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。本书主要是清华大学姚学锋教授及其团队17年来关于航空橡胶密封结构设计与评价技术的系统总结，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。
样章试读
目录
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序
前言
引言
0.1 航空飞机橡胶密封结构 1
0.2 高性能织物橡胶密封材料 3
0.3 高性能织物橡胶密封结构设计 4
0.4 高性能织物橡胶密封材料的发展前景 7
参考文献 8
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 11
1.1 概述 11
1.2 各向异性超-黏弹性本构模型 11
1.2.1 本构模型 11
1.2.2 织物橡胶密封材料本构参数的获取 18
1.2.3 织物橡胶材料本构理论的应用 22
1.3 非正交织物各向异性超-黏弹性本构模型 23
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 24
1.3.2 复杂织物橡胶复合材料的表征 28
1.3.3 复杂织物橡胶密封结构的宏观力学行为 33
1.4 各向异性超-黏-伪弹性本构模型 40
1.4.1 各向异性超-黏-伪弹性本构行为 40
1.4.2 试验部分 49
1.4.3 结果和讨论 52
1.5 结论 61
参考文献 62
第2章 织物橡胶密封结构高低温力学性能研究 64
2.1 概述 64
2.2 织物橡胶密封结构形式 64
2.3 橡胶和聚酯纤维材料性能 65
2.3.1 橡胶材料超弹性本构参数 65
2.3.2 聚酯纤维力学性能与温度的关系 67
2.4 密封结构截面内侧网状纤维橡胶复合材料 68
2.4.1 应变能本构模型 68
2.4.2 单轴拉伸试验 71
2.5 表面织物橡胶复合材料 72
2.5.1 表面织物橡胶复合材料几何结构 72
2.5.2 表面织物橡胶复合材料有限元模拟 73
2.6 织物橡胶密封结构力学性能 76
2.7 结论 80
参考文献 80
第3章 织物橡胶密封结构摩擦行为研究 82
3.1 概述 82
3.2 橡胶密封结构黏滑特性研究 82
3.2.1 黏滑现象研究 82
3.2.2 橡胶密封结构黏滑特性和运动机制 83
3.3 橡胶密封结构动摩擦性能测试研究 88
3.3.1 测试装置与方法 88
3.3.2 纯橡胶密封结构摩擦性能测试 90
3.3.3 织物橡胶密封结构摩擦性能测试 94
3.3.4 织物橡胶密封结构动摩擦性能有限元分析 99
3.4 织物橡胶密封结构曲面间摩擦性能研究 102
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 102
3.4.2 织物橡胶密封结构曲面上载荷分析 105
3.4.3 摩擦对织物橡胶密封结构载荷分析的影响 107
3.5 结论 109
参考文献 109
第4章 织物橡胶密封结构干涉、摩擦、温度效应 110
4.1 概述 110
4.2 前缘缝翼增升装置多刚体动力学仿真分析 110
4.2.1 基于ADAMS的前缘缝翼增升装置多刚体系统建模 110
4.2.2 运动学仿真分析 112
4.3 摩擦增量载荷仿真及分析 116
4.3.1 摩擦增量载荷理论分析模型 116
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 119
4.3.3 缝翼密封结构增量载荷对驱动扭矩的影响规律 123
4.3.4 摩擦系数对扭矩的影响 132
4.3.5 环境温度对扭矩的影响 133
4.4 结论 135
参考文献 136
第5章 织物橡胶密封结构形状优化设计 138
5.1 概述 138
5.2 织物橡胶密封结构横截面几何分析 138
5.3 织物橡胶密封结构形状优化设计方法 139
5.3.1 形状优化设计参数 139
5.3.2 约束条件及优化目标 140
5.3.3 形状优化算法 141
5.3.4 形状优化流程 142
