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涡旋波超表面研究现状与应用进展

科技导报 2024年第12期42卷 107-124页

作者：司黎明陈璐璐孙厚军吕昕北京理工大学集成电路与电子学院北京100081 毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学唐山研究院唐山063000

涡旋波超表面以其独特的电磁波操控能力和轨道角动量(OAM)特性,为电磁波的精准调控和应用提供了新的自由度。阐述了涡旋波的基本理论,包括其产生的原理及携带的轨道角动量的特性。介绍了涡旋波超表面的两大类型——反射型和透射型超表面... 详细信息

涡旋波超表面以其独特的电磁波操控能力和轨道角动量(OAM)特性,为电磁波的精准调控和应用提供了新的自由度。阐述了涡旋波的基本理论,包括其产生的原理及携带的轨道角动量的特性。介绍了涡旋波超表面的两大类型——反射型和透射型超表面,总结了涡旋波测量技术,为评估涡旋波超表面的性能提供了科学有效的方法。进而介绍了涡旋波超表面在提高无线通信系统的网络空间安全、数据传输容量、雷达系统的目标探测能力以及全息成像技术的成像质量等方面的应用。对涡旋波超表面的未来发展方向进行了展望,包括高阶多模式OAM波的研究、远距离传输中波束发散问题的解决、可重构涡旋波超表面的设计、OAM隐秘信号传输以及多通道复用技术的开发等,为网络空间安全的建设提供支撑,为无线通信、雷达探测以及光学成像等领域提供更加高效、灵活的技术解决方案。

关键词：涡旋波超表面轨道角动量

蠕变预加载Ti6321钛合金的动态力学性能和绝热剪切研究

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 2035-2041页

作者：向霁旸宋雨宸王琳许玲玉闫志维李严星程兴旺北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471023 北京理工大学唐山研究院河北唐山063000

蠕变加载对结构件的服役性能会产生一定的影响。本研究对等轴、双态、魏氏组织Ti6321钛合金进行蠕变预加载,对蠕变后的材料进行动态压缩试验,应变率为3000 s^(-1),研究经不同蠕变应力加载后的Ti6321钛合金动态力学行为。结果表明:蠕变... 详细信息

蠕变加载对结构件的服役性能会产生一定的影响。本研究对等轴、双态、魏氏组织Ti6321钛合金进行蠕变预加载,对蠕变后的材料进行动态压缩试验,应变率为3000 s^(-1),研究经不同蠕变应力加载后的Ti6321钛合金动态力学行为。结果表明:蠕变后钛合金的动态力学性能均表现出屈服温度下降,抗压强度上升。随蠕变应力增加,3种组织钛合金在动态压缩后的冲击吸收功增大,绝热剪切敏感性降低。未蠕变的钛合金经动态压缩后均产生相变带,等轴组织和双态组织钛合金蠕变预加载再经动态压缩后未失效,仅产生形变带,魏氏组织产生相变带导致失效。蠕变推迟了等轴组织和双态组织钛合金的绝热剪切相变的发生。

关键词： Ti6321钛合金蠕变动态压缩冲击吸收功绝热剪切

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大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 83-91页

作者：闫清东杜艺舟刘城魏巍北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250300 车辆传动重点实验室(北京理工大学) 北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12... 详细信息

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。

关键词：液力变矩器液力传动实车数据工况分析循环工况

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非均质Mn分布对淬火-配分钢微观组织和力学性能的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 69-79页

作者：张超熊志平杨德振程兴旺北京理工大学材料学院冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081 北京理工大学唐山研究院唐山063000

目前,基于非均质高温奥氏体来调控先进高强钢的组织和性能,引起研究学者的广泛关注。为进一步明晰合金元素非均质程度对组织和性能的影响,指导先进高强钢的设计,本工作采用以Mn配分的珠光体为初始组织的快速淬火-配分工艺,研究了奥氏体... 详细信息

