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正交三向织物增强铝基复合材料的高温拉伸力学行为与失效机理

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2583-2601页

作者：邵徽凡蔡长春王振军刘其鹏王艳丽陈雷熊博文张守银南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司南昌330096

针对真空压力浸渗制备的正交三向织物增强铝基复合材料,采用实验与数值模拟方法研究了高温(400℃)下的准静态拉伸力学响应及损伤演化与失效行为;根据纱线微观组织和织物结构分别建立了微观和细观尺度代表性单胞,基于组分材料的温度相关... 详细信息

针对真空压力浸渗制备的正交三向织物增强铝基复合材料,采用实验与数值模拟方法研究了高温(400℃)下的准静态拉伸力学响应及损伤演化与失效行为;根据纱线微观组织和织物结构分别建立了微观和细观尺度代表性单胞,基于组分材料的温度相关的性能参数构建微观单胞有限元模型,计算获得不同温度下纱线的横向和轴向力学性能,进而采用包含基体、纱线、界面的细观单胞有限元模型分析了复合材料热应力和高温拉伸力学行为。结果表明:室温下复合材料存在与织物结构相关的非均匀分布的残余应力,纳米压痕法测得的残余应力与模拟值基本一致,高温状态下残余应力得到释放并使基体和纱线分别处于压应力和拉应力状态;复合材料的高温拉伸模量、极限强度和断裂应变的实验均值分别为107.1 GPa、657.1 MPa和0.78%,均匀化计算的高温拉伸曲线与实验曲线总体上吻合。拉伸初期纱线交织处的基体和界面首先发生损伤,捆绑纱弯曲部位出现局部失效,但复合材料表现出线弹性力学行为。随着拉伸应变增大,捆绑纱和纬纱先后发生断裂,且二者与基体之间的界面出现脱黏现象,拉伸曲线开始表现出非线性特征。拉伸后期经纱失效区域的扩展使得拉伸切线模量明显下降,经纱的轴向断裂最终导致复合材料失去承载能力。数值模拟和断口分析表明,纬纱和捆绑纱因横向开裂而形成较平整的断裂面,经纱轴向断裂后拔出长度参差不齐,其断口存在纤维拔出及其周围基体撕裂破坏的微观特征。

关键词：正交三向织物铝基复合材料残余应力高温拉伸力学行为失效机理

B950CF钢超窄间隙激光填丝焊接头疲劳性能

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焊接学报 2024年第9期45卷 94-102页

作者：张成竹王东晔华程刘岳张骞朱振新航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司成都610031

超窄间隙激光填丝焊(ultra-narrow gap laser welding,Ultra-NGLW)是一种先进的厚贝氏体钢焊接技术,具有热输入小,焊接接头低应力、变形小等优点.通过对不同“激光填丝-激光打底”比例的Ultra-NGLW接头高频拉-拉疲劳试验,绘制了10 mm厚... 详细信息

超窄间隙激光填丝焊(ultra-narrow gap laser welding,Ultra-NGLW)是一种先进的厚贝氏体钢焊接技术,具有热输入小,焊接接头低应力、变形小等优点.通过对不同“激光填丝-激光打底”比例的Ultra-NGLW接头高频拉-拉疲劳试验,绘制了10 mm厚不同填丝深度Ultra-NGLW接头S-N曲线,并通过对比分析接头的S-N曲线和疲劳断口特征,得到影响UltraNGLW接头疲劳性能的主要原因.试验结果表明,随着激光填丝深度的加深,接头的疲劳性能逐渐降低,填丝深度为0 mm时,接头疲劳强度为337.5 MPa,当填丝深度达到5 mm后,疲劳强度趋于稳定在270 MPa左右,Ultra-NGLW接头的疲劳源主要为焊缝粗晶区和熔合区的气孔、夹杂等焊接缺陷,在高频拉-拉疲劳循环载荷的作用下,粗晶区马氏体脆硬组织中形成较多裂纹,使其疲劳源裂纹快速扩展并连通脆硬组织中的裂纹直至接头失效.

关键词：超窄间隙激光填丝焊疲劳强度 S-N曲线疲劳断口贝氏体高强钢

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高空无人机电推进系统综合优化设计及验证

空天技术 2024年第1期2024卷 55-62页

作者：钟文义梁世哲张斌唐鹏刘可娜航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司

高效率、高可靠性推进系统设计是制约高空长航时无人机发展的重要因素。基于某型高空无人机总体设计要求，从综合效率最优角度对采用电动机-螺旋桨构成的全电推进系统进行了优化设计，并开展地面性能试验对系统动力特性、加减速响应特... 详细信息

