基于非线性渐进损伤模型的复合材料波纹梁耐撞性能研究

基于连续介质损伤力学,提出了一种包括层内和层间失效的非线性渐进损伤模型来预测复合材料波纹梁在轴向冲击下的失效行为。其中,层内损伤采用最大应力准则,并结合指数型损伤演化法则和刚度折减方法预测失效后的材料参数。层间损伤模型则采用了二次名义应力准则、基于混合模式能量的指数型损伤演化法则和黏性刚度折减方法建立。基于该模型,对典型的波纹梁结构参数和触发等对耐撞性的影响进行了研究。结果表明数值模拟结果与试验结果基本吻合,模型能够准确地模拟复合材料波纹梁在冲击过程中出现的分层、纤维和基体破坏等失效模式。波纹梁在破坏过程中吸收的能量、比吸能和载荷峰值随层数不断递增,降低高度和减小触发结构的截面面积均会降低载荷峰值。     

碳纤维增强树脂基复合材料中激光脉冲能量对超声L波的影响

利用不同激光脉冲与碳纤维树脂基复合材料相互作用产生的瞬态热效应激发超声纵波(L波),分析激光脉冲能量对L波的影响.试验结果表明,激励声波的幅度直接与脉冲的能量相关,在高能量区的纵波幅度明显比在低能量区的大,缺陷的存在明显影响L波的存在和幅度.     

波阵风中的弹性飞机动力学建模与仿真

爆炸产生的波阵风以超声速或声速传播，且携带了高能扰动能量，它会对飞机产生显著的扰动作用甚至破坏作用。本文阐述了爆炸波阵风的模型，定义了波阵风与飞机的作用方法。将波阵风对飞机的作用折算为下洗效应，采用亚声速偶极子格网法，推导了波阵风对飞机的非定常激励力计算公式，基于此建立了波阵风中的弹性飞机动力学模型，提出了波阵风中的弹性飞机动响应仿真流程。数值仿真结果表明：波阵风激励力计算方法有效，能满足工程实践需求；在质心处，弹性飞机与刚体飞机的动响应差异不大；在翼尖区域，由于气动弹性效应，弹性飞机与刚体飞机的动响应结果有显著差别；波阵风的激励能量主要集中于1 Hz以下，在构建弹性飞机动力学模型时可以忽略振动频率比较高的弹性模态。     

搭接长度对CFRP-Al双搭接接头应变分布和失效模式的影响

首先,采用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与Al制备不同搭接长度双搭接胶接试验件,利用万能试验机进行拉伸试验,获得载荷-位移曲线和胶接接头失效形貌。然后,依据试验数据,基于连续损伤力学模型和3D Hashin失效判据模拟CFRP层合板损伤与演化,使用内聚力模型模拟胶层和基体损伤,获得CFRP层间应力分布与截面应力分布曲线。最后,在此基础上分析不同搭接长度下双搭接接头载荷-位移曲线与接头破坏模式,研究CFRP内部铺层应力分布对失效形貌影响,探究不同搭接长度下双搭接接头破坏机制。结果表明：搭接长度由20 mm增加至40 mm时,胶接接头力学性能显著提高;搭接长度大于40 mm后,搭接长度对力学性能的影响逐渐减弱。拉伸载荷导致90°纤维附近基体的1和2方向应力较大,产生应力集中,接头发生剪切与剥离破坏。双搭接接头失效过程为一侧发生剪切与剥离破坏,接头转变为单搭接结构,之后瞬间发生失稳,较大的剥离力使接头另一侧发生破坏。     

40SiMnCrNiMoV钢在撞击应力波作用下的动态断裂特性

本文研究了40SiMnCrNiMoV 钢在撞击载荷作用下,撞击应力波引起的动态断裂特征。应用 HHS—2X 扫描电镜观察到,撞击应力波造成材料破坏的微裂纹成核胚芽是三角形、箭矢形、楔形、正方形和长方形等规则形状孔洞,还观察到这些孔洞按照应力波在材料内部反射、干涉、叠加后按一定波形的排列形式以及这些孔洞扩展成裂纹的形状。本研究提供了撞击应力波在材料中如何反射、干涉和叠加的实际过程和真实图像,初步把撞击应力波造成的微观破坏形式和位错理论建立了联系,从而把一定波长的应力波产生的断裂主应力和位错运动产生的微观裂纹成核胚芽所消耗的能量联系起来,这就为用位错来描述金属材料的本构关系提供了一定的实验依据。     

飞机壁板结构的声疲劳计算及试验

 <正> 飞机结构所承受的噪声载荷声压级超过130dB时,经较长时间激励,往往在噪声诱导应力较大的区域里产生疲劳破坏。而在各种类型的结构件中声疲劳破坏的相对发生率以蒙皮壁板结构为最高。 本文采用矩形铝合金平板来模拟蒙皮壁板结构,对其进行了声疲劳寿命计算与试验研究.     

