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第46卷,第4期
刊出日期:2018年4月
  • 多翼离心风机跨叶轮流动数值模拟研究
    蒋博彦,王军,黄友根,李斌 p1-5
    为准确模拟多翼离心风机各工况内流特性,将定常和非定常数值计算的结果与试验数据进行了对比,结果显示:非定常计算的结果比定常计算更准确,收敛性也更好.对于高效工况及大流量工况,定常计算足以准确预测风机的性能;但对于小流量工况,则须进行非定常计算以捕捉可靠的流场.不同工况下风机内流场的进一步分析表明:部分气体在出口背压的作用下,于蜗舌处反向穿过叶道并在下游重新进入叶轮形成跨叶轮流,其规模和强度随风机流量的减小逐渐增强.该跨叶轮流动不仅封锁住部分叶轮段,改变叶轮进出口处的压力脉动特性,还进一步影响风机进气室内的流动状态.
  • 双伺服驱动高速精冲机主传动系统的运动规划
    华林,叶德金,汪小凯,刘艳雄 p6-11
    针对高速精冲过程中滑块速度和力能分配急剧变化的特点,提出一种双伺服驱动二自由度七杆机构的高速精冲机主传动系统.通过构造伺服电机柔性加减速函数,使伺服电机速度平滑过渡,结合精冲工艺要求及主传动机构尺寸参数,研究双伺服电机的运动规划方法,得到双伺服电机的运动与冲裁板厚、极限冲裁速度、电机特性的关系函数.利用ADAMS(动力学分析软件)建立主传动系统虚拟样机模型进而对整个精冲的过程进行仿真,分析不同冲裁板厚及不同极限冲裁速度下滑块的运动学特性曲线及伺服电机扭矩曲线.实验结果表明:该运动规划方法能够满足不同冲裁板料精冲工艺要求,降低伺服电机功率,提高精冲机工作效率.
  • 双层LEMs提升机构设计与分析
    邱丽芳,冷迎春,吴友炜 p12-17
    设计了基于平面折展扭转铰链(LET)和长铰链的双层平面折展机构(LEMs)提升机构,给出了设计结构,推导了长铰链的等效扭转刚度计算公式,建立了机构的伪刚体模型,并利用虚功原理推导了机构输入力与输出转角的关系式,计算了提升高度.对设计实例进行了理论计算和有限元仿真分析,得到机构提升高度的理论值及仿真值,其相对误差都在3%以内.利用聚丙烯材料按照设计尺寸制作了该双层LEMs提升机构,在滑块位移相同的情况下,机构提升高度的实测值和仿真值基本一致.
  • 引入自适应学习率的深度学习模型及其应用
    杨望灿,张培林,孙也尊,吴定海 p18-24
    为了有效利用振动信号进行故障诊断,提出了一种基于自适应学习率的深度学习的行星齿轮箱故障诊断模型.针对深度信念网络(DBN)模型中学习率通常采用全局统一的常数型参数,提出了一种根据目标函数梯度的变化情况自适应调整学习率的DBN模型.采用学习率自适应调整的学习策略,能够加快DBN模型的迭代收敛速度,同时还能提高模型的识别准确率.将引入自适应学习率的DBN模型应用于行星齿轮箱故障诊断,直接通过原始振动信号实现行星齿轮箱健康状态的识别.实验结果表明:相比于其他特征提取、分类方法以及原始的DBN模型,提出的深度学习模型能够更有效地实现行星齿轮箱的故障诊断.
  • 超声波焊接中振动传递特征与聚合物物态分析
    孙屹博,郭国庆,滕天栋 p25-29
    在聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)的超声波焊接中测量了振动传递与焊接界面温度,利用小波包分析对振动传递波形进行分解,计算了各节点能量占比,对能量主要分布的频段进行小波包单节点重构,结合温度变化实现振动传递特征的提取.结果表明:在109.375~125 kHz频段,其重构波形频率为120 kHz,当温度接近材料玻璃化温度时,振幅大幅度衰减;在温度达到峰值后,振幅出现微弱反弹,随后继续衰减,反映了材料储能模量减小的同时,损耗模量先增加后减小.经小波包分解重构的特征波形可以更为精细地划分界面完全熔合和过度熔合之间的临界点,可作为控制参数提高界面熔合的控制精确性.
