邯郸论文组

【明日报告】博士学位论文答辩公告及学术会议

西北工业大学研究生教育2019-03-22 10:13:21

刘雯
学位论文简介

SiCf/SiC因其优异的性能是未来核反应堆设计理想的候选结构材料。多种制备工艺和多元结构,导致富硅或富碳的SiC环境所形成的Si/SiC或C/SiC异质界面结构在复合材料中十分普遍。近期研究发现,纳米材料中所含有的大量界面,对辐照诱导缺陷具有“吸收阱”作用,可以显著提高材料的抗辐照性能。此外,异质界面的性能和结构会影响材料的抗辐照性能。以核能应用为研究背景,本文采用重离子辐照模拟中子辐照,开展了三种异质界面结构的辐照效应的基础研究工作,包括:Si/SiC异质界面、C/SiC异质界面和聚合物转化纳米SiC中的异质界面。最后对二维(2D)SiCf/SiC的离子辐照效应进行了考察。


本文取得的主要创新与贡献如下:

(1)探索了SiC体系中异质界面对辐照效应的影响,对建立SiCf/SiC辐照损伤多尺度模型和指导SiCf/SiC核用结构材料设计、优化,具有重要的科学理论意义和工程应用价值。


(2)采用先进的HIM原位电镜辐照技术,首次在线观察了C/SiC异质界面中的氦泡演化行为,发现了高剂量He+注入下产生的两类缺陷,对研究含嬗变产物核反应堆环境下C-SiC材料的辐照损伤和缺陷行为具有重要的科学理论意义。


(3)探索了重离子辐照损伤的表征方法,对合理有效的评价重离子对材料造成的辐照效应具有重要的指导意义。

学术成果

[1] 第一作者. Liu W, Cheng L, Wang Y, et al. Investigation of the residual stress in reaction-bonded SiC under irradiation [J]. Journal of the European Ceramic Society, 2016, 36(16): 3901-3907. (SCI: 000382595600008, Ei: 20163102667014, IF: 3.411,对应论文第三章)


[2] 第一作者. Liu W, Cheng L, Li X, et al. Direct observation of structural and defect evolution in C-rich SiC using in situ helium ion microscopy [J]. Nanoscale, 2016, 8(2): 762-765. (SCI: 000367258500009, Ei: 20160101753223, IF: 7.367,对应论文第四章)


[3] 第一作者.  Liu W, Cao Y, Cheng L, et al. Design of polymer-derived SiC for nuclear applications from the perspective of heterogeneous interfaces [J]. Journal of the European Ceramic Society, 2017, Article in Press. (Ei: 20173804191255, IF: 3.411,对应论文第五章)


[4] 第一作者.  Liu W, Wang Y, Cheng L. Eu3+-doped YPO4 self-monitoring environmental barrier coating [J]. Journal of the American Ceramic Society, 2011, 94(10): 3449-3454. (SCI: 000295524300054, Ei: 20114214425567, IF: 2.841,对应论文第四章)


蒋凤瑞
学位论文简介

碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)因其轻质、高比强、高比模、耐高温等优异的性能已被应用于极端高温长时环境中。但SiCf/SiC在高温燃气环境中会与水蒸气、熔盐、火山灰及其他腐蚀介质发生反应,导致材料性能下降,最终造成热结构部件的损坏。因此,需发展能够在燃气环境中长时间服役的涂层,即环境障碍涂层(EBCs)。目前,国内外对于EBCs的研究重点主要集中在其抗高温水氧性能方面,对其抗高温熔盐腐蚀方面的研究尚不深入,对各体系EBCs材料的高温熔盐腐蚀行为和机制尚无系统研究和比较。


本文主要针对钡锶铝硅酸盐((1-x)BaO·xSrO·Al2O3·2SiO2,0≤x≤1,B1-xSxAS)及稀土硅酸盐系(包括稀土单硅酸盐和稀土双硅酸盐)EBCs的硫酸钠(Na2SO4)熔盐和钙镁铝硅酸盐(calcium-magnesium-aluminosilicate,CMAS)热腐蚀行为进行了系统研究,揭示了各EBCs体系的Na2SO4熔盐和CMAS热腐蚀机制,优选出具有良好抗热腐蚀性能的EBCs候选材料。主要研究成果和创新如下:


(1)通过研究不同温度下B1-xSxAS的Na2SO4腐蚀行为,揭示了不同Sr含量对B1-xSxAS腐蚀性能的影响,阐明了B1-xSxAS的Na2SO4腐蚀机制主要是Ba2+/Sr2+与Na+的离子互扩散。


(2)通过研究不同温度下B1-xSxAS的CMAS腐蚀行为,发现了不同Sr含量对B1-xSxAS腐蚀性能的影响,揭示了B1-xSxAS的CMAS腐蚀机制主要是Ba2+/Sr2+与Ca2+/Mg2+的离子互扩散。


(3)通过比较不同温度下不同稀土硅酸盐的Na2SO4腐蚀行为,获得了不同元素组成对稀土硅酸盐抗腐蚀性能的影响,发现了不同稀土元素RE2SiO5和RE2Si2O7的抗Na2SO4腐蚀性能差异,揭示了RE2SiO5和RE2Si2O7的腐蚀机制主要是RE-O化学键断裂,形成新的Na-O化学键。


