基于曲面力学超材料的吸能减振设计

爆炸冲击载荷严重威胁了国防和工业装备的服役安全,吸能缓冲材料可有效降低冲击引起的结构振动和破坏。泡沫铝等传统吸能材料力学性能较为单一,设计域大小有限,亟需发展新型吸能缓冲材料。基于冲击响应数值模型,系统研究了冲击过程中多孔材料的吸能机理,表明吸能材料强度适中时才能发挥较好的缓冲减振效果;为了实现吸能材料的定制化设计,进一步基于机器学习和遗传算法设计了具有不同吸能特性的曲面力学超材料,并通过仿真结果验证了曲面力学超材料在吸能减振中的有效性。该研究为新型吸能材料和降冲击优化设计提供了重要的技术支撑。     

冲击激励下非线性能量阱振动抑制效果分析

研究当舰船设备受外部冲击激励扰动时非线性能量阱的振动抑制效果.首先,建立单自由度主结构耦合非线性能量阱的系统动力学模型,通过数值计算得到了非线性能量阱振动抑制能力与系统初始输入能量等级之间的规律;然后,通过复变量平均法研究了系统慢变动力流特性,阐述了激发靶能量传递现象的主要原因;最后,比较了非线性能量阱与等效线性动力吸振器的振动抑制效果.研究结果表明:瞬态共振俘获是导致靶能量传递现象的内在原因,只有当外部冲击能量超过一定临界阈值时,系统靶能量传递过程才能被激发,从而使非线性能量阱具备较强的振动抑制能力;与等效线性动力吸振器相比,非线性能量阱具备在宽频范围内吸收和耗散外部冲击能量的优势,鲁棒性更佳,能使受冲击激励扰动的舰船设备快速趋于稳定.     

采用泡沫铝填充薄壁结构的穿透器缓冲防护研究

携带探测仪器的穿透器高速侵彻行星体,内部科学仪器将受到高g值冲击,极易损坏.为了科学仪器的缓冲防护以提高自身存活率,本文设计了一种具有多层能量吸收结构的穿透器样机,将泡沫铝填充薄壁结构(简称FTS)应用于内部载荷的缓冲防护设计上以提高存活率.在LS-DYNA中模拟了穿透器侵彻星球介质的过程,通过冲击试验和仿真分析验证了该种措施的有效性.研究结果表明:FTS对隔离冲击和能量吸收效果明显,为穿透器工程样机的研发提供了重要的解决方案.     

重复使用火箭着陆缓冲的机构冲击动力学分析及实验验证

为描述运载火箭着陆引起的着陆缓冲机构横向振动,提出一种等效模型,将着陆引起的激励等效为冲击激励和稳态激励的叠加。采用假设模态法求解着陆缓冲机构的横向振动模态,并考虑轴向力与横向振动的耦合,进一步通过模态叠加法求解振动响应,得到由着陆冲击引起的着陆缓冲机构横向振动的半解析解。基于真实产品进行的垂直着陆冲击实验结果表明,该模型可较精确地描述着陆缓冲机构横向振动的响应和最大弯矩。基于该模型,分析着陆缓冲机构的构型参数和材料强度对着陆缓冲机构的影响,研究结果可为实际工程相关着陆缓冲机构的参数设计提供指导。     

航空航天返回过程的轻质能量吸收器

采用精确控制的多种高孔隙率泡沫铝作为轻质能量吸收器,解决航空航天器返回地面及空降、空投着陆瞬间人员和装备的冲击过载问题.研究了轻质能量吸收器在航空航天返回和空降、空投应用中的阻尼减振和能量吸收性能.建立了带轻质能量吸收器的着陆系统与地面撞击的有限元模型,采用非线性动态仿真软件MSC.Dytran进行了仿真计算.在试验台上进行了试件的冲击试验,并将理论计算与试验结果进行了对比分析,两者基本吻合.结果表明:利用高孔隙率泡沫铝作为轻质能量吸收器可以一次降低返回载荷着陆动载超过30g,并可获得较长的塑性变形延时时间以平稳吸收返回载荷冲击能量,从而有效保护人员和设备的安全.     

新型负泊松比梯度结构缓冲性能

在传统内凹六边形蜂窝结构的基础上，结合甲虫鞘翅结构提出一种新型负泊松比蜂窝结构，基于有限元软件Abaqus/ Explicit仿真计算比较所提出的新型负泊松比结构与内凹六边形结构的抗冲击能力和能量吸收能力，以初始碰撞峰值力和比吸能为评价指标，结果表明新型负泊松比结构相较于内凹六边形结构的初始峰值力降低了28%，在压缩后程进入密实化阶段前结构吸能能力提高了35%.以胞元角度作为梯度变换参数来构造不同梯度排列的新型负泊松比结构，计算分析和对比不同梯度结构与均匀新型负泊松比结构的缓冲性能以及各结构在冲击过程中的变形模态，结果表明四种梯度结构均可强化结构的抗冲击能力，但在能量吸收性能上，分层递变正梯度结构（C3）的吸能能力较强.使用3D打印技术制作C3结构和均匀新型负泊松比结构的实验样件，进行准静态冲击实验，通过对比分析验证了仿真结果的正确性.本文研究结果表明：合理的梯度分布排列方式对提高结构的抗冲击性能和能量吸收能力有重要意义，为后续探索结构缓冲设计提供参考.     

