高应变率下的玻璃钢力学性能的实验研究

利用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆研究了国产环氧玻璃钢和聚脂玻璃钢在平均应变率约为１０＾３ｓ＾－１下的动态力学性能，给出这两种材料在冲击压缩下的弹性模量和能量吸收率，为新型飞行保护头盔的设计提供了材料的实验依据。     

腔式宽光谱高吸收比标准器研制及测试分析

为解决高吸收比极端量值溯源难题，基于腔式吸收器光陷阱作用，研制了吸收比达0.999以上、光谱范围为300～1 100 nm的腔式宽光谱高吸收比标准器并进行了性能测试。设计了圆柱圆锥形、球形和不同直径带螺纹圆柱形等腔式吸收器，使用Fred软件，基于Gouffe法和蒙特卡罗法对吸收率进行模拟，使用铝合金材料制作了内壁分别喷涂航空黑漆和电镀纳米涂层的两套实物，对实物进行了吸收比性能测试，分析研究不同形状和尺寸腔体对吸收率的影响。腔吸收器吸收率测试结果表明，腔口开孔直径为25 mm,内壁涂有吸收率为0.970的航空黑漆或纳米铜的球形腔和圆柱圆锥形腔更高，在300～1 100 nm波段范围平均吸收率达0.999以上。     

金属泡沫材料力学行为的研究概述

对金属泡沫材料力学行为的研究文献进行了简要综述,重点介绍了最近几年该领域研究工作的进展,其中也包括国内学者在该领域的一些工作.这些工作主要讨论了金属泡沫材料的拉伸、压缩、能量吸收、动态冲击、失效准则、本构关系、蠕变、疲劳和断裂等力学性能.最后,给出了对该领域工作的一些展望.      

头盔冲击信号自动测试分析系统

头盔冲击试验是检验头盔防碰撞性能的一个重要手段,本文从工作原理、系统硬件结构和信号分析原理几方面详细说明了头盔冲击信号自动测试分析系统,并针对冲击信号持续时间短暂(20ms)和AD转换器采样率较高(10kHz)的特点,介绍了本系统所采用的特殊电路和程序思想。经国家级标准计量单位标定,本系统与标准系统相比,其精度和重复性均在1％以内。自1987年7月开始使用以来,已进行上千次试验,实践证明其性能稳定,达到设计要求。     

微重力条件下泡沫复合相变材料蓄热装置数值仿真

相变材料由于相变过程中吸收或者释放大量能量且过程近似等温这一特性而有巨大的应用潜力,将相变材料蓄热装置应用于航天器是维持航天器内各个单元工作温度的一种有效方法.提出一种基于正二十烷的相变蓄热结构方案,分别填充泡沫铜与泡沫碳作为基体材料来强化相变材料的传热性能.通过对该模型进行数值仿真计算,得到相变蓄热装置温度、固液相界面位置随时间的变化等有效数据,分析泡沫相变蓄热材料在微重力条件下相变界面的演变过程.结果显示,得益于其较高的导热系数,泡沫复合相变材料可将热源热量有效分散到其他区域,减缓热源面温度上升速度,并且降低重力变化对传热的影响.所得数据结果为泡沫复合相变材料的工程应用提供了科学依据.      

飞行过程中头盔对飞行员颈部损伤的影响

为研究飞行过程中不同头盔对飞行员颈部损伤的影响,基于头颈部多刚体动力学模型,对急转弯及稳定盘旋飞行工况下4种头盔情况开展了动力学分析。得到了不同头盔作用下颈部肌肉力、椎间力、力矩及颈部损伤指数N_ij的变化规律,对不同头盔作用下的颈部损伤风险进行了评估。结果表明:所建立的头颈部模型与实验结果较为吻合,可以用来进行仿真模拟分析;相同飞行工况下,B头盔的佩戴使得头部质心前移,增加了颈部前屈时斜方肌的肌肉力;对于同一颈椎节段,B头盔的轴向压缩力最大,而C头盔导致的后伸力矩最大;在所有的计算工况中,上下颈椎的颈部损伤指数N_ij均小于0.5,满足航空领域的安全要求;B头盔和C头盔的质量相近,而B头盔质心位置靠前,C头盔靠后,说明头盔质心的前后位置会对颈部的损伤产生重要影响。研究结果可为飞行员头盔的设计优化及其对颈部损伤的影响提供研究支撑。      