(4)通过比较不同温度下不同稀土硅酸盐材料的CMAS腐蚀性能,获得了不同元素组成对稀土硅酸盐抗腐蚀性能的影响,发现了不同元素RE2SiO5和RE2Si2O7材料的抗CMAS腐蚀性能差异,揭示了RE2SiO5和RE2Si2O7的腐蚀机制主要是RE-O化学键断裂,形成新的Ca-O/Mg-O化学键。

学术成果

[1] 第一作者. Fengrui Jiang, Laifei Cheng, Yiguang Wang, et al. Hot corrosion behaviour of barium-strontium aluminosilicates in a molten Na2SO4 environment [J]. Journal of the European Ceramic Society, 2017, 37(2) : 823-832. (SCI : 000386643900046, EI : 20164402957606, IF:3.411, 1区Top期刊, 对应论文第三章)


[2] 第一作者. Fengrui Jiang, Laifei Cheng, Yiguang Wang, et al. Calcium–magnesium aluminosilicate corrosion of barium–strontium aluminosilicates with different strontium content [J]. Ceramics International, 2017, 43(1): 212-221. (SCI : 000390624600033, EI : 20164803055512, IF:2.986, 1区Top期刊,对应论文第四章)


[3] 第一作者. Fengrui Jiang, Laifei Cheng, Yiguang Wang, Jiaxin Zhang. Fabrication of Barium-Strontium Aluminosilicate Coatings on C/SiC Composites via Laser Cladding [J]. Journal of Material Science & Technology, 2017, 33(2), 166-171. (SCI : 000396351600004, EI : 20170203234997, IF:2.764,2区,对应论文第二章)


[4] 第一作者.  Fengrui Jiang, Laifei Cheng, Yiguang Wang. Hot corrosion of RE2SiO5 with different cation substitution under calcium–magnesium–aluminosilicate attack [J]. Ceramics International, 2017, 43(12): 9091-9023. (SCI : 000402584900067, EI : 20171603572330, IF:2.986,1区Top期刊,对应论文第六章)


罗岭
学位论文简介

在经济全球化和管理国际化时代,双元性创新是跨国公司获取核心竞争优势的关键。回任人员作为跨国公司具有丰富国际知识和海外经验的员工,是跨国公司的高素质人才,其双元性创新是跨国公司创新、生存和发展的关键。跨国公司创新必须以提升回任人员双元性创新为基础。已有研究表明,回任人员离职和在母公司的知识转移失败是回任人员双元性创新的主要障碍。如何留住回任人员并充分激发其双元性创新是跨国公司创新需要解决的重要问题。个人-组织契合是留住回任人员并促进回任人员进行双元性创新的关键。基于此,论文围绕“个人-组织契合如何影响回任人员双元性创新”这一问题展开深入研究。论文的主要工作、研究结果和创新点如下:


(1)重新界定了个人-组织契合的概念与维度,并从个人层面提炼了双元性创新的内涵与维度。本研究在传统的个人-组织契合概念的基础上,基于回任管理视角提出了回任人员的个人-组织契合概念,将其分为互补性契合和一致性契合两个维度,并对这两个维度进行了操作化定义和测量。同时,基于个人层面的创新强度,界定了回任人员双元性创新的概念,将其分为探索性创新和开发性创新两个维度,并对这两个维度进行了操作化定义和测量。实证研究结果显示个人-组织契合测量量表与回任人员双元性创新测量量表都具有良好的信度和效度。


(2)构建了个人-组织契合、知识转移和回任人员双元性创新关系的理论模型。本研究通过关键事件法,借鉴一般知识转移过程模型,提出了跨国公司回任人员四阶段知识转移过程模型,探讨了回任人员知识转移过程的特点,在此基础上,基于知识管理理论、创新理论和人-环境契合理论的观点,构建了个人-组织契合对回任人员双元性创新影响的理论模型。通过研究这一理论模型来揭示个人-组织契合对回任人员双元性创新的影响机理,实证研究验证了理论模型的合理性。


(3)从知识管理视角探明了个人-组织契合对回任人员双元性创新影响的作用机制。实证研究结果表明了个人-组织契合的各维度——互补性契合和一致性契合均对回任人员双元性创新具有促进作用,且互补性契合对回任人员探索性创新的正面影响更显著,一致性契合对回任人员开发性创新的正面影响更显著。此外,实证研究结果还显示,知识转移在个人-组织契合与回任人员双元性创新的关系中起完全中介作用。


(4)厘清了创造力自我效能感对知识转移与回任人员双元性创新关系的调节作用。实证研究结果表明了创造力自我效能感正向调节知识转移与回任人员双元性创新之间的正向关系,且创造力自我效能感在知识转移与探索性创新之间的关系中所起的调节作用大于其在知识转移与开发性创新之间的关系中所起的调节作用。此外,实证研究结果还显示,创造力自我效能感能正向调节知识转移在个人-组织契合与探索性创新之间的中介作用,但创造力自我效能感不能显著地调节知识转移在个人-组织契合与开发性创新之间的中介作用。


