专刊/专栏

高超声速飞行器界面多相催化数值研究进展

杨肖峰, 李芹, 杜雁霞, 刘磊, 桂业伟

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25908

2021, (12): 625908-625908.

摘要

随着未来临近空间高超声速飞行器高速度、长航时新需求的提出，飞行器高温流动与热防护系统相互作用凸显，引发极端力学、热学条件下气固界面多相催化等高温界面效应。回顾了高超声速飞行器中界面多相催化理论建模和数值研究历程，重点综述了界面多相催化的给定速率系数模型、含微细观特征的唯象模型、基于微观理论模拟的跨尺度模型的研究进展。总结了作者团队在飞行器界面多相催化效应建模、机理和应用相关方面的研究结果。结合未来飞行器减重、增程、保形的设计需求，进一步提出了国内后续研究的重点方向，以期支撑热防护系统轻量化、低冗余设计。

气固两相湍流场纳米颗粒演变特性综述

石瑞芳, 林建忠

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25825

2021, (12): 625825-625825.

摘要

含纳米颗粒的气固两相湍流场在包括航空等众多领域中很常见，以单体、聚集体和团聚体不同形式存在的纳米颗粒在流场中经过生成、对流、扩散、凝并、破碎等过程，其数密度、尺度、尺度分散度等将发生变化。本文就以上相关研究状况进行了回顾，说明颗粒生成是气相化学反应产生的可冷凝蒸汽物质因表面冷却、绝热膨胀或混合、湍流混合或化学过程产生的过饱和所导致；导致颗粒凝并的原因包括布朗运动、湍流剪切、速度梯度、差异沉降；颗粒的凝并取决于颗粒的尺度和流场的特性，并受初始颗粒分布及湍流扩散控制；湍流场对颗粒凝并的影响除了湍流强度的因素外，还体现在由湍流脉动所引发的颗粒数密度的脉动；颗粒凝并后形成尺度较大的团聚体容易在流场剪切和其他因素作用下发生破碎；剪切破碎是导致颗粒破碎的主要因素，有效破碎系数取决于剪切率和颗粒的体积分数；颗粒的沉降取决于颗粒尺度、形状和流体性质等因素；导致颗粒沉降的因素有重力、扩散、惯性撞击、电场和热迁移等；当存在温度梯度时，热泳力对颗粒沉降也起到重要作用。本文最后提出了有待进一步研究的若干问题。

湍流燃烧机理和调控的活性子空间分析方法

王娜娜, 解青, 苏星宇, 任祝寅

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25228

2021, (12): 625228-625228.

摘要

高效、低排放等需求促使发动机燃烧趋于近极限燃烧组织，亟需在稳定可控燃烧方面取得突破。湍流燃烧机理复杂，影响湍流燃烧数值模拟预测的物理化学和初始/边界条件参数众多。但是在该高维映射关系中，预测目标量往往仅在输入参数空间中的少数方向上梯度显著，称之为活跃方向。当活跃方向与空间基的方向不一致时，采用传统的全局敏感性方法难以高效地分析出主控参数以及后续的湍流燃烧机理。而活性子方法可以通过梯度的协方差矩阵特征分解得到上述活跃方向。本文综述了活性子空间方法理论及在湍流燃烧模拟中的应用：即探究海量输入参数空间中的活跃方向，构造低维活性子空间和低维响应面，从而高效地量化模拟不确定性、表征主控物理过程，从而揭示湍流燃烧机理。最后，进一步探讨了基于活性子空间分析方法的湍流燃烧调控。

燃烧多相流的介尺度动理学建模研究进展

许爱国, 单奕铭, 陈锋, 甘延标, 林传栋

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25842

2021, (12): 625842-625842.

