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双磁性谐振子可调超材料的带隙耦合特性研究

固体力学学报 2024年第3期45卷 313-325页

作者：杨宇辰王立峰俞潇高玉强南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

弹性波超材料是一种人工周期结构,可应用于航空航天、车辆工程等领域的减振降噪.本文设计了一种可以产生耦合带隙具有两个磁性谐振子的超材料.该超材料采用不锈钢薄板连接磁振子与外部框架,调节磁铁之间距离可以影响不锈钢薄板的面内应... 详细信息

弹性波超材料是一种人工周期结构,可应用于航空航天、车辆工程等领域的减振降噪.本文设计了一种可以产生耦合带隙具有两个磁性谐振子的超材料.该超材料采用不锈钢薄板连接磁振子与外部框架,调节磁铁之间距离可以影响不锈钢薄板的面内应力从而影响内部刚度.通过调节元胞结构,形成相邻两元胞内部刚度不同的双胞系统,从而实现更宽的耦合带隙.得到了不锈钢薄板提供的刚度和磁力提供的负刚度随磁铁间距的变化关系.建立了双磁性谐振子可调单胞超材料和由调节磁铁距离构成的双胞超材料的频散关系和传递率理论模型.计算了磁铁距离改变对超材料带隙结构的影响以及特定情况下的双胞耦合带隙结果.设计并利用3D打印技术制作了实验模型,测得了不同磁铁距离下的传递率曲线并且验证了双胞超材料结构的带隙耦合结果.理论预测的传递率与实验结果吻合良好.所提出的模型可以为超材料的主动调控以及可编程性提供新的思路.

关键词：超材料可调谐负刚度磁性振子带隙耦合

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基于人工神经网络的共振吸声超材料声学性能快速预测及结构优化设计

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应用数学和力学 2024年

作者：高兆瑞李铮姜永烽沈承孟晗南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京航空航天大学多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室

针对共振吸声超材料声学性能快速预测及结构优化设计需求，提出一种基于人工神经网络的共振吸声超材料性能预测方法。首先建立了由微穿孔板和亥姆霍兹共振腔组成的多层穿孔型共振吸声超材料的理论模型，并通过仿真与实验验证其正确性；... 详细信息

针对共振吸声超材料声学性能快速预测及结构优化设计需求，提出一种基于人工神经网络的共振吸声超材料性能预测方法。首先建立了由微穿孔板和亥姆霍兹共振腔组成的多层穿孔型共振吸声超材料的理论模型，并通过仿真与实验验证其正确性；随后，通过理论模型生成数据集，并以此为基础，采用BP (Back Propagation)神经网络原理，搭建了结构特征参量与声学性能的人工神经网络模型；之后，将训练后的人工神经网络模型与遗传算法相结合，对共振吸声超材料进行声学性能最优化设计。结果表明，训练后的人工神经网络模型可以对目标结构的吸声性能进行准确预测，并且预测效率相较理论模型提高50%以上；人工神经网络模型与优化算法的结合不仅能提高优化效率，优化后的结构也具有良好的低频宽带吸声性能。人工神经网络为大规模结构性能预测计算提供了便利，在超材料等结构设计及优化领域具有广阔的应用前景。

关键词：共振吸声超材料人工神经网络吸声系数 BP神经网络遗传算法

压缩载荷下非对称变厚度复合材料层合板性能研究

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南京航空航天大学学报 2024年第1期56卷 103-115页

作者：俞晓楠许希武郭树祥冯浩凌南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型(Finite element model, FEM),其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用... 详细信息

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型(Finite element model, FEM),其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析,不连续的中性轴使层合板中产生弯矩,这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合,共同作用在层合板上。有限元结果表明,在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中,且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处,发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤,这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%,证明了模型的可行性和合理性。

关键词：变厚度复合材料有限元分析界面层渐进损伤演化压缩失效

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持续性高过载下人脑的多孔弹性响应

应用数学和力学 2024年第6期45卷 691-709页

作者：田金刘少宝卢天健徐峰西安交通大学第二附属医院西安710061 西安交通大学生命科学与技术学院生物医学信息工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学仿生工程与生物力学研究所西安710049 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室南京210016

航空航天飞行期间经常出现的持续性高过载,对乘员的脑功能有重要影响,而脑功能受脑组织力学行为的影响,且后者与载荷特点高度相关.为预测持续性高过载下的人脑力学响应,该文采用多孔弹性本构描述了脑组织的力学行为,基于简化的头部一维... 详细信息

