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轻型消费级无人机软包锂离子电池在机械强冲击载荷下的力学响应特性 被引量:1
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作者 郭亚周 刘小川 +1 位作者 白春玉 王计真 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第2期63-73,共11页
为研究轻型消费级无人机锂离子电池在高能量冲击下的动响应模式及爆炸着火特性,评估锂离子电池在动态冲击时的安全性能,以某轻型消费级无人机软包锂离子电池为研究对象,采用落锤冲击及气炮冲击实验方法,结合轻型无人机实际应用场景,分... 为研究轻型消费级无人机锂离子电池在高能量冲击下的动响应模式及爆炸着火特性,评估锂离子电池在动态冲击时的安全性能,以某轻型消费级无人机软包锂离子电池为研究对象,采用落锤冲击及气炮冲击实验方法,结合轻型无人机实际应用场景,分别开展了软包电池组落锤冲击及电池高速冲击铝板测试实验,探讨了不同电池电量的软包电池组在受冲击后的变形模式及着火情况,结合电池的机械变形响应及其着火演化特性分析了软包锂离子电池的冲击安全性。研究结果表明,轻型消费级无人机软包锂离子电池在常规电池外壳防护条件下受面外方向载荷冲击后的着火风险高于面内方向载荷冲击后的着火风险;锂离子电池着火风险与电池电量、冲击速度等具有明显相关性,锂离子电池本身的力学响应主要受自身材料及结构的影响,电池电量并不会影响电池的机械力学碰撞响应;本研究中所采用的锂离子电池样品在电池电量为100%时以50 m/s的速度撞击铝板,以及电池电量为50%以下时以85 m/s的速度撞击铝板后的燃烧风险均相对较低。 展开更多
关键词 软包锂离子电池 高速冲击 机械载荷 变形模式 着火风险
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民机结构坠撞性能缩比实验方法研究
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作者 李肖成 惠旭龙 +6 位作者 白春玉 刘小川 张欣玥 韩鹤朝 徐绯 冯威 杨先锋 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第7期19-29,共11页
缩比实验具有成本低、风险小、周期短等优势,在航空航天等领域应用广泛。以典型民机机身下部结构为对象,开展了民机结构坠撞缩比理论分析和实验方法研究。推导了民机坠撞缩放比例因子,设计并加工了1/4缩比实验件,开展了6 m/s工况下的坠... 缩比实验具有成本低、风险小、周期短等优势,在航空航天等领域应用广泛。以典型民机机身下部结构为对象,开展了民机结构坠撞缩比理论分析和实验方法研究。推导了民机坠撞缩放比例因子,设计并加工了1/4缩比实验件,开展了6 m/s工况下的坠撞实验,获得了全尺寸坠撞实验与缩比实验中机身结构关键位置处的速度和加速度响应、地面撞击载荷响应以及局部关键部位的变形和破坏模式,并对其进行了对比分析。结果表明:缩比实验件与全尺寸实验件在框和立柱处的变形和破坏模式具有较好一致性。缩比结构对全尺寸原型结构的坠撞载荷峰值预测误差为14.4%,座椅加速度峰值预测误差为14.8%,横梁处的加速度峰值预测误差为13.1%。缩比实验可以有效预测全尺寸原型结构的变形、破坏过程和关键部位的动态响应,可用于民机结构坠撞性能验证和评估。 展开更多
关键词 民用飞机 缩比理论 坠撞性能 实验方法
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典型民机全机坠撞仿真分析研究
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作者 惠旭龙 刘小川 +5 位作者 白春玉 韩鹤朝 李肖成 张欣玥 薛璞 牟让科 《振动与冲击》 北大核心 2025年第18期1-15,共15页
