针对高速电主轴工作在力热耦合状态下,结合部刚度、阻尼、热阻等物理参数确定及结合部的精确计算困难等问题,采用分形接触理论和赫兹接触理论,研究了高速电主轴固定结合部和可动结合部的力-热耦合特性,建立了高速电主轴结构界面的物理表征方法.在此基础上,提出了一种考虑结合部特性的高速电主轴力-热耦合建模及其数值方法,并结合机床高速电主轴实验测试,验证了该方法的有效性.

在分析现有水下闸阀设计方法存在不足的基础上,综合考虑水下闸阀运动特性以及实际生产工况对摩擦力负载的影响,以某水下闸阀为例,提出一种基于阀门开度的水下闸阀摩擦力负载建模方法.采用包括阀门局部阻力和沿程阻力损失、工作水深等数据,辨识出阀板上下游之间的压差,从而达到模型修正的目的.与试验数据相比,基于阀门开度的摩擦力负载模型能更准确地反映阀门运动对负载的影响以及预测水下闸阀的动态特性,从而为高可靠性的水下闸阀及执行机构优化设计和制造提供理论依据.

为了研究发动机水下排气气泡运动特性,从工程应用问题出发,分析气泡水下运动及演化特性.考虑重力、浮力、黏性阻力及表面张力作用,运用VOF(流体体积法)方法对气液两相界面进行追踪,对单气泡运动特性进行模拟计算,提出一种计算气泡形心坐标、运动轨迹、速度大小的方法;基于对菲克定律中扩散通量的求解模拟了单气泡在水中的溶解特性.结果表明:气泡在水下上升过程中底部持续向内凹陷,形状由球形变为扁椭球形或帽形;单气泡在水中的运动轨迹初始为直线,随后开始左右摆动上升,摆动幅度逐渐变大,为类S曲线; x方向速度从零开始增大,并在Vx=0这条直线上下波动,幅度逐渐增大; y方向速度经历了由零到快速增长、近似恒定、急剧减小的过程.

为了提高Schnerr-Sauer空化模型模拟空化流动的能力,基于Rayleigh-Plesset方程和均相流假设建立了一种考虑空泡半径随时间非线性变化的空化模型.联立滤波器湍流模型,分别采用该非线性空化模型和原始Schnerr-Sauer模型对绕二维Clark-Y翼型空化流进行了非定常数值计算,得到了时均化升阻力系数随空化数的变化曲线、云空化时空泡周期性演变及其沿弦长方向速度分布规律.与其他的实验结果进行对比分析，结果表明:采用该非线性模型计算得到的时均化升阻力系数与实验值符合程度更好,并能较准确地捕捉升阻力系数在不同空化阶段的变化规律;该非线性模型能准确地模拟翼型尾缘空化云的成长、脱落和溃灭的全过程,且能更准确地模拟翼型尾流的速度场.

针对现有多轴承支承轴系的刚度计算只限于主轴等对称回转结构,不能分析转动部分结构复杂并且受重力、切削力作用的数控摆台支承轴系的问题.提出一种数控摆台多支承轴系的轴承静刚度计算方法.首先,利用子结构方法对转动部分的有限元模型进行静力凝聚,并通过刚性耦合约束连接缩聚后的有限元模型与支承轴的梁单元模型;其次,结合角接触球轴承的刚度模型建立整个轴系的静力平衡方程,通过迭代求解得到各轴承的实际载荷和刚度.计算了四轴承支承轴系各轴承的载荷和刚度,与商业软件结果的误差小于1％,验证了上述方法的准确性.研究发现:重力作用下摆台支承轴承静刚度随摆角的改变发生显著变化.

针对目前柔性机械手动力学建模方法计算复杂和精度难以控制的问题,提出一种新的基于弹簧和刚体的单杆柔性机械手模型的动力学建模方法.该方法通过简化杆件,将杆件分解为若干由弹簧连接的刚体,引入弹簧的弹性势能代替杆件实际变形产生的弹性势能,代入拉格朗日方程建立柔性机械手动力学模型.基于该动力学模型完成机械手末端运动轨迹及机械手运动角度、角速度的计算机仿真,并将仿真结果与应用二阶假定模态法建立的机械手动力学模型得到的结果比较,验证了新模型的可行性.

