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复合材料T型加筋壁板的一体化结构设计与成型工艺探索
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作者 陈金传 尹保林 +5 位作者 贾汝锋 李庆涛 冯跃战 黄明 杨建辉 刘春太 《航空制造技术》 北大核心 2025年第17期89-98,共10页
T型加筋壁板一体化成型技术是实现复合材料制件轻质、高强、低成本的重要手段。基于复合材料铺层过程中结构的变化,设计了蒙皮–加强筋一体化T型加筋壁板结构,并通过实体建模,结合复合材料的杨氏模量、剪切模量和泊松比以及线弹性本构模... T型加筋壁板一体化成型技术是实现复合材料制件轻质、高强、低成本的重要手段。基于复合材料铺层过程中结构的变化,设计了蒙皮–加强筋一体化T型加筋壁板结构,并通过实体建模,结合复合材料的杨氏模量、剪切模量和泊松比以及线弹性本构模型,对一体化T型加筋壁板结构的服役行为进行了有限元模拟预测。有限元模拟分析结果表明,相比于传统的筋壁分离T型加筋壁板,蒙皮–加强筋一体化T型加筋壁板结构的静态力学性能优于传统T型加筋壁板结构。同时,通过调控蒙皮厚度,一体化T型加筋壁板的动态抗冲击能力可以达到传统T型加筋壁板相似水平。此外,为了验证所设计T型加筋壁板一体化成型技术的可行性,设计了一套易于操作、成本低廉、温度分布均匀、热变形可控的一体化模压成型模具,并对T型加筋壁板一体化模压成型工艺进行了探索。研究结果对T型加筋壁板一体化成型质量的控制具有指导意义。 展开更多
关键词 碳纤维复合材料 T型加筋壁板 一体化成型 模具设计 有限元模拟
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复合材料外骨骼关节一体化设计及力学行为研究
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作者 谢军虎 赵英豪 +1 位作者 郝自清 陈磊 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第7期49-60,共12页
本文提出一种全新的结构-关节一体化构型方案,利用板壳的屈曲与后屈曲现象,设计了复合材料结构-关节一体化的基本构型,通过最小势能原理,推导了复合材料结构-关节一体化构型在弯曲过程中的回复弯矩,建立了一体化关节几何参数-材料力学... 本文提出一种全新的结构-关节一体化构型方案,利用板壳的屈曲与后屈曲现象,设计了复合材料结构-关节一体化的基本构型,通过最小势能原理,推导了复合材料结构-关节一体化构型在弯曲过程中的回复弯矩,建立了一体化关节几何参数-材料力学性能参数与助力效果(回复力矩)之间的映射关系。采用非接触式全场变形测量系统,搭建了试验平台,验证了助力效果的理论结果,并结合有限元渐进损伤失效分析方法,研究了准静态折叠情况下复合材料结构一体化关节的力学行为与材料损伤演化模式,并进一步研究了不同几何参数对一体化关节稳定支撑和助力效果的影响。该探索性研究在满足无动力背负外骨骼结构-关节体系基本功能性需求的前提下,可大幅减少零件数量、减轻结构重量、降低产品的加工成本。 展开更多
关键词 外骨骼关节 复合材料 结构-关节一体化
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一体化机器人关节的结构设计及性能测试
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作者 赵弘历 姚佳男 +3 位作者 王鑫 唐术锋 郭晓栋 常宏 《机床与液压》 北大核心 2025年第11期26-31,共6页
一体化关节是机器人的核心部件,力矩-质量比是一体化关节的重要参数,其值直接影响机器人的性能。针对提高一体化关节的力矩-质量比这一需求,重点攻克一体化关节的结构设计、伺服驱动控制、关键传动部件的有限元分析、系统集成等共性关... 一体化关节是机器人的核心部件,力矩-质量比是一体化关节的重要参数,其值直接影响机器人的性能。针对提高一体化关节的力矩-质量比这一需求,重点攻克一体化关节的结构设计、伺服驱动控制、关键传动部件的有限元分析、系统集成等共性关键技术,提高力矩-质量比、运动(位置、速度)控制精度及智能化程度,完成一款典型机器人关节研制。在此基础上,搭建一体化关节实验平台,开展转速、精度和负载测试实验,来验证关节的性能。结果表明:所设计一体化关节的转速、重复定位精度、额定扭矩和最大扭矩均符合设计要求。通过对谐波减速器结构、关节制动器结构和整体结构配合的优化,将一体化关节的力矩-质量比相比优化前提高了1.7 N·m/kg。 展开更多
