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颅脑爆炸伤数值模拟研究进展:建模、力学机制及防护

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爆炸与冲击 2023年第6期43卷 1-36页

作者：康越马天黄献聪庄茁柳占立曾繁黄超军事科学院系统工程研究院北京100010 清华大学航天航空学院北京100084 中物院高性能数值模拟软件中心北京100088 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

爆炸致创伤性脑损伤是现代战争和爆炸事故中最常见的伤亡之一。近年来由爆炸波引起的轻度原发性颅脑冲击伤在士兵伤患中占大多数,引起了研究人员重视。由于伦理和技术方面的限制,人体爆炸实验难以开展,数值模拟已经成为研究颅脑爆炸伤... 详细信息

爆炸致创伤性脑损伤是现代战争和爆炸事故中最常见的伤亡之一。近年来由爆炸波引起的轻度原发性颅脑冲击伤在士兵伤患中占大多数,引起了研究人员重视。由于伦理和技术方面的限制,人体爆炸实验难以开展,数值模拟已经成为研究颅脑爆炸伤的重要手段之一。合理的物理建模结合可靠的模型和参数,能够定量给出爆炸冲击波作用下人体头部和大脑的生物力学响应,揭示大脑损伤的力学机制,这些对于认识颅脑爆炸伤的生物力学特性以及单兵防护装备的设计和优化都具有重要的意义。本文旨在为研究人员提供有关原发性颅脑爆炸伤数值模拟方面研究现状的背景信息,以及在计算建模、力学机制和防护3个方面的进展。重点针对大脑的多尺度性质及颅脑爆炸伤的生物力学建模,介绍了脑组织的线弹性、超弹性和黏超弹性本构模型,人头有限元模型在大脑结构、网格尺寸等方面的发展和演化,以及颅脑爆炸伤的宏观、介观和多尺度建模和数值模拟方法。针对颅脑爆炸伤的波传播直接作用、脑血管系统的影响,以及全身响应的连续过程,分析和讨论了数值模拟得到的力学机制证据。介绍了颅脑爆炸伤防护策略的数值模拟研究进展,如提高头部封闭性的重要性、新结构和新材料的应用。最后,对当前颅脑爆炸伤的数值模拟研究和应用进行了总结,并确定了未来需要发展和改进的地方。

关键词：创伤性脑损伤冲击波建模致伤机制防护

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基于APROS的核动力系统建模与仿真研究

核动力工程 2022年第4期43卷 154-161页

作者：田培妤李毅梁铁波王昌朔中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

本研究基于仿真软件APROS对两环路核动力系统的一、二回路耦合系统建立了仿真模型,并对此模型进行了功率运行稳态工况和线性变负荷动态工况仿真模拟。结果表明,模型仿真结果的最大稳态相对误差小于5%,与设计值符合较好;动态仿真趋势与... 详细信息

本研究基于仿真软件APROS对两环路核动力系统的一、二回路耦合系统建立了仿真模型,并对此模型进行了功率运行稳态工况和线性变负荷动态工况仿真模拟。结果表明,模型仿真结果的最大稳态相对误差小于5%,与设计值符合较好;动态仿真趋势与热工水力计算程序RELAP5仿真趋势基本一致,验证了模型的有效性。因此,该核动力系统一、二回路匹配性良好,且本文所建立的系统模型能够较准确地模拟核动力系统的运行。

关键词：两环路核动力系统一回路系统二回路系统 APROS 建模仿真

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考虑人因的多目标拆卸线平衡问题建模及优化

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第6期50卷 89-96页

作者：张则强郑红斌曾艳清许培玉西南交通大学机械工程学院四川成都610031

针对实际拆卸线中依旧以人工拆卸为主、工人的体力和脑力负荷会极大影响拆卸效率、超负荷工作更会损害工人的身心健康问题,提出了考虑人因的多目标拆卸线平衡问题模型,通过以最小化工作站数目、空闲时间均衡指标和能量消耗指标为优化目... 详细信息

针对实际拆卸线中依旧以人工拆卸为主、工人的体力和脑力负荷会极大影响拆卸效率、超负荷工作更会损害工人的身心健康问题,提出了考虑人因的多目标拆卸线平衡问题模型,通过以最小化工作站数目、空闲时间均衡指标和能量消耗指标为优化目标构建数学模型.基于问题特征,设计了改进天牛群算法,通过引入浓度探测操作、步长移动操作和变异操作增强算法的寻优及收敛性能,利用帕累托(Pareto)解集思想和拥挤距离机制筛选获得多个非劣解.将所提模型和算法应用于打印机拆卸实例中,用该算法和多种算法分别进行求解,通过结果对比验证了模型和算法的适用性及优越性,得出多个具有人性化、合理且高效的拆卸分配方案供决策者选择.