(5)提出了促进回任人员双元性创新的管理策略。根据实证研究结果,本研究将个人-组织契合对回任人员双元性创新的影响机理进行了深入分析,建议跨国公司管理者从提高回任人员个人-组织契合程度、促进回任人员成功知识转移、积极塑造回任人员创造力自我效能感等方面来激发和提高回任人员的双元性创新。

学术成果

[1] 第一作者. 罗岭, 王娟茹, 张坤. 基于知识管理视角的复杂产品研发绩效模型[J]. 运筹与管理, 2017, 26(1): 166-172. (国家自然科学基金委管理科学部认定的A类期刊;CSSCI期刊)


[2] 第一作者. 王娟茹, 罗岭. 知识共享行为、创新与研发绩效的关系研究. 科研管理, 2015, 36(6): 37-45.(国家自然科学基金委管理科学部认定的A类期刊;CSSCI期刊)


[3] 第一作者. 罗岭, 王娟茹. 回任人员职业成长、情感承诺与知识转移的关系[J]. 经济管理, 2016, 38(11): 118-130. (CSSCI期刊)


[4] 第一作者.  罗岭, 王娟茹. 基于知识管理的产学研合作协同创新[J]. 情报科学, 2015, 33(7): 21-25+34.(CSSCI期刊)


[5] 第一作者.  罗岭, 王娟茹. 跨国公司回任人员知识转移过程研究[J]. 管理现代化, 2016, 36(5): 100-102. (CSSCI期刊)


[6] 第一作者.  罗岭, 王娟茹. 回任人员情感承诺、知识传播动机与知识转移的关系[J]. 科技管理研究, 2017, 37(5): 259-266. (CSSCI期刊)


[7] 第一作者. LUO Ling. Impact of Complementary Fit on Repatriates’ Innovation Behavior[J]. International Core Journal of Engineering, 2017, 3(6): 187-199.


[8] 第一作者.  LUO Ling, WANG Juanru, Zhang Xiaodi. Repatriates’ Knowledge Transfer Model in Multinational Corporation Bsaed on Socialization Process. 2015 International Conference on Management Science & Engineering(22th). Dubai, United Arab Emirates, October 19-22, 2015: 1065-1070. (ISTP检索:000397545600141)


[9] 第一作者. LUO Ling, WANG Juanru. Game Analysis of Knowledge Transfer of Product  Innovation Team in Multinational Corporations[J]. Journal of Human Resource Management, 2017, 5(4):63-69.


何鹏秋
学位论文简介

高精度单元技术的发展对于有限元仿真中计算精度和计算效率的提升具有重要意义,尽管目前有限元方法已经发展的较为完善,且在工程和科学计算领域已经取得了巨大成功,但有限元方法依然存在着可进一步改进或完善的空间。论文针对有限元基础理论进行了进一步研究,主要研究工作及创新点如下:


1. 提出了一种新型有限单元法,即广义模态单元法;给出了广义模态单元法的四种常用模态构造方法,即解析法、假设位移法、常规有限单元法和其它数值方法,并对广义模态单元法的收敛性条件以及模态的完备性条件进行了研究。


2. 提出了模态局部坐标系的概念,保证了单元模态构造过程中解析法和假设位移法的标架不变性,并将模态局部坐标系的概念推广至解析试函数法中,从而有效解决了解析试函数法的标架相关性问题。


3. 基于模态单元法,提出了两种高精度八节点体单元(US-MEM8S和S-MEM8S)、四种六节点体壳单元(US-CTRIA3、US-OTS3、S-CTRIA3和S-OTS3)和四种八节点体壳单元(US-CQUAD4、US-QTS4、S-CQUAD4和S-QTS4),所得单元具有良好的数值精度和抗网格畸变性。


4. 利用单元模态的线性叠加原理,推导了描述非匹配网格界面的位移协调约束矩阵;并证明NASTRAN和ABAQUS软件中的经典多点约束方法并不能适用于非匹配网格界面复杂变形问题;针对经典多点约束方法的这一弊端,通过分别构造非匹配网格间的载荷转换矩阵和位移协调约束矩阵,提出了适用于非匹配界面复杂变形边界的新型多点约束方法。


5. 针对NASTRAN和ABAQUS软件中梁单元质量阵在刚体运动中无法精确描述梁单元惯性载荷的特点,推导了精确描述惯性载荷质量阵的充分条件;利用该充分条件推导了可精确描述梁单元惯性载荷的质量阵技术;针对NASTRAN和ABAQUS软件中惯性释放方法计算速度慢、内存占用高的特点,基于惯性载荷的线性叠加原理提出了一种高精度高效率的新型惯性释放方法。

学术成果

[1] 第一作者. Pengqiu He, Qin Sun. Modified Inertia Relief Method Based on Accurate Inertia Loads, AIAA Journal, Vol. 55, No. 8 , 2017, 2848-2852.


[2] 第一作者. 何鹏秋, 孙秦. 一种基于精确刚度分析的刚性连接单元[J]. 航空工程进展, 2017, 8(1):68-72.


[3] 第一作者. 罗岭, 何鹏秋, 孙秦. 一种确定薄壁结构高刚度连接区载荷传递的方法. 中国专利, CN104598693A.


