烧蚀型热防护系统概率设计与可靠性评估方法研究

为在保障热防护系统可靠性的前提下减轻重量,本文建立考虑多源不确定性的烧蚀型热防护系统的概率设计和可靠性评估方法。采用有限元方法计算系统热响应,通过试验测试与数值模型对比验证方法的有效性。并构建热防护系统的不确定性输入参数与目标输出的代理模型,基于代理模型与蒙特卡洛方法进行热防护系统目标变量的概率特性分析。采用Sobol指标对不确定性参数进行灵敏度分析,并以系统可靠性为指标进行概率设计。该方法针对来流、几何以及材料属性等多源不确定性进行热防护系统的概率设计与可靠性评估,以二维平板模型为例,计算热防护系统最高背温的概率特性以及不确定性参数的灵敏度,得到了不同涂层厚度情况下系统的可靠性。结果表明,与安全系数 n =1.5的设计相比,概率设计减重达到24%。

基于在线课程建设的翻转课堂实践——以复合材料力学课程为例

在信息化大爆炸的背景下,以复合材料力学课程教学为主要对象,基于其教学现状以及存在的困难和问题,分析了在线课程建设的重要性和必要性;提出和探讨了基于在线课程(MOOC)的翻转课堂教学实践的教学模式,旨在提高复合材料力学的授课效率,具有现实意义。

失谐整体叶盘的改进子结构建模方法

针对复杂失谐叶盘结构振动分析中的计算效率问题,提出一种改进的子结构建模及分析方法。根据整体叶盘结构的几何特征,将其划分为轮盘及叶片子结构。然后,对叶片-轮盘交界面均匀选取减缩自由度;通过转换矩阵将减缩自由度转换为子结构的内部自由度。最后,使用子结构模态综合法完成减缩自由度的凝聚,建立整体叶盘结构的减缩模型。以某型整体叶盘为例,利用改进的子结构分析模型,在典型危险工况下评估了结构的失谐水平。研究结果表明该方法在确保计算精度的前提下能够高效求解随机失谐整体叶盘的振动响应。

基于振型节径谱的失谐叶盘结构动态特性评价

基于叶盘结构振型的离散傅里叶变换,给出振型节径谱的定义。对于一个简化的叶盘结构,利用节径谱的概念对失谐叶盘的动态特性进行了评价和分析。在固有特性方面,基于节径谱改进了模态局部化因子的定义,得到了随机失谐叶盘的模态特性的统计特征;在响应特性方面,基于振型和激励节径谱的相似程度定义了模态激励因子,很好地解释了随机失谐程度的"阈值"效应和最优人为失谐的存在性。算例表明,节径谱是衡量的振型空间分布的重要指标,在失谐叶盘结构动态特性分析和评价中有着重要的应用。

航空发动机失谐叶盘动态特性研究进展

航空发动机叶盘结构中不可避免存在的失谐会严重影响发动机的结构完整性和可靠性,国内外针对这一问题进行了大量深入的研究。详述了失谐叶盘建模、模型减缩、动态特性分析及评价等方面的研究现状,重点介绍多级叶盘和几何失谐叶盘的建模和动态特性分析等方面的最新研究进展,并对失谐叶盘未来研究方向进行了预测。

失谐周期结构的鲁棒分析模型

周期结构动态特性对失谐参数的敏感程度可以用系统的鲁棒性参数来衡量。文中建立了失谐周期结构的物理模型,通过线性分式变换将失谐参数作为反馈引入到系统中,基于状态空间和传递函数建立失谐系统的鲁棒分析模型,并结合结构奇异值建立了失谐周期结构鲁棒分析框架。通过简化叶盘结构的算例说明了失谐周期结构鲁棒分析的建模过程,并计算了系统的结构奇异值。结果表明,基于本文方法所建立的模型可以方便地进行失谐周期结构的鲁棒性分析。

刚度随机失谐叶盘结构概率模态特性分析

基于典型叶盘结构的集中参数模型和Monte Carlo数值计算,分析了刚度随机失谐叶盘结构的概率固有特性.给出了叶盘结构的扇区两自由度集中参数模型,计算并说明了其基本频率结构特性,根据叶盘结构模态振动物理背景,提出了一个定量表征模态振型局部化程度的指标-模态局部化因子,分别计算了不同随机刚度失谐叶盘结构固有频率和模态振型局部化的统计特性,讨论了失谐因素的影响规律等.研究表明,叶片和耦合刚度的失谐影响的频率区间有着明显的不同,并在其影响频段内模态局部化因子会出现"突变"的现象.

