石墨烯电声换能器的设计与对比

为了使石墨烯电声换能器获得最优性能,主要针对石墨烯热致发声器件和静电式发声器件进行了发声机理研究,通过理论建模和分析,得到了薄膜尺寸、厚度以及应力等结构参数对两种电声换能器的频率响应特性的影响规律。通过微纳加工制造方法设计和制备了一批不同结构参数下的电声换能器,并对这些器件进行了性能测试和对比分析,结果表明：薄膜厚度对热致电声换能器发声声压影响显著,即薄膜越薄,该电声换能器的发声声压越大;薄膜半径、厚度和应力对静电式电声换能器的频带影响较大,即薄膜半径越大,厚度越薄,应力越小,该电声换能器频带越宽。以上研究为优化选取石墨烯电声换能器的类型,优化设计结构参数,提升器件发声性能奠定了基础。     

金属热防护系统瞬态热分析的并联一维模型

建立了可重复使用运载器金属热防护系统瞬态热分析的并联一维模型.根据热防护系统的结构特点划分了多条热流通路,将各热流通路离散化后给出了单条通路瞬态传热的隐式差分格式,采用热平衡法推导了串、并联两种类型公共节点的局部控制方程,并给出了传热问题中常见边界条件的统一表达式,最终形成了总体控制方程.通过数值计算获得了热防护系统瞬态温度场.计算结果表明:采用并联一维模型可以更真实、更准确地反映热防护系统的传热过程,对于热防护系统结构优化设计有较高的参考价值.     

夜间通风量对相变轻质房间室内热环境的影响

运用EnergyPlus软件,对含相变材料层轻质房间的室内热环境进行了模拟,分析了墙体结构、通风量等因素对相变材料轻质墙体的蓄、放热性能和室内热环境的影响。模拟结果表明:相变材料应用于轻质房间,能显著增强围护结构的热惰性,提高室内的热舒适性;同时采取夜间通风技术,可以有效地将白天蓄积的热量散至室外。相变材料布置在围护结构内侧时,室内环境的热舒适性比布置在外侧时更好。从自然通风的角度,相变材料布置于围护结构内侧时,选取换气数2.5次/h作为优化结果;相变材料布置于围护结构外侧时,选取换气数4.0次/h作为优化结果。     

基于iSIGHT的复合材料仪器舱结构优化研究

利用iSIGHT优化软件研究了导弹复合材料仪器舱结构多变量多约束优化问题,建立了参数化的复合材料结构有限元模型,采用了分级优化策略,借助于iSIGHT软件提供的Pointer优化器,通过优化复合材料铺层角度、铺层厚度及其他主要结构尺寸实现了仪器舱结构的轻量化,获得了工程实用的复合材料结构优化方法.     

含相变材料热结构拓扑优化研究

针对承受热载荷工况的结构,以加强筋作为研究对象,研究了一种通过引入铝基相变材料来延迟结构温升的热控方案,针对相变传热过程非线性强,灵敏度分析困难的问题,基于Kriging代理模型优化算法与设计变量较少的基于材料场级数展开的拓扑描述方法,提出了一种考虑相变传热过程与材料温度效应的以重量为约束,以截面抗弯刚度最大为目标的截面拓扑优化方法。并研究了2种铝基相变材料,得到了在热载荷作用下,使截面抗弯刚度最大的材料分布形式。对优化构型的分析表明,在TA15加强筋截面中加入铝基相变材料可以高效的延长加强筋结构在高温环境中的工作时间。     

基于背衬影响的水下声隐身夹芯复合材料结构设计

在考虑背衬影响的前提下,建立了3种典型水下声隐身夹芯复合材料的结构模型;从水声波动方程出发,推导了3种模型的传递矩阵、声反射系数和吸声系数,并通过试验验证了传递矩阵法的有效性;考虑吸声层厚度、密度、损耗因子、水层厚度等对声隐身性能的影响,应用数值方法对水下夹芯复合材料声隐身结构形式进行了设计,分析了各层材料参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律;在吸声层中附加了一层复合材料,有效地抑制了隐身结构的谐振峰,并研究了附加层的匹配位置,使隐身结构在不改变吸声层厚度的情况下获得了更好的声学性能.     

