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航空机匣环件曲面结构超声全聚焦检测与缺陷定量方法

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中国机械工程 2023年第8期34卷 892-898页

作者：关山月汪小凯华林李一轩武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070 武汉理工大学汽车工程学院武汉430070

航空发动机机匣所用环形锻件的沟槽和圆角部位容易产生各类缺陷。针对环形锻件的曲面结构,提出了超声全聚焦检测与缺陷定量方法。在待测区域建立圆柱坐标系并划分网格点,设计了Φ0.8 mm当量缺陷对比试块,采集了网格点处缺陷最大幅值数据... 详细信息

航空发动机机匣所用环形锻件的沟槽和圆角部位容易产生各类缺陷。针对环形锻件的曲面结构,提出了超声全聚焦检测与缺陷定量方法。在待测区域建立圆柱坐标系并划分网格点,设计了Φ0.8 mm当量缺陷对比试块,采集了网格点处缺陷最大幅值数据集,将数据集在深度和角度两个方向拟合,建立了距离-角度-幅值曲面缺陷定量评价方法。某机匣环件试样实验结果表明缺陷定量方法的误差小于1 dB。

关键词：航空发动机环形锻件曲面全聚焦法缺陷定量化

基于物理信息的神经网络求解曲面上对流扩散方程

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计算力学学报 2023年第2期40卷 216-222页

作者：汤卓超傅卓佳河海大学力学与材料学院工程与科学数值模拟软件中心南京211100

引入基于物理信息的神经网络PINNs(Physics-informed Neural Networks)并将其用于求解曲面对流扩散方程。区别于传统的神经网络模型,PINNs在建立模型过程中引入了自动微分技术,并将物理信息即偏微分方程信息编译其中,通过定义损失函数... 详细信息

引入基于物理信息的神经网络PINNs(Physics-informed Neural Networks)并将其用于求解曲面对流扩散方程。区别于传统的神经网络模型,PINNs在建立模型过程中引入了自动微分技术,并将物理信息即偏微分方程信息编译其中,通过定义损失函数得到关于该模型中神经网络参数即权重和偏置的优化目标,随后利用已有的优化算法进行求解。显而易见,PINNs通过添加额外的物理信息约束放宽了对于数据量的要求,对于一个确定性模型显示出更好的鲁棒性。本文基于曲面微分算子与欧氏空间下标准微分算子的解析关系,引入两种曲面微分算子处理技术,即非本征技术和嵌入技术,并结合PINNs针对定义在高维复杂曲面上的对流扩散方程进行求解,多个数值算例证明了该方法的有效性、鲁棒性以及其在求解此类问题的潜力。

关键词：机器学习自动微分 Laplace-Beltrami算子物理模型曲面

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曲面上纳米流体液滴的蒸发特性

包装工程 2023年第5期44卷 57-64页

作者：王德明陈爱强王胜威刘斌天津商业大学机械工程学院天津300000

目的研究曲面上纳米流体在不同基板温度下的蒸发过程,分析蒸发过程中液滴内部的传热和流动特点,揭示其蒸发机理。方法选用5种不同表面温度(15、30、45、60和75℃)的铜半球作为蒸发基板,以含Al_(2)O_(3)纳米颗粒的液滴作为蒸发流体,记录... 详细信息

目的研究曲面上纳米流体在不同基板温度下的蒸发过程,分析蒸发过程中液滴内部的传热和流动特点,揭示其蒸发机理。方法选用5种不同表面温度(15、30、45、60和75℃)的铜半球作为蒸发基板,以含Al_(2)O_(3)纳米颗粒的液滴作为蒸发流体,记录液滴蒸发过程中各参数(接触角、接触三相线和液滴剩余体积)的变化过程,对蒸发后形成的沉积图案进行测量分析。结果液滴在曲面基板上的蒸发速率大于液滴在平面基板上的蒸发速率;在不同蒸发温度下液滴蒸发模式基本相同,且蒸发过程中接触线均出现了滑移现象,接触角在第2阶段的减小速率更大;随基板温度的升高,咖啡环明显变窄,马兰戈尼数明显增大,蒸发速率加快。结论曲面基板相对于平面基板加强了液滴内部的对流换热,纳米流体的蒸发模式不受温度和曲率的影响,蒸发后期液滴内部的对流换热效果相较于表面散热效果更加强烈,随基板温度升高,马兰戈尼效应对咖啡环形成的影响加强。

关键词：纳米流体曲面液滴蒸发咖啡环

课程-迁移学习物理信息神经网络用于曲面长时间对流扩散行为模拟

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应用数学和力学 2024年

作者：闵建傅卓佳郭远河海大学力学与工程科学学院工程与科学数值模拟软件中心

物理信息神经网络（PINN）将物理先验知识编码到神经网络中，减少了神经网络对于数据量的需求。但是对于时间相关偏微分方程的长时间问题，传统PINN稳定性差，甚至难以求得有效解。针对此问题，该文发展了一种基于课程学习和迁移学习的... 详细信息

