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热环境对复合材料加筋板高频声振响应的影响研究

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振动与冲击 2025年第3期44卷 278-283,290页

作者：周长伟党天骄王鹏飞任方刘振西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049 西安交通大学航天航空学院陕西省先进飞行器综合服役环境与控制重点实验室西安710049 北京强度环境研究所北京100076

该文以统计能量分析理论结合试验方法,以碳纤维加筋板为研究对象,探究了不同温度下的结构高频声振响应规律。首先,开展了热振试验并结合相关理论辨识了不同温度下的加筋板统计能量参数;然后,构建了温度影响下的加筋板高频声振耦合统计... 详细信息

该文以统计能量分析理论结合试验方法,以碳纤维加筋板为研究对象,探究了不同温度下的结构高频声振响应规律。首先,开展了热振试验并结合相关理论辨识了不同温度下的加筋板统计能量参数;然后,构建了温度影响下的加筋板高频声振耦合统计能量模型,进一步开展了基于混响室噪声载荷的常温加筋板动响应试验,验证了所建模型的准确性;最后,探究了温度对加筋板结构高频声振响应的影响规律。结果表明:温度升高将使得结构模态密度和内损耗因子呈现上升趋势;结构模态密度增大将使得结构声振响应增大,内损耗因子增大会使得结构响应减小;温度上升对结构高频范围内不同频率处声振响应影响不同,主要取决于该频率处模态密度和内损耗因子的增量大小。

关键词：热效应复合材料加筋板统计能量分析高频声振响应

复杂载荷下核级管路支架的多力学目标优化布置

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动力工程学报 2025年第1期45卷 45-53页

作者：孙宇翔陈丽龙波王艳苹刘诗华贾坤西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室陕西西安710049 中国核电工程有限公司北京100840

当前核级管路支架人工迭代调整的布置方式占据核电站设计周期的比例较大,且无法实现支架数量和位置的最优选择,难以兼顾经济成本和力学性能。为此,借助管路有限元力学分析和非支配排序遗传算法(NSGA-II),提出一种面向三维空间核电管路... 详细信息

当前核级管路支架人工迭代调整的布置方式占据核电站设计周期的比例较大,且无法实现支架数量和位置的最优选择,难以兼顾经济成本和力学性能。为此,借助管路有限元力学分析和非支配排序遗传算法(NSGA-II),提出一种面向三维空间核电管路多力学目标性能的支架智能优化布置方法。2种典型核级管路支架设计示例表明:该智能布置方法具有良好的效果,可有效提高设计效率、降低劳动强度,不仅使管路最大应力皆小于RCC-M 《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》规范限值,且仍有一定裕量,还能快速分析支架数量的影响,获得兼顾经济性和安全性的最优方案;该智能优化布置方法为核电管路系统支架布置提供了新思路。

关键词：核级管路支架布置多力学目标优化非支配排序遗传算法

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大容量持续弹性变形储能技术研究

西安交通大学学报 2025年

作者：郝晓宇张堰铭左宏李群侯俊玲复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安交通大学航天航空学院

针对机械储能领域，研究了一种基于弹性变形的大容量持续弹性变形储能技术。设计了可实现这一目标的传动及控制机构。该机构通过同步两个不同半径绕线轮的转速，或固定转速比的两个相同半径绕线轮，实现缠绕在两个同步轮上的可弹性变形... 详细信息

针对机械储能领域，研究了一种基于弹性变形的大容量持续弹性变形储能技术。设计了可实现这一目标的传动及控制机构。该机构通过同步两个不同半径绕线轮的转速，或固定转速比的两个相同半径绕线轮，实现缠绕在两个同步轮上的可弹性变形拉线的持续弹性变形，进而在弹性线收放过程中实现能量的连续存储与释放。在储能过程中，将外界输入的机械能转化为弹性拉线伸长的弹性势能；在释放能量时，弹性拉线变形回复进而释放其储存的弹性势能。相比传统的机械储能技术，该大容量持续弹性变形储能技术具有结构设计简洁紧凑，单位体积内储能密度高，系统响应速度快，制造与维护成本低、可持续性等优势。研究成果可为风、光等可再生能源的收集提供技术支持，并能发挥电力系统调频调峰、紧急备用等功能。

关键词：弹性储能技术储能与释放机械结构储能密度

复合缺陷电磁-声一体化检测方法的可靠性评估

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固体力学学报 2025年第01期 27-38页

作者：段志荣张晓明井德强杨淑言黄磊张鸿博李亮解社娟陈振茂陕西省特种设备检验检测研究院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术中心西安交通大学航天航空学院中国石油集团工程材料研究院有限公司

金属结构广泛应用于现代工业的各个领域，在其制造和服役过程中会产生各种复杂缺陷，例如金属结构的表面和底部都出现缺陷的复合缺陷情况，这严重影响到金属结构的力学性能和使用寿命.使用单一的检测方法难以满足实际检测需求，而两种... 详细信息

