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超精密切削微小结构表面的建模及分析

超精密切削微小结构表面的建模及分析

作者：段耀凯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着精密制造技术突飞猛进的发展,部件的小型化与高质量表面已成为现代工业产品的特征之一。目前,世界上掌握超精密加工技术的国家如德国、美国、日本等利用金刚石超精密切削技术,在铝合金、非电解镍、无氧高导电性铜等材料表面生成了... 详细信息

随着精密制造技术突飞猛进的发展,部件的小型化与高质量表面已成为现代工业产品的特征之一。目前,世界上掌握超精密加工技术的国家如德国、美国、日本等利用金刚石超精密切削技术,在铝合金、非电解镍、无氧高导电性铜等材料表面生成了具有正弦波、锯齿波等特征的微小结构表面。为通过注塑加工生成微小光学零件如菲涅尔透镜等提供了一条经济、高效的途径。本文研究了国际上利用单晶金刚石刀具进行超精密切削生成微结构表面的例子,通过对比分析找出微小结构表面加工对机床设备、刀具、工件材料和加工环境控制的要求,并讨论了微小结构表面加工中快速伺服刀具系统的应用。同时提出微光学器件对表面粗糙度和面型精度要求,并给出评价微结构表面质量参数。本文根据加工过程参数、刀具几何参数、机床运动精度、材料特性等加工过程中各种线性和非线性因素,利用MATALAB仿真工具箱建立超精密切削过程的仿真模块来模拟实际的加工过程,得到了三维动态切削力;根据机床系统和刀具系统的质量、阻尼、刚度,利用传递函数模块建立机床系统的响应模型;将三维动态切削力施加到机床响应模型上,仿真出实际加工过程中存在于刀具和工件之间的动态位移参量。通过分析刀具圆弧半径、进给量及刀尖的运动轨迹得到理想表面粗糙度模型。将仿真的动态参量叠加到理想的表面粗糙度模型上得到实际的微结构表面的粗糙度模型。通过对比分析仿真的表面粗糙度值,找出了影响其微光学器件表面质量的主要因素,并从理论上得出了满足表面质量标准的加工参数。

关键词：超精密加工微小结构表面表面建模及仿真

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微结构表面超精密切削加工的关键技术

航空精密制造技术 2007年第3期43卷 4-8页

作者：杨元华陈时锦段耀凯程凯哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001

总结了微结构表面超精密切削加工技术相对于其他加工方法所不具备的关键技术,并指出了这一领域主要的研究方向及技术难点。

关键词：微结构表面超精密切削飞刀切削快速伺服刀架

板式定制家具生产车间电力能耗预测模型构建研究

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板式定制家具生产车间电力能耗预测模型构建研究

作者：秦耀凯中南林业科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技的发展、技术的进步,制造业有着源源不断地生产任务,但是环境污染和全球变暖问题也在变得日益突出,国家对绿色低碳生产、节能减排问题越来越重视。由于定制家具生产制造过程属于传统制造业,且制造过程仍未完全摆脱粗放... 详细信息

近年来,随着科技的发展、技术的进步,制造业有着源源不断地生产任务,但是环境污染和全球变暖问题也在变得日益突出,国家对绿色低碳生产、节能减排问题越来越重视。由于定制家具生产制造过程属于传统制造业,且制造过程仍未完全摆脱粗放型生产模式,车间生产的能耗种类较多且复杂多样。虽然车间生产电力能耗问题严重,但由于企业关注度不高,车间电力能耗问题一直没有被解决。为了更好地响应国家的“双碳战略”,家具制造业作为电力能源消耗最多的行业之一,也需要结合自身情况,探索更加绿色低碳的生产模式,在生产制造过程中不断转型升级,真正实现家具行业绿色低碳的智能制造。因此,在板式定制家具生产制造中通过对加工设备电力能耗的预测和管理,从而实现家具企业能源利用率的提高、能耗成本的降低、节能减排和绿色低碳可持续发展。本论文的研究内容与结论如下:(1)首先通过调研板式定制家具企业的生产现场和电力能耗的使用现状,了解到车间生产面临能耗浪费严重、能耗类型复杂多样,能耗数据采集困难等问题,这些问题造成了电力能源使用效率低下,能源成本居高不下。针对这些难题,本论文需要通过结合板式定制家具企业生产特征、智能制造技术、计算机科学技术和大数据,寻找解决板式定制家具企业的电力能耗问题的新思路。(2)针对传统的能耗管理模式问题,结合板式定制家具企业生产特点,创建了基于BP神经网络的板式定制家具企业电力能耗预测模型。并采集开料、封边和排钻三大工序的电力能耗数据,选用BP神经网络模型来预测板式定制家具生产车间的电力能耗,通过Matlab软件对该模型进行编程和训练,并采用交叉验证法对模型进行评估。最终验证BP神经网络预测模型在三大工序的电力能耗预测准确率分别为89.14%、80.78%、87.4%,模型验证有效。(3)整合创新的使用鲸鱼算法优化了电力能耗预测模型。针对本研究BP神经网络预测结果准确度低、单一的算法结构容易陷入局部最优解等问题,通过学习其他智能算法,最终选用鲸鱼优化算法对BP神经网络预测模型进行优化,来改善BP神经网络在训练和使用过程中的权重和收敛性较差的不足,最终基于WOA-BP的神经网络预测模型在三大工序的能耗预测准确性分别为:96.03%、96.34%、95.29%,预测结果验证了优化后的模型克服了传统模型容易陷入局部最优解和稳定性差等缺陷,使得模型更加智能化。(4)开发了板式定制家具企业电力能耗预测和管理系统。本论文结合企业生产特点和概况,梳理出板式定制家具企业的电力能耗预测和管理系统的总体框架和各个功能模块的需求,通过配置***环境,使用Javascript前端编程语言和ECharts图表,最终将企业的需求进行整合开发设计。并通过对各个模块的测试,验证了系统的可行性,在板式定制家具企业生产车间的电力能耗预测和管理方面具有一定的借鉴性和适用性。本论文的研究,不仅可以填补学者在板式定制家具企业生产车间电力能耗的预测和管理方面的研究空白,也可以为板式定制家具企业带来更多的经济收益、降低企业能耗成本,更好的落实绿色低碳生产理念和“双碳战略”。