物理信息神经网络（PINN）将物理先验知识编码到神经网络中，减少了神经网络对于数据量的需求。但是对于时间相关偏微分方程的长时间问题，传统PINN稳定性差，甚至难以求得有效解。针对此问题，该文发展了一种基于课程学习和迁移学习的物理信息神经网络(CTLPINN)。该方法的主要思想是将长时间历程模拟问题转化为该时间域内多个短时间历程模拟问题，引入课程学习的思想，由简到难，通过PINN在小时间段区域内训练，而后逐渐增大所求解的时域范围；进而引入迁移学习方法，在课程学习的基础上进行时域上的迁移，逐步采用PINN进行求解，从而实现曲面上对流扩散行为的长时间模拟。该文将此CTL-PINN与非本征的曲面算子处理技术相结合，用于复杂曲面上长时间对流扩散行为的模拟，并通过多个数值算例验证CTLPINN的有效性和鲁棒性。

关键词：物理信息神经网络课程学习迁移学习对流扩散曲面长时间历程

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曲面光斑面积变化模型及其对熔覆质量的影响

表面技术 2018年第11期47卷 225-232页

作者：崔权维孙文磊黄勇新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

目的建立一种计算曲面工件激光光斑面积变化的数学模型,研究光斑面积在多大范围内变化对熔覆质量的影响最小。方法采用高斯曲率的倒数作为曲率球的半径,利用曲率球代替NURBS曲面微小单元,通过圆柱体与球体相贯的数学分析方法求取截交面... 详细信息

目的建立一种计算曲面工件激光光斑面积变化的数学模型,研究光斑面积在多大范围内变化对熔覆质量的影响最小。方法采用高斯曲率的倒数作为曲率球的半径,利用曲率球代替NURBS曲面微小单元,通过圆柱体与球体相贯的数学分析方法求取截交面积,进而推导出NURBS曲面光斑面积的数学模型,采用CATIA软件作对比,进行验证。结果该数学模型得出的结果与CATIA计算的结果相对误差不超过0.2%,满足工程应用。对模型中影响光斑面积大小的三个因素(离焦量、光束姿态、曲率)进行分析表明,影响光斑面积大小的最主要因素是光束姿态。在此基础上,以Q235为母材,KF310粉末为熔覆材料,调整光束姿态分别以0?、10?、20?、30?、40?为入射角进行激光熔覆,测试和分析得出,在0?、10?、20?时,单道熔覆层宽度随空间夹角及光斑面积的增大而增大,熔覆高度随光斑面积增大而减小,熔覆层与基体之间存在亮白色界面,这是凝固初期界面处生长出的平面晶,说明形成了冶金结合。而30?、40?时的单道熔覆层宽度变化不明显,在熔覆道边缘出现粘粉现象,冶合质量不高。结论光斑面积变化在增加8%的范围内可以保证激光熔覆沉积层的质量,通过该算法的应用可以满足激光再制造快速响应的要求。

关键词：激光熔覆曲面光斑面积光束姿态熔覆质量数学模型曲率球

曲面塑料模具激光熔覆再制造快速加工路径生成方法

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中国表面工程 2017年第5期30卷 150-158页

作者：黄勇孙文磊陈影黄海博刘金朵新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

对于曲面塑料模具,在其表面快速生成激光熔覆加工路径非常困难。针对这种情况,直接以零件的逆向点云模型为研究对象,通过平面与点云求交得到以密集离散点表示的近似激光扫描路径,避免了反求建模的过程。以离焦量变化极限为约束条件,在... 详细信息

对于曲面塑料模具,在其表面快速生成激光熔覆加工路径非常困难。针对这种情况,直接以零件的逆向点云模型为研究对象,通过平面与点云求交得到以密集离散点表示的近似激光扫描路径,避免了反求建模的过程。以离焦量变化极限为约束条件,在路径上搜索插补点。提出利用插补点的最近点来计算插补点曲面法向矢量作为激光束姿态的近似快速算法。应用镍基自熔性合金粉对P20材质的模具零件曲面表面进行了试验。金相分析表明所形成熔覆层组织均匀、致密,缺陷稀少;熔覆层与基体之间形成冶金结合。熔覆层中部组织出现了垂直于界面生长的柱状树枝晶,而在顶部许多的柱状树枝晶发育成等轴树枝晶。熔覆层的平均显微硬度达到330~350 HV0.2。路径中段的熔覆层厚度比起始点增加了10%。

