2026年, 第23卷, 第10期　
刊出日期：2026-10-25

  

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专题——船舶与海洋工程装备理论分析与设计方法
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  多相夹层材料裂纹修正J积分计算方法研究及程序开发

  游志宇, 孙谢东, 李玮鹏, 赵鑫, 丁军, 张海成

  装备环境工程. 2026, 23(10): 1-14. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.001

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  目的 针对多相夹层材料中界面两侧性能突变导致基于均质材料假设的传统J积分路径相关性显著、界面贡献难以分离的问题,建立考虑相边界效应的多相材料裂纹断裂参数评价方法。方法 在传统域积分理论基础上,引入材料非均匀性修正项,构建考虑相边界效应的修正J积分计算框架,并基于Abaqus二次开发实现裂纹前沿自动识别、积分域构建、相界面判定及断裂参数自动化提取。通过统一求解传统域积分项与相界面修正项,实现多相夹层材料裂纹尖端能量释放率的准确计算。结果 对含材料界面的双相材料紧凑拉伸试件开展有限元仿真分析,所提出的修正J积分方法能够有效降低材料界面对积分路径选择的敏感性,修正后J积分在不同积分轮廓下的计算结果离散程度较低,最大相对偏差控制在7%以内。同时,分析了弹性模量失配条件下界面区域应力场演化特征及其对裂纹扩展驱动力的影响规律。结论 所建立的考虑相边界效应的修正J积分方法能够有效提升多相夹层材料裂纹断裂参数评价的可靠性,为涂层结构、层合复合材料及异质夹层构件的损伤评估和结构安全设计提供有效的数值方法和计算工具。
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  基于改进响应面方法的干树圆筒型FPSO顶张紧式立管干涉可靠性分析

  任牧雨, 齐心宇, 邓景仁, 刘德鹏, 曹婷, 张玉

  装备环境工程. 2026, 23(10): 15-27. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.002

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  目的 提高干树圆筒型FPSO顶张紧式立管干涉失效边界附近的预测精度。方法 建立平台-系泊-立管耦合模型,以最小间距为响应,采用极限状态驱动的自适应加权响应面与Monte Carlo方法进行可靠性分析。结果 极限状态邻域平均相对误差由12.86%降至0.08%,经5次响应面迭代更新,失效概率估计稳定于0.022 27。与经典响应面方法相比,迭代收敛更快。初始间距、顶张力系数和系泊总长度为主要影响参数,失效概率在系泊总长度约2 350 m附近出现局部低值。结论 在本文参数范围和组合环境工况下,增大初始间距、合理提高顶张力并匹配系泊参数有助于降低立管干涉风险。
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  基于屈服可靠度的船底板架设计方法研究

  刘亚冲, 吴嘉蒙, 汤雅敏, 韩涛, 朱俊侠, 徐博

  装备环境工程. 2026, 23(10): 28-36. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.003

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  目的 研究真实海洋环境下船底板架的受力状态和可靠度水平,并基于目标可靠度设计构件尺寸。方法 构建反映构件真实受力的屈服应力状态方程,将波浪弯矩和水动压力表示为与海浪环境相关的三参数表达式,采用一次二阶矩方法（FOSM）进行结构可靠度计算,对基于规范初定的构件尺寸进行可靠度校核,并基于目标可靠度指标,确定满足可靠度要求的构件尺寸。结果 基于规范确定的船底外板的可靠度明显高于船底骨材的可靠度,两者存在安全裕度不均衡的现象。为满足目标可靠度（一般取值为3.0）,外底板厚度可适当降低,而船底骨材的剖面模数应适当提高。结论 基于规范的传统设计在构件间存在安全度分配不均的问题,通过基于目标可靠度的反向推演方法,能够有效均衡各构件的安全水平,在保证结构整体安全性的同时实现材料的合理分配。
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  基于iFEM-PSO的船用加筋板变形场重构测点优化研究