关键词：拆卸线平衡体力和脑力负荷多目标优化改进天牛群算法建模

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配电系统优化问题建模中的潮流模型选择方法

电力系统自动化 2023年第15期47卷 170-178页

作者：肖峻周玉鹏鲍震宇智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072

配电系统优化问题建模常用直流潮流模型简化,但在何种情况下可以简化一直缺乏量化依据。因此,基于安全边界理论提出了配电系统优化问题建模的潮流模型选择方法。首先,建立了配电系统的容量边界和电压边界模型,利用二者位置关系反映容量... 详细信息

配电系统优化问题建模常用直流潮流模型简化,但在何种情况下可以简化一直缺乏量化依据。因此,基于安全边界理论提出了配电系统优化问题建模的潮流模型选择方法。首先,建立了配电系统的容量边界和电压边界模型,利用二者位置关系反映容量约束和电压约束强弱。其次,提出了负荷馈线临界长度和分布式电源馈线临界长度的定义和计算方法。再次,形成潮流模型选择判据,并通过观测不同线路长度场景下的安全边界构成验证判据。最后,以无功优化问题建模为例,根据判据选择直流潮流模型,IEEE 33节点系统扩展算例和实际配电系统算例的结果表明,在保证精度的前提下,其求解时间明显减少。所提方法适用于有源和无源配电网含潮流模型的优化问题建模。

关键词：配电系统建模潮流模型安全边界负荷馈线分布式电源

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多功能软体机械手的设计与建模

机械工程学报 2022年第9期58卷 1-9页

作者：刘佳鹏王江北赵威费燕琼上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

设计了一款新颖的多功能软体机械手,其由两个软体手指和一个软体手腕集成一体。软体手指由四个并联的双向弯曲气动软体驱动器组成;软体手腕主要由一个双轴双向弯曲气动软体驱动器构成,软体手指、软体手腕协同动作,可以实现软体机械手的... 详细信息

设计了一款新颖的多功能软体机械手,其由两个软体手指和一个软体手腕集成一体。软体手指由四个并联的双向弯曲气动软体驱动器组成;软体手腕主要由一个双轴双向弯曲气动软体驱动器构成,软体手指、软体手腕协同动作,可以实现软体机械手的多方位、多任务操作。根据软体机械手所需运动范围和抓取力确定了软体机械手的尺寸参数。基于欧拉-伯努利梁理论,建立了上述两个双向弯曲软体驱动器的欧拉梁弯曲模型和悬臂梁弯曲模型,获得了双向弯曲软体驱动器弯曲曲率、弯曲力矩和充气气压三者之间的解析表达式,以及双向弯曲软体驱动器受到载荷时的弯曲变形曲线,通过双向弯曲软体驱动器的自由弯曲试验和弯曲变形试验验证了上述模型的正确性。通过软体机械手的闭合抓取试验和张开提起试验说明了软体机械手的实用性。

关键词：软体机械手双向弯曲软体驱动器欧拉-伯努利梁理论建模

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矿用压电俘能器建模与俘能特性研究

力学学报 2023年第10期55卷 2239-2251页

作者：张晓宇张旭辉西安科技大学机械工程学院西安710054 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室西安710054

采煤机的无线监测节点存在供电难问题,采用压电俘能器将振动能转化为电能可为其供电,研究俘能特性具有重要科学意义.采用实验与数据拟合方法建立恢复力模型,磁化电流法建立磁力模型,拉格朗日函数建立动力学模型,RecurDyn提取滚筒、摇臂... 详细信息

采煤机的无线监测节点存在供电难问题,采用压电俘能器将振动能转化为电能可为其供电,研究俘能特性具有重要科学意义.采用实验与数据拟合方法建立恢复力模型,磁化电流法建立磁力模型,拉格朗日函数建立动力学模型,RecurDyn提取滚筒、摇臂的截割方向加速度,龙格库塔法求解动力学模型,分析在不同磁距的俘能特性,并开展实验研究.结果表明:受到前滚筒、后滚筒、前摇臂和后摇臂的截割方向加速度,在俘能特性较好的磁距时,电压依次减小且均随煤层硬度的增大而增大,截割f4煤层时,磁距分别为12 mm,16 mm,12 mm和12 mm的俘能特性较好,电压有效值分别为5.107 V,4.224 V,0.998 V和0.882 V,截割f6煤层时,磁距均为16 mm的俘能特性较好,电压有效值分别为7.298 V,6.747 V,1.592 V和1.397 V,加入磁力可以加大电压.实验研究发现,受到截割f4和f6煤层的前滚筒截割方向加速度,在俘能特性较好的磁距时,电压随煤层硬度的增大而增大,磁距分别为12 mm和16 mm的俘能特性较好,电压有效值分别为3.340 V和4.959 V,加入磁力可以加大电压,验证了理论分析结果具有正确性.研究为提高电压提供理论基础,为无线监测节点自供电提供思路.

