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月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模

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振动与冲击 2024年第4期43卷 239-249页

作者：徐鸿雷波刘锦阳上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discre... 详细信息

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。

关键词：离散元方法(DEM) 多体动力学(MBD) 月球车耦合建模高效接触检测

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三旋流基础燃烧室点火联焰模式实验研究

航空动力学报 2024年

作者：江毅峰傅宸王珑竹罗遵毅孔成栋高怡上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学航空航天学院

针对三旋流基础燃烧室，运用10 kHz的液滴Mie散射和OH*化学发光同步成像技术，对航空煤油喷雾火焰点火联焰模式开展实验研究。研究表明，点火联焰过程包含类点火阶段与相邻旋流火焰发展阶段。类点火阶段具有“折线形”与“直线形”模式... 详细信息

针对三旋流基础燃烧室，运用10 kHz的液滴Mie散射和OH*化学发光同步成像技术，对航空煤油喷雾火焰点火联焰模式开展实验研究。研究表明，点火联焰过程包含类点火阶段与相邻旋流火焰发展阶段。类点火阶段具有“折线形”与“直线形”模式，相邻旋流火焰发展阶段具有“上游卷吸”、“下游迟滞”与“多簇膨胀”模式。在不同空气流速、腔体压力和油气比工况条件下，“折线形-多簇膨胀”是点火联焰过程的主要模式；在点火联焰边界工况附近，“折线形-下游迟滞”模式出现概率较高，约为77.8%；在低空气流速或高油气比工况条件下，“直线形-多簇膨胀”模式占主导。

关键词：三旋流基础燃烧室 RP-3航空煤油喷雾旋流火焰点火联焰过程火焰传播模式

多孔玻璃微锥阵列超快激光加工工艺研究(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 334-343页

作者：陆子杰罗国虎王岱荪张开朱康武胡永祥上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海航天控制技术研究所上海201109

采用脉宽为8 ps的超快激光器,结合高速相机原位观测,研究了超快激光作用G5级多孔玻璃过程中的材料去除行为。研究结果表明:在超快激光作用下,多孔玻璃材料出现剥离去除现象,加工过程中有大量粒径为几十微米的颗粒飞溅,材料去除效率约为K... 详细信息

采用脉宽为8 ps的超快激光器,结合高速相机原位观测,研究了超快激光作用G5级多孔玻璃过程中的材料去除行为。研究结果表明:在超快激光作用下,多孔玻璃材料出现剥离去除现象,加工过程中有大量粒径为几十微米的颗粒飞溅,材料去除效率约为K9玻璃的16.2倍。分析了扫描策略和加工余量对多孔玻璃微锥阵列形貌特征的影响,实现了高一致性和大锥顶锐度微锥阵列加工,平均锥顶尺寸达到20μm。组装后的电喷雾推力器能够在3 kV电压下获得单个发射极90μN的推力。

关键词：激光技术多孔玻璃超快激光微锥阵列电喷雾发射极

全固态硫化物锂电池中NCM正极及其界面研究

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化工学报 2024年第3期75卷 743-759页

作者：郭邦军贾理男张希上海交通大学机械与动力工程学院上海200241 上海屹锂新能源科技有限公司上海201306

采用硫化物电解质的全固态锂电池被视作解决传统液态锂电池安全问题与能量密度提升的最有效方案。正极材料作为锂电池的主要组成部分之一,很大程度上决定着全固态锂电池的基本性能。镍钴锰酸锂(NCM)三元体系正极材料因具备能量密度较高... 详细信息

