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機(jī)械工程學(xué)院黃慶學(xué)院士團(tuán)隊梁建國教授課題組在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域取得新進(jìn)展

：2025-06-21 來源：先進(jìn)成形與智能裝備研究院 作者：文字/趙潤田

我校機(jī)械工程學(xué)院黃慶學(xué)院士團(tuán)隊梁建國教授課題組在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域取得突破，研發(fā)了空間分布式多束碳纖維同步纏繞裝備并設(shè)計了相應(yīng)控制策略；提出了一種納入界面影響的短纖維復(fù)合材料非線性力學(xué)行為預(yù)測模型框架。相繼在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Chaos, Solitions and Fractals》以及《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》上發(fā)表題為“Dynamic analysis of the nonlinear fiber oscillator with fractional-order control in multi-filament fiber winding”與“Multiscale modeling of elasto-plastic behavior for short fiber composites considering interfaces”的研究論文。

團(tuán)隊針對新型多束碳纖維纏繞設(shè)備在高壓容器纏繞過程中的碳纖維振子動力學(xué)行為，提出了一種耦合抑制型分?jǐn)?shù)階PD（CS-FOPD）控制策略。采用多尺度法分析二自由度系統(tǒng)主共振，推導(dǎo)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)并結(jié)合Routh-Hurwitz判據(jù)評估穩(wěn)定性，結(jié)果通過數(shù)值模擬進(jìn)行了驗證。并進(jìn)一步探究了CS-FOPD控制在不同參數(shù)下對系統(tǒng)幅頻特性、控制性能、多穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象、吸引域結(jié)構(gòu)及全局分岔的影響。在無耦合控制下，分析主–超諧共振行為，并運用Lyapunov方法與Melnikov理論預(yù)測系統(tǒng)混沌的產(chǎn)生。仿真結(jié)果表明，該控制策略能夠有效抑制系統(tǒng)振動，顯著提升了設(shè)備的動態(tài)穩(wěn)定性與控制性能，為新型多束碳纖維纏繞設(shè)備的穩(wěn)定性提升與性能優(yōu)化提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。論文通訊署名單位leyu.乐鱼(中国有限公司)官方网站機(jī)械工程學(xué)院，劉江林副教授為通訊作者，2023級碩士生房鑫磊為論文第一作者（DOI: 10.1016/j.chaos.2025.116385）。

針對短纖維復(fù)合材料非線性機(jī)械響應(yīng)的精確預(yù)測模型對于其廣泛應(yīng)用具有重要意義。目前，取向平均（OA）方法在計算效率和預(yù)測準(zhǔn)確性之間實現(xiàn)了較好的平衡，但由于忽略了纖維與基體界面的相互作用，常導(dǎo)致結(jié)果系統(tǒng)性偏高。為此，團(tuán)隊提出了一種融合界面效應(yīng)的非線性預(yù)測模型框架。在傳統(tǒng)OA方法基礎(chǔ)上，結(jié)合分子動力學(xué)（MD）模擬與微滴脫粘實驗獲取纖維-基體界面特性，并引入內(nèi)聚區(qū)模型以在OA框架內(nèi)刻畫界面力學(xué)行為。該模型成功預(yù)測了短碳纖維增強尼龍6復(fù)合材料的壓縮非線性力學(xué)性能，并通過實驗驗證了其準(zhǔn)確性。此框架將有效助力短纖維復(fù)合材料的服役性能評估與優(yōu)化設(shè)計。論文通訊署名單位leyu.乐鱼(中国有限公司)官方网站機(jī)械工程學(xué)院，梁建國教授為通訊作者，2021級博士生趙潤田為論文第一作者（DOI: 10.1016/j.compositesa.2025.109095）。

研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金面上項目、山西省科技重大專項等項目的資助。

最新動態(tài)

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    2025.06.28

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  • 校領(lǐng)導(dǎo)拜訪烏拉圭駐華大使館

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  • 我校男子足球隊強勢挺進(jìn)全國大學(xué)生足球聯(lián)賽全國四強

    6月26日，從全國大學(xué)生足球聯(lián)賽（CSSF）的賽場上傳來喜訊，我校男子足球隊在八進(jìn)四的比賽中以2:1戰(zhàn)勝上海體育大學(xué)隊，強勢挺進(jìn)全國四強。全國大學(xué)生足球聯(lián)賽是國內(nèi)大學(xué)生足球最高水平的競技舞臺，匯聚了全國高校的頂尖強隊。本屆賽事改革后，僅各省冠軍獲得全國總決賽資格。6月20日至29日，本屆聯(lián)賽總決賽在山東濰坊魯能足球?qū)W校舉行。我校男子足球隊在小組賽中表現(xiàn)強勢，先后以4:0戰(zhàn)勝西南財經(jīng)大學(xué)、4:0戰(zhàn)勝貴州師范大學(xué)、7:1戰(zhàn)勝西北師范大學(xué)，...
    2025.06.26

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