摘要

基于求解Navier-Stokes方程组的传统计算流体力学已经在诸多领域取得了巨大的成功，但在航空、航天、微流控等领域也遇到了新的瓶颈与挑战。其原因分为2个方面：①物理建模层面的问题；②离散格式带来的数值精度和稳定性问题。微尺度燃烧等一系列燃烧新概念的研究表明，特征更加丰富但以前知之甚少的热力学非平衡行为蕴含着大量待开发的物理功能。物理模型合理和具备相应功能是数值仿真研究的前提；物理建模层面的问题无法通过数值精度的提高来解决。本文从物理建模与复杂物理场分析角度，介绍了非平衡燃烧系统离散玻尔兹曼建模方法（DBM）的研究进展。DBM是非平衡统计物理学粗粒化建模理论在流体力学领域的具体应用之一，是相空间描述方法在离散玻尔兹曼方程形式下的进一步发展。它选取一个视角，研究系统的一组动理学性质，因而要求描述这组性质的动理学矩在模型简化中保值；以该组动理学矩的独立分量为基，构建相空间，使用该相空间和其子空间来描述系统的非平衡行为特征；研究视角和建模精度随着研究推进而调整。借助DBM可以研究反应过程中不同自由度内能之间的不平衡和相互转换等Navier-Stokes模型无法模拟的动理学过程。在内爆和外爆过程中，几何汇聚与发散效应等效于一个...

非牛顿流体射流雾化特性研究进展

杨立军, 刘陆昊, 富庆飞

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24974

2021, (12): 624974-624974.

摘要

本文总结了有关非牛顿流体射流雾化特性的研究进展。首先，阐述了预测非牛顿液体射流初次雾化失稳特性的理论方法，介绍了有关非牛顿流体射流初次雾化的实验现象和特性参数。当射流初次雾化的过程结束后，破碎产生的液滴会在高速气流中发生二次雾化。随后，总结了国内外有关非牛顿流体液滴二次雾化实验研究的相关进展。分析了液滴二次雾化的实验现象，总结了不同种类液滴二次雾化过程中所研究特性参数，如破碎模态、临界韦伯数和初始变形时间等随来流气体参数之间的关系，并介绍了基于液滴二次雾化物理过程所建立的预测喷雾场液滴平均粒径的雾化模型。最后，基于目前的研究现状，给出了非牛顿液体射流初次雾化和二次雾化实验研究的后续重点研究方向及建议。

非等强度多道冲击波作用下空泡溃灭机制分析

吴汪霞, 王兵, 王晓亮, 刘青泉

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25894

2021, (12): 625894-625894.

摘要

航空航天、生物医学等领域均存在冲击波与空泡作用问题，冲击波尤其是多道冲击波作用下空泡溃灭包含着复杂的多相瞬变行为与物理现象。基于自主搭建的可压缩多相流并行数值平台，对液体中单一/多道冲击波与空泡的作用过程进行了数值模拟。通过对冲击波作用下空泡内波系性质，以及多道冲击波与空泡作用后的系列反射波系在液体中的相互作用过程进行详细解析，分析了不同冲击波作用下空泡的形变演化过程，探究了空泡的溃灭机制与特性。研究发现，相较于单一冲击波的作用，多道冲击波作用下空泡内部及周围液体流场中的波系结构更为复杂，然而无论是单一冲击波或是多道冲击波工况，其最终诱发的空泡溃灭形态均十分相似。而且，当空泡发生溃灭前所受到多道冲击波的总强度与单一冲击波强度相等时，空泡的溃灭波强度也十分相近，为多道冲击波与空泡作用效果的定量化评估提供了理论基础和依据。

双层旋转锥形液膜一次破碎特性数值研究

申力鑫, 邢菲, 秦腊, 苏昊

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25267

2021, (12): 625267-625267.

摘要

为了全面加深对锥形液膜一次破碎机理的认识，对双层锥形液膜的雾化过程进行了数值模拟，重点研究了压降和同轴旋转空气对双层液膜宏观形态、液膜破碎模式、液膜破碎长度和喷雾锥角等液膜一次破碎特性的影响。数值计算的喷雾场宏观形态与试验结果接近，喷雾锥角和索特尔平均直径的计算最大误差分别为4.9%、7.4%。研究表明：同轴旋转空气参与雾化会改变喷雾场的整体形态；增大压降和空气速度会改变液膜的破碎模式和主导表面波模式；双层液膜的合并会在液膜表面产生剧烈的表面波动，同时会略微增大液膜的喷雾锥角；液膜的破碎长度会随着压降和同轴旋转空气轴向速度的增大而减小。该研究有助于进一步研究双层液膜一次破碎的机理，从而指导对双路离心式喷嘴的雾化认识。

超声速尾迹-剪切流的混合增强

禹旻, 杨武兵, 沈清

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25876

2021, (12): 625876-625876.