  彭佳怡, 韦朋余, 刘水清, 张震, 潘广善, 朱志奎

  装备环境工程. 2026, 23(10): 37-45. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.004

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  目的 针对船用加筋板结构变形场重构中测点数量过多以及塑性变形阶段重构精度与效率不足的问题,以逆向有限元法（iFEM）为变形场重构方法,粒子群优化算法（PSO）为测点优化方法,提出变形场重构测点优化方法iFEM-PSO。方法 该方法在iFEM重构方法内引入Tikhonov正则化与动态局部坐标系更新策略,以抑制塑性变形引起的方程病态并跟踪几何大变形,提升变形场重构的稳定性。在PSO应变测点优化中,采用基于应变能幅值与梯度的粒子初始化策略替代了粒子随机初始化,以提高搜索效率。结果 通过3种加筋板结构的轴向压缩仿真验证,结果表明,测点数量缩减至单元总数的20%~28%,重构误差均控制在15%以内。结论 验证了iFEM-PSO方法对不同加筋形式与开口构型的适用性,为船舶结构变形场获取提供了高精度、少测点的技术方案。
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  矿物输送硬管系统动力学评估与参数敏感性分析

  胡文韬, 高飞农, 卞鑫, 李文博, 巴好亮, 张浩

  装备环境工程. 2026, 23(10): 46-52. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.005

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  目的 分析矿物输送硬管在复杂海洋环境下动力学特性以及各参数的影响。方法 基于Orcaflex软件,建立矿物输送硬管动力学仿真模型,计算不同工况下硬管的有效张力、等效应力结果,并分析浪向角、悬挂刚度、输送软管等敏感性参数对计算结果的影响。结果 通过3个工况的计算,布放工况下硬管的最大有效张力和等效应力均远大于另外2个工况。通过参数敏感性分析,90°浪向角下最大有效张力和等效应力均出现了峰值,柔性软管会影响布放工况的计算结果,悬挂刚度会显著影响硬管的最大有效张力值。结论 布放工况是硬管单根优化设计的关键工况。计算分析时,布放工况需考虑悬挂软管造成的影响,此外采矿船应顶浪布放,规避90°浪向角。硬管顶部悬挂刚度会很大程度上影响硬管随采矿船在海洋环境下的轴向运动,需充分计算后进行合理设置。
航空航天装备
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  喷丸强化对A100钢疲劳性能影响试验与仿真

  钱昂, 张玎, 单柏荣, 邹刚, 张宇坤, 黄海亮

  装备环境工程. 2026, 23(10): 53-61. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.006

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  目的 针对A100钢材料,研究喷丸强化对其表面参数和疲劳性能的影响。方法 通过表面完整性测试,分析喷丸强化对其表面形貌、表面粗糙度、残余应力的影响。开展疲劳试验,观察疲劳断口形貌,分析喷丸强化对裂纹产生和扩展的影响。引入实测的粗糙度和残余应力数据,建立基于ABAQUS和FE-SAFE的疲劳仿真模型,对未喷丸和喷丸试件的疲劳寿命进行仿真计算,并与疲劳试验结果进行对比分析。结果 喷丸强化后,试件表面产生明显的塑性形变,表面粗糙度增大,形成了深度约175 µm的残余压应力层。未喷丸试件具有多个裂纹源,喷丸试件只有1个裂纹源。喷丸试件裂纹扩展区面积略大于未喷丸试件,表明其裂纹扩展时间更长。喷丸试件的疲劳条带更为细密,表明单位疲劳载荷下裂纹扩展的距离更小。喷丸试件瞬断区的韧窝更大更深,表明其塑性变形能力更强。疲劳试验与仿真结果表明,未喷丸和喷丸试件的疲劳危险部位均位于缺口根部,喷丸试件较未喷丸试件的试验和仿真平均疲劳寿命均有显著增加,其增幅分别为70.69%和70.01%。试验与仿真疲劳寿命平均误差为8.83%,仿真疲劳寿命与试验疲劳寿命吻合较好。结论 喷丸强化能够显著提高A100钢疲劳性能,可采用仿真模拟的方法对其疲劳寿命进行预测。
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  基于成熟度控制的装备气候环境试验数字化技术评价方法

