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第46卷,第6期
刊出日期:2018年6月
  • 基于约束规划的焊接车间多资源约束调度研究
    孟磊磊,张超勇,邵新宇,任亚平 p1-7
    为求解焊接车间多资源约束调度问题,以最大完工时间最小化为目标,根据该问题特性首先建立了该问题的混合整数规划(MIP)模型,然后提出了求解该问题的约束规划(CP)模型.在该CP模型中,以区间变量和顺序变量为决策变量,使用累计函数建立共用焊机约束以及峰值功率约束.通过使用CPLEX的CP引擎对具体实例进行求解,验证了该模型的可行性和有效性.试验结果表明:在最大完工时间变化不大的情况下,可以有效控制峰值功率.
  • 球磨时间对等离子烧结Al2024-TiN复合材料的影响
    李冰,蔡启舟,孙飞,赵炳怡 p8-13
    采用高能球磨(HEM)和放电等离子烧结(SPS)工艺制备了纳米颗粒增强超细晶Al2024-TiN(2%TiN)复合材料,研究了球磨时间对球磨后复合粉末形貌和组织以及对烧结后复合材料组织和性能的影响.结果表明:粉末形貌随着球磨时间而发生变化,当球磨时间大于30 h时,铝粉末的形貌和粒径不再发生明显变化,晶粒尺寸也稳定在36 nm左右,但粉末堆积密度随球磨时间延长而增加;随着球磨时间增加,烧结样的相对致密度逐渐上升,其屈服和抗压强度先上升后下降,球磨40 h的烧结样的强度最高,屈服和抗压强度分别为734.2 MPa和871.6 MPa,仍保有10%的工程应变;具有相同晶粒尺寸的球磨40 h和50 h的粉末在烧结过程中发生了不同程度的晶粒长大,烧结后晶粒尺寸分别为145.4 nm和289.2 nm,球磨50 h的粉末晶粒长大更明显.
  • Ti6Al4V合金粉末热等静压Shima屈服准则修正
    殷亚军,张朋,周建新,史玉升 p14-19
    采用三种不同的热等静压工艺620 ℃/80 MPa,775 ℃/100 MPa和930 ℃/120 MPa,制备了初始密度不同的Ti6Al4V合金试样.建立了综合考虑偏应力与静水压力作用下粉末材料热等静压作用下的屈服准则,基于不同初始密度的多孔试样的单轴实验,修正了传统的Shima屈服准则,并结合立方体测试件对修正的屈服模型进行了验证.结果表明:单轴实验参数可以有效修正Shima屈服准则,基于修正屈服准则的数值模拟结果与实验结果的误差在5%以内,有效验证了修正后的屈服准则的可靠性.
  • 汽轮机末级空心叶片热拉延成形研究
    向荣,周杰,刘杰,李鑫 p20-25
    针对传统的热压成形工艺不适合成形具有变截面复杂型线、大尺寸的空心叶片的问题,提出了一种适用于大尺寸、变截面复杂型线空心叶片的热拉延成形工艺.该工艺采用“上模-压边圈-下模”的结构形式,当叶片成形时压边圈与上模对加热的板料有力的作用,有效限制了叶片在成形过程中的自由流动,使材料得到较好变形,减少由于材料自由流动导致的回弹和扭曲.通过数值模拟分析了热拉延成形后叶片的成形质量和回弹量规律,确定了一组优化的成形工艺参数.根据得到的工艺参数进行了零件试制,通过回弹补偿最终得到满足产品质量要求、成形状态良好、尺寸精度较高的叶片背弧及内弧.
