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第47卷,第3期
刊出日期:2019年3月
  • R410A在5 mm管内的沸腾换热及压降特性
    梁翛,蔡德华,邓佳驹,何国庚 p1-6
    为了研究制冷剂R410A在5 mm内螺纹铜管内的沸腾换热及压降特性,以磁驱泵提供循环动力、均匀缠绕在测试段上的电加热丝提供热量以及冷水机组提供循环冷量的方式搭建了测试实验台,并对R410A在5 mm内螺纹管内的流动沸腾换热系数及压降进行了测试.分析讨论了不同蒸发温度下,制冷剂质量流量密度和管壁热流密度对管内制冷剂流动沸腾换热系数以及压降特性的影响.研究结果表明:5 mm内螺纹管内R410A的流动沸腾换热系数分别在质量流量密度位于191.28和344.3 kg/(m2•s)处达到峰值;其流动沸腾换热系数随着管壁热流密度增大最初呈现增大的趋势,在热流密度>30 kW/m2后逐渐平稳;而R410A在5 mm内螺纹管内的压降均随质量流量密度和管壁热流密度的增大而增大,其中压降和管壁热流密度的关系呈较为明显的线性变化.
  • 泵喷推进器低噪声优化设计
    张明宇,王永生,林瑞霖,靳栓宝 p7-12
    以某水下无人潜航器为研究对象,在验证所用方法可信性的基础上运用旋转机械三维反问题设计方法、计算流体力学及计算声学等方法对泵喷推进器进行以降低噪声为目的的优化设计.研究结果显示:对泵喷推进器叶轮施加侧斜、纵斜及叶稍卸载可有效削弱叶轮和导叶之间的相互作用,进而明显降低了叶轮辐射噪声,通过进一步缩短叶轮的叶顶弦长来降低叶轮与导管内壁面之间的相互作用,泵喷推进器静止部件噪声和推进器总噪声均显著降低.
  • 基于埃尔米特转换高斯模型的波浪统计分析
    韩端锋,崔婷,袁利毫,昝英飞 p13-18
    基于南海浅水海域三组不同有义波高下的海浪时域实测的数据,通过埃尔米特模型这一转换高斯过程模型,进行了波浪参数的概率统计分析.对三组数据的周期、波高和局部极值进行了概率分布计算并得到了波浪参数的边缘和联合概率分布函数图.还就埃尔米特模型的计算结果与高斯过程的理论值以及实测数据的分布情况进行了对比,结果显示:相比高斯过程,埃尔米特模型计算得到的波浪参数的概率分布与真实海浪的分布情况更为相符.
  • 基于魔术公式的磁流变阻尼器参数化模型研究
    潘炜,闫政涛,楼京俊,朱石坚 p19-24
    为更好地描述磁流变阻尼器滞环等非线性特性,将修改的魔术公式引入磁流变阻尼器建模中,建立了新的磁流变阻尼器魔术公式模型.分析了模型参数与电流和外部激励之间的耦合关系,利用遗传算法对该模型参数进行辨识.将与阻尼器实验数据拟合的魔术公式模型,在不同工况下与目前常用的现象模型进行了仿真对比和误差分析.结果表明:新模型结构简单,能更好地描述阻尼力与外部激励之间的耦合关系,参数辨识方便快捷,各工况下精度较高,具备较好的适应性和通用性.
  • 面向智能船舶的自校正加权融合估计算法
    徐海祥,周志杰,韩鑫,李文娟 p25-30
    针对智能船舶多传感器系统因未知海洋环境干扰和设备间干扰等因素,导致一个或数个传感器产生间歇性随机故障,进而导致融合估计结果出现偏差甚至失真的问题,设计了一种自适应加权融合估值算法,并引入了衰减记忆因子降低旧测量数据对融合估计的影响权重.为增强融合估值器对于量测故障信号的容错性,添加了故障检测与校正模块对量测信号进行检测与校正.为了验证算法的容错性能和融合估计的精度,对带有间歇性随机故障的三传感器系统进行了仿真实验,并与改进前的自适应加权融合结果进行了对比.结果表明:对于带间歇性随机故障的多传感器系统而言,设计的自校正加权融合估计算法不仅具有鲁棒性,而且具有较高的融合精度.