摘要

超声速条件下燃料和空气之间的高效混合是超然冲压发动机技术上的主要挑战。基于大涡模拟和流动稳定性分析，针对超声速尾迹-剪切流动开展了混合增强方法研究。尾迹的存在改变了混合层流动的速度剖面，对流动稳定性产生了重要影响，使混合层由三维最不稳定变为二维最不稳定，最不稳定扰动波频率和增长率增大。基于流动稳定性结果引入扰动的混合增强方式依然有效，根据稳定性结果设计了波纹隔板。数值结果表明：二维波纹壁引入的扰动未能增长，不具备混合强化效果，而三维波纹壁引入的扰动能够快速增长，具有混合强化效果，且波纹壁参数越接近最不稳定扰动波参数，混合强化效果越明显。

AECSC-JASMIN湍流燃烧仿真软件研发和检验

王方, 王煜栋, 姜胜利, 陈军, 唐军, 徐华胜, 李象远, 邢竞文, 高东硕, 金捷

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25003

2021, (12): 625003-625003.

摘要

航空发动机燃烧室几何结构复杂，湍流和化学反应存在强烈非线性相互作用，需要对流动和燃烧及其相互作用进行高精度高时空分辨率的刻画，目前燃烧室湍流燃烧数值模拟仍然是高难度的瓶颈问题之一。介绍了由北京航空航天大学航空发动机数值仿真研究中心、北京应用物理与计算数学研究所和中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心联合研发的AECSC-JASMIN软件主要框架、算法以及针对该软件的算例检验。在Sandia射流火焰、支板火焰和单头部燃烧室检验算例中，对比实验数据，射流和支板火焰预测结果与实验值一致；支板算例的平均相对误差在15%之内；单头部燃烧室模拟结果符合物理实际，总压损失与实验值基本吻合。说明AECSC-JASMIN软件可用于复杂结构高分辨率高精度湍流燃烧数值模拟。

重型直升机飞行动力学刚弹耦合建模及空中共振稳定性分析

王洛烽, 陈仁良

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24634

2021, (12): 124634-124634.

摘要

针对重型直升机（HLH）大重量、低转速的固有特性，提出了一种适用于重型直升机的飞行动力学刚弹耦合建模方法。该方法结合传统直升机飞行动力学与旋翼机体耦合动力学，将传统飞行力学的分析频段拓展到了5 Hz，额外考虑了桨叶和机体的弹性变形，基于阻抗匹配法推导出了显式的旋翼/机体耦合动力学方程，模拟了真实飞行状态下的直升机气弹耦合特性，利用该模型计算并分析了算例重型直升机的悬停飞行特性和空中共振稳定性。结果表明：旋翼机体耦合导致摆振前进型和机体弹性模态的阻尼-转速曲线先相互靠近至同一点再分离，可能引起直升机的高频瞬态振动；在摆振等效阻尼不足时，旋翼摆振后退型是不稳定的，但随着等效阻尼增加，摆振二阶周期型模态和机体弹性模态会出现耦合；桨叶弹性变形与机体弯曲模态及挥舞集合型耦合，但不会引起明显的不稳定现象。

马赫数6柱-裙激波/边界层干扰直接模拟

孙东, 刘朋欣, 沈鹏飞, 童福林, 郭启龙

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24681

2021, (12): 124681-124681.