  • 卵磷脂润滑对CoCrMo合金摩擦行为的影响
    郭飞飞,董光能,金守峰,唐光海 p26-30
    选用卵磷脂作为研究介质,通过三种分散方法制备了不同粒径的脂质体润滑剂,借助销盘式摩擦磨损试验分析了脂质体粒径和浓度对人工关节用CoCrMo合金摩擦行为的影响.在此基础上,进一步分析了不同载荷作用下脂质体润滑性能的变化,结果表明:通过组合超声分散方法制备的脂质体平均粒径尺寸最小(约为217.2 nm),其润滑作用下的配副摩擦系数约为0.11,相对于牛血清白蛋白(BSA)润滑下的摩擦系数降低了26%;当脂质体质量浓度在0.1~0.5 mg/mL之间变化时,配副摩擦系数随着质量浓度增加而降低(由0.27降至0.11);在不同载荷(2~10 N)作用下,脂质体表现出良好的承载性能及润滑效果,配副的摩擦系数均在0.10左右波动,接触界面吸附的脂质膜发挥了减摩耐磨作用.
  • 倒置式轴承动特性试验台建模及参数识别精度
    陈润霖,王建磊,袁小阳,刘凯 p31-37
    针对滑动轴承倒置式试验台,建立了轴承转子动力学模型和动特性系数测试的频域模型,提出了基于正反动力学仿真的动特性系数识别的精度评估方法,重点分析了测试误差和激振频率对动特性系数识别精度的影响.结果表明:刚度阻尼系数的识别误差与幅值误差的大小基本成正比;相位误差对主刚度和交叉阻尼影响很小,对交叉刚度和主阻尼影响较大;当同时存在幅值和相位误差时,对动特性系数识别精度的影响为两种误差单独影响效果的叠加.当采用单频激振法测试轴承动特性时,宜在低频和共振频率附近分别进行两次测试.低频范围内主刚度和交叉阻尼识别数据较为可信,而在共振频率附近主阻尼识别误差小;交叉刚度对相位误差敏感,只有当相位误差很小时识别结果才较为可信.
  • 复合电源系统电动汽车性能敏感度研究
    肖朋,全书海,童乔凌,谢长君 p38-42
    为研究锂电池与超级电容复合电源系统配置和电动汽车性能的关系,提出了单因素变化敏感度分析方法.建立了基于功率跟随式能量控制策略的锂电池与超级电容复合电源系统仿真模型,研究复合电源系统配置变化对电动汽车性能的影响.仿真结果表明:锂电池串联数量对电动汽车性能影响很小,敏感度在-0.041~0.099之间;超级电容串、并联数量对电动汽车最高车速影响较大,敏感度在0.180~0.277之间;超级电容串联数量对电动汽车加速性能影响最大,敏感度在-0.862~-0.650之间;超级电容并联数量对加速性能影响较大,敏感度在-0.289~-0.154之间;复合电源系统配置对能耗影响很小,敏感度在-0.041~0.057之间.实验测试结果验证了结论的有效性,可为改善电动汽车性能提供设计依据.
  • 射流离心式自吸泵外场流体动力噪声特性分析
    郭荣,李仁年,张人会,宋启策 p43-48
    在非稳态湍流模型LES(大涡模拟)数值计算基础上,运用声学有限元及有限元声振耦合方法对Jet750G1型的射流离心式自吸泵外场流体动力噪声进行计算,分析三个典型工况下各过流部件诱发的外场噪声贡献和辐射特性.建立了流体动力噪声实验系统,用水听器测试泵出口处的噪声信息,结果表明:导叶偶极子声源对外场噪声的贡献最大;外场流体动力噪声在轴面上呈现明显的偶极子对称分布特性,泵体本身的结构特点使极小值出现在旋转轴方向;泵在非额定工况下运行的叶轮辐射声功率较额定工况明显提高,但定子部件辐射声功率随工况变化较小;泵体结构的固有频率和泵内流体的压力脉动相互作用是外场噪声产生的主要原因.
  • 基于禁忌搜索算法的船舶舱室智能布局设计
    王运龙,吴张盼,李楷,魏豪 p49-53
    为提高船舶舱室布置的自动化、智能化水平,建立了船舶甲板布置区域模型和包括相对位置目标、绝对位置目标及人机工程约束目标的多目标优化数学模型.在建立模型的基础上,针对船舶舱室布局优化设计的特点提出了一种基于多初始解共同进化和模拟退火算法Metropolis接受准则相结合的改进的禁忌搜索优化算法,新算法可有效减少禁忌算法对单一初始解的依赖性,加快算法的收敛.最后运用建立的优化模型和改进后的禁忌搜索算法进行了仿真实验,实验结果验证了模型的可行性和改进的禁忌搜索算法性能的优越性,可有效缩短传统的舱室布置设计周期,提高设计质量.