  • 基于云模型的边坡风险评估方法及其应用
    杨文东,杨栋,谢全敏 p30-34
    针对边坡风险评估随机性和模糊性共存的特点,在传统模糊综合评判法(FCE)的基础上引入云模型理论,提出一种边坡风险评估方法.选取边坡坡高等7项因素作为评估风险集,将风险划分为5个等级,采用云模型来构建隶属度函数.通过正、逆向云发生器计算权系数矩阵和综合评判矩阵,利用Matlab软件直观生成评价云和“云滴”图来对比分析,综合评价得到边坡风险等级.以大崎山旅游公路边坡为例进行建模分析,将评估结果与传统模糊理论评判方法所得结果进行对比,与实地调查结果相合,分析结果表明该方法是有效的.
  • 随机土石混合体地层构造方法及其应用
    林越翔,彭立敏,王翔,雷明锋 p35-40
    基于数字图像技术及离散傅里叶变换理论,通过Matlab编制程序,实现了自然块石二维轮廓的识别、离散与重构.结合分形理论,设计了一种可根据指定块石粒径、含石率以及分形维数生成土石混合体地层模型的便捷方法.在此基础上建立了土石混合地层数值模型,并针对隧道施工过程中的地层变形特性进行了探究.计算结果表明:相比于传统均质模型,土石混合模型能够反映地层中块石对隧道掌子面挤出位移和地表沉降的影响,更真实地呈现土石混合体地层中围岩土体的变形规律;与均质模型中所描述的规则单一的塑性区不同,土石混合地层中,隧道掌子面后的塑性区发展存在明显的“绕石效应”,其扩展路径更为复杂、多元,且滑动带的路径明显延长,一定程度上增加隧道施工扰动的影响范围.
  • 涡轮阻尼器阻尼特性与轴向力特性分析
    刘承江,欧阳斌,马名中,张成亮 p41-45
    采用基于分离涡模型的计算流体力学方法计算某可调阻尼式涡轮阻尼器多个挡位、多个转速工况的内部三维黏性流场,预报了其阻尼特性和轴向力特性.阻尼器内部紊乱的流动造成其转矩、轴向力等外特性参数波动较大,大挡位工况超过10%.阻尼系数随挡位的增大而增大,除小挡位外,预报误差在5%以内.随着挡位的增大,转子轴向力增大,调节挡板轴向力也呈增大趋势.定子轴向力是一个小量,其方向与调节挡板轴向力相同.腔内复杂的不对称流动造成各挡板块受力不均,但每块挡板的轴向力均呈周期性变化,平均值相差±2.5%以内.大挡位高转速工况产生较严重空化,而小挡位时空化较弱.
  • 基于叠加原理的反射波分离方法及其验证
    吴静萍,张敏,邹早建 p46-51
    基于波形叠加原理,利用实验水槽造波的稳定性和重复性,提出了一种使用单支固定浪高仪的反射波分离方法.在一小型波浪水槽中进行实验,模型为竖直穿透水面的立板,入射波为二阶Stokes规则波,垂直于平板入射.在模型前固定放置浪高仪,用于测量波面抬高时历曲线.为了验证反射波分离方法的有效性,首先对反射系数已知为1的全反射立板模型进行实验,采用反射波分离方法得到的反射系数接近于1.然后,采用该方法处理一块透空的竖直穿透水面立板的反射系数,并将其与相近模型的解析结果和实验结果进行比较,相互符合较好,进一步验证了确定反射系数方法的有效性.