  • 基于TR-PIV的刚性楔形体入水砰击载荷研究
    周广利,佘文轩,郭春雨,吴铁成 p31-37
    针对物体入水问题,提出了一种基于时间解析粒子图像测速(TR-PIV)技术的刚性楔形体入水砰击载荷评估方法.通过高频率的TR-PIV测试系统得到砰击瞬时流场的流动信息,以此为基础采用分块多路径积分方案求解不可压缩纳维-斯托克斯方程重构砰击载荷.试验研究了刚性楔形体以垂直速度入水时的砰击载荷分布,并将试验结果与基于势流理论的二维楔形体入水问题解析解进行对比,验证了楔形体入水过程中基于TR-PIV技术进行砰击压力重构的准确性.结果表明:流场速度峰值主要分布在堆积区域,在砰击初期,该区域内流速迅速增加,约在10 ms后流速逐渐降低并趋于平稳;压力场重构结果显示压力峰值同样始终分布在堆积区域,并沿着楔形体壁面向下迅速下降.
  • 仿鱼类游动模式下的摆动翼水动力性能研究
    冯亿坤,苏玉民,宿原原,刘焕兴 p38-43
    以二维NACA0012水翼为计算模型,基于计算流体力学(CFD)方法,采用RNG k-ε湍流模型,利用动网格技术,数值计算了不同斯特哈尔数(St)下正弦摆动模式(SM)水翼的平均推力系数,通过与实验对比,验证了计算方法的有效性.基于鱼类身躯的柔性波动,建立了仿鱼类摆动模式(FM)水翼的动力学模型,探讨了不同侧向平移幅值下,两种模式水翼的推进性能.计算结果表明:FM水翼的平均推力始终大于SM水翼,侧向平移幅值为0.8c (c为水翼弦长)处,有最大增量7.2%.尾涡分析表明:侧向平移幅值较小时,两种模式水翼脱落涡呈反卡门涡街形式,FM水翼脱落涡强度高、耗散快;随着侧向平移幅值增大,涡系诱导作用增强,侧向射流增强.
  • 水下航行体兴波尾迹的快速分析法
    何广华,王正科,刘双,田乃文 p44-48
    为了预报水下航行体运动引起的水力特征尾迹,建立了一种水下航行体兴波尾迹和兴波阻力的快速分析模型,其Rankine源项采用Newman解析法进行求解,提高了计算效率.首先,介绍了该数值模型的理论基础和数值技术;接着,应用Newman细长体对该数值模型进行了系统的验证;然后,详细分析了Newman细长体和Suboff潜艇的兴波特征及其异同点;最后,分析了本数值模型的计算效率.研究表明:本计算模型能较好地预报水下航行体的兴波尾迹和兴波阻力,为水下航行体的型线优化、优良艇型的设计、兴波尾迹的实时预报提供了工程可实践性.
  • 面向混合不确定性的可靠性设计优化方法研究
    刘鑫,尹骞,吴义忠,赵建军 p49-54
    针对可靠性设计优化过程中,模型受到不确定性参数的影响而使计算可靠度困难的问题,提出一种面向设计变量和参数同时存在不确定性情况下的可靠性指标计算方法.基于克里金响应面进行估值,计算数据分布特征,拟合数据分布的概率密度函数,形成混合不确定性的统一量化表达形式,根据可靠性理论的应力强度干涉模型,使用联合概率积分法计算得到设计点的可靠度.在此基础上构建基于克里金响应面的可靠性设计优化流程,实现设计变量和参数同时存在不确定性时的可靠性设计优化.通过典型算例进行分析,计算结果表明:与只含有设计变量不确定性的情况相比,该方法可有效应对参数不确定性造成的影响.