基于结构声强法的机匣振动能量传递特性

为了分析在转子不平衡力激励作用下机匣上纵波、剪切波、扭转波以及弯曲波所携带的瞬态与稳态振动能量的分布规律和传递特性，将结构声强法拓展成矩阵的形式应用到航空发动机领域。建立了转子不平衡力作用下的双转子-支承-机匣耦合模型，通过由有限元工具和自编译程序组建的计算系统，求解并可视化了在高低压转子不平衡力激励作用下机匣瞬态与稳态的总结构声强场以及不同类型振动波的结构声强场。此外，通过运动方程推导并分析了结构声强与结构振动特性之间的内在物理关系。结果表明，机匣上纵波振动能量穿过法兰边后沿其周向传递，而剪切波和扭转波所携带的振动能量则可以穿过法兰边沿机匣轴向传递；支板上的振动能量首先以弯曲波的形式传递到机匣上，振动能量在机匣上沿主要路径传递过程中会发生不同类型振动波相互转换的现象；结构声强通过结构的动能变化率、应变能变化率以及阻尼耗散等能量参数与结构振动特性产生内在物理联系，对结构振动的控制本质上就是对振动能量流的控制。研究结论可为航空发动机机匣以及整机减振提供一定理论指导。     

复合材料风扇叶片高周疲劳薄弱点位置预测

提出了一种复合材料风扇叶片高周疲劳薄弱点位置预测方法。利用铺层信息文件,在ACP(ANSYS Composite Pre-Post)中通过壳单元法向拉伸建立全尺寸风扇叶片有限元模型,基于ANSYS-Workbench和Tecplot底层函数接口,开发的后处理程序完成铺层叶片有限元数据提取和数据库建立。根据复合材料CLD(constant life diagram)模型,采用薄弱点指标来预测叶片高周疲劳失效的位置。算例结果表明:叶片失效位置高度均不超过整个叶高的40%。1阶弯曲模态、1阶扭转模态、2阶扭转模态最先失效应力为层间正应力,2阶、3阶弯曲模态、弦向弯曲模态最先失效应力为层间切应力。叶片弯曲模态层间正应力薄弱点位于弦向中部;扭转模态振动应力幅值点全部为结构层,S3薄弱点靠近尾缘。压缩平均应力会导致叶片的高周疲劳破坏,具有较小静应力值的区域会成为薄弱点。      

复合材料的干涉配合铆接

分析了复合材料结构采用干涉配合技术存在的工艺困难，利用应力波铆接设备对碳纤维复合材料进行了干涉配合铆接试验，并对铆接质量进行了检测分析。结果表明，应力波铆接可以产生合适的干涉量，能提高初始破坏挤压强度；不会造成复合材料的安装损伤     

激光清洗铝合金表面复合漆层作用机制

采用纳秒脉冲光纤激光器在3种不同扫描速度（900、720、540 mm/s）工艺条件下，对2A12航空铝合金表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验，研究了不同激光扫描速度对清洗效果的影响。实验表明，当900 mm/s时，面漆全部去除，底漆部分去除；当720 mm/s时，底漆余量进一步减少，氧化膜显露；当540 mm/s时，漆层基本除净，但部分氧化膜破坏，基材外露。研究发现，清洗过程形成了“烧蚀-等离子体冲击-烧蚀”除漆机制交互作用的特点，烧蚀会引起漆层中功能性氧化物粒子和面漆着色剂脱漆沉积，凹坑为主要清洗特征；等离子体冲击主要发生在凹坑间隔区间，其产生的爆轰波主要对漆层产生破坏或去除作用；烧蚀和等离子体冲击一方面会触发瞬态加热膨胀除漆机制，使残余漆层发生应力碎裂或剥离；另一方面将使残余漆层受到热影响，导致部分自由基发生位置重排和置换。     

关于驻波能量的图示法分析

为了使学生更好地理解驻波的能量只在局部区域内流动、没有沿某一固定方向传播这一重要特点,在驻波的能量教学过程中,首先推导出驻波的波腹和波节处媒质质元的能量表达式,再尝试采用图示法定性分析驻波相邻的波腹和波节之间的能量相互转换。图示法具有形象直观、学生易于理解的优点。     

典型舰载预警机复飞特性

舰载预警机复飞时,需要通过加大发动机推力提高飞行速度,从而增加其升力以使航迹下沉量减少,避免与舰尾相撞。在分析舰载预警机复飞准则的基础上,通过建立舰载预警机着舰复飞时的非线性动力学方程,计算分析了不同速度、不同下沉率时舰载预警机的复飞轨迹和复飞边界。仿真结果表明:适当的复飞决策距离和较大的发动机推力,可保证舰载预警机安全复飞。     

凹面腔内二维激波会聚特性研究

为了研究凹面腔内二维激波会聚的特性,设计、建立了二维激波会聚冷态实验系统,进行了二维激波会聚冷态实验,结果表明:当射流入口宽度增大时,相同射流入射压力下,喷入凹面腔内的射流强度增大,导致凹面腔内的激波会聚强度增强,从而压力脉动幅值增大,频率也随之增大.数值模拟了二维冷态激波会聚过程,从模拟结果中的压力和频率上看,模拟结果与实验结果基本上是吻合的.     

