摘要:搅拌摩擦沉积增材（Additive friction stir deposition， AFSD）是一种先进的固相增材制造（Additive manufacturing， AM）技术。与传统基于熔融的增材制造技术相比，它具有增材结构致密、材料低变形和过程高效节能等优势，在航空装备制造、交通运输、机械制造等领域拥有广阔的应用前景。本文综述了AFSD技术的原理、优势、组织演变特点和应用情况。重点介绍了AFSD过程中“工艺条件-微观组织-力学性能”相关性的研究现状，沉积材料力学性能受材料流动状态、界面连接机制、微观组织演变情况的综合影响。列举了AFSD技术在大型构件整体制造、高性能涂层、表面缺陷修复等领域的应用。最后，对AFSD技术进行了展望，指出该技术在工艺与组织变化耦合、原位变形条件模拟、工具头设计和新材料增材等方面需进一步研究和突破。

摘要:变刚度复合材料层合板由纤维曲线铺放而成，可以实现刚度分布的变化设计，与传统固定铺层角的复合材料层合板相比，变刚度复合材料层合板在减少重量和成本的同时，也提高了结构性能。随着铺放设备的发展，目前已经能够利用自动铺放技术实现纤维的曲线铺放。同时，为提高复合材料构件的结构性能和满足不同的工程实际需求，铺层设计方法也从单一角度的直线铺层逐渐向变角度曲线铺层发展。本文首先介绍了变刚度复合材料层合板设计制造方法与有限元建模，接着在刚度分布、屈曲特性、失效行为等方面阐述了变刚度复合材料层合板力学性能的研究进展，然后结合南京航空航天大学复合材料工程自动化技术研究中心在变刚度复合材料层合板振动特性方面的研究，对变刚度复合材料层合板振动特性进行了分析和概括，最后对变刚度复合材料层合板未来的研究趋势进行了论述与展望。

摘要:近年来大口径空间光学望远镜以高像质、宽波段、大幅宽等特点，在开展空间科学探索、精细化对地观测等方面越来越重要。大口径望远镜的主承力结构、大型光学组件的支撑结构往往采用桁架结构，本文围绕实现桁架结构的超轻、超稳特性，从构型优化设计、新型材料、先进制造工艺、精确测量标定方法等方面，系统性梳理了其理论基础、研究方法、应用现状等，并探讨了空间桁架结构技术的发展趋势。

摘要:榫槽是航空发动机涡轮盘上的重要结构，电解拉削是实现该结构高效、低成本制造的潜在解决方案。为了掌握电解拉削加工参数对轮廓精度和表面质量的影响规律，建立了电解拉削多场耦合模型，阐明了工具阴极长度对加工间隙产物分布的影响规律，获得了优选的工具阴极长度参数。开展了平面电解拉削加工试验，探究了进给速度和加工间隙对工件表面质量和型面进出口去除量差的影响规律，确定了较优的加工参数。试验结果表明，采用优化的加工参数可以获得较好的表面质量并有效控制了型面进出口去除量差。最后，采用优化的参数开展了典型涡轮盘榫槽结构单元件的电解拉削加工试验，试件具有较好的表面质量和轮廓重复精度。

摘要:辊压成形是一种通过顺序排布的成形模具渐近横向弯曲金属带材和板材的塑性加工工艺。由于其低成本、高效率、柔性化的特点，已成为中国新能源、航空航天、轨道交通等多个领域实现轻量化、节能、减排和安全性提升的重要技术之一。但是，该工艺的工序复杂性和离散性、材料厚向性能的不均匀性、设备信息化和柔性化自动化的低水平等问题，导致了它类似于“黑匣子”，使得产品质量难以预测，调试生产高度依赖人工经验，可成形截面受限，成品率不稳定。为此，本文提出了一种数据驱动的智能辊压成形装备（系统），并介绍了该装备（系统）的技术架构和特点。通过搭建基于人工智能的数据架构，该系统将传统辊压成形中的离散数据进行采集、筛选、集成、储存和分析。同时融合数字孪生、人工智能、轮廓检测技术和多智能体协同控制等来构建可以替代人工经验的自纠偏的生产模式。针对新能源汽车行业，本文给出了利用该系统解决的一个辊压成形的动力电池包结构件的回弹控制案例，并对该系统的发展给出了建议和展望。

