相同载荷下，基于多种微结构材料的整体结构柔顺度较单种微结构材料减小了18.6%。与刚性气动力下的优化结果相比，机翼弹性效应对微结构拓扑构型影响较小，而宏观结构的外段被加强。此外，所提方法可以有效地优化复杂边界条件下的机翼结构，实现机翼内合理的刚度分布。

关键词：微结构材料大展弦比机翼多种微结构构型多尺度气动弹性优化弹性效应

激光增材制造金属功能材料及其原位同步辐射研究(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 70-90页

作者：李冠奇张东升郑嘉兴吕超刘伟赵新青张兵兵侯慧龙北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置北京100049 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095 天目山实验室(航空浙江省实验室) 浙江杭州311115

近年来,基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展,并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展。作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性,这些特性与... 详细信息

近年来,基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展,并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展。作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性,这些特性与合金的微观组织、微结构演化高度相关,但难以通过传统制备和表征手段实现精细化调控和实时相变测量,因而通过激光增材制造技术调控微结构并进行原位同步辐射观测成为形状记忆合金性能提升的重要手段。本文综述了基于激光增材制造的形状记忆合金设计、微结构调控、工艺-结构-性能关系以及国内外研究现状,并从技术原理、材料特性、工艺优化、结构调控和原位表征等方面对形状记忆合金激光增材制造研究进展进行了介绍,归纳整理了现阶段激光增材制造形状记忆合金的主要性能。另外,本文介绍了激光增材制造过程的原位X射线衍射表征方法以及该表征方法的典型应用,对增材制造过程中合金的相变动力学测量及单晶原位表征方法进行了梳理,并对该技术的未来发展趋势进行了展望。

关键词：激光增材制造金属功能材料形状记忆合金同步辐射原位X射线衍射