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基于声学均一化模型的锂离子电池力学特性参数估计与荷电状态表征

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中国电机工程学报 2024年第S01期44卷 342-354页

作者：刘素贞陈达袁路航徐志成金亮张闯省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市北辰区300401

锂离子电池力学特性参数可作为电池循环充放电导致的内部结构变化、损伤与性能衰退的评估依据,然而现有检测方法难以无损获取实际工况下的电池力学特性参数。超声波形特征能够反演电池内部结构的微小变化,与电池力学特性参数变化密切相... 详细信息

锂离子电池力学特性参数可作为电池循环充放电导致的内部结构变化、损伤与性能衰退的评估依据,然而现有检测方法难以无损获取实际工况下的电池力学特性参数。超声波形特征能够反演电池内部结构的微小变化,与电池力学特性参数变化密切相关,可准确表征电池力学特性参数。该文提出一种基于锂离子电池声学均一化模型与粒子群优化算法的电池力学特性参数估计方法。基于均匀化理论对电池多层结构进行简化,建立电池声学均一化模型。搭建电池超声检测平台,获取超声实验数据,为力学特性参数估计提供数据支撑。基于粒子群优化算法联合声学均一化模型进行仿真优化,利用仿真波形逼近实验波形,不断迭代优化模型,反推出此时电池整体有效杨氏模量与整体有效密度等力学特性参数。最后,通过高斯过程回归算法建立融合力学特征的锂离子电池荷电状态(state of charge,SOC)估计模型,对比融合不同特征对SOC估计精度的影响。实验结果表明,融合力学特征可以有效提高SOC估计精度。在动态工况下,SOC估计值的均方根误差为1.92%,平均绝对误差在1.68%,验证了利用力学特性参数进行SOC估计的可靠性与准确性。

关键词：锂离子电池力学特性参数声学均一化模型超声检测粒子群优化算法

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基于扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型

振动．测试与诊断 2018年第1期38卷 20-26页

作者：孙伟王茁朱明伟东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819

提出了基于测试获得的扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型参数的方法。在同时考虑黏弹性材料阻尼和剩余等效黏性阻尼的基础上,建立了基础激励作用下黏弹性复合板动力学方程,给出了求解振动响应的方法。提出利用基于灵敏度的匹配计算... 详细信息

提出了基于测试获得的扫频响应反推黏弹性材料分数阶导数模型参数的方法。在同时考虑黏弹性材料阻尼和剩余等效黏性阻尼的基础上,建立了基础激励作用下黏弹性复合板动力学方程,给出了求解振动响应的方法。提出利用基于灵敏度的匹配计算实现分数阶导数模型参数辨识的方法。以贴敷ZN-1型黏弹性材料的悬臂钛板为例,辨识得到了该黏弹性材料的分数阶导数模型。将结果代入到黏弹性阻尼板振动响应分析模型中,通过理论与实验的对比,证明了辨识参数的合理性。

关键词：扫频响应黏弹性材料力学特性参数分数阶导数模型参数辨识

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硬涂层材料力学参数辨识与振动抑制机理研究

硬涂层材料力学参数辨识与振动抑制机理研究

作者：陈玉刚东北大学

学位级别：硕士

硬涂层材料通常采用等离子喷涂、气象沉积等制备方法涂敷在基体上,与基体构成涂层-基体复合结构。涂层-基体复合结构的材料力学性能参数与单一涂层材料或基体材料明显不同。由于硬涂层材料的厚度相对基体而言尺度很小,并且硬涂层材料的... 详细信息

硬涂层材料通常采用等离子喷涂、气象沉积等制备方法涂敷在基体上,与基体构成涂层-基体复合结构。涂层-基体复合结构的材料力学性能参数与单一涂层材料或基体材料明显不同。由于硬涂层材料的厚度相对基体而言尺度很小,并且硬涂层材料的与基体之间存在弹性差异,其材料力学参数测试及辨识极易受到基体的影响。此外,研究表明,硬涂层的力学特性通常表现为各向异性,这些因素均为硬涂层各向异性材料参数辨识带来了困难。传统的测试方法无法满足硬涂层各向异性材料力学特性参数辨识的需要。本文分别建立了考虑压痕基体效应的硬涂层各向同性力学特性参数辨识方法和硬涂层横观各向同性力学特性参数辨识方法;将辨识结果应用于硬涂层-基体复合结构的振动特性分析中,采用实验测试与数值计算相对照的方式,验证和确认了适用于振动分析的、更合理的硬涂层材料力学特性参数;进一步开展了硬涂层-基体复合材料结构的振动响应分析,对硬涂层减振性能进行了对比分析。具体内容主要包括以下几个方向：(1)将NiCrAlY涂层视为各向同性弹性体,针对基体效应对纳米压痕实验辨识硬涂层力学特性参数结果的影响,采用有限元模拟分析了最大加载力、加载曲线指数与涂层材料的力学特性参数、压痕深度等的关系,结合纳米压痕实验结果,求解得到了NiCrAlY材料的各向同性力学特性参数。(2)以各向异性弹性本构关系为基础,将NiCrAlY涂层视为横观各向同性弹性体,通过有限元模拟建立了压痕最大加载力、加载曲线指数与涂层力学特性参数和压痕深度之间的无量纲方程,结合纳米压痕实验,对无量纲方程进行了求解,获得了NiCrAlY涂层的横观各向同性材料参数。(3)考虑NiCrAlY涂层的各向异性,建立了硬涂层-薄板复合结构的有限元模型,对其固有特性和振动响应进行计算,同时开展振动测试,获得硬涂层-薄板复合结构的固有频率、模态阻尼比和共振响应。对比有限元计算与实验测试的结果,验证了辨识得到力学特性参数的正确性,以及用于预估共振响应的可靠性。(4)在提出了减振效果综合评价指标的基础上,基于有限元计算方法,对涂敷NiCrAlY涂层的悬臂钛板进行了研究,从固有频率、振动位移和应力、振动疲劳寿命等方面对其减振效果进行评价。本文辨识得到的硬涂层材料力学特性参数,对于建立合理的的硬涂层-基体复合结构动力学模型、进行硬涂层振动抑制的有效性评价等具有重要意义,同时,也为进一步实施硬涂层减振的优化设计奠定了基础。

