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基于Kriging模型和代理抽样的分布参数不确定性灵敏度分析方法

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机械工程学报 2024年第8期60卷 370-383页

作者：程洪鑫李璐祎周长聪西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129

针对结构系统输入变量分布参数具有不确定性的情况,为衡量分布参数不确定性对系统输出性能统计特征值的影响,以输出期望和方差为例,建立分布参数对输出性能均值和方差影响的全局灵敏度指标。为克服分布参数灵敏度指标计算量大而导致工... 详细信息

针对结构系统输入变量分布参数具有不确定性的情况,为衡量分布参数不确定性对系统输出性能统计特征值的影响,以输出期望和方差为例,建立分布参数对输出性能均值和方差影响的全局灵敏度指标。为克服分布参数灵敏度指标计算量大而导致工程实际难以接受的问题,通过建立分布参数和输出统计特征值之间的Kriging模型,解决分布参数灵敏度分析计算量随输入变量及其分布参数维度增加呈指数形式增长的问题,又引入代理抽样概率密度函数对输入变量进行高效抽样,解除求解输出统计特征值时的计算量对输入变量分布参数维度的依赖性。数值和工程算例结果表明,所提方法能够在保证计算精度的同时,大大降低分布参数灵敏度分析的计算量。

关键词：分布参数不确定灵敏度分析 Kriging代理模型代理抽样概率密度函数

内生型(Ti_(0.474)Zr_(0.34)Cu_(0.06)Be_(0.126))_(100-x)Fe_(x)(x=0,2)金属玻璃基复合材料的动态力学行为

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稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 23-30页

作者：肖海洋吕国建乔吉超西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072

为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性,采用力学弛豫谱研究了(Ti_(0.474)Zr_(0.34)-Cu_(0.06)Be_(0.126))_(100-x)Fe_(x)(x=0,2)金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素,提高了β-Ti相的稳定性。此外,还... 详细信息

为了解内生β-Ti相的Zr/Ti基金属玻璃复合材料的动态力学性能和热力学稳定性,采用力学弛豫谱研究了(Ti_(0.474)Zr_(0.34)-Cu_(0.06)Be_(0.126))_(100-x)Fe_(x)(x=0,2)金属玻璃复合材料。通过引入Fe元素,提高了β-Ti相的稳定性。此外,还发现了一个异常的内耗峰,这是由于在亚稳的β-Ti相中析出ω-Ti所引起的。在玻璃化转变温度Tg以下,由于相变和非晶基体部分结晶的耦合效应,2种金属玻璃复合材料的储能模量均表现出异常过冲行为。所得结果为更好地理解内生亚稳β-Ti型金属玻璃复合材料的复杂动态力学弛豫行为提供了借鉴。

关键词：块体金属玻璃复合材料动态力学分析物理时效动态非均匀性

激光熔覆修复GH4169合金各向异性拉伸性能

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航空学报 2024年第8期45卷 272-281页

作者：樊哲铭杨未柱曾延赵哲南李磊西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 西北工业大学深圳研究院深圳518063

激光熔覆修复GH4169合金的拉伸性能具备各向异性,拉伸性能与受载方向和修复界面之间的夹角(界面角度)显著相关,研究修复后合金的拉伸各向异性可为GH4169合金构件的高性能修复奠定基础。基于数字图像相关(DIC)技术开展了不同界面角度下... 详细信息

激光熔覆修复GH4169合金的拉伸性能具备各向异性,拉伸性能与受载方向和修复界面之间的夹角(界面角度)显著相关,研究修复后合金的拉伸各向异性可为GH4169合金构件的高性能修复奠定基础。基于数字图像相关(DIC)技术开展了不同界面角度下的修复后合金拉伸试验,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段进行了界面区域微观组织及断口形貌观测分析,对激光熔覆修复GH4169合金各向异性拉伸力学性能开展了研究。结果表明修复后合金的拉伸性能与拉伸载荷方向、枝晶生长方向的夹角呈负相关;拉伸试样的断裂主要是由Laves/γ相界面在拉伸载荷下分离引发裂纹成核和扩展造成的。当枝晶取向与拉伸载荷的夹角较小时枝晶间较大尺寸的不规则Laves相破碎成小颗粒并随基体γ相一同移动,断裂后韧窝较深,抗拉强度和屈服强度较高;当夹角较大时枝晶间Laves/γ相界面剥离导致裂纹形核,而后快速扩展,断口呈大量阶梯状的枝晶沿晶断裂形貌,拉伸性能较差。研究阐明了不同界面角度对修复后合金拉伸性能的影响机理,可为激光熔覆修复GH4169高温合金构件拉伸性能的综合评估提供基础。