  • 基于无奇异边界元法波物相互作用数值模拟
    徐刚,陈静,王树齐,朱仁庆 p52-56
    为了解决传统求解非线性波物相互作用计算量大和精度低的问题,采用时域二阶势流理论方法,对三维非波物相互作用问题进行研究.自由表面边界条件考虑到二阶边界值问题并采用IFBC(积分格式的自由面条件)来更新自由面上的速度势;在水底基于镜像的原理对格林函数进行修正;在远方辐射边界上采用水波透射器来外传绕射波;控制方程的离散求解是使用无奇异边界元方法来计算每个时间步上的流场分布.基于上述模型,对直立圆柱的二阶绕射问题进行了研究,得出的各阶力与解析解在低频和高频部分都符合得较好,可以用于分析类似非线性波物相互作用问题.
  • 具有非线性PTO的波能装置水动力及获能分析
    国威,周念福,王树齐,赵桥生 p57-62
    运用计算流体力学(CFD)方法对系泊双浮体波浪能装置的水动力及PTO(动力输出装置)非线性出力特性进行模拟和分析,利用VOF(流体体积分数)方法结合动网格及刚体求解技术模拟波浪生成及浮体运动,分析了不同速度指数的非线性动力输出装置下波浪能装置的水动力及获能特性,并与线性PTO的特性进行对比.在此基础上提出一种组合控制模式,可使波浪能装置在较大的PTO阻尼系数范围内维持较高的俘获宽度比.
  • 舰船磁场测量中坏点磁场的等效源预测方法
    张朝阳,虞伟乔,衣军 p63-67
    针对消磁站部分测磁探头损坏形成坏点而影响舰船磁场准确测量的问题,提出了以磁偶极子阵列为等效源的坏点磁场预测方法.该方法通过提取正常测量点的磁场信息,建立了基于磁偶极子阵列的舰船等效磁模型,利用PSO(微粒群优化)算法求解出模型参数,由此推算出其他测量点的磁场值,实现了坏点磁场的预测.船模实验研究结果表明:该方法可以准确预测坏点磁场,并且具有较好的稳定性,能满足实际工程的应用要求,坏点分布特性和舰船磁场变化特征均对预测精度有一定的影响.
  • 典型瞬态声信号倒谱域时延估计方法
    余文晶,何琳,徐荣武,崔立林 p68-73
    提出一种两通道典型瞬态信号时延估计方法.在低信噪比条件下,分别对每个通道的接收信号进行倒谱计算,然后对倒谱序列进行经验模态分解(EMD),第一阶分量中幅值最大的脉冲尖峰即对应瞬态信号到达时刻.在高信噪比条件下,先提取瞬态信号并补偿至时间原点,再进行倒谱计算和峰值搜索.利用美国海军水下战中心给出的典型瞬态信号模型进行理论分析、数值仿真以及水下系泊试验,结果表明:与传统时延估计方法相比,提出的倒谱域时延估计方法适用于各种信噪比环境,能有效提高两通道瞬态信号间时延估计精度.
  • 漂浮基空间机械臂抗死区与摩擦的动态面控制
    黄小琴,陈力 p74-79
    针对存在关节力矩输出死区、摩擦与外部干扰的漂浮基空间机械臂系统,提出一种基于高斯模糊基的自适应动态面控制,使两关节铰能够跟踪期望运动轨迹.利用摩擦双观测器估计不可测的内部摩擦状态;设计动态面避免反演法带来的计算膨胀问题,简化计算;应用模糊逻辑函数逼近包含死区误差与外部干扰在内的动力学不确定项,并采用自适应律调整高斯基权值矩阵和LuGre摩擦参数.李雅普诺夫理论证明系统半全局最终一致有界.仿真结果为两关节铰的轨迹跟踪误差在仿真2 s之后均小于0.2°,表明控制方法有效.