[4] 第一作者.  孙秦, 何鹏秋. 一种飞机在定常过载状态下的非结构质量配平方法. 中国专利, CN105447269A.



李博
学位论文简介

本文以剪式单元线阵列可展机构为研究对象,采用理论分析和实验验证相结合的方式,深入地分析研究了可展机构在展开运动过程中的动力学特性和展开到位锁定后结构的稳定性问题。在运动过程中,首先根据阵列组合机构中单元的一致性特点,采用子结构法建立了理想剪式线阵列可展机构的通用动力学模型,获得了3单元可展机构在运动过程中速度、加速度和约束反力的动态输出,并在数值积分过程中对位移和速度进行了校正。其次在考虑铰链间隙情况下,建立了含间隙剪式单元可展机构的运动学和动力学模型,并综合分析了间隙尺寸、间隙位置和间隙数量等参量对可展机构动力学特性的影响,以及不同参量间的相互耦合对机构行为的影响。在此基础上,考虑接触刚度系数在接触碰撞过程中的非线性特性,提出了一种新的混合非线性接触碰撞力模型,并将新模型和原始模型比较验证了新模型的正确性。在锁定阶段,建立了单侧受载时可展结构的稳定性模型(Ⅰ)和考虑自重时的稳定性模型(Ⅱ),两种模型均可以扩展应用到任意个单元组成的线阵列可展结构中,并可快速计算结构的失稳载荷。最后,根据本文的理论分析,搭建了含间隙剪式单元可展机构的动力学实验平台和结构失稳时的稳定性平台,验证了本文的理论分析结果。通过本文的研究,为准确预测含间隙可展机构的动力学特性,抑制间隙引起的冲击、摩擦磨损、运动精度下降、机构可靠性和寿命降低,以及结构失稳时的屈曲特性奠定了理论基础,为加快可展机构的工程应用提供了重要依据。本文的主要工作内容和结论如下:


开展了理想剪式单元可展机构运动学模型的建立及动力学分析。基于阵列组合可展机构中单元的一致性特点,建立了理想线阵列可展机构在展开运动过程中的动力学模型和求解方法,整个分析过程可以推广到任意个单元组成的线阵列可展机构中,提高了机构动力学分析的建模效率,可快速获得机构的动力学响应。此外,选用几何约束法完成了速度和位置的校正,提高了数值结果的准确性。


开展了含间隙剪式单元可展机构的动力学建模及定量分析。首先对接触碰撞过程中的法向接触力模型(Hertz等纯弹性接触力模型以及Hunt-Crossley、L-N、Flores、Gonthier等含阻尼接触力模型)和切向接触力模型(Coulomb模型、LuGre模型等)进行比较分析,得到了各模型的优缺点及适应范围。其次考虑轴?轴承间的接触碰撞情况,建立了含间隙可展机构的运动学模型,通过对接触状态、潜在接触点、相对接触速度以及广义力转化的求解,成功地将铰链间隙效应引入到可展机构的动力学模型中。针对数值求解过程中容易出现的数值刚性问题提出了解决方法。最后以两单元剪式可展机构为例,分析了间隙铰链数量、间隙位置和间隙尺寸对机构动力学特性的影响。结果表明:随着间隙尺寸的增加,机构的加速度和碰撞力幅值越来越大,机构的运动精度逐渐降低直至完全破坏。不同的铰链位置对于间隙尺寸有不同的敏感度,在较敏感的含间隙铰链处,可以考虑增加控制器用以控制机构的行为不被破坏。随着间隙数量增加,机构的动力学行为越来越复杂,在有序和无序之间变化,但此时机构的运动行为是最接近于真实运动的。因此,含间隙可展机构的动力学分析中,应该将较多的铰链考虑为真实铰链。


建立了改进的非线性连续混合接触碰撞力模型。首先,基于间隙铰接触理论,对Hertz接触模型、Persson接触模型和改进的Winkler弹性基础模型进行分析,考虑运动过程中接触刚度的变化情况,提出了一种新的混合非线性连续接触碰撞力模型。该模型采用非线性刚度系数描述多刚体接触碰撞过程中接触刚度相对于接触变形的变化情况,考虑了机械系统和接触刚度间的耦合关系,和实际工程符合较好。其次,针对改进的模型和初始Gonthier模型,在不同间隙尺寸、恢复系数和初始碰撞速度下对球体间的单次碰撞过程进行分析,结果显示改进的混合模型不受间隙尺寸和恢复系数的限制,拓宽了接触碰撞模型的应用范围,精度更高。最后,以平面两单元剪式可展机构为研究对象,结合新的混合接触碰撞力模型和LuGre摩擦模型描述了含间隙可展机构的动力学特性。结果表明:铰链间隙效应对可展机构的位移和速度影响较小,但加速度和约束反力出现了高频振荡的特性,表明接触碰撞发生并且机构的运动精度被影响。此外,随着间隙尺寸的增加,加速度的幅值和接触碰撞力逐渐增大,并且大间隙的碰撞时间相对于小间隙被延长。可以预测当间隙尺寸进一步增大时机构的动力学性能将急剧地恶化。采用初始Gonthier接触力模型和混合接触力模型得到的接触力幅值分别为1500N和1300N,表明初始模型过度地预测了间隙铰链间的接触碰撞力,并且非线性接触刚度系数通过接触变形吸收了部分碰撞能导致混合接触力模型更接近于真实工况。