  张亚娟, 田培强, 吴卓远, 李玄, 任战鹏, 吴敬涛

  装备环境工程. 2026, 23(10): 62-70. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.007

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  目的 系统评价装备气候环境试验数字化技术的实施效能与应用价值,构建一套多维度、层次化、可量化的数字化技术成熟度评价方法。方法 聚焦装备气候环境试验数字化进程,识别并定义装备气候环境试验数字化技术成熟度分级标准,构建多层级的数字化技术成熟度评价指标体系。在此基础上,提出一种融合试验方案数字化、软硬件系统数字化与管理平台数字化的三级评价维度量化评价方法,通过专家打分与层次分析法确定各指标权重,并制定具有可操作性的评价准则。结果 基于典型装备气候环境试验数据开展实证研究,结果表明,该方法能够有效反映数字化水平的阶段性特征,具备良好的区分度与实用性。结论 本研究填补了装备气候环境试验数字化领域系统性评价标准的空白,为推动试验智能化转型提供了可复制、可推广的评价范式。
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  空地协同下的飞机抖振飞行试验方法研究

  张武林, 刘佳璐, 田瑞, 陈浩, 雷鸣

  装备环境工程. 2026, 23(10): 71-81. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.008

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  目的 突破飞机抖振飞行试验“机载采集-落地分析-试验点迭代”传统开环模式,提升飞行试验效率、降低试验风险,满足数字化背景下的飞机飞行试验高效高质的工程需求。方法 基于构建的“机载测试层-数据链路层-地面监控层-地面模型层”四层空地协同架构,引入空中飞行试验与地面实时预测相融合的空地协同方法,并对方法所用到技术的工程可行性论证分析,最后以飞机抖振飞行试验科目对该空地协同方法进行验证。结果 基于空地协同下的抖振预测方法可以提前识别飞机抖振等级和优化试验点,迎角预测结果误差不超过6%,试验点节约不少于75%。结论 空地协同方法可有效提升试验效率、节约试验点、降低试验风险性,并可为飞机抖振科目以及其他平台试验科目的试验协同数字化转型提供参考,具有显著的工程应用价值。
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  基于预设性能的四旋翼无人机反步轨迹追踪策略研究

  连艺泽, 周春桂, 郭俊伶, 曹梦阳, 赵河明

  装备环境工程. 2026, 23(10): 82-89. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.009

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  目的 针对四旋翼无人机在复杂飞行环境下,跟踪中遇到的跟踪不精确、误差波动大以及位移跟踪误差难以做到定量的约束控制的问题。考虑无人机实际飞行中的环境扰动（如风扰和温度波动等）,提出一种改进型预设性能函数,将跟踪误差限制在预设范围,兼顾环境适应性和控制精度要求。方法 融合预设性能与反步控制,设计控制器调控误差响应时间和稳态误差,通过仿真对比实验,验证该方法定量约束控制的有效性。结果 改进的方法可有效减少跟踪误差,在仿真的前2 s内,三轴的平均跟踪误差为反步控制的35.28%,为滑膜控制的55.46%,为指定时间预设性能控制的49.01%。结论 该控制算法可以有效地限制跟踪误差,对其进行定量约束,在不同环境扰动工况下,仍能保持飞行的稳定性和鲁棒性,优化了航空无人机装备的运行可靠性。
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  面向空战的体系装备任务型试验设计方法初探

  马雨辉, 王璠, 杜梓冰

  装备环境工程. 2026, 23(10): 90-98. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.010