高效率、高可靠性推进系统设计是制约高空长航时无人机发展的重要因素。基于某型高空无人机总体设计要求，从综合效率最优角度对采用电动机-螺旋桨构成的全电推进系统进行了优化设计，并开展地面性能试验对系统动力特性、加减速响应特性、扭矩保护等性能指标予以验证。同时，考虑来流速度、拉力需求、扭矩及功率限制，优化确定了不同飞行剖面的电机工作限制转速边界。试验结果显示，测试拉力与数值计算值吻合度高，系统总效率达到了65%以上，表明采用的综合优化方法在提高电推进系统效率及可靠性方面具有一定优势。

关键词：高空无人机电推进系统优化设计动力特性系统效率试验研究

基于改进YOLOv8的航空铝合金焊缝缺陷检测方法

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航空动力学报 2024年第6期39卷 116-124页

作者：苏志威黄子涵邱发生郭朝阳殷晓芳邬冠华南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 江西洪都航空工业集团有限责任公司检验检测中心南昌330024

为了提高航空铝合金焊接缺陷数字射线成像自动检测效率和准确度,提出了一种改进YOLOv8智能检测方法。针对样本数据不足和缺陷不清晰的问题,采用Retinex图像增强算法和引导滤波算法对原始图像进行图像增强处理,然后采用旋转和翻转等方式... 详细信息

为了提高航空铝合金焊接缺陷数字射线成像自动检测效率和准确度,提出了一种改进YOLOv8智能检测方法。针对样本数据不足和缺陷不清晰的问题,采用Retinex图像增强算法和引导滤波算法对原始图像进行图像增强处理,然后采用旋转和翻转等方式扩充数据集。在模型改进中,使用GhostBottleneck模块替换C2f中的Bottleneck模块,完成模型的轻量化,减少了额外的冗余参数并降低了计算量。同时,引入空间注意力机制,获得缺陷更多的空间信息,并调整预测框的回归范围,提升了模型的精度。通过铝合金焊接件中常见几类缺陷进行测试和验证,改进YOLOv8算法平均精度均值(mAP50)达到92.9%,优于传统的Faster-RCNN、SSD和YOLOv8算法,能够有效适用于焊缝缺陷的自动识别。

关键词：数字射线图像增强自动识别 YOLOv8算法焊缝缺陷

斜纹碳布缝合织物结构增强铝基复合材料高温拉伸断裂力学行为

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金属学报 2024年

作者：吴志勇邵徽凡蔡长春曾敏王振军王艳丽陈雷熊博文南昌航空大学航空制造工程学院中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司

三维织物增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及优良的耐高温和抗冲击性能，被认为是制造航空航天耐热结构的理想材料而备受重视，目前尚缺乏其高温环境下力学特性与失效机制的认识。针对斜纹碳布缝合织物结构增强铝基复合材料，... 详细信息

三维织物增强铝基复合材料具有高比强度、高比模量以及优良的耐高温和抗冲击性能，被认为是制造航空航天耐热结构的理想材料而备受重视，目前尚缺乏其高温环境下力学特性与失效机制的认识。针对斜纹碳布缝合织物结构增强铝基复合材料，本工作开展其在高温(400℃)环境下准静态拉伸力学行为与失效机理研究。根据复合材料织物结构和纱线微观组织特征，建立了基于微观和细观尺度代表性单胞的细观力学有限元模型，采用数值模拟和实验结合的方法分析了复合材料高温拉伸过程中的宏观力学响应、组元结构损伤演化与渐进失效行为。结果表明，复合材料高温拉伸模量、强度与断裂应变的实验均值分别为103.2GPa、621.6MPa和0.819%，数值模拟得到拉伸应力-应变曲线与复合材料高温拉伸实验曲线总体上吻合较好。高温环境下复合材料内部存在复杂的热应力，基体合金和纱线分别处于压应力和拉应力状态。拉伸初期阶段发生缝合纱失效、经/纬纱搭接处基体损伤和经纱局部失效，但复合材料表现出线弹性力学响应。随着拉伸载荷增大，基体的损伤程度加重且沿织物斜纹方向出现严重的基体损伤区和纬纱开裂区，导致拉伸应力曲线增长速率减缓。拉伸变形后期发生显著且互相重叠的基体和纱线失效带，经纱的轴向断裂使得复合材料失去承载能力并出现拉伸应力的急剧下降。高温拉伸断口中缝合纱和纬纱的断口较为平整，而经纱的断裂拔出长度不一，且呈现大量纤维断裂拔出并伴随基体合金撕裂的微观形貌特征。

关键词：斜纹碳布缝合织物铝基复合材料细观力学损伤演化高温力学性能失效机制

电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究

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精密成形工程 2024年第5期16卷 115-123页

作者：王益可李仁花陈玉华许明方陈伟南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 航空工业江西洪都航空工业集团有限责任公司南昌330213

目的研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。方法设置了1组时效处理(AT,600℃/2 h/空冷)和2组固溶+时效处理(SA1,800℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷;SA2,870℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷)策略,对电弧增... 详细信息