关键词：硬涂层各向异性纳米压痕力学特性参数振动特性减振有效性

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仿生敲击式山核桃破壳机的设计与试验

仿生敲击式山核桃破壳机的设计与试验

作者：丁冉安徽农业大学

学位级别：硕士

近年来,山核桃由于其极高的营养价值与口感逐渐受到广大消费者的青睐,随着市场需求的逐年扩大,传统的人工加工方式已远远无法满足产业的发展需要,山核桃加工产业的机械化需求越来越迫切。然而,当前国内的山核桃破壳取仁设备还相对落后,... 详细信息

近年来,山核桃由于其极高的营养价值与口感逐渐受到广大消费者的青睐,随着市场需求的逐年扩大,传统的人工加工方式已远远无法满足产业的发展需要,山核桃加工产业的机械化需求越来越迫切。然而,当前国内的山核桃破壳取仁设备还相对落后,传统的对辊挤压式以及离心碰撞式破壳方法仍存在破壳率低、果仁损伤率高、设备关键部件可靠性低等问题,缺乏一种能够对山核桃进行有效深层次加工处理的机械装备。针对这一问题,本文提出了一种仿生敲击(即模仿人工加工山核桃的方式)破壳方式,文中以宁国市昌水山核桃脱蒲机械有限公司与本课题组合作研制开发的仿生敲击式山核桃破壳机为背景,详细阐述了本次研究的实验与设计过程。论文主要分六个部分:第一部分交代了整个研究的背景与国内外研究现状,以此为基础提出了本文的研究方向。第二部分介绍了以自主搭建的以LabVIEW为软件平台的力学特性参数测试台,同时采用多种传感器以及高速摄像机进行数据与图像信息的采录,最终通过试验得出了相关的力学特性参数,为整机的设计提供了理论支持。第三部分交代了仿生敲击式山核桃破壳机的设计思路,阐述了破壳机的工作原理与整机结构,破壳机共包含有四个部分:即破壳机构,传动机构,喂料机构以及机架,根据山核桃的物料特性以及破壳时所需的各项力学特性参数,建立了破壳机构设计的数学模型,对各轴的转速进行了分配,确定了传动方式与传动比。第四部分阐述了样机的制作与结构的优化,在Pro/E的三维环境下,对关键部件进行了虚拟建模与校核。同时,优化了凸轮的轮廓曲线,解决了工作中可能出现的自锁与失稳现象,通过ADAMS的运动仿真证明了其实际可行性。第五部分是实验部分,利用试制的样机进行了现场试验,试验结果表明:当山核桃的含水率为14.55%6.35%,体积大小为直径182 mm(沿缝合线方向)时,破壳率为99.41%,果仁损伤率为6.25%,生产率为94.93 kg/h,破壳机参数的准确性与稳定性得到了验证,其加工质量与加工效率可以满足当前山核桃加工产业的实际要求。最后是总结与展望,对下一步的研究方向给出了相关的建议。本项研究丰富与完善坚果类果实的破壳机理与方法,并为山核桃加工产业的全程机械化提供了有效的装备支撑。

关键词：山核桃破壳机试验台仿生敲击力学特性参数样机试验

遗传算法在相似材料配比试验设计中的应用研究

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吉林水利 2024年第1期 22-29页

作者：董亚雄河北工程大学水利水电学院河北邯郸056038 河北省智慧水利重点实验室河北邯郸056038

为探究相似材料配比优化问题,选取水膏比(水与石膏质量之比)为变量因素,基于Matlab环境进行遗传算法的相似材料配比优化研究。设计以1/15拉压比为主要参照目标,通过力学性质试验获取不同水膏比的相似材料单轴抗压强度、抗拉强度、弹性... 详细信息

为探究相似材料配比优化问题,选取水膏比(水与石膏质量之比)为变量因素,基于Matlab环境进行遗传算法的相似材料配比优化研究。设计以1/15拉压比为主要参照目标,通过力学性质试验获取不同水膏比的相似材料单轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比、内摩擦角和内聚力6项力学特性参数,对其进行回归拟合,并构建遗传算法的相似材料配比优化模型。经对输出结果的二次试验检验可得到较好的配比优化效果,研究结果可为相似材料配比优化方法提供一定的理论依据。

关键词：配比试验设计相似材料力学特性参数遗传算法回归拟合

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岩体工程力学参数钻孔原位测试新方法

岩体工程力学参数钻孔原位测试新方法