着陆器软着陆垂直冲击试验研究

月球着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用,影响其内部精密仪器的正常工作,且着陆安全性问题决定着着陆任务的成败,因此,研究着陆器软着陆过程中与月壤的动力响应具有重要意义。文章首先基于对着陆器着陆冲击过程研究,建立了着陆器与模拟月壤相互作用理论模型;之后,利用自主研发的着陆冲击试验系统,采用半球形足垫(简称“足垫”)模拟着陆器缓冲支腿,通过垂直着陆冲击试验,对冲击模拟月壤过程中足垫的着陆质量和冲击速度对着陆冲击过程的影响进行了详细研究。研究结果表明,模拟月壤密实度一定,较大的着陆质量能有效提高着陆器冲击机械能的耗散效率;冲击速度越大,着陆器在单位时间内转移到模拟月壤的动量越多,模拟月壤颗粒对着陆器产生的作用力越大;冲击能表征了着陆质量和冲击速度,对垂直着陆冲击过程有很重要的影响。最后,通过试验结果与理论模型对比,对着陆器与模拟月壤的动力学模型进行了验证。文章的研究结果可为设计安全载人登月月面着陆器提供必要的试验数据与理论参考。。     

填充聚氨酯泡沫蜂窝纸板缓冲性能试验

为了研究复合缓冲材料的缓冲防震性能,将聚氨酯填充到蜂窝纸板的孔隙中制作了聚氨酯蜂窝纸板复合材料并对其进行落锤冲击试验和静态压缩试验。通过试验数据和应力-应变曲线,分析了该复合材料在静态和低速冲击条件下表现的力学行为,进而对其静、动态缓冲吸能性能进行对比研究。结果表明:蜂窝纸板材料的静态、动态吸能量均随孔径的增大而增大,动态吸能量增大的幅值更明显;复合材料的吸能量随蜂窝纸板孔径增大而增大,随纸板厚度增大而减小;复合后的材料较蜂窝纸板材料静、动态缓冲性能和吸能量都有了较大的提高。     

航天器低重力模拟试验平台三维随动系统

为验证航天器处于低重力环境条件下在目标天体表面着陆起飞的适应能力，三维随动系统采用大范围随动和快速精确跟踪两级联动驱动技术构建了低重力环境，在地面进行航天器的着陆起飞试验。该试验方法克服了试验空间要求大、控制精度要求高等技术指标难点，解决了三维随动系统多自由度联动，大惯量机电设备高速、高精度协同控制等多项关键技术难题。通过并联索系统驱动技术控制快速随动平台运动，完成对航天器试验过程中的大范围随动跟踪；通过快速随动平台装置对航天器施加高精度的吊绳拉力控制，并在水平方向上跟随航天器运动，同时保持吊绳绝对倾角要求；通过提高快速随动平台的水平刚度，从而克服两级联动设备耦合晃动对航天器试验的不利影响。系统成功应用于中国探月工程中嫦娥三号、嫦娥五号和火星探测任务中天问一号航天器在低重力条件下悬停、避障、缓速下降和着陆，以及起飞等一系列地面真实工况验证试验，为航天器的综合性能参数验证与优化提供了关键技术手段。     

车辆防护座椅性能及缓冲吸能器性能分析

抗爆炸冲击座椅广泛应用于我国军用车辆,其缓冲吸能组件特性直接决定座椅防护性能的优劣。为使乘员损伤达到最小,针对某型军用车辆在底部爆炸环境下乘员防护性能进行研究。通过实车底部爆炸试验获取的座椅安装点冲击信号,利用座椅冲击试验台测量不同参数缓冲吸能组件载荷-位移特性,通过有限元模型对试验进行验证和优化。以AEP55乘员伤害准则为目标,研究某军用车辆座椅防护性能提升方法。结果表明,改进后的缓冲吸能组件载荷-位移特性曲线能够显著降低乘员损伤并充分利用座椅行程。为后续座椅缓冲吸能组件设计优化提供导向。     

航天器对接过程的动力学建模

航天器对接过程的动力学建模是对接过程动力学仿真的核心内容,该文在描述航天器对接过程的基础上,牛顿－欧拉定理和混合价值 标法对带有大型太阳电池阵的两航天器的对接过程进行动力学建模,建模中将对接系统简化为由追踪飞行器、目标飞行器和主动对接机构组成的三体系统,追踪飞行器和目标飞行器作为带有挠性附件的中心刚体考虑,主动对接机构作为刚性体处理,对于挠性附件用有限元法进行离散。除给出接触撞击模型外,还重点讨论缓冲系统的简化模型,从而构成了对接过程的完整的动力学模型,为对接过程的动力学仿真打下基础。     

