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数字孪生及其在航空航天中的应用 被引量:110
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作者 孟松鹤 叶雨玫 +2 位作者 杨强 黄震 解维华 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1-12,共12页
数字孪生已引起国内外的广泛重视,可看作是连接物理世界和数字世界的纽带。其通过建立物理系统的数字模型、实时监测系统状态并驱动模型动态更新实现系统行为更准确的描述与预报,从而在线优化决策与反馈控制。本文分析表明数字孪生体相... 数字孪生已引起国内外的广泛重视,可看作是连接物理世界和数字世界的纽带。其通过建立物理系统的数字模型、实时监测系统状态并驱动模型动态更新实现系统行为更准确的描述与预报,从而在线优化决策与反馈控制。本文分析表明数字孪生体相比一般的模拟模型,具有集中性、动态性和完整性的突出特点。数字孪生的发展需要复杂系统建模、传感与监测、大数据、动态数据驱动分析与决策和数字孪生软件平台技术的支撑。在航空航天领域,数字孪生可应用于飞行器的设计研发、制造装配和运行维护。重点讨论了应用机身数字孪生进行寿命预测与维护决策的案例,相比于周期性维护,具有检修次数更少、维护成本更低的优势。最后,给出了数字孪生在空间站、可重复使用飞船的地面伴飞系统中的初步应用框架。 展开更多
关键词 数字孪生 数据驱动 模型更新 飞行器 维护
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返回舱/空间探测器热防护结构发展现状与趋势 被引量:26
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作者 解维华 韩国凯 +2 位作者 孟松鹤 杨强 金华 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1-17,共17页
针对中国天地往返和深空探测领域对热防护结构的需求,综述了国内外返回舱和空间探测器热防护材料/结构的发展现状,着重介绍了包括蜂窝增强热防护材料、纤维增强热防护材料、组合式热防护结构以及展开式热防护结构等在内的代表性热防护材... 针对中国天地往返和深空探测领域对热防护结构的需求,综述了国内外返回舱和空间探测器热防护材料/结构的发展现状,着重介绍了包括蜂窝增强热防护材料、纤维增强热防护材料、组合式热防护结构以及展开式热防护结构等在内的代表性热防护材料/结构的设计理念和性能特征。在系统总结热防护结构发展趋势的基础上,分析了返回舱和空间探测器热防护结构发展中存在的关键问题,可以看出:纤维增强热防护材料在热防护结构重量方面表现出了突出优势,材料拼接设计成为结构发展的重要阻碍;组合式热防护结构设计在现有材料发展水平的基础上,将成为提高热防护结构效率的有力途径;展开式热防护结构有望使航天器有效载荷重量显著提升,但受限于柔性热防护材料性能和结构工艺,仍有待发展。更加频繁的天地往返运输和深空探测项目的开展必将对热防护结构发展产生巨大的推动作用。 展开更多
关键词 天地往返 深空探测 烧蚀材料 热防护结构 结构性能
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力学研究中"大数据"的启示、应用与挑战 被引量:17
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作者 杨强 孟松鹤 +4 位作者 仲政 解维华 郭早阳 金华 张幸红 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期406-449,共44页
大数据在全世界发展迅猛,应用成效显著.大数据独特的思维和方法,为科学研究与探索提供了全新的范式.力学研究中,高时空分辨率、多参数同步观测与高精度、大规模模拟手段的发展,为力学大数据的发展提供了契机,大数据、机器智能方法的应... 大数据在全世界发展迅猛,应用成效显著.大数据独特的思维和方法,为科学研究与探索提供了全新的范式.力学研究中,高时空分辨率、多参数同步观测与高精度、大规模模拟手段的发展,为力学大数据的发展提供了契机,大数据、机器智能方法的应用正呈现快速上升趋势.本文旨在分析大数据思维方法在力学研究中的应用,及其启示与挑战.首先从大数据资源、大数据科学及大数据技术3个层面分析了大数据的内涵及研究态势,概括了国内外政府及组织机构的大数据发展规划.而后对比分析了力学思维方法与大数据思维方法的特点,指出两者的本质区别在于数据使用方式的不同而带来的范式差异:大数据采用数据驱动模型替代力学中的偏微分方程组以描述问题,在复杂系统的分析、预测中优势显著.回顾了大数据方法在材料性能预测、材料本构建模、湍流建模、结构健康监测及试验力学等方面的最新研究进展,以及动态数据驱动与数字孪生等大数据驱动的建模模拟新范式.总结了大数据在力学研究中应用的3种方式,即驱动已有模型改进,挖掘复杂隐含的规律,以及替代已有的理论方法等.最后,建议以力学研究为主体和牵引,大数据与力学双驱动,推动大数据与力学交叉形成理论与方法突破、及学科发展新方向. 展开更多
关键词 力学 大数据 数据科学 复杂性 不确定性
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多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料高温压缩性能及损伤机制 被引量:5
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作者 王国林 金华 +3 位作者 孟松鹤 程广益 胡兆财 韩国凯 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期133-138,共6页
低密度烧蚀防热材料是航天飞行器热防护系统的关键候选材料,其高温力学性能是热防护结构在气动热载荷下结构完整性的关键。本文针对多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料开展高温压缩性能实验,获得了其压缩强度随温度的变化规律... 低密度烧蚀防热材料是航天飞行器热防护系统的关键候选材料,其高温力学性能是热防护结构在气动热载荷下结构完整性的关键。本文针对多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料开展高温压缩性能实验,获得了其压缩强度随温度的变化规律,结合热重、SEM分析了力载荷、热解及氧化反应对压缩强度的影响,揭示了软相碳层弥合和纤维脱黏、拔出两种韧化机制,为多相纤维增强酚醛树脂低密度烧蚀防热复合材料在热防护系统的工程应用提供实验数据支撑。 展开更多
关键词 低密度烧蚀防热材料 高温压缩性能 热解 增韧机制 微观组织
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烧蚀防热材料在线后退测试技术研究进展 被引量:2
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作者 孟松鹤 疏浩 +1 位作者 易法军 高博 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期957-972,共16页
介绍了基于熔点法、辐射法、电阻法、声波法以及摄影法等测试技术的原理和进展,从嵌入式和非嵌入式两类测试方案展开分析了烧蚀后退测试技术发展的特点和不足。当前,烧蚀后退在线测试仍然以嵌入式为主;综合来看,电阻法是实现在线后退测... 介绍了基于熔点法、辐射法、电阻法、声波法以及摄影法等测试技术的原理和进展,从嵌入式和非嵌入式两类测试方案展开分析了烧蚀后退测试技术发展的特点和不足。当前,烧蚀后退在线测试仍然以嵌入式为主;综合来看,电阻法是实现在线后退测试的最佳方案;非嵌入式方案虽然离飞行测试还有一段距离,但是其在地面试验中作为验证技术已逐渐成熟。更加频繁的星际进入任务必将全方位提升在线后退测试技术。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 烧蚀防热材料 烧蚀后退 测试技术
