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第48卷,第12期
刊出日期:2020年12月
  • 自动化技术
  • 王书亭, 景 伟, 蒋立泉, 谢远龙 doi: 10.13245/j.hust.201201 P1-7 在线阅读 下载(962.63 KB)
    针对柔性作业多移动机器人调度面临的任务分配难以满足多属性需求、路径规划难以解决多机无冲突协同作业等问题,提出了基于多机自律协同的调度方法.一方面,根据自动换料、充电等常规任务与非均衡突发任务约束,提出了基于机床、任务和多机状态域的动态加权指派法,实现了多属性自趋优的灵活应变机制;另一方面,考虑位置、时间双维度冲突特征,设计了基于离散时间步的带权有向流网络,利用改进A*寻优算法完成了无碰撞路径搜索,继而设计了基于离散时间窗的在线冲突检测策略.测试结果表明:所提出的动态加权指派法具有更优越的任务分配综合评价性能,同时改进的路径规划算法能解决多移动机器人路径冲突检测问题.
  • 张为玺, 张永德, 梁德县 doi: 10.13245/j.hust.201202 P8-12 在线阅读 下载(1.33 MB)
    针对前列腺粒子植入治疗存在的粒子植入精度低、效率低、人机交互不自然和操作复杂等问题,提出一种基于动态规划的粒子植入规划算法来提高粒子植入效率,通过仿真将其与贪婪算法、蚁群算法等启发式算法进行对比,指出该算法更加稳定,满足临床需求.提出了前列腺粒子植入机器人的人机交互控制方法,建立了操纵杆与机器人运动的增量式映射关系,医生通过操纵杆实时控制机器人运动,从而实现在良好的人机交互操作下精准、高效地完成粒子植入手术.搭建了前列腺粒子植入机器人实验平台,实验结果验证了粒子植入规划方法的有效性,且人机交互控制映射和控制延迟均满足临床手术要求.
  • 梁 艺, 汪步云, 陈友东, 许德章 doi: 10.13245/j.hust.201203 P13-19 在线阅读 下载(1.35 MB)
    针对截石位临床手术特点和介入性机器人干预系统的严苛要求,设计了悬臂关节式靶向放疗机器人系统.根据机器人结构约束条件,提出了定位机构的尺寸优化算法和重力矩补偿机制,以改善悬臂关节驱动能耗和运动平稳性;设计了末端力感知粒子植入机构及硬件电路,采集信号用于进针过程力反馈.根据介入性靶向置针“医师在环”要求,设计了机器人控制系统,提出了融合粒子植入规划、虚拟安全平面进针控制、粒子植入自动循环的人机交互方法.进行了机器人悬臂关节力矩补偿效果及假体模型的半自主植入实验验证,实验结果表明该机器人系统具有较好的粒子植入精度和效率以及人机协作特性.
  • 李 炜, 王成文 doi: 10.13245/j.hust.201204 P20-26 在线阅读 下载(813.17 KB)
    针对执行器退化监测数据存在测量误差的闭环控制系统寿命预测与延寿控制问题,首先,以带测量误差的非线性Wiener模型描述了不确定测量值与执行器隐含退化状态之间的关系,并基于卡尔曼滤波技术估计出实际退化状态;其次,通过定义因执行器隐含退化而驱使控制系统退化的三个阶段,结合动态与稳态性能约束集确定系统退化失效阈值,并据此及执行器退化状态的估计值得到控制系统剩余寿命预测分布的解析解;然后,将执行器退化状态纳入线性二次调节器(LQR)控制器设计中,提出了基于执行器实时退化状态的自适应延寿控制策略,通过折衷平衡系统性能与控制作用来延缓执行器的退化,从而实现延长控制系统生命周期的目的;最后,通过双容水箱液位系统验证了所提出方法的有效性.