航空航天飞行期间经常出现的持续性高过载,对乘员的脑功能有重要影响,而脑功能受脑组织力学行为的影响,且后者与载荷特点高度相关.为预测持续性高过载下的人脑力学响应,该文采用多孔弹性本构描述了脑组织的力学行为,基于简化的头部一维多层结构模型,推导了脑组织的多孔弹性控制方程、状态量传递矩阵,利用La-place变换及其逆变换,得到了颅内液体压力、颅内液体渗流速度、脑组织有效应力、脑组织位移的时空分布.结果表明,颅内液体渗流对脑组织在持续性高过荷下的响应有显著影响.该文强调采用多孔弹性本构描述脑组织力学行为的适切性和必要性,为极端载荷条件下人脑生物力学响应研究提供了重要的理论见解.

关键词：脑组织力学响应持续性高过载多孔弹性本构

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飞机刹车诱导颤振稳定性分析与减振设计

振动工程学报 2024年第5期37卷 770-779页

作者：蒋伟张明尹乔之朱鑫胡晓航南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室江苏南京210016 南京航空航天大学航空学院江苏南京210016

以飞机刹车装置为研究对象,对飞机刹车诱发振动问题进行了研究。针对飞机滑跑过程中的复杂制动环境对盘面摩擦特性影响,建立了考虑液压系统及盘面材料属性的刹车盘组非线性动力学分析模型,且为新材料技术的发展预留了模型接口。从实际... 详细信息

以飞机刹车装置为研究对象,对飞机刹车诱发振动问题进行了研究。针对飞机滑跑过程中的复杂制动环境对盘面摩擦特性影响,建立了考虑液压系统及盘面材料属性的刹车盘组非线性动力学分析模型,且为新材料技术的发展预留了模型接口。从实际工程应用价值出发,以机轮速度、液压系统等效阻尼、刹车盘面阻尼、盘面摩擦特性几类关键因素为控制变量,利用数值仿真与分岔理论等非线性分析手段研究了上述参数对系统稳定性的影响,并确定了使系统保持稳定的结构参数范围,方便对结构进行参数化快速分析设计。基于模型分析的结果,揭示了刹车振动产生的部分原因,从结构参数和刹车控制律两方面针对性的提出了对应的减振优化措施,进而形成了完整的飞机刹车诱导颤振的分析方法,为飞机制动器设计初期提供了理论参考依据。

关键词：刹车诱导振动非线性模型分岔理论稳定性分析减振措施

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蜂窝夹芯结构用连接接头抗冲击性能研究

应用数学和力学 2024年

作者：张智扬赵振宇任建伟高辉遥南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室南京航空航天大学多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室

夹层结构在工程领域具有广泛应用，但其连接装配问题却日益突出，尤其是面临强动载荷下的作战装备，如何设计连接接头以提升结构的可靠性及维修性，是目前研究的热点。针对蜂窝夹芯防护结构在典型作战环境中的连接装配问题，设计了一种... 详细信息

夹层结构在工程领域具有广泛应用，但其连接装配问题却日益突出，尤其是面临强动载荷下的作战装备，如何设计连接接头以提升结构的可靠性及维修性，是目前研究的热点。针对蜂窝夹芯防护结构在典型作战环境中的连接装配问题，设计了一种由方管锁定的快速组装连接接头，并通过泡沫子弹冲击实验以获得连接结构在不同冲量下的动态响应，随后采用有限元方法对冲击试验进行了模拟，仿真结果与实验结果吻合度较好。在此基础上，利用该有限元模型进一步探讨了方管壁厚、连接单元宽度等几何参数对该结构在泡沫子弹冲击载荷作用下的峰值挠度的影响。结果表明，较薄方管壁厚（t0t/t_f≤0.375）使得连接结构容易陷入方管压溃的失效模式导致其峰值挠度显著增大，而较小的连接单元宽度（2a/W≤0.267）将导致面板抗拉强度下降，进而削弱连接结构抗冲击性能。此外，随着连接单元宽度的不断增加，连接结构的峰值挠度呈现先减小后增大的趋势，这是由于连接单元的有效横截面积与机械互锁接触面积之间存在竞争机制。当前研究表明，这种快速组装连接接头能有效抵御动态冲击载荷，具有抗冲击吸能、便于维护更换的特点，有望应用于各型主战装备防护结构的连接，为夹层连接结构的抗冲击设计提供参考。