LS-DYNA的ALE方法在飞船返回舱着落仿真中的应用

着陆是载人航天活动的关键环节,对返回舱在接近地面时的带伞着陆过程分析具有重要意义。该文对显式积分有限元软件LS-DYNA的ALE方法进行了初步研究,探讨了其中关键控制参数对计算结果的影响。用该方法建立了返回舱带伞着陆的有限元模型,包含空气、降落伞和返回舱,用相关试验数据对模型的有效性进行了验证。结果表明,计算得到的舱体速度和姿态角与试验结果基本吻合,建立的模型可用于返回舱带伞着陆过程特性分析、着陆工况确定和降落伞对着陆冲击的影响等问题的研究。     

Reliability Design for the Landing Gear of Chang'E-3 Probe

Landing gear is one of the important components of Chang'E-3 Probe.The device was used to absorb the impact energy of Chang'E-3 Probe during the landing process.After landing on the moon,it can support the lander steadily for a long time.In order to assure the reliability of the landing gear and deal with the extremely severe landing conditions,many reliability measures were adopted in the design procedure,such as selection of cushion materials,optimization of mechanism configuration,design of deployment mode,allocation of buffer force and control of its variation.The successful landing on the moon of Chang'E-3 Probe has completely verified the high reliability of the landing gear.     

轿车悬架虚拟样机技术应用研究

悬架系统设计技术是车辆设计的关键技术之一，悬架的设计影响平顺性、操纵稳定性等车辆性能．针对悬架虚拟样机的并发进行了研究，论述了悬架虚拟样机技术的内涵、体系结构及其关键技术．介绍了麦弗逊悬架虚拟样机的建模、仿真和优化分析，以促进虚拟样机技术在制造业的发展与应用。     

Dynamic Simulation Analysis of the Flexible Swap Device

With the development of space science and technology,the on-orbit servicing technologies of spacecraft get more and more attention.According to the design criterion of existing spacecraft in orbit module replacement technology,the flexible swap device is designed and the dynamics simulation of institutions by the automatic dynamic analysis of mechanical systems(ADAMS)simulation software is analyzed.Throughout the analysis process,this paper studies the effect of collision force of flexible mechanism and provides a basis for the optimization of flexible plug agencies.     

全球核能科技前沿综述

 讨论了核能前沿科技领域所取得的科技研究与重要工程项目进展，重点介绍了核电建设与发展、小型模块堆技术、聚变反应堆、空间动力堆、事故容错燃料，数值反应堆等方面的研究及开发进展。在海、陆、空均有良好应用前景的小型反应堆，将在传统商用核电以外开辟核能利用的新天地。而先进燃料设计、高精度数值模拟等技术则是未来核能安全保障的重要发展方向。随着技术的进一步革新和技术路线的多样化，呈多元化发展态势的核能预期仍将在全球能源结构中占据重要地位。     

新疆奇台110米射电望远镜

计划在新疆奇台建设的110米射电望远镜(简称QTT)将位居国际一流大科学装置之列,成为世界最大的全向可转动射电望远镜.QTT在引力波探测、黑洞发现、恒星形成、星系起源等基础科学研究领域将发挥重要作用,并可发展应用于深空探测,如探月工程和火星、金星探测.QTT设计方案考虑多种科学目标的需求,其关键技术包括:大口径天线结构设计技术、天线主动面技术、大惯量机架精密伺服控制技术、超宽带馈源技术、低噪声放大器技术、多波束接收技术等.QTT关键技术的突破与应用,将促进我国信息、精密机械加工和自动控制等工程技术领域的发展.QTT各系统建设将以自主创新为主,通过国际合作引进和采用相关尖端技术完成.     

网络化公路设计项目管理关键技术及应用

针对公路设计对项目管理的迫切需求,进行了网络化公路设计项目管理的关键技术与应用研究．首先对网络化公路设计项目管理进行了需求分析．基于需求分析,系统地研究了实施网络化公路设计项目管理的关键技术,包括设计流程分析与改进、网络化动态项目监控与协调、项目信息集成管理技术等．基于所提出的关键技术进行了网络化公路设计项目管理的系统开发与应用．实际应用表明,网络化项目管理能够有效提高公路设计项目的管理效率,合理配置与动态优化设计资源,实时监控与调整项目计划与进度．并对设计人员进行准确地绩效评价．     

利用激光实现飞行器推进的概念和关键技术的分析

激光推进是一种新颖独特的推进方法，是由发射技术和航天技术发展起来的先进的推进技术，通过吸收远距离传输的激光能量产生推力，它具有优于现存推进形式的几个明显特点。激光推进涉及到许多方面的研究，仅对激光推进的一些设计思想，特别是对激光推进的关键技术——激光支持的爆轰波进行了讨论。     

五自由度对接缓冲试验台三维转动实现的研究

针对对接飞行器的特性和技术要求，研究了五自由度地面对接缓冲试验台的三维转动实现方法。确定了以三轴转台的形式来实现三维转动。应用模糊有限元理论．设计了质量轻、强度刚度大、适于大撞击的转台框架结构，使整个框架的质量减少8．7％。根据对接初始姿态的设定要求，提出一调整简便、解锁迅速、质量轻、安全可靠的三维姿态调整及锁定装置，并给出相应的计算模型和结果。