失谐叶盘振动模态局部化定量描述方法

基于实际叶盘结构失谐振动模态局部化的基本特性和物理含义,提出了三种模态振型局部化程度三定量描述方法,并利用这三种模态局部化因子进行了典型叶盘结构失谐振动模态局部化程度的定量确定。讨论了典型叶盘结构失谐振动模态特性。分析说明和实例计算表明,相应的局部化因子计算过程简单、物理意义明确,可以有效定量确定实际叶盘结构的叶片失谐导致振动模态产生局部化的程度。

刚性陶瓷瓦热防护系统概率设计分析方法

针对高超声速飞行器中广泛应用的陶瓷瓦热防护系统,结合有限元法和蒙特卡洛模拟建立了其概率热分析系统,提出了刚性陶瓷瓦热防护系统尺寸概率设计方法。建立了刚性陶瓷瓦热防护系统的二维有限元模型,考虑了热传导系数、比热容和表面辐射率等材料属性参数以及热防护系统各层厚度的不确定性,得到系统温度场的概率分布特性和系统热防护性能对各参数的灵敏度,并对系统的热可靠性进行了评估。算例表明:文中提出的方法对热防护系统设计过程中合理确定陶瓷瓦厚度和在保证系统性能的前提下有效减轻重量具有指导价值。

分支电路压电阻尼系统的分析模型和基本特性

首先利用Hamilton原理推导了分支电路压电阻尼减振系统分析模型的一般表达式。然后,分别研究了具有电阻型、电感型、电阻-电感并联型和电阻-电感串联型分支电路的压电阻尼单自由度系统减振问题的分析模型,进行了相应的幅频特性的数值仿真,讨论了它们的基本特性及电学和机械参数变化对系统响应的影响等问题。最后给出结论以及今后要研究的问题。

分支电路压电阻尼系统频域分析方法

首先通过定义具有一般特性的无量纲电阻抗 ,推导出了分支电路压电阻尼减振系统频域特性描述的一般表达式。然后 ,由该一般表达式分别得到了相应于电阻型、电感型、电阻 /电感并联型和电阻 /电感串连型分支电路压电阻尼系统的频响表达式。最后 ,进行了电阻 /电感串连型分支电路压电阻尼系统频响特性的数值仿真 。

功能梯度材料结构热力耦合概率分析方法

基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)对热应力的随机时间历程进行变量减缩,进而构建Kriging代理模型。结果表明,陶瓷材料的热导率和热膨胀系数不确定性对结构的热响应有很大的影响;将POD方法用于热应力时间历程预测能显著提高Kriging代理模型的精度和效率;提出的概率分析方法能够同时考虑多种随机因素对功能梯度材料热响应的影响,并验证了该方法的准确性和有效性,为功能梯度材料及其结构的设计和灵敏度分析提供了参考。

基于重要抽样法的热防护系统热可靠性评估方法

热防护系统的可靠性直接影响到高超飞行器的安全性和结构完整性。为提高热防护系统可靠性分析的效率,在之前研究的基础上提出了基于重要抽样(Importance Sampling,IS)的热可靠性评估方法,给出了该方法的具体实施流程和评价方法,有效解决蒙特卡洛法(Monte Carlo method,MC)对于低失效概率问题分析效率过低的问题。以典型的非烧蚀热防护系统为例,在考虑材料、几何尺寸不确定性的情况下进行了热可靠性分析,验证文中方法的有效性。计算结果表明,要得到同等置信度的失效概率结果,重要抽样法所需的抽样次数仅为传统蒙特卡洛法10%,大大提高了可靠性分析的效率。