目前,基于非均质高温奥氏体来调控先进高强钢的组织和性能,引起研究学者的广泛关注。为进一步明晰合金元素非均质程度对组织和性能的影响,指导先进高强钢的设计,本工作采用以Mn配分的珠光体为初始组织的快速淬火-配分工艺,研究了奥氏体化时间和温度对高温奥氏体中非均质Mn分布的影响规律,进一步探讨了微观组织和力学性能的演变。结果表明,高温奥氏体的Mn分布能够调控淬火过程的马氏体转变。当高温奥氏体继承了珠光体中富Mn渗碳体和贫Mn铁素体中的Mn分布时,淬火后可获得富Mn片状残余奥氏体与贫Mn马氏体板条构成的鬼珠光体组织。随奥氏体化保温时间的延长和温度的升高,高温奥氏体中Mn元素非均质程度减弱,导致鬼珠光体组织减少,块状残余奥氏体和粗大板条马氏体数量增多、且尺寸增大。随着保温时间的延长,屈服强度由于细晶强化的减弱而降低;均匀延伸率由于块状残余奥氏体的增多而升高,颈缩后的延伸率因块状残余奥氏体形成的脆性马氏体而降低。由于残余奥氏体和马氏体的含量随着奥氏体化工艺不发生改变,使得抗拉强度和断裂总延伸率也不发生变化。由此可见,通过改变奥氏体化的工艺参数,能够在保证高抗拉强度(约1700 MPa)和高断裂总延伸率(约20%)的基础上,实现对屈服强度和均匀延伸率的进一步调控。

关键词：非均质组织 Mn配分珠光体残余奥氏体高温奥氏体

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活性横向增强弹靶后横向效应实验与数值模拟

兵工学报 2024年第7期45卷 2270-2281页

作者：张甲浩郭萌萌周晟余庆波北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为揭示活性横向增强弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)的靶后横向增强机理,开展活性PELE冲击钢靶毁伤效应实验,在钢靶后设置效应铝靶,得到不同前置钢靶厚度条件下的穿孔毁伤情况。基于点火增长模型建立活性PELE冲击爆... 详细信息

为揭示活性横向增强弹(Penetrator with Enhanced Lateral Effect,PELE)的靶后横向增强机理,开展活性PELE冲击钢靶毁伤效应实验,在钢靶后设置效应铝靶,得到不同前置钢靶厚度条件下的穿孔毁伤情况。基于点火增长模型建立活性PELE冲击爆燃反应过程的两步仿真分析模型。综合实验和仿真对活性PELE在780 m/s速度条件下冲击6~20 mm厚度范围内钢靶的靶后横向增强效应进行讨论,从效应靶毁伤、芯体反应、波相互作用及壳体破片飞散4个方面进行深入分析。分析结果表明:仿真分析模型有效模拟了活性PELE冲击靶板的爆燃反应过程;靶板厚度对活性PELE在效应靶上的穿孔散布尺寸影响显著,随着靶板厚度的增加,活性PELE的靶后横向增强效应先增大后减小;活性芯体的爆燃反应释能使壳体最大径向速度提高了40%以上。

关键词：活性横向增强弹活性材料冲击爆燃点火增长

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基于BP神经网络的爆炸用激波管峰值压力预测方法

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爆炸与冲击 2024年第5期44卷 130-139页

作者：陈梓薇王仲琦曾令辉北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

针对爆炸用激波管缺乏相应的经验公式和数值模拟时效性差的问题,同时为了快速得到激波管内的峰值压力,建立预测爆炸用激波管试验段峰值压力的四层反向传播(back propagation,BP)神经网络。采用数值模拟方法计算激波管试验段峰值压力,计... 详细信息

针对爆炸用激波管缺乏相应的经验公式和数值模拟时效性差的问题,同时为了快速得到激波管内的峰值压力,建立预测爆炸用激波管试验段峰值压力的四层反向传播(back propagation,BP)神经网络。采用数值模拟方法计算激波管试验段峰值压力,计算结果与激波管爆炸试验结果进行对比,平均相对误差为2.69%。证明激波管数值模型的准确性后,将数值模拟得到的195组激波管测得的峰值压力作为输出层,激波管驱动段TNT的药量、药柱的长径比以及爆炸比例距离作为神经网络的输入层。为了加快神经网络迭代速度和提高预测精度,使用自适应矩估计(adaptive moment estimation,ADAM)算法作为神经网络误差梯度下降的优化算法。结果表明,训练好的神经网络得到的预测结果与模拟值基本吻合,预测结果与数值模拟结果的平均相对误差为3.26%。BP神经网络模型能够反映激波管爆炸的峰值压力与影响因素之间的映射关系,采用BP神经网络模型计算时比数值模拟节约了大量运算时间。