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  目的 针对体系装备复杂系统试验设计需求,提出一套系统化且具有实操性的任务型试验设计方法,支撑体系装备能力验证。方法 基于任务场景及成果牵引核心思想,定义任务型试验设计特征与术语,明确被试装备验证需求、任务、子任务、条件、标准、想定逐步分解的详细操作步骤和要求。针对关键任务场景识别及分解核心问题,给出基于作战环的关键任务场景识别方法和基于马尔可夫性的任务切片分解方法,设计人员可实现体系装备任务及子任务过程的结构化分析及任务型试验关键步骤的高质量试验设计。结果 通过任务型试验设计方法中“任务分析”和“试验规划”9个步骤,可完成体系装备任务及子任务场景的结构化分析及系统化的试验方案设计。结论 任务型试验设计方法实现了“基于置信水平的试验设计测试”向“基于任务分析的试验设计评价”的试验设计转型,可更好满足体系装备互联互通互操作性能验证要求,充分考核体系装备能力。
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  某型飞机滑油散热系统操纵失效问题研究分析

  史煦, 徐若淞, 赵永鑫

  装备环境工程. 2026, 23(10): 99-105. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.011

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  目的 研究某型飞机滑油散热系统操纵失效的内在机理,制定有效的改进和预防措施,延长发动机使用寿命,规避飞行安全事故。方法 基于滑油散热系统操纵机构布局与散热风门动力学分析,分析出滑油散热系统操纵失效的因素,通过散热风门受力分析和建模计算,提出合理的优化方案。结果 更换材料可提高传动钢索抗磨损指数,降低卡滞问题发生概率。以最易出现滑油散热系统操纵失效的巡航状态为基准,得出飞行员空中操纵滑油散热系统需要的力与散热风门后缘角度调整量的对应数值,多次试验,排除该问题的时间缩短了近2 h。结论 将散热风门后缘设计为类似于副翼调整片的优化方法,缩短了排除该问题的时间,夯实了装备质量安全基础。
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  约束阻尼敷设面积对飞机蒙皮减振降噪影响分析

  郝敏, 郭瑞毅, 涂春潮

  装备环境工程. 2026, 23(10): 106-112. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.012

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  目的 以基板为研究对象,获得敷设不同面积约束阻尼对基板的减振降噪效果。方法 采用驻波管、模态试验和隔声试验室等3种试验方法。结果 驻波管结果表明,随着敷设面积增大,共振峰消除,传递损失增大;模态试验结果表明,随着敷设面积增大,模态阶数减少,模态阻尼升高,减振效率提升;隔声试验室结果表明,在蒙皮典型件敷设约束阻尼后,具有降噪效果,当约束阻尼敷设面积达到56.25%时,与敷设面积75%降噪效果相当。结论 约束阻尼敷设面积为50%以上时,可在满足功能需求的前提下,避免大幅增加附加质量,同时满足民机对实际使用需求和减重的双重要求。
船舶及海洋工程装备
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  高压低氧耦合环境下高强钛合金应力腐蚀敏感性研究

  王凯, 张慧霞, 杜赵新, 刘峰, 张海兵, 马力

  装备环境工程. 2026, 23(10): 113-122. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.013

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  目的 探究高压与低氧耦合环境对高强度钛合金应力腐蚀敏感性的影响。方法 采用动电位极化、电化学阻抗谱（EIS）、莫特-肖特基（Mott-Schottky）分析以及慢应变速率拉伸（SSRT）试验。通过模拟深海环境,在15 MPa静水压力下,研究TC4钛合金在不同溶解氧浓度（1、3、5 mg/L）海水中的电化学行为与力学性能,并与常压（0.1 MPa）海水环境进行对比。结果 高压低氧环境会显著恶化钛合金的耐腐蚀性能。随着溶解氧浓度的降低,合金的自腐蚀电位负移,钝化膜电阻减小,膜内施主密度（N_D）显著增加,表明钝化膜缺陷增多,保护性下降。力学性能测试显示,在15 MPa和1 mg/L低氧耦合条件下,高强度钛合金的塑性损失最为严重,断后伸长率和断面收缩率均降至最低。断口分析表明,材料在所有条件下均发生韧性断裂,但在高压低氧环境下,韧窝变得更浅、更扁平,塑性变形能力明显变差。结论 高压低氧环境通过促进析氢反应和形成缺陷更多的钝化膜,协同加剧了钛合金的应力腐蚀敏感性。
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  Q370qENH和Q355C在干湿交替环境中界面腐蚀机理研究