金属结构广泛应用于现代工业的各个领域，在其制造和服役过程中会产生各种复杂缺陷，例如金属结构的表面和底部都出现缺陷的复合缺陷情况，这严重影响到金属结构的力学性能和使用寿命.使用单一的检测方法难以满足实际检测需求，而两种或多种检无损测方法实施检测工作存在检测效率低、成本高等问题.为解决这一难题，本文开发了一种新型电磁-声一体化检测方法(脉冲涡流-电磁超声复合检测方法),并基于检出概率理论重点对所提方法的检测能力进行深入评估.首先针对铝合金试件同时存在表面裂纹和底部减薄缺陷的复合缺陷情况开发了脉冲涡流-电磁超声一体化检测方法的数值计算方法和实验系统，并基于频谱分析理论研究复合信号的分离方法.其次根据概率与统计学基本原理建立了检出概率的数学模型，并通过数值模拟结果和实验结果建立了复合缺陷尺寸的信号特征量数据库.最后对信号特征量数据库进行信号统计分析，并根据建立的检出概率模型对表面裂纹和底部减薄缺陷的尺寸参数进行检出概率分析，确定脉冲涡流-电磁超声复合检测方法的最小可检尺寸.

关键词：复合缺陷电磁-声一体化检测检出概率

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一种基于电磁-声复合检测方法的分时策略研究

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机械工程学报 2025年第2期61卷 1-10页

作者：胡朋赵瑞祥杨淑言段志荣解社娟陈振茂郑阳西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049 西安交通大学陕西省无损检测与结构完整性评价工程技术中心西安710049 西安交通大学航天航空学院西安710049 陕西省特种设备检验检测研究院西安710048 中国特种设备检测研究院北京100029

电磁超声检测方法常作为管道缺陷在线监测的无损检测手段。但由于电路振荡等原因,电磁超声检测方法存在一定的近场检测盲区。电磁-声复合检测方法在实现电磁超声监测的基础上,利用其检测过程中产生的脉冲涡流对管道表面及近表面的缺陷... 详细信息

电磁超声检测方法常作为管道缺陷在线监测的无损检测手段。但由于电路振荡等原因,电磁超声检测方法存在一定的近场检测盲区。电磁-声复合检测方法在实现电磁超声监测的基础上,利用其检测过程中产生的脉冲涡流对管道表面及近表面的缺陷进行检测。但目前的研究表明,电磁-声复合检测方法普遍采用同时同频的激励策略,使得脉冲涡流的检测范围有限,导致复合方法仍存在检测盲带。为了减小复合方法的检测盲带,提出分时不同频激励策略。首先,建立一套分时检测系统,对射频开关和激励频率进行控制,实现高频激励电磁超声、低频激励脉冲涡流的目的。其次,基于不同频率的激励信号,计算对比了不同激励频率下电磁超声和脉冲涡流的检测性能。最后,通过试验结果验证了,采用分时策略可以提高电磁-声复合检测方法中电磁超声检测信号的信噪比以及脉冲涡流检测方法的检测范围。

关键词：管道无损检测电磁-声复合检测分时策略脉冲涡流电磁超声

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融合视觉测量与插帧技术的振动频率辨识方法

振动工程学报 2025年

作者：张一鸣徐自力金旭张钰豪李广西安交通大学航天航空学院西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室

近年来基于视觉的振动测量技术得到了较大发展，但其对高频成分进行测量时往往处于欠采样条件，难以正确地对振动频率进行辨识。为此，提出了一种融合视觉测量与插帧技术的振动频率辨识方法。该方法通过引入基于实时中间流估计的插帧技... 详细信息

近年来基于视觉的振动测量技术得到了较大发展，但其对高频成分进行测量时往往处于欠采样条件，难以正确地对振动频率进行辨识。为此，提出了一种融合视觉测量与插帧技术的振动频率辨识方法。该方法通过引入基于实时中间流估计的插帧技术对原始采样视频进行帧率补足，并基于光流算法对补帧后的视频进行运动跟踪与振动测量，从而提升视觉测量方法在有限帧率下的振动频率测试能力。基于三维球体振动模型开展了方法的数值验证，在相同插帧倍率下，采样帧率越高，振动频率辨识效果越好；而在相同采样帧率下，插帧倍率越高，振动频率辨识效果呈现先提升后下降的趋势，4-6倍率插帧时效果最为理想。开展了简谐激励下的薄板振动测试试验和脉冲激励下的悬臂梁振动测试试验，利用本文方法辨识得到的振动频率相对误差不超过3%。结果表明，本文方法在欠采样条件下仍能对振动频率进行正确辨识，为帧率受限条件下的机械装备高频振动视觉测量提供了思路和技术手段。

关键词：振动测量频率辨识欠采样计算机视觉视频插帧

一种具备可调热膨胀系数的可展开结构的力学特性研究

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力学学报 2025年

作者：王艳丽沙振东佘崇民西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西交大-成兴国投无序新材料实验室南京航空航天大学航空学院