关键词 一体化关节 力矩-质量比 结构设计 有限元分析
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聚芳撑树脂基结构/功能一体化复合材料制备与性能研究
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作者 赵陆翔 房强 +2 位作者 白彦江 戴鑫 张鹏飞 《固体火箭技术》 北大核心 2025年第4期616-623,共8页
针对固体发动机结构功能一体化发展趋势和需求,以主链为全芳基的新型聚芳撑树脂为基体、以T700碳纤维为增强体,研制了一种兼具结构承载能力和烧蚀防护功能的高性能复合材料。采用旋转流变仪和差示扫描量热仪分析了聚芳撑树脂的流变特性... 针对固体发动机结构功能一体化发展趋势和需求,以主链为全芳基的新型聚芳撑树脂为基体、以T700碳纤维为增强体,研制了一种兼具结构承载能力和烧蚀防护功能的高性能复合材料。采用旋转流变仪和差示扫描量热仪分析了聚芳撑树脂的流变特性和固化行为;利用NOL环测试方法表征了新型聚芳撑树脂与碳纤维的界面性能;制备了聚芳撑树脂基结构/功能一体化复合材料∅200 mm标准试验容器,并完成了水压爆破测试。结果表明,聚芳撑树脂基结构/功能一体化复合材料的氧乙炔线烧蚀率≤0.10 mm/s;容器爆破压强为32.0 MPa,这与T700/环氧复合材料体系基本相当。 展开更多
关键词 聚芳撑树脂 结构/功能一体化 固体发动机 复合材料
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复合材料薄膜盖结构与功能一体化设计
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作者 秦旭锋 蒋和跃 +4 位作者 张学成 张保刚 邢东桧 舒倩 徐淑权 《包装工程》 CAS 北大核心 2024年第11期291-296,共6页
目的解决传统硬质泡沫塑料易碎盖存在的承压能力不足、冲破性能不稳定、不能有效防潮控湿、电磁兼容性差等缺陷。方法以某型导弹武器系统发射筒密封盖为主要应用对象开展薄膜盖设计,主要包括总体结构设计、零部件设计、功能设计及仿真... 目的解决传统硬质泡沫塑料易碎盖存在的承压能力不足、冲破性能不稳定、不能有效防潮控湿、电磁兼容性差等缺陷。方法以某型导弹武器系统发射筒密封盖为主要应用对象开展薄膜盖设计,主要包括总体结构设计、零部件设计、功能设计及仿真验证。结果薄膜盖经密封、承压、冲破、电磁兼容等性能考核,均满足装备贮存使用要求,冲破盖体所受的最大峰值冲击力可稳定保持在1200~1600 N。结论建立了薄膜盖结构与功能一体化设计方法,可满足在研型号对新型密封盖的设计需求,并为新型号弹箭发射筒大尺寸密封盖的顺利研制提供技术储备。 展开更多
关键词 复合材料 薄膜盖 结构设计 冲破
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纤维异质化结构/防热一体化复合材料的制备
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作者 朱培源 高守臻 +3 位作者 徐国芬 王磊 黄振强 安振河 《塑料工业》 北大核心 2025年第7期117-121,136,共6页
针对超高声速飞行器等对承载能力和防热功能的要求,采用模压成型工艺制备纤维异质化结构/防热一体化复合材料,其中防热层采用高硅氧纤维/苯并噁嗪(BZ)复合材料,结构层采用碳纤维/聚酰亚胺(PI)复合材料,并研究了固化工艺对结构/防热一体... 针对超高声速飞行器等对承载能力和防热功能的要求,采用模压成型工艺制备纤维异质化结构/防热一体化复合材料,其中防热层采用高硅氧纤维/苯并噁嗪(BZ)复合材料,结构层采用碳纤维/聚酰亚胺(PI)复合材料,并研究了固化工艺对结构/防热一体化复合材料性能的影响,利用三维超景深显微镜、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、烧蚀试验机、电子万能试验机对复合材料的化学结构力学性能、微观形貌和烧蚀性能进行表征。结果表明,BZ树脂和PI树脂完成了共固化;一体化复合材料的力学性能优于BZ复合材料;PI预浸料预处理,在3 MPa压力下成型的PI/BZ-3具有最好的综合力学性能,其拉伸强度为457.1 MPa,弯曲强度为398.6 MPa,层间剪切强度为24.97 MPa;一体化复合材料的热分解起始温度为394.7℃,800℃热失重为13.6%;一体化复合材料的质量烧蚀率为0.080 g/s,线烧蚀率为0.072 mm/s,与BZ复合材料相比综合烧蚀性能无明显损失。 展开更多