澳大利亚国立大学等离子体推进研究

介绍了澳大利亚国立大学在等离子体推进领域的发展历程、技术特色及其工作原理(螺旋波双层推进器—Helicon double layer thruster、双阶段4层栅格离子发动机—Dual stage 4 grid thruster、口袋火箭—Pocket rocket),主要装置及其特征参数(WOMBAT—Waves on magnetized beams and turbulence、WOMBAT XL、Chi Kung、Piglet)、诊断设备及其典型结果 (射频补偿朗缪尔探针、发射探针、B-dot磁探针、迟滞场能量分析仪、高灵敏度动量测量摆)以及研究成果、人才队伍、项目来源和国际合作等情况,并结合在等离子体推进领域的研究现状以及研究中遇到的科学技术问题,给出了针对性的建议和思考。

基于压缩感知的整体叶盘多模态振动叶尖定时信号重构方法

叶尖定时测量技术是近年来发展的一种非接触式旋转叶片振动监测方法,具有非入侵性的优点,但是该系统测得的振动信号通常是欠采样的。为了能够重构叶尖定时欠采样信号,根据压缩感知理论以及叶尖定时采样原理引入了叶尖同步振动信号稀疏模型以及叶尖振动信号重构方法。对整体叶盘有限元模型进行瞬态分析得到叶尖振动信号,使用优化的正交匹配追踪算法以及基追踪对欠采样信号进行重构并和传统方法进行对比。计算结果表明:在信噪比为30dB的噪声环境下,限制频域的正交匹配追踪算法(OMP-RFD)可以准确地识别出叶尖振动信号的主要频率成分。最后使用试验所获得的叶尖振动信号进行重构,验证了OMP-RFD算法有效性。综上可知:压缩感知方法可以很好地应用于叶尖定时测量装置中,能够使用较少传感器识别叶尖同步振动欠采样信号参数,有效提高噪声环境下识别高阶频率的成功率以及准确度。

溶剂热法合成三维花瓣状石榴石型固态电解质及其在固态聚合物电解质中的应用

石榴石型固态电解质由于具有离子电导率高、对金属锂稳定、成本低等一系列优点而被认为是最具应用前景的固态电解质材料体系之一,针对石榴石型电解质及其复合电解质的研究快速发展,然而,石榴石型电解质的合成方法研究较少,特别是具有特征微观形态的石榴石型电解质的研究鲜有报道。本工作首次报道了溶剂热法合成三维花瓣状石榴石型固态电解质(Li_(6.25)Al_(0.25)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO),该合成方法主要涵盖两个步骤:第一步是镧-铝-锆甘油酸球的合成,第二步即是立方石榴石的成相。继而对比研究了三维花瓣状与纳米颗粒石榴石型电解质在聚氧化乙烯(PEO)固态聚合物电解质中的应用差异,结果表明,添加质量分数为10%的纳米颗粒LLZO的复合固态电解质的室温(25℃)离子电导率为1.45×10^(-5 )S/cm,与之对比,同样添加量的三维花瓣状LLZO的复合固态电解质的25℃离子电导率高达5.59×10^(-5) S/cm,说明了该新奇的三维花瓣状石榴石型电解质的优越性,为其在固态锂电池中的应用打下基础。