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非烧蚀防热材料地面模拟试验有效性分析(英文)
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作者 王国林 孟松鹤 金华 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期79-87,共9页
流场化学非平衡度与材料表面催化反应的耦合控制着服役于化学非平衡流场中非烧蚀防热材料表面的气动热载荷,若在该类防热材料性能模拟研究中忽略这一耦合效应,地面模拟试验将无法获得材料的有效使用性能。为此,本文依据钝头体高超声速... 流场化学非平衡度与材料表面催化反应的耦合控制着服役于化学非平衡流场中非烧蚀防热材料表面的气动热载荷,若在该类防热材料性能模拟研究中忽略这一耦合效应,地面模拟试验将无法获得材料的有效使用性能。为此,本文依据钝头体高超声速飞行器边界层驻点热流关系式,分析了影响驻点热流的主要流场参数、地面高焓模拟设备所提供的高焓超声速流场特点以及与飞行热环境之间的主要差异,采用CFD分析了"三参数"模拟方法的有效性。针对化学非平衡边界层驻点传热分析,提出"四参数"模拟方法并分析了"四参数"模拟方法中离解焓无法模拟时的防热材料性能并提出初步解决方法。 展开更多
关键词 非烧蚀防热材料 地面模拟试验 化学非平衡流 催化特性 数值模拟
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防隔热一体化复合材料整体性能优化设计方法 被引量:9
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作者 韩国凯 解维华 +2 位作者 孟松鹤 金华 杨强 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期450-460,共11页
集非烧蚀、隔热和轻质可靠于一体的一类新型热防护材料是我国未来新型空天飞行器发展的核心技术,耐高温表层与内层隔热层的界面处是热失配最严重的区域,材料内部的梯度过渡设计是实现防隔热一体化复合材料的关键。为了提高材料的整体综... 集非烧蚀、隔热和轻质可靠于一体的一类新型热防护材料是我国未来新型空天飞行器发展的核心技术,耐高温表层与内层隔热层的界面处是热失配最严重的区域,材料内部的梯度过渡设计是实现防隔热一体化复合材料的关键。为了提高材料的整体综合性能,首先利用单纯形法和邻域培植多目标遗传算法对材料梯度层组分过渡形式和材料尺寸参数进行了确定性优化,并以所获最优解作为初始值,进一步考虑了材料性能、载荷条件等的随机波动,采用6Sigma方法对材料整体性能进行了可靠性优化。结果表明:通过该优化策略,在获得满足可靠性要求的最优材料性能参数的同时,可以有效提高优化效率,对于计算模型复杂的优化问题尤为重要。 展开更多
关键词 防热复合材料 防隔热一体化 有限元法 确定性优化 可靠性优化
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大疫背景下《复合材料结构设计》网课教学策略与教学质量考核评价体系构建 被引量:4
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作者 方国东 解维华 +2 位作者 易法军 许承海 孟松鹤 《高教学刊》 2020年第25期6-9,共4页
针对疫情期间,《复合材料结构设计》网课教学策略进行论述。讨论了影响在线教学质量的四个主要因素。针对疫情期间《复合材料结构设计》网课教学要求,详尽地阐述课前、课中、课后的教学策略。分析了疫情结束后,《复合材料结构设计》课... 针对疫情期间,《复合材料结构设计》网课教学策略进行论述。讨论了影响在线教学质量的四个主要因素。针对疫情期间《复合材料结构设计》网课教学要求,详尽地阐述课前、课中、课后的教学策略。分析了疫情结束后,《复合材料结构设计》课堂教学模式及特点,论述了科教融合、产教融合的特质及实施可行性。构建在线教学的网课教学质量考核评价体系。 展开更多
关键词 复合材料结构设计 在线教学策略 网课考核评价体系 疫情
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Microstructure of a Mo-Si-C-N multi-layered anti-oxidation coating on carbon/carbon composites by fused slurry 被引量:1
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作者 LAI Zhonghong meng songhe +1 位作者 ZHU Jingchuan JEON Jaeho 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第5期460-464,共5页
A Mo-Si-C-N multi-layered anti-oxidation coating was in-situ fabricated by introducing nitrogen atmosphere during the fused sintering of Mo-Si slurry pre-layer on carbon/carbon composites. The phase composition and mi... A Mo-Si-C-N multi-layered anti-oxidation coating was in-situ fabricated by introducing nitrogen atmosphere during the fused sintering of Mo-Si slurry pre-layer on carbon/carbon composites. The phase composition and microstructure of the Mo-Si-C-N coating were characterized by X-ray diffractometry, optical microscopy, scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and transmission electron microscopy. The Mo-Si-C-N coating exhibited a three-layered structure. Besides the MoSi2/Si main-layer and the SiC bonding-layer, a surface layer of about 10 μm in thickness was synthesized on the coating surface. The surface layer mainly consisted of SiC nanowires and contained some Si3N4 and Si phases. SiC nanowires of 10 to 200 nm in diameter presented a terrace and distortion structure. Transmission electron microscopy indicated that the SiC nanowires grew along the preferred 〈111〉 direction. During oxidation test, SiC nanowires transmuted into SiO2 glass, which can play an important role in improving the oxidation resistance of C/C composites. 展开更多
关键词 C/C composites COATING MICROSTRUCTURES ANTI-OXIDATION
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月球及火星等地外天体科考基地建设规划与发展战略研究 被引量:2
