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An origami shield with supporting frame structures optimized by a feature-driven topology optimization method
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作者 Dongsheng Jia Pengcheng Feng +5 位作者 Liangdi Wang Longcan Chen Jun Wang Jihong Zhu Yingjie Xu Weihong Zhang 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期447-456,共10页
In this paper,the design,manufacture and testing of an origami protective shield with a supporting frame structure are presented.It consists of an origami shield surface and a deployable supporting frame structure tha... In this paper,the design,manufacture and testing of an origami protective shield with a supporting frame structure are presented.It consists of an origami shield surface and a deployable supporting frame structure that needs to be portable and sufficiently stiff.First,for the design of the shield surface,a threestage origami crease pattern is developed to reduce the shield size in the folded state.The shield surface consists of several stiff modular panels and layered with flexible fabric.The modular panels are made of a multi-layer composite where a ceramic layer is made of small pieces to improve durability as those small pieces enable restriction of crack propagation.Then,the supporting frame structure is designed as a chain-of-bars structure in order to fold into a highly compact state as a bundle of bars and deploy in sequence.Thus,a feature-driven topology structural optimization method preserving component sequence is developed where the inter-dependence of sub-structures is taken into account.A bar with semi-circular ends is used as a basic design feature.The positions of the bar’s end points are treated as design variables and the width of the bars is kept constant.Then,a constraint on the total length of the chain of bars is introduced.Finally,the modular panels made of multi-layer composite and the full-scale prototype of the origami shield are fabricated and tested to verify the bullet-proof performance. 展开更多
关键词 ORIGAMI deployable structure structure design SHIELD composite materials
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PDMS包封CPCM制备三明治结构织物及热性能分析 被引量:1
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作者 张维 张义博 +2 位作者 张琪 姚继明 郝尚 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期294-298,共5页
