为提高求解压电材料断裂参数的精度,提出EVCCT压电单元,推导了含裂纹压电材料的机电虚拟裂纹闭合法.将基于Node光滑有限元法和机电虚拟裂纹闭合法引入到含裂纹平面压电材料问题中,建立了含裂纹压电材料的NSFEM-EVCCT,对不同载荷和裂纹长度下含中心裂纹的压电材料的能量释放率进行了求解,并与FEM-EVCCT和理论解做了对比,数值算例结果表明：NSFEM-EVCCT改善了FEM-EVCCT的刚度,具有高精度、继承了VCCT的优点,只需一步数值分析;可分别求解机械应变能释放率和电能释放率,且求解表达式简单、编程容易实现,是压电材料含裂纹问题的有效数值计算方法.

以皮尔格轧机冷轧304不锈钢管为例,建立二辊模具的关键参数优化模型.首先通过在不同应变速率下材料的拉伸试验获得真应力-应变曲线数据,通过对真应力-真应变曲线进行非线性拟合,获得304不锈钢的本构方程;然后根据皮尔格冷轧钢管的变形特点,结合增量理论得出钢管当量变形量的计算方法,融合孔型参数和各工艺参数之间的关系,推导出二辊模具孔型变形区压下段和精整段长度之比Q值与材料应变速率之间的优化方程;最后利用材料卸载定律解出冷轧304不锈钢管过程特定阶段时的应变速率值,解出不同尺寸精度无缝钢管的Q值.以计算出的Q值为二辊模具的设计参数,根据皮尔格轧机孔型设计优化程序设计出轧辊和芯棒,并利用有限元仿真软件和现场轧制试验验证了本优化模型的正确性,验证成品管能够达到预期的尺寸精度.

为实现对大功率动压泄液式限矩型液力偶合器流场特性预测,有效指导偶合器产品设计,减少产品的开发周期和成本,以循环圆直径为560 mm的动压泄液式限矩型液力偶合器为研究对象,分别对其在不同充液率、典型工况下的流场进行数值计算和分析.基于工作液体在偶合器工作腔和多个辅助油室内部循环、耦合流动的特点,计算中采用了滑移网格瞬态流场计算方法,气-液两相流模型选用混合物模型,实现了对其内部流场分布情况的预测,并对其外特性进行计算.通过将其与台架试验获得的外特性相对比,对计算流体力学(CFD)数值计算方法的有效性和适用性进行评价,为限矩型液力偶合器流道结构的设计和优化提供了依据和方法.

为了提高搅拌槽内气体的分散能力,设计了一种错位CD-6桨,采用计算流体动力学方法对其气液混合性能进行了研究.分析了不同转速和通气量时搅拌槽内的流场、气含率和搅拌功耗,并与标准CD-6桨的数值模拟及相关文献中的实验测试结果进行对比.研究结果表明:标准CD-6桨的模拟结果与实验及文献结果符合较好,验证了所建模型和模拟方法的可靠性;与标准CD-6桨相比,相同操作条件下,错位CD-6桨搅拌槽内流体的湍动程度高,气体分布均匀,搅拌功耗略低,而且通气后的功率下降幅度小,因而更适用于气液混合操作.

针对柔性涡流阵列传感器阵列单元之间的互扰问题,分别建立了涡流阵列单元和涡流阵列传感器的有限元模型,分析了互扰对涡流阵列传感器输出的影响以及互扰的来源,研究了互扰对涡流阵列传感器裂纹检测能力的影响.研究结果表明:互扰会导致阵列传感器输出信号幅值显著减小、相位出现偏移;涡流阵列传感器的互扰来源于阵列单元附近的激励线圈;互扰会对涡流阵列传感器的裂纹检测灵敏度产生一定影响,但若以跨阻抗幅值作为传感器的特征量,互扰对裂纹检测灵敏度的影响可以忽略,因此可以用阵列单元的分析结果来指导涡流阵列传感器的设计.

