复合材料加筋板冲击后损伤容限研究

研究复合材料加筋板受冲击后的损伤演化具有较高的工程应用价值。首先,以某型无人机拟应用的复合材料加筋壁板(T300/BA9913)为研究对象,对其进行低速冲击试验;在壁板中央处和肋与壁板胶结处进行冲击,其冲击能量取6.67 J/mm,测量凹坑深度和分层损伤面积。然后,应用商业软件ABAQUS,编写相应的VUMAT子程序对冲击损伤进行模拟,软件中采用适宜的材料模型、单元种类并建立不同属性的接触,把基于应变的三维Hashin准则运用于复合材料单层板的损伤失效准则中去。最后,运用基于断裂韧度的连续的刚度退化方针对材料的刚度折减。将所建立的冲击模型的模拟结果与冲击试验数据进行对比,证明了冲击模型的有效性和准确性。     

采用主流FPGA的数字电路在线生长进化方法

采用主流FPGA器件构建了在线进化平台,提出了一种适合较大规模数字电路在线进化的生长进化方法。该方法模拟植物生长机理进化以解决进化速度缓慢问题,采用增长验证评估方法取代传统的穷举式验证评估方法来解决在线验证评估难题;应用免疫遗传算法克服遗传算法的早熟收敛问题;采用多参数级联十进制整数编码方法缩短染色体长度;采用生长进化方法成功地进化出了16位加法器和8位乘法器。对比实验结果表明,采用生长进化方法无论是进化出的电路规模,还是进化速度均优于传统的直接进化方法。     

涡扇发动机进口畸变条件下的优化控制规律

提出了一种满足涡扇发动机不同进口畸变要求的控制规律.在涡扇发动机低进口畸变条件下通过提高增压比来提高性能,在高进口畸变条件下降低增压比并辅助导叶角调节以提高发动机裕度.根据不同的进口畸变条件下的裕度要求,提出了带边界缓冲区的差分进化算法(DEBZ),在包线内优化获取发动机增压比及导叶角控制规律.结合模型、控制器和控制规律完成涡扇发动机全包线仿真.仿真结果表明:采用该控制规律在畸变指数为2的条件下,涡扇发动机推力性能能够提高8%以上,而在畸变指数为8的条件下,涡扇发动机的可用裕度可以满足稳定要求,同时推力性能能够提高1%以上.      

1 种航空发动机增广模型的建立方法

精确完整的发动机线性模型对于现代航空发动机控制系统的设计与故障诊断至关重要。提出了1种用差分进化算法提取包含发动机主要特征量及其执行机构状态变量的增广发动机状态变量模型的方法,其状态变量包括发动机转速、执行机构位移、速度、控制压力等特征,并包含了执行机构的输入饱和限制,与实际系统相一致。仿真结果表明:利用该方法建立的增广发动机状态变量模型与非线性模型动态响应过程吻合良好且稳定终值一致,可用于具有工程应用价值的控制器设计及包含执行机构的发动机故障诊断。     

一种基于微观组织演化的率形式本构模型

为建立塑性变形中微观组织演化与宏观响应的关系,依据定义的率扩散势导出了考虑温度影响的率形式流动应力方程,修正了Chaboche非线性各向同性硬化准则以考虑位错密度演化对硬化的贡献,以位错密度为内变量建立了位错密度演化模型,提出了一种基于微观组织演化机理的率形式本构模型。以927℃钛合金Ti-6Al-4V热单拉实验数据为基础,通过遗传算法确定了模型材料常数。将计算结果与实验数据进行比较,最大应力误差在12%以内,最大晶粒尺寸误差在4%以内,证明了模型的有效性。     

低轨Walker星座构型演化及维持策略分析

针对低轨(LEO)Walker星座构型维持问题,分析在地球非球形引力和大气阻力摄动下卫星的运动规律及星座构型演化特性。结果表明,低轨Walker星座构型发散主要体现在由初始轨道参数不一致引起的轨道高度衰减和相位漂移,国内首例低轨Walker星座实测轨道数据验证了理论分析的正确性。结合星座任务特性与构型发散特点,提出了基于基准卫星的相对相位维持策略,选取一颗卫星作为基准卫星,使星座中其它所有卫星相对于基准卫星的相位漂移量累加值最小,通过对目标卫星实施一次相对基准卫星的轨道高度抬升/降低,维持星间的相对位置关系。实际工程应用表明了此策略的有效性,不仅降低星座构型维持的复杂度及频次,节约燃料,且轨控时间短,为我国今后卫星星座的构型维持提供参考。     