关键词：曲面激光熔覆加工路径塑料模具再制造

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自适应奖励函数的PPO曲面覆盖方法

计算机工程 2024年

作者：李淑怡阳波陈灵沈玲唐文胜湖南师范大学工程与设计学院湖南师范大学信息科学与工程学院

针对机器人清洁作业过程中现有曲面覆盖方法难以适应曲面变化且覆盖效率低问题，提出一种自适应奖励函数的PPO（Proximal Policy Optimization）曲面覆盖方法（a surface coverage method based on PPO with adaptive reward function，... 详细信息

针对机器人清洁作业过程中现有曲面覆盖方法难以适应曲面变化且覆盖效率低问题，提出一种自适应奖励函数的PPO（Proximal Policy Optimization）曲面覆盖方法（a surface coverage method based on PPO with adaptive reward function， SC-SRPPO）。首先，将目标曲面离散化，以球查询方式获得协方差矩阵求解点云的法向量，建立3D曲面模型；其次，以曲面局部点云的覆盖状态特征和曲率变化特征作为曲面模型观测值构建状态模型，有利于机器人移动轨迹拟合曲面，提高机器人对曲面变化的适应能力；接着，基于曲面的全局覆盖率和与时间相关的指数模型构建一种自适应奖励函数，引导机器人向未覆盖区域移动，提高覆盖效率；最后，将曲面局部状态模型和奖励函数与PPO强化学习算法融合，训练机器人完成曲面覆盖路径规划。在球形、马鞍形、立体心形等三种曲面模型上，以点云覆盖率与覆盖完成时间作为主要评价指标，SC-SRPPO的平均覆盖率为92.72%，与NSGA II、PPO和SAC等3种方法对比，覆盖率分别提升了4.98%、14.56%、25.51%，覆盖完成时间分别缩短15.20%、67.18%、62.64%。结果表明，SC-SRPPO能够在适应曲面变化的基础上，使机器人更加高效地完成曲面覆盖任务。

关键词：清洁机器人曲面覆盖路径规划强化学习近端策略优化

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NURBS曲面逆节点插入法

机械设计 2023年第3期40卷 41-47页

作者：毛虎平孙振山韩啸高亚洲贾峰中北大学能源与动力工程学院山西太原030051

针对工程中对控制点的特殊需求,提出了一种非均匀有理B样条曲面逆节点插入方法。从分析NURBS控制多边形的边及其相关联的节点出发,通过齐次坐标投影确定必须插入节点所在区间,利用插入控制点对控制多边形的边分割与需插入节点对参数区... 详细信息

针对工程中对控制点的特殊需求,提出了一种非均匀有理B样条曲面逆节点插入方法。从分析NURBS控制多边形的边及其相关联的节点出发,通过齐次坐标投影确定必须插入节点所在区间,利用插入控制点对控制多边形的边分割与需插入节点对参数区间的分割等比例映射,获得过任意点并与控制多边形对边相交的等参线,得到对应插入节点,再从插入节点出发反方向确定所有需要插入的控制点,协同实现某特殊需求控制点插入的任务。数值算例验证了文中方法对于NURBS曲面插入控制点的有效性,且具有明显的几何和物理意义。

关键词： NURBS 控制点曲面逆节点插入

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多层等效源曲面磁异常转换方法

地球物理学报 2018年第7期61卷 3055-3073页

作者：李端陈超杜劲松梁青中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院地球内部多尺度成像湖北省重点实验室武汉430074

在磁异常数据处理中,利用等效源技术重构磁异常场具有较好的稳定性和较高的计算精度,因而被广泛应用.传统方法是采用设置在近地表的单层等效源拟合实测磁异常数据,尽管拟合精度很高,但向上延拓之后往往会出现较大的拟合误差,即可能存在... 详细信息

在磁异常数据处理中,利用等效源技术重构磁异常场具有较好的稳定性和较高的计算精度,因而被广泛应用.传统方法是采用设置在近地表的单层等效源拟合实测磁异常数据,尽管拟合精度很高,但向上延拓之后往往会出现较大的拟合误差,即可能存在磁异常信号的"泄漏",尤其在原始数据中存在背景场时更容易出现此种误差.本文提出一种多层等效源技术方案,应用分布于不同深度范围内的等效源模拟实测数据,减少了等效源参数设置的盲目性.理论模型试验表明,采用多层等效源方法重构的磁异常及其梯度与分量,较单层等效源方法具有更高精度,可以吸收更完整的实测磁异常信息.论文详细地讨论了如何优化多层等效源设置、等效源参数选择以及计算方法,通过二维和三维理论模型试验,验证了在复杂条件下多层等效源方法的可行性和适应性,并且将该方法应用于广西某地的实测磁异常数据转换之中,取得了较好的应用效果.

关键词：磁异常数据转换等效源多层曲面