摘要

高超声速激波/边界层干扰比超声速工况下具有更强的可压缩效应，再附之后会形成极高的局部力/热载荷，严重影响飞行器飞行安全。而激波/湍流边界层干扰区附近流动的三维特性使得流动更加复杂而难以预测。采用直接数值模拟对高超声速条件下的柱-裙激波/湍流边界层干扰进行了详细研究，特别是对Görtler涡结构对分离泡、物面压力和热流造成的展向差异开展了定性和定量分析。研究发现，干扰区附近的分离泡结构呈现出明显的三维效应，且Görtler涡展向分离位置截面的分离泡要明显小于再附位置，而这两个截面上分离泡的运动基本同步，没有明显的延迟或超前现象。物面压力和热流在展向出现显著的不均匀性，展向再附位置的平均压力和热流要比展向分离位置分别高13%和16.2%，脉动压力和热流比展向分离位置分别高28%和20%。截面流向速度特征正交分解结果显示两个位置上的能量都集中在剪切层附近，并且展向再附位置上低频模态占有更高的能量。在采用模态重构流场分析分离区面积发现，展向分离位置重构误差更小，而展向再附位置上的重构误差收敛更快。

三角翼机翼摇滚主动控制多学科耦合数值模拟

杨起, 刘伟, 杨小亮, 李昊

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24685

2021, (12): 124685-124685.

摘要

细长机身和大后掠机翼气动构型的飞行器大攻角飞行时，由于缺少横向阻尼，易发生以绕体轴滚转振动为主的摇滚运动，飞行安全受到严重威胁。针对三角翼摇滚问题，采用动网格技术，建立了气动、运动和控制多学科耦合的数值模拟方法。通过耦合非定常Navier-Stokes方程、刚体运动方程和经典控制律，采用控制面差动偏转的方式对三角翼摇滚主动控制过程进行了数值模拟，并分析了不同控制状态下三角翼受控滚转的运动特性。在来流马赫数为0.3的条件下，实现了80°后掠三角翼摇滚现象的有效控制。

基于投影法的双后掠乘波体气动性能

李珺, 易怀喜, 王逗, 罗世彬

doi:10.7527/S1000-6893.2021.24703

2021, (12): 124703-124703.

摘要

双后掠布局能有效改善乘波体低速时的气动性能不足。为了获得双后掠乘波体，目前常采用的是定前缘型线的吻切锥乘波体设计方法，但该设计方法存在设计过程复杂，激波出口型线与理论不一致等问题。而采用直接投影获得双后掠乘波体的设计方法可以解决上述问题。为了系统研究基于投影法的双后掠乘波体的气动性能，使用CFD方法分析了采用该方法生成的双后掠乘波体在高超声速与低速时的气动性能。结果表明，该方法获得的乘波体在高超声速下的气动性能与定前缘型线的双后掠乘波体相当。且此方法仍保留了高超声速下"波效应"引起大攻角非线性升力、低速下"涡效应"有效提高升阻比等双后掠乘波体的优良气动特征，为基于投影法的双后掠乘波体的工程应用提供了指导。

基于直接升力与动态逆的舰尾流抑制方法

罗飞, 张军红, 王博, 唐瑞琳, 唐炜

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24770

2021, (12): 124770-124770.

摘要

在复杂的作战和着舰环境下，舰尾气流扰动是着舰误差的最主要来源之一。如果在着舰下滑阶段利用直接升力控制（DLC）的快速性和解耦性能力，可以极大地减轻飞行员着舰操纵负担并且提高着舰最后阶段对舰尾流的抑制能力。从航迹调节和姿态稳定的解耦角度出发，提出在非线性动态逆（NDI）控制框架下实现基于直接升力的着舰控制律方法，并通过建立含有舰尾流扰动的E-2C全量飞机仿真模型进行验证。结果表明：在非线性动态逆控制中引入直接升力的舰载机着舰控制律，可以实现在着舰下滑阶段姿态稳定的同时，通过直接升力快速解耦调节航迹误差，并且在引入舰尾流干扰的情况下，具有快速修正下滑倾角误差、抑制舰尾流干扰的能力，最终达到显著提高着舰精度的效果。

一种引入材料循环本构的单轴疲劳平均应力模型

刘斌超, 鲍蕊, 隋福成

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24735

2021, (12): 224735-224735.