关键词 结构/防热一体化复合材料 苯并噁嗪 聚酰亚胺
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面向一体化设计的船用碳玻混杂复合材料帽型加筋板结构多尺度分析
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作者 刘安宇 刘斌 +2 位作者 雷加静 秦恺 吴卫国 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2024年第6期257-267,共11页
[目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态,旨在提升船用复合材料结构的极限强度,提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法,建立细观材料与宏观结构的尺度关联,探究细观参数对宏观加筋板极限强度的影响... [目的]复合材料设计与结构设计一直处于分离的“双轨”状态,旨在提升船用复合材料结构的极限强度,提出复合材料与结构一体化设计方法。[方法]基于多尺度方法,建立细观材料与宏观结构的尺度关联,探究细观参数对宏观加筋板极限强度的影响以及碳玻层内混杂与层间混杂的力学性能差异,通过对比分析获得更优结构形式。[结果]采用建立的微-细-宏观力学模型,改善了复合材料细观参数,提高了宏观加筋板极限强度。通过调整TC33纱线间距和纱线截面积、WR纱线截面积、混杂方式,使得设计的复合材料帽型加筋结构具有更优的极限强度。[结论]通过多方案对比寻优,在满足规范要求的前提下可实现材料与结构一体化设计,为新一代舰船设计提供理论指导和技术支撑。 展开更多
关键词 结构设计 碳玻混杂复合材料 帽型加筋板 极限强度 一体化设计 多尺度方法
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结构-功能一体化异种复合材料壁板优化与验证 被引量:1
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作者 钟小平 刘斌 +3 位作者 张纯 李斐 陈子昂 刘彦诚 《空军工程大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期63-70,共8页
基于航空壁板结构承载-电气功能的一体化需求,对适用于智能蒙皮的异种复合材料壁板开展了优化设计与试验验证。通过在高模量碳纤维蒙皮的外侧增加玻璃纤维层,进行了以碳纤维-玻璃纤维-金属结构单元阵列-玻璃纤维复合顺序的壁板承载-电... 基于航空壁板结构承载-电气功能的一体化需求,对适用于智能蒙皮的异种复合材料壁板开展了优化设计与试验验证。通过在高模量碳纤维蒙皮的外侧增加玻璃纤维层,进行了以碳纤维-玻璃纤维-金属结构单元阵列-玻璃纤维复合顺序的壁板承载-电气功能一体化设计。针对异种复合材料结构的铺层优化需要考虑共胶接的分区域及铺层连续性的工艺要求,发展了基于丢层序列的优化方法,并对于加筋壁板的几何外形、筋条数量、筋条几何参数以及筋条与蒙皮的铺层角度进行了优化设计。通过压缩稳定性试验验证了该结构在承载能力和稳定性方面的收益,明晰了其压缩载荷下的屈曲模态及后屈曲失效机理。 展开更多
关键词 壁板 结构-电气功能一体化 屈曲 失效 复合材料
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液晶弹性体智能材料的先进制造技术与结构设计 被引量:1
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作者 刘长岳 袁凌昕 +1 位作者 杨继萍 王志坚 《液晶与显示》 北大核心 2025年第1期35-54,共20页
液晶弹性体是一类由液晶基元和聚合物网络组成的智能软材料。在热、光或者电场等外部刺激下,液晶弹性体能够产生较大可逆变形,在软体机器人、人工肌肉、自传感系统以及生物医学设备等领域展示出巨大的应用潜力。近年来,随着制造技术的发... 液晶弹性体是一类由液晶基元和聚合物网络组成的智能软材料。在热、光或者电场等外部刺激下,液晶弹性体能够产生较大可逆变形,在软体机器人、人工肌肉、自传感系统以及生物医学设备等领域展示出巨大的应用潜力。近年来,随着制造技术的发展,人们对液晶弹性体的加工方法和结构设计开展了广泛的探索。本文首先介绍了液晶弹性体3种常用的制备方法,讨论了它们的特点和局限性,总结了液晶弹性体加工制造技术最新的研究进展。进一步讨论了如何利用液晶弹性体的结构设计实现多种运动模式和快速致动。最后,对液晶弹性体存在的挑战和未来的发展趋势进行了展望和讨论。 展开更多