  • 丁芝侠, 陈 冲, 胡 蝶 doi: 10.13245/j.hust.201205 P27-31 在线阅读 下载(686.91 KB)
    相比于传统的整数阶基因调控网络,通过引入分数阶微分算子构建了一类新型的分数阶时滞基因调控网络,精确地描述了基因mRNA(信使核糖核酸)和蛋白质之间的关系.针对mRNA和蛋白质之间的复杂动态行为,通过利用Caputo分数阶微积分的性质和不等式的放缩技巧,结合所构建的向量范数,给出了系统一致稳定性的充分判据;此外,运用Brower不动点定理证明系统平衡点的存在性和唯一性.所得结论可作为已有文献的一种推广,便于实际工程应用.最后,通过仿真实例验证了所得结论的有效性和正确性.
  • 黄羿博, 王 勇, 张秋余, 陈腾飞 doi: 10.13245/j.hust.201206 P32-37 在线阅读 下载(1.09 MB)
    为了解决现存语音检索系统中明文数据的泄露问题,提高语音检索性能、生物特征模板的安全性和隐私性,提出了一种基于混沌测量矩阵的生物哈希密文语音检索算法.首先,用户端对语音进行分类,再分发与类为单一映射的密钥,通过密钥生成358位的Rossler混沌测量矩阵,并使用该矩阵对语音特征进行特征变换,进一步二值化生成语音的哈希索引;然后,通过改进的sha256算法对语音文件进行加密;最后,将哈希索引和加密语音送至云端.实验结果表明:提出的算法不仅能防止明文泄露,而且具有良好的鲁棒性、区分性和检索性能;与此同时,生物特征模板具备良好的多样性、可撤销性、安全性和隐私性.
  • 机械工程
  • 宋 霖, 宿 磊, 李 可, 苏文胜 doi: 10.13245/j.hust.201207 P38-43 在线阅读 下载(1.65 MB)
    针对滚动轴承故障诊断中振动信号易受强背景噪声干扰,出现非平稳、非线性的特性,导致故障诊断精度较低等问题,提出了一种基于奇异谱分解(SSD)和一维卷积神经网络(1DCNN)的滚动轴承故障诊断方法.首先,利用SSD将原始振动信号分解成若干个频率尺度的奇异谱(SSC)分量,并根据峭度准则选取有效SSC分量对信号进行重构;然后,构建一维卷积神经网络结构,先将重构后的信号输入模型进行训练,充分提取信号的特征,再由输出层输出诊断结果;最后,进行滚动轴承故障诊断实验,结果表明:提出的诊断方法诊断准确率达到98.9%,比传统方法具有更高的准确性和稳定性.
  • 李树勋, 沈恒云, 张万年, 赵玉龙 doi: 10.13245/j.hust.201208 P44-48 在线阅读 下载(1.49 MB)
    针对管路系统中活塞式流量调节阀内非定常流动时所产生的空化现象和共振问题,基于Schnerr-Sauer空化模型和标准k-ε湍流模型,进行非定常空化流场计算,以三个典型开度为例分析活塞式流量调节阀空化特性以及压力脉动的响应.通过对调节阀内部流场仿真模拟及压力脉动特性分析可知:活塞式流量调节阀防空化能力较强,但在节流处附近容易发生小范围的空化现象;流道内压力脉动主要集中于阀后高流速区域,近壁面压力脉动主要集中在节流处,并且沿流动方向衰减;调节阀在工作过程中压力脉动主要集中在较低频率,近壁面压力脉动频率集中在20 Hz以内,随着开度增大压力脉动阈值与振幅会有所上升.
  • 汪若尘, 王英杰, 丁仁凯, 孙 东 doi: 10.13245/j.hust.201209 P49-54 在线阅读 下载(1.91 MB)
    考虑磁流变阻尼器磁饱和特性这一非线性因素,设计了一种基于微分几何理论的反馈线性化卡尔曼观测器(FLKO),进行了磁流变阻尼器力学试验并建模,进而设计了非线性悬架系统卡尔曼观测器,开展了观测器仿真分析.FLKO对悬架控制算法所需状态变量的估计精度都超过85%,能够满足悬架控制器使用要求.为验证FLKO实际工作效果,开发了悬架电子控制单元(ECU),搭建了1/4悬架台架进行台架试验.试验结果表明:C级随机路面下,带有FLKO的磁流变半主动悬架车身加速度和悬架动挠度相比被动悬架降低了12.57%和7.32%,车辆乘坐舒适性明显改善.