为解决正十八烷在使用过程中的相泄露问题,以细菌纤维素膜为支撑载体、聚二甲基硅氧烷为包封材料,通过真空浸渍和热固处理制备形稳性复合相变材料。正十八烷浸渍率高达84.9%,潜热能为212.70 J/g,可经受100次热循环测试。经180°弯... 为解决正十八烷在使用过程中的相泄露问题,以细菌纤维素膜为支撑载体、聚二甲基硅氧烷为包封材料,通过真空浸渍和热固处理制备形稳性复合相变材料。正十八烷浸渍率高达84.9%,潜热能为212.70 J/g,可经受100次热循环测试。经180°弯折后回弹角为156.4°,回弹角相较于包封前提高了131.7%。以复合相变材料为中间层、涤棉混纺织物为外层,经由聚二甲基硅氧烷粘合和固化处理,制得三明治结构织物。吸热饱和后,三明治织物表面温度比普通织物延时降温310 s,在日照模型和人体热管理测试中其覆盖的空间内部温度比普通织物覆盖处降低0.9℃,显示出优异的储热和隔热性能。 展开更多
关键词 细菌纤维素膜 正十八烷 柔性复合相变材料 三明治结构织物 高潜热
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航天柔性展开结构技术及其应用研究进展 被引量:19
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作者 王长国 卫剑征 +6 位作者 刘宇艳 苗常青 林国昌 谢志民 王友善 杜星文 谭惠丰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期761-769,共9页
综述了航天柔性展开结构的技术特点及其在航天器中的研究应用情况,围绕航天柔性展开结构应用涉及的薄膜褶皱、充气张力结构的屈曲失稳、展开动力学、精度测试、刚化材料等关键理论和技术基础,评述了航天柔性结构技术应用中的关键问题及... 综述了航天柔性展开结构的技术特点及其在航天器中的研究应用情况,围绕航天柔性展开结构应用涉及的薄膜褶皱、充气张力结构的屈曲失稳、展开动力学、精度测试、刚化材料等关键理论和技术基础,评述了航天柔性结构技术应用中的关键问题及未来研究重点,最后给出了航天柔性展开结构技术的未来发展趋势。 展开更多
关键词 航天柔性展开结构 充气结构 薄膜褶皱 屈曲失稳 展开动力学 型面精度 刚化材料
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形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用 被引量:45
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作者 冷劲松 兰鑫 +1 位作者 刘彦菊 杜善义 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期950-956,共7页
综述了形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用。形状记忆聚合物是一种智能主动变形的高分子材料,该材料在外界激励作用下能够产生较大的可回复变形,可应用于智能主动变形结构。首先简述了形状记忆聚合物的研究现状,然后... 综述了形状记忆聚合物复合材料及其在空间可展开结构中的应用。形状记忆聚合物是一种智能主动变形的高分子材料,该材料在外界激励作用下能够产生较大的可回复变形,可应用于智能主动变形结构。首先简述了形状记忆聚合物的研究现状,然后分别介绍了颗粒、短纤维和连续纤维增强的形状记忆聚合物复合材料的研究现状,并重点评述了三种复合材料的电-热致驱动变形性能。此外,本文还介绍了纤维增强形状记忆复合材料在空间可展开结构上的应用,主要包括可展开铰链、可伸缩梁和可展开天线等。 展开更多
关键词 智能材料与结构 形状记忆聚合物 复合材料 空间可展开结构 主动变形
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双稳态复合材料可折展柱壳研究综述 被引量:2
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作者 谭惠丰 杨留义 +1 位作者 卫剑征 曹宗胜 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第2期269-274,共6页
双稳态复合材料可折展柱壳在展开与卷曲状态均为稳定状态,具有结构简单、收纳效率高、展开过程可靠等优势,在空间可展开结构中具有广泛应用前景。针对双稳态复合材料可折展柱壳,梳理了双稳态实现机制及稳态构型预报分析模型,介绍了不同... 双稳态复合材料可折展柱壳在展开与卷曲状态均为稳定状态,具有结构简单、收纳效率高、展开过程可靠等优势,在空间可展开结构中具有广泛应用前景。针对双稳态复合材料可折展柱壳,梳理了双稳态实现机制及稳态构型预报分析模型,介绍了不同分析模型的基本思路及优缺点;然后,总结了可展开柱壳折展过程分析方法;还介绍了双稳态复合材料可折展柱壳的应用研究现状;最后,探讨了该类结构在空间可展开结构应用中所需进一步解决的问题。 展开更多
关键词 复合材料 可展开结构 柱壳 双稳态
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充气展开式新型空间回收技术展望 被引量:16
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作者 王伟志 《航天返回与遥感》 2004年第1期1-5,共5页