导弹结构热防护一体化设计与优化

针对导弹面临的严酷气动热力环境,基于传统波纹夹芯结构,为导弹设计了一种兼具承载和热防护功能的一体化结构。建立热-结构耦合计算模型,对一体化结构进行结构承载与热防护性能分析,结果表明:一体化结构在高温下具有较好的承载能力;增加一体化结构隔热层与内壁厚度有助于提高导弹的热防护效率。以一体化结构热防护效率最高和质量最小为目标,采用第二代非支配排序遗传算法实现了多目标优化,并认识到:一体化结构热防护效率与质量相互影响,设计时需要需综合考虑。     

阻尼材料/纤维层合板复合靶板抗冲击性能研究

提出了一种由阻尼材料、碳纤维层合板、UHMWPE纤维层合板构成的复合防弹结构.应用LS-DYNA软件进行有限元分析,研究该结构抗7.62 mm子弹侵彻性能;通过改变结构几何参数,研究其对冲击结果的影响规律,进一步探究阻尼层的最佳涂刷位置和最优厚度.结果表明:涂刷面层阻尼对靶板抗侵彻性能提升最为显著,涂刷芯层阻尼会降低靶...     

采用遗传算法对Jaumann吸波结构材料优化设计

以频率带宽为优化目标函数,采用遗传算法针对3层Jaumann吸波结构材料进行优化设计。分析了不同介电常数,不同隔离层层数,不同隔离层厚度以及不同电阻参数对吸波材料反射率的影响;在吸波结构材料反射率T-15 d B条件下,获得了较宽的频率带宽,并得到了该频率带宽内相应介电常数,隔离层厚度和电阻的优化参数。     

采用遗传算法对Jaumann吸波结构材料优化设计北大核心

以频率带宽为优化目标函数,采用遗传算法针对3层Jaumann吸波结构材料进行优化设计。分析了不同介电常数,不同隔离层层数,不同隔离层厚度以及不同电阻参数对吸波材料反射率的影响;在吸波结构材料反射率T<-15 d B条件下,获得了较宽的频率带宽,并得到了该频率带宽内相应介电常数,隔离层厚度和电阻的优化参数。     

Design of infrared camouflage cloak for underground silos

The temperature difference between the exposed surface of an underground silo and the surrounding soil surface is significant, which means a silo can be easily found by infrared detection. We designed an infrared camouflage cloak consisting of an imitative layer and an insulation layer for the silos. The imitative layer is used to imitate the thermal response of the soil to the surrounding environment. The insulation layer is used to weaken the impact of the internal temperature field of the silo on the lower boundary of the imitative layer. A silo model including surrounding soil and a soil model without silo were established, and the influences of the material and thickness of each layer on the infrared camouflage effect were analyzed. The results show that when using a silicone rubber containing alumina powder with a volume fraction of 3.18% as the imitative material, its thermal inertia is in consistent with that of the soil. Meanwhile, it was found that the thickness of the imitative layer doesn’t need to be greater than its thermal penetration depth to achieve the infrared camouflage, and the absence of the insulation layer will cause hot spots on the silo surface in winter to weaken the camouflage effect. The optimized thicknesses of the imitative layer and the insulation layer are 22 cm and 4 cm respectively. The simulations indicate that with the application of the cloak, the maximum value of the absolute values of the temperature differences between the average temperatures of the silo surface and the surrounding soil surface temperatures drops from 1.59 °C to 0.31 °C in summer and from 1.92 °C to 0.21 °C in winter. This designed cloak can achieve an all-weather and full-time passive infrared camouflage.     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的性能及其瞬态传热模拟

高马赫数、新型航天飞行器承载严重的气动加热环境,其隔热材料的性能与传热计算对飞行器热防护结构的优化和预测具有一定的指导意义.研究了二氧化硅气凝胶隔热复合材料的结构与性能,并进行了瞬态传热模拟.结果表明复合材料热导率仅为0.018W/m·K,瞬态传热模拟结果与考核测试值吻合,为预测和优化隔热材料提供了一定的依据.     