  蔡振宇, 孙立娟, 孙虎元, 张占森, 渠述强, 杭杰周, 李辉, 丁江云, 杜旭喆

  装备环境工程. 2026, 23(10): 123-131. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.014

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  目的 明确Q370qENH和Q355C在干湿交替环境中锈层-钢基体界面的腐蚀机理和评估Q370qENH的耐候性。方法 采用增重失重法、光学图像、X射线衍射分析（XRD）、标准电极电位分析等手段分别研究Q370qENH和Q355C在严苛干湿交替环境中的界面腐蚀机理。结果 Q370qENH在该试验条件下30 d的时间节点呈现更快的腐蚀速率,但会逐渐形成致密的Fe₃O₄骨架和α-FeOOH相填充的致密内锈层。Q370qENH和Q355C在60 d的厚度总损失分别为0.064 mm 和0.079 mm,2种钢材呈现出均匀腐蚀。XRD表征揭示出2种钢材的γ-FeOOH和β-FeOOH分别存在于外锈层和内锈层。结论 2种钢材在该试验环境中锈层-钢基体界面腐蚀机理是相似的,但Q370qENH在腐蚀后期展现出更为致密的内锈层,Cr、Ni和Cu的协同作用赋予Q370qENH良好的耐腐蚀性能,但Cr³⁺的添加会在Q370qENH表面生成更多的微孔。Β-FeOOH相存在会显著影响锈层的致密性,Q370qENH在试验周期中展现出良好的耐候性。
重大工程装备
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  基于自适应随机减量与卷积神经网络的海洋导管架平台结构运行模态识别方法

  邵卫东, 孙友义, 呼文佳, 孙诗语

  装备环境工程. 2026, 23(10): 132-141. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.015

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  目的 针对深水导管架平台在复杂海洋环境荷载作用下振动响应非平稳、噪声干扰强及阻尼比识别稳定性不足等问题,提出一种适用于现场监测数据的运行模态参数识别方法。方法 建立融合自适应随机减量技术、Hilbert包络分析和卷积神经网络的RDT-CNN模态识别方法,构建由RDT信号、Hilbert包络及对数包络组成的多通道输入特征,并利用CNN建立信号特征与固有频率、阻尼比之间的非线性映射关系。结果 数值算例表明,与传统RDT方法相比,RDT-CNN方法可将固有频率识别误差由20.0%降低至4.8%,阻尼比识别误差由44.3%降低至12.0%。工程实测数据验证表明,该方法在复杂环境振动条件下具有较好的识别稳定性。结论 自适应RDT-CNN方法能够有效提取非平稳振动响应中的衰减特征,降低传统RDT方法对理想指数衰减假设的依赖,提高深水导管架结构模态参数识别精度,可为海洋平台结构健康监测和运行模态分析提供参考。
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  焊接方法对接头抗拉强度和疲劳寿命的影响

  郭旺, 李道航, 徐升乾, 刘泽鲲, 王晶, 张丹琦, 张腾腾, 王珊珊, 梅云辉

  装备环境工程. 2026, 23(10): 142-150. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.016