摘要

为更精准地考虑平均应力对单轴恒幅疲劳寿命的影响，在等效驱动力类平均应力模型的基础上，引入材料循环本构并提出了一个新的平均应力模型。定性地，该模型能够在更广泛寿命值范围和应力比范围内描述多种材料的等寿命线形状；定量地，该模型能够用来预测其他应力比下的疲劳寿命值，且预测值与试验数据符合良好。随后，还提出了一种获取模型系数的方式，能够在保证数据拟合可靠度的前提下进一步减少试验成本。所提出的平均应力模型有潜力为材料性能手册的编纂提供支持，并对相关工程方法提供改进方向。

涡轮冷却叶片寿命可靠性分析参数化仿真平台

贾贝熙, 吕震宙, 雷婧宇

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24747

2021, (12): 224747-224747.

摘要

目前，涡轮冷却叶片等复杂结构的多模式寿命可靠性分析中存在各功能模块的集成与管理不成体系、参数化联合调用技术不完善的工程应用问题。针对这些问题，完善了随机不确定性下涡轮冷却叶片多模式寿命可靠性分析的工程化方法，搭建了多模式寿命可靠性分析的参数化、多软件联合仿真平台，为某型号叶片寿命可靠性分析提供合理的工程化方法及高效便捷的自动化实现工具。主要工作包括：一建立了不确定性环境下含孔、肋及空腔复杂结构网格划分和结构有限元仿真的参数化方法，实现了随机变量不同取值下仿真的自动执行，解决了可靠性理论方法应用至复杂工程结构的瓶颈问题；二在经回归处理的概率寿命曲线中考虑温度插值及多失效模式串联系统，拓展了概率寿命曲线的应用范围，使得所建涡轮叶片寿命可靠性模型更符合实际；三提出了可靠性分析数字模拟过程中嵌入包括有限元结构分析和疲劳寿命极限状态面两方面的双层自适应代理模型方法，该自适应策略可在保证寿命可靠性分析精度的基础上提高效率。通过所建平台在某型号叶片上的算例分析及与蒙特卡洛法参考解的对比，验证了所提多模式系统寿命可靠性分析工程化方法的高效和准确性及仿真平台的实用性。

联翼布局传感器飞机多目标优化设计

何程, 马东立, 贾玉红, 杨穆清, 陈刚

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24761

2021, (12): 224761-224761.

摘要

针对联翼布局传感器飞机的任务需求特点，建立了专用于该类无人机的能够综合考虑气动、结构和雷达性能的多目标优化设计模型。利用改进的类函数/形函数参数化方法完成整机外形进行参数化，利用风洞试验进行了气动分析模型的验证，基于工程梁理论搭建了联翼布局结构重量估算模型。在雷达距离方程的基础上，建立了机翼内部雷达天线性能估算的数学模型。利用该模型，能够在优化过程中考虑到内置机载预警天线安装位置和性能评估对翼型选择、结构重量和气动特性的影响，最终得到全局最优设计。对某方案的优化结果表明，相较于优化前，多目标优化结果能够明显提升整机升阻比和前后视雷达探测范围，同时减轻结构重量。优化结果和敏感性分析表明了该多目标优化模型的可行性和必要性。

复合材料板拉/压-剪复合载荷屈曲相关方程

陈向明, 陈普会, 孙侠生, 王彬文, 王喆, 张辉, 柴亚南

doi:10.7527/S1000-6893.2021.25417

2021, (12): 225417-225417.