融合式叶尖结构变化对风力机叶尖区域流场及噪声场的影响研究

针对模型尺寸风力机提出不同折角的融合叶尖结构形式,为了探索其叶尖区域流场和噪声场的影响,采用混合网格布局的CFD数值计算方法,利用LES模型和FW-H声学类比算法对不同尾迹中紧密相关的流场和噪声场的演化规律进行分析。结果表明:由于受到融合式叶尖结构的影响,叶尖涡的产生位置较原始设计叶轮条件下均明显向X轴负向移动,且叶尖涡影响的流场高梯度区域的范围呈逐渐缩小。又由于不同叶尖结构叶轮随折角的变化,造成叶尖涡向径向外移动,所对应的基频声压级值局部峰值位置也发生规律性外移。同时,具有融合式叶尖结构的叶轮的尾迹监测点处的基频声压级较原始叶轮对应声压级均有所降低,表明该融合式叶尖结构能影响叶尖涡的形成位置和强度,且具有一定的降噪性能。此外,因为该验证测试的风洞为非声学风洞,以及实测声压值是基于时域响应的平均值,而模型计算中采用尾迹流场对应的瞬态值,所以计算值和实验值偏差较大,但其呈现的频谱变化趋势一致,说明该研究能为设计高效低噪的小型水平轴风力机提供理论参考。

《飞行动力学与控制》项目导入任务驱动教学改革实践

本文针对研究生《飞行动力学与控制》课程开展项目导入任务驱动教学改革实践进行研究,提出以项目大作业作为前置导引、将项目分解为多个实践任务的教学思路。在教学实践中,首先应开展任务教学,以小组互评和教师评析的方式,梳理和总结上次任务实践结果,并讲解下次任务求解思路,然后开展理论教学,最后以学生小组形式在课后完成实践任务,形成任务引导、理论反馈和教师为主导、学生为主体的教学设计,发展过程考核与结果考核、项目评价与理论考试相结合的课程评价方法。实践结果表明,小组互评和教师评析环节的引入能够降低学生学习背景和实践能力差异的影响,帮助学生顺利完成项目实践,学生项目实践水平与理论知识理解掌握水平成正比。本文所述教改实践方法可以实现工程实践技能和理论知识学习的相互促进,教学效果优良,可推广到更多航空航天研究生专业课程的教学实践中。

氧化石墨烯辅助低温液相法合成石榴石型固体电解质

固态锂电池有望解决传统锂离子电池的安全性问题,并且能实现更高能量密度。作为具有应用前景的石榴石型固体电解质材料,其纳米粉体的制备技术研究具有重要意义。针对石榴石型固体电解质纳米粉体存在合成温度高、粉体团聚、粉体颗粒尺寸大等关键问题,提出了一种氧化石墨烯辅助的低温液相法合成石榴石型固体电解质的技术策略。该策略的主要思想是首先利用氧化石墨烯表面带有负电荷的特性,吸附石榴石金属阳离子,避免多分散聚集体的形成;然后再利用氧化石墨烯纳米片的物理分隔,在低温合成条件下,实现分散性较好的石榴石型固体电解质纳米粉体的制备。实验中,以氧化石墨烯作为模板材料,结合化学共沉淀方法,制备了石榴石型锂离子固体电解质材料。系统研究了煅烧温度、氧化石墨烯含量、煅烧气氛等对石榴石型固体电解质制备的影响。实验结果表明:当氧化石墨烯的最佳添加量为1%时,可以在较低温度(650℃)下获得单一石榴石立方相的固体电解质材料Li6.5Mg0.05La3Zr1.6Ta0.4O12。继而对比研究了添加1%氧化石墨烯与未添加氧化石墨烯对石榴石型固体电解质纳米粉体形貌及尺寸的影响,揭示了氧化石墨烯纳米片在石榴石型固体电解质纳米粉体制备中的积极作用。固体电解质烧结片的室温离子电导率约为2.5×10-4S·cm-1,为其在固态锂电池中的应用打下了基础。

应用于随机失谐叶盘振动分析的代理模型研究（英文）

蒙特卡洛方法常被用来获得随机失谐对叶盘振动响应的影响,但该方法计算负荷大。本文应用多项式响应面和Kriging代理模型预测失谐叶盘的幅值放大因子。为进一步提高预测精度,这里采用期望提高的Kriging方法来处理随机失谐与幅值放大因子之间复杂的非线性关系。采用失谐叶盘集中参数模型来验证文中代理模型的有效性。计算结果表明,期望提高的Kriging模型的失谐响应预测精度要远高于多项式响应面。