摘要：通过电镜对比分析了直写式3D打印制备的硅泡沫与传统化学发泡法的硅泡沫微观结构,表明直写式3D打印硅泡沫结构具有结构高度有序、泡孔结构可控的特点,在压缩力学性能定制化设计方面具有巨大的潜力。通过2种典型直写式3D打印硅橡胶泡沫材料(简单立方结构、面心立方结构),研究了泡孔结构、胶丝间距、胶丝直径及打印层数等关键打印参数对其压缩力学性能影响。结果表明,对于2种结构胶丝间距变大或胶丝直径减小均会降低其工作平台区应力中值,使平台区应力变化更为平缓;打印层数的增加对平台区应力差值的影响比对应力中值的影响更为显著,更有利于其压缩性能的提升。实验结果可为3D打印硅橡胶泡沫材料的结构设计及力学性能定制提供技术支撑。

摘要：选择柔性热塑性聚氨酯(TPU)为原料制备实验试样。基于面心立方层级结构,改变结构的直梁样式、间距,并将蜂窝结构层引入结构中,通过实验和有限元分析,研究层级结构在准静态加载下的变形模式和吸能特性。实验结果与有限元分析得到的载荷-位移曲线吻合较好。结果表明:与初始面心立方层级结构相比,增大直梁的振幅,调整直梁间距为2 mm,即增加塑性铰个数时,又或将蜂窝结构层引入层级结构,可以大幅提高层级结构的能量吸收性能;减小间距、增多塑性铰数目对改善层级结构吸能能力的效果最优;D-1构型与M-1构型相比,比吸能提高了46%;调整塑性铰位置时,层级结构会发生屈曲,不利于层级结构的能量吸收;与M-1构型相比,D-2和D-3构型的比吸能分别降低了27%和34%。

摘要：以上单翼布局无人机为对象,建立软着陆气囊缓冲系统的简化解析模型,开展了气囊软着陆系统缓冲特性的研究。在此基础上,进一步确定气囊设计参数的可行取值域,选取气囊初始设计参数。之后,构建缓冲系统的动力学有限元模型,分析了气囊设计参数及着陆姿态对于缓冲效果的影响。研究结果表明,正常着陆工况下,解析模型得到的气囊设计参数对无人机质心过载峰值的影响规律与有限元分析结果基本一致,不过由于解析模型中引入了多个假设,两种方法得到的过载峰值大小存在差异。当着陆存在初始姿态角时,会加重无人机缓冲过程中的俯仰与滚转运动,易造成机体的损坏。为了避免二次硬冲击带来的局部意外损害,提出一种组合型气囊设计方案。仿真分析表明,应用组合型气囊可以在缓冲后段提供有效的软支撑作用,避免无人机发生二次硬冲击和反弹翻覆。

摘要：本文从气囊缓冲机理出发对近年来国内外缓冲气囊进行了详细的分类和总结。缓冲气囊以其高效的缓冲性能、较轻的质量和低廉的成本等特性,成为重装空投防护与航天器软着陆技术领域的一个热点研究方向。本文首先介绍了密闭型气囊、排气型气囊和组合型气囊的性能和适用范围,讨论了各个类型气囊的优缺点。然后对气囊缓冲特性的数值仿真分析方法和分析模型进行了论述,对比了各类分析方法的原理与优缺点,并阐明了气囊优化设计的重要性和基本方法。此外本文还介绍了缓冲气囊研究的难点和应用前景以及需要进一步研究的问题。

摘要：轻量化多孔工字梁在外部荷载作用下具有优异的能量吸收特性。提出用胞元腹板代替实心腹板设计胞元腹板工字梁结构,基于方胞元、蜂窝胞元、内凹胞元和圆胞元4种胞元类型与方形、蜂窝、内凹和圆形4种腹板开孔孔型进行组合并设计构型。通过实验和有限元分析研究不同胞元类型和腹板开孔类型对工字梁压缩性能和能量吸收性能的影响。结果表明:胞元类型和腹板开孔类型对工字梁的压缩性能具有显著影响,方胞元工字梁的极限承载力最高,蜂窝胞元工字梁的吸能性能最好,而圆胞元工字梁的承载力和吸能性能较差,负泊松比胞元会使薄壁工字梁的失稳变形模式发生明显改变,内凹胞元能有效抑制工字梁发生向腹板两侧错位挤压失稳的趋势。