文章介绍了可充气展开技术的概念及其发展情况 ,对基于此技术回收系统的设计进行了探讨 ,提出了在新型热防护材料基础上 ,将充气展开技术和展开控制等方法相结合 ,应用到回收系统中去的新思路 ,并就未来 10到 2 0年间充气展开技术在回... 文章介绍了可充气展开技术的概念及其发展情况 ,对基于此技术回收系统的设计进行了探讨 ,提出了在新型热防护材料基础上 ,将充气展开技术和展开控制等方法相结合 ,应用到回收系统中去的新思路 ,并就未来 10到 2 0年间充气展开技术在回收技术中的应用予以展望。 展开更多
关键词 可充气展开技术 空间回收技术 热防护材料 柔性结构 航天器
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复合材料后掠机翼的气动弹性剪裁方法研究 被引量:6
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作者 白俊强 辛亮 +2 位作者 刘艳 华俊 李国俊 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期843-848,共6页
提出了一种混合多级结构优化算法,以大展弦比复合材料后掠机翼为研究对象进行了气动弹性剪裁设计。在满足强度、变形约束等前提下,以梁、肋、蒙皮厚度,对结构重量进行最小化设计;继续以减重为目标,满足颤振速度的约束,优化蒙皮各铺层的... 提出了一种混合多级结构优化算法,以大展弦比复合材料后掠机翼为研究对象进行了气动弹性剪裁设计。在满足强度、变形约束等前提下,以梁、肋、蒙皮厚度,对结构重量进行最小化设计;继续以减重为目标,满足颤振速度的约束,优化蒙皮各铺层的比例,并分析了优化中铺层比例对颤振速度的影响;采用遗传算法优化蒙皮的铺层顺序,以增大机翼的颤振速度。研究表明:混合多级结构优化不仅可以减轻机翼的结构重量,还能大大提高机翼的颤振速度;铺层比例优化结果表明较高的±45°铺层比例能使刚度分布更加合理高效。 展开更多
关键词 复合材料 后掠翼 气动弹性剪裁设计 混合多级结构优化算法 颤振
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变体飞行器蒙皮材料与结构研究综述 被引量:20
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作者 尹维龙 石庆华 《航空制造技术》 2017年第17期24-29,共6页
变体飞行器最为重要的技术特征就是结构在变形过程中翼面保持光滑、连续和无缝,而变形蒙皮技术是保证该技术特征的关键。以变形方式和年代为主线详细地总结了变形蒙皮材料与结构的发展现状和未来趋势。从早期的"鱼鳞叠片"式... 变体飞行器最为重要的技术特征就是结构在变形过程中翼面保持光滑、连续和无缝,而变形蒙皮技术是保证该技术特征的关键。以变形方式和年代为主线详细地总结了变形蒙皮材料与结构的发展现状和未来趋势。从早期的"鱼鳞叠片"式传统滑动变形蒙皮到现在的复合式柔性变形蒙皮,可以看出复合化是变形蒙皮未来发展的必然趋势。 展开更多
关键词 变体飞行器 柔性蒙皮 复合材料 复合式结构
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空间伸展结构变形与振动分布式光纤监测研究 被引量:13
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作者 何凯 曾捷 +2 位作者 林秋红 龚晓静 康健 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期56-65,共10页
空间伸展结构是一种最基本的可展开折叠单元,广泛应用于大型展开天线、太阳帆板以及空间机械臂等航天领域,针对此类结构服役状态的智能辨识对于目前开展高轨深空探测研究具有重要意义。为此,提出一种基于准分布式光纤传感器的空间伸展... 空间伸展结构是一种最基本的可展开折叠单元,广泛应用于大型展开天线、太阳帆板以及空间机械臂等航天领域,针对此类结构服役状态的智能辨识对于目前开展高轨深空探测研究具有重要意义。为此,提出一种基于准分布式光纤传感器的空间伸展结构变形与振动实时监测技术。借助MSC.Patran/Nastran有限元分析方法,数值模拟得到碳纤维复合材料柔性空间伸展结构在不同载荷作用下的应变、位移响应规律以及振动模态特征。分别研究了基于曲率和弧长信息曲线重构的结构变形反演算法,光纤光栅中心波长偏移量与振动特征关系解析模型,计算得到空间伸展结构沿展开方向不同位置的坐标信息。在此基础上,通过在柔性复合材料伸展结构展向布设离散光纤光栅传感器,实时采集应变分布与变化信息,进而推导相应位置曲率特征,实现不同加载模式下的伸展结构形态重构,变形反演相对误差约为2.5%。此外,借助准分布式光纤传感器不仅可以得到伸展结构对应的变形实时响应曲线,同时还能够获取其前三阶固有模态和振型特征,所测频率与仿真结果吻合度较好,平均误差约为0.67%。研究结果表明,所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来及时准确获取空间伸展结构姿态,实现空间形态自适应调节与在轨振动主动控制提供有力保障。 展开更多
关键词 柔性复合材料伸展结构 光纤传感器 形态反演算法 变形监测 振动监测