5.4 织物橡胶密封结构最优横截面形状 144
5.4.1 不同气体压差下的最优横截面形状 144
5.4.2 不同温度下的最优横截面形状 145
5.4.3 截面形状多目标优化设计 146
5.5 结论 147
参考文献 147
第6章 登机门密封结构力学设计 149
6.1 概述 149
6.2 大型客机客舱门复合密封结构运动分析 149
6.2.1 舱门复合密封结构开启机理 149
6.2.2 舱门复合密封结构构型 150
6.2.3 舱门复合密封结构力学分析 152
6.2.4 全尺寸舱门复合密封结构数值模型 154
6.3 全尺寸舱门复合密封结构模拟与分析 155
6.3.1 舱门压缩载荷三维分布 155
6.3.2 舱门复合密封结构的压缩性能 157
6.3.3 舱门整体与局部区域的应力分析 162
6.4 舱门复合密封结构整体压缩载荷的经验公式 165
6.5 结论 171
参考文献 171
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 175
7.1 概述 175
7.2 单向泄漏通道的分布形式对于泄漏率的影响 175
7.2.1 单向微泄漏通道问题的提出 175
7.2.2 单向微通道气体泄漏机理 176
7.2.3 气体泄漏通道均匀性的模拟验证 178
7.3 单向微泄漏通道的分裂与泄漏率的预测 180
7.3.1 微泄漏通道分裂的理论模型 180
7.3.2 微泄漏通道内气体自由流速的预测 185
7.3.3 密封结构泄漏通道的宏细观模型 188
7.4 交叉通道支路对气体泄漏率的影响 192
7.4.1 表面织物结构 192
7.4.2 支路通道对微泄漏通道模型气体流量的影响 195
7.4.3 单个支路通道的泄漏率分析 199
7.4.4 多个支路通道的泄漏率分析 201
7.5 结论 204
参考文献 205
第8章 织物橡胶密封结构气体泄漏率研究 206
8.1 概述 206
8.2 织物橡胶密封结构气体泄漏微通道 206
8.2.1 气体泄漏微通道 206
8.2.2 矩形微通道有限元分析 207
8.3 量纲分析 208
8.3.1 气体泄漏率量纲分析 209
8.3.2 无量纲函数的确定 209
8.4 织物橡胶密封结构气体泄漏率 214
8.4.1 试验研究 214
8.4.2 等效弹性模量 216
8.4.3 接触力学性能分析 218
8.4.4 密封性能预测 218
8.5 结论 220
参考文献 221
第9章 飞机货舱门密封性能研究 222
9.1 概述 222
9.2 织物橡胶密封材料气体泄漏机制 222
9.2.1 矩形微通道内的接触界面气体泄漏 222
9.2.2 矩形微通道气体泄漏数值模型 224
9.2.3 接触界面气体泄漏规律及影响因素 228
9.3 织物橡胶密封材料密封性能测试 231
9.3.1 织物橡胶密封结构 231
9.3.2 密封性能测试方法与装置 231
9.3.3 试验结果与分析 234
9.4 织物橡胶密封结构密封性能预测与分析 236
9.4.1 织物橡胶密封结构气体泄漏预测方法 236
9.4.2 织物橡胶密封结构气体泄漏预测及分析 239
9.5 大型客机货舱门密封性能分析与预测 241
9.5.1 舱门密封结构密封特性及影响因素分析 241
9.5.2 舱门密封结构双接触面气体泄漏分析 245
9.5.3 不同门框直径下舱门密封结构气体泄漏分析 246
9.5.4 大型客机货舱门密封性能预测 248
9.6 结论 252
参考文献 253
第10章 织物橡胶密封结构密封性能影响因素研究 254
10.1 概述 254
10.2 橡胶材料应力松弛效应 254
10.2.1 橡胶材料黏弹性模型 254
10.2.2 玻尔兹曼叠加原理 255
10.2.3 橡胶材料应力松弛试验 256
10.2.4 接触力学性能有限元分析 257
10.2.5 气体泄漏率随时间变化关系 258
10.3 压缩位移 259
10.4 温度效应 260
10.4.1 高低温密封性能试验测试 260
10.4.2 高低温条件下气体泄漏率预测 262
10.5 结论 266
参考文献 266
第11章 飞行过程整机舱门密封性能评价 268