摘要：为研究固定排气口型缓冲气囊冲击减缓特性,基于能量守恒及热力学方程建立了固定排气口型气囊缓冲过程的解析模型,并采用LS-DYNA和实验对其有效性进行了验证。基于该模型研究了竖直圆柱式气囊的缓冲特性,开展了初始压力、排气口面积和排气口触发条件对竖直圆柱式气囊缓冲性能的影响研究,并定义了初始极限压力。研究表明:当初始压力小于初始极限压力时,适当增大竖直圆柱式气囊的初始压力、选取合适的排气口触发条件,均可将设备的峰值过载维持在一个合理水平的基础上,减小气囊的体积;采用合理的排气口设计参数,可以提高系统的吸能率,降低峰值过载,同时避免设备的反弹。

摘要：针对充气式浮囊无人潜航器的充气上浮过程展开研究,重点分析浮囊充气过程对无人潜航器运动过程的影响。首先,对无人潜航器上浮过程进行受力分析,建立了潜航器停车后的运动模型,并以浮囊的延迟充气时间和充气过程时间为影响潜航器运动过程的关键设计因子,以无人潜航器运行的最大深度和浮囊所受的最大阻力为设计目标,开展了潜航器运动过程DOE(design of experiment,试验设计)分析。通过分析得到了浮囊的延迟充气时间和充气过程时间与无人潜航器的最大深度和浮囊所受的最大阻力的关系,同时得到了设计因子交互效应和主效应曲线,以及相关性图和Pareto图。通过模型分析,明确了浮囊的延迟充气时间为影响无人潜航器上浮运动过程的主要因素,为无人潜航器的浮囊式上浮装置的理论研究和工程设计提供了参考。

摘要：基于有限元仿真和准静态三点弯曲实验研究了预制裂纹参数和相对密度对平面多孔结构板裂纹扩展的影响规律。考虑预制裂纹尺寸、数量、倾角和位置以及多孔结构板的相对密度,共设计9组模型;利用有限元仿真软件获得模型弹塑性阶段的应力图及载荷-位移曲线并进行分析,提出相应规律;同时采用3D打印机熔融丝制备多孔结构模型,利用微机控制电子万能试验机完成三点弯曲实验,并与有限元仿真结果进行拟合分析,验证结论的正确性。结果表明:预制裂纹的尺寸越大、数量越多,则模型抑制裂纹萌生和扩展的能力越强;多孔结构的相对密度对不同的单元形状及单元取向模型抑制裂纹萌生及扩展的影响不同。

摘要：为深入了解水下航行器助浮折叠气囊的充气展开行为,对水下环形折叠气囊的充气展开特性进行相关研究。基于初始矩阵法,建立环形助浮折叠气囊的有限元模型。基于控制体积方法,采用有限元分析软件LS-DYNA进行折叠气囊的展开仿真计算。通过与地面展开试验的初步对比,验证气囊环向折叠建模方法的有效性。考虑不同水深带来的外部压力效应不同,进一步分析充气压力、充气管径、水深、环境热交换等设计参数对水下折叠气囊展开过程的影响。结果表明:气囊极限工作深度随充气压力的升高而线性增加;充气时间随充气管径的增加而减小;环境与展开系统的传热作用主要发生在气囊与环境之间,在气囊与气瓶充气平衡后进行,气囊完全展开的时间随着传热系数增加而减小。

摘要：将软着陆气囊的缓冲过程分解为绝热压缩和排气释能两个过程,从热力学和刚体动力学的基本方程出发,建立了软着陆缓冲过程的理论分析模型,并给出了缓冲响应的数值计算方法。针对立式软着陆气囊的参数设置和缓冲响应估计问题,给出了固定排气口型气囊和可控排气口型气囊相关参数的设计方法,同时以一个无人机模型的软着陆回收为例进行了缓冲响应仿真。基于简化模型及缓冲过程状态参数-时间特性曲线,分析研究了未设置排气口、固定型排气口与可控型排气口气囊的缓冲特性及其应用优劣,为工程与研究人员提供了气囊尺寸估算、缓冲系统性能预测、排气口面积选择与主动控制律设计的理论依据,研究结果具有明确的工程参考价值。