电磁多尺度和非线性效应分析

微观尺度上的结构和电接触特性对于宏观尺度上的电磁特性具有重要的影响.针对多尺度结构的非线性无源互调(PIM)无法用频域方法直接计算的问题,提出了基于Floquet理论的全波方法,对具有周期性微观结构的多尺度电大尺寸问题进行计算,从而准确地计算其电特性.此外,将产生非线性的金属结的等效电路模型引入到全波分析方法中,通过全波方法与等效电路方法相结合的方式来分析多尺度结构的无源互调问题.数值计算结果表明该方法可以有效地评估微观结构对于宏观结构电性能的影响,并解决了时域方法求解电大尺寸微波部件产生的计算累积误差较大这一难题.      

基于单胞代理模型的热弹性点阵结构优化方法

三维点阵材料是一种具有多尺度特性的新型轻质多功能材料，其有千变万化的微结构和高孔隙率，通过设计其细观尺度特征可以获得优良的宏观性能。为了发挥材料与结构的最大设计潜力，提出一种热弹性点阵结构优化方法。在材料细观研究尺度上，实现了三维点阵材料等效热弹性性能预测，利用周期性边界条件下的代表体元法进行数值求解，利用径向基函数代理模型构建细观结构和宏观材料性能的数学关系，并进行了预测误差验证，证明了所提方法具有良好的精确度。在结构宏观研究尺度上，建立了以等效材料填充的结构优化模型，考虑了热力载荷作用，以单胞等效性能代理模型作为材料插值模型，提出最小应变能热弹性点阵结构优化数学模型。在典型三维算例中得到了细观结构变密度分布的优化结果，结构热刚度在一定体积约束下显著提高，证明了所提方法的有效性。     

多尺度特征融合的Anchor-Free轻量化舰船要害部位检测算法

反舰导弹对舰船要害部位的精确打击能力是精确制导武器的关键技术之一。针对反舰导弹导引头对舰船要害部位检测精度低、特征提取能力不足,预测框的处理降低检测速度等问题,提出了一种多尺度特征融合的Anchor-Free轻量化舰船要害部位检测算法。由于舰船要害部位检测数据具有多尺度、多角度特性,引入多尺度特征融合模块,综合利用不同感受野的检测信息,优化特征提取;利用高效轻量化注意力机制改进Hourglass结构中的跨层连接,提升检测精度,降低算法总参数量;使用迁移学习有效提升算法收敛效果。在建立的舰船要害部位检测数据集和公开的PASCAL VOC数据集进行实验,检测准确率分别提升了4.41%和5.57%,分析算法参数与运算量,设计了模块消融实验,论证了所提算法的有效性。     

拉形条件对镜面蒙皮成形质量的影响

在充分考虑滑移带出现与成形件贴模度的基础上,通过分析拉形速度、毛料几何尺寸、模具几何参数、润滑方式对成形质量的影响,确定了合理的飞机镜面蒙皮拉形条件.结果表明,改善板料变形的均匀性,延缓滑移带出现,增加成形面内材料的变形程度,是制定最优工艺参数、提高成形质量的主要措施.     

丝束同轴冷阴极电子束熔丝特性及TC4成形组织

针对热阴极电子束轴侧熔丝与丝束同轴冷阴极电子束熔丝方法的特点进行分析,研究了丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造熔滴过渡特点及获得滴状过渡和搭桥过渡方式需要满足的条件。采用直径2 mm的TC4钛合金丝材制备出丝束同轴冷阴极电子束熔丝增材制造的钛合金试样,对其微观组织进行分析,结果表明:与常规热阴极电子束轴侧熔丝成形的工艺相比,丝束同轴冷阴极电子束熔丝成形试样的组织表现为等轴晶与柱状晶层层交替叠加的状态,柱状晶与等轴晶尺寸明显减小,表明成形试样的晶粒细化,力学性能得到提高。      

2024-T3航空铝合金板材电磁V形弯曲应变分析

金属塑性成形后的应变特征影响零件的力学性能和使用寿命。电磁成形技术能提高金属的成形性,有助于克服铝合金室温成形性低的缺点,因而得到重视。本文以2024-T3航空铝合金板为研究对象,开展了电磁V弯成形和传统机械V弯成形的实验及数值模拟,研究了2种成形方法对弯曲成形试件V形弯曲圆角位置沿试件长度方向的应变特征的影响。数值模型表明,电磁V弯试件弯曲圆角处的拉应变峰值低于机械V弯试件;电磁V弯实验件的拉应变峰值比机械V弯试件低13.9%。同时,与机械V弯试件相比,电磁V弯试件有更大区域的金属材料参与了弯曲变形。      