目的研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。方法设置了1组时效处理(AT,600℃/2 h/空冷)和2组固溶+时效处理(SA1,800℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷;SA2,870℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷)策略,对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。结果沉积态试样的微观组织均匀性较差,主要由马氏体α’相、网篮组织、不连续的晶界α相(α Grain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未完全消除马氏体α’相,但提高了其延展性。经固溶+时效处理后,马氏体α’相消失,晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa,而平均延伸率从6.23%提高到12.48%,且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性。其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值(IPA)分别为4.82、0.96和28.7。SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。结论固溶时效处理有助于提高电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性,并显著降低力学性能的各向异性。

关键词： TC4钛合金电弧增材制造固溶时效处理微观组织力学性能

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面向初步设计的一种高效静气动弹性分析方法

机械科学与技术 2024年第5期43卷 891-896页

作者：赵冉陶杨张峻鸣蒋盼盼王国良谷迎松西北工业大学航空学院西安710072 92728部队上海200436 江西洪都航空工业集团有限责任公司南昌330024

大展弦比柔性机翼在气动载荷作用下会发生弹性变形从而引起气动特性变化,因此在初步设计阶段,希望使用一种高效分析方法研究静气动弹性平衡下机翼气动载荷的重新分布情况。本文提供了一种求解静气动弹性变形和对应气动载荷的高效方法,... 详细信息

大展弦比柔性机翼在气动载荷作用下会发生弹性变形从而引起气动特性变化,因此在初步设计阶段,希望使用一种高效分析方法研究静气动弹性平衡下机翼气动载荷的重新分布情况。本文提供了一种求解静气动弹性变形和对应气动载荷的高效方法,即采取松耦合策略,假设攻角不变,将未变形状态的载荷加载到结构上,计算出结构变形,再由变形后的气动外形计算气动载荷分布,反复迭代至变形/载荷收敛,得到机翼最终气动弹性载荷分布情况和气动特性。采用大展弦比弹性模型飞机算例表明了该方法的可行性。

关键词：初步设计大展弦比静气动弹性松耦合载荷

应用动态时间归整算法的飞机液压系统性能异常识别方法研究

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机械科学与技术 2024年

作者：马朝坤彭莘宇李涛岳龙飞张龙李少伟航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司

飞机液压系统是飞机在飞行过程中向各个用压部件提供必须压力支持的动力系统，是现代飞机飞行控制的核心系统之一。飞机液压系统异常会对飞机飞行造成严重影响，甚至导致坠机事件。针对飞机液压系统潜在故障难以准确识别的问题，提出了... 详细信息

飞机液压系统是飞机在飞行过程中向各个用压部件提供必须压力支持的动力系统，是现代飞机飞行控制的核心系统之一。飞机液压系统异常会对飞机飞行造成严重影响，甚至导致坠机事件。针对飞机液压系统潜在故障难以准确识别的问题，提出了一套应用动态时间归整算法（DTW）的飞机液压系统性能异常识别方法。基于关键飞参数据，利用中位数滤波法对飞参数据进行数据处理，应用DTW算法评估两架次飞机之间的相似度，并根据3σ原理设定历史数据异常点的判据，以达到及时对液压系统性能异常的监测效果。该方法可在不增加机务工作量的前提下，为飞机液压系统视情维修提供决策依据。

关键词：液压系统动态时间归整算法飞参数据异常识别视情维修

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太阳能无人机桨发匹配设计及效率提升

工程设计学报 2024年

作者：钟文义梁世哲张斌唐鹏刘可娜航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司

电推进系统桨发匹配设计是太阳能无人机实现长航时飞行不可忽略的环节。根据某型太阳能无人机全剖面动力需求，分别采用“功率损失法”和“单点方法”开展了推进系统电机、螺旋桨总体参数匹配设计，并通过地面静态试验对推进系统拉力、... 详细信息

电推进系统桨发匹配设计是太阳能无人机实现长航时飞行不可忽略的环节。根据某型太阳能无人机全剖面动力需求，分别采用“功率损失法”和“单点方法”开展了推进系统电机、螺旋桨总体参数匹配设计，并通过地面静态试验对推进系统拉力、功率特性予以验证。同时，在既定电机选型基础上，基于神经网络法建立代理模型开展了桨发匹配效率提升工作。试验结果表明，测试拉力与计算拉力符合性一致，所采用的电动机、螺旋桨总体参数设计方法具有较好精度。以5°仰角爬升剖面为例，经代理模型优化匹配后得到的新螺旋桨效率提升约10%，节能效果显著。相关模型可为飞机方案设计及后期工程使用阶段的匹配优化设计、提升飞机动力特性及经济性提供有力工具。

关键词：太阳能无人机电推进系统桨发匹配代理模型效率提升试验研究