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热塑性环氧树脂合成及增韧低温复合材料

航空学报 2024年第16期45卷 271-281页

作者：刘新尹文轩陈铎侯永博张露武湛君大连理工大学材料科学与工程学院大连116024 大连理工大学力学与航空航天学院大连116024 郑州航空工业管理学院材料学院郑州450046

针对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)在低温下易发生分层损伤破坏的问题,首先对热固性环氧树脂进行改性,制备了同体系的热塑性环氧树脂(TPE)颗粒,并将其应用于CF/EP层间进行增韧,与常用的聚酰胺66(PA66)颗粒子和聚醚砜(PES)颗粒进行对比... 详细信息

针对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/EP)在低温下易发生分层损伤破坏的问题,首先对热固性环氧树脂进行改性,制备了同体系的热塑性环氧树脂(TPE)颗粒,并将其应用于CF/EP层间进行增韧,与常用的聚酰胺66(PA66)颗粒子和聚醚砜(PES)颗粒进行对比,研究了3种颗粒对CF/EP在室温和低温时的增韧效果。试验结果表明,3种热塑性树脂颗粒均能起到显著的增韧效果,但添加颗粒后对CF/EP基本性能的影响有较大差异。CF/EP层间加入PA66颗粒和PES颗粒后,虽然复合材料韧性有一定提高,但由于树脂基体和增韧颗粒的体系差异,造成了复合材料层间增厚和基本力学性能的下降。而层间添加TPE颗粒的CF/EP层间断裂韧性显著提高,其室温下的Ⅱ型层间断裂韧性(GIIC)达到1126 J/m2,提高了88.0%;-183℃下的GIIC达到1386 J/m2,提高了109.2%,同时,TPE颗粒的加入对CF/EP层合板的厚度、室温与低温下的层间剪切强度和弯曲强度影响不大,这是由于TPE颗粒与预浸料中热固性环氧树脂属于同系材料,相互可以充分地融合流动,生成了更加独特的层间结构。因此,提出的同体系的TPE颗粒可以更全面有效地对复合材料进行室温和低温下的层间增韧。

关键词：热塑性环氧树脂颗粒碳纤维/环氧树脂层间增韧低温韧性剪切强度弯曲强度

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车辆在非光滑路面的接触动力学分析方法研究

力学学报 2024年第6期56卷 1762-1774页

作者：宋宁宁赵剑公爵李琳辉彭海军大连理工大学机械工程学院汽车工程系辽宁大连116024 大连理工大学力学与航空航天学院工程力学系辽宁大连116024

车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对... 详细信息

车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对整车动力学分析发挥着重要的作用.首先,借助于张拉整体结构的思想,建立轮胎的等效模型.然后,采用拉格朗日乘子方法,将约束方程引入到拉格朗日函数中,并基于第二类拉格朗日方程,推导得到整车系统的一般动力学方程.由于接触碰撞的存在,会导致车辆的状态变量呈现出非连续性.利用牛顿碰撞定律,建立了碰撞响应的非光滑数学列式,并利用光滑化的Fischer-Burmeister函数将非光滑数学列式进行等效替换,以提高计算效率.其次,将摩擦响应的求解转化为优化问题进行描述,以避免求解摩擦方向时出现奇异.另外,将车辆系统的一般动力学模型分解为光滑部分与非光滑部分进行求解,并利用广义α离散策略给出了详细的求解流程.最后,对整车系统展开了多工况的接触碰撞数值仿真,分析了不同工况下的接触响应对整车动力学性能的影响,验证了所提方法的有效性.

关键词：车辆多体系统动力学轮胎建模碰撞摩擦非光滑接触

黏性牛顿流体液滴撞击干燥或预湿网面的实验研究

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力学学报 2024年第1期56卷 101-111页

作者：宗绍强徐龙郝继光北京理工大学宇航学院北京100081 西安交通大学航天航空学院西安710049

液滴撞击网面现象广泛存在于自然界和一系列应用中,液滴撞网后会穿透破碎产生二次液滴或不破碎全部附着在网面上,两种情况下都会残留液体在网面而形成预湿,影响后续撞击结果,但前人研究集中于低黏性液滴撞击干燥网面,黏性牛顿流体液滴... 详细信息

液滴撞击网面现象广泛存在于自然界和一系列应用中,液滴撞网后会穿透破碎产生二次液滴或不破碎全部附着在网面上,两种情况下都会残留液体在网面而形成预湿,影响后续撞击结果,但前人研究集中于低黏性液滴撞击干燥网面,黏性牛顿流体液滴撞击干燥或预湿网面的演化与机理仍有待探索.文章采用高速阴影成像技术,研究了黏性液滴(甘油水溶液)撞击干燥和预湿网面形成液指和破碎的演化规律,考虑了网面结构尺寸、液滴黏性及撞击前网面上预湿液膜厚度对撞击结果的影响.实验结果表明,液滴撞击干燥网面后形成液指的最大长度随网孔宽度降低、液滴黏性增加而减小;液滴黏性增加、网孔宽度减小均会抑制液滴对干燥网面的完全穿透;预湿液膜高度的增加抑制液滴对网面的完全穿透,并使不完全穿透时形成液指的最大长度减小.建立了考虑液滴黏性、网孔宽度和网面预湿的液滴撞击网面后不完全穿透时形成液指的最大长度预测模型,以及出现完全穿透时的临界参数理论预测模型,模型预测结果均与实验结果吻合良好.