为探索降低花纹气动噪声的方法,以205／55R16半钢子午线轮胎为研究对象,研究V形仿生非光滑结构对轮胎花纹气动噪声的影响.以滚动轮胎单一节距的花纹沟体积变化信息为边界条件,采用计算流体力学建立了花纹气动噪声仿真模型,通过与试验测试声压频谱二者信息对比,说明了花纹气动噪声模型的可靠性.在此基础上,借鉴工程流体领域仿生减阻降噪的思路,研究了花纹沟底部布置不同尺寸的V形非光滑结构对花纹气动噪声的影响,从雷诺应力、湍流动能两个流体流场参数揭示了非光滑结构对花纹气动噪声降噪机理.将降噪效果最佳的V形非光滑结构移植到混合花纹沟上并进行花纹气动噪声分析,结果表明：在混合花纹沟壁面布置非光滑结构能降低沟槽内流体不稳定性,具有明显的降噪效果,最大降噪量达4.6 dB.

为了研究连接管结构对分体式空调室内机噪声的影响,采用Fluent的耦合声学分析软件Virtual Lab Acoustics计算了室内机侧连接管端面的声压频谱,进而得到连接管的气动噪声特性.以变截面管道试验装置为对象,验证了数值方法的正确性.在此基础上,分析了连接管的内径、长度和拐弯处圆角半径对室内机侧连接管端面声压频谱的影响特性.结果表明:存在一个气管内径值使得室内机侧气管端面声压级达到极值,内径高于或低于此值均能有效降低气管的气动噪声;减小液管内径有利于降低液管的气动噪声;改变连接管拐弯处圆角半径不能有效降低连接管的气动噪声;减小连接管长度有利于降低连接管的气动噪声.

以液压型风力发电机组为研究对象,针对机组高质量电能问题展开研究.建立了机组液压传动系统数学模型,推导了液压系统输出转矩对变量马达摆角的传递函数.以数学模型为基础,提出了机组转矩波动抑制方法,通过系统压力反馈、风力机转速反馈和机组输出转矩反馈对变量马达摆角进行修正补偿,并对其控制律进行推导分析.以30 kV•A液压型风力发电机组模拟实验台为基础,针对所提出的转矩波动抑制方法进行仿真和实验研究.仿真和实验结果表明:液压型风力发电机组转矩波动抑制方法具有良好的控制效果,基本实现了对机组输出转矩的柔性控制,为液压型风力发电机组输出高质量电能提供了一定的理论和实验基础.

针对高速冲床传动系统寿命较长、可靠性试验成本较高的特点,研究了基于性能退化数据的传动系统可靠性评估方法.根据传动系统的工作特性选择了下死点动态精度作为衡量性能退化的特征参数,搭建了相应的测试系统.对退化机理进行了分析,在此基础上利用漂移布朗运动模型对传动系统动态精度退化量进行建模,基于退化数据估计模型中的参数,进而利用所建模型评估得到传动系统寿命和可靠性指标.采用实测数据对所提出的方法进行验证,结果表明:该方法在没有寿命数据的情况下评估得到了高速冲床传动系统的寿命和可靠性指标,可节约试验经费和时间.

为了进一步降低4 bit以上中小规模可逆逻辑电路的量子代价,提出一种基于子种群保留的变长染色体编码混合算法.该算法在已有变长染色体编码混合算法的基础上,将子种群保留策略用于变长编码种群的进化,以保持种群多样性,避免陷入局部最优解;定义了变长编码染色体的近似度,以此作为种子提取和子种群划分的基础;提出了子种群重新启动策略和新的启发式子种群更新操作,克服变长编码种群进化过程中的遗传漂移,从而提高可行解率和解的质量.对4 bit以上常用标准可逆函数测试结果表明该算法能大大降低合成可逆电路的量子代价.

基于等效磁荷法求解了音圈电机中圆柱形永磁体的空间磁场分布,在此基础上解算出载流线圈的受力模型.对于不解析的积分计算,采用高阶高斯积分逼近法快速地获得了高精度的计算结果.通过对磁体空间磁感应强度分布的实测,得到与理论值高度吻合的测量结果,结果表明:其精度优于1％,验证了磁场模型建立的合理性与高斯积分求解的优越性,克服了传统方法进行磁场建模与积分计算精度低、速度慢的缺点.

针对复杂环境下,扩展目标跟踪量测存在漏检以及量测不精确、模糊的问题,引入区间分析技术,提出了一种基于箱粒子滤波的扩展目标伯努利滤波算法.算法首先采用伯努利随机有限集和泊松随机有限集分别描述扩展目标的状态和观测,然后将箱粒子滤波应用到扩展目标伯努利滤波算法,推导了适用于不确定量测的扩展目标伪似然函数和状态更新方程,并用伯努利箱粒子滤波递推地对扩展目标的状态进行估计跟踪.仿真实验表明:与扩展目标伯努利粒子滤波算法相比,所提算法在保证扩展目标跟踪性能的同时,有效减少了算法的计算时间.

