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内容大纲
航空橡胶复合密封结构是大型客机重大复杂系统工程的关键功能结构件，直接关系大型客机的服役安全性与乘客舒适性。本书是专门论述航空橡胶复合密封结构设计的著作，分四篇，共21章。针对我国航空橡胶密封结构自主创新研制的国产化需求与“理论-方法-结构-装备-应用”的全生命周期研究主线索展开，系统介绍了橡胶密封结构力学行为与设计、密封性能、制造技术、检测技术及评价等内容，整体涵盖了航空橡胶密封结构的力学模型及设计理论、泄漏模型及预测方法、制造技术与工艺力学、密封结构检测及评价等科学研究体系与工程应用场景，践行了基础科学-技术科学-工程科学三位一体的产学研深度交叉融合的创新理念。论述深入浅出，基础研究、关键技术与应用验证相互融合，同时提供了必要的预备知识与众多算例，以利读者理解与掌握本书内容。
本书可供自然科学与技术科学众多学科，如材料学、物理学、化学、化工学、飞行器设计、力学、电磁学、热力学、光学、声学，以及航空航天航海、土木、机械、能源、石油、交通、体育、医疗等工程领域的高校师生和科技人员阅读。 -
作者介绍
姚学锋，博士，清华大学，教研系列长聘教授，博士生导师。长期从事先进复合材料、航空橡胶密封结构、复合材料修复、无损检测、实验固体力学等领域的基础科学与工程应用研究。2022年与国营芜湖机械厂共同创立清华大学航空复合材料智能修复技术联合研究中心。2024年被聘为C929特聘专家。取得的创新性研究成果：①发展了先进复合材料结构的数字化设计方法，开发了复合材料非接触测试及性能评价技术；②提出了航空橡胶密封结构的工艺、制造、设计、测试一体化研究方法，引领了大型客机国产橡胶密封结构的产学研一体化深度交叉融合发展方向；③建立了航空复合材料结构智能化及数字化修复技术体系与先进修复装备平台，奠定了复合材料快速修复设计及工程应用的科学技术基础。 -
目录
序
前言
引言
0.1 航空飞机橡胶密封结构
0.2 高性能织物橡胶密封材料
0.3 高性能织物橡胶密封结构设计
0.4 高性能织物橡胶密封材料的发展前景
参考文献
第一篇 密封结构力学行为与设计
第1章 织物橡胶密封材料力学本构理论
1.1 概述
1.2 各向异性超-黏弹性本构模型
1.2.1 本构模型
1.2.2 织物橡胶密封材料本构参数的获取
1.2.3 织物橡胶材料本构理论的应用
1.3 非正交织物各向异性超-黏弹性本构模型
1.3.1 网状纤维织物增强橡胶复合材料的各向异性超弹性本构模型
1.3.2 复杂织物橡胶复合材料的表征
1.3.3 复杂织物橡胶密封结构的宏观力学行为
1.4 各向异性超-黏-伪弹性本构模型
1.4.1 各向异性超-黏-伪弹性本构行为
1.4.2 试验部分
1.4.3 结果和讨论
1.5 结论
参考文献
第2章 织物橡胶密封结构高低温力学性能研究
2.1 概述
2.2 织物橡胶密封结构形式
2.3 橡胶和聚酯纤维材料性能
2.3.1 橡胶材料超弹性本构参数
2.3.2 聚酯纤维力学性能与温度的关系
2.4 密封结构截面内侧网状纤维橡胶复合材料
2.4.1 应变能本构模型
2.4.2 单轴拉伸试验
2.5 表面织物橡胶复合材料
2.5.1 表面织物橡胶复合材料几何结构
2.5.2 表面织物橡胶复合材料有限元模拟
2.6 织物橡胶密封结构力学性能
2.7 结论
参考文献
第3章 织物橡胶密封结构摩擦行为研究
3.1 概述
3.2 橡胶密封结构黏滑特性研究
3.2.1 黏滑现象研究
3.2.2 橡胶密封结构黏滑特性和运动机制
3.3 橡胶密封结构动摩擦性能测试研究
3.3.1 测试装置与方法
3.3.2 纯橡胶密封结构摩擦性能测试
3.3.3 织物橡胶密封结构摩擦性能测试
3.3.4 织物橡胶密封结构动摩擦性能有限元分析