高分七号卫星结构尺寸稳定性设计与验证

尺寸稳定性是高分七号卫星(GF-7)结构设计的重要使命。针对GF 7结构尺寸稳定性设计需求,开展了影响因素分析,并针对分解指标给出了适用于航天器结构的尺寸稳定性设计和验证流程。首先,在整星结构构型设计的基础上,通过灵敏度分析确定了结构选材方案。随后,针对尺寸稳定性关键件一体化支架,提出了热控设计和结构设计方案。最终,通过舱段级热稳定性试验获得了结构平均热膨胀系数等结构稳定性关键参数,利用经试验结果修正后的有限元模型开展了卫星在轨热变形分析并验证了指标的可实现性。结果表明,GF-7结构设计满足载荷安装面指向变化亚角秒级的尺寸稳定性指标要求。     

铝合金拉形粗晶临界预应变曲线的建立及应用

粗晶是铝合金蒙皮多道次拉形中常见的成形缺陷.根据实际蒙皮拉形过程和变形状态,按照"预拉伸-淬火-微观组织分析"的流程,对2024-O铝合金板材进行了不同应变路径下的试验,建立了晶粒大小和热处理前预拉伸量的关系.采用网格应变测量技术,确定了不同应变路径下的粗晶临界预应变,建立了粗晶临界预应变曲线.应用该曲线对蒙皮拉形过程进行了有限元分析,从而控制粗晶的产生.     

面向数字化技术支援的数字样机逐层轻量化技术

直观的三维模型有助于提高民用飞机远程维修支援的效率和准确度,但由于计算机辅助设计系统产生的模型数据量通常比较巨大,三维数字样机的轻量化成为了很大的挑战.基于对格式转换与模型简化这两种轻量化方法的分析,提出了基于单元数据量的数字样机逐级轻量化的方法,将全机的三维模型进行不同简化程度的轻量化处理,并且提出了基于失真度判据的层级化管理方法,按照模型结构树对简化率高的失真模型与具有细节特征的无损模型进行逐级的加载与使用.实例验证表明所提出的方法有效减小了网络传输的数据量并保留了模型必要的细节特征,使在互联网中快速访问全机三维模型得以实现.     

松质骨微观骨小梁结构的生物力学综合分析

股骨松质骨具有骨小梁的微观结构特性,影响了股骨的整体力学性能,找到适当的单元形状与骨小梁分布特点可以有效地进行股骨生物力学特性分析．采用不同结构的微观骨小梁单元模型分析各单元的生物力学特性,并采用快速成形样件力学实验和有限元分析相结合的方法,对由不同骨小梁单元及不同分布形式构成的股骨模型进行生物力学分析,找到了较好的微观骨小梁单元模型及总体布局形式,获得了快速成形样件实验分析与有限元分析2种结果的综合分析,并应用于股骨松质骨建模．所获得的微观单元优化结构可以有效地应用于仿生结构材料的制造．      

基于跨尺度特征聚合网络的多尺度行人检测

行人的空间尺度差异是影响行人检测性能的主要瓶颈之一。针对这一问题,提出了跨尺度特征聚合网络（TS-FAN）有效检测多尺度行人。首先,鉴于不同尺度空间呈现出的特征差异性,引入一种基于多路径区域建议网络（RPN）的尺度补偿策略,其在多尺度卷积特征层上自适应地生成一系列与其感受野大小相对应的候选目标尺度集。其次,考虑到不同层次卷积特征在视觉语义上的互补性,提出了跨尺度特征聚合网络模块,其通过横向连接、自上而下路径和由底向上路径,有效地聚合具有语义鲁棒性的高层特征和具有精确定位信息的低层特征,实现对卷积层特征的增强表示。最后,联合多路径RPN尺度补偿策略和跨尺度特征聚合网络模块,构建了一种尺度自适应感知的多尺度行人检测网络。实验结果表明,所提方法与当前一流的行人检测方法TLL-TFA相比,在整个Caltech公开测试数据集上（All:行人高度大于20像素）的行人漏检率降低到26.21%（提高了11.94%）,尤其对于Caltech小尺寸行人子数据集上（Far:行人高度在20~30像素之间）的行人漏检率降低到47.30%（提高了12.79%）,同时在尺度变化剧烈的ETH数据集上的效果也取得显著提升。      

含孔隙缺陷三维五向编织复合材料偏轴拉伸力学性能分析

针对孔隙缺陷对材料力学性能的重要影响,在材料细观模型中引入随机分布的孔隙缺陷,研究了含孔隙缺陷三维五向编织复合材料的偏轴拉伸力学性能。基于2种典型编织角试件,讨论了孔隙率对材料正轴力学性能的影响,通过与实验数据对比,确定了材料的孔隙率。结合周期性边界条件施加偏轴拉伸载荷,获取了不同偏轴角度下材料的应力-应变曲线,并预测了材料的强度性能。模拟了典型偏轴角度下材料的细观损伤起始、演化过程,分析了材料的失效机理,为其他复合材料结构孔隙缺陷问题及偏轴载荷问题数值分析提供了一定的参考。      

基于光学测量的大型天线测试方法研究

提出了一种基于光学照相的电磁场数值计算测试电大尺寸天线辐射特性的新方法. 根据光学照相实测大型天线的形面三维坐标计算出天线表面电流分布, 利用物理光学计算得到天线远场方向图和增益. 采用该方法得到的海洋二号校正辐射计观测天线和充气天线的辐射特性与平面近场测试结果的对比验证了其具有足够的准确性. 该方法具有快速、灵活的特点, 可以推广到电大尺寸天线测试.      