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电容式柔性压力传感器的性能优化原理及研究进展 被引量:7
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作者 田玉玉 何韧 +2 位作者 吴菊英 钟卫洲 张凯 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第16期9-22,共14页
作为可穿戴电子器件的重要分支,柔性压力传感器在人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。随着新型材料与新的器件制备策略的不断开发,柔性压力传感器的力学与电学性能不断被优化以适应不同的应用需求。相较于其他传感器,电容式... 作为可穿戴电子器件的重要分支,柔性压力传感器在人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。随着新型材料与新的器件制备策略的不断开发,柔性压力传感器的力学与电学性能不断被优化以适应不同的应用需求。相较于其他传感器,电容式柔性压力传感器具有灵敏度高、功耗低、响应快的优势。电容式柔性压力传感器的性能优化主要通过改变器件的结构参数来实现,如电极有效正对面积、电极间距、有效介电常数等。主要方法策略包括新型纳米材料的应用、新型微结构设计和新型复合材料的开发。主要优化原理有四种:(1)通过改变电极表面粗糙度来改变电极有效正对面积;(2)在电极或介电层中引入空气层以降低弹性模量;(3)在介电层中引入空气或高介电常数材料来改变有效介电常数;(4)通过复合材料在介电层中形成微电容以改变总体电容变化。在电容式柔性压力传感器的性能优化研究中存在一个共性问题,即高灵敏度与宽检测范围之间总是存在一种制约关系。在一定压力范围内,尤其是低压范围,灵敏度提升往往会使器件较易达到压缩饱和而使检测范围有限,即线性度较差。近年来,研究者们着眼于高灵敏度与宽检测范围之间的制约问题,对介电层的梯度结构设计及混合响应机制进行探索,取得了丰硕的成果,在保证高灵敏度的前提下大幅提升了器件的检测范围。然而,迟滞、稳定性及阵列优化仍是电容式柔性压力传感器面向实际应用时存在的问题。本文系统归纳了电容式柔性压力传感器的性能优化原理,分别对电极和介电层的结构设计与材料优化方法进行了介绍,分析了电容式柔性压力传感器在性能优化研究中面临的难题,并进行了展望,以期为设计和制备满足应用需求条件的高性能柔性压力传感器提供参考。 展开更多
关键词 柔性压力传感器 电容式 微结构设计 复合材料 多级结构 混合响应
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形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展 被引量:16
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作者 任天宁 朱光明 聂晶 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期47-55,共9页
形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良... 形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良的智能材料。本文主要介绍三种可用于SMPs复合材料展开结构的基体,以及每种基体制备形状记忆展开结构的方法,从宏观结构上对三种SMPs复合材料展开结构进行分类讨论,分析不同种类聚合物形状记忆的机理、力学性能、形状变化的固定率和回复率等,介绍SMPs复合材料在空间可展开结构中的应用。 展开更多
关键词 形状记忆聚合物 复合材料 可展开结构 环氧树脂 氰酸酯树脂 聚苯乙烯
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蜂窝结构柔性机翼蒙皮变形特性研究 被引量:3
12
作者 翟宏州 芦吉云 梁晨 《科学技术与工程》 北大核心 2014年第9期261-264,共4页
对一种蜂窝结构柔性蒙皮进行了研究,基于Y模型分析了蜂窝结构拉伸变形力学特性。通过MSC.Patran/Nastran有限元仿真获得拉伸变形时蜂窝胞壁应力及应变分布。制备了层合板复合材料蜂窝结构蒙皮试件,进行了拉伸实验。结果表明:蒙皮试件倾... 对一种蜂窝结构柔性蒙皮进行了研究,基于Y模型分析了蜂窝结构拉伸变形力学特性。通过MSC.Patran/Nastran有限元仿真获得拉伸变形时蜂窝胞壁应力及应变分布。制备了层合板复合材料蜂窝结构蒙皮试件,进行了拉伸实验。结果表明:蒙皮试件倾斜胞壁靠近三个胞壁粘接处最先受到破坏,脱层位置与仿真结论一致,验证了所建立仿真模型的有效性。 展开更多
关键词 柔性蒙皮 蜂窝结构 复合材料 有限元仿真
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基于径向基函数代理模型的M形杆刚度优化 被引量:1
13
作者 杨慧 范硕硕 +2 位作者 王岩 刘荣强 肖洪 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期2121-2129,共9页