3.4 织物橡胶密封结构曲面间摩擦性能研究
3.4.1 织物橡胶密封结构曲面摩擦性能测试及有限元分析
3.4.2 织物橡胶密封结构曲面上载荷分析
3.4.3 摩擦对织物橡胶密封结构载荷分析的影响
3.5 结论
参考文献
第4章 织物橡胶密封结构干涉、摩擦、温度效应
4.1 概述
4.2 前缘缝翼增升装置多刚体动力学仿真分析
4.2.1 基于ADAMS的前缘缝翼增升装置多刚体系统建模
4.2.2 运动学仿真分析
4.3 摩擦增量载荷仿真及分析
4.3.1 摩擦增量载荷理论分析模型
4.3.2 考虑缝翼密封结构影响的前缘缝翼增升装置动力学分析模型
4.3.3 缝翼密封结构增量载荷对驱动扭矩的影响规律
4.3.4 摩擦系数对扭矩的影响
4.3.5 环境温度对扭矩的影响
4.4 结论
参考文献
第5章 织物橡胶密封结构形状优化设计
5.1 概述
5.2 织物橡胶密封结构横截面几何分析
5.3 织物橡胶密封结构形状优化设计方法
5.3.1 形状优化设计参数
5.3.2 约束条件及优化目标
5.3.3 形状优化算法
5.3.4 形状优化流程
5.4 织物橡胶密封结构最优横截面形状
5.4.1 不同气体压差下的最优横截面形状
5.4.2 不同温度下的最优横截面形状
5.4.3 截面形状多目标优化设计
5.5 结论
参考文献
第6章 登机门密封结构力学设计
6.1 概述
6.2 大型客机客舱门复合密封结构运动分析
6.2.1 舱门复合密封结构开启机理
6.2.2 舱门复合密封结构构型
6.2.3 舱门复合密封结构力学分析
6.2.4 全尺寸舱门复合密封结构数值模型
6.3 全尺寸舱门复合密封结构模拟与分析
6.3.1 舱门压缩载荷三维分布
6.3.2 舱门复合密封结构的压缩性能
6.3.3 舱门整体与局部区域的应力分析
6.4 舱门复合密封结构整体压缩载荷的经验公式
6.5 结论
参考文献
第二篇 密封结构密封性能
第7章 织物橡胶密封结构微通道气体泄漏机制
7.1 概述
7.2 单向泄漏通道的分布形式对于泄漏率的影响
7.2.1 单向微泄漏通道问题的提出
7.2.2 单向微通道气体泄漏机理
7.2.3 气体泄漏通道均匀性的模拟验证
7.3 单向微泄漏通道的分裂与泄漏率的预测
7.3.1 微泄漏通道分裂的理论模型
7.3.2 微泄漏通道内气体自由流速的预测
7.3.3 密封结构泄漏通道的宏细观模型
7.4 交叉通道支路对气体泄漏率的影响
7.4.1 表面织物结构
7.4.2 支路通道对微泄漏通道模型气体流量的影响
7.4.3 单个支路通道的泄漏率分析
7.4.4 多个支路通道的泄漏率分析
7.5 结论
参考文献
第8章 织物橡胶密封结构气体泄漏率研究
8.1 概述
8.2 织物橡胶密封结构气体泄漏微通道
8.2.1 气体泄漏微通道
8.2.2 矩形微通道有限元分析
8.3 量纲分析
8.3.1 气体泄漏率量纲分析
8.3.2 无量纲函数的确定
8.4 织物橡胶密封结构气体泄漏率
8.4.1 试验研究
8.4.2 等效弹性模量
8.4.3 接触力学性能分析
8.4.4 密封性能预测
8.5 结论
参考文献
第9章 飞机货舱门密封性能研究
9.1 概述
9.2 织物橡胶密封材料气体泄漏机制
9.2.1 矩形微通道内的接触界面气体泄漏
9.2.2 矩形微通道气体泄漏数值模型
9.2.3 接触界面气体泄漏规律及影响因素
9.3 织物橡胶密封材料密封性能测试
9.3.1 织物橡胶密封结构
9.3.2 密封性能测试方法与装置
9.3.3 试验结果与分析
9.4 织物橡胶密封结构密封性能预测与分析
9.4.1 织物橡胶密封结构气体泄漏预测方法
9.4.2 织物橡胶密封结构气体泄漏预测及分析
9.5 大型客机货舱门密封性能分析与预测
9.5.1 舱门密封结构密封特性及影响因素分析
9.5.2 舱门密封结构双接触面气体泄漏分析