针对阻振质量阻抑结构声传递问题,基于波分析法和有限元思想,提出波动力响应矩阵法进行求解.将结构离散为若干波单元,并推导出波单元的波动力响应矩阵和阻振质量的附加波动力响应矩阵,代入连接节点的位移连续、力与力矩平衡方程,建立广义波动力响应平衡方程,求解该方程得到板的响应幅值,从而求出传递效率与传递损失.研究为非周期性阻振质量的波阻特性提供了可靠的分析方法,拓宽了波分析法的应用范围.数值分析表明:多级阻振质量对结构声的传递具有良好的阻抑效果,但周期性地增加阻振质量的个数并不能增加穿透频段的波阻效果,而合理选择非周期性阻振质量可进一步提高其波阻效果.

在低功耗自适应集中分层协议(LEACH-C)基础上，提出了基于LEACH-C的能量均衡路由算法(LEACH-EB),该算法采用1轮全局分簇和k轮局部簇头更新的方式,以达到进一步延长网络生命周期的目的.鉴于采用固定的k值时传感器网络难以获得最佳性能,分析了不同k值下的网络性能,提出一种基于LEACH-C的动态k值簇头选择方法LEACH-CK.其核心思想是每次全局分簇后,结合当前分簇情况和节点剩余能量计算出一个较优的k值.OMNeT++(面向对象的离散事件网络模拟器)仿真结果显示:LEACH-CK可以有效推迟网络中第一个节点死亡的时间,同时网络具有较好的稳定性.

为解决传统局部梯度法(LGM)从X-band雷达图像中提取海面风向时存在局限性和较大误差的问题,针对X-band雷达图像风场成像特征,提出基于自适应缩减法(ARM)的海面风向反演算法.首先,设计了一种自适应缩减算子,算子能够连续缩减图像,扩大了缩减后图像分辨率适应风条纹尺度的范围;然后,构建了自适应判断算法,根据由像元梯度直方图统计计算出的稳定系数来判断缩减后图像分辨率与风条纹尺度是否达到最佳,从而获得最优缩减率；最后,利用最优缩减率得到的像元梯度方向获得主梯度方向,根据风条纹特征提取出海面风向.通过岸基实验数据验证表明:ARM算法具有很好的性能,比传统LGM算法的海面风向反演精度提高了58.3％,在风速变化剧烈情况下也能得到稳定反演结果.

针对如何在竞争环境中更好地预测对手行为,并正确制定自身相应的对策进行研究.利用交互式动态影响图对环境中的对手智能体进行建模,并结合贝叶斯网络提出了一种判断对手真实模型的方法.首先,将对手智能体的候选模型保存在模型节点中并实时推理和更新对手的模型、信度和动作;然后,在每次交互中记录下观察到的对手的动作序列,以此作为训练动态贝叶斯网络的集合,得到网络参数后重新计算候选模型的权重,从而判断出对手的真实模型;最后,通过多智能体老虎问题和无人机侦查问题进行实验,并从对手候选模型的权重和我方智能体的收益值两方面验证了算法的有效性.

针对云计算系统中的单点失效问题,提出一种云计算环境下的动态数据副本管理策略.该管理策略通过综合考虑目标放置节点的当前负载状况、可用存储空间大小、通信带宽以及其历史访问记录和历史失效记录等状态参数来进行数据文件的副本放置决策,并在进行副本置换操作时给予大尺寸数据文件副本更高的优先权.测试结果表明:该管理策略具有较为稳定的平均数据访问距离,且在云计算系统的负载均衡水平和平均任务执行时间指标上优于另外几种经典的副本策略.

针对采用低密度奇偶校验(LDPC)编码的多输入多输出系统中检测与译码级联方案未联合优化的问题,提出了一种低复杂度联合贝尔实验室分层空时(VBLAST)最小均方误差迭代检测与LDPC译码算法.该算法将VBLAST检测和LDPC译码统一于一个迭代信号处理框架,从系统角度分析了整个联合译码检测；通过级联简化的硬判决译码与检测的混合迭代消息传播,减少了各模块单独处理引起的互信息处理损失,从而优化了检测性能并降低了复杂度.仿真结果表明:与全软信息辅助检测方案相比,它以微小的0.1～0.2dB性能损失代价,获得了前者约1／2的复杂度及检测延迟等优势.

