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基于FPGA控制系统的电火花加工微小孔状态检测及路径优化研究

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基于FPGA控制系统的电火花加工微小孔状态检测及路径优化研究

作者：彭林发太原理工大学

学位级别：硕士

小孔机是专用于高速穿孔而设计的一种电火花加工机床,广泛用于航空航天、医疗器械等领域中。一方面,运动控制器是否稳定、精确是加工出高质量小孔的关键因素,另一方面,小孔机控制程序是否操作简便、功能是否齐全,都将影响加工效率。微... 详细信息

小孔机是专用于高速穿孔而设计的一种电火花加工机床,广泛用于航空航天、医疗器械等领域中。一方面,运动控制器是否稳定、精确是加工出高质量小孔的关键因素,另一方面,小孔机控制程序是否操作简便、功能是否齐全,都将影响加工效率。微细电火花加工时的放电状态能直接反映加工情况,放电状态的好坏直接影响到加工效率和表面粗糙度,因此对放电状态的准确检测非常有必要。在加工过程中,电极需要频繁移动,当孔位较多且大批量生产时,对路径的优化可以提高加工效率。本文旨在搭建小孔机数控系统,并通过提高放电状态检测精度与效率以及优化群孔加工路径来提高小孔加工的效率以及稳定性。首先,为了方便程序的移植以及提高运动控制器的稳定性和专用性,开发基于FPGA的运动控制器和基于C#上位机程序,两者组成小孔机数控系统。上位机分为人机交互界面和指令控制格式,下位机程序中包括通讯模块、命令解析模块、运动控制模块、伺服运动控制模块、脉冲电源控制模块、开关量控制模块、限位状态检测模块以及放电状态检测模块。为了验证FPGA程序模块的准确性,对其进行时序仿真,结果表明各模块满足预期控制要求。其次,为解决电压阈值法不能很好统计开路时长和改变放电电压时需要调节电压阈值等问题。提出一种基于斜率比值和变统计周期的脉冲识别方法,该方法使检测装置直接用于微细电火花粗磨、精磨两种不同开路电压的加工情形中,不需要调节电压阈值且能有效的统计开路时长,从而提高检测效率和精度。通过使用NI采集卡和Lab VIEW软件开发脉冲识别系统,该系统可对间隙电压进行显示、连续存储以及对文件进行拆分,接着对斜率比值法和变统计周期法进行理论分析并编写脉冲识别与统计程序,并进行放电状态检测的实验验证。结果表明:该方法能够识别不同脉冲且适用于不同放电电压情形,程序结果与实际结果较吻合,证明了该方法的有效性和实用性。然后,为缩短电极移动时间,对群孔加工路径进行优化研究。对最近邻法、贪心插入算法以及蚁群算法进行对比分析,结果表明最近邻算法时间复杂度最低但优化效果不如贪心插入算法,蚁群算法的优化效果好但优化时间远远大于最近邻算法和蚁群算法,因此最后在数控系统中选用贪心插入算法。最后,为了对小孔机数控系统进行验证与调试,首先对下位机程序进行了仿真验证,接着对上位机程序的命令格式进行检测,最后进行小孔加工实验,通过使用0.8mm空心铜棒对钢材进行打孔实验。结果表明,数控系统运行稳定,外围设备调试正常,小孔加工速率高、表面质量好。

关键词：小孔机数控系统 FPGA 放电状态检测斜率比值变脉冲统计周期

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二十四节气彰显中华文明的独特性与生命力

人民论坛 2024年第1期 105-109页

作者：彭林清华大学浙江大学马一浮书院

先哲认为,宇宙是一有规律地运动的体系,天人合一,万物一体,社会的运作,唯有遵从宇宙法则,方能立于不败之地。二十四节气乃是先民基于数千年天文观测而成,是在阴阳历的基础上,对全年的气象、寒暑、雨露、霜雪进一步细化与定位的宇宙秩序... 详细信息

