[00728430]基于近场动力学的飞行器轻型结构分析与应用技术

该项目属于航空航天领域的飞行器结构力学学科。 飞行器结构的损伤及扩展分析方法一直是航空航天结构研究的热点，包括损伤起始点的分析判断、损伤扩展路径的分析模拟、破坏的模式和破坏机理的分析等。长期以来广泛采用的有限元方法要求存在连续可微的位移场。且需要预知裂纹出现。但是在损伤和破坏分析中存在诸多不连续性，因此，对于裂纹扩展问题，基于连续介质理论的传统有限元方法往往显得求解能力不足，不能有效地模拟裂纹的扩展过程，一旦有损伤发生，会形成病态方程。常规解决办法不能模拟损伤"自然发生"和"自由扩展"。 近场动力学作为一种新型的力学理论，是经典连续介质力学的拓展，提供了力学研究的新途径。尤其对于不连续问题，如断裂、动态裂纹扩展、损伤、疲劳、冲击、循环塑性等都可以在近场动力学(PD)的理论框架内重新研究，并得到更加深刻和丰富的结果。 该项目在进一步完善相关近场动力学理论的基础上，针对航空航天结构中的复合材料层合板结构和铝合金薄壁结构的损伤、裂纹扩展、冲击、稳定性和非线性问题进行研究，主要贡献有： 1)创建了纤维增强复合材料层压板损伤的近场动力学模型和分析方法，建立了可模拟多种铺层的复合材料近场动力学模型，可以进行纤维断裂，基体断裂和分层破坏形式的损伤扩展分析。构建了基于近场动力学的复合材料层合板的冲击动力学模型。提出了基于近场理论中的微观弹脆性材料模型的各向同性脆性材料建模方法，结合GPU算法，可以有效提高计算速度。 2)创建了用于模拟复合材料物理非线性行为的态型近场动力学方法。方法引入经典单参量非线性本构，以确定复合材料态型近场动力学模型中力矢量状态与变形矢量状态之间的关系。在力矢量状态表达式中引入含损伤参量的标量函数，实现损伤描述。并提出态型近场动力学中非局部应变的补偿-修正法，以减轻态型近场动力学中边界效应的影响。 3)提出了薄壁型金属板壳结构的PD模型离散方法及稳定性分析PD方法，提高PD薄板模型的计算效率，推导了节点刚度矩阵和结构刚度矩阵的表达关系，改进了Kilic基于PD键理论的动力松弛法，并提出了一种新的修正迭代收敛准则，开发了相应的计算机软件。 该项目始于2011年，2013年在力学学报发表了国内第一篇复合材料层压板的近场动力学损伤分析的文章，以及第一个相关的软件著作权；2014年获得国内第一个近场动力学方法专利。发展至今，共有发明专利4项和软件著作权4项，获得上海市优秀硕士论文奖1项、上海交通大学研究性罗麦科技航天奖学金(科创实践)1项。发表论文SCI论文7篇被引64次，发表EI和国内外会议论文16篇，被引51次。该项目技术被成功应用于国产大飞机研制和民机重大专项项目研究中。