关键词：黏性液滴预湿网面液指二次液滴

基于尾部修正蒙特卡洛方法的系泊疲劳可靠性评估

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中国造船 2024年第3期65卷 13-26页

作者：于思源武文华大连理工大学力学与航空航天学院工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 大连理工大学宁波研究院宁波315000

针对海洋平台系泊系统疲劳可靠性分析中特殊尾部特征带来的求解精度问题,开展了基于安全裕度变量极端轻尾特征的系泊系统疲劳可靠性蒙特卡洛方法研究,评估系泊缆的疲劳失效概率与安全服役寿命。该方法通过引入Weibull尾部系数对安全裕... 详细信息

针对海洋平台系泊系统疲劳可靠性分析中特殊尾部特征带来的求解精度问题,开展了基于安全裕度变量极端轻尾特征的系泊系统疲劳可靠性蒙特卡洛方法研究,评估系泊缆的疲劳失效概率与安全服役寿命。该方法通过引入Weibull尾部系数对安全裕度的尾部特征进行定量评估,实现了对经典增强蒙特卡洛方法的修正,适用于具有极端轻尾特征的安全裕度情况。对某半潜式平台的系泊系统进行疲劳可靠性分析,比较了该方法与经典EMC方法和Hermite模型的性能。结果表明,该方法预测准确、稳定,具有更高的可靠度且数值模拟次数少,时间成本低,这项研究可为海洋工程结构物的可靠性设计与评估提供有益指导。

关键词： EMC方法疲劳可靠性尾部特征 Weibull尾部系数

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初始间断诱导非物理波动及其消减算法

空气动力学学报 2024年

作者：刘君韩芳孙逸轩刘瑜大连理工大学航天航空学院北京宇航系统工程研究所宁波大学机械工程与力学学院

使用激波捕捉法求解以数学间断作为初始条件的无粘可压缩流场时，间断结构会逐渐演变为包含多个网格节点的数值过渡区，在此过程中会产生两个平行于间断且规则分布的非物理波动。使用捕捉法计算激波流场时，流场参数应满足修正方程，但... 详细信息

使用激波捕捉法求解以数学间断作为初始条件的无粘可压缩流场时，间断结构会逐渐演变为包含多个网格节点的数值过渡区，在此过程中会产生两个平行于间断且规则分布的非物理波动。使用捕捉法计算激波流场时，流场参数应满足修正方程，但作为初始条件进行计算的初始激波满足的是Euler方程，两者之间的矛盾是产生初始激波诱导非物理波动的原因。鉴于激波等间断是由特征型Euler方程定义的，本文从该方程出发构造了一种基于特征值迎风特性的通量计算格式（upwind flux scheme based on characteristics, UFSC），并采用若干种常规守恒型通量分裂格式作为参考。数值计算表明，UFSC可以消除Steger-Warming、Van Leer等矢通量分裂格式的初始接触间断诱导非物理波动，还可以减小初始激波诱导扰动的幅值。在光滑流场区域，UFSC和矢通量分裂格式的计算结果相近，但是在强激波附近会出现较大的压力尖峰。为克服这个缺陷，本文进一步构造了在激波区域和其他区域分别采用Steger-Warming格式和UFSC格式计算的混合通量计算格式UFSC+S。

关键词：有限差分法通量分裂格式初始间断诱导非物理波动

一种组合动力飞行器模态转换过程轨迹优化与控制方案

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宇航学报 2024年第3期45卷 443-451页

作者：刘凯张永亮聂聆聪大连理工大学力学与航空航天学院大连116024 北京动力机械研究所北京100074

为应对组合动力飞行器涡轮/冲压发动机模态转换过程中容易出现的推力陷阱问题,开展了组合动力飞行器模态转换阶段飞行/推进一体化保护控制研究。该研究利用组合动力爬升段飞行轨迹优化方法,解决模态转换过程中组合发动机总推力无法满足... 详细信息

为应对组合动力飞行器涡轮/冲压发动机模态转换过程中容易出现的推力陷阱问题,开展了组合动力飞行器模态转换阶段飞行/推进一体化保护控制研究。该研究利用组合动力爬升段飞行轨迹优化方法,解决模态转换过程中组合发动机总推力无法满足平飞加速需求的推力陷阱问题。结合轨迹线性化控制方法,完成了宽速域飞行器/发动机一体化轨迹跟踪控制设计,利用迎角、油门等变量的协同调节实现轨迹跟踪控制。仿真结果表明,轨迹优化策略能够在一定程度上克服模态转换过程中的推力不足问题,一体化轨迹线性化控制方法可以有效实现爬升轨迹跟踪,避免模态转换过程对组合动力飞行器飞行任务造成的不利影响。