11.1 概述 268
11.2 力学性能及密封性能影响因素 268
11.2.1 大气环境参数 268
11.2.2 飞机舱门织物橡胶密封结构 271
11.2.3 织物橡胶密封结构有限元模型 276
11.2.4 多接触密封面气体泄漏率预测方法 279
11.3 力学性能及密封性能预测 282
11.3.1 登机门织物橡胶密封结构 282
11.3.2 货舱门织物橡胶密封结构 284
11.3.3 应急离机门织物橡胶密封结构 285
11.3.4 应急门织物橡胶密封结构 287
11.3.5 E-E门织物橡胶密封结构 288
11.3.6 增压预防门织物橡胶密封结构 289
11.3.7 飞机飞行全过程气体泄漏率 290
11.4 结论 291
参考文献 292
第12章 密封结构泄漏的红外检测技术及其应用 293
12.1 损伤诱导泄漏孔的泄漏率测试技术 293
12.1.1 红外图像技术测量孔泄漏率的基本原理 293
12.1.2 任意形状泄漏孔气体泄漏模拟仿真 297
12.1.3 密封结构损伤孔气体泄漏试验研究 299
12.2 接触界面的泄漏率测试技术 303
12.2.1 接触界面气体泄漏测试基本原理—一般泄漏区域 304
12.2.2 接触界面气体泄漏测试基本原理—集中泄漏区域 307
12.2.3 接触界面气体泄漏模拟仿真 308
12.2.4 接触界面气体泄漏试验研究 311
12.2.5 界面泄漏均匀性计算 314
12.3 超分辨率红外图像技术在泄漏测试中的应用 315
12.3.1 单孔、多孔气体泄漏试验 315
12.3.2 超分辨率红外图像技术 318
12.3.3 超分辨率红外图像技术对气体泄漏测试的影响 321
12.4 结论 327
参考文献 328
第13章 密封结构泄漏的气动检测技术及其应用 330
13.1 基于单个声压传感器的单孔泄漏率测试技术 330
13.1.1 单孔气体泄漏的气动声学理论模型 330
13.1.2 单孔泄漏气体的声压场数值模拟 332
13.1.3 单孔气体泄漏的试验验证 335
13.1.4 结果讨论与比较分析 337
13.2 基于一维声压传感器阵列的单孔泄漏率测试技术 339
13.2.1 基于波束成形方法的一维泄漏测试理论 339
13.2.2 基于一维声压传感器阵列的单孔泄漏试验验证 340
13.2.3 气体泄漏率测试灵敏度验证 343
13.3 基于一维声压传感器阵列的界面泄漏率测试技术 345
13.3.1 界面泄漏的气动声学测试理论 345
13.3.2 基于一维声压传感器阵列的界面泄漏试验验证 346
13.4 红外图像技术与气动声学测试方法的总结与对比 349
13.5 结论 350
参考文献 351
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 355
14.1 概述 355
14.2 密封结构橡胶材质与结构分析 355
14.3 密封结构成型工艺 358
14.3.1 管状密封结构一次成型工艺 358
14.3.2 橡胶二次成型工艺探索 360
14.4 密封型材结构制造 364
14.4.1 直段密封结构型材的制造 364
14.4.2 曲段密封结构型材的制造 366
14.4.3 异形曲段密封结构的制造 367
14.5 结论 369
参考文献 369
第15章 橡胶密封结构制造工艺力学研究 370
15.1 橡胶硫化成型数值模拟 370
15.1.1 橡胶硫化动力学模型 370
15.1.2 橡胶硫化动力学数值模拟 373
15.2 管状密封结构硫化成型模拟 374
15.2.1 织物橡胶管状密封结构一次成型模拟 374
15.2.2 织物橡胶管状密封结构二次硫化设计 378
15.3 心形织物橡胶密封结构硫化残余应力模拟 380
15.4 结论 382
参考文献 383
第16章 舱门橡胶密封结构整体成型工艺 384
16.1 织物橡胶密封结构黏接技术 384
16.1.1 密封结构型材黏接夹具介绍 384
16.1.2 密封结构型材整圈黏接工艺 385
16.2 整体模压成型 386
16.2.1 基本原理 387
16.2.2 模芯熔融法-低温合金模芯制备 387