不同增长机制下航空网络自愈特性

结合复杂网络理论,从能量的角度分析了航空网络的功能自愈机理,并研究了航空网络在不同增长机制下的自愈特性。首先,将网络结构划分为自愈结构与耦合结构,并针对航空网络3种增长机制进行了分析和抽象建模;然后,从网络全局角度出发研究了美国航空网络在遭受蓄意攻击造成全网功能瘫痪的情况下,网络功能的恢复鲁棒性和网络增长对网络自愈能力的影响。研究表明,美国航空网络具有较好的恢复鲁棒性,接近80%的机场在受到能量冲击造成的短暂失效后具有功能自愈能力。航空网络不同的增长机制对网络的自愈能力有着不同的影响。结果证实,为完善航空网络而建立的机场群,由于其较大的连接需求,加大了网络区域密度,复杂了网络拓扑结构,降低了网络的自愈能力;而小型机场的增加不会影响网络整体的自愈能力。      

泡沫子弹撞击刚性靶板的理论模型

Taylor撞击常用于测试材料的动态屈服强度。泡沫压缩密度与压缩应变的关系对泡沫子弹Taylor撞击的理论分析起着重要的作用。本文通过引入塑性泊松比,得到了泡沫压缩密度与压缩应变的准确关系,进一步建立了可压缩泡沫子弹撞击刚性靶板的理论模型。当塑性泊松比为常数时,文中建立的泡沫受压后密度比的一阶泰勒展开式可以退化到已有模型。当塑性泊松比为塑性应变和子弹相对密度的函数时,相对密度会影响泡沫子弹的冲击响应历程及最终变形,但对撞击持续时间影响较小。同时,初始速度也会影响子弹最终变形和撞击持续时间。本文的理论工作可以为分析泡沫材料的动态力学行为提供有益指导。      

航空座椅适坠性评估与分析方法

为了研究某航空座椅在坠撞环境下的结构响应特性,针对座椅和假人耦合系统,提出了航空座椅适坠性评估与分析方法。首先根据航空座椅结构特点,提出了合理的模型简化方法,建立了座椅的有限元模型,并将有限元模型和50分位Hybrid Ⅲ型多刚体假人模型耦合。然后按照适航条例规定的通用飞机乘员座椅动态试验方法和资格要求对此乘员座椅系统进行了适坠性仿真分析,在仿真中考虑了客舱地板变形的影响,得到了典型冲击载荷下座椅各部件的变形方式和能量吸收情况,以及假人的各项伤害指标。分析结果表明:在水平冲击环境下,乘员座椅系统受到的损伤更严重;过于刚硬的靠背调节机构会加大椅管梁前端的塑性变形;客舱地板变形加剧了座椅结构破坏,相对于俯仰变形,客舱地板滚转变形造成的破坏更大。为了提高适坠性能,提出了座椅结构的设计改进方案。      

蒙皮热辐射特性对平流层浮空器氦气温度影响

分析了平流层球形超压浮空器在运行高度所受的各种环境辐射,研究浮空器处于热平衡状态时辐射传热、对流换热的作用规律,建立了浮空器的热平衡模型,分析太阳辐射、地面反照、地面辐射等环境辐照因素对浮空器全天各个时刻蒙皮材料和内部氦气平均温度影响,对比了吸收率、发射率和吸收发射比等辐射参数对浮空器热性能的影响.分析结果表明:具有低吸收发射比的蒙皮材料具有较好的热控效果;对于吸收发射比相同的蒙皮材料,具备低吸收率特性的蒙皮材料热控效果更为明显,更适用于长航时平流层超压浮空器.分析结果对浮空器蒙皮材料选择和总体设计具有指导意义.     