关键词：宽速域飞行器涡轮/冲压发动机飞行/推进一体化控制轨迹优化轨迹跟踪控制

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考虑多源噪声及信号传输的雷达系统仿真模型

系统工程与电子技术 2024年

作者：王奇王子瑶郑峻峰大连理工大学力学与航空航天学院

噪声和信号传输是雷达设计中需要考虑的重要因素。设计了一种考虑多源噪声及信号传输质量的毫米波雷达系统仿真模型，模型包括频率合成器、信号收发机以及信号处理等模块，能够模拟信号发生、传输至雷达测速、测距的系统性能。以此为框... 详细信息

噪声和信号传输是雷达设计中需要考虑的重要因素。设计了一种考虑多源噪声及信号传输质量的毫米波雷达系统仿真模型，模型包括频率合成器、信号收发机以及信号处理等模块，能够模拟信号发生、传输至雷达测速、测距的系统性能。以此为框架，设计了考虑电源噪声、杂散噪声和杂波噪声的噪声模型，能够对雷达漏警、虚警等情况进行模拟预测。在信号传输方面，建立等效电路模型，并结合场路协同分析方法，以提高仿真精度。对于典型案例，发现时钟信号存在“回勾”问题，这表明仿真模型能够通过检测“眼图”、信号波形等指标，有效预测雷达可能存在的信号传输质量问题，并指导传输线的设计。

关键词：毫米波雷达系统仿真模型多源噪声信号传输质量

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陶瓷基复合材料反应熔渗过程多场建模与仿真

航空学报 2024年

作者：师艳刘晗赵彤彤代吉祥沙建军大连理工大学力学与航空航天学院

陶瓷基复合材料结合了碳材料和陶瓷材料的性能优势，成为航空航天领域重要的热结构材料。反应熔体渗透法是制备陶瓷基复合材料的主要工艺，其过程是高温熔体通过毛细作用进入到多孔碳预制体中，与碳基体发生化学反应生成陶瓷相并嵌入到... 详细信息

陶瓷基复合材料结合了碳材料和陶瓷材料的性能优势，成为航空航天领域重要的热结构材料。反应熔体渗透法是制备陶瓷基复合材料的主要工艺，其过程是高温熔体通过毛细作用进入到多孔碳预制体中，与碳基体发生化学反应生成陶瓷相并嵌入到孔隙中，从而实现高效致密化。但由于熔渗过程伴随着高温高活性和短时剧烈的热物理化学相互作用，这使得实验观察和工艺参数调控充满挑战。本文基于反应熔渗工艺特性，考虑不同孔道之间的窜通特性，区别单孔结构与双孔结构的预制体微结构特征，构建更接近真实预制体孔隙结构的反应熔渗多物理场模型，模型预测温度值与实验值误差在3%以内，同时熔渗深度预测值在反应前期与实验值误差在3%以内，整体预测精度远优于Washburn方程及其修正形式；最后讨论了孔隙结构模式对反应熔渗过程温度分布和反应速率分布的影响，发现双孔结构模式更有利于反应性熔体的渗入。本研究提供了一种多孔碳介质内反应性熔体渗透过程的多物理场耦合方法，为陶瓷基复合材料反应熔渗工艺优化提供了理论依据。

关键词：陶瓷基复合材料反应熔渗工艺孔隙结构多物理场耦合

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主动再生冷却过程的热流固声耦合瞬态模拟

航空学报 2024年

作者：孔勇丁金兴潘涛阮波杨恺高效伟大连理工大学力学与航空航天学院

本文以超燃冲压发动机主动冷却通道为研究对象，针对高超声速飞行器发动机点火启动时，壁面被快速加热产生的热声波从固体传播到流体域的现象开展了热/流/固/声的多场耦合的瞬态数值模拟，主要关注热声波对结构应力极值的影响及热声波... 详细信息

本文以超燃冲压发动机主动冷却通道为研究对象，针对高超声速飞行器发动机点火启动时，壁面被快速加热产生的热声波从固体传播到流体域的现象开展了热/流/固/声的多场耦合的瞬态数值模拟，主要关注热声波对结构应力极值的影响及热声波经过流固界面处的变化规律。研究了关键参数，如固体导热系数、杨氏模量、固体密度以及热膨胀系数对流固界面处热声波幅值与频率的影响。结果表明：结构的杨氏模量和密度变化导致波速变化，影响能量的传播速度，对界面处应力波动和压力变化的幅值和频率均有很大影响；改变导热系数导致温度场发生变化，进而影响应力波的幅值，导热系数增大一倍，应力峰值提高30%，但对应力波的频率几乎没有影响，对界面压力变化的幅值和频率影响有限；热膨胀系数增大一倍，壁面变形增大，导致界面处应力和压力峰值增大一倍，对其频率没有明显影响。

关键词：流固耦合界面波超临界流体主动再生冷却瞬态分析