航空发动机滑油系统金属屑末在线监测技术

针对航空发动机滑油系统中金属屑末在线监测难、检测灵敏度低的现状,基于电磁感应原理,理论推导出了金属屑末通过传感器线圈引起的感应线圈输出电压的表达式,仿真分析了金属颗粒通过传感器时的输出电压,并通过相敏检波(Phase Sensitive Detection, PSD)技术对传感器感应线圈采集到的信号进行解调处理,以提高传感器的采集灵敏度。实验验证了在使用频率为80 kHz、幅值为±10 V的正弦激励信号对13 mm管径进行监测时,传感器对铁磁性金属颗粒的检测灵敏度为80μm,对非铁磁性金属颗粒的检测灵敏度为350μm;为感应式金属屑末传感器的设计提供了理论和技术支持,为航空发动机滑油系统中的金属屑末在线监测提供了技术保障。

剪切变后掠角变体机翼结构及柔性蒙皮设计研究

变后掠飞行器可以满足不同飞行条件下的气动要求,对变体机翼而言,蒙皮起到保证气密性以及提供承载的作用,因此在变体机翼的发展史中,可变形蒙皮的研究占据了重要地位。本文首先基于可变平行四边形机构,设计并研制了一种剪切变后掠机翼;然后提出了基于单向纤维增强的复合蒙皮结构,选取橡胶材料和纤维增强橡胶材料作为柔性蒙皮研究对象,建立了蒙皮变形的本构模型,并对柔性蒙皮进行了数值仿真分析与剪切变形试验。本文设计研制的机翼可以实现剪切变后掠功能;柔性蒙皮在剪切变形时,试验结果与数值仿真结果具有良好的一致性;纤维增强橡胶柔性蒙皮具有更优良的抗起皱和承载能力。

结构动力学模型确认问题的核密度估计方法

将核密度估计方法成功用于解决结构动力学模型确认的挑战问题,进一步明确模型确认在结构动力学中的实施过程。在美国圣地亚国家实验室提出的结构动力学模型确认挑战问题中,由于子结构与整体结构的弱非线性连接以及子结构个体差异引起的统计特性并不满足标准的概率分布,因此采用核密度估计方法建立子结构的概率模型,并使用核主元分析进行降维处理来提高核密度估计的计算效率;在子结构概率模型的基础上,使用校准试验数据对模型的准确度进行定性验证,同时使用确认试验数据对模型的精度进行定量评估;最后把确认过的子结构模型用于整体认证结构的评估以及最后目标模型的预测中,得到了与其他研究者相一致的结果。研究表明核密度估计方法是一种解决结构动力学模型确认问题的有效方法。

刚柔结构仿尾鳍压电双晶片无阀泵的实验研究

利用结构的摆动振动驱动流体单向流动,和传统的利用结构的不对称性形成泵功能的无阀流体驱动原理相比,具有更易于微小型化、效率高、流动脉动小、无回流等优势,而仿尾鳍振子端部的柔性尾鳍结构是高效泵水的关键部件。首先,通过无流量的压差测量法测得了柔性尾长在2~18mm范围内压差峰值随频率的变化关系;其次,利用激光多普勒测振仪测得了摆动振子在水中的振动模态,与压差实验结果进行了对比分析,确定了压差峰值与振子振型的对应关系;最后,通过对振子的分解,讨论了柔性尾鳍与振子主体部分的耦合关系,解释了最佳工作振型在振子主体部分二阶弯振附近波动的现象。结果表明：摆动振子工作在近似无限水域中,前3阶弯振均可测得压差;柔性尾长为4mm和6mm时,压差达到最大值55mm;不同柔性尾长的摆动振子取得最大压差时的工作频率,在无柔性尾鳍振子的二阶弯振模态频率附近波动。

不同温度下环氧/聚氨酯共聚物摩擦学性能的分子动力学模拟研究

为探究不同温度下共聚物的摩擦学性能,设计了分子比例为2:1和1:2的环氧/聚氨酯共聚物体系(2EP/PU和2PU/EP).通过分子动力学(MD)模拟,考察了共聚物在不同温度下的力学性能,结果表明在223、298和373 K时,2PU/EP的杨氏模量分别比2EP/PU提高了8.8%、7.1%和1.7%,主要归因于聚氨酯的线性结构增加了分子链的堆积密度,使得共聚物的密度增加,从而模量和强度相对较大.同时,建立共聚物与铁层的滑动摩擦模型,基于原子水平分析了材料的摩擦剪切性能.2EP/PU在223 K时的摩擦系数最低为0.067,比298和373 K时降低了近40%,而2PU/EP的摩擦系数在373 K时最低为0.105,在223和298 K时分别提高至0.112和0.115,且2PU/EP的摩擦系数高于2EP/PU,这与不同温度下聚氨酯的分子极性、共聚合物和铁层之间的相互作用以及范德华力等密切相关.