  • 花瓣型胶囊机器人空间转弯磁矩研究
    迟明路,张永顺 p80-85
    为降低对肠道的扭曲作用,提出一种扭转力矩效应花瓣型胶囊机器人,实现了机器人与肠道隔离.对弯曲环境约束下的机器人运动学进行分析,建立万向旋转磁矢量空间磁力矩模型.为了实现胶囊机器人转弯时的流体扭转力矩在线检测,提出一种弯曲环境内临界耦合转弯磁矩检测方法,以俯仰力矩为目标函数,通过主要目标法对转差角和水平夹角进行优化.研究结果表明:在一定水平夹角和转差角范围内,机器人俯仰力矩均减小,降低了机器人摆动,提高了转弯稳定性;该机器人显著减小了转弯时对肠道的扭曲作用,提高了非接触驱动性能和肠道内驱动安全性.
  • 基于CPG的仿海蟹机器人浮游步态生成方法
    王海龙,张奇峰,王刚,李彬 p86-91
    结合仿生游动机理,针对游泳桨推进仿海蟹机器人提出一种基于中枢模式发生器浮游步态生成方法.采用可独立控制频率、幅值、相位延迟和时间非对称系数的一类非线性振荡器作为节律信号发生器,通过最近相邻耦合的方式构建了仿生游动的链式中枢模式发生器(CPG)运动控制模型,并分析了振荡单元平衡点的性态,证明了振荡器极限环存在的唯一性和稳定性;在此基础上,引入三个顶层控制信号作为CPG网络的激励,分别用来控制机器人的游动速度、转艏速率和浮潜速率,实现了仿海蟹机器人的三维游动控制.实验结果显示样机具有一定稳定性和机动性,机器人的直线游动速度和转艏速度随着游速控制系数和转艏速率控制系数的增加而增大,最大直线游动速度可达0.41 BL/s,最大原地转艏速率可达1.7 rad/s.仿真及实验结果验证了此中枢模式发生器模型的可行性与所提控制方法的有效性.
  • 新型混联骨盆支撑机构的设计及力场分析
    嵇建成,郭帅,奚风丰,吴华 p92-98
    为帮助患者恢复运动能力,提出一种用于平衡训练的新型混联六自由度骨盆支撑机构.首先介绍了混联六自由度骨盆支撑机构的结构;其次提出一种简化混联机构的等效方法计算位姿正反解,建立了速度雅可比矩阵;最后基于雅可比矩阵进行机构的力场分析.结果表明:该机构在规定的工作空间内能提供合适的反馈力场,解决了机器人机械结构与人体生理结构差距较大造成运动轨迹不自然的问题.对照试验结果表明:相比于传统康复手段,该机构能显著提高患者的平衡能力.
  • 高公平性的OFDMA自适应资源分配方案
    袁建国,张芳,王永,庞宇 p99-104
    针对基于速率自适应准则的正交频分多址自适应资源分配中系统容量和用户公平性的不兼容性问题,提出一种高公平性的自适应资源分配方案.该方案通过基于高公平性的子载波分配算法和基于模拟退火的人工蜂群算法的功率分配实现.在子载波分配算法中,通过引入比例因子 ,将子载波分为两部分,首先选取 个子载波分配给速率比例低的用户,以保证用户间的高公平性;然后将剩余子载波分配给信道增益最高的用户,且每个用户最多只能分配一个子载波,以提高系统容量.在功率分配中,利用基于模拟退火的改进人工蜂群算法实现在所有用户之间的功率寻优,以此获得更大的系统容量.仿真结果表明:所提出的方案不仅保证了用户之间的高公平性,而且有效增加了系统容量,证明了该算法的有效性.
  • 氧化锌基纳米材料光降解亚甲基蓝的活性研究
    程红,宋怀兵 p105-109
    采用湿化学方法合成纳米ZnO粉体.利用光催化反应仪,以亚甲基蓝作为模型污染物,用紫外-可见分光光度计研究其光催化降解有机染料的过程.分别考察pH值、常见无机阴离子(NO3-,SO42-)、卤素离子(F-,Cl-,Br-)及不同合成方法对ZnO光催化活性的影响,并用傅里叶红外光谱仪对ZnO的光催化反应机理进行了探讨.试验结果表明pH=10是ZnO光催化的最优酸度.在溶液中加入无机阴离子(NO3-,SO42-)和卤素离子(F-,Cl-,Br-)均会不同程度地抑制光催化效果,抑制作用表现为NO3->SO42-,卤素离子抑制作用表现为Br->F->Cl-.
