临近空间浮空器具有大范围、高效的信息获取与传输能力，并且兼具了长期驻留、经济成本相对较低等优势，是目前世界主要军事强国重点研发的临近空间飞行器之一。由于浮空器囊体充压水平直接决定了浮空器的承载能力，因此对囊体蒙皮力学性能的准确评价和预测是高性能浮空器研发的关键。
论文考虑了临近浮空器蒙皮复杂的材料组分及细观结构，开展试验研究深入地分析了纤维织物和功能层对蒙皮非线性力学行为的协同影响及其对加载方向的依赖性，发现功能层主要改变了蒙皮的剪切和偏轴拉伸响应，而对正轴拉伸性能影响较小。在试验研究的基础上，提出新的扭转力矩-剪切角度函数关系描述了承载层和功能层对蒙皮剪切行为的协同影响，建立了细观结构变形与宏观力学响应之间的联系，发展了一套适用于预测浮空器蒙皮各向异性、非线性力学行为的本构模型。相比已有的本构模型，本文发展的蒙皮本构不仅能对其等效力学性能进行准确的预测，还能很好地描述蒙皮的细观变形机理及其引发的宏观试样形貌变化，促进了对蒙皮微结构设计的理解。而相比于传统的细观模拟方法，该本构模型具有计算效率高的优势，适用于大尺寸囊体结构的性能评价和优化设计，从而为我国新一代高性能临近空间浮空器的研发提供理论和技术支持。
近日，题为《浮空器蒙皮的力学行为分析及本构建模》发表在航空领域顶级期刊航空学报。论文的第一作者为南京航空航天大学硕士生夏云超，通讯作者为南京航空航天大学刘强副教授，其他作者包括南京航空航天大学卢天健教授、邓健副教授、王增贤博士。
图1 临近空间浮空器蒙皮在偏轴拉伸时的试样形貌及纱线夹角变化：45°偏轴试样在应变为(a) ε = 0.04，(b) ε = 0.08，(c) ε = 0.12时，30°偏轴试样在应变为(d) ε = 0.04，(e) ε = 0.08，(f) ε = 0.12时。彩色云图为有限元模拟结果，标记黑色网格线的为试验试样
Fig. 1 Evolutions of the sample morphology and yarn angle during off-axis stretching of the near-space aerostat envelop: 45 ° off-axis samples with strains of (a) ε = 0.04, (b) ε = 0.08, (c) ε = 0.12, and 30 ° off-axis samples with strains of (d) ε = 0.04, (e) ε = 0.08, (f) ε = 0.12. The colorful images indicate finite element simulations and others for test samples.
论文链接：https://link.cnki.net/urlid/11.1929.v.20231120.1555.002