  • 龚京风, 江致远, 袁兴军, 宣领宽 doi: 10.13245/j.hust.201210 P55-60 在线阅读 下载(1.4 MB)
    为了分析利用换热器管程降低上游流噪声的可行性,试验分析管壳式换热器的消声性能,基于频域有限元法建立了管壳式换热器管程声学性能数值预报方法.对比基于纯声场模型和声-结构耦合模型计算得到的结果,分析换热器管程传递损失及声-结构耦合效应的影响,通过在进口设置插入管尝试改善换热器管程消声性能.结果表明:管壳式换热器管程具备消声能力,在1阶通过频率前消声量较小,在1阶通过频率后具有明显的消声效果;声-结构耦合效应使得传递损失曲线向低频方向移动;通过合理设置插入管长度,可以有效提高1阶和2阶通过频率处的消声量.
  • 鞠洪玲, 卞钒全, 魏明锐 doi: 10.13245/j.hust.201211 P61-65 在线阅读 下载(1.34 MB)
    以排气管内碳烟颗粒为模拟对象,基于流体-轨道模型,采用拉格朗日方法追踪每个颗粒的运动轨迹,考虑颗粒之间的碰撞、凝并等动力学过程,构建了颗粒动力学演变过程的模型.在柴油机转速为1 800 r/min条件下,计算不同平均有效制动压力(0.38,0.63,0.88,1.13 MPa)下排气管内碳烟颗粒的动力学演变过程,获得碳烟颗粒的形貌并统计出分形维数.结果表明:构建的模型可以很好地计算颗粒碰撞后的形貌和分形维数,颗粒最终形貌呈现出枝状和簇状,分形维数与实验结果相符合;随着负荷的增加,分形维数增加.此外,构建的模型可以很好地观察到颗粒的生长过程,有助于更深入地研究碳烟形成.
  • 王经天, 张明路, 李满宏, 王 哲 doi: 10.13245/j.hust.201212 P66-71 在线阅读 下载(1.8 MB)
    针对现有检测装置与方法普遍存在形变适应性欠佳、检测精度不足等突出问题,融合形变自适应机构与串并混联测量机构,设计了一款新型核燃料棒变形检测装置,旨在利用形变自适应机构四自由度被动调整解决装置与变形燃料棒紧密贴合问题,通过构建串联检测、并联校正闭环测量回路,实现误差动态补偿.在此基础上引入基于类挠度变换的微量铰接间隙补偿机制,提出一种用于抑制机械间隙干扰的测量误差协同补偿方法.样机测量试验结果表明装置可自适应贴合各向随机变形核燃料棒,配合提出的补偿方法能够实现核燃料棒高精度变形检测.
  • 船舶工程
  • 陈岱岱, 李玩幽, 包雄关, 朱克强 doi: 10.13245/j.hust.201213 P72-77 在线阅读 下载(1.14 MB)
    针对带有拖曳线列阵的水面无人艇避障问题,提出了基于速度障碍法的无人艇避障方法.对带拖曳线列阵无人艇进行建模,分析了带有拖曳线列阵的水面无人艇避障问题,通过设计改进人工势场法和速度障碍法,实现带有拖线阵的水面无人艇整体有效避障.仿真结果表明:速度障碍法能降低无人艇避障时拖线阵的有效张力峰值,保持良好的阵形形态,更好地保障阵列的时空安全.
  • 夏劲松, 刘俊杰, 董海波 doi: 10.13245/j.hust.201214 P78-82 在线阅读 下载(1.39 MB)
    根据舰船原型结构板架模型,提出了新型抗冰结构板架模型,采用冻结冰模拟冰体,对两种板架结构在相同冰体撞击下的结构动响应开展模型试验,并建立相应的光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)数值模型.通过对试验结果和数值仿真结果的对比分析,验证了提出的新型抗冰结构型式的抗冰效果,相同工况下结构最大变形数值计算结果与模型试验结果的最大偏差为8.65%,冰体最大撞击力数值计算结果与模型试验结果的最大偏差为5.11%,表明SPH-FEM数值仿真方法具有良好的工程适用性.