在航空航天等领域，结构不仅需要具备精确调控热膨胀系数的能力，以确保在极端温度变化下保持热稳定性，还要具备高效的空间部署能力，以应对受限工作环境中的各种挑战。具备可调特性的点阵复合材料正逐步在工程领域中得到应用。本文结... 详细信息

在航空航天等领域，结构不仅需要具备精确调控热膨胀系数的能力，以确保在极端温度变化下保持热稳定性，还要具备高效的空间部署能力，以应对受限工作环境中的各种挑战。具备可调特性的点阵复合材料正逐步在工程领域中得到应用。本文结合折纸技术和双材料三角形结构，提出了一种能够实现空间展开、可调热膨胀性能及轻量化的三角形联合可展开结构。通过使用非零厚度面板和调整铰链位置，该结构可以在两侧施加拉力，将理想折纸模型转变为具备承载能力的等效三维结构。进一步通过调整几何参数和材料组合，实现了热膨胀系数从正值到负值的可调性，并能够调节刚度。研究结果表明，增大角度（三角形单元的斜边与对称轴的夹角）和减小厚度比（低、高热膨胀系数材料的厚度比）能有效降低结构的热膨胀系数，同时减小弹性模量。增大单胞比（支撑面与底面的单胞数量比）可以降低结构热膨胀系数并增加弹性模量,但同时会在结构中增加更多易变形的连接部位，从而导致屈服强度下降。减小角度、厚度比和增大单胞比均有利于实现结构的轻量化。结构在承载方向上的等效热膨胀系数的理论值与有限元模拟结果吻合良好。

关键词：空间展开能力折纸点阵复合材料可调热膨胀

基于高效流固耦合方法的自由表面流动问题分析

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科学技术与工程 2025年第4期25卷 1325-1331页

作者：温喆然徐自力薛杰王旭阳王珺西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049 西安航天动力研究所航天液体动力全国重点实验室西安710100

针对自由表面流动与弹性结构的流固耦合计算效率低、计算耗时长的问题,将流体体积法与基于结构-虚拟弹性体的快速动网格方法相结合,发展了一种适用于自由表面流动的高效流固耦合方法。使用流体体积(volume of fluid,VOF)法对流体自由表... 详细信息

针对自由表面流动与弹性结构的流固耦合计算效率低、计算耗时长的问题,将流体体积法与基于结构-虚拟弹性体的快速动网格方法相结合,发展了一种适用于自由表面流动的高效流固耦合方法。使用流体体积(volume of fluid,VOF)法对流体自由表面进行追踪;将流体域视为虚拟弹性体并构建结构-虚拟弹性体系统,以流固耦合界面的多相流体力为激励求解系统的动力学方程得到结构振动位移和流场网格变形;在每一个时间步内依次求解流体流动、结构变形和流场动网格,实现流固耦合计算。基于发展的方法计算了溃坝水流冲击下弹性挡板的流固耦合响应,得到了溃坝水流的自由液面和弹性挡板的运动行为,结果表明:自由液面演变和弹性挡板振动位移的计算结果与已有算法的结果吻合良好;在同等网格规模下,与已有算法相比本文方法可减少33.3%的计算时间;在水流冲击作用下,弹性挡板向冲击侧小幅弯曲。随后水流沿挡板左侧上升并形成射流,挡板向另一侧大幅弯曲。最后由于两侧流体的阻尼,挡板振幅逐渐衰减。

关键词：流固耦合自由表面流动流体体积(VOF)法快速动网格方法溃坝水流

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木基材料自上而下多尺度结构设计研究进展

力学学报 2024年第2期56卷 327-346页

作者：宋睿郑浩南宋建伟申胜平西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049

在全球气候变暖危机和“双碳”战略的大背景下,开发使用木基材料替代传统结构或功能材料,可以大大降低能源消耗,减少碳排放并增加碳封存量,对改善生态环境、实现绿色可持续发展具有重大意义.近年来,为了开发利用木质资源并提升传统木基... 详细信息

在全球气候变暖危机和“双碳”战略的大背景下,开发使用木基材料替代传统结构或功能材料,可以大大降低能源消耗,减少碳排放并增加碳封存量,对改善生态环境、实现绿色可持续发展具有重大意义.近年来,为了开发利用木质资源并提升传统木基材料的宏观性能,不少学者通过自上而下的“两步改性”策略实现了木材中从微观尺度到宏观尺度的多尺度结构设计调控,从而赋予了木基材料诸如高强度等不同的宏观性能,为开发设计可持续、绿色低碳的高性能木基材料开辟了新的天地.基于此,文章围绕木基材料中自上而下的多尺度结构设计策略进行了详细综述:首先简要概述了木材天然具备的跨尺度多层级结构,接着综述了微观尺度下木基材料中由纤维素主导的力学行为机制,其次从细胞壁工程的角度回顾了不同微结构调控策略以及得到的具有不同性能的木基材料,随后简要综述了近期木基材料的功能化应用新进展.最后总结了现有木基材料多尺度结构设计方面存在的不足并提出了相应的研究展望.

关键词：木材自上而下氢键微结构调控力学性能功能性

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