  • 基于整体挠度的船体板成形参数预报系统
    王顺,汪骥,刘玉君,李瑞 p54-58
    为了弥补厚板和大曲率板的计算误差较大的缺憾,在局部变形的基础上以挠度的形式考虑整体变形,开发了基于整体挠度的船舶外板成形参数预报系统.在分析船舶外板成形特点和检测标准的基础上,提出了一种考虑整体挠度的水火弯板成形工艺预报优化算法.设计了系统的功能构架,系统提供了简单直接的可视化界面,可快捷地预报板件成形工艺参数.预报系统在某集装箱船外板成形中得到应用验证,结果证明预报系统可提供合理可靠的成形参数,提高成形效率,为将样板检测结果直接用于二次加工工艺参数预报提供了依据.
  • 基于AHPSO算法的无人艇多目标路径规划
    冯辉,刘梦佳,徐海祥 p59-64
    为达到在实际水流环境中减小无人艇的能耗和保证无人艇安全等目标,提出一种自适应混合粒子群(AHPSO)算法用于无人艇的全局路径规划.首先,根据实际水流中无人艇路径能耗等因素,提出路径规划的目标,建立多目标优化方程;其次,分析适用于全局路径规划的粒子群算法,将全局与局部粒子群算法结合,生成混合粒子群算法;最后,针对标准粒子群算法早熟收敛等问题,采用自适应原理来改变惯性权重和加速系数,有效提高算法的寻优速度和精度.仿真结果显示:所提出的算法比单独采用全局或局部标准粒子群算法有更好的寻优性能,可实现多目标优化,更适用于实际水流环境中的无人艇路径规划.
  • 翼身融合水下滑翔机翼梢小翼减阻效应研究
    吕达,宋保维,姜军,黄桥高 p65-70
    针对翼身融合水下滑翔机,利用计算流体力学方法,获得了加装翼梢小翼前后水下滑翔机的流体动力特性.以翼梢小翼高度、前缘后掠角、外倾角为外形参数,对比得到不同翼梢小翼外形与减阻效率之间的关系.通过观察有翼梢附近的尾部流场,对翼身融合的水下滑翔机翼梢小翼的减阻原理进行了分析.不同翼梢小翼减阻效果对比表明:在速度一定的条件下,翼梢小翼会对水下滑翔机翼梢尾部流场涡的形成产生显著影响,合理的翼梢小翼能降低翼尖涡强度,抑制涡的产生,在一定攻角范围内达到减阻效果.
  • 肥大型U尾船舶标称伴流特性SPIV试验研究
    郭春雨,吴铁成,骆婉珍,龚杰 p71-75
    应用适用于大型拖曳水池的拖曳水下立体粒子图像测速(SPIV)测量系统,对某肥大型U尾船舶进行了螺旋桨盘面处标称伴流特性试验.基于立体粒子图像测速技术,获得了桨盘面处标称伴流速度场、湍动能和雷诺应力等湍流特征,以及涡量、漩涡结构等漩涡特征.测量结果展现了“钩状”伴流场速度分布、舭涡、毂帽涡分布,与尾部相似的U型特征湍动能、雷诺应力等湍流特征分布,以及舭涡、毂帽涡涡量值与涡结构分布,船舶伴流场特性与KVLCC/KVLCC2等U型尾肥大型船舶尾流场特性符合.最后,应用计算流体动力学(CFD)方法对双涡结构生成、传递等演化过程进行了辅助分析,印证了螺旋桨盘面处舭涡、毂帽涡双涡特征的来源;结合CFD涡流演变特征与试验测量结果总结了伴流流动特征,SPIV测量结果清晰展示了肥大型U尾船舶的标称伴流特征.