关键词： BP神经网络激波管峰值压力自适应矩估计

冲击波强间断的高分辨率低耗散的精确捕捉数值计算方法

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 870-880页

作者：宁建国苏璇许香照北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

强间断是爆炸冲击波的典型特征之一,如何高效且高分辨率地求解爆炸冲击波强间断是实现爆炸冲击问题精确数值模拟的关键.本文基于传统5阶加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式提出一种具有更高分辨率、更低耗... 详细信息

强间断是爆炸冲击波的典型特征之一,如何高效且高分辨率地求解爆炸冲击波强间断是实现爆炸冲击问题精确数值模拟的关键.本文基于传统5阶加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式提出一种具有更高分辨率、更低耗散的5阶WENO格式.通过引入一种紧凑形式的局部光滑度量对子模板的光滑度进行定量表征,并设计新的全局光滑度量以衡量整体模板的光滑度,能够充分利用各子模板的光滑信息,有效降低强间断附近的耗散.针对现有格式的权值调控系数受网格步长直接限制的缺陷,提出一种能够摆脱网格步长依赖的自适应权值调控系数,使得非线性权值能够随流场变化自动调控.此外,该权值调控系数适当地提高欠光滑模板的权重,避免在网格较粗糙的情况下将欠光滑部分误识别为强间断,从而提高格式分辨率.最后,通过精度测试与典型的具有强间断特性的数值算例表明新计算方法可明显降低强间断附近的耗散,提高传统WENO格式的分辨率,从而实现对爆炸冲击波的锐利捕捉以及冲击波碰撞后复杂流场旋涡结构的高分辨率识别,为爆炸冲击问题的数值模拟仿真和冲击波强间断面的预测提供支撑.

关键词：强间断光滑度量因子高分辨率低耗散

铝纤维增强铝/聚四氟乙烯活性材料力学性能及反应特性

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兵工学报 2024年第5期45卷 1573-1581页

作者：赵涵任会兰宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究纤维含量对铝(Al)/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)力学性能及反应特性的影响,针对模压烧结法制备的铝纤维增强型活性材料,采用材料试验机和冲击加载实验技术开展静态、动态力学响应和冲击反应研究,并结合细观结构特征... 详细信息

为研究纤维含量对铝(Al)/聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)力学性能及反应特性的影响,针对模压烧结法制备的铝纤维增强型活性材料,采用材料试验机和冲击加载实验技术开展静态、动态力学响应和冲击反应研究,并结合细观结构特征揭示纤维增强活性材料的变形失效机制。研究结果表明:Al纤维含量(质量比)为1%~4%时,随机分布的Al纤维抑制了基体内裂纹扩展,提高了Al/PTFE的静态屈服强度和动态抗压强度;Al纤维含量1%的动态力学性能最优,随着纤维含量的增加,Al纤维穿出基体的破坏是限制材料动力学性能持续增强的主要因素;在保证Al/PTFE理论释能不变的前提下,Al纤维的加入提高了Al/PTFE的冲击反应阈值,无纤维时最小反应比入射能为50.7 J/cm^(2),纤维含量增加至4%时提高到61.3 J/cm^(2),活性材料的冲击不敏感性得到提升。

关键词：铝纤维铝/聚四氟乙烯活性材料力学特性反应阈值

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金属桥箔电爆炸驱动飞片过程数值模拟研究

北京理工大学学报 2024年第4期44卷 336-347页

作者：伍俊英殷宇郑富德尚伊平姚雨乐鲁建英陈朗北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考... 详细信息

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的高温高压等离子体状态方程描述电爆炸等离子体的形成和运动行为,采用了动网格模型描述飞片的运动.将计算结果与实验结果进行对比分析,计算得到的飞片速度值与实验值的误差小于5%,表明计算模型的准确性较好.基于该计算模型,对总面积相同的双体阵列桥箔和单体桥箔电爆炸等离子体驱动飞片过程进行了数值模拟,计算结果表明,由于阵列桥箔电爆炸过程中等离子体和冲击波的叠加汇聚作用,提高了能量转化效率,使得等离子体及冲击波流场对飞片的驱动力增加,从而提高了飞片的速度.等离子体流场对飞片表面的烧蚀厚度约为0.1μm,飞片的完整性较好.

关键词：电爆炸等离子体阵列桥箔飞片数值模拟