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2195-T8铝锂合金疲劳多裂纹融合试验与仿真研究

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北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 350-358页

作者：庞闯刘德俊田干郭伟刘德博火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 北京航天试验技术研究所北京100048 北京宇航系统工程研究所北京100076

铝锂合金作为航空航天广泛应用的合金材料,其疲劳断裂行为的研究对结构安全性评价具有重要意义。以第三代铝锂合金2195-T8为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和有限元方法对2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与仿真研究。基于断... 详细信息

铝锂合金作为航空航天广泛应用的合金材料,其疲劳断裂行为的研究对结构安全性评价具有重要意义。以第三代铝锂合金2195-T8为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和有限元方法对2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与仿真研究。基于断面显微测量与观察,在仿真模型中引入多个初始裂纹,模拟多裂纹的融合扩展过程,获得多裂纹独自扩展、交融时扩展和融合后扩展的规律。结果表明:裂纹融合前,在疲劳循环载荷作用下,裂纹尖端应力强度因子总体上不断增大,塑性区域体积增加区域平缓;当裂纹相互融合时,裂纹面处应力强度因子瞬时增大,远高于其余裂尖数值大小;随着裂纹进一步融合,尖端应力强度因子数值趋于平稳;裂纹完全融合后,到达裂纹快速扩展阶段,塑性区域体积与扩展步数呈正比增加,扩展速率呈现先快后慢的规律,裂纹面交汇融合成新的椭圆形状裂纹面。

关键词：疲劳断裂铝锂合金裂纹融合有限元应力强度因子

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基于混合运动模型的相对状态估计

控制理论与应用 2024年第7期41卷 1207-1215页

作者：夏睿灿裴海龙华南理工大学自动化科学与工程学院自主系统与网络控制教育部重点实验室广东省无人机系统工程技术研究中心广东广州510640

相对状态的精确估计通常依赖参考平台准确的角加速度,在航天场景由外力矩计算,而在日常环境中由于未知阻力普遍存在,准确的外力矩难以获取,角加速度一般由角速度差分近似,导致相对状态估计精度下降.对此,本文构建一种仅依赖惯性测量的... 详细信息

相对状态的精确估计通常依赖参考平台准确的角加速度,在航天场景由外力矩计算,而在日常环境中由于未知阻力普遍存在,准确的外力矩难以获取,角加速度一般由角速度差分近似,导致相对状态估计精度下降.对此,本文构建一种仅依赖惯性测量的相对运动模型,称为混合运动模型,其将恒定加速度模型与向量运动学结合,在独立于力矩和惯性状态的情况下,精确预测相对状态.此外,本文设计扩展卡尔曼滤波器(EKF),将该运动模型与视觉相对观测结合,实现高精度相对状态估计,并以仿真和实际数据评估其性能.仿真实验从轨迹动态特性和相对观测丢失的角度对比该EKF和目前先进的方法,结果证明本文提出的方案具有较高的精度和稳定性.实际实验利用本方法实现虚拟现实应用中的六自由度手柄视觉跟踪,验证其具备先进的毫米级定位精度,演示链接见https://*** ***/video/BV1mv4y1d7iD/.

关键词：相对状态估计多机器人协同虚拟现实扩展卡尔曼滤波器传感器融合

一种6-DOF小行星着陆轨迹序列凸优化方法

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宇航学报 2024年第3期45卷 341-351页

作者：初彦峰穆荣军梁浩崔乃刚哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 北京宇航系统工程研究所北京100076

针对6自由度的小行星动力着陆多约束轨迹优化问题,提出了一种基于序列凸优化的小行星着陆轨迹优化算法。首先采用多面体引力场模型计算小行星的引力场,其可用于描述任意形状的小行星引力场,且比质点群法和球谐函数展开法等方法计算精度... 详细信息

针对6自由度的小行星动力着陆多约束轨迹优化问题,提出了一种基于序列凸优化的小行星着陆轨迹优化算法。首先采用多面体引力场模型计算小行星的引力场,其可用于描述任意形状的小行星引力场,且比质点群法和球谐函数展开法等方法计算精度更高。为了在凸约束下解决小行星着陆过程燃料消耗最优问题,通过对探测器动力学模型及其约束进行线性化和离散化,将原来的非凸连续时间优化问题转化为凸化的子问题,即二阶锥规划问题(SOCP);然后引入了虚拟控制项和信赖域,以增强算法的鲁棒性。通过在形状不规则小行星上的着陆模拟,验证了所提出算法的有效性,仿真结果满足各项约束条件,可实现高精度着陆和燃料消耗最优的目标。