研究了剪式单元线阵列可展结构在锁定后的失稳情况。分别采用静力法与能量法针对线阵列可展结构在锁定后的屈曲情况进行研究,提出了可展结构在单侧受载时的稳定性模型(Ⅰ)和考虑结构自重时的稳定性模型(Ⅱ)。两种模型均可以推广到任意个单元组成的线性阵列可展结构中,并可快速获得对应工况下结构的失稳载荷以及不同参数,如单元个数、展开角度和杆件的几何属性等对结构屈曲的影响,有利于工程应用。


(a)建立稳定性模型(Ⅰ)。基于杆件的弹性变形分析,首先建立了剪式线阵列可展结构中任一单元的结构失稳极限载荷表达式,获得了剪式单元结构的失稳条件,然后选择各单元临界载荷值中的最小值作为可展结构的失稳载荷。推导得到的稳定性模型(Ⅰ)适用于单侧受载情况下任意个单元组成的线阵列可展结构。采用模型(Ⅰ)对3单元、展开角度为、杆长为4m的可展结构进行计算,得到第3个单元处的临界载荷值最小,可作为可展结构的临界载荷。理论计算值和分析结果的比较表明:单向受载稳定性模型可以较好地预测剪式线阵列可展结构的失稳载荷;单元个数、杆件柔度和展开角度等参数共同影响结构失稳时的临界载荷。此外,当单元个数和杆长确定时,随着展开角度的增加,结构的临界载荷值先增大后减小,在展开角度为时达到最大,则在可展结构设计中应将展开角度确定为以保证结构具有最大的承载能力。当单元个数和角度被确定时,失稳载荷值随着柔度的增大而逐渐减小,表明在SLE设计中应尽可能地减少杆件长度以保证结构的稳定性。


(b) 建立稳定性模型(Ⅱ)。剪式单元线阵列可展结构被等效为一均匀立柱,采用等效理论获得对应结构的等效抗拉刚度和抗弯刚度。基于势能驻值原理,获得结构的平衡位置从稳定状态到不稳定状态的临界条件,从而推导得到考虑结构自重时的稳定性模型(Ⅱ)。采用模型(Ⅱ)分别对5单元、8单元和10单元可展结构进行计算得到其临界载荷为、和,和有限元分析结果(、和)比较可知:考虑结构自重时的稳定性模型可以有效地预测剪式线阵列可展结构的失稳载荷,并且可以确定不同参数如单元个数、展开角度和杆件几何属性等对临界载荷的影响。此外,在杆件的几何构型确定的情况下,可展结构的最稳定构型对应的临界载荷值随着展开角度的变化逐渐向两边减小。当单元个数为4,展开角度约为时可展结构达到其最稳定状态。之后,随着角度的变化,最大值逐渐减小。当单元个数被确定时,随着杆长的增加,展开角度应该被减小以保证结构的稳定性,直到结构不再具有承载能力。另一方面,针对单元个数多、杆件长细比大的大型线阵列可展结构,建立了修正的稳定性模型(Ⅱ)用于计算结构锁定后的临界载荷,减少了计算参量,提高了计算效率。


根据工程需要,适当地调整展开角度和杆件属性等参数可以帮助设计人员得到同一工况下允许的结构的最稳定构型,从而避免结构的失稳并增加其承载能力。


开展了含间隙可展机构的动力学特性实验和可展结构的稳定性实验研究。在含间隙可展机构的动力学特性实验中,针对不同间隙尺寸、间隙位置以及间隙数量,对可展机构加速度的动态输出进行实验测试,通过与理论分析结果比较对本文提出的非线性混合接触力模型进行了验证,并针对不同参数对含间隙铰链机构碰撞动力学特性的影响进行了研究;在稳定性实验测试中,通过增加单元个数、改变展开角度、减少杆长的方法研究了三种主要失稳参数对结构失稳的影响,并与理论计算结果比较分析验证了本文提出的新的稳定性模型的正确性,结果表明:


(a)碰撞频率和幅值随着间隙尺寸的增加而逐渐增大,直至机构整体被破坏。此外,不同位置处含间隙铰链对间隙尺寸的敏感程度不同,工程中应在较敏感位置增加控制器以降低该处间隙对机构动力学行为的影响。同时,多个间隙铰链间的动力学耦合作用对可展机构的动力学特性有重要影响,实际分析中应将所有铰链考虑为真实铰链。


(b)当砝码重量逐渐增加时,结构的变形逐渐增大,直至不再具有承载能力。随着单元个数和杆长的增加,结构的失稳载荷逐渐降低,展开角度不能单独用于判断结构的失稳。对于单元个数和杆件几何属性确定的可展结构,调整展开角度可以使结构具有最大承载能力。7个SLE单元组成的剪式线阵列可展结构中,在展开角度为和时,可展结构的失稳载荷分别为87.5N和118.25N,表明展开角度为时对应结构的最稳定形态。