关键词：激光熔覆 GH4169高温合金各向异性拉伸性能微观组织断裂机理

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复合超导线圈的电热失稳机理与弹塑性分析

力学学报 2024年

作者：黄晨光王富生吕晨杨陈龙西北工业大学力学与土木建筑学院

高温超导磁体通常是由复合超导带材绕制而成的线圈组合成的系统。实际运行中线圈可能因局部热源、局部退化及过载流运行等因素而发生失超，整体结构在热应力和电磁力作用下出现弹塑性变形甚至局部破损现象。由于局部失超的随机性和多原... 详细信息

高温超导磁体通常是由复合超导带材绕制而成的线圈组合成的系统。实际运行中线圈可能因局部热源、局部退化及过载流运行等因素而发生失超，整体结构在热应力和电磁力作用下出现弹塑性变形甚至局部破损现象。由于局部失超的随机性和多原因触发特性、复合带材组分过多且宽厚比过大、线圈内电磁-热-力耦合和非线性特性，这些都为精准预测复合超导线圈的电热失稳与力学变形带来了极大困难。已有的数值研究大多通过对局部失超区域精细化建模而剩余区域均匀化处理来降低自由度，无法处理随机失超情形且无法给出失超传播区域各材料层的力学信息。本文在磁场-磁标势方程、热传导方程和弹塑性力学方程基础上，结合非线性幂律模型和非线性应力-应变关系，发展了一套高效准确的超导磁体电磁-热-力耦合行为分析方法。该方法采用磁场方程来模拟超导层、铜层、银层和哈氏合金层等导电区域的电磁行为，而采用磁标势方程来模拟绝缘层和周围液氮等非导电区域的电磁行为，通过切口法并引入磁标势的不连续性，使得非导电区域从多连通变成单连通并遵守安培定律，其计算速度可以比当前主流的磁场法快近4倍。在复合超导盘形线圈的多场耦合分析中，采用该方法详细讨论了局部热源、局部退化及过载流运行等多因素下整体线圈结构的失超传播机理与各材料层的弹塑性演化规律。

关键词：复合超导线圈电磁-热-力耦合失超弹塑性

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海上浮式风机多体系统耦合动力模型研究

振动工程学报 2024年第1期37卷 20-30页

作者：李书进郑达成孔凡武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

海上浮式风机是近年来随着海上风电的快速发展,为了捕获深海更丰富、更持久的风能而提出的一种风力发电装置,已成为当今风能开发的主要方向。作为一种多体系统,由于海上浮式风机结构特殊,加上环境复杂,对其进行准确的计算和分析尤为重... 详细信息

海上浮式风机是近年来随着海上风电的快速发展,为了捕获深海更丰富、更持久的风能而提出的一种风力发电装置,已成为当今风能开发的主要方向。作为一种多体系统,由于海上浮式风机结构特殊,加上环境复杂,对其进行准确的计算和分析尤为重要。本文对海上浮式风机的耦合动力模型进行了研究,建立了复杂工况下Spar型海上浮式风机改进的14-DOF耦合动力模型,包括气动力模块、水动力模块和结构分析模块等,用于扩展其适用范围和准确计算风机的动力响应,并通过数值仿真对所建模型进行了分析和验证。主要的改进有:不对平台和塔架的转动角度作小量近似,扩展其适用范围;考虑角速度和欧拉角速度的换算关系,不作等化处理。此外,所建模型考虑风机叶片扭转角对叶片变形的影响,得到了较为准确的叶片面内外响应。同时采用线性势流理论对水动力进行计算,较之Morison方程适用性更广。仿真分析表明,本文所建模型可以更准确地计算海上浮式风机系统的动力响应,且具有更广的适用范围。

关键词：海上浮式风机多体系统气动力分析水动力分析耦合模型

冷却速率对La基非晶合金β弛豫行为和应力弛豫的影响

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物理学报 2024年第3期73卷 188-198页

作者：孟绍怡郝奇王兵段亚娟乔吉超西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072 西北工业大学物理科学与技术学院西安710072 西北工业大学重庆科创中心重庆401135

β弛豫行为及应力弛豫是探索非晶合金微观结构非均匀性的重要切入口.β弛豫行为及应力弛豫与非晶合金扩散、玻璃转变行为以及塑性变形等密切相关,探究它们之间关联有重要科学意义.本文以典型的La基非晶合金作为研究载体,系统地探究了通... 详细信息

β弛豫行为及应力弛豫是探索非晶合金微观结构非均匀性的重要切入口.β弛豫行为及应力弛豫与非晶合金扩散、玻璃转变行为以及塑性变形等密切相关,探究它们之间关联有重要科学意义.本文以典型的La基非晶合金作为研究载体,系统地探究了通过不同冷却速率所得块体样品与条带样品的β弛豫特征及应力弛豫行为.结果表明,冷却速率是控制玻璃体系能量状态,进而影响其物理力学性能的重要参数.冷却速率越大,低温内耗更大,对应β弛豫激活能更小,β弛豫行为在温度谱中展宽更大,表明高冷却速率导致原子移动性更大,微观尺度结构非均匀程度更高.基于应力弛豫测量与分析,发现高冷却速率变形特征时间减小,归一化应力衰减幅度更大,在外加力场作用下更易变形,变形单元更易激活以容纳结构形变.本研究为进一步厘清非晶合金β弛豫、变形及微观结构非均匀性之间关联提供了思路.