  • 力矩马达气隙误差对电液伺服阀零偏的影响
    訚耀保,李聪,李长明,陆亮 p55-61
    基于惠斯通电桥分析伺服阀力矩马达磁路,建立了气隙分布状态与伺服阀零偏之间的关系,当气隙左右对称或上下对称时,力矩马达不存在零偏,反之则存在零偏.建立考虑气隙误差时的力矩马达模型,得到了不对称气隙时的磁通规律、气隙误差与伺服阀零偏、压力增益以及流量增益之间的关系,发现当力矩马达气隙左右对称或上下对称时气隙误差仅影响伺服阀增益,气隙不对称时伺服阀会产生零偏,且伺服阀压力增益和流量增益会随力矩马达气隙增大而减小.
  • 力平衡型多输出径向柱塞泵的曲线与流量分析
    闻德生,刘春晓,王雷,郑伟 p62-68
    提出了力平衡型多输出径向柱塞泵,克服了受力不平衡的技术难题,通过切换工作方式实现两种或多种流量的输出.对泵的导轨曲线进行了设计与优化分析,导轨曲线在设计中借鉴双定子叶片泵曲线的构成形式采用两个圆弧曲线与过渡曲线搭配的形式,其中过渡曲线为修正后的阿基米德螺旋线,保证了泵的平稳性与径向受力平衡,对泵不同工作方式下的流量进行了计算,对瞬时流量进行了研究,结果表明:各种工作方式下的流量脉动都较为平稳,内外泵单独工作的瞬时流量最大值与最小值相差不超过0.3 mL/s.搭建了力平衡型多输出径向柱塞泵试验台,试验结果表明:随着调定压力的升高,泵在不同工作方式下的容积效率下降都较为明显,最低达到80%,须进一步提高零件的加工精度并完善泵的密封配合.
  • 真实工况下的断路器操动机构动态特性研究
    梁良,滕琳,巫世晶,李小勇 p69-75
    为揭示真实工况下瞬间动作机构运动学和动力学规律,量化实际因素对其动态响应的影响,利用牛顿力学和拉格朗日方程建立真实条件下断路器操动机构动力学模型,研究结构弹性、铰链间隙及配合公差等实际因素对其工作特性的影响.结果表明:结构弹性会诱发机构振动,铰链间隙会使机构工作特性出现滞后,配合公差等级的升高,可缓解滞后现象;只考虑单因素作用,难以准确反映断路器工作特性变化;在综合考虑铰间间隙和结构弹性共同作用时,仿真结果与试验结果误差小于7%,相符程度较好.
  • 服役透平叶片GTD111 DS合金再热恢复研究
    唐文书,肖俊峰,张炯,李永君 p76-81
    以服役透平叶片GTD111 DS定向合金材料为研究对象,采用光学显微镜和扫描电镜对简单再热恢复处理前后的叶片材料微观组织进行观察,并对合金材料显微硬度进行测试,研究再热恢复参数对 相(主要沉淀强化相)特征的影响规律,评估恢复态叶片材料的组织和性能.结果表明:固溶温度、冷却速度、时效温度和时间是再热恢复处理的关键参数;合适温度下的固溶处理可有效溶解粗大形变 相,并重新析出细小均匀的二次 相,同时避免初熔和再结晶;两级时效处理可优化双尺寸形态 相的尺寸、体积分数和立方度.恢复处理后叶片不同部位的组织和性能分布更加均匀,二次 相和三次 相的平均颗粒尺寸分别约为440和70 nm,其体积分数分别约为35%和3%,硬度值处于409~417 HV范围内,高于叶根部位原始状态的硬度值.
  • 软组织非受限压缩实验附加力消除方法
    于凌涛,李艳辉,崔健炜,杨景 p82-87
    针对非受限压缩试验中软组织样本附加力对样本高度以及力学响应存在影响的问题,提出了一种能够消除样本附加力的修正方法,使得到的本构模型参数更加接近于真实.首先对软组织本构模型提出了修正,包括用以消除附加力对几何参数影响的几何修正项和用以消除样本自身重力对力学响应影响的应力修正项.然后通过对肝脏样本进行压缩松弛实验,依次施加不同载荷并测量给定载荷条件下的样本高度,利用二阶的Prony级数拟合得到松弛阶段的稳定值作为样本的准静态响应.基于获得的软组织样本的准静态力学响应,利用修正后本构模型与无修正本构模型拟合得到模型参数,对比修正前后模型的拟合误差来验证方法的有效性.结果显示:修正后的模型具有更小的拟合误差,尤其在小应变区域误差要明显小于无修正模型,表明所提修正方法能够在一定程度上消除附加力的影响.
