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基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识

中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 170-179页

作者：郑旭东夏陈浩王雪同佟文元浙江大学航空航天学院杭州310007

为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系... 详细信息

为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系数辨识方法,通过数值仿真分析了幅值、相位检测误差对辨识精度的影响,并给出不同误差系数下辨识结果的理论相对误差分布。结果表明,所提方法对耦合误差系数的辨识范围存在局限性;测量误差对辨识结果的影响不可忽略。最后,对某陀螺进行耦合误差系数辨识实验验证,结果表明:该陀螺力耦合系数、阻尼耦合系数、刚度耦合系数的辨识误差分别为0.542 ppm、6.09%、0.205 ppm;辨识曲线的拟合优度为0.99。

关键词：微机械陀螺耦合误差系数辨识扫频检测

考虑热力学非平衡效应的高马赫数超燃冲压发动机湍流燃烧数值研究

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实验流体力学 2024年

作者：冯海金台吴坤中国科学院力学研究所浙江大学航空航天学院

高超声速飞行过程中，随着马赫数升高，边界层内温度快速上升，分子振动能、电子能被激发，气体分子发生离解甚至电离，使得量热完全气体假设失效。针对高温热化学非平衡气体，采用热力学平衡模型及Park的双温度非平衡模型对飞行马赫数1... 详细信息

高超声速飞行过程中，随着马赫数升高，边界层内温度快速上升，分子振动能、电子能被激发，气体分子发生离解甚至电离，使得量热完全气体假设失效。针对高温热化学非平衡气体，采用热力学平衡模型及Park的双温度非平衡模型对飞行马赫数12条件下的超燃冲压发动机进行了数值模拟。研究结果表明：与平衡态计算结果相比，非平衡效应使得波系位置前移，激波间峰值压力升高，对冷场的影响更加明显；非平衡态平动温度场与平衡态差别不大，热力学非平衡效应使平动温度略微升高；非平衡态燃烧室出口截面燃烧效率更低，热力学非平衡效应会降低反应程度。

关键词：高超声速热力学非平衡超燃冲压发动机波系结构燃烧效率数值模拟

纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程数值模拟研究进展

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材料工程 2024年第5期52卷 46-56页

作者：赵华坤于涛程泽非徐鉴李岩同济大学航空航天与力学学院上海200092

纤维增强热固性树脂基复合材料在高端制造领域应用广泛,其固化过程涉及树脂流动、固化反应发生、残余应力引发固化变形等多个步骤。数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料的工艺成型过程是一个多场耦合的复杂问题,建立完善的数值模拟方... 详细信息

纤维增强热固性树脂基复合材料在高端制造领域应用广泛,其固化过程涉及树脂流动、固化反应发生、残余应力引发固化变形等多个步骤。数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料的工艺成型过程是一个多场耦合的复杂问题,建立完善的数值模拟方法用来预测其成型过程中的固化行为对于工艺类型选择、工艺参数设计和复合材料构件性能优化具有重要的理论与实践意义。本文归纳了数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程的主要研究进展,并讨论了不同数值模型的适用条件,通过分析同一问题不同模型的适用条件可以为复合材料固化工艺及参数设计的选择提供指导。提升精度和降低成本是数值模型迭代优化的主要研究方向。在此基础上,本文对数值模拟纤维增强热固性树脂基复合材料成型过程进行了总结,并认为未来可以从复合材料的树脂流动多尺度建模、机器学习与材料基因组方法在复合材料的构件优化设计中的应用和残余应力对复合材料的性能及使用寿命的影响等方面开展研究。

关键词：纤维增强复合材料数值模拟热固性树脂成型工艺

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核壳颗粒增韧改性环氧树脂基体研究评述

材料导报 2024年第10期38卷 269-277页

作者：朱刚建李文晓同济大学航空航天与力学学院上海200092

环氧树脂(EP)具有优异的性能,被广泛应用在涂料、胶黏剂、复合材料等领域,但是其交联密度大,抗裂纹萌生和扩展能力差,因此,EP的增韧改性一直是国内外学者的研究重点。核壳颗粒(CSP)作为第二相加入EP中能达到良好的增韧效果,同时不会引... 详细信息