针对卫星导航接收终端的窄带干扰抑制问题,结合Krylov子空间性质,把基于Krylov子空间的多级维纳滤波算法应用到导航接收终端窄带干扰抑制中,提出了一种基于Krylov子空间的多级维纳滤波自适应陷波器设计方法,实现了导航接收机的自适应窄带干扰抑制,使输出信噪比达到最优,解决了传统的维纳滤波方法由于矩阵求逆运算量大的问题.仿真结果表明:该算法相比最优维纳滤波算法,运算量小,结构简单,有较好的窄带干扰抑制性能且对导航信号本身的接收影响较小,是一种实用的窄带干扰抑制算法.

针对传统语音唇动分析模型容易忽略唇动帧间时变信息从而影响一致性判别结果的问题,提出一种基于平移不变学习字典的一致性判决方法.该方法将平移不变稀疏表示引入语音唇动一致性分析,通过音视频联合字典学习算法训练出时空平移不变的音视频字典,并采用新的数据映射方式对学习算法中的稀疏编码部分进行改进;利用字典中的音视频联合原子作为描述不同音节或词语发音时音频与唇形同步变化关系的模板,最后根据这种模板制定出语音唇动一致性评分判决准则.对四类音视频不一致数据的实验结果表明:本方法与传统统计类方法相比,对于少音节语料,总体等错误率(EER)平均从23.6％下降到11.3％;对于多音节语句,总体EER平均从22.1％下降到15.9％.

针对发生执行器故障的饱和非线性系统提出一种主动容错控制方法.考虑系统存在的外界干扰情形,运用H∞控制结合饱和约束设计了自适应容错控制器.首先,引入饱和幅值以确保控制输入始终在界范围之内,设计包含故障估计值的自适应状态反馈控制输入;其次,为实现系统具有鲁棒稳定性,同时具有最大容错椭球体稳定域的控制目标,采用李雅普诺夫理论结合H∞控制方法,并运用不变集理论估计最大椭球体稳定域,将自适应容错控制器的设计方法转化为求解线性矩阵不等式约束下的多目标优化问题;最后,通过一数值算例将自适应与固定增益控制器设计方法进行对比分析.研究结果表明:自适应控制器的性能更优,更适合用于受饱和约束非线性系统的容错控制.

针对谐波驱动系统动力学模型中存在的非线性摩擦、柔性变形和外界未知干扰力矩等因素的问题,为了提高系统的位置跟踪精度,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的谐波驱动系统自适应动态面控制.采用LuGre摩擦模型描述系统的非线性摩擦特性,用RBF神经网络在线逼近摩擦参数变化和外界未知干扰力矩对系统的影响,并通过李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的所有误差最终一致有界.仿真结果表明:与普通动态面控制相比,本控制策略对摩擦参数变化和外界未知干扰力矩具有较强的鲁棒性,提高了系统的位置跟踪精度.

在单目环境下,为提高手势特征提取的精度,提出一种图像结构特征点的提取方法,使用提取出的结构特征点建立手势模型并优化求解得到高层特征.对图像的梯度图进行分析,通过给出图像平滑点、非平滑点的定义,提出冲突值的计算与结构特征点的提取方法,对图像的局部结构特征进行适当地描述;建立2D结构手模型替代3D手模型;基于提取出的结构特征点,将贪婪算法与局部随机抽样一致性匹配算法相结合,对手势模型参数进行优化求解,进行手掌、手指和指尖定位.实验结果表明:该算法对预处理结果具有一定的鲁棒性,对分割出的边缘不敏感,因此能有效减少传统曲率算法中对干扰点的误判.

基于岩土材料塑性体应变与剪应变之间的相互作用原理,讨论了岩土材料屈服轨迹的弯曲原理,并构建了本构场方程.在此基础上研究了塑性体应变和剪应变增量的方向性、非关联流动法则及应力路径相关性等问题.研究发现:由三轴实验获得的体积和剪切屈服轨迹都是弯曲的,证明了塑性体应变和剪应变之间的相互作用存在且是岩土材料变形特性产生的主要原因,塑性体应变和剪应变增量方向不再分别与p-q应力平面中P和q轴的方向始终重合;无须使用非关联流动法则.

为探讨分布式光纤传感器探测混凝土构件的应力、应变以及内部裂缝分布的效果,对2 m标准试验梁进行试验.运用光纤内布里渊散射光频率与应变呈线性关系的原理,用埋入式光纤形成传感器.配置了分布式光纤传感器的混凝土试验梁,置于万能拉压试验机做力学试验.采用光纤解析仪泵浦激光，注入探测光，检测散射光，自动分析采样数据.用传统的应变片做对比研究.试验检验了两种光纤传感器,分别为GFRP光纤智能筋和裸光纤.研究结果表明:两种光纤都能有效测量混凝土应变并感知裂缝，裸光纤比智能筋更加灵敏.