采用硫化物电解质的全固态锂电池被视作解决传统液态锂电池安全问题与能量密度提升的最有效方案。正极材料作为锂电池的主要组成部分之一,很大程度上决定着全固态锂电池的基本性能。镍钴锰酸锂(NCM)三元体系正极材料因具备能量密度较高和成本较低的优点,以及与硫化物电解质的可兼容性而受到广泛关注。然而,NCM三元材料存在安全性低、循环稳定性差等缺点,与硫化物电解质接触界面仍存在许多问题亟待解决。因此,分析和研究NCM三元正极材料的结构组成和界面优化,对于提高全固态锂电池稳定性和安全性具有重要的意义。聚焦于当前主流三元正极材料以及与硫化物固态电解质界面问题的匹配性研究,阐述了NCM三元正极材料在全固态锂电池应用中所面临的挑战、解决策略和发展机遇,并对NCM三元正极的进一步发展和应用提出展望。

关键词：全固态锂离子电池 NCM正极硫化物电解质正极/电解质界面

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分循环膨胀发动机换气参数影响规律研究

内燃机工程 2024年第3期45卷 77-85页

作者：王哲陈自强陈天宇石磊邓康耀上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200030

以分循环膨胀发动机(split cycle expansion engine,SCEE)为研究对象开展了膨胀缸换气参数影响规律的研究,为高效率发动机的设计与优化提供指导。结果表明:膨胀缸进气门升程降低使得膨胀缸进气压力增大,同时燃烧缸泵气损失增大,进气门... 详细信息

以分循环膨胀发动机(split cycle expansion engine,SCEE)为研究对象开展了膨胀缸换气参数影响规律的研究,为高效率发动机的设计与优化提供指导。结果表明:膨胀缸进气门升程降低使得膨胀缸进气压力增大,同时燃烧缸泵气损失增大,进气门升程由6 mm降到1 mm时,系统指示热效率最多降低5.83%。膨胀缸排气门升程降低将使得高压气罐压力上升,同时膨胀缸压缩过程耗功增加,压缩过程耗功占主导,排气门升程由8 mm降到3 mm时,系统指示热效率最大降低2.80%。膨胀缸排气门关闭角的提前将增大膨胀缸进气压力及膨胀缸入口处压力损失,当膨胀缸排气门关闭角为10°时二者可获得较好折中,系统指示热效率为47.78%。膨胀缸排气门开启角的推迟可以减少由过度膨胀导致的排气门处的倒流现象。

关键词：分循环高效率发动机换气系统效率提升

基于SSA-NARX的航空发动机动态特性参数辨识方法

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热能动力工程 2024年第1期39卷 205-215页

作者：陈子桥洪军肖刚温新上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学航空航天学院上海200240

针对航空发动机动态特性的建模问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化NARX神经网络的动态特性参数辨识方法。利用SSA对NARX网络的权值与偏置进行迭代寻优,使网络具备更高的准确度与泛化能力;利用优化后的NARX网络进行动态参数辨识;使... 详细信息

针对航空发动机动态特性的建模问题,提出一种基于麻雀搜索算法(SSA)优化NARX神经网络的动态特性参数辨识方法。利用SSA对NARX网络的权值与偏置进行迭代寻优,使网络具备更高的准确度与泛化能力;利用优化后的NARX网络进行动态参数辨识;使用航空发动机飞行测试数据集进行了仿真测试。结果表明:SSA-NARX方法明显优于NARX和PSO-NARX方法。SSA-NARX方法的输出参数N_(1),N_(2)和排气温度(EGT)与真实值的最大相对误差绝对值δ_(max)分别降低至3.81%,1.24%和3.47%;动态特性指标T_(i)与T_(t)与真实值的相对误差均小于5%;经10次交叉试验,参数N_(1),N_(2)和EGT的测试结果均方根误差均值RMSE_(m)分别为0.29,0.18和1.50。模型的准确性、实时性与稳健性均满足了仿真需求。

关键词：航空发动机数据驱动麻雀搜索算法非线性自回归神经网络动态模型辨识

声学超材料和亥姆霍兹共振结构的自供能传感器

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机械科学与技术 2024年第1期43卷 110-116页

作者：马珂婧陈虎越张文明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学密西根联合学院上海200240

