摘要：为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式,发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术,首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人);其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性;最后建立经试验验证的机身框段有限元模型,并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明,在6.02 m/s坠撞速度下,客舱地板上部区域基本保持完整,客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏,产生3处塑性铰;货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂,导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧,最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s^(2)和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等,且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好,仿真结果表明机身框是主要的吸能部件,占总吸能量的40.7%;当机身框段撞击不同地面时,由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量,导致机身变形模式发生改变,并降低了传递给乘员的峰值加速度。

摘要：考虑线圈质量、电感、电阻以及机械振动系统与电磁式能量回收装置之间耦合作用,建立装有簧上电磁馈能式动力吸振器(EMER-DVA)的四分之一车辆动力学模型.基于动力吸振原理及电磁馈能系统动刚度特性获得EMER-DVA参数匹配设计.对比分析传统式动力吸振器(DVA)、EMER-DVA和无DVA车辆的车身振动加速度、悬架动挠度及输出功率的幅频特性,以及在正弦位移、随机位移激励工况下EMER-DVA和无DVA车辆的时域振动特性和振动能量回收性能.结果表明,EMER-DVA使车身振动加速度、悬架动挠度振动传递率在悬架固有频率处分别降低17.8%和8.7%.在C级随机不平路面、不同车速下,车身振动加速度、悬架动挠度均值降低3.2%、2.7%,输出功率、EMER-DVA挠度均值分别为0.98 W、11.8 mm;在D级随机不平路面下,相应参数分别为4.5%、3.1%、2.8 W、21.3 mm.可以看出,EMER-DVA在提高车辆行驶平顺性的同时可以有效回收振动能量.开展EMER-DVA台架振动试验,试验结果与数值计算结果较吻合,验证了本研究EMER-DVA动力学模型的准确性.

摘要：针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度;采用比例边界有限元法(SBFEM)实时计算划分后结构的有限元信息,解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果,大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明,所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下,计算时间最快可缩短为原来的1/100,可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。

摘要：为研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)在小当量近场爆炸冲击下的失效机理及吸能特性,对CFRP层合板分别开展了自由场爆炸试验和扫描电镜试验。同时,建立采用3D Hashin失效准则的复合材料层合板损伤模型,针对近场爆炸冲击下CFRP层合板的动响应行为进行了数值模拟,结合试验结果分析了CFRP层合板在近场爆炸冲击下的失效机理及吸能特性。结果表明:CFRP层合板迎爆面与背爆面失效模式存在差异,层合板迎爆面受到冲击波直接作用,出现基体开裂、纤维断裂或中心穿孔失效,分层出现在纤维⁃基体界面;背爆面由于反射拉伸波的作用,出现大面积的分层失效与裂片飞出,分层出现在基体内部。在层合板动响应过程中,高应力区域集中在穿孔区域边界,沿纤维方向分布,0°与90°铺层的应力水平高于±45°铺层。与迎爆面相比,背爆面处的层合板吸收转化大部分能量,约占总吸能的52%~56%。

摘要：针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

摘要：针对高锁螺栓单搭接件所采用的2024-O-T42铝合金,设计狗骨试验件进行准静态与动态拉伸试验,设计六种不同的缺口试验件进行准静态拉伸试验。通过开展拉伸失效仿真,对比Hartley-Srinivasan与Johnson-Cook两种本构模型,以及最大塑性应变失效准则、Johnson-Cook失效模型与GISSMO损伤模型三种失效模型。结果表明,在试验的100 s^(-1)应变率范围内,2024-O-T42铝合金材料流动应力应变率效应不明显,其最大相差约为5%;在不考虑应变率及温度的情况下,Hartley-Srinivasan本构模型比Johnson-Cook本构模型更能准确表征材料塑性段的力学行为;采用Hartley-Srinivasan本构模型和GISSMO损伤模型,高锁螺栓单搭接件在1 m/s、3 m/s、5 m/s拉伸速度下的仿真结果与试验结果吻合更好,且仿真获得的失效位移相对试验失效位移平均值分别偏大4.7%、偏大4.3%和偏小7.4%。