综合比较不同工况下的实验数据和分析结果发现理论分析与实验结果基本吻合,有效地验证了本文关于含间隙可展机构动力学特性和结构稳定性研究的正确性。


本文工作不仅为剪式单元可展机构的间隙动力学分析和结构稳定性分析提供了方法,而且对其他类型的可展机构的动力学分析和稳定性分析具有参考价值。

学术成果

[1] 第一作者. Li B, Wang S M, Zhi C J, et al. Analytical and numerical study of the buckling of planar linear array deployable structures based on scissor-like element under its own weight[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2016, 83:474-488. (SCI:000385209000027, EI:20164703043694)


[2] 第一作者. Li B, Wang S M, Yuan R, et al. Dynamic characteristics of planar linear array deployable structure based on scissor-like element with joint clearance using a new mixed contact force model[J]. ARCHIVE Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2016, 230(18): 3161-3174 (SCI:000386702200001,EI: 20164302942501)


[3] 第一作者. Li B, Wang S M, Makis V, et al. Dynamic characteristics of planar linear array deployable structure based on scissor-like element with differently located revolute clearance joints[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2017, DOI: 10.1177/0954406217710277. ( Accept, SCI, EI)


[4] 第一作者.  Li B, Wang S M, Makis V, et al. Stability analysis of uniform deployable structure in compression[C]. 24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, August, 2016, Montreal, Canada. (第24届国际理论与应用力学大会,Short talk with poster)


[5] 第一作者. Li B, Wang S M, Yuan R, et al. Dynamics Analysis of Linear Array Deployable Structure Based on Symmetrical Scissor-Like Element[M]. Proceedings of the 5th International Conference on Electrical Engineering and Automatic Control, Springer Berlin Heidelberg, 2016. (EI: 20163002641565)


[6] 第一作者. 李博, 王三民, 袁茹. 剪式单元直线阵列可展结构的稳定性[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2014, 46(9): 50-54. (EI: 20144500160893)


[7] 第一作者. 李博, 王三民, 袁茹等. 基于剪式线性阵列可展结构对称性的动力学分析方法研究[J]. 西北工业大学学报, 2015(4):665-671. (EI:20153801281563)


[8] 第一作者. 李博, 王三民, 袁茹等. 运动副间隙耦合作用下平面剪式线性阵列可展结构的动力学分析[J]. 西北工业大学学报, 2017, 35(3): 455-461. (EI: 20173003987851)


[9] 第一作者. 李博, 王三民, 袁茹等. 考虑运动副间隙的剪式线性阵列可展结构动力学分析[J]. 中国空间科学技术, 2016, 36(2):1-9. (中文核心)


[10] 第一作者. 王三民, 李博, 袁茹. 等腰梯形剪式机构动力学特性分析[C]. 可展开空间结构学术会议, 2014, 9, 西安


[11] 第一作者. 王三民, 李博, 薛向珍. 可展结构设计与分析技术综述[C]. 第二届可展开空间结构学术会议, 2016, 10, 北京


秋朋园
学位论文简介

齿轮是现代机械设备中不可缺少的传动部件,齿轮传动的工作性能直接影响着整个传动系统的传动质量。渐开线圆柱齿轮由于具有制造简单、安装方便等特点,被广泛应用于直升机的分扭传动主减速器中来实现功率分扭传动。随着我国航空事业的不断发展,对高速、重载环境下服役的航空齿轮传动的工作性能提出了越来越高的要求。因此,建立更加精确的航空圆柱齿轮传动动力学模型、准确地预测齿轮传动的振动特性,提出合理的减振方法具有重要的理论意义和工程实用价值。论文的主要研究工作和创新点如下:


(1) 建立了考虑齿面修形的圆柱齿轮高效加载接触分析模型,综合考虑了齿轮的安装误差、齿面间隙及齿面修形的影响,将有限元法与解析法融为一体,采用有限元法计算轮齿的弯曲-剪切宏观变形,利用弹性接触理论分析非线性的局部接触变形,提高了轮齿加载接触分析计算的效率,为后续动力学激励的求解提供了高效精确的基础方法。


(2) 建立了基于轮齿加载接触分析的齿轮非牛顿弹流润滑模型,根据混合弹流润滑状态下的载荷分配原理,结合轮齿齿面的实际啮合状态,构建了齿轮齿面摩擦力及摩擦力矩系数的计算方法,为动力学分析中计入摩擦润滑效应奠定了基础。


(3) 鉴于圆柱齿轮在直升机分扭传动主减速器中的应用背景,提出了一种基于向量的通用简便的圆柱齿轮动力学方程构建方法。该方法避免了传统动力学方程推导过程中对各自由度位移及分力矢量符号的判断,在多自由度系统动力学建模中将展现出较好的优越性。全面考虑轮齿啮合刚度激励、冲击激励、齿面摩擦激励以及小人字齿轮轴向浮动的特点,引入齿面修形、安装误差、齿面润滑、齿侧间隙等影响因素,建立了圆柱齿轮传动弯-扭-轴耦合动力学模型,为今后直升机圆柱齿轮分扭传动主减速器系统的动力学建模和分析奠定了基础。


(4) 考虑到基于动态性能设计齿面修形参数时存在的分析效率低下的缺陷,提出了一种具有适应值预测机制的自适应遗传算法,可以在保证寻优精度的同时,有效的提高齿面修形设计的效率。相比传统遗传算法,真实适应值的平均计算次数减少了约2/3。