  • 求解声辐射特性的Burton-Miller改进型积分方程
    刘宝,唐宇航,王德石 p76-80
    提出了一种求解结构声辐射问题的Burton-Miller改进型边界积分方程,利用拉普拉斯方程的特性对传统边界积分方程及其法向偏导方程进行处理,转化其中与频率相关的高阶奇异积分项和柯西型积分项分别为弱奇异积分项和不含奇异性的积分项;进一步联立求解结构内外拉普拉斯问题下的边界积分方程,将与频率无关的高阶奇异积分项和柯西型积分项转化为弱奇异积分乘积的形式,以保证计算的精度.以脉动球源和横向振动球源为例,将所得结果与传统边界积分方程相比较,表明该方法不仅可以保证全波数范围内解的唯一性,且具有很高的计算精度.
  • 孤立波在复合斜坡上浅水变形的CIP模拟
    何广华,油锐,王佳东 p81-85
    基于约束插值剖面(CIP)方法建立二维数值水槽,用更接近实际地形的复合斜坡来模拟岸坡,将波浪-岸坡-空气的相互作用问题通过多相流模型进行求解.运用双曲正切插值(THINC)法捕捉自由面,虚拟粒子法重构物体表面,对孤立波的近岸变形、破碎和水气掺混等强非线性复杂现象进行了分析.首先,对建立的数值水槽的造波性能进行了验证;然后,针对不同入射波高的孤立波在复合斜坡上的行进和演变展开了模拟,分析了孤立波在复合斜坡上的演变过程,并与相应的实验结果进行了对比,符合较好;最后,探究了复合斜坡的转折点对自由面抬升和速度场的影响.结果表明基于CIP法建立的数值模型可以很好地模拟孤立波在复合斜坡上复杂的浅水变形过程.
  • 脉冲参数对深水桥梁高桩基础地震响应的影响
    江辉,王宝喜,李辰,王敏 p86-93
    以某大型深水梁式桥为背景,采用改进的附加质量简化算法模拟动水效应,建立高桩基础主墩的数值分析模型.生成包含脉冲型低频运动的近断层地震动,开展了多工况下的动力时程分析,系统讨论并提炼了脉冲峰值A、脉冲形状参数γ、脉冲相位v和脉冲频率fp等四类参数对结构地震响应的影响规律.结果表明:结构动力响应随A增大而近似线性增大,随γ和fp增大均先增大后减小,随v增大先减小而后增大.结合反应谱分析可发现:四类脉冲参数的影响方式、范围和强度各有差异,结构自振特性与地震波频谱特性间的相关性是影响结构响应的重要因素.对于近断层甚至跨断层深水桥梁的抗震设计,有必要综合分析潜在的脉冲型地面运动的影响.
  • 横流中垂直出流式多孔射流稀释特性研究
    高猛,槐文信,曾玉红 p94-98
    运用两相流混合模型对横流中垂直出流式多孔射流进行数值模拟,并结合室内水槽实验的实测结果,验证了该模型能够较好地预测横流中多孔射流的浓度场.针对实验和模拟结果,给出了中心纵剖面浓度分布、射流轨迹线以及浓度的沿程变化规律,分析了水深和流速比对多孔射流稀释特性的影响.通过数值模拟计算结果,观察到多孔射流的分叉和融合现象,可以定量地分析多孔射流的融合位置及其浓度的变化,为扩散器的理论研究和设计提供可靠的依据.
  • 二阶波-流和结构物相互作用的高阶有限元分析
    魏艳,王赤忠 p99-104
    基于时域二阶势流理论,采用基于三次形函数的高阶有限元法分析波流和结构相互作用问题.一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件,开边界条件采用人工阻尼区来保证外传波条件.用四阶Adams-Bashforth格式并配合时步处理来计算自由表面上的波和速度势,在每一时步,一、二阶速度势通过有限元法计算求得.对位于均匀流中的水平半圆柱体在水面的绕射问题进行了数值模拟,计算自由表面波时间历程和圆柱所受到的波浪力,分析了水流对一、二阶波及作用在结构物上的一、二阶水动力的影响,结果表明:上游和下游区域二阶波均随傅氏数增大而增大,当较大无因次波数时二阶力也均随傅氏数增大而增大.