摘要:硬质合金是一种难加工材料，具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性。为了实现对硬质合金材料的高效精密切削加工，本文以聚晶金刚石（Polycrystalline diamond， PCD）刀具铣削WC-15Co硬质合金为研究对象，基于Bifano切削厚度模型计算出WC-15Co的临界切削厚度，进而与切削参数对应的最大切削厚度比较，初步确定了被加工材料脆性域切削与延性域切削共存的跨域铣削参数范围。在此基础上，通过高速铣削试验，分析了每齿进给量、径向切削深度和切削速度等切削参数对试件已加工表面质量和切削力等的影响，并探讨了其作用机理。结果表明：在跨域铣削参数下，即当切削速度为300 m/min时，控制每齿进给量在11 μm/z以内，径向切削深度小于1 mm，可以获得延性域切削表面，此时表面粗糙度小于0.2 μm，表面无明显脆性破坏缺陷，材料去除率最高可达到157 mm³/min，显著高于纯延性域切削时的43 mm³/min。

摘要:针对FGH96粉末高温合金，开展了500 ℃和700 ℃不同过载比下的疲劳裂纹扩展过载迟滞行为试验，分析了试验温度、过载比等对FGH96合金裂纹扩展过载迟滞行为的影响，对其疲劳裂纹扩展过载迟滞行为进行了预测分析。结果表明：对于FGH96合金，过载比越大，过载迟滞效应越明显，相同过载比时700 ℃下的过载迟滞效应比500 ℃更为明显。过载比分别为1.2和1.4时，过载迟滞效应不明显，广义Willenborg模型、改进的广义Willenborg模型以及修正Willenborg模型的预测结果差别不大，与试验结果差别也不大。过载比为1.6时，过载迟滞效应明显，修正Willenborg模型对裂纹扩展曲线的预测结果与试验结果较为吻合，裂纹扩展寿命预测误差小于10%，广义Willenborg模型和改进的广义Willenborg模型对裂纹扩展曲线的预测结果接近，与试验结果差别较大，裂纹扩展寿命预测结果与试验结果差别也较大。

摘要:针对当前数字化车间制造数据冗余性高、传输协议不一致的问题，提出一种面向边缘计算的车间数据实时融合方法。首先，围绕边缘计算思想，建立基于物联网的车间数据实时采集体系架构；其次，借鉴证据理论，以一致性检测和归一化后的数据为基础，提出互支持度进行证据转换，并引入改进的证据组合规则获得融合数据，减少设备端上传的数据量，减轻传输网络的传输压力；然后，以OPC UA信息模型为基础，构建协议转换所需配置的信息层次结构模型，以可视化配置的形式完成协议转换，为车间数据提供统一的传输接口；最后，以某航天制造车间总线控制台为验证对象，验证了所提方法的有效性。

摘要:三维基准转换广泛应用于大地测量、摄影测量、点云配准等领域，求解大角度、任意比例尺的三维基准转换参数的研究有很多。然而，当观测值中含有粗差时，得到的转换参数估值会受到不利影响甚至被严重扭曲。为处理含有粗差的大角度三维基准转换问题，本文首先将大角度三维基准转换问题抽象为具有等式约束的最小二乘问题（Constrained least squares， CLS），推导参数在正交约束条件下的最小二乘解。然后，将灵敏度分析方法应用到CLS问题中，研究残差加权平方和对观测值扰动的局部敏感性，并基于这些敏感度指标构造局部检验统计量，进而推导出一个适用于CLS问题的粗差探测算法。最后，为核实该算法的有效性进行了仿真与实测数据实验。实验结果表明：本文提出的基于灵敏度检验统计量的数据探测算法可以降低粗差的负面影响，得到可靠的参数估值，从而有效解决大角度三维基准转换中的粗差处理问题。