摘要：针对大飞机全尺寸三框两段货舱地板下部结构,分别进行3.95 m/s和5.53 m/s的落重冲击试验,对比分析其变形模式和冲击响应特性。建立货舱地板下部结构有限元模型,通过仿真结果与试验结果的相关性分析来验证有限元模型,并进一步分析不同冲击速度对货舱地板下部结构变形模式和冲击响应特性的影响。结果表明:在3.95 m/s冲击下,中间支撑件与机身框连接区域铆钉未发生失效,在5.53 m/s冲击下,中间支撑件与机身框连接区域铆钉发生失效,且最终压缩位移量增大221.0%,最大加速度峰值降低19.9%,最大冲击力峰值降低2.9%。有限元模型能够很好地复现冲击试验过程,准确模拟机身框、中间支撑件及C型支撑件等变形情况,捕捉到中间支撑件与机身框连接区域的铆钉失效情况,在3.95 m/s和5.53 m/s冲击下,仿真与试验获得的最大加速度峰值偏差分别为4%和11.4%。中间支撑件与机身框连接铆钉在4.0~4.5 m/s的速度区间内发生失效,导致货舱地板下部结构整体压缩量迅速增大,中间支撑件吸能占比下降,机身框吸能占比上升。撞击区域铆钉失效对货舱地板下部结构变形模式、冲击响应和吸能特性有显著影响,研究成果可为运输类飞机机身结构适坠性设计、分析及验证提供支持。

摘要：为保障电动垂直起降飞行器(eVTOL)在城市空中交通(UAM)场景下的预期功能安全(SOTIF),降低人工智能算法的验证难度,建立基于运行时保证(RTA)方法的避障模型。首先,使用人工势场法改进的柔性动作评价(SAC)算法作为eVTOL智能避障系统的复杂功能;然后,使用动态反应规划(DRP)作为智能航电系统的备用功能,以减缓SOTIF危险,同时,使用监视和决策模块采集环境状态,搭建RTA架构;最后,分别仿真仅使用复杂功能和具有RTA架构的避障系统,对比避障效果。结果表明:2种方法均可实现避障,但仅使用复杂功能的传统避障系统会带来SOTIF危险;经过RTA架构设计,可使eVTOL的安全飞行时长占比由78.4%提高到98.15%,总航路长度仅增加0.95%,在保障效率的同时,降低了在运行场景中的风险。

摘要：为解决国产机载设备安全性数据获取问题,采用信息扩容的方法,考虑相似产品极少的历史运营数据预计不精确的影响,并克服基于专家信息的融合法不可避免地带有主观随意性的弊端,采用信息熵方法构建设计阶段安全性数据获取模型。首先利用虚拟增广法对相似产品的历史数据进行扩容;进而采用Jackknife-k-after-Bootstrap法对样本进行分布拟合,求得分布的各个参数并进行相似性分析;最后采用相对熵融合法将可靠性预计手册的预估值和预处理后相似产品历史数据进行融合,得到融合后的安全性数据。以某型国产电动陀螺地平仪为例,采用所提方法计算得到该设备的失效率为5.69×10^(-5)/h,对比以往不同方法进行验证,能够有效综合不同数据来源的优势,提高安全性基础数据的可信度。考虑信息扩容方法,有助于改善国产机载设备安全性数据的合理性并提高数据的可信度。

摘要：在航空座椅的取证试验中,乘员腰椎载荷峰值水平可体现航空座椅对乘员的保护效果,同时也是判断其是否通过适航取证试验的重要指标。本文建立含座椅坐姿乘员一维集中参数模型,以数值假人模型和机身框段垂直坠撞试验为对象,使用综合评价指标和遗传算法,完成模型的参数识别和模型有效性验证。而后,基于经验证的模型,开展地板加速度的加载峰值、加载时间和加载波形对乘员腰椎载荷影响研究,结果表明乘员腰椎载荷峰值与速度变化量整体上呈正相关,与加载波形无关。根据速度变化量的不同,乘员腰椎峰值对加载时间和加载峰值的敏感性不同。研究提出了一种快速评估乘员腰椎载荷的手段,形成了基于地板加速度的乘员腰椎载荷峰值响应包面,可为运输类民机的适坠性设计提供支持。