闭截面型材的拉弯成形性

拉弯是型材的基本成形方法.截面畸变是型材拉弯成形中的常见缺陷,并对型材的回弹和变薄有交叉影响,型材拉弯成形性的分析评估远比板材成形复杂.提出了型材拉弯成形性的概念,建立了矩形截面型材拉弯成形性分析模型,基于有限元数值模拟研究了截面结构、相对高度和壁厚分布等几何参数对拉弯成形性的影响规律,从提高拉弯成形性出发提出了型材截面优化设计的原则.      

三维点阵结构等效热分析与优化方法

为了实现三维点阵结构高效、准确的热传导分析,基于热力学原理,推导了点阵结构的热传导等效计算公式,提出了热传导等效分析模型的建模方法。运用等效建模方法,建立了点阵结构的等效有限元模型,通过对比非等效有限元模型的计算结果,证明了等效有限元模型热传导分析的高效性与准确性。针对功能与性能要求下的点阵结构优化设计问题,结合所提出的热传导等效分析方法给出了点阵结构优化方法并建立优化数学模型,利用混合整数序列二次规划（MISQP）算法进行迭代计算,得到了最优设计方案,使点阵结构在满足均热性能约束的同时质量得到了降低。      

碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置,制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体,测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律,并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响.结果表明:热隔膜成型过程中,采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合,可保证预浸料温度的分布均匀性;成型温度过低时,预浸料粘性大、层间滑移能力差,导致预成型体拐角处出现纤维褶皱,并且内部孔隙偏多;预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近,则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷,因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内.     

静载荷作用下金属橡胶失效判据及耐久性试验

金属橡胶(MR)材料由于其出色的阻尼性能广泛应用在各种减振、隔振、抗冲击结构系统中,掌握其失效判据和准确预测其耐久性是关系到整个系统能否安全可靠工作的重要问题。针对MR构件在静载荷持续作用下的失效判据和耐久性展开了试验研究。结果表明:从结构尺寸变化量和力学性能蜕变量2个方面定义MR的失效判定参数合理可行,通过确定阈值可判定MR是否失效并给定耐久寿命。随保载时间的增加,MR的失效评定参数(结构尺寸变化量和力学性能蜕变量)呈现明显的阶段性变化,能分别反映MR材料内部微观结构及受力状态随持续静载荷的变化。在本试验中,无论保载载荷大小,MR结构在总试验时间未表现出结构尺寸失效。而MR保载载荷的增大会显著削弱其力学性能耐久寿命,导致割线模量蜕变量过大,MR构件表现出力学性能的明显失效。      

基于三维特征设计的二维工程图的自动生成

主要研究了基于参数化特征造型系统("金银花"系统)中二维工程图中的视图布局及图形处理的基本原理及实现方法,重点介绍标准视图和剖视图的生成原理.与传统的二维绘图系统不同,本文的一个特点是由三维模型自动生成二维工程图的视图布局及尺寸标注,实现三维模型与二维图形的双向关联,既修改二维图形,三维模型也会随之改变,反之亦然.     

基于激光三角法的CBN杯形砂轮表面形貌检测

分析了常见的砂轮表面形貌检测方法的局限性,阐述了激光三角法的基本原理.在此基础上,提出了激光三角法检测砂轮表面三维形貌的方法和装置,利用它可以对砂轮表面进行扫描测量,得到表面各点的三维坐标,随后通过origin软件的绘图功能和数据分析功能得到砂轮表面的三维形貌图和单个砂粒的三维尺寸.在实验中,得到了在航空发动机叶片磨抛中使用的60#杯形CBN砂轮表面0.5 mm×1.6 mm面积的三维形貌图,某单个磨粒宽度为209.1 μm,磨粒切刃突出高度为17.3 μm.该结果与用美国WYKO的白光干涉三维表面形貌仪测量结果之间的误差为1.00%左右,这说明所采用的激光三角法测量砂轮表面三维形貌是可行的.      

高超声速飞行器热防护系统尺寸优化设计

以热防护系统厚度方向几何尺寸为设计变量,热防护结构质量为优化目标函数,以航天器主结构温度极值为约束条件建立了优化模型。采用外部调用NASTRAN进行非线性瞬态有限元热分析,应用复合形法作为优化工具进行全局寻优。针对该问题结构几何形状是变量的特点,采用文件接口的方法实现了设计变量与有限元模型的关联以及有限元分析结果与优化工具的数据交换。