飞机的抗坠撞性能不仅受其自身结构设计的影响,还与飞机坠撞时的速度、着陆姿态以及道面环境等因素紧密相关。以典型民机全机结构为对象,建立全机坠撞动力学模型,并基于文献中的试验数据对模型进行验证。进一步开展不同坠撞速度、俯仰... 飞机的抗坠撞性能不仅受其自身结构设计的影响,还与飞机坠撞时的速度、着陆姿态以及道面环境等因素紧密相关。以典型民机全机结构为对象,建立全机坠撞动力学模型,并基于文献中的试验数据对模型进行验证。进一步开展不同坠撞速度、俯仰角、滚转角、道面环境等因素影响下的仿真分析,探讨不同因素对飞机坠撞响应的影响规律。结果表明:随着坠撞速度的增加,机身下腹部坠撞初始峰值载荷和平台载荷逐渐增大,机身变形范围和地板加速度峰值也逐渐增大;随着俯仰角的增加,坠撞载荷波形发生显著变化,初始峰值载荷显著减小,地板加速度峰值也逐渐减小,且中机身框段结构的地板加速度峰值随俯仰角的变化更为敏感;飞机局部机身结构的坠撞速度受俯仰角影响显著,在飞机整体垂直坠撞速度不变的情况下,俯仰角越大,前机身框段的坠撞速度越大,总体呈现出从前机身框段到后机身框段的非线性增大趋势;滚转角对飞机的坠撞载荷和机翼前缘结构加速度峰值影响较小,而对机身的地板加速度峰值有显著影响,机身下腹部靠近滚转方向的一侧变形增大,产生新的塑性铰;相比刚性道面,在黏土道面坠撞时,飞机垂向坠撞初始峰值载荷减小,航向坠撞初始峰值载荷显著增大;飞机坠撞后在黏土道面上砸出沟壑状变形,不同俯仰角下的沟壑形状和变形扩展过程显著不同;在黏土道面坠撞时机体变形和地板加速度峰值较小,相比刚性道面坠撞对乘员安全造成的风险更小。 展开更多
关键词 冲击动力学 民机 全机坠撞 坠撞速度 坠撞姿态 道面环境
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典型金属飞机机身下部结构坠撞的吸能特性与吸能设计
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作者 张欣玥 惠旭龙 +3 位作者 刘小川 白春玉 李肖成 牟让科 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第7期3-18,共16页
为研究飞机机身下部结构的坠撞吸能特性并进行吸能设计,以典型民机金属机身的下部结构为对象,首先开展了典型机身下部结构的坠撞实验,基于实验和仿真结果,对机身下部结构的吸能特性进行了评估;在此基础上,开展了机身下部结构的坠撞吸能... 为研究飞机机身下部结构的坠撞吸能特性并进行吸能设计,以典型民机金属机身的下部结构为对象,首先开展了典型机身下部结构的坠撞实验,基于实验和仿真结果,对机身下部结构的吸能特性进行了评估;在此基础上,开展了机身下部结构的坠撞吸能设计,并采用仿真手段研究了新型机身下部结构的布局参数对结构坠撞响应的影响。结果表明:在坠撞过程中,原构型机身下部结构的立柱均在连接处附近弯折并断裂,而立柱的其他区域几乎未发生塑性变形;在机身结构总质量基本不变的情况下,与原构型相比,新型机身下部结构变形更加充分,可显著降低飞机坠撞前期的载荷和加速度峰值,机身框和下部吸能结构的吸能占比明显增大;相较于原构型,优化后的新型机身结构的平均过载下降了30.8%,客舱地板上2个质量点的平均加速度分别下降了25.0%和37.6%。 展开更多
关键词 机身下部结构 适坠性 坠撞实验 吸能特性 坠撞设计
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K447A合金的高温动态力学性能及本构关系
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作者 黄蓉 张欣玥 +5 位作者 惠旭龙 白春玉 刘小川 牟让科 李钢 李奎 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第7期41-54,共14页