关键词：电力能耗预测鲸鱼优化算法 BP神经网络板式定制家具生产车间能耗管理

基于高光谱和数字图像数据的苹果叶片氮素反演研究

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基于高光谱和数字图像数据的苹果叶片氮素反演研究

作者：候凯耀塔里木大学

学位级别：硕士

氮素作为苹果生长发育的重要营养元素,及时、准确地了解苹果树的氮素变化对果园的精准管理和科学施肥有重要意义。传统化学实验分析法测氮耗费大量时间和人力,随着成像高光谱和非成像高光谱等技术的发展,实现了对植物氮素的无损、快速... 详细信息

氮素作为苹果生长发育的重要营养元素,及时、准确地了解苹果树的氮素变化对果园的精准管理和科学施肥有重要意义。传统化学实验分析法测氮耗费大量时间和人力,随着成像高光谱和非成像高光谱等技术的发展,实现了对植物氮素的无损、快速和准确估测,对于提高苹果树的信息化管理具有重要的技术指导和实践意义。本研究以新疆阿克苏地区五团苹果种植区为研究区,选择苹果的生理落果期和果实膨大期采集样本叶片,测定氮素含量并获取叶片的可见光图像和高光谱数据。对可见光图像提取RGB颜色分量,并分析与氮素间的相关性,筛选得到敏感颜色分量;对原始光谱进行SG平滑和MSC处理,在此基础上进行了特征波段提取,构建并筛选了氮素含量的高光谱特征参量,最后以可见光图像和高光谱数据建立了氮素含量的估测模型。主要结果有:1.筛选出与氮素含量相敏感的颜色分量。通过提取可见光图像的RGB颜色分量,建立并分析了氮素含量与B/（R+G+B）、R/（R+G+B）、R-B、R/G、B/R、（G2-R+B）/（G2+R+B）、（G-R）/（G+R）、（G-R）/（G+R-B）、（R-B）/（R+B）、G-R颜色分量参数的相关性。其中在生理落果期G-R取得最高相关性为0.77;在果实膨大期NBI取得最高相关性为0.98。2.得到了苹果叶片氮素含量的高光谱敏感波段。经过对原始光谱进行SG平滑和MSC处理,再经SPA和CARS-PLS进行特征波段提取,通过SPA方法在生理落果期提取出特征波段为47个,在果实膨大期提取出特征波段为23个;通过CARS-PLS方法在生理落果期提取出特征波段为18个,在果实膨大期提取出特征波段为8个。3.建立了不同的苹果叶片氮素含量估测模型。其中建立的基于颜色分量的基于霜冰优化算法优化最小二乘支持向量机回归（RIME-LSSVM）在生理落果期对氮素估测的训练集与测试集决定系数R2分别为0.76和0.58;果实膨大期对氮素估测的训练集与测试集决定系数R2分别为0.80和0.82。基于高光谱特征波段的训练集与测试集决定系数R2在生理落果期基于SPA方法为0.99和0.94,果实膨大期为0.99和0.95;在生理落果期基于CARS-PLS方法为0.99和0.96,果实膨大期为0.99和0.96。模型结果均为最佳。