学术成果

[1] 第一作者. Qiu Pengyuan, Zhao ning, Wang feng. Optimum microgeometry modifications of herringbone gear by means of fitness predicted genetic algorithm[J]. Journal of vibroengineering, 2016, 18(8): 4964-4979. (SCI: 000391129000006)


[2] 第一作者. 赵宁, 秋朋园, 刘贵立. 高重合度人字齿轮轮齿最佳修形优化设计[J]. 国防科技大学学报, 2015, 37(1): 165-170. (EI: 20151600764686)


[3] 第一作者. 赵宁, 秋朋园, 刘贵立. 高重合度人字齿轮传动动态性能优化设计[J]. 国防科技大学学报, 2015, 37(2): 167-173. (EI: 20152400935971)


[4] 第一作者. 赵宁, 秋朋园, 刘贵立. 人字齿轮传动的高重合度优化设计[J]. 机械传动, 2014, 38(6): 56-59.


[5] 第一作者. Peng Yanjun, Zhao ning, Qiupengyuan. An efficient model of load distribution for helical gear with modification and misalignment[J]. Mechanism and Machine Theory. (SCI期刊) (已录用)


孙冲
学位论文简介

本文以近地轨道机动、近地小行星探测以及圆形限制性三体问题周期任务轨道设计为背景,研究了在连续小推力作用下航天器机动轨道设计与优化问题。首先介绍了连续推力作用下机动轨道设计的正方法与反方法两种思路。进一步,分别以基于力的方法以及形状方法分析这两种设计思路的优缺点。在此基础上,提出了虚拟引力场方法,并分别在二体引力场和三体引力场中,研究了二体引力场小推力作用下机动轨道设计解析解、多目标近地小行星转移轨道设计半解析方法、考虑第三体引力摄动的连续小推力轨道机动半解析方法以及三体引力场周期轨道设计问题。论文的主要创新点可以归纳为:


第一:针对二体引力场中连续小推力机动轨道设计的解析方法存在的约束问题,提出了基于虚拟引力场概念的机动轨道设计问题,推导了实现虚拟引力场所需要的推力模型,给出了采用虚拟引力场方法设计机动轨道的步骤。将其应用于轨道转移以及轨道拦截任务中,并与形状方法进行了对比。对比发现,在不增加计算量的前提下,采用虚拟引力场方法可以大大减小轨道设计的约束,可以得到更多的满足边界约束的轨道,可以大大扩展机动轨道解的范围。


第二:针对近地小行星小偏心率多弧段轨道转移问题,采用虚拟引力场概念,提出了连续推力轨道设计半解析方法,并将该方法与平均算法及数值积分方法进行了对比,结果表明与平均算法相比,该方法大大提高了解析解精度。与数值方法相比,该方法所需的计算量大大减小。进一步,提出了基于太阳帆/电推进混合推力的连续推力机动轨道设计,并和电推进方法进行了对比,对比发现借助于太阳帆和电推进的互补性,采用混合推力方法可以大大减小轨道任务所需燃料消耗。


第三:针对考虑第三体引力场摄动的机动轨道设计问题,推导了第三体引力摄动方程,并求解了该方程半解析解。给出了在连续小推力机动轨道设计中是否要考虑第三体摄动的判断标准。进一步,结合虚拟引力场方法,提出了考虑第三体摄动下连续推力作用下机动轨道设计方法,并将其应用于近地小行星轨道转移问题。研究结果表明,与数值方法相比,该方法可以大大减小轨道设计计算量。该方法可用于设计多目标近地小行星转移轨道设计任务中。


第四:针对圆形限制性三体中的任务轨道设计问题,提出了虚拟三体引力场概念,推导了采用虚拟三体引力场方法设计轨道的动力学模型。采用变反射率太阳帆实现虚拟三体引力场中的周期轨道保持。进一步,采用该方法设计了地球进动等周期对地观测轨道。仿真结果表明,通过设计地球进动等周期对地观测轨道,可以大大减小对地观测的观测角。虚拟三体引力场方法扩展了三体引力中周期轨道设计思路。

学术成果

[1] 第一作者. 袁建平, 孙冲,  方群. 基于虚拟中心引力场方法的航天器转移轨道设计[J]。力学学报 ,Vol.47(1), pp 180-184, 2015(EI索引号:20151000594327)


[2] 第一作者. Sun, Chong, Jian-ping Yuan, and Qun Fang. Continuous low thrust trajectory optimization for preliminary design [J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2016, 230(5): 921-933.(SCI 索引号:WOS:000373704200012 EI索引号:20161502214841)


[3] 第一作者. Sun, Chong,shi-yuChen, Jianping Yuan, Zhan-xia Zhu, A Six-DOF Buoyancy Tank microgravity test bed with active drag compensation Microgravity science and technology. 2017, 29, pp391-492  (SCI:WOS:000413105100007  EI:20173804180618)


[4] 第一作者. 孙冲, 方群, 袁建平. 具有模型参数不确定性的飞行器动态特性分析及控制律设计. 西北工业大学学报. 2012,30(4):497-502. (EI 索引号:20123715431924)


[5] 第一作者. Sun, Chong; Yuan, Jian-ping; Fang, Qun, Continuous low thrust trajectory design for Earth-crossing asteroid deflection [C], AIAA: 25th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Williamsburg, AAS-15-336.


