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曲面加筋结构拓扑优化结果参数化重构方法

航空学报 2024年

作者：金栢成田阔黄蕾大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室工程力学系

曲面加筋结构拓扑优化密度场结果，存在不连续、过小结构特征等问题，难以直接应用于后续精细设计及加工制造，而基于人工经验进行的特征提取及模型重构，存在操作繁琐、重构周期长等问题。针对上述问题，提出了一种面向曲面加筋结构拓... 详细信息

曲面加筋结构拓扑优化密度场结果，存在不连续、过小结构特征等问题，难以直接应用于后续精细设计及加工制造，而基于人工经验进行的特征提取及模型重构，存在操作繁琐、重构周期长等问题。针对上述问题，提出了一种面向曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构方法。首先，针对曲面加筋拓扑优化结果，建立一种三维曲面空间与二维平面空间的映射关系，并基于正向网格映射实现曲面优化结果向平面优化结果的转换；然后，针对平面优化结果，基于图像形态学方法实现轮廓特征参数化提取，并采用样条曲线插值方式实现几何模型重构，获得平面优化结果参数化模型；最后，基于逆向映射网格映射方法，获得曲面优化结果参数化模型，实现曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构。基于所提出的方法，以承力筒、舱门及密封舱这3种典型曲面加筋结构为对象开展算例研究，并将重构结果与优化结果进行对比。结果表明，参数化重构模型的结构响应与拓扑优化结果误差在5%以内，表明提出的方法具有优异的重构精度。

关键词：曲面加筋结构网格映射图像形态学特征提取参数化重构

基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构不确定模型更新

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应用力学学报 2024年第2期41卷 443-452页

作者：张勇赵岩欧阳华江大连理工大学工程力学系大连116023 大连理工大学宁波研究院宁波315000 英国利物浦大学 L693GH利物浦

由于螺栓结构中存在复杂的微观特征,数值模型中无法避免的会引入不确定性。针对螺栓设计中参数不确定性量化问题,一种基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构随机模型更新方法被提出。首先考虑高阶剩余模态的影响,推导了适用于螺栓组... 详细信息

由于螺栓结构中存在复杂的微观特征,数值模型中无法避免的会引入不确定性。针对螺栓设计中参数不确定性量化问题,一种基于高精度模态综合法的螺栓连接组合结构随机模型更新方法被提出。首先考虑高阶剩余模态的影响,推导了适用于螺栓组合结构弹性交界面的高精度模态综合法;之后,在贝叶斯推理框架下,通过组合结构的自振频率和振型的概率分布,建立螺栓连接参数的后验概率密度函数,并借助DRAM(delayed rejection adaptive metropolis)抽样方法量化参数的不确定性。数值算例表明,针对各子结构之间自振频率差别较大的结构,与模态综合法相比,本研究方法在较少子结构模态参与的情形下,也可以保证良好的模型更新结果。

关键词：组合结构随机模型更新贝叶斯方法模态综合法

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绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

计算力学学报 2024年第1期41卷 139-144页

作者：蔡志勤曹彬彬彭海军大连理工大学工程力学系大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架... 详细信息

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架结构伸展臂,研究其作动绳上铰链串联顺序的优化和模型预测控制律的设计,这两部分内容均考虑了作动绳的单边约束和饱和约束。首先,通过ANSYS软件获取结构的模态信息;然后结合系统可控性原理和遗传算法计算出作动绳上铰链串联最优顺序;最后,在数值仿真中,通过设计的控制率对一个由四个单元组成的桁架结构伸展臂的振动控制过程进行仿真分析。结果表明,提出的作动绳串联铰链的方式能够有效抑制伸展臂的振动。

关键词：桁架结构伸展臂绳驱模型预测控制振动控制作动器位置优化

复杂多相流体的介观模拟:耗散粒子动力学方法及应用

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力学进展 2024年第1期54卷 173-201页

作者：潘定一胡国辉陈硕 PHAN-THIEN Nhan 浙江大学工程力学系流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310027 上海大学力学与工程科学学院上海市应用数学和力学研究所上海200072 同济大学航空航天与力学学院上海200092 Department of Mechanical Engineering National University of SingaporeSingapore 117575

在悬浮液、乳液和泡沫等复杂多相流体中,离散分布着大量的纳米至微米尺度的颗粒、液滴和气泡等,在流动作用下这些离散相物质呈现出复杂的个体或群体运动行为,进而显著影响这些复杂多相流体的宏观流变和流动行为.针对这类流体,开展介观... 详细信息