为了研究低掺量水泥固化高含水率海泥(HW-LC-clay)的强度特性,通过室内试验测试了不同含水率和不同水泥剂量条件下HW-LC-clay的无侧限抗压强度,然后采用归一化分析方法,分别揭示了含水率和水泥剂量对HW-LC-clay强度指标的影响规律.研究结果表明:含水率和水泥剂量对HW-LC-clay强度的影响是相互独立的.在此基础上,建立了HW-LC-clay强度预测经验公式,并采用文献数据验证了该经验公式的合理性.

为了从理论上验证新型护轨在小半径曲线上的防脱、增稳和减磨作用,以列车曲线轨道系统空间振动分析模型为基础,考虑新型护轨的结构特点及其与车轮、钢轨之间相互作用,建立带新型护轨装置的曲线轨道列车系统空间振动分析模型.采用Fortran语言编制相应计算程序,利用现场试验结果验证本方法及程序的可靠性;分析新型护轨对系统空间振动响应的影响规律.计算结果表明:计算得出的护轨力分摊曲线外轨轮缘力比例达38.81％,与通过试验得到的新型护轨能够分摊33.3％～40.0％的曲线外轨轮缘力的结论相符;在试验工况及参数条件下,新型护轨可使车体、轮对及曲线外轨的横向位移分别减少28.62％，37.67％及14.64％,明显改善货物列车运行的平稳性.

针对现有理论方法没有考虑涵侧的外土柱体所受附加压力对涵顶垂直土压力的影响的问题,根据涵洞和填土实际受力状态,改进现有的涵顶垂直土压力计算理论方法,推导出涵洞垂直土压力计算式.将改进理论方法的计算结果、数值模拟和现有的试验结果进行对比,验证了改进理论方法的正确性.研究结果表明:涵顶铺设柔性填料能明显减小涵顶垂直土压力,涵顶土压力集中系数随填土高度、涵顶和涵侧填土变形模量、柔性填料厚度的增大呈非线性减小,随柔性填料变形模量的增大呈非线性增加,但最终均趋于稳定.

为了改善竹炭的磷吸附性能,以氯化铝为改性剂,采用铝盐水解共沉法对竹炭进行改性,并对改性前后竹炭物化特性进行表征.通过批次吸附实验对比研究了改性竹炭对水溶液中磷的吸附特性.结果表明:Langmuir和Freundlich等温方程能很好地描述竹炭磷吸附等温特性,Freundlich等温方程拟合效果更优,改性后竹炭磷吸附容量为10.0 mg•g-1,是改性前竹炭的1.3倍;铝改性竹炭磷吸附过程符合Lagergren二阶动力学模型;溶液pH值对磷吸附影响显著,酸性条件有利于磷吸附,腐植酸对吸附磷有明显负面作用,而NO3- 对吸附磷无明显抑制作用.

为了得到最佳DEAP(介电型电活性聚合物)变形量,用正交试验法综合分析了电场强度、预拉伸率、柔性电极厚度、预拉伸后放置时间、柔性电极填充粒子五个因素对DEAP应变响应产生的影响,同时对各因素的显著性进行了数量对比分析.研究结果推导出各因素对DEAP变形量的影响大小,顺序依次为电场强度、柔性电极填充粒子、预拉伸后放置时间、预拉伸率、柔性电极厚度,确定了最佳制备参数,并指出在最佳制备参数的条件下制得的DEAP变形量为221.3％.

为了制备高强高韧应变硬化水泥基复合材料(SHCC),并且研究PVA(聚乙烯醇)纤维对其受拉特性的影响,使用不同PVA纤维配制SHCC并进行单轴拉伸试验,分析PVA纤维覆油量、纤维长度对其强度与韧性的影响,采用傅里叶转换红外线光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)观测纤维属性,用超景深显微镜统计裂纹数目并计算其平均宽度.结果表明:采用不同覆油量的PVA纤维均能制备SHCC;当覆油量为0.8％、纤维长度为12 mm时,配制的SHCC特性更佳;采用不同覆油量的PVA纤维配制的SHCC在断口处残留纤维长度不同.