  • CE-QUAL-W2模型中汞循环模块的嵌套及应用
    朱森林,张忠龙,杨国录 p110-114
    将汞的循环模块与CE-QUAL-W2模型进行耦合,用于模拟水体中汞的输移与循环过程.CE-QUAL-W2模型中汞循环模块可以模拟的物理及生物化学过程包括:汞种类与多组分的固体颗粒的吸附与解吸,沉降及再悬浮,吸附态的汞在底泥层的掩埋,水体与底泥层的扩散交换、挥发,以及汞种类之间的生物地球化学转化.采用2007及2008年万山汞矿区下溪河的实测资料对模型进行验证,模拟结果表明CE-QUAL-W2模型可以较好地模拟下溪河的总汞和甲基汞的迁移转化特征,汞模拟结果的相对误差一般在10%以内.该试验也表明CE-QUAL-W2模型可以用于预测分析水体中复杂的汞的输移与循环过程.
  • 污泥流化床水蒸气气化焦油化学组成研究
    解立平,秦梓雅,张琲,杜金山 p115-120
    通过污泥流化床水蒸气气化试验,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)研究了气化温度和气料比S/B(水蒸气与污泥的质量比)对焦油产率和化学组成的影响.试验结果表明:污泥水蒸气气化焦油产率随S/B值的增加而增加,且在较低的S/B值下(S/B=1.1,1.5),焦油产率随气化温度的升高而升高.多环芳烃的产率随气化温度的升高而升高,且在800 ºC和850 ºC处随S/B值的增加而升高.当气化温度为800 ºC和850 ºC时,焦油中芳香烃衍生物和杂环化合物的主要组成分别为含氮芳烃和含氮杂环,且当S/B=1.5时,两者的产率均随气化温度的升高而降低.
  • 新型生物炭基催化剂催化甘油合成碳酸甘油酯
    赵丹丹,王舒笑,单锐,罗光前 p121-126
    以固体废弃物核桃壳生物炭为原料,制备了一系列廉价、高效的固体碱复合催化剂,并应用于甘油和碳酸二甲酯的酯交换反应试验.催化剂通过扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线衍射、N2吸脱附、傅里叶变换红外光谱及Hammett指示法进行表征;同时对催化剂的制备条件、催化反应条件及重复利用进行了分析.试验结果表明:催化剂30K/WB-600展示了最优的催化活性,当反应中催化剂的质量分数为5%、碳酸二甲酯/甘油摩尔比为4:1、反应时间为90 min、反应温度为80 ℃时,甘油的转换率达到98.3%,甘油碳酸酯的产率达到94.6%;经过5次循环利用后甘油转换率为94.2%,甘油碳酸酯产率为85.2%;催化剂的失活主要是由于少量K离子的流失.
  • 工程车辆双风扇冷却模块散热性能数值仿真
    刘佳鑫,王宝中,秦四成,蒋炎坤 p127-132
    为了解并联式双风扇冷却模块散热性能特征,研究了冷却风扇转速与散热器性能之间的关系特征.以国内某型双钢轮振动压路机为研究对象,用计算流体力学(CFD)与虚拟风洞相结合的方式,对原始方案进行分析,将分析结果与试验结果相对照,验证仿真方式的正确性和有效性.在尽量保持散热功率相近的前提下,采用“大迎风面、低厚度散热器、并联式双风扇”散热方案,对方案进行数值仿真.结果表明:原始方案中,仿真与试验最大误差为4.07%,最小误差为2.83%,在可接受范围内;风扇A和B分别对冷却液和液压油散热器性能影响较为明显;双风扇方案中,中冷器性能与风扇转速呈现非线性特征,当转速相同时,中冷器性能有所提升,当均为1 900 r/min时,热流体出口温度与原方案较为接近;双风扇转速组合特征可依据工况变化进行调整.

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

邮发:国内 38-9

   国外 M 487

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