先哲认为,宇宙是一有规律地运动的体系,天人合一,万物一体,社会的运作,唯有遵从宇宙法则,方能立于不败之地。二十四节气乃是先民基于数千年天文观测而成,是在阴阳历的基础上,对全年的气象、寒暑、雨露、霜雪进一步细化与定位的宇宙秩序,具有“大数据”的意义,藉此对社会生活进行“格式化”处理,使之进入规范、有序的状态,对社会的稳定与发展的作用非同小可。

关键词：二十四节气天文历法生活准则文化标识

基于C-HSDT的FG-GRC板大挠度弯曲分析

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工程力学 2024年

作者：陈卫彭林欣广西大学土木建筑工程学院南华大学土木工程学院

基于含7变量的C0-高阶剪切变形理论(C0-HSDT)框架下，选取了经典的三阶剪切变形理论(TSDT)、正弦剪切变形理论(SSDT)和指数剪切变形理论(ESDT)，结合冯卡门大挠度理论，建立了求解功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)板大挠度弯曲分析... 详细信息

基于含7变量的C0-高阶剪切变形理论(C0-HSDT)框架下，选取了经典的三阶剪切变形理论(TSDT)、正弦剪切变形理论(SSDT)和指数剪切变形理论(ESDT)，结合冯卡门大挠度理论，建立了求解功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)板大挠度弯曲分析有限元模型。FG-GRC板等效杨氏模量和等效泊松比分别由修正Halpin-Tsai微观力学物理模型和混合律确定。该模型满足了板顶面和底面零牵引力条件，可规避有限元法中难以构造C1连续性单元的特性。为避免传统C0-HSDT中人工转动变量引入而产生的误差，采用罚函数法施加人工限制条件。通过超收敛小片修正(SPR)技术和应力-应变关系分别计算面内应力及横向剪切应力。文中首先将FG-GRC物性关系退化为各向异性板和层合板，并与现有文献结果进行对比，验证了本文方法的收敛性和准确性，同时研究了C0-TSDT、C0-SSDT和C0-ESDT及罚因子对数值结果的影响。在此基础上进一步讨论了石墨烯纳米片(GPLs)分布模式、重量分数gGPL、几何参数等对FG-GRC板大挠度弯曲的影响。

关键词：功能梯度石墨烯增强复合材料板 C -高阶剪切变形理论超收敛小片修正技术罚函数法大挠度弯曲

高阶剪切变形理论下Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动及屈曲分析

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振动与冲击 2024年第2期43卷 1-11页

作者：杨立军彭林欣陈卫湖南文理学院芙蓉学院湖南常德415000 广西大学土木建筑工程学院南宁530004 南华大学土木工程学院湖南衡阳421001

功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite,FG-CNTRC)作为新一代先进复合材料,因其优越的力学性能而被研究者们广泛关注。该研究以Pasternak地基上FG-CNTRC梁为研究对象,基于不同高阶剪... 详细信息

功能梯度碳纳米管增强复合材料(functionally graded carbon nanotube-reinforced composite,FG-CNTRC)作为新一代先进复合材料,因其优越的力学性能而被研究者们广泛关注。该研究以Pasternak地基上FG-CNTRC梁为研究对象,基于不同高阶剪切变形理论,将一种具有插值特性的无网格法——稳定移动克里金插值(stabilized moving Kriging interpolation,SMKI)应用于求解Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动及屈曲问题。基于稳定移动克里金插值和不同高阶剪切变形理论给出FG-CNTRC梁的位移场,利用Hamilton原理和最小势能原理分别推导了Pasternak地基上FG-CNTRC梁的自由振动和屈曲控制方程。采用MATLAB软件编制了相关程序,将该研究解与解析解或文献解对比,证明了该方法在计算Pasternak地基上FG-CNTRC梁自由振动与屈曲的有效性及准确性。最后,还讨论了不同高阶剪切变形理论、地基系数、碳纳米管体积分数等对其自振频率和屈曲临界荷载的影响。