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作者 张泽旭 高飞宇 +5 位作者 梅洪元 孟松鹤 迟海义 赵嘉龙 王义宇 袁帅 《前瞻科技》 2024年第1期49-61,共13页
当今世界,信息技术创新日新月异,人类进入数字化、网络化、智能化时代,推动深空探测活动更大规模发展。此外,日益严峻的全球环境污染、资源短缺、生态危机等问题,促使人类寻找并创建“第二家园”。为此,美国、中国、俄罗斯、欧盟等国家... 当今世界,信息技术创新日新月异,人类进入数字化、网络化、智能化时代,推动深空探测活动更大规模发展。此外,日益严峻的全球环境污染、资源短缺、生态危机等问题,促使人类寻找并创建“第二家园”。为此,美国、中国、俄罗斯、欧盟等国家和机构相继提出月轨空间站、月球村、火星基地等构想,并积极推动一系列深空探测计划。文章综述了国内外地外天体科考基地的发展历程与研究进展,论述其所涉及的技术领域和核心任务,并提出了中国关于地外天体科考基地的发展建议。 展开更多
关键词 深空探测 地外天体 月球科研站 火星基地
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Evaluation of numerical ablation model for charring composites 被引量:5
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作者 LI Wei ZHANG Jun +3 位作者 FANG GuoDong LI WeiJie LIANG Jun meng songhe 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第8期1322-1330,共9页
Charring composites are widely used in the thermal protection system(TPS) to consume the intense aerodynamic heating during vehicle reentry. The ablation and thermal responses for the charring composites can be studie... Charring composites are widely used in the thermal protection system(TPS) to consume the intense aerodynamic heating during vehicle reentry. The ablation and thermal responses for the charring composites can be studied by using a numerical ablation model, in which the surface ablation and volume ablation could be taken into account. The coupling interactions among temperature, gas motion and interior pressure producing the pyrolysis gas could make the computation more complicated. A multi-physics model is developed to simulate the thermal response coupled with volume ablation and surface ablation. After studying four typical ablation cases, the model is validated, and then the heat transfer mechanisms in ablation are investigated. It is found that the viscous dissipation energy by the motion of pyrolysis gas can be neglected in the simulation. Also, the flow of pyrolysis gas plays an important role in the temperature response, especially under high heat flux condition. 展开更多
关键词 ablation CHARRING COMPOSITES NUMERICAL MODEL COUPLING
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Comparison of ablative and compressive mechanical behavior of several PICA-like ablative materials 被引量:5
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作者 ZHANG Jun FANG GuoDong +3 位作者 YANG LingWei LI Wei HONG ChangQing meng songhe 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第8期1478-1486,共9页
It is significant to compare the ablative and compressive mechanical behavior of different PICA-like materials in the engineering applications.The plasma wind tunnel ablation tests with high-entropy air and CO2 atmosp... It is significant to compare the ablative and compressive mechanical behavior of different PICA-like materials in the engineering applications.The plasma wind tunnel ablation tests with high-entropy air and CO2 atmospheres,and compressive experiments in the ambient and 150℃,were conducted for three kinds of PICA-like materials(CF/PR-Si,CBCF/PR-SiOC and NQF/PR-Si composites).The traditional carbon/phenolic(C/PR)braided composites were also used for comparison.PICA-like materials have the better thermal insulation than traditional C/PR composite,especially for CBCF/PR-SiOC composite.The ablation behavior of CF/PR-Si and CBCF/PR-SiOC PICA-like materials in the CO2 atmosphere can produce a large amount of SiO2 in the form of coatings,oxide layers and skeletons on the ablated surface,which are greatly different from that in the air atmosphere.The compressive behavior of PICA-like material is greatly depended on the fiber fabrics,and exhibits the large discrete characteristics.The longer fiber in the PICA-like materials plays the role in maintaining the material integrity,while it may increase the thermal conductivity. 展开更多