9.5.3 不同门框直径下舱门密封结构气体泄漏分析
9.5.4 大型客机货舱门密封性能预测
9.6 结论
参考文献
第10章 织物橡胶密封结构密封性能影响因素研究
10.1 概述
10.2 橡胶材料应力松弛效应
10.2.1 橡胶材料黏弹性模型
10.2.2 玻尔兹曼叠加原理
10.2.3 橡胶材料应力松弛试验
10.2.4 接触力学性能有限元分析
10.2.5 气体泄漏率随时间变化关系
10.3 压缩位移
10.4 温度效应
10.4.1 高低温密封性能试验测试
10.4.2 高低温条件下气体泄漏率预测
10.5 结论
参考文献
第11章 飞行过程整机舱门密封性能评价
11.1 概述
11.2 力学性能及密封性能影响因素
11.2.1 大气环境参数
11.2.2 飞机舱门织物橡胶密封结构
11.2.3 织物橡胶密封结构有限元模型
11.2.4 多接触密封面气体泄漏率预测方法
11.3 力学性能及密封性能预测
11.3.1 登机门织物橡胶密封结构
11.3.2 货舱门织物橡胶密封结构
11.3.3 应急离机门织物橡胶密封结构
11.3.4 应急门织物橡胶密封结构
11.3.5 E-E门织物橡胶密封结构
11.3.6 增压预防门织物橡胶密封结构
11.3.7 飞机飞行全过程气体泄漏率
11.4 结论
参考文献
第12章 密封结构泄漏的红外检测技术及其应用
12.1 损伤诱导泄漏孔的泄漏率测试技术
12.1.1 红外图像技术测量孔泄漏率的基本原理
12.1.2 任意形状泄漏孔气体泄漏模拟仿真
12.1.3 密封结构损伤孔气体泄漏试验研究
12.2 接触界面的泄漏率测试技术
12.2.1 接触界面气体泄漏测试基本原理—一般泄漏区域
12.2.2 接触界面气体泄漏测试基本原理—集中泄漏区域
12.2.3 接触界面气体泄漏模拟仿真
12.2.4 接触界面气体泄漏试验研究
12.2.5 界面泄漏均匀性计算
12.3 超分辨率红外图像技术在泄漏测试中的应用
12.3.1 单孔、多孔气体泄漏试验
12.3.2 超分辨率红外图像技术
12.3.3 超分辨率红外图像技术对气体泄漏测试的影响
12.4 结论
参考文献
第13章 密封结构泄漏的气动检测技术及其应用
13.1 基于单个声压传感器的单孔泄漏率测试技术
13.1.1 单孔气体泄漏的气动声学理论模型
13.1.2 单孔泄漏气体的声压场数值模拟
13.1.3 单孔气体泄漏的试验验证
13.1.4 结果讨论与比较分析
13.2 基于一维声压传感器阵列的单孔泄漏率测试技术
13.2.1 基于波束成形方法的一维泄漏测试理论
13.2.2 基于一维声压传感器阵列的单孔泄漏试验验证
13.2.3 气体泄漏率测试灵敏度验证
13.3 基于一维声压传感器阵列的界面泄漏率测试技术
13.3.1 界面泄漏的气动声学测试理论
13.3.2 基于一维声压传感器阵列的界面泄漏试验验证
13.4 红外图像技术与气动声学测试方法的总结与对比
13.5 结论
参考文献
第三篇 密封结构制造技术及其应用
第14章 织物橡胶密封结构成型工艺及制备技术
14.1 概述
14.2 密封结构橡胶材质与结构分析
14.3 密封结构成型工艺
14.3.1 管状密封结构一次成型工艺
14.3.2 橡胶二次成型工艺探索
14.4 密封型材结构制造
14.4.1 直段密封结构型材的制造
14.4.2 曲段密封结构型材的制造
14.4.3 异形曲段密封结构的制造
14.5 结论
参考文献
第15章 橡胶密封结构制造工艺力学研究
15.1 橡胶硫化成型数值模拟
15.1.1 橡胶硫化动力学模型
15.1.2 橡胶硫化动力学数值模拟
15.2 管状密封结构硫化成型模拟
15.2.1 织物橡胶管状密封结构一次成型模拟
15.2.2 织物橡胶管状密封结构二次硫化设计
15.3 心形织物橡胶密封结构硫化残余应力模拟