摘要

利用轴向拉伸/压缩和面内剪切载荷构建了一个相互作用函数，并将其通过幂级数展开成二次多项式，利用单轴试验测试的复合材料板屈曲载荷，基于数学原理和合理的假设，推导确定了多项式的各项待定系数，构建了轴向拉伸/压缩和剪切复合载荷下的复合材料板屈曲相关方程，从数学上理性地解决了传统屈曲相关方程不适用于复合材料板（尤其是非均衡铺层板）的问题。利用提出的相关方程预测了4种不同的非均衡铺层复合材料板在轴向拉伸/压缩和剪切载荷作用下的屈曲相关曲线，并与有限元特征值法的模拟结果进行了对比，两者具有很好的一致性，而对于传统相关方程，其铺层的非均衡性越大则预测误差越大。最后通过均衡铺层的复合材料加筋壁板的压剪复合试验进一步证明了提出的相关方程的有效性。

基于改进烟花算法的资源分配

邹适宇, 李复名, 谢爱平, 周涛, 刘鹏

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24716

2021, (12): 324716-324716.

摘要

资源分配问题作为一个NP-Hard问题，在云计算、无线电、卫星调度、多无人机协同作业等领域皆有研究需求，是一个共性的数学问题。烟花算法作为一种智能优化算法，具有求解大规模资源分配问题的能力，但也存在求解精度低等问题。为了提高传统烟花算法的计算效率和全局寻优能力，提出一种改进烟花算法，用遗传算法中的变异算子替代高斯变异操作，并增加模拟退火流程。最后在多无人机协同作业任务分配数学模型上进行仿真验证，实验结果表明在收敛速度以及计算精度方面，该算法均优于其余3种烟花算法。

一种基于ROM模型的测试性指标论证方法

杨鹏, 邱静, 刘冠军, 张勇

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24717

2021, (12): 324717-324717.

摘要

针对实践中缺乏理论性、可实施性强的测试性指标论证方法的现状，提出了一种基于可靠度、战备完好率与可维修度（ROM）模型的测试性指标论证方法。从战备完好率（O）、可靠度（R）、可维修度（M）关系式入手，将关系式中的可靠度和可维修度分别用平均故障间隔时间（MTBF）和平均修复时间（MTTR）替换，再建立MTBF和MTTR与故障诊断率、虚警率和机内测试（BIT）故障率的关系式并代入"ROM"关系式，得到战备完好率与测试性指标之间的关系式，建立待解指标与BIT数量之间的关系式，通过代入和消减参数得到战备完好率随BIT数量变化曲线，通过找到曲线极值点得到最佳BIT数量，进而得到最佳的测试性指标。在模型构建和指标求解过程中进行了较为充分的仿真分析，得到了大量与经验相符的规律性结论，为不同对象应用该方法进行参数设置时提供了较为充分的参考。最后应用本文方法对某光电一体化设备进行了指标论证，演示并验证了本文方法的有效性。

空间绳系组合体的继电型控制离轨策略

郭甲, 庞兆君, 岳帅, 杜忠华

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24738

2021, (12): 324738-324738.

摘要

为了使空间绳系组合体更好地完成空间碎片清理任务，提出一种更接近工程实际应用的继电型推力（Bang-Bang）离轨控制策略。利用带有差动间隙的Bang-Bang控制策略，实现绳系组合体切向的继电式推力加速；设计了一种全新的被动式卷扬机构，以避免在使用继电式推力离轨的过程中多次开关发动机对绳系组合体带来的负面影响；针对径向推力设计了输入受限的滑模控制器，且最终控制指令同样以继电式推力形式实现，抑制了离轨过程中绳系组合体的面内摆动。数值仿真结果显示，继电型推力能够实现与连续推力近似的效果，能够将绳系组合体的摆动角度抑制在一个较小的范围内；整个离轨控制策略能够使得空间绳系组合体在保持姿态稳定的前提下将空间碎片拖曳到坟墓轨道。

基于云模型和改进D-S证据理论的目标识别决策方法

尹东亮, 黄晓颖, 吴艳杰, 何有宸, 谢经伟

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24768

2021, (12): 324768-324768.