  • 王建东, 庄佳园, 罗 靖, 苏玉民 doi: 10.13245/j.hust.201215 P83-88 在线阅读 下载(1.34 MB)
    为实现滑行艇水动力优化设计过程中艇型的自动生成,提出一种曲线曲面自动生成的滑行艇参数化建模方法.以艇型关键特征点和型线角为设计基础,基于均匀B样条曲线和型线约束条件实现滑行艇龙骨线、弦线和舭缘线等关键型线的二维投影定义,采用等数弧长均分方式得到广义型值点,并结合贝塞尔曲线插值得到滑行艇三维曲线,对相邻三维曲线间进行B样条曲线插值和坐标变换得到广义站面.最后通过曲面放样法得到均匀B样条曲面片并对各站段进行插值,获得完整的放样曲面.利用该方法对带有防溅条的尖舭型、细长型和休闲型滑行艇进行编程绘制,均得到完整光顺的滑行艇曲面,证明了该设计方法的可行性.
  • 李笑晨, 尹 勇 doi: 10.13245/j.hust.201216 P89-95 在线阅读 下载(1000.61 KB)
    针对现有游艇模拟器中无法模拟游艇静水“海豚运动”的问题,基于游艇高速航行受力本质进行分析,结合平板滑行理论和Savitsky关于棱柱形滑行艇的相关研究,对游艇几何模型进行合理简化,求解游艇静水中滑行运动姿态.基于高频自由面假设和切片理论计算游艇垂荡、纵摇水动力系数,采用Routh-Hurwitz线性稳定性判据寻找游艇发生“海豚运动”阈值.提出引入人工干预的方法激励处于不稳定运动状态的游艇,使其发生“海豚运动”并进行数值仿真试验.试验结果表明当且仅当游艇处于不稳定运动状态时人工干预可以诱导游艇进行“海豚运动”,数值仿真结果与模型试验结果符合良好.将算法与游艇模拟器相结合进行工程应用试验,游艇模拟器运行稳定、效果良好,实现了游艇模拟器中游艇“海豚运动”的仿真.
  • 土木工程
  • 郑俊杰, 景 丹, 谢明星, 邵安迪 doi: 10.13245/j.hust.201217 P96-101 在线阅读 下载(1.73 MB)
    基于模型试验和数值模拟对设置聚苯乙烯泡沫(EPS)垫层的刚性挡土墙受力特性进行分析,首先验证了EPS垫层的减压作用,其次讨论了EPS垫层的弹性模量及厚度对EPS垫层减压效果的影响,最后提出了刚性挡土墙后EPS垫层的设计方法.结果表明:在挡土墙后设置EPS垫层可降低挡土墙土压力,EPS垫层的减压效果随垫层弹性模量的减小和厚度的增加而增加,提出的EPS垫层设计方法能够同时满足减压效果、路面沉降和经济性要求.
  • 苗晨曦, 李 杰, 朱孝振, 赵建斌 doi: 10.13245/j.hust.201218 P102-107 在线阅读 下载(2.57 MB)
    为分析格栅-道砟界面力学响应以及网孔形状对格栅加筋性能的影响,采用颗粒流软件对三向和双向土工格栅拉拔过程进行了仿真分析,揭示了剪切带形成演化机制和剪切带内粒间接触力细观组构特征;同时,从格栅原材料用量角度入手,比较两种网孔形式土工格栅加筋性能.结果表明:界面强度不单受控于网孔有效面积,格栅拉拔力呈现出法向应力高度敏感性,实际工程中应根据荷载工况合理选择土工格栅网孔形状.