关键词 液晶弹性体 智能材料 先进制造技术 结构设计 3D打印
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优化润滑性能:聚氨酯润滑材料的分子结构设计策略
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作者 王晓月 李宋 +2 位作者 王廷梅 王齐华 张新瑞 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第6期901-909,共9页
本研究中从分子结构设计的角度出发,通过引入氢键与刚性单元,成功合成了3种聚氨酯(PU)弹性体,分别命名为PU1、PU2和PU3.通过采用傅里叶变换红外光谱、电子万能试验机、同步热分析仪、扫描电子显微镜以及摩擦磨损试验机等多种表征技术,... 本研究中从分子结构设计的角度出发,通过引入氢键与刚性单元,成功合成了3种聚氨酯(PU)弹性体,分别命名为PU1、PU2和PU3.通过采用傅里叶变换红外光谱、电子万能试验机、同步热分析仪、扫描电子显微镜以及摩擦磨损试验机等多种表征技术,对PU弹性体的结构、力学性能、热稳定性和摩擦学性能进行了全面的分析.其中,PU1表现出最佳的力学性能,其拉伸强度达到48.4±1.6MPa,断裂伸长率达到1352.9±192.7%,韧性达到263.9±40.9MJ/m^(3)这主要归因于刚性单元与可形成氢键的位点协同作用促进了硬链段聚集形成硬畴.另外,在水润滑条件下,PU1表现出优异的摩擦学性能,其摩擦系数和磨损率分别为0.014和5.45×10^(-6)mm^(3)/(N·m).相比于PU2和PU3,PU1的摩擦系数分别降低了52%和70%,磨损率分别降低了40%和63%.这主要归因于氢键和刚性单元的引入赋予了PU1分子结构最佳的韧性,使其在摩擦过程中能够吸收更多的能量,在剪切应力作用下材料不易发生断裂和破坏,从而减缓磨损提高摩擦学性能.综上所述,本研究中通过PU弹性体的分子结构设计策略-刚性单元与氢键的协同作用,实现了PU弹性体力学性能和摩擦学性能的同步提升,加深了分子结构与材料性能间构效关系的认知,为高性能聚合物材料的设计与开发提供了新的思路和策略. 展开更多
关键词 聚氨酯 润滑材料 结构设计 摩擦磨损 氢键
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车致火灾作用下桥梁拉索防火隔热层的材料与结构协同优化设计方法
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作者 周小燚 钱盛域 +2 位作者 缪宇晨 阮欣 王浩 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期783-789,共7页
拉索是斜拉桥中重要的承载构件,日益增多的桥梁火灾使拉索遭受威胁,但缺乏有效的拉索外包复合材料防火隔热层设计方法。针对具有多尺度特征的复合材料防火隔热层,提出了一种车致火灾作用下拉索防火隔热层的材料与结构协同设计方法。构... 拉索是斜拉桥中重要的承载构件,日益增多的桥梁火灾使拉索遭受威胁,但缺乏有效的拉索外包复合材料防火隔热层设计方法。针对具有多尺度特征的复合材料防火隔热层,提出了一种车致火灾作用下拉索防火隔热层的材料与结构协同设计方法。构建了材料与结构协同设计的优化方程,提出了将耦合优化问题分解为基于有限元传热分析的结构尺度设计和基于逆均匀化方法的材料尺度设计的解耦策略,并利用MATLAB、PyroSim与ANSYS等进行CFD-FEM耦合分析的数值实现。以典型的50 m^(3)罐车火灾为例,开展了最不利工况分析,以拉索表面最高温度不超过400℃为防护目标,采用提出的方法对由玄武岩织物复合材料与高硅氧复合材料构成的防护层进行优化设计,获得满足防护需求的设计方案。 展开更多
关键词 缆索承重桥梁 斜拉索 防火隔热层 油罐车火灾 材料结构协同优化设计 复合材料
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结构型吸波材料的设计制备与电磁波吸收性能 被引量:1
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作者 孙凯 刘晓青 +5 位作者 田加红 沈勋 赵炳秋 王宗祥 马英龙 范润华 《包装工程》 北大核心 2025年第15期288-297,共10页