关键词：小行星着陆多面体引力场模型 6自由度序列凸优化

分布式光纤传感器应变读数异常的自适应后处理算法

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光学学报 2024年第1期44卷 343-354页

作者：梁智洪邓凯文马云龙王明华刘德博吴会强王奕首厦门大学航空航天学院福建厦门361005 北京宇航系统工程研究所北京100076

针对分布式光纤传感器在航空航天领域应用中存在的应变读数异常现象,提出一种可检测和快速清除分布式光纤传感器应变读数异常的自适应后处理算法,以提高传感器监测精度与数据可靠性。该算法采用K均值聚类方法进行自适应定义阈值,以区分... 详细信息

针对分布式光纤传感器在航空航天领域应用中存在的应变读数异常现象,提出一种可检测和快速清除分布式光纤传感器应变读数异常的自适应后处理算法,以提高传感器监测精度与数据可靠性。该算法采用K均值聚类方法进行自适应定义阈值,以区分不同结构特征及不同服役环境导致的数据分布与噪声响应的差异性。在此基础上,对扭曲的应变曲线实行连续的几何偏置来消除应变读数异常。最后以航天燃料贮箱压力循环实验中采集的分布式光纤传感数据处理为例验证所提方法的有效性,使用Pearson相关系数来表征后处理曲线与无异常曲线的相关性,并与其他后处理算法进行对比。结果表明,针对2种主要类型、8种典型案例的应变异常现象,所提方法均能获得最佳的后处理结果,与无异常曲线的相关性系数不低于0.917。

关键词：光纤光学瑞利散射分布式光纤传感 K均值聚类自适应阈值复合材料贮箱

基于CDM理论与SVM模型的2014-T6铝合金疲劳寿命预测

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航空学报 2024年第7期45卷 154-170页

作者：高同州贺小帆王晓雷李紫光朱振涛詹志新北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京宇航系统工程研究所北京100076

基于连续损伤力学(CDM)理论与支持向量机(SVM)模型,建立了一种疲劳寿命预测的新方法,旨在提高2014-T6铝合金材料疲劳寿命预测的准确性。首先,通过采用连续损伤力学模型及基于ABAQUS的UMAT子程序的二次开发,建立了一种用于预测2014-T6铝... 详细信息

基于连续损伤力学(CDM)理论与支持向量机(SVM)模型,建立了一种疲劳寿命预测的新方法,旨在提高2014-T6铝合金材料疲劳寿命预测的准确性。首先,通过采用连续损伤力学模型及基于ABAQUS的UMAT子程序的二次开发,建立了一种用于预测2014-T6铝合金疲劳寿命的损伤力学有限元数值实现方法,并提出了基于粒子群算法的材料参数的标定方法。然后,为了进一步优化预测结果,利用支持向量机模型对基于损伤力学的疲劳寿命预测结果的误差进行训练,从而修正数值预测结果。通过将损伤力学有限元的预测结果、支持向量机模型修正后的预测结果与实验结果进行对比,发现采用支持向量机模型修正后的预测结果的精度较高,验证了所提方法的适用性,为2014-T6铝合金疲劳寿命预测提供了一个有效的解决方案,有望在实际工程应用中发挥重要作用。

关键词：损伤力学支持向量机铝合金疲劳寿命预测

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基于模型的可靠性、安全性分析方法

科技导报 2024年第8期42卷 101-110页

作者：张金辉赵滟毛寅轩卢志昂杨卓鹏张龙喜中国航天系统科学与工程研究院系统工程研究所北京100037

随着系统日趋复杂,呈现出功能高度复杂、故障动态重构、各领域耦合关联等特点,传统可靠性、安全性分析方法的局限愈加明显。依托于基于模型的系统工程(MBSE)方法的迅速发展,可靠性、安全性工程师提出了基于模型的安全性分析方法(MBSA)... 详细信息

随着系统日趋复杂,呈现出功能高度复杂、故障动态重构、各领域耦合关联等特点,传统可靠性、安全性分析方法的局限愈加明显。依托于基于模型的系统工程(MBSE)方法的迅速发展,可靠性、安全性工程师提出了基于模型的安全性分析方法(MBSA)和基于模型的可靠性分析方法(MBRA)。从故障模型与系统模型如何进行集成、如何提高安全性分析结果可读性、如何设计恰当的安全性分析流程等3方面综述了MBSA研究进展;从如何提高分析工具的自动化程度及适用范围、加强建模语言对可靠性分析的适配能力、构建不同模型间的映射转换规则等3方面综述了MBRA研究进展。从如何设计一套针对安全性、可靠性分析的集成分析流程和如何解决可靠性模型、安全性模型和系统模型之间的接口问题等2方面介绍了基于模型的可靠性、安全性集成分析方法,阐述目前该领域所存在的问题和未来的发展方向。