建立了脉冲相位估计模型,提出了加权非线性最小二乘方法,利用脉冲轮廓噪声的统计特征构造了最优加权矩阵,分析了提出方法的理论精度和计算复杂度,并与克拉美罗下界进行比较. 数值仿真和实验表明:提出的方法具有最小方差的渐近无偏估计,当观测时间较长时,该方法的性能优于非线性最小二乘方法,接近最大似然方法,但计算复杂度要明显低于最大似然方法. 对于Crab脉冲星,当观测时间为80 s时,该方法的距离估计误差比非线性最小二乘法小400 m.

针对大型微波暗室静区性能仿真中,数值方法在高频段效率急剧降低,而传统高频算法计算准确度难以保证的问题,提出一种基于弹跳射线理论的双层涂敷模型仿真方法.该方法利用实测数据,分级地对模型进行计算与校正,双层涂敷模型有效简化了锥形吸波材料,弹跳射线法解决了曲面反射及远场精确求取问题.仿真结果表明:该方法与传统的几何光学法相比,高频段的计算精度显著提高,同时平均计算时间短,消耗内存少.理论分析和仿真结果验证了方法的正确性和有效性.

为了进一步提高低信噪比下语音激活检测(VAD)的准确率,针对基于统计模型的似然比检验方法容易造成非语音信号误检的问题,提出了一种基于子带保留似然比的VAD算法.在似然比综合判决准则中引入保留因子,根据人耳对语音感知敏感度在频率上的差异,采用全局非均匀、局部均匀的方式划分子带,对似然比大于阈值的频率分量所对应的子带信号提取语音特征并根据特征强度设置保留因子,只使用保留的频分量似然比进行综合判决.实验结果表明:该算法在不同的低信噪比环境下检测性能均优于LRT(似然比检验)、MO-LRT(多观测似然比检验)等算法,其漏检率更低,同时有效减少了非语音信号似然比虚高而导致的误检,VAD判决准确率平均提高了2％～14％.

采用全结构化网格,利用稳态多参考系(MRF)方法,对普通调距桨和导管式调距桨变螺距下的水动力性能进行了有效预报.首先对普通调距桨水动力性能进行了计算,计算结果与试验数据符合良好.结果表明:进速系数较小时,较小螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大,而进速系数较大时,较大螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大；通过分析桨叶表面压力变化,发现螺距角变化较大时,叶表面压力变化不均匀,可能导致噪声性能恶化.随后计算了导管式调距桨的水动力性能,分析得出:随着螺距角减小,导管推力也减小,且大进速小螺距角时,螺旋桨效率下降迅速.最后分析了导管式调距桨的尾流场,得出了尾流场速度随螺距角变化的一般规律.

针对小水线面双体船连接桥局部结构应力水平高、屈服强度难以满足的问题,研究基于某SWATH船整船有限元结构强度,运用子模型法对SWATH船舷台与支柱体连接处过渡结构的细网格模型进行有限元计算.结合有限元分析软件ANSYS及其参数化编译语言APDL建立该关键部位局部结构的参数化子模型,通过ANSYS的优化设计模块及优化算法进行优化设计,提出了基于参数化子模型的小水线面双体船结构优化方法.算例结果表明:该方法能够在满足结构强度细网格屈服衡准的情况下,降低SWATH船舷台与支柱体连接处的结构质量8.3％,并提出相应的结构改进方案,为同类型船舶结构的应力分析及结构设计提供参考.

针对实际振动主动控制中,线谱振动信号与参考信号的频率差异造成自适应前馈式线谱振动主动控制方法的性能下降这一问题,进行了基于参考信号生成的线谱振动主动控制方法的研究.在线谱振动主动控制方法中,结合一种参考信号波形生成器,并通过带通跟踪滤波器对残余振动信号进行滤波,将各个频率的残余振动信号分量进行分离,提出了一种基于参考信号波形生成器的线谱振动主动控制方法,并对该方法的稳定性和收敛性进行了分析.仿真结果表明:带通滤波器提高了该线谱振动主动控制方法的收敛性能.基于双层隔振平台的线谱振动主动控制实验表明该方法能够在参考信号频率与线谱振源信号频率存在偏差时取得良好的振动抑制效果.