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  目的 为零部件焊接接头的可靠性评估提供理论依据。方法 选取焊条电弧焊、气体保护电弧焊和埋弧焊3种典型焊接方法,并采用Q550D与Q690D这2种典型母材钢号,制备6种不同的焊接接头。首先进行拉伸试验以测定抗拉强度,随后分别以抗拉强度的80%、70%、60%作为最大应力开展疲劳试验,获得6种焊接接头的S-N曲线,从而对其疲劳性能进行定量对比分析。还利用扫描电子显微镜观察断口微观形貌,以分析其失效机理。结果 气体保护电弧焊焊接接头展现出最高的抗拉强度,但塑性变形量最小。焊条电弧焊与埋弧焊的抗拉强度相对较低,而塑性变形量则较大。当母材钢号为Q550D时,气体保护电弧焊焊接接头的疲劳寿命最长,焊条电弧焊与埋弧焊的接头疲劳寿命相对较短。母材为Q690D时,在低周疲劳区域,气体保护电弧焊接头的疲劳寿命超过焊条电弧焊,而在高周疲劳区域则相反,埋弧焊焊接接头的疲劳寿命始终最低。当母材钢号由Q550D变为Q690D时,焊条电弧焊的疲劳寿命变长,气体保护电弧焊的疲劳寿命变短,埋弧焊在高周区域疲劳寿命变长,在低周区域则变短。结论 尺寸较小且深度较浅的韧窝结构赋予材料较高的抗拉强度,但同时也导致较小的塑性变形量。抗拉强度的提升利于延长疲劳寿命,而塑性性能的劣化则会缩减疲劳寿命,二者相互竞争。
环境试验与观测
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  火箭橇试验滑轨损伤对温度应力分布的影响机制与安全性研究

  肖军, 张浩, 李俊耀

  装备环境工程. 2026, 23(10): 151-157. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.017

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  目的 测试火箭橇试验滑轨温度应力分布,分析滑轨的安全性。方法 针对某火箭橇试验场滑轨截面损伤修复后的力学响应与安全性问题,采用高精度应变电测法,对损伤截面及其相邻完好截面开展为期5 d的同步、连续温度-应变监测。通过对比温度循环载荷下不同位置的应变响应规律,结合滑轨温度应力经典理论,探讨局部损伤对轨内温度应力分布的影响机制,并通过极端温差理论模型评估损伤滑轨安全性。结果 监测期内最大轨温差达24.5 ℃时,损伤截面与完好截面的温度-应变变化趋势高度一致,均符合线弹性理论。损伤截面最大应变值较完好截面最大增大6.2%,与基于截面削弱率的理论预测基本吻合,表明修复区仍能有效传递温度力。结论 该研究方法为同类高精度、大温差工况下滑轨安全评估与维护决策提供技术依据与理论参考。
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  硅基底增透膜湿热环境自然暴露与加速试验研究

  赵远荣, 王冲文, 李晗, 刘剑, 杨玉萍, 魏小琴, 刘艳芳

  装备环境工程. 2026, 23(10): 158-167. https://doi.org/10.7643/issn.1672-9242.2026.10.018

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  目的 揭示湿热环境下硅镀增透膜光学玻璃的失效规律,明确棚下自然暴露、黑框加速与玻框加速试验的差异,阐明黑框、玻框加速试验在光学玻璃环境适应性评价中的应用价值与作用机理。方法 以西双版纳湿热环境为试验背景,开展棚下自然暴露试验、黑框加速试验和玻框加速试验,以1个月为1个试验周期,共开展5个周期试验。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）对样品的表面形貌、元素组成、化学结构及光学透过率进行表征测试分析。结果 随试验周期增加,样品逐渐出现点蚀、表面变色等损伤现象,损伤严重程度依次为玻框加速试验、黑框加速试验、棚下暴露试验,玻框试验组出现严重腐蚀点,光学透过率显著下降。结论 黑框、玻框加速试验可通过强化湿热积聚、冷凝效应与光热耦合作用,快速复现硅镀增透膜光学玻璃的自然失效行为,能够高效评价湿热环境下增透膜的环境适应性,可为光学玻璃装备的环境试验优化与防护设计提供支撑作用。