关键词：基于模型的安全性分析方法基于模型的可靠性分析方法基于模型的可靠性、安全性集成分析方法协同设计基于模型的系统工程

可重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术

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宇航材料工艺 2024年第2期54卷 11-17页

作者：邓云飞顾春辉尹进程锋李丹圆赵锐霞孙宏杰北京宇航系统工程研究所北京100076 航天材料及工艺研究所北京100076

针对未来可重复使用航天器需求,本文首先简要分析了国外典型重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术应用进展与特点,包括美国X系列、追梦者飞行器。然后从结构选材、设计和分析等方面,论述了可重复使用航天器大量应用先进耐高温树脂... 详细信息

针对未来可重复使用航天器需求,本文首先简要分析了国外典型重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术应用进展与特点,包括美国X系列、追梦者飞行器。然后从结构选材、设计和分析等方面,论述了可重复使用航天器大量应用先进耐高温树脂基复合材料整体结构相关的主要工程技术现状和发展方向,从工程应用角度为未来可重复使用航天器结构研制提供理论分析。最后介绍了未来需开展的可重复使用航天器耐高温复合材料结构设计技术重点研究内容。

关键词：航天器复合材料结构设计耐高温

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液体运载火箭贮箱箱底厚度设计准则及轻量化

哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：周宁吴瀚枭杨海鹏关威北京宇航系统工程研究所哈尔滨工业大学航天学院

为进一步实现液体运载火箭贮箱箱底结构轻量化，在实际工况的约束下，综合现役箱底的载荷特点（贮箱箱底厚度参数和火箭运行内压值的理论关系），对贮箱箱底的结构进行参数化。提出剩余强度系数作为贮箱箱底的设计载荷指标，结合工况建... 详细信息

为进一步实现液体运载火箭贮箱箱底结构轻量化，在实际工况的约束下，综合现役箱底的载荷特点（贮箱箱底厚度参数和火箭运行内压值的理论关系），对贮箱箱底的结构进行参数化。提出剩余强度系数作为贮箱箱底的设计载荷指标，结合工况建立了箱底厚度设计准则，剩余强度系数不小于1时满足工程需要，并以此对箱底厚度进行优化。根据设计准则可以建立开口与箱底厚度的关系，更精确的给定设计箱底临界厚度值。建立的箱底厚度设计准则可以对已设计完成的贮箱箱底进行内压承载能力进行验算。运用实际工况数据验证了设计准则的可用性，并提出了旋压型箱底的厚度分区轻量化方法。此外，根据贮箱箱底管路接口、传感器接口各方面输入输出的交互影响，建立了贮箱箱底开口多约束评估模型。通过参数化平台实现方法的具体实用性及自动化建模。结果表明，旋压型箱底的厚度分区轻量化方法可以实现箱底平均减重约30%。参数化平台和自动化建模为提高贮箱箱底设计效率提供了一种新的方法。

关键词：液体火箭贮箱箱底厚度设计准则箱底轻量化参数化平台自动化建模

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星罩组合体水平运输辅助支撑机构设计方案

航天器环境工程 2024年第3期41卷 342-348页

作者：冷月张俊秀李操姜人伟秦旭东北京宇航系统工程研究所北京100076 北京航天计量测试技术研究所北京100076

针对星罩组合体水平运输条件下星箭分离装置的疲劳破坏问题,提出增加卫星辅助支撑机构的设计方案。建立辅助支撑机构力学模型,利用解析法计算得到辅助支撑机构设计的重要输入指标;并通过有限元仿真验证辅助支撑机构的性能是否满足使用... 详细信息

针对星罩组合体水平运输条件下星箭分离装置的疲劳破坏问题,提出增加卫星辅助支撑机构的设计方案。建立辅助支撑机构力学模型,利用解析法计算得到辅助支撑机构设计的重要输入指标;并通过有限元仿真验证辅助支撑机构的性能是否满足使用要求。该辅助支撑机构的设计贯彻了从设计输入、建模、计算到验证的全流程研究方法,可为后续星罩组合体水平运输提供参考。

关键词：星罩组合体水平运输辅助支撑机构减载效果疲劳破坏