  • 王新玲, 赵要康, 周擎威, 朱俊涛 doi: 10.13245/j.hust.201219 P108-113 在线阅读 下载(960.91 KB)
    为了研究高强不锈钢绞线与水泥基复合材料(ECC)间的黏结滑移性能,以ECC抗拉强度、钢绞线公称直径和相对锚固长度等为试验参数,通过高强不锈钢绞线在ECC立方体中的拉拔试验,研究二者的黏结性能.试验结果表明当ECC保护层足够大时,主要发生钢绞线的滑移和拉断两种破坏模式.对于发生钢绞线滑移的试件,随着相对锚固长度和钢绞线公称直径的增大,其峰值拉拔荷载增大,但是二者平均黏结应力减小;随着ECC抗拉强度的增大,其峰值拉拔荷载和平均黏结应力均增大,说明ECC抗拉强度对二者的黏结性能影响最大.基于改进的BPE模型,建立了高强不锈钢绞线与ECC的黏结-滑移关系模型,提出了模型参数中峰值黏结应力和滑移量等表达式.经验证分析,所提模型及模型参数计算公式与试验结果符合良好,能较好地反映二者的黏结滑移特征.
  • 苏 凯, 王博士, 王文超, 朱洪泽 doi: 10.13245/j.hust.201220 P114-120 在线阅读 下载(2.17 MB)
    考虑水工隧洞初次充水加压过程和温度场演化的时差性,采用塑性-损伤-接触特征的多裂缝混凝土本构模型,结合某发电引水隧洞实例,研究水工隧洞钢筋混凝土衬砌结构在内水压与温度场联合作用下的开裂特征;同时针对内水水温与外围围岩的温度传导过程,对水工隧洞初次充水加压过程中不同加压和温降的叠加作用下衬砌开裂特征进行对比分析.数值分析结果表明:水工隧洞初次充水运行时,温降的同步作用导致衬砌结构开裂时机提前,致使裂缝宽度的普遍增大和裂缝条数的减少;水-温联合作用下,提高隧洞充水加压速度将增加集中裂缝的最大宽度,并对衬砌结构裂缝分布有较大影响;衬砌-围岩之间的热传递并不改变衬砌最大裂缝产生的位置,而会降低衬砌裂缝的最大宽度.
  • 龙 立, 贺金川, 郑山锁, 周 炎 doi: 10.13245/j.hust.201221 P121-126 在线阅读 下载(667.51 KB)
    为了适应大规模供水系统震后水力分析的需求,提出了基于中央处理单元-图形处理单元(CPU-GPU)异构计算的供水系统震后水力分析算法.该算法结合对称逐次超松弛-近似逆预处理(SSOR-AI)和共轭梯度法(CG)求解线性方程组,其中CPU负责供水管网系统节点及管段的基本数据输入、迭代初值设定、收敛性判断等步骤,GPU负责迭代雅可比矩阵、节点流量闭合差矢量生成及线性方程组求解.算例表明该算法与传统牛顿-拉夫森方法计算所得的节点自由水压及节点流量最大误差分别为0.44%和0.51%,验证了该方法的精确性.该算法预处理效果良好,当供水系统规模较大时,所生成线性方程组的时间较串行方法最高可获得13倍加速效果;整体水力分析效率方面,与基于Cholesky分解的直接法相比可获得6倍加速效果,能够满足大规模供水系统震后水力分析的需求.
  • 赵西增, 童晨奕, 姚炎明 doi: 10.13245/j.hust.201222 P127-132 在线阅读 下载(1.48 MB)
    通过物理模型实验和数值模拟相结合的方法,利用能量聚焦方式模拟产生极端波浪,开展极端波浪对跨海桥梁上部结构作用的模拟研究.重点分析不同淹没状态下桥梁上部结构受极端波浪作用时的波面变化、桥梁底部压强及整体波浪力变化,探究桥梁上部结构发生损坏的可能原因.结果表明:未淹没情况下,桥梁主要受波浪砰击力作用,砰击力是造成桥梁上部结构发生损坏的可能原因;半淹没和全淹没情况下,桥梁主要受动水压力作用,倾覆力是造成桥梁上部结构发生损坏的可能原因;桥梁所受水平波浪力随着净空减小而逐渐增大,直至桥梁全淹没后趋于稳定,所受竖直波浪力则在净空为零时最大.
6 2024
主 管:教育部
主 办:华中科技大学
主 编:李元元
刊 号:ISSN 1671-4512
    CN 42-1658/N
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