在悬浮液、乳液和泡沫等复杂多相流体中,离散分布着大量的纳米至微米尺度的颗粒、液滴和气泡等,在流动作用下这些离散相物质呈现出复杂的个体或群体运动行为,进而显著影响这些复杂多相流体的宏观流变和流动行为.针对这类流体,开展介观尺度数值模拟成为一种有效且相对经济的研究手段.其中,耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)方法是一种具有代表性的介观尺度数值模拟方法,由于其粒子方法的特质,DPD方法适合用于上述复杂多相流体内部结构的数值建模和数值模拟研究.本文对近年来DPD方法在颗粒悬浮液、乳液和气泡等复杂多相流体模拟方面研究进展进行了系统的介绍,深入探讨了DPD方法在复杂多相流体介观模拟方面的针对性改进以及当前存在的不足,并对DPD方法的研究和应用进行了总结和展望.

关键词：复杂多相流体耗散粒子动力学介观尺度模拟悬浮液乳液

超薄单层碳纤维增强复合材料板拉伸和压缩失效行为研究

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复合材料科学与工程 2024年

作者：刘雁鹏韩宇泽任中杰任明法大连理工大学工程力学系大连理工大学机械工程学院

碳纤维增强复合材料薄层化使其力学性能及设计空间得到了进一步的提升。为了探究超薄单层碳纤维增强复合材料的基础力学性能及失效机理，制备了单层层厚为24 μm、55 μm、75 μm和100 μm的复合材料单向板，进行了纵向拉伸、横向拉伸... 详细信息

碳纤维增强复合材料薄层化使其力学性能及设计空间得到了进一步的提升。为了探究超薄单层碳纤维增强复合材料的基础力学性能及失效机理，制备了单层层厚为24 μm、55 μm、75 μm和100 μm的复合材料单向板，进行了纵向拉伸、横向拉伸、纵向压缩和横向压缩试验，分析了单层层厚对碳纤维增强复合材料模量、强度的影响，揭示了不同单层层厚碳纤维增强复合材料单向板的失效模式及机理。结果表明：单层层厚对碳纤维增强复合材料在纵向拉伸强度、横向拉伸强度、纵向压缩模量和横向压缩模量的影响并不是单调的，恰当的单层层厚可以使复合材料发挥出最佳的力学性能。此外，单层层厚对碳纤维增强复合材料单向板的失效模式有明显的影响，主要表现在横向劈裂程度、纤维断裂程度、单向板分层程度以及裂纹萌生扩展模式。

关键词：超薄单层碳纤维增强复合材料单层层厚单向板失效行为力学性能

基于知识图谱和GPT模型的可靠性代码自动生成方法

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计算力学学报 2024年第2期41卷 217-225页

作者：向历霓李刚李海江大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 卡迪夫大学工程学院卡迪夫CF243AA

工程结构服役中广泛使用可靠性分析进行结构安全评估,但可靠性分析方法种类多、分析程序代码自动化程度低且复用难,需要研究可靠性代码自动生成方法。生成式预训练转换器GPT(Generative Pre-trained Transformer)模型已经在大量替代编... 详细信息

工程结构服役中广泛使用可靠性分析进行结构安全评估,但可靠性分析方法种类多、分析程序代码自动化程度低且复用难,需要研究可靠性代码自动生成方法。生成式预训练转换器GPT(Generative Pre-trained Transformer)模型已经在大量替代编程手工作业,进行代码自动生成。但是,其在工程领域中的应用受限于可学习数据量小和问题匹配度不高。本文提出了一种结合多种类可靠性知识图谱、基于GPT的代码自动完成模型进行Matlab可靠性代码预测的方法,使用精心设计的源代码预处理降噪策略,以及知识图谱传播模拟密集型任务解释意图;采用条件代码生成训练,有效提升了小数据样本量的学习性能,实现高准确率、问题匹配的可靠性代码自动生成。最后通过三个可靠性知识图谱案例验证了所提方法的有效性。