摘要:为了研究飞机结构中不同开孔尺寸加筋壁板在压缩载荷下的屈曲行为和后屈曲行为，本文设计了相应的试验方法和试验夹具，完成了壁板压缩试验。得到了不同开孔尺寸加筋壁板的屈曲/破坏载荷、失稳过程及破坏模式。结果表明：加筋壁板的屈曲模式是筋条间蒙皮和筋条外蒙皮发生相反的变形，且屈曲模态随载荷的增加发生多次跳变；加筋壁板的压缩破坏模式是在屈曲变形的基础上筋条伴有明显的变形。针对不同开孔尺寸的加筋壁板进行压缩加载有限元仿真，得到的屈曲与破坏模式和试验的吻合，屈曲/破坏载荷与试验结果的误差在4%以内，验证了有限元模型的有效性。随着开孔尺寸的增加，加筋壁板的屈服载荷先缓慢减小后快速增大；壁板的破坏载荷逐渐减小，最终结构失去后屈曲承载能力。

摘要:对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS / Explicit中建立全新的三维有限元模型（Finite element model， FEM），其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析，内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析，不连续的中性轴使层合板中产生弯矩，这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合，共同作用在层合板上。有限元结果表明，在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中，且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处，发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤，这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%，证明了模型的可行性和合理性。

摘要:为了模拟单向陶瓷基复合材料（Ceramic matrix composites， CMCs）在受到疲劳加载时的应力-应变关系，建立不同循环次数、不同疲劳峰值载荷的单向陶瓷基复合材料疲劳迟滞回线理论模型。将加载过程分为4个阶段且脱粘区域由新正向滑移区域、旧正向滑移区域和反向滑移区域组成，卸载过程滑移区域分为新正向滑移区域和反向滑移区域。分析了加载和卸载各个区域纤维轴向应力分布，推导了4个加载阶段和卸载对应的疲劳应力应变关系。预测了单向陶瓷基复合材料在不同峰值应力和不同循环的疲劳迟滞曲线，发现预测结果与文献中实验结果吻合较好。

摘要:对应用超声导波在线监测信息评估复合材料加筋结构冲击后剩余强度进行了研究。首先针对所监测的对象设计布置了压电传感网络并构建结构健康监测系统，通过局部信号差分系数计算出不同传感路径上的损伤指标，融合损伤概率成像方法识别损伤位置，测算形状因子以近似表征损伤尺寸。然后构建加筋结构有限元模型，由在线监测结果反馈损伤信息，采用软化夹杂法等效冲击损伤，依据复合材料损伤渐进失效分析理论，预测冲击后加筋结构的剩余极限强度。通过低速冲击、超声导波监测和压缩强度等一系列实验验证了所提出方法的有效性，为结构健康监测最高层次的应用提供基础。

摘要:纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构，研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型，研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学（Smooth particle hydrodynamics， SPH）法对鸟体类流体力学行为进行建模；采用Johnson-Cook模型模拟金属层冲击力学响应；采用三维Hashin准则，考虑应变率效应，模拟复合材料层板面内损伤演化；采用界面单元模拟层间分层现象。编写用户材料VUMAT子程序，实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。探讨鸟体速度、蜂窝高度和面板厚度对纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体冲击性能的影响，分析预应力条件下纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤特性，为夹芯结构鸟体冲击问题数值分析提供一定的参考。

摘要:复合材料以其比强度、比模量高，具有较好设计性等优点，成为轻量化装备的重要材料。复合材料生产过程中产生的残余应变是制约其快速发展和应用的重要因素之一，因此研究成形过程中材料内部应变变化十分必要。本文采用内埋光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating，FBG）的方法，对T700/C11预浸料在不同工艺参数下成形时内部应变及温度进行实时监测，探究了工艺条件对其内部应变的影响，建立了预测层合板残余应变数值分析模型，从而优化复合材料固化工艺参数。结果表明，合理地降低升温速率、使用较低热膨胀系数和导热系数的模具材料以及避免铺放误差可以有效降低残余应变。