基于迭代学习控制算法的弹性板主动控制及实验研究

如何更高效地实现结构的实时振动控制一直是振动工程领域不断探索的问题,而作动器则是振动主动控制研究中极为重要的一环。该文从Hamilton原理及压电材料的力-电耦合本构方程出发,建立了线弹性压电体的有限元状态空间方程,在此基础上提出一种利用被控系统实时响应作为控制输入的迭代学习控制算法,通过MATLAB仿真验证了迭代控制对弹性板模型振动控制的有效性,此后基于NI Compact RIO及LabVIEW平台搭建了振动主动控制实验系统。在实验中,以弹性翼型板为对象,对比了速度负反馈方法与迭代学习控制方法的控制效率。验证结果表明,后者的抑振效率之于前者可提高超过62%。

基于次级通道在线辨识新算法的振动主动控制

提出一种基于改进滤波型最小均方(filtered-X least mean square,简称FXLMS)算法次级通道在线辨识方法,将其应用到结构自适应振动主动控制中。该算法可以消除主动控制环节和次级通道辨识环节相互影响,加快系统的收敛速度,并有效消除附加随机信号对待控制区域残余振动的影响,简化了系统算法的复杂度。将该方法基于LABVIEW进行振动控制仿真,从收敛性能和振动控制效果两方面进行比较,得出其改进优势。以简支梁为控制对象,用本研究方法进行结构振动主动控制的试验研究。结果表明,该控制系统对简支梁的振动响应有很好的抑制作用,说明该基于次级通道在线辨识的主动控制方法的有效性。

双向玻纤织物复合材料双轴拉伸载荷下的力学行为

为研究双向玻纤织物复合材料在复杂应力状态下的力学行为,设计双轴加载十字型试样,对其进行不同载荷比的双轴拉伸实验,对比分析了材料在双轴拉伸载荷下的拉伸模量、拉伸强度及失效模式。结果表明:双向玻纤织物复合材料单轴拉伸行为表现为后期非线性、脆性断裂,双轴拉伸载荷下非线性现象更为显著;双轴拉伸模量随载荷的增大而增加,双轴拉伸载荷对材料的拉伸模量具有一定的强化作用;材料的双轴拉伸强度存在双向弱化效应,等比例双轴拉伸时,双轴拉伸强度最低,仅为单轴强度的60.5%;试样破坏发生于中心实验区域,材料不同载荷比的破坏形式有所不同,分别主要表现为纤维断裂、基体失效和玻纤布分层。

磁流变阻尼器减振特性实验研究

以铝制圆筒自由梁为研究对象,建立了磁流变阻尼器振动实验系统,研究了磁流变阻尼器对结构振动特性的影响以及磁流变阻尼器的减振特性。比较了在有无磁流变阻尼器和阻尼器控制电压不同的情况下结构的频响函数,分别以正弦信号和随机信号对梁进行激励,测试了梁在阻尼器不同工况条件下的振动响应。研究结果表明:仅在较窄的频段内,磁流变阻尼器能够改变梁的振动特性,降低频响函数的幅值;在结构振动的低频区,磁流变阻尼器减振效果明显,在高频区对结构的振动响应影响不大。

风洞悬臂杆结构主动减振系统的研究

风洞测试时悬臂杆振动会影响测试数据的准确性,为了抑制悬臂杆振动,设计了基于压电驱动器的主动减振系统,提出了将人工神经网络与传统比例积分微分(proportion integration differentiation,简称PID)相结合的智能控制算法,实现了控制参数在线实时调整。对该控制系统的减振性能分别进行了地面试验和风洞试验,并与采用传统PID控制的试验结果进行对比。结果表明,神经网络PID控制下的振动收敛时间比传统PID缩短了50%,而且在不同风速和攻角下,悬臂杆系统的1阶模态振动均得到了有效衰减(衰减幅度>19dB),表现出良好的鲁棒性。

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在Abaqus有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。

工作模态控制解耦的塔形直线超声电机

针对现有塔形超声电机无法相互独立控制法向和切向振动等实际应用问题,提出了一种工作模态控制解耦的塔形直线超声电机。塔形电机设计有两个非共面的正交工作模态,分别为用于独立控制法向振动的x-z面内对称振动模态以及用于独立控制切向振动的y-z面内弯振模态。相应设计了压电陶瓷片的极化布置方案,即塔形电机的压电陶瓷片分为A,B两相,其中A相用于激励x-z面内对称振动模态,B相用于激励y-z面内弯振模态。通过对电机A,B两相相互独立控制就可以实现两个非共面正交工作模态的控制解耦。实验表明,在解耦控制条件下,当A相电压固定为400Vp-p,B相电压在0~400Vp-p变化时,电机运行速度与B相电压成正比,最大运行速度为420mm/s,最小运行速度为23mm/s。