目的旨在讨论多层结构、夹芯结构和超材料等结构型吸波材料的最新研究进展,通过分析不同结构的性能优势及特点来提供优化思路。方法本文聚焦结构型吸波材料,重点综述多层结构、夹芯结构和超材料等结构型吸波材料的国内外研究现状,并对... 目的旨在讨论多层结构、夹芯结构和超材料等结构型吸波材料的最新研究进展,通过分析不同结构的性能优势及特点来提供优化思路。方法本文聚焦结构型吸波材料,重点综述多层结构、夹芯结构和超材料等结构型吸波材料的国内外研究现状,并对其电磁波吸收机理、设计构筑策略和性能调控机制进行系统和深入的阐述。进一步地,对结构型吸波材料在宽频谱设计、智能化调控和多功能应用进行展望。结论结构型吸波材料具有高的设计自由度,通过组分与微结构的设计与剪裁,能够实现优异的吸波与承载性能,为革新传统吸波材料提供了新的技术方案与材料支撑,在舰船、飞机等装备中具有重要应用价值。 展开更多
关键词 电磁波吸收 结构功能一体化 多层结构 夹芯结构 材料
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聚合物绿色电磁屏蔽复合材料结构性能设计研究进展
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作者 王壮壮 李佳宇 +2 位作者 琚璇 杨雅琦 段宏基 《包装工程》 北大核心 2025年第17期30-42,共13页
目的综述当前绿色电磁屏蔽导电聚合物复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)的最新研究进展,为设计制备以吸收机制为主导的绿色电磁屏蔽复合材料提供参考。方法厘清绿色电磁屏蔽材料的意义及其与吸波材料的异同,阐明各自在性能... 目的综述当前绿色电磁屏蔽导电聚合物复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)的最新研究进展,为设计制备以吸收机制为主导的绿色电磁屏蔽复合材料提供参考。方法厘清绿色电磁屏蔽材料的意义及其与吸波材料的异同,阐明各自在性能测试原理及评估方法上的差别,综述高性能绿色电磁屏蔽CPCs最新的结构设计策略、成型加工方法及其屏蔽性能调控机理,讨论并展望绿色电磁屏蔽CPCs的设计发展方向。结论发展可在高性能聚合物基体中大规模构筑可控电磁梯度网络的成型制备方法,实现CPCs电磁屏蔽材料超高效屏蔽性能,长效的稳定性、良好的复杂环境适应性与多功能性,以及动态可调的电磁响应特征,是推进CPCs绿色电磁屏蔽材料在下一代智能电子设备安全、可靠、绿色电磁防护中应用的重要研究发展方向。 展开更多
关键词 绿色电磁屏蔽 导电聚合物复合材料(CPCs) 低反射 结构设计策略 性能调控
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无人艇载多波束测深系统一体化结构优化设计
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作者 赵薛强 马随阳 +2 位作者 吴笑风 刘斌 洪在地 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2024年第4期40-43,共4页
为了提升无人艇载多波束测深系统(以下简称多波束系统)在复杂环境下的作业安全和精度,通过对多波束系统与无人艇艇型一体化安装结构的分析,采用基于有限元协同仿真技术开展动力及平台结构性能优化设计研究,设计出了在一定航行速度下能... 为了提升无人艇载多波束测深系统(以下简称多波束系统)在复杂环境下的作业安全和精度,通过对多波束系统与无人艇艇型一体化安装结构的分析,采用基于有限元协同仿真技术开展动力及平台结构性能优化设计研究,设计出了在一定航行速度下能保证较优效率和航行安全的无人艇载多波束系统安装结构,并在珠江口海域进行了试验。结果表明:与传统的无人艇平台与多波束系统分离式设计的方法相比,设计的无人艇载多波束系统横摇角度小,抖动现象减弱,作业性能得到提升。运用该系统不仅可以获取水下高精度的三维地形数据,也可以为水下障碍物排查、目标物搜寻和水下构筑物巡检巡查等提供技术支撑。 展开更多
关键词 多波束测深系统 无人艇 优化设计 有限元协同仿真 一体化结构 分离式设计
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航天无内衬复合材料压力容器结构设计与制备
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作者 章轩 王宇飞 +2 位作者 王昊 袁杏 叶周军 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第4期1-10,共10页