关键词：苹果叶片氮素含量可见光图像高光谱特征波段提取霜冰优化算法

一种光滑型TENO非线性加权的WCNS格式

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航空学报 2024年第8期45卷 162-175页

作者：吴文昌马燕凯韩省思闵耀兵燕振国南京航空航天大学能源与动力学院南京210016 空气动力学国家重点实验室绵阳621000

可压缩湍流流动广泛存在于航空航天领域,流场中激波间断与多尺度湍流共存使得高精度数值模拟面临巨大挑战。为了提升复杂湍流模拟的精度,在加权紧致非线性格式(WCNS)框架下,发展基于目标基本无振荡(TENO)格式加权策略的WCNS-T格式,并进... 详细信息

可压缩湍流流动广泛存在于航空航天领域,流场中激波间断与多尺度湍流共存使得高精度数值模拟面临巨大挑战。为了提升复杂湍流模拟的精度,在加权紧致非线性格式(WCNS)框架下,发展基于目标基本无振荡(TENO)格式加权策略的WCNS-T格式,并进一步从兼顾数值计算收敛性和精度的角度提出光滑型S-TENO非线性加权方法及其WCNS-ST格式。通过频谱特性分析、一维Lax和Osher-Shu算例、二维双Mach反射算例测试了发展的WCNS-ST格式对于间断与高频波的捕捉能力;通过二维圆柱层流绕流与三维30P30N多段翼型的自适应湍流模拟,重点对比研究了原始TENO加权与当前的S-TENO加权在黏性复杂流动中的收敛特性及其对数值计算结果的影响。研究发现,当前提出的S-TENO非线性加权保持了原始TENO非线性加权的色散耗散特性及激波捕捉方面的能力,同时明显改善了WCNS-JS和WCNS-Z格式中非线性耗散过大的问题;S-TENO非线性加权显著改善了原始TENO非线性加权中权值阶跃导致的收敛困难问题。以上结果表明,当前提出的光滑型S-TENO非线性加权及其WCNS-ST格式在实际复杂构型流动数值模拟中兼顾精度和收敛性,更加适用于复杂工程应用场景。

关键词：加权紧致非线性格式目标基本无振荡非线性加权可压缩湍流模拟高阶精度有限差分方法

一种基于模型概率单调性变化的自适应IMM-UKF改进算法

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电子与信息学报 2024年第1期46卷 41-48页

作者：王平波陈强卫红凯贾耀君沙浩然海军工程大学电子工程学院武汉430033

针对现有交互式多模型(IMM)算法模型间切换迟滞和转换速率慢的缺点,提出一种基于模型概率单调性变化的自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波改进算法(mIMM-UKF)。该算法利用后验信息模型概率的单调性,对马尔可夫转移概率矩阵及模型估计概... 详细信息

针对现有交互式多模型(IMM)算法模型间切换迟滞和转换速率慢的缺点,提出一种基于模型概率单调性变化的自适应交互式多模型无迹卡尔曼滤波改进算法(mIMM-UKF)。该算法利用后验信息模型概率的单调性,对马尔可夫转移概率矩阵及模型估计概率进行二次修正,加快了匹配模型的切换速度及转换速率。仿真结果表明,与现有算法相比,该算法通过快速切换匹配模型,有效提高了水下目标跟踪精度。

关键词：水下目标跟踪 IMM-UKF算法自适应转移概率矩阵单调性

基于机器学习方法探究典型喀斯特流域水体氮素最佳监测频率

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地球与环境 2024年

作者：杨喜凯刘鑫弓耀奇王浩阳岳甫均天津大学地球系统科学学院

流域氮动态是影响水生生态系统稳定的关键，准确获取水体硝酸盐（NO3–-N）动态变化及其最佳监测频率对于流域水环境管理具有重要意义。本文以典型喀斯特流域贵州普定后寨河流域上游与下游地下水出漏点位（老黑潭和冒水坑）为研究对象... 详细信息