关键词：功能梯度碳纳米管增强复合材料(FG-CNTRC)梁稳定移动克里金插值(SMKI) 不同高阶剪切变形理论 Pasternak地基自由振动屈曲

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加筋折叠壳静力弯曲的移动最小二乘无网格法

计算力学学报 2024年

作者：陈卫彭林欣广西大学土木建筑工程学院广西防灾减灾与工程安全重点实验室工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西大学南华大学土木工程学院

可展结构体系中的折板结构凭借着高刚度-重量比、易拼接成型等特点，已被广泛应用于实际结构工程中。相比折板而言，折壳具有几何形状多变、外观优美等特点。此外，加筋板壳结构中的筋条可以采用基于欧拉-伯努利梁（EBT）和铁木辛柯梁(T... 详细信息

可展结构体系中的折板结构凭借着高刚度-重量比、易拼接成型等特点，已被广泛应用于实际结构工程中。相比折板而言，折壳具有几何形状多变、外观优美等特点。此外，加筋板壳结构中的筋条可以采用基于欧拉-伯努利梁（EBT）和铁木辛柯梁(TBT)理论框架下的计算方法。然而，当筋条跨高比达到一定限度时，EBT和TBT则不再满足工程精度需求。本文通过将筋条视为基于3D连续壳理论的长条形板或曲板，提出一种求解加筋折叠壳静力弯曲问题的移动最小二乘无网格法。首先，基于3D连续壳理论，通过映射技术将随动坐标系上的二维无网格节点信息映射到三维壳体中，采用移动最小二乘近似对曲面几何及位移场拟合，根据最小势能原理，推导出壳静力弯曲的离散方程；其次，采用完全转换法对离散方程进行修正；接着，将经过修正后各壳的刚度矩阵和载荷列阵转换到整体坐标系上；最后，通过子结构法叠加得到整个加筋折叠壳结构的离散方程。文末通过折板壳、加筋板、加筋壳四个数值算例，将本文计算结果与ABAQUS有限元解进行对比，验证了本文方法计算加筋折叠壳静力弯曲的收敛性及准确性。

关键词： 3D连续壳理论移动最小二乘近似加筋壳折壳静力弯曲

基于反应状态原位测试的空冷型燃料电池运行参数分析

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上海交通大学学报 2024年第3期58卷 253-262页

作者：陈敏学邱殿凯彭林法上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研... 详细信息

空冷型质子交换膜燃料电池内部反应状态是影响电池输出性能和稳定性的关键因素.通过研制空冷燃料电池反应状态的原位测试装置,实现电池温度和电流密度的实时测量,揭示氢气出口脉排间隔、氢气入口气压和阴极风速对电池性能的影响机制.研究表明:空冷电池中温度和电流密度分布不均,平均电流密度为500 mA/cm^(2)时,电池内温度极差达到20℃,电流密度极差达到400 mA/cm^(2).氢气出口脉排间隔越短、入口气压越大,氢气出口区域性能越好,分布均匀性越好,电流密度波动也越小,输出稳定性提高.如果阴极风速过低,电池局部温度高,温度分布均匀性降低;风速过高则导致生成水被吹走,质子膜含水量下降,电流密度分布均匀性变差.