K447A是一种广泛用于航空发动机关键热端部件的镍基高温合金,通过在25~1 000℃温度范围内进行准静态和高应变率压缩试验,系统研究了K447A高温合金的动态力学性能,并深入剖析了温度和应变率对其塑性流动行为的影响。研究结果表明:K447A... K447A是一种广泛用于航空发动机关键热端部件的镍基高温合金,通过在25~1 000℃温度范围内进行准静态和高应变率压缩试验,系统研究了K447A高温合金的动态力学性能,并深入剖析了温度和应变率对其塑性流动行为的影响。研究结果表明:K447A合金的塑性变形过程中同时存在应变硬化、热软化和应变率强化现象。随着应变率从准静态增加到5 000 s^(-1),温度敏感指数s逐渐减小,而在800℃时,K447A合金在高应变率范围出现反常应力峰。随着温度的升高,应变率敏感因子p逐渐增大;材料内部的微观组织结构受应变率和温度耦合影响,应变率增加会导致晶粒细化,而温度升高会导致材料内部低角晶界占比减少,从而出现动态再结晶现象。基于流动应力受温度和应变率耦合影响的考虑,建立了修正的Johnson-Cook本构模型,与修正前相比,预测误差从26.36%降低到9.05%。 展开更多
关键词 K447A高温合金 率-温耦合效应 动态力学行为 本构表征
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航空结构动力学研究的进展与展望 被引量:11
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作者 刘小川 马君峰 +4 位作者 白春玉 李凯翔 邹学锋 王彬文 张永杰 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期409-436,共28页
飞机服役过程中,会经历地面滑行、空中机动等复杂的动态过程,飞机结构与系统在这些动态过程中将经受各类动态载荷的单独或联合作用,由此产生的结构动力学问题与飞机的服役安全和乘员的乘坐品质等直接相关,是航空工程中的关键技术难题。... 飞机服役过程中,会经历地面滑行、空中机动等复杂的动态过程,飞机结构与系统在这些动态过程中将经受各类动态载荷的单独或联合作用,由此产生的结构动力学问题与飞机的服役安全和乘员的乘坐品质等直接相关,是航空工程中的关键技术难题。本研究梳理了军用飞机结构完整性大纲和结构强度规范,以及运输类飞机适航规章中的结构动力学相关要求,给出了结构动力学在航空装备研制流程中的相互关系,并从载荷、结构、响应和控制的角度,对航空结构动力学研究的主要问题进行了分类。从振动疲劳寿命预计与舒适性评估、振动主被动控制、复杂与极端环境结构动力学等几个重点方面,对航空结构动力学研究现状进行了综述,并结合未来航空装备研制的需求和振动新兴前沿技术的发展方向,对航空结构动力学的未来发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 飞机结构 结构动力学 动载荷 振动疲劳 振动控制 极端环境
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钛铝合金叶片高温高速冲击损伤试验研究
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作者 安昊 辛森 +5 位作者 白春玉 张欣玥 惠旭龙 黄蓉 刘小川 郑骁挺 《振动与冲击》 2025年第22期152-160,共9页
为研究航空发动机叶片在高温环境下受到外物冲击时的损伤机理,基于空气炮试验装置,提出了一种叶片外物高温高速冲击损伤试验方案,开展了钛铝合金低压涡轮叶片常温下钢弹珠、陶瓷弹珠的冲击试验以及高温下钢弹珠的冲击试验,得到了叶片的... 为研究航空发动机叶片在高温环境下受到外物冲击时的损伤机理,基于空气炮试验装置,提出了一种叶片外物高温高速冲击损伤试验方案,开展了钛铝合金低压涡轮叶片常温下钢弹珠、陶瓷弹珠的冲击试验以及高温下钢弹珠的冲击试验,得到了叶片的冲击损伤模式,并对损伤尺寸进行了定量分析。结果表明:提出的叶片高温高速冲击试验方案具有较好的实施性;叶片表面在冲击后产生一圆形凹坑损伤,当冲击速度达到一临界值时叶片背面会产生裂纹损伤,裂纹从撞击点扩展至叶片边缘;常温下,钢弹珠冲击叶片开裂的临界归一化冲击速度在0.52~0.55,明显小于陶瓷弹珠0.71~0.72的临界归一化冲击速度;高温下,因钛铝合金材料塑性的提高,钢弹珠冲击叶片致其开裂损伤的临界速度相较于常温提高约30%;同时,叶片的损伤模式随冲击能量的提高逐渐从仅有凹坑损伤转变为单裂纹损伤,最终逐渐演变为扩散性的多裂纹损伤。 展开更多
关键词 航空发动机 钛铝合金叶片 高温环境 冲击试验 临界速度 叶片损伤 裂纹损伤
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