关键词：非晶合金 β弛豫冷却速率应力弛豫微观结构非均匀性

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面向人机共驾模式下驾驶人接管过程的视觉转移特性研究

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汽车工程 2024年第5期46卷 795-804页

作者：李梦凡冯忠祥张卫华李靖宇合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230000 合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230000

当在L3级自动驾驶系统操作期间,驾驶人无须时刻监管车辆,往往会处于脱离驾驶任务的状态,并可能从事各种与驾驶无关的任务。当自动驾驶系统遇到突发状况并发出接管请求时,驾驶人是否能安全及时地进行人机交互操作并顺利接管车辆是目前L3... 详细信息

当在L3级自动驾驶系统操作期间,驾驶人无须时刻监管车辆,往往会处于脱离驾驶任务的状态,并可能从事各种与驾驶无关的任务。当自动驾驶系统遇到突发状况并发出接管请求时,驾驶人是否能安全及时地进行人机交互操作并顺利接管车辆是目前L3级自动驾驶所面临的重要问题。本文针对驾驶人接管操作过程,根据道路线形的差异性,设计了5种不同道路场景进行L3级自动驾驶接管试验,分析了驾驶人在不同道路场景下的注视熵,构建了驾驶人接管行为的马尔可夫链注视模型,探讨了自动驾驶人机交互过程中驾驶人的视觉转移特性。结果表明,驾驶人在接管操作期间表现出明显的注视行为规律,重点关注道路前方、次任务区域和人机交互区域。随着道路曲率半径的减小,驾驶人的视觉特性呈现出明显的变化,对道路前方和右侧区域的关注增加,而对次任务区域的关注减少。结果可为自动驾驶人机界面的优化研究提供科学依据,从而提高驾驶员接管绩效和驾驶安全。

关键词：自动驾驶人机交互人机接管注视特性马尔可夫链

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一种新型压合衬套冷挤压工艺研究

航空制造技术 2024年第10期67卷 107-114页

作者：王耀伟闫五柱梁淑静西北工业大学力学与土木建筑学院西安710129

压合衬套冷挤压工艺是通过拉拔过盈芯棒穿过紧固孔将衬套安装至孔壁的一种冷强化方法。对压合衬套冷挤压后残余应力分布不均匀现象进行研究,提出了一种新型压合衬套冷挤压方法。该方法通过在传统压合衬套内侧添加带斜度的辅助衬套,从而... 详细信息

压合衬套冷挤压工艺是通过拉拔过盈芯棒穿过紧固孔将衬套安装至孔壁的一种冷强化方法。对压合衬套冷挤压后残余应力分布不均匀现象进行研究,提出了一种新型压合衬套冷挤压方法。该方法通过在传统压合衬套内侧添加带斜度的辅助衬套,从而在芯棒拉拔过程中可以沿孔轴向同步施加均匀干涉量。通过有限元仿真,得到该方法在干涉量为1.5%、1.8%、2.0%、2.3%、2.5%时的残余应力分布,并与传统压合衬套冷挤压方法进行对比。研究结果表明,该方法在孔端不会产生残余拉应力,且残余应力更加均匀,残余压应力区更深。与传统冷挤压工艺相比,新工艺在干涉量为2.5%时疲劳寿命提高了33%,且该增益随干涉量增加而增强。

关键词：紧固孔冷挤压残余应力压合衬套疲劳强化有限元

基于DoDAF的低慢小飞行器综合处置体系架构设计

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系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 162-172页

作者：卫继承张娟杨文雅马岚岭张航西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710129 上海烜翊科技有限公司上海200233

针对低慢小飞行器在综合处置中威胁环境复杂、多学科关键技术交互密切等现状,引入美国国防部体系架构框架(Department of Defense Architecture Framework,DoDAF)对低慢小飞行器综合处置体系进行顶层设计。对其视角视图进行“补充、裁... 详细信息

针对低慢小飞行器在综合处置中威胁环境复杂、多学科关键技术交互密切等现状,引入美国国防部体系架构框架(Department of Defense Architecture Framework,DoDAF)对低慢小飞行器综合处置体系进行顶层设计。对其视角视图进行“补充、裁剪、融合”,定义了各视角的建模顺序及各视角下视图的建模方法,形成一套面向各类复杂体系分析与设计问题完备的构建方法及一套体系架构快速设计方法。并以一种新型多元载荷协同作战的低慢小飞行器综合处置体系进行建模与仿真,验证了该方法能为低慢小飞行器的综合处置作战提供系统全面的描述和可靠的概念模型支撑、该模型可为作战体系架构设计与装备技术发展提供牵引。

关键词：低慢小飞行器美国国防部体系架构框架基于模型的体系工程架构设计