在航天任务的执行中,超弹性杆主要用于大型空间可展天线和太阳帆等展开和支撑。为了提高超弹性杆在展开状态下的刚度,提出了一种新型M形超弹性杆,并对M形超弹性杆的刚度进行了研究。采用ABAQUS建立M形超弹性杆的弯曲、压缩和扭转的有限... 在航天任务的执行中,超弹性杆主要用于大型空间可展天线和太阳帆等展开和支撑。为了提高超弹性杆在展开状态下的刚度,提出了一种新型M形超弹性杆,并对M形超弹性杆的刚度进行了研究。采用ABAQUS建立M形超弹性杆的弯曲、压缩和扭转的有限元模型,利用显示动力学法对屈曲过程进行非线性数值模拟。采用全因子法进行实验设计,利用径向基函数(RBF)建立M形超弹性杆屈曲过程性能参数的代理模型。以弯曲刚度、扭转刚度和压缩刚度为优化目标,以质量为约束,选取黏结段长度和内侧带簧片圆心角为自变量建立优化模型。采用粒子群(PSO)算法进行M形超弹性杆参数优化,得到最优刚度下,黏结段长度为7.894 5 mm,圆心角为26°,并且得到刚度随其变化规律。 展开更多
关键词 复合材料 可展机构 M形杆 径向基函数 优化
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LNG耐超低温柔性管道研究进展综述——工业应用与结构设计分析 被引量:8
14
作者 杨亮 刘淼儿 +7 位作者 范嘉堃 李方遒 英玺蓬 步宇峰 曹慧鑫 张凯仑 杨建业 杨志勋 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2904-2921,I0006,共19页
LNG (液化天然气)耐超低温柔性管道是开采、运输、存储LNG过程中的关键装备之一,被誉为是LNG外输系统的“血管”.近年来,随着LNG的开发逐渐由近海走向深远海,耐超低温柔性管道作为LNG外输系统中的核心输运装备迎来了更加广阔的发展前景... LNG (液化天然气)耐超低温柔性管道是开采、运输、存储LNG过程中的关键装备之一,被誉为是LNG外输系统的“血管”.近年来,随着LNG的开发逐渐由近海走向深远海,耐超低温柔性管道作为LNG外输系统中的核心输运装备迎来了更加广阔的发展前景,同时也面临着由更加严苛的海洋环境带来的结构失效的挑战.本文针对LNG耐超低温柔性管道的工程应用背景、结构设计、内流分析等方面进行了调研与综述,总结了LNG耐超低温柔性管道上述各项技术的研究进展.分析了LNG耐超低温柔性管道的波纹管状结构、螺旋缠绕结构和高分子材料的柔顺性结构特征的力学机理,总结了实现柔顺性结构的方法,梳理了LNG耐超低温柔性管道管内流体计算分析的规律,并对LNG耐超低温柔性管道相关技术的未来研究热点提出了展望.我国在LNG耐超低温柔性管道相关技术的研究工作中起步相对较晚,突破LNG耐超低温柔性管道的结构设计分析与工业应用中的关键力学问题,实现LNG耐超低温柔性管道的国产化研制,对于实现我国深远海天然气资源开发的“卡脖子”技术的自主可控,助力“碳达峰”国家战略目标的实现具有重要意义. 展开更多
关键词 液化天然气输运 耐超低温柔性管道 复合材料管道 结构设计分析 内流分析
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铺层角度对复合材料翼板水动力特性影响分析
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作者 丁永乐 宋保维 王鹏 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期5090-5094,共5页
复合材料因其弯扭耦合效应、自适应等特性常被作为智能材料应用于水下结构以提升其性能。采用CFD/FEM流固耦合数值方法,以水下翼板为例,研究了复合材料铺层角度对其宏观力学性能的影响规律,揭示了材料的弯扭耦合效应以及减阻特性与铺层... 复合材料因其弯扭耦合效应、自适应等特性常被作为智能材料应用于水下结构以提升其性能。采用CFD/FEM流固耦合数值方法,以水下翼板为例,研究了复合材料铺层角度对其宏观力学性能的影响规律,揭示了材料的弯扭耦合效应以及减阻特性与铺层角度间的内在联系。结果表明,小攻角下,铺层角对复合材料翼板力学性能较小;大攻角下,材料铺层角度对其弯扭耦合效应影响明显,且合适的铺层角度能有效的减少翼板阻力;材料铺层角度方向与应力集中区呈一致性。 展开更多
关键词 复合材料 翼板 力学性能 CFD/FEM流固耦合 铺层角度 弯扭效应
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纤维集合体柔性结构吸声机制的研究进展
16
作者 王支帅 周泰森 +1 位作者 熊新月 李辉芹 《针织工业》 北大核心 2022年第6期85-89,共5页
柔性吸声复合材料与传统吸声降噪材料相比,具有质量轻、厚度薄、易加工等优点。为有效提高柔性复合材料的吸声性能,简述近年来国内外柔性吸声结构体的研究进展,探讨材料表面结构、孔隙梯度结构对吸声性能的影响,阐述纤维材料声学模型的... 柔性吸声复合材料与传统吸声降噪材料相比,具有质量轻、厚度薄、易加工等优点。为有效提高柔性复合材料的吸声性能,简述近年来国内外柔性吸声结构体的研究进展,探讨材料表面结构、孔隙梯度结构对吸声性能的影响,阐述纤维材料声学模型的发展与最新应用。并对纤维集合体柔性结构未来发展趋势进行展望,指出基于吸声模型优化构建高吸声性能柔性结构体仍是吸声领域的一个重要研究方向。 展开更多
关键词 柔性吸声复合材料 纤维基柔性结构 吸声结构 吸声模型
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