V形防护结构研究综述

地雷爆炸是当今战场上装甲车辆及其乘员受到的主要威胁之一。在装甲车辆底部布设防雷底盘是提升装甲车辆防雷性能、保证乘员安全的重要措施。由于可兼顾车体机动性能和防护性能等多重因素,V形防护结构是现阶段具有较高可行性的结构形式。本文对现阶段V形防护结构的研究进展进行综述,介绍了防雷结构的设计理念,以及国内外学者对V形防护结构的研究现状,最后,总结了V形防护结构性能优化的几种常见措施。

基于EKF方法的橡胶隔震支座参数识别实验研究

采用Bouc-Wen模型建立橡胶隔震支座的非线性动力学方程,基于已有研究成果,缩减模型参数简化模型,建立不同数量参数的迟滞模型模拟橡胶隔震支座的非线性特性。对橡胶隔震支座进行振动台实验,基于测得的加速度信号和广义卡尔曼滤波(Extended Kalman filter,EKF)方法在线识别橡胶隔震支座的参数和位移。对不同参数数量的Bouc-Wen模型在不同地震波激励下,EKF方法识别得到的橡胶隔震支座模型参数一致,且识别的位移和实际测量得到的位移曲线吻合良好,验证了本文所得模型参数的有效性和准确性及模型简化的合理性,也证明了EKF方法在橡胶隔震支座参数识别中的有效性。

柔性剪切蒙皮支撑结构的拓扑优化

为了求解关于柔性剪切蒙皮支撑结构的多目标拓扑优化问题,提出了一种带有多重约束处理能力的位矩阵表示的非支配排序遗传算法。采用位矩阵作为遗传算法的染色体并引入基于矩阵操作的遗传算子,利用Ansys有限元分析获得结构质量、面内剪切性能和面外承载能力等目标。利用Matlab处理结构连通性和面内应变等约束并实现了基于矩阵的优化算法,获得了一系列可行的柔性剪切蒙皮支撑结构,在实际应用中可以根据需要选择合适的结构。从研究结果可以看出,该算法可以给多目标二维结构拓扑优化问题提供可行有效的解。

直线超声电机定/动子接触的微观力学模型

以直线超声电机定/动子接触的微观力学特性为研究对象,首先通过实验测试了定/动子接触表面的粗糙度和统计参数,并基于概率统计方法得到定子接触表面各点高度的概率分布函数,再通过伪随机数模拟的方法给出接触表面的模拟模型;然后利用赫兹微观接触模型,建立定/动子接触的微观力学模型;最后得到定/动子的预压力、接触变形量和实际接触面积之间的关系。研究有助于建立直线超声电机的整体动力学模型和分析其摩擦摩损特性。

浅埋炸药爆炸动力学研究进展

浅埋炸药爆炸是现代装甲车辆及其乘员的主要威胁。分析和探究浅埋炸药爆炸的作用机理及其影响因素是提升装甲车辆地雷生存能力、保障乘员安全的前提条件和重要基础。综述了目前国内外学者在浅埋炸药爆炸动力学方面的最新研究成果。首先介绍了浅埋爆炸动力学的研究方法,进而梳理了浅埋爆炸毁伤机理及其载荷传递规律。最后,针对本领域中相关研究工作给出了几点建议。

复合材料机械连接数值分析研究进展

数值计算方法可以有效解决工程实际中的力学问题,针对复合材料机械连接结构,根据有限元数值分析的一般流程,从力学建模、载荷计算、后处理分析及参数优化几个方面对当前复合材料连接性能方面的数值研究进行了总结,对影响复合材料连接强度的因素进行了归纳,列举了部分采用有限元方法进行湿热环境下的强度、疲劳分析的研究成果,最后对未来复合材料连接力学问题数值研究的方向提出了展望。

拍案惊奇:力学中美妙数学定理之诺特定理

诺特(Noether)定理建立了对称性与守恒定律之间的联系,是现代物理学与力学的基石之一。文中介绍了诺特定理提出的起因、定理的内涵及相关逸闻,说明了固体力学中J积分、艾西比(Eshelby)张量与诺特定理的关系。

大型飞机三维空间噪声的主动控制研究

三维空间的噪声主动控制技术是近年来噪声控制领域研究的一个热点问题,对于降低飞机或车辆里的噪声水平有很大意义。提出了一种对于噪声在三维空间里进行优化控制的方法,建立三维空间的几何控制模型,并且对几何模型进行区域划分,误差准则取所有区域的声压平方和,确定优化目标为误差准则取得最小值,计算出多点次级声源的强度。最后基于该方法设计的噪声主动控制系统进行数值仿真和实验验证,结果验证了该方法的正确性和有效性。