[6] 第一作者. Sun, Chong, jian-ping yuan, qun fang,Uncertainty Modeling and Analysis of AHFV Based on the Fly Fruit algorithm [C], 2012,A-119, APISAT, Jeju, Keora.


徐双艳
学位论文简介

纳秒脉冲介质阻挡气体放电是一种新型等离子体流动控制技术,具有设计结构简单、流动激励效果明显以及能耗成本低等优点。随着电脉冲技术的不断发展,纳秒脉冲介质阻挡等离子体激励器目前已成为国内外重点关注的研究对象。同时,纳秒脉冲介质阻挡气体放电过程中等离子体流动机理已经成流体力学和等离子体物理领域新的研究热点。特别是,纳秒脉冲空气放电过程中产生的高密度等离子体以及冲击波流动响应,在航空航天领域中具有非常广阔的应用前景。为了更有效的探究纳秒脉冲介质阻挡气体放电与等离子体激励流动机理,优化放电过程并且设计更有效的等离子体激励器,本文开展的研究工作与创新点主要包括:


(1)通过分析等离子体各组分粒子的化学物理性质、分子的振动激发态对能量平衡的影响作用以及电子与离子的产生与损失机制,在传统等离子体空气放电化学模型基础上,选取了放电过程中涉及的主要猝灭反应,并且忽略了某些涉及振动激发态及负离子的化学反应,构建了一套简化的空气放电等离子体物理化学模型。


(2)结合商业软件框架通过用户自定义编程,发展了一套气体放电等离子体激励流动过程的多物理场耦合数值计算方法。控制方程包括空气放电过程中电子、离子和中性粒子满足的漂移-扩散物质守恒方程,电场满足的泊松方程,等离子体激励流动的可压缩Navier-Stokes方程,以及气体状态方程。在动量守恒方程中考虑等离子体放电过程中电场力产生的体积力,能量守恒方程中考虑放电过程中粒子的碰撞运动产生的快速能量释放对周围气体的影响。基于局部加密的非结构网格,通过二阶精度的有限体积格心格式进行空间离散,时间推进采用四阶Runge-kutta显示格式,实现控制方程的耦合数值计算。


(3)采用本文构建的空气放电等离子体物理化学简化模型和多物理场耦合数值计算方法,实现了纳秒脉冲介质阻挡空气放电等离子体激励流动过程的数值模拟,研究了纳秒脉冲介质阻挡放电特性和等离子体激励流动机理,本文的数值模拟结果与文献计算以及实验结果相符,由此说明本文构建的等离子体物理化学简化模型与耦合数值计算方法能够准确且高效地模拟纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体激励流动过程。


(4)研究了激励器结构参数以及输入电压对介质阻挡放电与等离子体激励流动过程的影响,主要包括上电极不同裸露情况、输入电压不同脉冲波形、上下电极不同长度对放电特性及激励流动的影响。本文数值模拟结果表明:带有尖端的裸露电极激励产生的放电特征物理量的量值更大、放电特性更强、激励效果更明显;输入电压脉冲波形上升沿越短,放电特征物理量的量值越高、放电区域越大、放电特性越强;激励器上下电极长度对纳秒脉冲等离子体激励效果几乎没有影响。


(5)研究了激励器上电极表面几何形状对等离子体激励效果的影响。分别设计了普通矩形、锯齿形和半圆弧形电极三种不同激励器,对比对比了这三种激励器的纳秒脉冲介质阻挡等离子体激励效果,数值模拟结果表明,激励器上电极表面几何形状对空气放电与等离子体激励流动有很大影响,锯齿形电极激励器能够增强空气放电过程中的能量转换,是一种非常有效的等离子体流动控制激励器。

学术成果

[1] 第一作者. 徐双艳,李江,蔡晋生,王光秋. 二维对称结构纳秒脉冲介质阻挡放电数值模拟. 高电压技术, 2015,Vol.41,No.6:1-8. (EI: 20153001062454,IF:2.55, 对应文章第三章)


[2] 第一作者. Xu SY, Cai JS, Li J. Modeling and simulation of plasma gas flow driven by a single nanosecond-pulsed dielectric barrier discharge. Phys. Plasmas. 2016, 23,103510. (SCI: 000387445500103, IF:2.207,对应文章第三章)


[3] 第一作者. Xu SY, Cai JS, Zhang ZK and Tang SJ. Investigation of the electrode surface geometric effects driven by Nanosecondpulsed Surface Dielectric Barrier Discharge. J. Phys. D: Appl. Phys. 2017, 50,185201.(SCI: 000398301500001, IF:2.772, 对应文章第五章)


[4] 第一作者. Xu SY, Cai JS, Lian YS. Investigation of nanosecond-pulsed dielectric barrier discharge actuators with powered electrodes of different exposures. Plasma Science & Technology. 2017, 19, 095504. (SCI: 000412110900011, IF:0.659,对应文章第四章)


第二届复合材料世界杯赛日程安排


文案来源丨研究生院

美编丨又清