矩形腔内相变材料上下加热时接触熔化的研究

本文对矩形腔内相变材料的紧密接触熔化过程进行了分析。矩形容器的上下壁面保持各自的温度对相变材料加热,且相变材料可以有不同的高宽比。应用Nusselt液体边界层理论,本文求得了传热过程的熔化规律与液体边界层厚度,并讨论了熔化温差与高宽比对熔化过程的影响,最后给出结论。     

介质涂覆SIW宽边纵缝分析

在波导缝隙天线表面涂敷介质层可以起到保护、隔热的作用,而且合理设计介质层参数能够改善天线的性能。利用等效关系,将介质涂覆SIW缝隙模型等效为介质涂覆矩形波导缝隙模型,利用矩量法研究了缝隙的特性,并和商业仿真软件HFSS的结果进行了比较,本文方法在保持较高计算精度的同时,将计算时间减少了一个量级。在此基础上,以单层、两层和三层介质涂敷为例,分析了涂覆介质的介电常数和厚度对缝隙谐振长度和归一化谐振导纳的影响,为涂敷介质层的优化设计奠定了基础。     

X-37B空天飞行器轻质非烧蚀热防护新技术

X-37B轨道飞行器是世界上第一个具有可重复使用、高超声速飞行、高机动变轨及快速响应能力的空天飞行器。X-37B突破了空天飞行器热防护技术的瓶颈,成功验证了新型的轻质非烧蚀热防护技术。分析了X-37B"全球快速精确打击目标"的特殊功能对热防护系统的需求,提出了X-37B空天飞行器热防护系统的新技术———轻质、非烧蚀,最后探索了X-37B热防护新技术的实施途径。     

岩棉板增强网薄抹灰外墙外保温系统研究

岩棉板是一种优质高效的外墙外保温材料,它具有良好的保温隔热、吸声、隔声性能,是目前世界上应用范围最广的外墙外保温材料。但是,由于我国前期生产的岩棉板有抗剥离强度小、吸水性大等缺点,从而影响了其在外保温中的推广应用。本研究采用的技术是选用优质高强度岩棉板,采用先进的增强网锚固技术、现浇技术及外保护沙浆抗裂技术,成功地解决了目前国内岩棉板在建筑外墙外保温中应用的技术问题。     

强激光照射下双层壳体温度场的数值模拟

运用有限元法对强激光照射下双层壳体的温度场进行了数值模拟。详细分析了在激光功率一定的情况下,外层壳体的热传导系数、比热和厚度的变化对内层壳体温升的影响。计算中考虑了内层壳体的热损耗效应。此外,根据材料参数的温度相关性,分析了内层壳体材料参数随温度的变化特性对其温升效应的影响,并将计算结果与强激光照射下单层壳体的温度场进行了比较,得到一些有意义的结论。     

焊接工艺对GMAW堆焊焊缝区温度场影响的数值模拟

为了探索焊接工艺对熔化极气体保护堆焊快速成形零件组织性能的影响,根据材料热物理性能参数以及相变潜热与温度的非线性关系,建立了熔化极气体保护堆焊成形过程的数学模型和有限元模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现了高斯移动热源载荷下的熔化极气体保护堆焊成形温度场计算,分析对比了不同焊接工艺对焊缝区温度场热循环的影响。结果表明：在其他因素一定的条件下,热输入和焊接速度对焊缝区热循环影响显著,而基板厚度对其影响较小;选择厚度约为16mm的基板,采用小于120×20J的热输入和大于10mm／s的焊接速度有望成形出性能优良的零件。