环氧树脂(EP)具有优异的性能,被广泛应用在涂料、胶黏剂、复合材料等领域,但是其交联密度大,抗裂纹萌生和扩展能力差,因此,EP的增韧改性一直是国内外学者的研究重点。核壳颗粒(CSP)作为第二相加入EP中能达到良好的增韧效果,同时不会引起热力学性能的大幅损失,相较于传统增韧剂有较大的发展前景。本文在阐述EP的不同增韧机理的基础上,介绍了CSP增韧剂的增韧机理、主要类型及制备方法,评述了CSP材料、颗粒粒径、核壳比等因素对EP力学性能影响的研究结果,并分析了使用CSP增韧方法对作为复合材料基体的EP流变行为和固化动力学等工艺性能的影响。

关键词：核壳颗粒环氧树脂增韧复合材料

基于各向异性四叉树网格的CAD模型快速三角化算法

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空气动力学学报 2024年

作者：徐璟潮倪浩楠刘陶然魏祥利陈建军浙江大学航空航天学院

计算机辅助设计（computer-aided design, CAD）模型的三角化在工程应用和科学研究领域中有重要应用，它为模型可视化提供底层数据表征，也可作为CAE、CAM等CAD下游应用的输入，支持诸如网格生成、数值模拟、快速原型设计等关键领域的... 详细信息

计算机辅助设计（computer-aided design, CAD）模型的三角化在工程应用和科学研究领域中有重要应用，它为模型可视化提供底层数据表征，也可作为CAE、CAM等CAD下游应用的输入，支持诸如网格生成、数值模拟、快速原型设计等关键领域的研究与应用。本研究提出了一种基于各向异性四叉树背景网格的CAD模型快速三角化算法。该算法通过自底向上构建的算法流程，确保结果的二维流形，在可控容差的曲线离散阶段，通过设计一种基于曲率和曲率一阶导的尺寸函数有效识别特征，而在自适应四叉树快速曲面三角化阶段，通过设计各向异性四叉树，使得三角化的结果满足最小化网格单元的要求，另一方面，通过后验的混合多阶容差条件实现了与原始CAD输入在不同连续性上的一致性。复杂CAD模型输入下的数值对比实验表明，相比OCC、Gmsh等开源软件以及Ansys等商业软件中同类算法，该算法在几何保形精度、背景网格规模、算法时间效率体现了不同程度的优势，具有应用实际工程的潜力。

关键词：各向异性四叉树三角化几何自适应特征保形网格生成

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垂直下降状态下螺旋桨气动特性及涡环特征

空气动力学学报 2024年

作者：高泽明邵雪明王家鼎曾丽芳黎军浙江大学航空航天学院

螺旋桨在垂直下降状态下极易进入涡环状态（vortex ring state, VRS），从而引起复杂的空气动力学特性。采用黏性涡粒子方法（viscous vortex particle method, VVPM），对APC thin electric 10X7螺旋桨在不同垂直下降率下的气动特性和... 详细信息

螺旋桨在垂直下降状态下极易进入涡环状态（vortex ring state, VRS），从而引起复杂的空气动力学特性。采用黏性涡粒子方法（viscous vortex particle method, VVPM），对APC thin electric 10X7螺旋桨在不同垂直下降率下的气动特性和涡环特征开展研究。结果表明：螺旋桨气动特性容易受到下降率的影响，当下降率增加时，拉力呈现先略增大再减小后增大的趋势，同时尾迹压缩效应逐渐增强，涡环中心逐渐上移。在此过程中，涡环先后经历了悬停状态、涡环前期、涡环初期、深度涡环和类风车流动状态，涡环特征从管状螺旋下洗涡逐渐演变成螺旋涡与环形涡并存，再到完全涡环结构，最后涡系结构移动至桨盘上方。涡场拓扑结构的演变直接影响螺旋桨的气动特性，当桨盘附近尾迹为管状螺旋涡结构时，螺旋桨气动特性变化不明显；随着下降率的增加，逐渐演变出的环形涡会严重影响螺旋桨的气动特性，表现为拉力骤降，尾迹压缩效应增强，回流区包裹桨盘；随着下降率进一步增加，涡系结构到达桨盘上方，螺旋桨进入类风车状态，气动力逐渐增大。

关键词：涡环状态螺旋桨黏性涡粒子气动特性涡环特征

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适用于钢丝毛刷的非对称鬓毛模型及应用

固体力学学报 2024年

作者：钟炜翔金永斌金肖玲鲍荣浩黄志龙浙江大学航空航天学院

本文针对钢丝毛刷表现出的方向依赖性摩擦现象(非对称摩擦)，提出了一种基于鬓毛模型和LuGre模型的非对称鬓毛模型，其摩擦力由非对称刷毛与被接触基底之间水平方向相互无摩擦接触产生的。数值模拟和实验研究表明：非对称鬓毛模型能很... 详细信息