关键词：知识图谱结构可靠性 GPT Transformer 代码生成

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爆轰管内氢氧爆炸过程与碳-铁纳米材料生长研究

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爆炸与冲击 2024年

作者：赵铁军刘翼吴永翔闫鸿浩吴林松大连理工大学工程力学系河南大学土木建筑学院长江大学城市建筑学院

为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程，采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比（2:1，3:1，4:1）对爆轰参数（爆速、爆温、爆压）峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明：爆轰管内氢氧爆炸包... 详细信息

为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程，采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比（2:1，3:1，4:1）对爆轰参数（爆速、爆温、爆压）峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明：爆轰管内氢氧爆炸包括爆炸/轰波的传播与燃烧波的衰减两个过程，且氢氧摩尔比对爆速、爆温、爆压的峰值时程曲线影响十分显著。随着氢氧摩尔比的提高，爆炸/轰波的爆速、爆温、爆压及其衰减速率均呈减小趋势。氢氧摩尔比通过影响爆炸/轰波的传播与衰减而作用于碳-铁纳米材料形貌的生长。零氧平衡时，样品为碳包铁纳米颗粒，随着氢氧摩尔比的提高，样品中碳纳米管的数量逐渐增多。调整氢氧摩尔比可实现对爆炸/轰波传播与衰减过程的控制，达到气相爆轰控制性制备特定形貌的碳-铁纳米材料目的。

关键词：爆轰合成氢氧摩尔比数值模拟生长机理碳-铁纳米材料

碳纤维复合材料蜂窝结构制备及轴向压溃力学行为研究

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复合材料科学与工程 2024年

作者：朱宏伟刘轲赵昌方清华大学航天航空学院工程力学系北京特种机械研究所

碳纤维增强复合材料具有优异的力学性能，尤其是缓冲吸能特性。复合材料的结构类型对力学性能的影响很大，合理的结构形状能更好地发挥复合材料的吸能和比吸能潜力。蜜蜂的六角柱蜂巢结构历经自然选择，具有良好的承载稳定性。通过组装... 详细信息

碳纤维增强复合材料具有优异的力学性能，尤其是缓冲吸能特性。复合材料的结构类型对力学性能的影响很大，合理的结构形状能更好地发挥复合材料的吸能和比吸能潜力。蜜蜂的六角柱蜂巢结构历经自然选择，具有良好的承载稳定性。通过组装和粘接单板制备了周期性正六角柱体蜂窝结构，其单板结构采用T700预浸料经组合模具热压成型获得。通过万能电子材料试验机开展了单板结构的准静态冲击实验，分析了渐进失效和分层破坏机理。为更好地模拟复合材料蜂窝结构的冲击失效行为，基于连续介质损伤力学提出了一种同时考虑复合材料层内和层间的破坏机制，并开发了有限元增量本构模型对单板结构进行仿真，其仿真结果与实验数据吻合较好，验证了有限元方法的可行性。在此基础上，对蜂窝结构进行了仿真模拟，讨论了蜂窝结构的冲击响应，分析了冲击载荷下的失效模式及吸能效果。本文的研究结果证明了蜂窝结构的稳定性和吸能特性，可为复合材料缓冲吸能结构的设计和应用提供参考。

关键词：复合材料蜂窝结构破坏机制渐进失效缓冲吸能

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智柔超材料及其力学性能的研究进展

固体力学学报 2024年第2期45卷 145-169页

作者：杨庆生粘向川张婧唐爱杰金山陶然北京工业大学工程力学系北京100124 北京理工大学先进结构技术研究院北京100084

力学超材料(或超结构)因其独特的微观结构设计而展现超常的物理和力学特性.将力学超材料设计思想与智能柔性(简称智柔)材料相结合,可以制备出具有自感知和自驱动功能的智柔力学超材料(简称智柔超材料).本文对近年来智柔超材料的研究现... 详细信息

力学超材料(或超结构)因其独特的微观结构设计而展现超常的物理和力学特性.将力学超材料设计思想与智能柔性(简称智柔)材料相结合,可以制备出具有自感知和自驱动功能的智柔力学超材料(简称智柔超材料).本文对近年来智柔超材料的研究现状和进展进行了评述,分析了此类材料的基本设计思想、变形机理及力学特性,重点关注了基于形状记忆聚合物和水凝胶智柔超材料的设计原理和性能分析方法;阐释了先进制造技术为智柔超材料发展带来的机遇,并讨论了此类材料在设计和开发方面面临的关键问题以及未来发展趋势.

关键词：智柔超材料力学性能形状记忆聚合物水凝胶负泊松比负膨胀多稳态