关键词 PICA-like material ablation property plasma wind tunnel compressive behavior
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An experimental study of ultra-high temperature ceramics under tension subject to an environment with elevated temperature,mechanical stress and oxygen
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作者 HAN XinXing XU ChengHai +2 位作者 JIN Hua XIE WeiHua meng songhe 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第8期1349-1356,共8页
Ultra-high temperature ceramic(UHTC) composites are widely used in high-temperature environments in aerospace applications. They experience extremely complex environmental conditions during service, including thermal,... Ultra-high temperature ceramic(UHTC) composites are widely used in high-temperature environments in aerospace applications. They experience extremely complex environmental conditions during service, including thermal, mechanical and chemical loading. Therefore, it is critical to evaluate the mechanical properties of UHTCs subject to an environment with elevated temperature, mechanical stress and oxygen. In this paper, an experimental investigation of the uniaxial tensile properties of a ZrB_2-SiC-graphite subject to an environment with a simultaneously elevated temperature, mechanical stress and oxygen is conducted based on a high-temperature mechanical testing system. To improve efficiency, an orthogonal experimental design is used. It is suggested that the temperature has the most important effect on the properties, and the oxidation time and stress have an almost equal effect. Finally, the fracture morphology is characterized using scanning electron microscopy(SEM), and the mechanism is investigated. It was concluded that the main fracture mode involved graphite flakes pulling out of the matrix and crystalline fracture, which indicates the presence of a weak interface in the composites. 展开更多
关键词 ultra-high TEMPERATURE ceramics ENVIRONMENT with elevated TEMPERATURE mechanical stress and OXYGEN UNIAXIAL tensile strength orthogonal experimental design
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Preface
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作者 SHEN ShengPing ZHU Ting +1 位作者 meng songhe FENG Xue 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第8期1245-1245,共1页
Materials chemomechanics is an exciting and fast growing field where mechanics meets chemistry, and has drawn increasing attention in recent years. It is concerned with the phenomena and mechanisms of coupled chemical... Materials chemomechanics is an exciting and fast growing field where mechanics meets chemistry, and has drawn increasing attention in recent years. It is concerned with the phenomena and mechanisms of coupled chemical and mechanical interactions. Chemomechanical coupling phenomena exist in many research areas, ranging from the development of advanced batteries, biomechanical engineering, hydrogen embrittlement, and high temperature oxidation. In fact, a typical chemomechanical problem usually involves the processes of diffusion, chemical reaction, deformation and stress generation. Such a strong coupling between chemistry and mechanics can give rise to the complex spatial-temporal evolution of composition, microstructure and morphology in materials. 展开更多
关键词 MATERIALS chemomechanics MECHANICS CHEMISTRY
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