本文针对钢丝毛刷表现出的方向依赖性摩擦现象(非对称摩擦)，提出了一种基于鬓毛模型和LuGre模型的非对称鬓毛模型，其摩擦力由非对称刷毛与被接触基底之间水平方向相互无摩擦接触产生的。数值模拟和实验研究表明：非对称鬓毛模型能很好地说明方向依赖性摩擦现象，并在平面双足机器人的仿真研究中发现，与对称摩擦模型相比，此模型能提高机器人最大运动速度。此外，实验研究表明钢丝毛刷相比于橡胶材质具有高摩擦、高耐磨等优势。基于这些特性，钢丝毛刷结构在足式机器人领域有着较大的应用前景和潜在优势。

关键词：非对称摩擦鬓毛模型 LuGre模型平面双足机器人

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细胞伪足断裂的力学行为和微观机制分析

医用生物力学 2024年第5期39卷 806-813页

作者：张一杨媚方舟王乾春李德昌季葆华浙江大学航空航天学院生物力学与应用研究所杭州310027 国科温州研究院浙江温州325001

目的阐明细胞伪足断裂过程中发生的细胞骨架与质膜之间界面破坏的力学机制。方法使用共聚焦显微镜动态成像技术,捕捉伪足断裂过程中肌动纤维与细胞膜的变形行为。基于圆柱面界面破坏理论模型,研究伪足断裂过程中界面破坏的力学机制。基... 详细信息

目的阐明细胞伪足断裂过程中发生的细胞骨架与质膜之间界面破坏的力学机制。方法使用共聚焦显微镜动态成像技术,捕捉伪足断裂过程中肌动纤维与细胞膜的变形行为。基于圆柱面界面破坏理论模型,研究伪足断裂过程中界面破坏的力学机制。基于分子动力学模拟方法模拟伪足断裂过程,并将模拟结果与理论预测结果比较。开发具有拉伸扭转耦合运动性质的肌动纤维有限元模型,模拟分析有无细胞膜包裹下肌动纤维在拉伸载荷下的扭转行为。结果理论分析表明,界面破坏的临界载荷与界面裂纹长度之间存在指数关系,临界载荷随着界面强度的增加而增加。纤维截面尺寸对临界载荷的影响与界面裂纹长度有关,在较短和较长尺寸的裂纹下表现出不同的影响。有限元分析表明,细胞膜约束了肌动纤维拉伸过程中的扭转运动。结论本研究揭示了细胞伪足断裂的力学过程和肌动蛋白纤维与细胞膜界面破坏的力学机制,为探究细胞外囊泡释放等与伪足断裂相关的细胞行为机制提供定量的理论支持。

关键词：细胞伪足伪足断裂界面断裂肌动纤维细胞膜

基于机器学习和遗传算法的非局部晶体塑性模型参数识别

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力学学报 2024年第3期56卷 751-762页

作者：周瑞熊宇凯储节磊阚前华康国政张旭西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031 西南交通大学计算机与人工智能学院成都610031

非局部晶体塑性模型考虑了由非均匀变形引起的位错在空间上的重排,使得其本构模型变得复杂,可调节参数众多,因此采用常规的“试错法”难以准确确定这些参数.虽然遗传算法能够稳健地全局优化解决参数确定问题,但对于非局部晶体塑性模型,... 详细信息

非局部晶体塑性模型考虑了由非均匀变形引起的位错在空间上的重排,使得其本构模型变得复杂,可调节参数众多,因此采用常规的“试错法”难以准确确定这些参数.虽然遗传算法能够稳健地全局优化解决参数确定问题,但对于非局部晶体塑性模型,其计算成本相对较高.为解决这一问题,提出了一种耦合机器学习模型的遗传算法,以有效降低计算成本.针对含有冷却孔的镍基高温合金的拉伸响应问题,以单拉应力-应变曲线为目标,基于屈服应力和最终应力建立评价公式,使得优化结果与实验尽可能接近.在这一方法中,机器学习模型能够通过非局部晶体塑性模型的参数来预测相应的应力值,从而替代了遗传算法中原本需要的有限元计算过程.为了分析本构模型参数对单拉力学响应的影响,研究采用SHAP框架,并通过有限元结果进行验证.结果表明,通过该方法可以有效获取非局部晶体塑性模型参数,使得参数计算得到的应力-应变响应与实验结果吻合较好.此外, SHAP框架能够提供本构模型参数的重要程度分析,以及对屈服应力和最终应力的影响.

关键词：晶体塑性机器学习参数确定遗传算法