微纳米压痕测试技术:发展与应用

近年来,具有高精度、高通量的微纳米压痕测试技术,已被广泛应用于研究微/纳米尺度下材料力学性能演化规律和变形行为中。然而,在航空航天材料试验测试领域,令研究人员更感兴趣的往往是如何更好地揭示材料工程性能,更好地理解材料在服役环境下变形损伤机制。因此,接近材料真实服役环境（如高/低温、电/磁场）下的微纳米压痕测试系统更具应用潜力。首先对传统的微纳米压痕测试技术进行回顾总结,涉及测试系统的组成、经典分析理论方法及其面临的尺度/尺寸效应。然后,简要描述典型磁电弹性材料在力-电-热-磁多场耦合环境下接触力学行为的解析模型,并着重阐述面向材料实际服役环境下的压痕测试技术的典型应用,包括高/低温纳米压痕测试和电/磁场耦合条件下的纳米压痕测试应用。最后,讨论了目前发展所面临的主要问题和挑战,这对微纳米压痕测试技术的进一步发展和先进应用具有重要意义。     

基于物理原型的结构疲劳寿命评估方法

结构所受的真实载荷历程是实现疲劳寿命监控的核心。本文面向结构疲劳寿命在线监测提出了一种基于物理原型的疲劳载荷的反演和寿命评估方法。通过对潜在疲劳危险部位附近的应变场监测,依据结构疲劳危险部位的物理原型,反演结构所受外载荷;然后按照结构疲劳寿命分析方法获得结构的疲劳寿命。完成了一个耳片疲劳寿命在线监测试验,结果表明了本方法的可行性和有效性。     

螺旋孔电解加工多物理场耦合机理研究

基于建立的三维多相流模型及间接耦合多物理模型(热电耦合和热流耦合),以螺旋孔电解加工为研究对象,对电解加工间隙中的电场、流场、温度场进行分析,掌握间隙参数变化规律,包括间隙电解液的流速与温度、间隙氢气气泡率分布、材料表面电流密度分布等。进而对影响材料去除的主要因素——电导率进行研究,确定了电导率在整个加工间隙内的变化规律及其对材料去除的影响,并提出了增加电解液出口背压以改善工件材料去除的一致性。最后,在搭建的实验平台上进行螺旋孔电解加工实验,验证了所提方法的正确性。     

石英挠性加速度计热固耦合仿真分析

采用有限元仿真与物理实验相结合的方法,初步探索温度对石英挠性加速度计的热致变形误差影响规律,为提高其测量精度和工作稳定性奠定基础。根据石英挠性加速度计的结构特点和工作原理,建立有限元仿真模型,进行瞬态热仿真,得到石英挠性加速度计温度场分布;为检验热仿真结果的可靠性,设计物理实验测定石英挠性加速度计关键点的温度变化情况进行验证,结果表明在表壳内某点实验测试温度与该点仿真温度吻合较好。在此基础上,再进行热与变形耦合仿真,重点分析摆片组件变形对石英挠性加速度计标度因素的影响,为加速度计误差分析提供理论依据。     

基于故障物理的航空电子设备高可靠性评估

传统的基于事后统计的可靠性评估手段已不能满足高可靠性航空电子设备的设计需求。文章提出在产品的设计阶段应用一种基于故障物理的可靠性评估方法,以某型大气数据计算机为研究案例,将环境载荷模拟施加于产品数字模型上,提取应力信息,进行潜在故障机理分析和相应的故障物理模型确认,以及累积损伤分析,最后得到产品的故障前时间以及故障率和可靠度函数。结果表明,该方法与实际可靠性试验结果有较好的近似度。     

基于舵面位置反馈的实用非线性控制分配方法

针对飞机在自主起降、大迎角飞行时力矩系数与舵面偏角之间的非线性和耦合性问题,以无尾飞翼飞机(TFWA)为对象,提出了一种实用新型的基于舵面位置反馈的非线性控制分配方法。该方法通过舵面位置反馈,在期望三轴力矩系数中除去前一拍舵面偏角产生的非线性三轴力矩系数,从而将非线性控制分配问题转化为线性控制分配问题来求解。证明了该方法具有一致渐近稳定性,且其稳态误差为0,并分析了该方法的可行性。通过与序列线性规划、序列二次规划和遗传算法等非线性控制分配方法进行数字仿真对比,突显了该方法精度高、解算快的特点;同时对该方法进行了基于伪逆法、不动点迭代方法和相邻面搜索方法的数字仿真,说明了其处理非线性控制分配问题的有效性。以TFWA、F18等为对象,在xPC-DSP半物理仿真平台上验证了该方法具有通用性强、实时性好的优点。      

风力发电机故障预测半物理仿真系统设计

设计了一种利用电信号进行风力发电机故障预测研究的半物理仿真系统,对系统的工作原理、硬件构成以及软件设计方法进行了描述。利用MATLAB仿真和实际数据处理实例,研究了风力发电机在非可控自然风况下快速傅里叶变换和小波变换等传统方法和新的方法处理电功率中非平稳故障信号实现故障预测的可行性和有效性。结果证明在难以获得实际风场数据的情况下,该方法是一种具有实际意义的研究风力发电机故障预测的方法。     

火星表面风沙物理过程及沙尘暴的起动风速

通过建立风吹动地表沙粒运动的模型并根据大气湍流边界层风速廓线规律,计算了火星上沙尘暴的起动风速和沙尘暴发生时空中悬浮沙尘粒径的大小,并对沙粒从地面跳起进入气流的方式进行了验证.发现当大气为中性层结时,火星沙尘暴的起动需要离地面2m高处的风速达到28.7m·s-1.在起动临界风速下,地表沙粒需要滚动一个粒径的距离才能跳起,沙尘暴发生后,火星大气中悬浮沙尘的粒径小于30μm.      

中国

航天医学基础与应用国家重点实验室通过科技部验收 4月10日上午,我国首个航天医学基础与应用国家重点实验室在北京航天城通过科技部验收,这标志着我国初步建立技术先进、特色鲜明的航天医学研究体系。为航天员在太空健康飞行提供了重要支撑。     

18参数广播星历分析研究

针对18参数广播星历模型对混合星座（包含GEO（地球同步轨道）、IGSO（倾斜地球同步轨道）、MEO（中地球轨道））的拟合精度和稳定性问题,利用摄动理论中的分析方法研究18参数广播星历模型新增参数的物理意义,通过数值仿真比较分析18参数模型与16参数模型对混合星座的拟合精度和稳定性。分析研究表明,新增2个参数可以较好地逼近轨道变化的长周期项,相同拟合弧长的拟合精度比16参数提高了50%左右,但受短周期项影响,拟合不够平稳,同时由于轨道变化特征的差异,对GEO和IGSO卫星的拟合不如MEO卫星稳定。数值仿真结果表明,要保证稳定性必须增加拟合弧长,但拟合精度会有一定下降,18参数条件下,MEO卫星选用3h拟合弧长能保持很好的稳定性,GEO和IGSO卫星则需要选择5h拟合弧长。