气流出口型面对凹面腔内激波聚焦起爆的影响

为提高两级脉冲爆震发动机工作的可靠性,探寻强化凹面腔内激波聚焦起爆爆震波的方法,通过数值模拟,采用氢气作为燃料、空气作为氧化剂,探讨了3种凹面腔气流出口型面及出口面积对激波聚焦起爆的影响。结果表明:采用垂直出口壁面有助于提高凹面腔内的激波聚焦起爆压力和温度,使起爆时刻提前,随着出口面积的减小,激波聚焦峰值压力有较大的提高;但效果不如垂直壁面,随着倾斜壁面出口面积减小,起爆点的压力和温度只有小幅度增加,起爆时刻基本无变化;采用弧形出口壁面,不能对向凹面腔底部传播的激波产生反射强化作用,不能有效起爆爆震波。对比3种出口壁面型面,垂直壁面能更有利于凹面腔内的能量聚集,强化激波聚焦起爆爆震波。      

基于波叠加法高速列车单车通过隧道诱发压力波计算方法

通过分析列车通过隧道过程中压力波的产生机理,并根据近年来国外学者提出的基于经验计算特征波的简单隧道内压力波计算方法,得出了隧道内和列车上任意时刻压力可以看作是多个特征波的叠加的结论,把压力波的计算问题就转化为特征波的叠加问题,建立了隧道压力波的波叠加计算方法。计算与国外实车试验结果吻合良好,通过与试验数据和特征线法计算结果的对比,证明了本文所建的叠加法计算压力波的方法的正确性和可行性。随后研究了阻塞比、车速和隧道长度的影响特性,验证了本文所建方法具有良好的预测结果。     

不断发展的毫米波对抗技术

介绍了毫米波（MMW）技术在电子对抗中的应用，指出了毫米波技术的优势，分析了毫米波技术固有的抗干扰特点，叙述毫米波技术在应用中存在的问题和今后需采取的措施以及发展方向。     

波转子增压循环发动机技术

首先介绍了波转子和波转子增压循环发动机的基本概念，然后回顾了波转子技术的发展历史，最后介绍了国外波转子增压循环发动机的研究和发展现状。     

液体离心喷嘴中的静态表面波

为了探讨液体离心喷嘴中静态空间波动现象的物理本质,在经典理论的基础上分析了液体离心喷嘴中喷口处表面波的相速度和平均轴向速度的相等关系,通过结合CICSAM表面捕捉技术在自适应网格中求解耦合VOF方程的N-S方程组的数值模拟,在旋转轴对称的长喷口模型中获得了不同背压下的空间静止波型。数值模拟结果与经典重力波理论的类比表明:表面波有与液体平均轴向速度大小相等方向相反的相速度;波动由喷嘴的过渡段台阶激励起;波动能量传播速度小于相速度使波动在台阶后的喷口段显现。     

凹面腔内的激波会聚冷态实验

为研究两级脉冲爆震发动机中激波聚焦起爆技术,研制了激波会聚起爆原理样机,建立了整套实验系统.利用三维激波会聚起爆原理样机,开展了导流角度、气流出口面积、尾喷管扩张角、凹面腔与射流入口间距离等对凹面腔内气动振荡频率和压力影响的冷态实验研究.结果表明:导流角增大,气动振荡频率增大;气流出口面积减小,气动振荡频率增大,凹面腔底部动态压力脉动幅值增大;喷管扩张角度增大,气动振荡频率数目增多;随着凹面腔与环形射流入口间的距离L增长,气动振荡频率降低,凹面腔底部动态压力脉动幅值降低.      

舰载飞机复飞决策技术研究与实时可视化仿真

以准确进行舰载飞机复飞决策为目标，开发了基于飞机小扰动动力学模型及简化的终端飞行状态预估方程的两种复飞决策系统，并对两种复飞决策系统进行了性能比较，仿真结果表明，所研究的复飞决策系统可及时提供指令，有效地引导飞机复飞，保障了着舰导引的安全，此外，还从工程应用的角度出发，开发了具有复飞决策功能的自动航母着舰系统的实时可视化仿真平台。