  • 冰桨接触过程中的遮蔽效应分析
    王超,熊伟鹏,叶礼裕,李兴 p105-110
    考虑冰桨接触过程中前桨叶对冰结构的破坏,对后桨叶受的冰载荷产生较大影响,分析是由遮蔽效应导致,为了研究冰桨接触过程中遮蔽效应的影响,基于近场动力学和面元法耦合建立冰桨接触预报数值模型,实现冰桨切削动态变化过程的数值仿真.对比不同进速系数下螺旋桨叶面叶背载荷,探究冰桨接触工况下遮蔽效应产生的原因.分析了冰桨接触过程中遮蔽效应的影响因素,提出了遮蔽系数的计算公式,分别计算不同工况下的遮蔽系数,计算结果表明遮蔽系数计算公式的结果很好地预报了遮蔽效应对冰桨接触的影响程度.
  • 铜微互连线原子迁移仿真研究
    宿磊,邵杰,廖广兰,史铁林 p111-115
    研究具有弯折结构的铜微互连线在不同条件下的原子迁移现象,基于原子通量散度理论构建了结构-热-电耦合的多物理场有限元模型,静态分析了铜微互连线结构的电流、温度及应力分布情况,动态模拟了原子迁移全过程.分析了原子迁移过程中电迁移、热迁移及应力迁移各自的作用,揭示了电流密度、环境温度、退火温度和缺陷对原子迁移行为及寿命的影响规律.分析仿真结果发现:电迁移和应力迁移在原子迁移过程中促进了孔洞的生长且占主导作用,热迁移起到了一定抑制作用但所占比例不大.
  • 基于滤波器阶数估计的卷积盲分离算法
    付卫红,李丹 p116-121
    为解决时域卷积盲分离中存在的初值选取以及方阵局限问题,提出了一种基于滤波器阶数估计的非正交联合块对角化算法.该算法通过对观测信号自相关矩阵的相邻特征值比值设阈值,实现了滤波器阶数的估计和对角块个数以及维数的自适应选取;引入预白化对非方阵的等效混合矩阵进行降维处理,消除了非正交联合块对角化算法中等效混合矩阵必须为方阵的局限性.仿真结果表明:提出的滤波器阶数估计方法准确率高,有效解决了非正交联合块对角化算法在卷积混合盲分离中的初值选取问题,并且分离效果要优于经典非正交联合块对角化算法和多目标优化非正交联合块对角化算法.
  • 打印-扫描不变量结合双域的文本水印算法
    姚寒冰,魏木鑫,周俊伟,李勇华 p122-127
    提出一种打印-扫描不变量和双域相结合且抗打印-扫描的文本图像水印算法.该算法首先将文本图像字符进行切分,并分组为嵌入部分、调整部分和去除部分.然后用嵌入部分的打印-扫描不变量构造特征值矩阵,并进行离散余弦变换,在变换域内根据水印编码序列和阈值等参数修改高频系数,使逆变换矩阵和原矩阵差异最小.利用差异求出嵌入部分字符要翻转的黑色像素量,并在空间域根据优化后的翻转方案进行翻转;同时将调整部分翻转相反的黑色像素量,以保持文本图像黑色像素量的均值不变,从而实现水印信息的嵌入.实验结果表明:提出的水印算法对缩放攻击及打印-扫描等具有良好的鲁棒性,并具有较好的视觉效果.
  • 基于费拉里法的Delta机器人动态目标抓取算法
    苏婷婷,张好剑,王云宽,秦晓飞 p128-132
    针对Delta并联机器人难以在运动环境下有效分拣动态目标的问题,提出了基于费拉里法的动态目标抓取算法.首先,利用3-4-5次多项式运动规律进行了轨迹规划,并对轨迹的不同情况进行了分析.然后,对运动环境下的目标抓取问题建立了数学模型,并针对该数学模型提出了基于费拉里法的动态目标抓取算法.算法测试结果表明:该算法能精准地计算抓取位置,速度快,能满足实时性要求,且无须设置初值,使用便捷.样机实验结果表明:利用该算法能使Delta机器人以90次/min的速度进行动态目标抓取,证明了算法的准确性与稳定性.

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

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