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一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法

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机械工程学报 2024年第2期60卷 356-368页

作者：韦新鹏姚中洋宝文礼张哲姜潮湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证... 详细信息

提出一种基于主动学习克里金模型的证据理论可靠性分析方法,可高效高精度计算出结构失效的可信度与似真度。首先,对不确定变量空间进行离散,并使用拉丁超立方抽样方法生成克里金模型的初始训练样本;其次,推导基于克里金模型快速判断证据变量焦元类别(正焦元、负焦元或边界焦元)的方法及克里金模型的迭代停止条件;再次,根据焦元类别判断方法发展基于功能函数符号预测正确概率的学习函数,可自适应增加训练样本以提高克里金模型关键区域的精度;最后,在克里金模型并非全局精确的情况下判断焦元的类别,并计算出结构失效的可信度和似真度。数值算例显示,该方法能够高效准确地判断所有焦元的类别,进而计算出结构失效可信度和似真度的确切值。

关键词：结构可靠性认知不确定性证据理论主动学习克里金模型

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考虑道路可用宽度的自适应避撞控制

汽车工程 2024年第5期46卷 893-905,912页

作者：周兵郑康强王茹吴晓建柴天湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 南昌大学先进制造学院南昌330031

针对紧急避撞中车辆避开障碍物后回归直线行驶时容易出现过多转向性失控问题,提出一种利用道路空间换取车辆稳定性的解决方案——考虑道路可用宽度的自适应避撞控制方法。首先搭建7自由度车辆模型,基于最优控制和MPC理论设计避撞控制器... 详细信息

针对紧急避撞中车辆避开障碍物后回归直线行驶时容易出现过多转向性失控问题,提出一种利用道路空间换取车辆稳定性的解决方案——考虑道路可用宽度的自适应避撞控制方法。首先搭建7自由度车辆模型,基于最优控制和MPC理论设计避撞控制器,并通过大量仿真再现过多转向失控工况,进而对失控工况的车辆输入与车辆状态进行剖析,明晰车辆失控机理。接着基于失控机理设计考虑道路可用宽度的自适应避撞控制系统,其中包括基于深度神经网络的参数自适应控制,基于启动车速的介入准则以及基于Lyapunov保守稳定域的切出时机。仿真实验证明,所提出的自适应避撞控制策略可以充分利用当前道路可用宽度,在避撞后回归直线行驶时提高车辆稳定性,从而达到避免事故发生的效果,弥补了传统定参数控制器无法适应复杂多变工况的缺陷。最后,基于dSPACE硬件在环实验,验证了所提出控制策略的实时性能够满足紧急工况避撞要求。

关键词：高速避撞过多转向性失控自适应控制可用道路宽度回稳控制

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基于改进预瞄控制模型的车道保持系统设计

中国机械工程 2024年第3期35卷 548-558页

作者：梁永彬付广林智桂何智成张家洛陈涛上汽通用五菱汽车股份有限公司柳州545007 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

为解决扭矩控制的车道保持(LKA)系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题,采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论,利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Cars... 详细信息

为解决扭矩控制的车道保持(LKA)系统鲁棒性不高、受车辆制造一致性以及路面激烈干扰影响大的问题,采用神经网络技术、Autofix算法及预瞄反馈控制理论,利用预期轨迹决策和跟随PID控制算法设计了一套基于角度控制的车道保持系统。基于Carsim/Veristand/MATLAB搭建了硬件在环仿真试验平台,通过虚拟仿真验证了该车道保持系统设计的有效性与准确性。基于GB/T 39323—2020、CN-CAP—2021、Euro-NCAP—2022并结合实车调试及用户关注场景对车道保持系统的测试要求,通过仿真及实际场景对比验证得出以下结论:相对于扭矩控制的LKA系统,在相同使用场景下,使用角度控制的车道保持系统具有较好的车道保持能力、稳定性、适应性和鲁棒性。

关键词：车道保持系统角度控制预瞄控制 Autofix算法比例-积分-微分控制

流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

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中国机械工程 2024年第3期35卷 487-497页

作者：李荣启闫涛何智成米栋姜潮郑静湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。... 详细信息

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热-力耦合或者流-热耦合的设计,且大多局限于简单结构,未考虑流-热-力三场共同作用下的设计,限制了结构性能的提升。针对流-热-力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战,提出了一种流-热-力耦合拓扑优化方法,以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程,对计算域的流固材料进行统一表征;然后以最小化平均温度为目标,以流动能量耗散和结构柔度为约束,建立了流-热-力耦合的拓扑优化模型,并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析;最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计,得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

关键词：拓扑优化变密度法多物理场高性能结构

超临界二氧化碳系统用箔片气体动压轴承静特性研究

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振动工程学报 2024年第5期37卷 875-884页

作者：朱鹏程管玉坤门日秀程振宇冯凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082 中国北方发动机研究所柴油机增压技术重点实验室天津300400

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型,并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系,基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜... 详细信息

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型,并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系,基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜温升,结合实际运行过程中出现的湍流效应修正润滑气体雷诺方程、耦合力学分析模型和能量方程,分析S-CO_(2)介质箔片气体动压轴承的静特性,并与空气作为介质进行对比分析不同系统参数和湍流参数对轴承特性的影响规律。结果表明:相较于空气而言,使用超临界二氧化碳作为润滑介质的箔片气体动压轴承具有较高的承载力,而且在一定范围内随着轴承直径和宽度的增加、偏心率的上升、轴承间隙的减小、转速的提高等,轴承承载力均可以增大;对于湍流影响因素来说,在一定范围内随着局部雷诺数和湍流系数的增加、气体动力黏度和密度的提高、高温环境下环境温度的降低等,轴承承载力将会增大。