关键词：质子交换膜燃料电池空气冷却运行参数原位实验

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弘扬礼乐文化促进品格提升

思想政治课教学 2024年第5期 9-11页

作者：田作明彭林江苏省沭阳县教师发展中心教育科研部清华大学清华大学人文学院历史系(思想文化研究所)

礼乐文化在培养学生高尚情操、扎实文化知识和良好审美情趣方面具有重要意义。通过模拟礼乐文化演练、举办礼乐文化竞赛、实施礼乐课堂教学、开展礼乐文化活动等方式,引导学生养成良好的行为习惯、道德修养、自律意识和团结协作精神,促... 详细信息

礼乐文化在培养学生高尚情操、扎实文化知识和良好审美情趣方面具有重要意义。通过模拟礼乐文化演练、举办礼乐文化竞赛、实施礼乐课堂教学、开展礼乐文化活动等方式,引导学生养成良好的行为习惯、道德修养、自律意识和团结协作精神,促进学生的品格提升。思政教师应在小学、初中和高中有针对性地开展适合不同学段学生的礼乐课程,从而在思政一体化建设中培养学生的高尚品格和核心素养。

关键词：礼乐文化学校教育学生品格提升

基于过程分析的京津冀地区气象条件变化对PM浓度改善的影响

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环境科学 2024年

作者：张国斌曹靖原邱雄辉彭林北京交通大学环境学院智能交通绿色低碳技术教育部工程研究中心北京大学环境科学与工程学院华北电力大学环境科学与工程学院资源环境系统优化教育部重点实验室

自2013年以来，由于大气污染防治行动计划的实施，中国空气质量得到显著改善. 气象条件的变化对空气质量改善的作用十分复杂，包括影响空气污染物的排放、输送、扩散和化学转化等过程，已有研究单纯评估气象条件影响，其影响机制... 详细信息

自2013年以来，由于大气污染防治行动计划的实施，中国空气质量得到显著改善. 气象条件的变化对空气质量改善的作用十分复杂，包括影响空气污染物的排放、输送、扩散和化学转化等过程，已有研究单纯评估气象条件影响，其影响机制非常不清. 基于WRF-CMAQ模型及过程分析(PA)工具，评估了2013～2020年气象要素变化对京津冀地区PM2.5浓度改善的影响，并进一步分析了气象条件对于大气污染物在传输、扩散和转化过程中的作用，为深入认识我国环境空气质量改善提供了技术支撑. 结果表明， 2013～2017年气象因素使得ρ(PM2.5)降低5.4 μg·m-3， 2017～2020年使ρ(PM2.5)升高11.6 μg·m-3. 2013～2017年，气溶胶化学过程、垂直传输和水平传输过程，是影响PM2.5的主要过程; 2017～2020年，主要受到气溶胶化学过程、水平传输和垂直传输影响.

关键词：京津冀 PM WRF-CMAQ模型气象条件过程分析

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薄板几何非线性弯曲分析的深度能量法

计算力学学报 2024年第3期41卷 556-563页

作者：彭林欣罗伟嫚黄钟民广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室工程防灾与结构安全教育部重点实验室南宁530004

发展了一种增量形式的深度能量法求解薄板几何非线性弯曲问题。根据最小势能原理和Von-Karman非线性理论,构建以薄板势能为驱动的增量式深度神经网络模型。首先用网格离散薄板求解域,通过Python读取网格数据计算Hammer积分点,并以此作... 详细信息

发展了一种增量形式的深度能量法求解薄板几何非线性弯曲问题。根据最小势能原理和Von-Karman非线性理论,构建以薄板势能为驱动的增量式深度神经网络模型。首先用网格离散薄板求解域,通过Python读取网格数据计算Hammer积分点,并以此作为训练集代入网络模型预测板的弯曲位移,再将荷载分成一系列的荷载增量,每个增量步中计算薄板势能作为神经网络的损失函数,以最小化势能为目标,结合Adam优化算法更新网络模型参数,待势能取驻值后再继续下一个荷载步的计算。本文求解了不同形状、不同边界条件下薄板的几何非线性弯曲问题,并将计算结果与文献解或有限元Abaqus解进行对比,研究表明,本文方法在求解薄板的几何非线性弯曲问题上具备有效性和准确性,且增量式的神经网络模型能够减小计算内存,有效提高计算效率和模型的稳定性。

关键词：几何非线性深度能量法增量式神经网络 Von-Karman非线性理论

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