以典型护卫舰简化模型SFS为研究对象,研究适用于复杂船型的网格划分方法.对比了结构、非结构和混合网格三种网格形式下的流场计算结果,研究表明:网格形式并不会显著影响计算结果,且混合网格在适用性方面优于结构化网格,网格数量控制方面优于非结构化网格.为验证混合网格精度,以CVN-73(乔治•华盛顿号)为验证对象划分混合网格进行数值计算,获得了与风洞试验具有较高符合度的仿真结果,证明混合网格针对复杂船型的CFD仿真计算更具优势,验证了混合网格的适用性.

结合模型试验和数值计算两种方法研究了局部气垫双体船在迎浪规则波中的运动.首先,通过模型试验对气垫压力进行监测,记录了其随波浪的变化情况,并与其他参数进行对比,得到了不同运动随波浪的变化规律;然后,采用数值计算方法对其在波浪中的运动响应进行预报,记录了气垫舱室内的速度矢量和自由液面变化,并将计算结果和试验现象进行对比分析.结果表明:气垫压力随波浪的周期性变化规律与升沉、纵摇运动相反,与加速度相同;数值计算能够对各个运动的周期性振荡进行合理的预报,且各运动参数的幅值响应在高频区具有相当的精度,但数值计算对纵摇响应的预报误差较大,须要改善气囊形式提高精度.

以聚变堆包层第一壁内流道作为研究对象,设计了以空气为介质的包层第一壁U型流道换热性能实验台架.通过测量第一壁流道沿流动方向的温度和压力分布,研究了在不同管径和雷诺数下,温度、流速和弯头形状等因素对第一壁流道换热性能的影响,并与数值模拟结果进行了对比分析.实验结果表明:30 mm×30 mm最大的U型方管可以在不增加流动阻力的情况下,提高流体与管壁之间换热强度23％,并且通过弯头处渐缩的优化改进可进一步提高换热强度15％,数值分析结果与之也较符合.本研究表明通过改变包层第一壁流道的形状和尺寸可以有效提高第一壁流道的换热性能.

对加权最小二乘无网格法在随机稳态温度场中的应用进行了研究.在移动最小二乘近似的基础上,采用罚函数法满足边界条件,通过变分原理详细推导了求解稳态温度场问题的加权最小二乘无网格公式,与无网格伽辽金法相比,该方法无须进行高斯积分,具有计算量小、处理方便等优点.同时考虑结构物理参数和边界条件随机性的影响,利用Neumann展开蒙特卡罗法对含有随机参数温度场的加权最小二乘无网格方程进行求解,得到了温度场响应量的统计特征值并考察了各随机参数对节点温度的影响.通过数值算例分析结果与有限元方法所得结果进行比较,验证了本方法的正确性和有效性.

为了对水电站新型水平底钢岔管的应用及优化设计提供理论和应用依据,首先结合工程实例对比分析了水平底钢岔管和月牙肋钢岔管,基于结构特性和水力特性进行可行性研究,然后再针对不同的分岔角、支锥管半锥顶角、管径比和肋宽比,分别进行了结构及水力特性影响因素的分析和研究,得到了不同特征参数对该种岔管结构及水力特性的影响规律,提出了该新型岔管在正常运行工况下的各项特征参数的建议值.研究结果表明：该新型岔管结构和水力特性均较好,具有较广阔的应用前景.

研究了密肋复合墙体的开洞位置和洞口尺寸对其抗侧刚度的影响，引入洞口折减系数,计算开洞密肋复合墙体抗侧刚度，同时建立不同洞口参数的墙体有限元模型,分析发现：洞口位置相对坐标与墙体抗侧刚度呈二次曲线关系,洞口越居中密肋复合墙体抗侧刚度折减越大;洞口大小与墙体抗侧刚度呈线性关系,洞口越大密肋复合墙体抗侧刚度越小.利用有限元分析结果建立了开洞密肋复合墙体抗侧刚度的统计计算公式.试验验证表明：两公式计算抗侧刚度值比试验值小16％,能够满足实际工程需要.