16.2.3 密封结构整体模压成型 388
16.2.4 二次硫化及去除模芯工艺 390
16.3 航空橡胶密封结构自动化制造工艺探讨 390
16.3.1 航空橡胶密封结构裹覆模压方案 390
16.3.2 航空织物橡胶密封结构挤出方案 393
16.4 总结 396
参考文献 396
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 399
17.1 多层结构织物橡胶复合密封结构 399
17.2 机器学习神经网络的基本架构 400
17.2.1 数据集生成 401
17.2.2 机器学习算法 403
17.3 训练结果 404
17.3.1 数据预处理 404
17.3.2 训练和评估机器学习模型 405
17.3.3 结果与讨论 408
17.3.4 框架的前景 410
17.4 结论 410
参考文献 411
第18章 织物橡胶密封结构数字孪生设计 412
18.1 概述 412
18.2 材料和方法 412
18.2.1 航空织物橡胶密封结构数字孪生框架 412
18.2.2 计算框架 413
18.2.3 复杂织物橡胶复合结构材料参数 417
18.2.4 数据集生成与模型评估函数 419
18.3 织物橡胶密封结构数字孪生预测模型性能评估 421
18.3.1 全场位移和应力 421
18.3.2 不同温度下的压缩性能 430
18.3.3 交互试验 431
18.3.4 巡航条件下力学性能预测 433
18.3.5 服役状态疲劳寿命评估示例 435
18.3.6 模型适用性与外推能力 438
18.4 结论 443
参考文献 444
第19章 石墨烯橡胶应变传感材料设计 446
19.1 概述 446
19.2 石墨烯硅橡胶复合材料的制备与性能研究 446
19.2.1 制备和表征 446
19.2.2 石墨烯硅橡胶复合材料微纳观形貌及界面性能 450
19.2.3 石墨烯硅橡胶复合材料力学及导电性能 452
19.2.4 石墨烯硅橡胶复合材料应变传感行为 454
19.3 石墨烯硅橡胶复合材料应变电阻响应机制 458
19.3.1 传感机理及理论模型 458
19.3.2 应变传感行为的定量表征 461
19.4 基于石墨烯-碳纳米管协同效应的电阻响应调控策略 463
19.4.1 概述 463
19.4.2 材料制备与表征 463
19.4.3 电阻测试结果 464
19.4.4 导电网络形貌及电阻响应机理解释 467
19.5 动态电阻响应的肩峰现象研究 469
19.5.1 试样制备及表征 469
19.5.2 电阻响应行为：纳米填料含量和应变幅值的影响 469
19.5.3 肩峰现象机制分析 471
19.5.4 电阻响应单调性的力学调控设计 473
19.6 结论 478
参考文献 478
第20章 基于石墨烯橡胶传感的密封结构在线监测技术 480
20.1 概述 480
20.2 飞机舱门橡胶密封结构开关门状态在线监测 480
20.2.1 基本原理 480
20.2.2 测试方案、传感元件及典型测试位置 482
20.2.3 传感元件的标定 484
20.2.4 传感元件测试结果分析 484
20.3 飞机增压预防门橡胶密封结构密封性在线监测 491
20.3.1 增压预防门橡胶密封结构 491
20.3.2 橡胶密封结构密封性测试方案 492
20.3.3 橡胶密封结构密封性测试结果分析 493
20.4 结论 494
参考文献 494
第21章 大型客机舱门泄漏检测方案设计与实施 496
21.1 登机门气体泄漏现场检测 496
21.1.1 登机门密封结构气体泄漏测试 496
21.1.2 登机门自身缝隙气体泄漏测试 499
21.2 航空橡胶密封结构平整度的测试与分析 500
21.2.1 三维结构光基本测试原理 500
21.2.2 航空橡胶密封结构平整度测试原理 502
21.2.3 平整度测试与结果分析 504
21.3 飞机应急门气体泄漏监测方案设计 507
21.3.1 红外图像测试平台设计 507
21.3.2 气动声学测试平台设计 509
21.4 结论 510
参考文献 511
京公网安备 11010102004214号