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文章导读
为了保证飞机飞行中的气动外形，登机门上部需要设计气动密封板用于封盖该空间。气动密封板的设计，需要有预紧力压在机身上，以承受气动载荷，同时又需要考虑登机门运动时带来的摩擦，防止由于过大的预紧力导致蒙皮磨损，以及在飞机增压与外部气流联合作用下，气动密封板与机身蒙皮产生间隙，从而导致振动和噪音。
近期，南京航空航天大学裘进浩教授和季宏丽授课题组在International Journal of Smart and Nano Materials上发表题为“Design, construction, and modeling of aircraft door sealing plate based on SMAs”的论文，通过将形状记忆合金（shape memory alloy，SMA）这一智能材料和传统的舱门密封板结构相结合，构建具有能够通过改变外界温度来改变自身外形的舱门密封板结构，以确保舱门和机体之间连接的紧密性，并且满足在舱门需要打开时的可动性需求。通过仿真分析、力学性能测试、原理展示等方式对设计目标进行验证。
引用: Chen Zhang, Renhao Liu, Chongcong Tao, Chao Zhang, Hongli Ji & Jinhao Qiu (2022) Design, construction, and modeling of aircraft door sealing plate based on SMAs, International Journal of Smart and Nano Materials, 13:3, 481-503, DOI: 10.1080/19475411.2022.2103598
文章内容
具体研究内容如下：首先通过热机械训练在形状记忆合金板状材料中引入了双程记忆效应，使得该材料具有在高温下缩短，低温下伸长的特殊材料性能。随后将具有双向记忆效应的材料贴于铝制密封板所需变形弯曲的一侧，在需要密封板弯曲时，对形状记忆合金进行加热，材料缩短，驱动密封板弯曲；需要密封板变形回复时，则对形状记忆合金进行冷却，材料伸长，驱动铝板变形回复。此外，针对训练时材料表面训练温度不均匀的情况，通过非接触式温度-应变测量平台测量了材料表面的温度和应变分布情况，提出了一种基于不均匀温度场的材料最大相变应变建模方法，采用参数离散化方法，建立应变和温度场的对应关系，将材料中的相变应变离散化，修改原有的模型参数，使得修正后的形状记忆合金舱门密封板模型在对结构的热力学响应上做出了较精确的预测。
图1(a)中虚线框部分指出了传统舱门的气动密封板所在位置示意图，(b)中给出了基于SMA的自适应舱门密封板的变形原理。自适应舱门密封板模型由铝和形状记忆合金两种材料组成，其主体为由金属铝制成的板状结构，通过在铝板展向安装形状记忆合金条带以驱动铝制密封板的远端发生变形。
图2为在舱门密封板表面的SMA板安装位置示意图，沿展向等距分布了9块SMA板驱动结构变形。对单块SMA进行训练和温度-应变测量的实验平台如图3所示，温度利用红外热像仪采集，而应变则利用通过在所需测量样件表面涂上散斑，利用数字图像相关算法（Digital Image Correlation，DIC）算出散斑在变形过程中的相对位移，进而算出样件上各个点的位移、应变等物理量。其图像采集结果如图4所示。
图4. 非接触式温度-应变采集平台数字采集结果：(a) 表面的温度分布情况；(b)表面的最大可回复应变分布情况
图6. 舱门密封板变形前与变形后示意图
图4和图5给出了实验室中搭建的基于SMA的舱门密封板变形测试装置和其变形前后的侧面对比示意图，对应的有限元模型的建模和仿真结果如图7所示。从结果可以看出本课题组提出的基于SMA的自适应舱门密封板在结构远端能够实现最大约8 mm的结构变形，并且通过与实验结果对比，验证了仿真模型也能够较为精确地模拟结构的热力学响应。
作者简介
南京航空航天大学博士生张琛为本文第一作者，季宏丽教授为通讯作者。
智能材料与结构及其功能应用实验室
由裘进浩教授于2006年从日本东北大学回南京航空航天大学任教建立。实验室依托于南京航空航天大学和机械结构力学及控制国家重点实验室，自成立以来得到依托单位的大力支持，以及各级领导、诸多专家学者、朋友的关心、帮助和支持，逐步发展壮大。