关键词：压电俘能器建模俘能特性采煤机采掘激励

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光纤激光焊接的碳排放建模与多响应评价

机械工程学报 2023年第7期59卷 186-199页

作者：吴剑钊孙家豪张超勇曹华军葛威威华中科技大学数字化制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 新加坡国立大学机械工程系新加坡117575 湖北工业大学机械工程学院武汉430068 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044

全球暖化的背景下,环境影响与制造质量的协同探究成为了研究热点之一。激光焊接广泛应用于汽车、航空航天、轨道交通等制造业,但其碳排放高、能量利用率低。因此,亟需对激光焊接工艺的碳排放特性进行研究,并协同焊接质量展开综合评价。... 详细信息

全球暖化的背景下,环境影响与制造质量的协同探究成为了研究热点之一。激光焊接广泛应用于汽车、航空航天、轨道交通等制造业,但其碳排放高、能量利用率低。因此,亟需对激光焊接工艺的碳排放特性进行研究,并协同焊接质量展开综合评价。通过搭建激光焊接的碳排放监测平台,分析激光焊接平台各系统(激光发生器、冷水机、机器人、保护气体系统)的碳排放特性,构建激光对接焊的碳排放模型,计算了各系统不同阶段的碳排放占比。采用最优拉丁超立方采样法,开展激光对接焊实验,将拉伸强度和焊缝完整性作为焊接性能的评价指标,分析了激光工艺参数(激光功率、焊接速度、离焦量)对碳排放和焊接性能的影响。实验结果表明,焊接速度对碳排放影响最大,而激光功率对拉伸强度和焊缝完整性的影响最大。对于三个响应指标,激光功率呈正向作用,而焊接速度呈负向作用。根据提出的多响应综合评价方法,对25组激光对接焊的实验结果进行了评分与优劣排序。提出的方法可为激光低碳制造的工程评价提供一定的参考。

关键词：激光焊接碳排放建模焊接性能多响应评价

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基于几何形态学影响的集料建模及评价方法

西南交通大学学报 2022年第6期57卷 1184-1192页

作者：尹海鹏李有堂黄华兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州730050

目前流行的数字集料建模技术效率和质量低,参数不可控且不能兼顾集料的形状、棱角、纹理等多个几何形态参数,导致难以有效在细观层面研究集料几何形态参数对颗粒复合材料综合性能的影响.针对上述问题,首先,研究了单一集料几何形态特征评... 详细信息

目前流行的数字集料建模技术效率和质量低,参数不可控且不能兼顾集料的形状、棱角、纹理等多个几何形态参数,导致难以有效在细观层面研究集料几何形态参数对颗粒复合材料综合性能的影响.针对上述问题,首先,研究了单一集料几何形态特征评价,并给出一种评价集料表面微观纹理和集料系统的数学方法;其次,基于3D Max提出一种新颖的单一集料数字模型设计技术,创建了带有不规则形状、无序棱角和精细表面纹理的集料数字模型;最后,基于PFC 3D并采用“颗粒替换法”创建颗粒复合材料数字模型,进而分析了实物模型和数字模型空隙率差异,并给出解决空隙率差异的数学方法.在此基础上,通过单轴压缩试验研究了集料几何学特性对颗粒复合材料峰值抗压强度的影响.研究结果表明:1)给出的集料纹理评价数学方法能量化集料微观结构,而集料系统评价数学模型拓展了集料几何形态学评价指标;2)颗粒复合材料实物模型和数字模型空隙率存在较大差异;3)集料的几何学特征能提高集料之间的咬合互锁效应,用不规则颗粒替换粒径≥2.36 mm的球形颗粒可使复合材料的峰值抗压强度提高20.7%.

关键词：集料建模几何形态复合材料空隙率

双翼型翅片管水冷的浇注式变压器绕组精细化热路建模方法

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中国电机工程学报 2022年第22期42卷 8321-8331页

作者：肖飞张新生王瑞田任强舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学) 湖北省武汉市430033

采用双翼型翅片管水冷的浇注式变压器具有散热能力强、安全性高等特点,可以满足船舶、海上风电等应用场合对变压器提出的高功率密度、高防护和密闭柜体安装等需求。文中针对双翼型翅片管水冷绕组提出一种精细化的热路建模方法。首先,采... 详细信息

采用双翼型翅片管水冷的浇注式变压器具有散热能力强、安全性高等特点,可以满足船舶、海上风电等应用场合对变压器提出的高功率密度、高防护和密闭柜体安装等需求。文中针对双翼型翅片管水冷绕组提出一种精细化的热路建模方法。首先,采用特定路径方法建立冷却单元传导热阻解析模型,有限元验证平均误差为3.2%。根据传热特征将水冷绕组分为导体层、冷却层和表面层分别进行建模,并在模型中考虑温度–铜耗耦合关系、管内强迫对流及表面层自然对流过程,在此基础上提出翅片管式水冷绕组的通用热路模型。最后,以1.15MVA船用整流变压器为典型案例开展计算与分析,基于模型优选冷却层排布方案。制造实验样机并开展温升实验。实验表明,热路模型的误差小于5%,验证了建模方法的有效性。

关键词：浇注变压器水冷绕组翅片管热网络建模