改进差分进化算法求解多成像卫星调度问题

针对多成像卫星联合调度规划建模难度大和求解复杂度高等问题,通过分析成像卫星的成像过程和工作原理,将成像卫星调度过程分为调度预处理、任务规划和调度优化3个阶段。在调度规划过程中,建立了多星联合调度约束满足最优化模型,采用启发式算法思想,定义了个体适应度评估函数,设计了任务冲突消解方法,提出了一种改进的差分进化算法。在此基础上,采用一些确定性规则对调度规划方案可行解进行了评估和二次优化。结果表明:提出的成像卫星调度问题求解方法能够有效地分配卫星资源,生成优化的调度方案。设计结果也能够为卫星系统最优化设计和效能评估提供必要的决策支持。     

K42O2高温合金激光选区熔化成形微观组织研究

为了实现激光选区熔化成形(SLM)这项新工艺在液体火箭发动机高温合金结构上的推广应用,明晰其强化机理以及研究相应的热处理制度,对激光选区熔化快速凝固条件下组织形成及演化规律、第二相析出特点进行了分析和讨论.采用SLM成形K4202镍基高温合金试样,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等理化分析手段,将基于ANSYS生死单元技术的温度场数值模拟结果和经典凝固理论相结合,揭示了其组织特征及演化规律:沉积态表现为外延生长柱状晶,层间可见层带组织,顶部出现转向枝晶和二次枝晶臂,γ'强化相和碳化物的析出受到抑制.     

TC11钛合金片层组织热变形行为及组织演变

通过热压缩试验研究了具有初始β转变组织的TC11钛合金在两相区800～980 ℃和应变速率0.001～0.1 s-1范围内的热变形行为和组织演变.分析了该合金在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征.动力学分析获得该合金在两相区变形的应力指数和变形激活能分别为4.42和490.8 kJ·mol-1,说明变形主要是位错的滑移和攀移过程.分析变形组织认为,片层组织的球化和弯折是两相区变形应力软化的原因.温度和应变速率严重影响片层组织球化过程的进行,980 ℃,0.001 s-1和0.01 s-1,以及950℃,0.001 s-1条件下变形有利于片层组织球化过程的充分进行.900～980 ℃,0.001～0.1 s-1球化过程中,变形到稳态的等轴α直径与温度补偿应变速率参数Z呈对数线性关系.     

Interior Evolution of Mercury

The interior evolution of Mercury—the innermost planet in the solar system, with its exceptional high density—is poorly known. Our current knowledge of Mercury is based on observations from Mariner 10’s three flybys. That knowledge includes the important discoveries of a weak, active magnetic field and a system of lobate scarps that suggests limited radial contraction of the planet during the last 4 billion years. We review existing models of Mercury’s interior evolution and further present new 2D and 3D convection models that consider both a strongly temperature-dependent viscosity and core cooling. These studies provide a framework for understanding the basic characteristics of the planet’s internal evolution as well as the role of the amount and distribution of radiogenic heat production, mantle viscosity, and sulfur content of the core have had on the history of Mercury’s interior. The existence of a dynamo-generated magnetic field suggests a growing inner core, as model calculations show that a thermally driven dynamo for Mercury is unlikely. Thermal evolution models suggest a range of possible upper limits for the sulfur content in the core. For large sulfur contents the model cores would be entirely fluid. The observation of limited planetary contraction (∼1–2 km)—if confirmed by future missions—may provide a lower limit for the core sulfur content. For smaller sulfur contents, the planetary contraction obtained after the end of the heavy bombardment due to inner core growth is larger than the observed value. Due to the present poor knowledge of various parameters, for example, the mantle rheology, the thermal conductivity of mantle and crust, and the amount and distribution of radiogenic heat production, it is not possible to constrain the core sulfur content nor the present state of the mantle. Therefore, it is difficult to robustly predict whether or not the mantle is conductive or in the convective regime. For instance, in the case of very inefficient planetary cooling—for example, as a consequence of a strong thermal insulation by a low conductivity crust and a stiff Newtonian mantle rheology—the predicted sulfur content can be as low as 1 wt% to match current estimates of planetary contraction, making deep mantle convection likely. Efficient cooling—for example, caused by the growth of a crust strongly in enriched in radiogenic elements—requires more than 6.5 wt% S. These latter models also predict a transition from a convective to a conductive mantle during the planet’s history. Data from future missions to Mercury will aid considerably our understanding of the evolution of its interior.