  • 基于升降压的高效率低纹波LED驱动芯片设计
    陈晓飞,董一帆,何赛 p88-92
    设计了一款基于同相Buck-Boost变换器的LED驱动控制芯片.设计的控制电路实现了从降压模式到升压模式的平滑切换,从而保证了系统的稳定性并减小了输出电流纹波;在Buck-Boost过渡模式工作状态下,控制电路降低了平均电感电流,因而提高了系统转换效率.此外,控制电路中设计了一种自动调零的误差放大器,减小了放大器的输入失调电压和闪烁噪声,输出电流的精度得以提高.在180 nm CMOS工艺上流片的测试结果表明:当输入电压为2.7~5.0 V,输出电流为850 mA时,纹波率不超过3%;当负载电流为150 mA、输入电压为5 V时,驱动电路的转换效率高达95%.
  • 一种高可靠的开关电容PUF电路
    贺章擎,张灵超,万美琳,邹雪城 p93-97
    提出了一种高可靠的开关电容PUF(RSC-PUF)电路,通过在开关电容PUF(SC PUF)内部嵌入一个测试电容及相应的控制电路,在其运行过程中自动测试每个PUF单元的电容偏差,根据偏差大小为每bit输出生成相应的可靠性标识值,外部电路可以由此挑选可靠的PUF单元输出构建数字密钥.在HJ 0.18 μm CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺下进行流片验证,结果显示:当被挑选的可靠PUF的比率为20.5%时,RSC-PUF的比特错误率达到 1×10-8以下,满足密钥产生所需的可靠性要求;而32 bit RSC-PUF所消耗的面积与SC PUF相比增加了约74.8%,远小于纠错机制所需要的开销.
  • 基于三方向图的多尺度平滑指纹奇异点检测
    李海燕,程龙,宗容,陈建华 p98-103
    为解决低质量指纹图像定位奇异点位置偏移及定位区域过大的问题,提出了一种基于三方向图的多尺度平滑奇异点检测算法.首先,计算指纹图像的方向场和频率场估计并用Gabor滤波器对指纹图像进行增强.然后,计算指纹图像中脊线上像素点的方向并对其进行三方向划分得到指纹脊线方向图.最终,去掉噪点并填补非脊线区域,同时检测多个平滑尺度下的奇异点位置并通过信息融合剔除伪特征点,精确定位奇异点.对FVC2002,FVC2004和FVC2006指纹图像库进行实验,结果表明:该算法对低质量指纹图像奇异点检测的准确率有明显提升,奇异点检测的总准确率达92.35%,可将奇异点精确定位在2×2像素区域内.
  • 混合深度卷积神经网络对人脸年龄的分类
    陈莉明,邓德祥 p104-108
    为了提高人脸年龄分类的精度并且减少年龄分类过程所需的时间,提出了由微调深度卷积神经网络(FDCNN)和概率协同表示分类器(PCRC)构成的深度混合模型对人脸年龄分类的方法.首先,在IMDB数据集上将VGG-Face模型微调,得到一个新的深度卷积神经网络模型;然后,用该模型提取人脸图像的年龄特征,并将其送到基于概率协同表示的分类器进行年龄分类;最后,在FG-NET,MORPH和CACD数据集上对由FDCNN和PCRC构成的混合深度模型进行验证.从验证结果可知:PCRC比支持向量机(SVM)平均分类精度高出4.6%,并且对微调的深度模型倒数第二激活层输出的特征进行分类能取得更高的分类精度;与CA-SVR,DeepRank和DeepRank+相比,FDCNN和PCRC构成的混合深度模型的分类平均绝对误差分别低1.24,0.14和0.06;与由DCNN和SVM构成的分类模型相比,该混合深度模型的年龄分类精度高出3.6%.通过与VGG-Face模型各层运算时间分布对比可知该混合深度模型的分类时间大幅减少,因此混合深度卷积神经网络能很好地进行人脸年龄分类.