随着航天领域竞争愈发激烈,国内外加大了压力容器“皇冠上的明珠”无内衬纤维缠绕复合材料压力容器(Ⅴ型COPV)的开发力度,无内衬结构意味着必须实现复合材料层密封屏蔽/结构承载功能一体化设计,在材料性能和结构设计方面面临巨大挑战。... 随着航天领域竞争愈发激烈,国内外加大了压力容器“皇冠上的明珠”无内衬纤维缠绕复合材料压力容器(Ⅴ型COPV)的开发力度,无内衬结构意味着必须实现复合材料层密封屏蔽/结构承载功能一体化设计,在材料性能和结构设计方面面临巨大挑战。本文针对结构设计进行系统性的梳理,综述了Ⅴ型COPV结构设计的研究进展,主要从功能阻隔层、形貌、接口设计及不同分析优化方法进行了阐述,介绍了基于模块化设计理念的新型V型COPV构型,并对未来航天用Ⅴ型COPV结构设计方面的发展进行了展望。 展开更多
关键词 无内衬 复合材料压力容器 结构设计 优化方法 模块化设计
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风速可调的地空一体化风力灭火遥控机结构设计与性能分析
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作者 杨春梅 赵鑫 +2 位作者 丁禹程 谭少林 闫杰 《林业机械与木工设备》 2024年第9期54-60,共7页
风力灭火遥控机作为地面灭火装备的一种创新形式,具备机动性强、远程操作、快速响应等特点,能够在复杂的火情环境中灵活作业,大大提高了灭火效率和安全性。为探讨风力灭火遥控机在应对森林和草原地表火灾地空一体化监测系统中的角色与作... 风力灭火遥控机作为地面灭火装备的一种创新形式,具备机动性强、远程操作、快速响应等特点,能够在复杂的火情环境中灵活作业,大大提高了灭火效率和安全性。为探讨风力灭火遥控机在应对森林和草原地表火灾地空一体化监测系统中的角色与作用,对风力灭火遥控机进行结构设计,分析旋转开合结构的安装位置和开口大小对出口风速的影响。利用Fluent软件对风力灭火筒进行流体仿真,结合Design Expert软件对仿真数据进行处理,建立了位置S和开口大小d对出口平均风速和出口最大风速的响应曲面和二次模型。结果表明,安装位置和开口大小均为出口风速的重要影响因素,当风筒入口风速设定为70 m/s、旋转开合结构开口大小为30 mm且安装在位置5处时,出口平均风速和出口最大风速达到最大,分别为97.7551 m/s和290.001 m/s。相较于开口大小,安装位置对出口平均风速和出口最大风速的影响更大,且安装位置越靠近风筒出口处风力灭火机的灭火性能越好。 展开更多
关键词 火灾地空一体化监测 流量调节装置 风力灭火遥控机 结构设计与性能分析
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新型材料在机械结构设计中的应用 被引量:2
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作者 田旭 《南方农机》 2025年第6期142-144,共3页
【目的】传统材料在机械结构设计中面临轻量化、强度不够及耐腐蚀性不足等性能瓶颈,难以满足现代工程对高效可靠的机械系统的需求,亟需探索更灵活、更可持续的解决方案。【方法】采用案例研究法、资料分析法对新型材料在工程领域的研究... 【目的】传统材料在机械结构设计中面临轻量化、强度不够及耐腐蚀性不足等性能瓶颈,难以满足现代工程对高效可靠的机械系统的需求,亟需探索更灵活、更可持续的解决方案。【方法】采用案例研究法、资料分析法对新型材料在工程领域的研究和应用进行了分析,研究碳纤维复合材料、高性能钢材及高强度铝合金等新型材料的特性,构建了多场景应用模型并优化了工艺制造流程。【结果】新型材料的应用,能使航空部件减重约30%、汽车碰撞安全性提升约25%、机械结构寿命延长约40%,但存在测试标准缺失与制造成本高昂等挑战。【结论】未来,随着科学技术的进一步发展和工程技术的提升,新型材料需建立全生命周期技术评估体系,通过跨学科协作突破产业化壁垒,为下一代机械系统创新提供核心驱动力。 展开更多
关键词 新型材料 机械结构设计 应用
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车架与电池舱一体化结构轻量化与疲劳寿命集成优化设计 被引量:3
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作者 孟子皓 王登峰 +3 位作者 张小朋 张子峰 连丰民 陈静 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期2143-2153,2219,共12页