随着物联网的发展,自供能声学传感器得到了广泛关注。然而,压电传感器的灵敏度等关键指标难以进一步提升。声学超材料能以传统材料无法实现的方式操控声波,为新型声学传感器的设计提供了新思路。本文设计了一种声学超材料和亥姆霍兹谐... 详细信息

随着物联网的发展,自供能声学传感器得到了广泛关注。然而,压电传感器的灵敏度等关键指标难以进一步提升。声学超材料能以传统材料无法实现的方式操控声波,为新型声学传感器的设计提供了新思路。本文设计了一种声学超材料和亥姆霍兹谐振结构的自供能声学传感器,并验证了具有缺陷的声学超材料能够聚焦声能;此外,亥姆霍兹谐振器能将聚焦在声学超材料缺陷处的能量进一步放大,传输比超过40 mV/Pa,能满足小型传感器的自供能需求。实验结果表明:与仅有局部缺陷的声学超材料传感器相比,基于亥姆霍兹谐振器的声学超材料传感器具有更高的灵敏度和信噪比。

关键词：声学超材料亥姆霍兹谐振器声学传感器

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基于改进聚类和神经网络的多准则备件分类

工业工程与管理 2024年第5期 24-31页

作者：赵青雨苏之昀夏唐斌郑美妹上海交通大学机械与动力工程学院

传统的备件分类方法存在主观性强、补偿性差的问题，且在分类完成后缺少持续更新的能力。首先，本文考虑备件的经济、供给和重要性三个方面建立了备件分类指标体系，并结合否定规则改进聚类算法，解决多指标的互补性问题。其次，提出了... 详细信息

传统的备件分类方法存在主观性强、补偿性差的问题，且在分类完成后缺少持续更新的能力。首先，本文考虑备件的经济、供给和重要性三个方面建立了备件分类指标体系，并结合否定规则改进聚类算法，解决多指标的互补性问题。其次，提出了一种改进粒子群优化BP神经网络的备件分类模型，对新入库备件分类有持续更新能力。最后，结合S公司的备件数据，利用改进的算法对备件进行分类和更新。结果表明，所提出的改进聚类算法更符合实际需求，且所提出的BP神经网络平均准确率为96.77%，优于其他传统的算法，可为企业的备件分类管理提供有力的支持。

关键词：多准则备件分类聚类算法 BP神经网络优化算法

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谐波减速器失效预警方法研究

机械设计与制造 2024年

作者：李彬陶建峰刘成良贡亮上海交通大学机械与动力工程学院

谐波减速器是工业机器人的核心部件。在其运行过程中，功率信号是表征谐波减速器运行状态的关键参数，因此实时准确地预测谐波减速器功率，对于其失效预警具有指导性意义。提出了基于CNN和BiLSTM的混合深层神经网络（DCBNN），用于处理... 详细信息

谐波减速器是工业机器人的核心部件。在其运行过程中，功率信号是表征谐波减速器运行状态的关键参数，因此实时准确地预测谐波减速器功率，对于其失效预警具有指导性意义。提出了基于CNN和BiLSTM的混合深层神经网络（DCBNN），用于处理谐波减速器状态监测数据从而准确地预测其功率信号。首先，对测得的运行参数进行数据预处理，并划分好数据集。然后，将分割好的数据集输入到DCBNN中，利用CNN和BiLSTM分支提取状态监测数据的空间特征和双向时序依赖。在此基础上，根据预测结果获得功率实际值和预测值残差的绝对值，利用概率论分布拟合方法拟合残差曲线，以获得谐波减速器失效预警的警报阈值。最后，使用谐波减速器实验数据构建的8个不同数据集来验证所提方法的有效性和优越性。在完整数据集上的试验结果表明，DCBNN模型可以有效的对谐波减速器进行失效预警。

关键词：失效预警谐波减速器功率预测卷积神经网络双向长短期记忆神经网络深度学习