摘要:梯度加筋板结构以其优异性能广泛应用于航空航天、汽车和交通等领域。针对梯度板的渐变结构导致均匀化及两尺度优化设计计算量过大及效率过低的问题，本文采用机器学习方法搭建以微结构变形参数为输入、等效刚度系数为输出的人工神经网络，实现等效刚度的高效预测。在优化过程中，本文引入表征单胞变形的单元设计变量，实现梯度板局部变形的显式控制，并引入映射函数节点设计变量，保证优化过程中单胞的局部变形与映射函数一致，方便两尺度优化结果解耦。数值算例验证了本文方法的有效性和正确性。

摘要:乘波体在高空高超声速飞行时，流场温度急剧升高，气体热力学性质发生改变，其气动特性与采用完全气体模型得到的结果存在差异，因此在飞行器设计中开展真实气体效应影响研究具有重要的工程价值。本文针对锥导乘波体设计提出了一种考虑平衡气体效应的特征线方法（Method of characteristic， MOC），基于不同半锥角和不同流动捕获曲线生成了不同外形的乘波体，并使用快速估算方法估算平衡气体条件和完全气体条件下各乘波体的气动特性和几何特征参数，研究了不同气体模型对乘波体设计结果的影响。研究结果表明，高马赫数下基于平衡气体模型设计得到的乘波体升阻比、容积率和俯仰力矩系数等特性参数相比完全气体结果存在差异，并且平衡气体效应对不同外形乘波体的影响程度和影响规律不同。

摘要:针对参数变化引起的系统不稳定情况，研究其闭环极点处于区域约束下滤波问题，提出了基于输出反馈的滤波系统设计方法。在被控系统及反馈滤波系统同时存在不确定性的情况下，以线性矩阵不等式形式给出输出反馈滤波系统的可解性条件，使其闭环系统渐近稳定，滤波误差输出对干扰的抑制性能指标小于给定上界，并把闭环系统极点配置于复平面上指定区域。运用该方法对某型警用无人飞行器纵向运动进行仿真验证，闭环系统的极点均分布在预期界限，系统趋于稳定，达到了设计目标，表明了该方法的有效性。

摘要:为改善压痕法测试断裂韧性过程中测量标准不同和精度不足的问题，基于临界压痕能量（Critical indentation energy， CIE）法，提出了基于Berkovich压痕应变能量密度（Strain energy density， SED）评估钢材断裂韧性的方法。同时考虑弹性和塑性能量并修正临界总压深，评价了9种钢材的韧性。结果表明，发现仅考虑塑性能量所测量韧性的相对误差在5%~20%，而本文同时考虑弹性和塑性能量所测量韧性的相对误差在5%以内。同时，确定临界总压深的拟合范围需要避开材料近表面弹性模量上升的区域，改善了基于CIE法使用Berkovich压头评估钢材断裂韧性的精确度。

摘要:随着光电器件的进一步发展，陷光结构得到广泛关注，但是倒金字塔结构、尺寸与其陷光性能之间的关系有待深入研究。本文采用铜银共辅助腐蚀法制备倒金字塔结构并实现倒金字塔结构的尺寸在1 μm以下调控，研究发现平均尺寸为1 μm倒金字塔结构具有最优异的陷光性能。将具有优异陷光性能的倒金字塔结构硅衬底应用于Si/PEDOT：PSS异质结光电探测器，该光电探测器在外加0 V偏压条件下对980 nm波长的光具有61 mA/W的响应度和9.20×10¹² Jones的比探测率，实现了卓越的光电响应性能。本文为高性能Si/PEDOT：PSS异质结光电探测器的制备提供了一种新思路，证明了倒金字塔结构具有广阔的应用前景。