15.4 结论
参考文献
第16章 舱门橡胶密封结构整体成型工艺
16.1 织物橡胶密封结构黏接技术
16.1.1 密封结构型材黏接夹具介绍
16.1.2 密封结构型材整圈黏接工艺
16.2 整体模压成型
16.2.1 基本原理
16.2.2 模芯熔融法-低温合金模芯制备
16.2.3 密封结构整体模压成型
16.2.4 二次硫化及去除模芯工艺
16.3 航空橡胶密封结构自动化制造工艺探讨
16.3.1 航空橡胶密封结构裹覆模压方案
16.3.2 航空织物橡胶密封结构挤出方案
16.4 总结
参考文献
第四篇 舱门密封结构智能设计及检测
第17章 基于机器学习的前缘缝翼密封结构设计
17.1 多层结构织物橡胶复合密封结构
17.2 机器学习神经网络的基本架构
17.2.1 数据集生成
17.2.2 机器学习算法
17.3 训练结果
17.3.1 数据预处理
17.3.2 训练和评估机器学习模型
17.3.3 结果与讨论
17.3.4 框架的前景
17.4 结论
参考文献
第18章 织物橡胶密封结构数字孪生设计
18.1 概述
18.2 材料和方法
18.2.1 航空织物橡胶密封结构数字孪生框架
18.2.2 计算框架
18.2.3 复杂织物橡胶复合结构材料参数
18.2.4 数据集生成与模型评估函数
18.3 织物橡胶密封结构数字孪生预测模型性能评估
18.3.1 全场位移和应力
18.3.2 不同温度下的压缩性能
18.3.3 交互试验
18.3.4 巡航条件下力学性能预测
18.3.5 服役状态疲劳寿命评估示例
18.3.6 模型适用性与外推能力
18.4 结论
参考文献
第19章 石墨烯橡胶应变传感材料设计
19.1 概述
19.2 石墨烯硅橡胶复合材料的制备与性能研究
19.2.1 制备和表征
19.2.2 石墨烯硅橡胶复合材料微纳观形貌及界面性能
19.2.3 石墨烯硅橡胶复合材料力学及导电性能
19.2.4 石墨烯硅橡胶复合材料应变传感行为
19.3 石墨烯硅橡胶复合材料应变电阻响应机制
19.3.1 传感机理及理论模型
19.3.2 应变传感行为的定量表征
19.4 基于石墨烯-碳纳米管协同效应的电阻响应调控策略
19.4.1 概述
19.4.2 材料制备与表征
19.4.3 电阻测试结果
19.4.4 导电网络形貌及电阻响应机理解释
19.5 动态电阻响应的肩峰现象研究
19.5.1 试样制备及表征
19.5.2 电阻响应行为：纳米填料含量和应变幅值的影响
19.5.3 肩峰现象机制分析
19.5.4 电阻响应单调性的力学调控设计
19.6 结论
参考文献
第20章 基于石墨烯橡胶传感的密封结构在线监测技术
20.1 概述
20.2 飞机舱门橡胶密封结构开关门状态在线监测
20.2.1 基本原理
20.2.2 测试方案、传感元件及典型测试位置
20.2.3 传感元件的标定
20.2.4 传感元件测试结果分析
20.3 飞机增压预防门橡胶密封结构密封性在线监测
20.3.1 增压预防门橡胶密封结构
20.3.2 橡胶密封结构密封性测试方案
20.3.3 橡胶密封结构密封性测试结果分析
20.4 结论
参考文献
第21章 大型客机舱门泄漏检测方案设计与实施
21.1 登机门气体泄漏现场检测
21.1.1 登机门密封结构气体泄漏测试
21.1.2 登机门自身缝隙气体泄漏测试
21.2 航空橡胶密封结构平整度的测试与分析
21.2.1 三维结构光基本测试原理
21.2.2 航空橡胶密封结构平整度测试原理
21.2.3 平整度测试与结果分析
21.3 飞机应急门气体泄漏监测方案设计
21.3.1 红外图像测试平台设计
21.3.2 气动声学测试平台设计
21.4 结论
参考文献
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