成品覆盖了3.42-19.73GHz的-10dB有效西方美食带宽

黄怿行,男,汉族,1992年生,广东广州人,中共党员,中国力学学会会员,2019年度中国力学学会优秀博士学位论文奖获得者,现为北京大学博雅博士后。2015年7月本科毕业于华南理工大......

  黄怿行,男,汉族,1992年生,广东广州人,中共党员,中国力学学会会员,2019年度中国力学学会优秀博士学位论文奖获得者,现为北京大学博雅博士后。2015年7月本科毕业于华南理工大学工程力学专业,2019年7月博士毕业于华南理工大学固体力学专业。曾获博士研究生国家奖学金、广东省优秀学生、广东省力学学会优秀博士论文等荣誉。

  主要从事先进多功能复合材料与结构的力学-电磁学一体化设计、先进制造与性能表征。西方美食围绕“先进结构技术”系统概念,针对力学承载与电磁隐身一体化设计与制备存在的矛盾,提出了电磁隐身超结构的材料-结构-功能一体化设计和实现方法,优化设计和制备出力学强韧化超宽频隐身柔性阶梯锥状超结构蒙皮,并制备了薄型力学承载宽频隐身一体化协同的格栅点阵超结构,提出了关于隐身结构“薄-宽-强”设计矛盾的有效解决方法,提出和搭建了大变异遗传算法框架用于对叠层隐身结构进行优化设计。在Compos. Sci. Tech.,Carbon,ACS Appl. Mat. Inter.,Compos. Part A,J. Sound Vibra.,Opt. Lett.等国际权威期刊发表学术论文14篇,其中一作/通讯7篇。获北京大学博雅博士后项目资助,主持中国博士后科学基金面上项目、特别资助项目以及国家自然科学基金青年基金项目等。

  材料-结构-功能一体化设计;力学承载宽频隐身一体化设计;高效优化设计;超宽频隐身超结构;电磁双损耗纳米复合材料

  微波吸收材料和结构在电磁兼容、通讯系统、微波人体防护、雷达隐身等民用和国防领域均有重要应用价值。性能优越的隐身结构不仅需要满足宽频吸波和强吸收的性能要求,还需要满足小厚度、高强度、力学承载、柔性贴面等应用要求。本文针对多功能隐身结构的力学承载/宽频隐身一体化设计和制备问题,建立了针对叠层隐身结构设计的高效优化算法框架,发展了针对三维损耗超结构的材料-结构-功能一体化设计和实现方法,优化设计和制备了同时具有良好抗拉伸力学性能和超宽频隐身性能的三维阶梯锥超结构,实现了薄型力学承载宽频隐身格栅点阵超结构的一体化设计与制备。主要研究内容如下:

  (1)通过构造法推导出TE和TM极化波斜入射下叠层隐身结构反射率电动力学解析解。提出和搭建了大变异遗传算法优化方法和优化平台,对叠层隐身结构进行优化设计。三个新优化模块的加入有效提高了大变异遗传算法收敛性、稳定性和计算效率。提出融合传输损耗和界面损耗双机理的复合型吸波构型,实现了4mm量级下的2-18GHz宽频隐身性能。建立了203中电磁损耗材料数据库,实现对阻抗梯度型隐身结构的有效优化设计。优化结果显示,提高复磁导率、降低介电常数实部、适当保持介电损耗对提高隐身性能有至关重要的作用。

  (2)基于羰基铁/多壁碳纳米管/环氧树脂材料体系,建立了十二种配方材料数据库。通过大变异遗传算法优化设计和制备了嵌入方块图案频率选择表面的碳纤维增强复合型隐身结构,具备良好的抗拉伸、抗弯曲力学性能和宽频吸波性能。通过二步法工艺体系制备出三维阶梯锥损耗超结构,实现了接近38GHz带宽的-10dB有效吸波性能。针对损耗超结构,发展了行之有效的材料-结构-功能一体化优化设计和实现方法。

  (3)基于羰基铁/多壁碳纳米管/硅橡胶材料体系,制备出高复磁导率和低介电常数实部的柔性纳米复合材料。基于十二种配方材料数据库,通过大变异遗传算法制备了嵌入方块图案频率选择表面的柔性复合型隐身结构,实现了6-18GHz的-10dB有效带宽。通过一步法制备出三维阶梯锥状柔性超结构,实现2-40GHz和75-110GHz的-10dB有效带宽超宽频吸波性能。通过二步法工艺设计优化和制备出碳纤维增强柔性阶梯锥超结构,在5mm厚度下,实现24MPa抗拉伸力学性能和2-40GHz的优良吸波性能,解决了力学承载和宽频隐身一体化设计制备问题。

  (4)以羰基铁/多壁碳纳米管/环氧树脂为损耗材料,研制出碳纤维/玻璃纤维增强格栅夹层型隐身承载一体化超结构,西方美食揭示了其力学失效机理和宽频隐身机理。成品覆盖了3.42-19.73GHz的-10dB有效带宽,等效拉伸强度达到167.35MPa,弯曲强度达到169MPa,而吸波层厚度仅为3.5mm。建立了薄型电磁超结构的宽频隐身与承载性能一体化设计与制备方法。实现了薄型设计、抗弯曲抗拉伸力学性能与宽频隐身性能的协同融合,解决了三者相互矛盾的设计制备问题。

  原标题:《【奖励聚焦】2019年度中国力学学会优秀博士学位论文获奖人介绍:黄怿行》

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