为提高电动载货汽车轻量化水平,本文提出了一种车架与电池舱一体化(cell to frame-简称“CTF”)结构。首先建立对标车型车架有限元模型,计算了其静力学性能与自由模态,并通过自由模态试验验证有限元模型的准确性。然后采用道路实采的多... 为提高电动载货汽车轻量化水平,本文提出了一种车架与电池舱一体化(cell to frame-简称“CTF”)结构。首先建立对标车型车架有限元模型,计算了其静力学性能与自由模态,并通过自由模态试验验证有限元模型的准确性。然后采用道路实采的多工况组合疲劳载荷谱在时域内运用名义应力法进行车架疲劳寿命分析。接着对经有限元分析验证合理的CTF结构初始设计进行试验设计并建立代理模型。最后采用全局响应面法进行优化设计,获得最佳轻量化方案。结果表明,优化设计后,CTF结构质量相较于传统的车架与电池舱分离设计结构轻量139.95 kg,轻量化率达14.09%,同时CTF结构力学性能与疲劳寿命均满足设计要求。 展开更多
关键词 电动载货汽车车架 疲劳分析 轻量化 优化设计 汽车结构一体化设计
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基于遗传算法的再生材料结构优化设计——以轻型木结构楼盖格栅为例
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作者 杨瑛 谭翰韬 +2 位作者 贾文沛 王倩 康鑫维 《林产工业》 北大核心 2025年第1期72-79,共8页
木材是一种典型的可再生材料,以其为主要建材的轻型木结构在双碳背景下拥有广阔前景。然而基于力学分析软件调整验算的轻型木结构楼盖格栅传统设计方法过分依赖主观工程经验,存在效率低、构件结构性能冗余,经济性不足的缺点;为实现轻型... 木材是一种典型的可再生材料,以其为主要建材的轻型木结构在双碳背景下拥有广阔前景。然而基于力学分析软件调整验算的轻型木结构楼盖格栅传统设计方法过分依赖主观工程经验,存在效率低、构件结构性能冗余,经济性不足的缺点;为实现轻型木结构楼盖格栅高效经济节材的设计,引入客观的遗传算法进行优化,通过Grasshopper搭建相关参数化几何模型与优化设计数学模型,调用Galapagos中的遗传算法模块以格栅总体积最小为目标执行优化,最后以某现代木结构幼儿园为优化算例,并通过MIDAS软件验证优化结果的可靠性。结果表明:轻木楼盖格栅节材优化变量均为离散数据,优化算例中班单元楼盖格栅工程量最大适应度个体在第5代已出现,优化效率整体可观;优化后的算例设计方案满足结构安全要求且相较于原方案节材6.4%。基于本方法所提出的各建筑功能类型轻型木结构楼盖格栅经济性设计方案能作为相关工程实践的有效参考。 展开更多
关键词 轻型木结构楼盖格栅 参数化设计 遗传算法 结构优化 再生材料
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MXene基电磁屏蔽复合材料的结构设计与性能研究进展
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作者 李文兵 李桔 +2 位作者 曾志勇 俞科静 钱坤 《航空制造技术》 北大核心 2025年第16期123-138,共16页
MXene作为一种新兴的二维材料,凭借卓越的导电性、机械特性及化学稳定性,在电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)屏蔽领域展现出巨大的应用潜力。本文旨在全面回顾并分析近年来MXene复合材料的研究进展,系统性地构建其结构特征... MXene作为一种新兴的二维材料,凭借卓越的导电性、机械特性及化学稳定性,在电磁干扰(Electromagnetic interference,EMI)屏蔽领域展现出巨大的应用潜力。本文旨在全面回顾并分析近年来MXene复合材料的研究进展,系统性地构建其结构特征、制备技术与性能表现之间的内在联系。首先,概述了MXene的电磁屏蔽机理及其多样化的制备方法。随后,聚焦于MXene基复合材料的宏观结构设计,深入剖析了薄膜、多孔结构以及偏离结构等对MXene基复合材料电磁屏蔽效能的影响。这一分析不仅涵盖了结构形态对电磁波吸收、反射及散射行为的调控机制,还揭示了结构–性能关系的科学规律。最后,综合评估了MXene基电磁屏蔽复合材料当前面临的挑战并展望了未来研究中的潜在机遇,旨在为MXene基电磁屏蔽材料的进一步研发与应用提供科学指导。 展开更多
关键词 电磁屏蔽 MXene 复合材料 制备方法 结构设计
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