  • 修正贝塞尔高斯谢尔光束在湍流中的演变特性
    王瑾,曾福江,李杏梅,梁晴晴 p109-114
    研究了修正贝塞尔高斯谢尔(MBGS)光束在柯尔莫哥诺夫湍流模型下的演变特性,推导了MBGS光束在源平面场的表达式,在此基础上利用广义惠更斯-菲涅尔积分原理获得任意阶修正贝塞尔高斯谢尔光束在经过湍流大气后的平均光强解析表达式.数值计算和分析表明:相关宽度对MBGS光束在湍流大气中的演变特性具有重要影响,增大相关宽度减缓了修正贝塞尔高斯谢尔光束演变为高斯光束的进程,增大了光束经过湍流大气后接收平面的光强.相比于高阶MBGS光束,低阶MBGS光束在湍流大气中传播后能够获得更大的归一化平均光强,但在传播过程中比高阶MBGS光束更早演变为高斯光束.MBGS光束在湍流大气中传播时,相关宽度优化选取后的低阶、短波长MBGS光束具备更强的抗干扰性.
  • 铰接梁系静定互承结构的内力计算方法
    夏永强,肖,南,钱晓倩 p115-120
    了更加高效地求解铰接梁系互承结构的内力,摈弃传统结构有限元分析的结点位移协调条件,以互承杆件之间搭接点的结点连接力为基本未知量,推导了互承杆件上结点连接力和基准点荷载之间的平衡关系,得到了基准点荷载作用下结构的静力平衡方程.根据叠加原理,将一般荷载转化为等效基准点荷载,建立了一般荷载作用下互承结构体系的静力平衡方程.通过求解平衡方程,即可得到静定互承结构的内力.进一步对三角形互承构型和阿基米德36型互承构型进行算例分析,并与ANSYS软件有限元分析结果进行了对比验证,结果显示:两种方法计算所得的内力一致,但提出的方法计算节点连接力更加简洁高效.
  • 十字加劲放置形式对钢板剪力墙性能的影响
    于金光,贺迪,郝际平,解琦 p121-126
    为研究十字加劲的放置形式对钢板剪力墙结构抗震性能的影响,采用试验和数值模拟的方法对三组单跨两层的平齐端板连接框架-钢板剪力墙结构进行了滞回性能分析,内嵌钢板的形式分别为无加劲、纵横放置十字加劲和对角斜向放置十字加劲钢板墙.对比分析了在低周往复荷载作用下三种不同加劲形式钢板剪力墙的破坏模式,滞回性能、延性、承载能力和耗能等整体性能,以及墙板变形模式、拉力带发育度等墙板局部性能.结果表明:加劲肋的设置减轻了结构滞回曲线的捏缩程度,推后并降低了墙板由呼吸效应产生的噪声和震颤,提升了钢板墙的使用性能.对角斜向放置加劲试件屈服承载力较其余两试件更高,但极限承载力、最终耗能和延性均劣于纵横放置加劲试件.由于放置方向的变化,对角加劲肋破坏较纵横加劲肋更早,肋板较早退出工作,使得对角加劲试件最终退化为无加劲试件,设计时应予以注意.
  • 锚杆剪切过程中的受力机理分析
    杨步云,肖明,罗宁,王小威 p127-132
    为了分析锚杆抗剪力及所受轴力随剪力变化规律,以节理岩体中的锚杆为研究对象,基于经典梁理论和最小余能变分法,推导了锚杆轴力随剪力变化的理论公式,提出了锚杆抗剪力计算方法.分析了围岩抗压强度、锚杆直径对锚杆轴力与剪力,以及由轴力与剪力换算得到的锚杆抗剪力的影响.研究结果表明:增大围岩抗压强度及锚杆直径,使锚杆轴力随剪力的增长速率降低;增大围岩抗压强度通过剪力部分提高锚杆抗剪力,而增大锚杆直径通过剪力和轴力共同提高锚杆抗剪力;围岩抗压强度增大使锚杆最优倾角略有增大,直径的变化对锚杆最优倾角没有影响,分析可知倾角为90°~120°时,锚杆抗剪力最大.

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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