两种增强泡沫塑料静动态力学性能的比较

通过静、动态压缩实验对两种增强聚氨酯泡沫塑料的压缩力学性能进行了研究，分析了两种材料应力－应变曲线的特点，并比较它们的应变率敏感性和动态加载时的能量吸收特性，实验结果表明：玻璃纤维束增强聚氨酯泡沫塑料具有不同于单丝玻璃纤维增强泡沫塑料的力学性能和变形破坏机制，单丝玻璃纤维增强泡沫塑料具有较好的增强效果。     

含泡沫镍中间层陶瓷/不锈钢接头微观组织和性能

连接温度850℃,保温时间60 min,用泡沫镍金属作为中间层真空钎焊Al₂O₃陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）分析钎焊接头的微观组织,利用剪切实验检测接头的力学性能。实验结果表明,不添加中间层时,接头平均剪切强度只有7.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷侧;添加泡沫镍中间层时,接头平均剪切强度达到101.7 MPa,断裂位置发生在陶瓷与泡沫镍金属连接界面处。不添加中间层时,Ti元素主要分布在钎料与陶瓷以及钎料与不锈钢反应界面处;添加中间层后钎焊接头中Ti元素主要分布在中间层,与Ni元素形成TiNi₃,Ag、Cu和Ti元素分布更加均匀。      

各向异性随机泡沫模型的弹性性能分析

为了利用随机模型来分析泡沫材料微结构的各向异性对其力学性能的影响,在各向同性的Voronoi随机泡沫模型基础上,通过引入胞体生长速度的差异,得到各向异性的开孔和闭孔随机泡沫模型.利用有限元方法对模型的弹性性能进行了数值分析,得到相对杨氏模量和泊松比同各向异性尺寸比的关系,并和理论预测结果进行了对比分析.结果表明,建立的开孔和闭孔随机泡沫模型能较好地反映泡沫材料的各向异性力学性质;且开孔和闭孔泡沫的各向异性力学性能均与泡沫材料的相对密度有关.      

泡沫塑料拉伸力学性能的研究

对高密度泡沫塑料进行了拉伸实验,研究了材料的拉伸力学性能,并考虑了应变率效应和温度效应.实验结果表明:高密度硬质聚氨酯泡沫塑料在拉伸加载下应变率效应不太明显,但温度效应却十分明显.在拉伸加载下泡沫塑料具有明显的脆性变形特征,其应力-应变曲线存在明显的非线性.此外, 文中对泡沫塑料的模量和强度进行了理论预测, 预测值与实验值基本一致.     

低密度闭孔金属泡沫压缩屈服行为的数值模拟

对低密度闭孔金属泡沫的变形过程进行数值模拟是研究泡沫材料力学及失效行为的重要手段.基于Kelvin多倍胞体模型和有限元方法数值模拟了低密度闭孔泡沫铝的压缩变形的过程,给出了压缩变形曲线并确定了压缩屈服强度.在计算过程中,考虑了材料非线性和几何非线性效应以及胞体倍数对应力-应变关系的影响,并采用理想弹-塑性和线性强化弹-塑性两种材料本构关系来考察其对于泡沫铝非线性压缩力学行为的影响.结果表明,有限元计算的结果与一些文献的理论工作有较好的一致性,但是比实验值偏大.     

玻璃纤维束增强聚氨酯泡沫的拉压力学性能

通过对普通聚氨酯泡沫塑料和纤维束增强聚氨酯泡沫塑料的准静态拉伸和压缩实验,研究了不同密度和纤维束质量填充比对材料力学性能的影响.实验观察表明,拉伸试件沿垂直载荷方向断裂,呈脆性破坏特征;而压缩破坏试件表面存在着斜向裂开的小块体.实验结果表明,纤维束增强泡沫塑料的应力-应变曲线具有与普通泡沫塑料相同的特征;纤维束能够有效提高材料的模量和强度;材料密度越大,纤维束和树脂基体的体积含量越高,增强效果越好.     

栅格翼展开等效试验方法研究

为了在运载器真实飞行前对栅格翼展开过程和系统力学性能进行考核,针对现有模拟试验方法不能有效模拟飞行工况栅格翼在气动力作用下展开过程及该过程对壳体和栅格翼的冲击的问题提出了一种等效试验方法,试验结果表明具有很好的可行性和有效性,为后续类似试验提供了有益的参考。     

栅格翼展开等效试验方法研究

为了在运载器真实飞行前对栅格翼展开过程和系统力学性能进行考核,针对现有模拟试验方法不能有效模拟飞行工况栅格翼在气动力作用下展开过程及该过程对壳体和栅格翼的冲击的问题提出了一种等效试验方法,试验结果表明具有很好的可行性和有效性,为后续类似试验提供了有益的参考。