裘进浩，南京航空航天大学教授，海外高层次引进人才，“长江学者奖励计划”特聘教授、973首席科学家、ASMEFellow，全国优秀科技工作者，现任机械结构力学及控制国家重点实验室副主任。长期从事智能材料与结构的研究。带领团队先后获得国防科工委创新团队称号和教育部“长江学者创新团队”称号。先后承担973、863、国家自然科学基金重点和面上项目、总装预研等项目。发表期刊论文400余篇，SCI收录300余篇，SCI他引2500余次；出版专著1部，参编著作5部；先后获日本机械学会杰出成就奖、国防科技发明奖、教育部科技进步奖、江苏省科学技术奖等各类研究奖项20余项。申请国家发明专利70余项，已获授权50项（日本发明专利6项）。担任智能材料与结构的国际国内会议的主席或者组织委员会委员50余次，应邀在国际学术会议做大会报告、主题报告或邀请报告50余次；现为Journal of Intelligent Material Systems and Structures，International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics等7种国内外期刊副主编或编委。
季宏丽，南京航空航天大学教授、博导。香江学者，学科全国优博获得者。2013年入选香江学者，2015年入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才，2020年获得国家自然科学基金优青项目。一直从事智能材料与结构的减振降噪研究工作，发表期刊论文100余篇，SCI收录100余篇，SCI他引1500余次。申请国家发明专利30余项，已获授权27项，出版专著1部，参与著书2部。主办和参与主办国际国内会议10余次，应邀在国际国内学术会议做大会报告、主题报告或邀请报告20余次。任《振动工程学报》青年编委、《Actuators》编委等。主持重点研发计划（青年科学家）项目、国家自然科学基金项目、军科委创新研究项目、国家863子项目、国防基础、省青年基金项目、博士后特别资助项目等十余项。获国防科技发明二等奖、江苏省科学技术二等奖、江苏省力学科学技术一等奖、中国航空学会科技进步二等奖、全国黄大年式教学团队奖、航空宇航科学与技术学科全国优博等。研究成果先后在ARJ21、GEO-SAR等型号研制中应用。
●周智团队最新进展：封装光纤光栅传感器在蠕变介质应变监测中的长期性能
●崔成强、杨冠南团队最新进展：面向先进电子封装的微纳银包铜颗粒的微孔填充性能及影响因素
期刊介绍
International Journal of Smart and Nano Materials
名誉主编：
杜善义 院士，哈尔滨工业大学
Ken P. Chong 教授，华盛顿大学
主编：
冷劲松 院士，哈尔滨工业大学
International Journal of Smart and Nano Materials是哈尔滨工业大学和Taylor & Francis集团合作出版的开放获取英文期刊，拥有由知名学者组成的国际化编委团队。IJSNM 被Science Citation Index数据库收录，2021年影响因子为4.0。
IJSNM主要发表国内外智能材料、智能结构力学与设计、多功能纳米材料等领域的最新研究成果和前沿进展，涵盖智能材料与结构、多功能纳米复合材料、4D打印技术、仿生结构、柔性机器人、传感器、结构健康监测等领域，主要刊登具有创新性的综述论文（Review Articles）、研究论文（Research Articles）和短篇报道（Short Communications）等。
IJSNM所有文章接收后即可在线发布并获得引用，欢迎广大学者将最新研究论文投稿至IJSNM。
期刊主页：https://www.tandfonline.com/toc/tsnm20/current
投稿地址：https://rp.tandfonline.com/submission/create?journalCode=TSNM
编辑部联系方式：
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Tel.: 0451-86413401; 0451-86413403
引用数据：
Web of Science (SCIE). EI、Scopus、Inspec等20多个数据库收录
4.000 (2021) Impact Factor
Q2 (2021) Impact Factor Best Quartile
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