关键词：箔片气体动压轴承雷诺方程超临界二氧化碳承载力

同方期刊数据库博看期刊评论

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基于机器视觉的汽车车门三维定位引导

中国机械工程 2024年

作者：那一鸣胡超邱业余卢礼兵宋凯湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室比亚迪汽车工业有限公司

目前车间中常通过预先示教的方式，即机械臂按照设定好的空间轨迹对夹具上位置固定的零部件进行引导抓取，人机工程性差且智能化程度较低。因此需要一种自动化定位引导方法，通过机器视觉技术实现对非固定位置零部件的取放装配。结合单... 详细信息

目前车间中常通过预先示教的方式，即机械臂按照设定好的空间轨迹对夹具上位置固定的零部件进行引导抓取，人机工程性差且智能化程度较低。因此需要一种自动化定位引导方法，通过机器视觉技术实现对非固定位置零部件的取放装配。结合单目相机位姿测量技术，建立多相机n点透视(Perspective-n-Point, PnP)定位模型和机械臂引导模型，最终实现了对零部件的空间感知和引导抓取，在提高系统柔性化的同时，减少了精密夹具使用和人力参与。并提出一种基于多零位锚点的预标定方法，用于补偿机械臂及视觉模块的系统误差，从而提高大尺寸零部件的定位引导精度。

关键词：机器视觉自动化定位引导 PnP相机模型多零位锚点

协同Orowan绕过和攀移机制的镍基高温合金蠕变新模型

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第4期34卷 1167-1177页

作者：李昉袁丁玲陈康华陈送义李理中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 中南大学轻合金研究院长沙410083 湖南大学机械与车辆工程学院汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

提出一种用于准确便捷预测析出相增强镍基高温合金稳态蠕变速率的蠕变新模型。基于析出相的空间分布,采用概率依赖的方法将位错-析出相交互作用中Orowan绕过和位错攀移机制的协同模式耦合到新的蠕变模型中。结果表明,新模型预测的稳态... 详细信息

提出一种用于准确便捷预测析出相增强镍基高温合金稳态蠕变速率的蠕变新模型。基于析出相的空间分布,采用概率依赖的方法将位错-析出相交互作用中Orowan绕过和位错攀移机制的协同模式耦合到新的蠕变模型中。结果表明,新模型预测的稳态蠕变速率与实验数据吻合很好。此外,当前模型不再依赖于可调参数;同时,确定了阈值应力与温度的定量关系。这项工作为蠕变变形过程中位错-析出相交互作用提供新思路,并为设计具有更优异蠕变性能的析出强化合金提供有效模型。

关键词：镍基高温合金蠕变模型稳态蠕变速率阈值应力

基于新型三角形壳元和多重动态自适应方法的薄板冲压成形分析

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机械工程学报 2024年

作者：赵妍李射崔向阳湖南迈曦软件有限责任公司湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室

薄板冲压成形是利用金属板料的塑性，在模具的外力作用下成形的工艺方法。从薄板冲压成形过程的关键技术出发，开发用于薄板冲压成形所需的新型三角形壳单元；基于更新的拉格朗日框架，嵌入用于材料非线性求解的隐式径向返回算法；开发... 详细信息

薄板冲压成形是利用金属板料的塑性，在模具的外力作用下成形的工艺方法。从薄板冲压成形过程的关键技术出发，开发用于薄板冲压成形所需的新型三角形壳单元；基于更新的拉格朗日框架，嵌入用于材料非线性求解的隐式径向返回算法；开发用于接触分析的接触搜索算法和接触力计算方法，求解薄板冲压成形问题。计算效率与计算精度之间的平衡是薄板冲压成形有限元仿真的关键，应用几何与能量结合的误差准则提高加密范围的准确性，引入根据几何矢量插入新节点的方法来减少接触计算的迭代，提出一种多重动态自适应算法。随着计算过程中变形区域与应力集中区域的变化，对网格进行多重“加密-聚合-加密”。通过有限元仿真实例对比，表明此算法能够保证计算精度的前提下提升计算效率。

关键词：新型三角形壳元剪切自锁薄板冲压成形有限元仿真网格动态自适应

基于多判别器辅助分类生成对抗网络的故障诊断方法研究

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工程设计学报 2024年

作者：叶子汉王中华姜潮吕新张哲湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南大学机械与运载工程学院

伴随机械设备如风机主轴承、机械臂关节等服役工况日趋极端，如强冲击、强辐射、极高温等，其故障模式愈发复杂多样，获得充足且有效的故障数据变得更加困难甚至难以实现，致使故障诊断的准确性较为受限，难以支撑后续检修维护方案的制... 详细信息

伴随机械设备如风机主轴承、机械臂关节等服役工况日趋极端，如强冲击、强辐射、极高温等，其故障模式愈发复杂多样，获得充足且有效的故障数据变得更加困难甚至难以实现，致使故障诊断的准确性较为受限，难以支撑后续检修维护方案的制定。针对这一问题，提出了一种多判别器辅助分类生成对抗网络的数据增强算法。该算法通过设置3个判别器与1个生成器，并添加独立的分类器构成了新的辅助分类生成对抗网络模型。针对该模型训练中存在的稳定性问题，通过引入Wasserstein距离构造新的损失函数，并采用稳定性更具优势的单边软约束正则化项替换原有的L2梯度惩罚项以解决模型崩溃问题；在此基础上，采用高效通道注意力机制进一步提高模型的特征提取能力。所提方法被应用于扩充机械设备故障数据集，辅助深度学习智能诊断模型训练，在多个数据集上的实验结果表明该方法与现有框架相比生成数据质量更高，可进一步提高故障诊断模型的准确率。

关键词：多判别器辅助分类生成对抗网络高效通道注意力机制单边软约束数据增强故障诊断