关键词：蜂窝夹芯结构连接接头快速组装抗冲击动态力学行为

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冷冻砂型数控加工气动辅助精确排砂方法

南京航空航天大学学报 2024年第4期56卷 712-722页

作者：刘亲将单忠德杨浩秦施建培梁校南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

在冷冻砂型数控(Computerized numerical control,CNC)加工过程中,有效排出切削砂坯产生的砂粒是确保砂型成形质量的关键技术之一。本文基于计算流体力学方法,对环绕阵列式射流喷吹的排砂方式进行了数值模拟,分析了射流流量、靶距、俯... 详细信息

在冷冻砂型数控(Computerized numerical control,CNC)加工过程中,有效排出切削砂坯产生的砂粒是确保砂型成形质量的关键技术之一。本文基于计算流体力学方法,对环绕阵列式射流喷吹的排砂方式进行了数值模拟,分析了射流流量、靶距、俯角和口径对型腔周围流场的影响。设计数控加工正交实验并对排砂率进行了极差分析,验证了仿真的结果。研究表明,环绕阵列式高速射流在刀具柱面和型腔壁面上会形成稳定贴附,输送砂粒的主要区域为射流在型腔壁面形成的“排砂区”。仿真与实验结果均表明最佳排砂工艺参数为射流流量30 L/min、靶距45 mm、俯角65°和口径2 mm,其中射流流量的影响最为显著,其次是射流喷嘴口径、俯角和靶距。本文结果可为排砂装置及工艺参数优化提供指导。

关键词：冷冻砂型排砂工艺射流流场排砂率精确排砂

浅埋爆炸下考虑乘员安全的防雷底板设计理论模型

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应用力学学报 2024年第4期41卷 786-796页

作者：张杜江赵振宇褚庆国贺良任建伟卢天健南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学多功能轻量化材料与结构工业和信息化部重点实验室南京210016 北京特种车辆研究所北京100072 内蒙古第一机械集团有限公司特种车辆及其传动系统智能制造国家重点实验室包头014030

浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧... 详细信息

浅埋爆炸载荷下,为更好地开展装甲车防雷底板设计,建立了考虑附加质量-弹簧-阻尼系统的均质梁动态响应理论模型,并采用有限元仿真分析进行验证,理论与仿真结果吻合良好。基于所建立理论模型,分别讨论了炸药质量、均质梁屈服强度、弹簧刚度、阻尼系数和边界条件对均质梁中点和质量块峰值位移、速度、加速度的影响。结果表明:随着TNT质量增大和均质梁屈服强度减小,均质梁中点峰值位移、质量块峰值位移、速度、加速度都增大;当弹簧刚度相同时,随着阻尼系数的增加,均质梁中点峰值位移减小,质量块峰值加速度增大;当阻尼系数一定时,弹簧刚度对均质梁中点的峰值位移和质量块峰值加速度影响较小;针对不同弹簧刚度,选择适当的阻尼系数可以降低质量块峰值速度。

关键词：浅埋爆炸防雷底板乘员理论模型质量-弹簧-阻尼系统

基于光纤光栅监测固化工艺参数对层合板内部残余应变的影响

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南京航空航天大学学报 2024年第1期56卷 144-153页

作者：胡彦鹏侯进森郝旭峰蔡登安南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 上海复合材料科技有限公司上海201112

复合材料以其比强度、比模量高,具有较好设计性等优点,成为轻量化装备的重要材料。复合材料生产过程中产生的残余应变是制约其快速发展和应用的重要因素之一,因此研究成形过程中材料内部应变变化十分必要。本文采用内埋光纤布拉格光栅(F... 详细信息

复合材料以其比强度、比模量高,具有较好设计性等优点,成为轻量化装备的重要材料。复合材料生产过程中产生的残余应变是制约其快速发展和应用的重要因素之一,因此研究成形过程中材料内部应变变化十分必要。本文采用内埋光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的方法,对T700/C11预浸料在不同工艺参数下成形时内部应变及温度进行实时监测,探究了工艺条件对其内部应变的影响,建立了预测层合板残余应变数值分析模型,从而优化复合材料固化工艺参数。结果表明,合理地降低升温速率、使用较低热膨胀系数和导热系数的模具材料以及避免铺放误差可以有效降低残余应变。

关键词：光纤布拉格光栅工艺参数残余应变固化监测复合材料