摘要

在目标识别决策系统中，多探测器多源信息融合的模糊性和不确定性以及各探测周期所得信息的冲突互斥会造成目标识别决策不精准。为解决这一问题，提出基于云模型和改进D-S （Dempster-Shafer）证据理论的目标识别决策方法。首先，将目标识别准确性这一语言评价值划分为不同评价区间等级，以不同评价等级标准云为参照将各探测器各探测周期所得信息转化为云决策矩阵，得出各周期各等级隶属度，进而构建出基本概率分配函数（mass函数）；其次，基于证据理论引入冲突度、差异度、离散度3类衡量冲突大小的参数，定义了一种新的证据冲突参数，同时改进证据冲突融合算法，对各探测器各周期证据体进行修正并融合；再次，结合各探测器权重加权得出各目标综合识别决策的mass函数对目标进行决策；最后，结合算例，验证该方法的适用性，并与其他方法相对比验证了本文方法的优越性。

薄层复合材料螺栓连接结构渐进失效机制试验研究

曹跃杰, 魏凌峰, 张铭豪, 曹增强

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24667

2021, (12): 424667-424667.

摘要

分别采用单搭接结构和双搭接结构研究了薄层复合材料层压板螺栓连接接头准静态拉伸加载渐进挤压损伤失效的过程。通过中断测试的方法利用X射线Micro-CT和扫描电镜（SEM）观察了拉伸加载过程中薄层层压板连接区域在特殊加载位置的损伤形式和变形特征。结果显示薄层层压板渐进失效过程主要损伤形式和传统厚度复合材料层压板相比基本一致，主要包括纤维断裂、基体开裂、纤维扭折和纤维/基体脱胶。然而，在传统厚度层压板复合材料中常见的失效方式即在挤压失效平面区域和拉伸失效平面区域广泛存在的分层损伤并未出现，这主要是薄层复合材料对初始损伤裂纹有效抑制的结果。由于损伤抑制作用，薄层层压板可在加载过程中承受更高的挤压载荷，具有更大的损伤容限。

基于Deform软件二次开发和BP神经网络的TA15多向锻造微观组织预报

骆俊廷, 赵静启, 杨哲懿, 刘卫鹏, 张春祥

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24693

2021, (12): 424693-424693.

摘要

通过热压缩实验构建了TA15合金的热变形真应力-应变曲线，以此为基础分别建立了合金双相区及单相区温度区间的热变形本构方程；基于热压缩试样动态再结晶的统计数据建立了TA15合金的动态再结晶模型。借助Deform提供的二次开发功能实现相关数学模型的程序化，制定正交实验方案，实现了TA15合金多向锻造变形的微观组织仿真。通过正交实验分析得出各项因子的影响对象及强弱差异，提出了双相区及单相区温度区间内的多向锻造最佳因子组合。建立了TA15合金多向锻造变形微观组织的BP （Back Propagation）神经网络预测模型，将预测结果与有限元仿真结果进行比较，结果表明两种方法的预测结果基本一致，但神经网络具备有限元仿真难以实现的良好细节预测能力，能更为细致地实现对微观组织分布状态的划分。

叠层穿刺CF/Al复合材料准静态拉伸力学行为与失效机制

沈高峰, 王振军, 刘丰华, 张映锋, 蔡长春, 徐志锋, 余欢

doi:10.7527/S1000-6893.2020.24816

2021, (12): 424816-424816.

摘要

针对新型的叠层穿刺碳纤维织物增强铝基复合材料（CF/Al复合材料），通过细观力学数值模拟与实验结合的方法研究了其在准静态拉伸载荷作用下的渐进损伤与断裂力学行为。复合材料经向拉伸弹性模量、极限强度与断裂应变的实验结果分别为129.61 GPa、630.14 MPa和0.75%，细观力学模型预测误差分别为-9.41%、7.57%和1.33%，均匀化计算的宏观应力-应变曲线与实验曲线总体上相符。经向拉伸变形初期首先出现经/纬纱交织处基体合金的局部损伤，随着拉伸应变量的增大依次发生纬纱和穿刺纱的横向开裂，拉伸变形后期基体合金与经纱失效引起宏观应力-应变曲线的急剧下降，复合材料拉伸断口表现为经纱轴向断裂及纬纱和穿刺纱横向开裂共存的形貌特征，纤维拔出和基体断裂导致的经纱轴向断裂是诱发复合材料最终失效的主要机制。