流域氮动态是影响水生生态系统稳定的关键，准确获取水体硝酸盐（NO3–-N）动态变化及其最佳监测频率对于流域水环境管理具有重要意义。本文以典型喀斯特流域贵州普定后寨河流域上游与下游地下水出漏点位（老黑潭和冒水坑）为研究对象，对高频（15 min）NO3–-N浓度及流量数据（2016/7/14至2018/2/10，各55 392个）分别建立监测频率为15 min（55 377）、1 h（13 834）、3 h（4 601）、5 h（2 755）、7 h（1 964）、12 h（1 139）及1 d（562）的数据集，并结合多种机器学习模型(Radial Basis Function（RBF）、Back Propagation（BP）、Support Vector Machines（SVM）和Random Forest（RF）)，获得了准确获取该流域水体硝态氮浓度及通量的最佳监测频率并筛选出最佳的机器学习模型。结果表明，高频数据可以显著提高模型的性能，即随着监测频率的提高，模型模拟效果得到显著提升。不同模型的表现说明，SVM在该流域NO3–-N浓度及通量预测中整体上表现最佳。综合准确度及维护成本，得出该喀斯特流域NO3–-N通量的最佳频率为5 h/次，上游老黑潭硝酸氮通量模拟结果的R2、NSE、MAE为RBF（0.95、0.93、32.50）,BP（0.95、0.83、68.95）,SVM（0.95、0.93、32.93）,RF（0.92、0.91、37.03），下游冒水坑为RBF（0.78、0.76、186.72）,BP（0.81、0.80、179.51）,SVM（0.83、0.82、171.28）,RF（0.85、0.83、174.72）。而NO3–-N浓度最佳监测频率为7 h/次，其中上游老黑潭硝酸氮浓度的R2、NSE、MAE为RBF（0.94、0.92、0.08）,BP（0.93、0.90、0.09）,SVM（0.93、0.93、0.07）,RF（0.88、0.86、0.10），下游冒水坑为RBF（0.79、0.78、0.14）,BP（0.78、0.78、0.14）,SVM（0.79、0.79、0.13）,RF（0.79、0.79、0.14）。研究结果可为具有快速响应的管道型流域水环境质量检测提供科学依据。

关键词：喀斯特流域氮浓度氮通量机器学习监测频率优化

可抑制端向干扰的线阵恒低旁瓣加权波束形成方法研究

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系统工程与电子技术 2024年

作者：王平波贾耀君卫红凯陈强海军工程大学电子工程学院

针对线阵旁瓣高且端向干扰抑制能力差的问题，把虚源干扰法加权改进引入至均匀线阵波束形成，提出一套通用易行的虚源空间分布和参数初始化方案，改进寻优迭代中的主瓣引导、协方差估计、权系数归一等方法，可达成全空间方位（包括端向... 详细信息

针对线阵旁瓣高且端向干扰抑制能力差的问题，把虚源干扰法加权改进引入至均匀线阵波束形成，提出一套通用易行的虚源空间分布和参数初始化方案，改进寻优迭代中的主瓣引导、协方差估计、权系数归一等方法，可达成全空间方位（包括端向）上的恒低旁瓣加权波束形成，且可自动抑制来自端射方向的连续强干扰，特别适合于拖线阵应用。通过仿真和海试数据实例分析，对比常规的无加权和加权波束形成方法，从指向性图、二维空间谱、预成波束输出等方面，演示验证本文方法的有效性。

关键词：恒低旁瓣加权波束形成虚源干扰法均匀线阵端向干扰

光滑型TENO非线性加权的六阶低耗散WCNS-CU6-ST格式

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航空学报 2024年

作者：吴文昌韩省思闵耀兵燕振国马燕凯南京航空航天大学能源与动力学院空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室

空天飞行器的流动环境涉及激波与湍流等复杂流动现象，流场中激波间断与多尺度湍流结构共存使得高阶精度数值模拟面临巨大挑战。为了提升对复杂湍流流动问题模拟的精度，在加权紧致非线性格式（WCNS）框架下，发展了六阶中心/五阶迎风... 详细信息

空天飞行器的流动环境涉及激波与湍流等复杂流动现象，流场中激波间断与多尺度湍流结构共存使得高阶精度数值模拟面临巨大挑战。为了提升对复杂湍流流动问题模拟的精度，在加权紧致非线性格式（WCNS）框架下，发展了六阶中心/五阶迎风线性混合插值方法；同时考虑到高分辨率的激波捕捉特性，TENO格式中的尺度分离策略被用于发展非线性权函数，针对数值格式的数值收敛性，进一步发展了光滑型S-TENO非线性权函数。通过近似色散关系（ADR）、一维流动问题、三维槽道湍流和跨声速翼型自适应湍流模拟的算例测试，发现线性模板采用六阶中心/五阶迎风的混合插值方法，能够显著降低格式的数值耗散，从而改善槽道湍流的预测精度；同时光滑型S-TENO非线性权函数不仅保持了原TENO格式非线性权函数良好的色散耗散特性，并在跨声速翼型流动的激波/湍流边界层干扰模拟算例中，提升了数值收敛性，数值算例结果表明本文提出的基于光滑型S-TENO权函数的六阶低耗散WCNS-CU6-ST格式能够同时具备数值耗散低与收敛良好的数值特性，有助于进一步提升对激波/湍流等复杂流动问题模拟的准确性。

关键词：高阶精度格式有限差分方法非线性权函数激波捕捉湍流模拟数值耗散数值收敛性