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基于机器人的自动化检测技术在航空制造中的应用进展

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航空制造技术 2024年第5期67卷 66-81页

作者：党仁俊李志虎钱泓宇陈睿徐静清华大学北京100084

随着航空工业的发展,各类航空器的性能日益提升,对质量检测的要求也不断提高。相较于传统人工方法,基于机器人的自动化检测技术具有更高的操作精度和效率,在航空制造与检修过程中已经得到广泛应用。本文重点关注了近10年基于机器人的自... 详细信息

随着航空工业的发展,各类航空器的性能日益提升,对质量检测的要求也不断提高。相较于传统人工方法,基于机器人的自动化检测技术具有更高的操作精度和效率,在航空制造与检修过程中已经得到广泛应用。本文重点关注了近10年基于机器人的自动化检测技术在零件加工、成品质量检测及飞机整机维护检修等各个环节中的应用情况。对比了六轴工业机器人、移动机器人和无人机等不同种类机器人与超声、光学和其他类型检测技术的应用效果。最终总结得出,基于机器人的自动化检测技术的研究对提高航空制造与检修过程中的质量控制具有重要的实际意义,但仍面临小型化、智能化、实用化的挑战。

关键词：自动化检测机器人航空制造零件加工整机检修

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土木工程设计公式智能发现方法

建筑结构学报 2024年第7期45卷 80-88页

作者：陈培尧王琛丁然樊健生清华大学土木工程系北京100084

土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技... 详细信息

土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技术自动从试验数据中识别出影响材料与构件性能的关键特征,并智能生成量纲平衡、物理含义清晰、力学可解释性高的设计计算公式。基于符号回归表达式树建立了考虑量纲约束的公式智能生成模型,能够保证公式的力学合理性;研发了针对多力学-几何变量场景的归一化方法与基于谱聚类和决策树的工程特征分段算法,进一步提高了模型的稳定性和准确性。以配筋水泥基材料连梁的受剪承载力为例验证该方法的有效性,结果表明:智能生成的公式相较于人工经验公式计算结果准确性提高61.3%,拟合相关性提高23.3%,相关系数达0.90,性能优异;此外,与传统符号回归方法相比,智能生成的公式不仅更为准确,且具有量纲正确性,工程泛化能力更强;同时,有助于揭示力学机理,加速新材料、新结构从试验到设计方法的落地转化流程。

关键词：土木工程设计公式人工智能符号回归力学可解释性

基于径迹长度估计法的函数展开计数法在蒙特卡罗程序RMC中的实现和优化

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核动力工程 2024年第5期45卷 78-84页

作者：安南王武王侃清华大学工程物理系北京100084

传统的蒙特卡罗模拟通常采用分箱计数的方式来进行相关参数统计,粗糙的计数箱划分难以精确地描述一些参数在整个空间中的分布,而细致的计数箱划分则需很大的样本数才能得到满足要求的统计精度,将花费大量的时间。函数展开计数方法(FET方... 详细信息

传统的蒙特卡罗模拟通常采用分箱计数的方式来进行相关参数统计,粗糙的计数箱划分难以精确地描述一些参数在整个空间中的分布,而细致的计数箱划分则需很大的样本数才能得到满足要求的统计精度,将花费大量的时间。函数展开计数方法(FET方法)可以得到参数在求解空间中的连续分布,并能解决计算效率和精度无法兼得的问题。在蒙特卡罗程序RMC中创新地实现了基于径迹长度估计的FET方法,结合勒让德多项式和泽尼克多项式计算参数在三维组件中的连续分布,同时对比了FET方法与网格计数法的计算耗时。研究结果表明,FET方法的计算结果与网格计数法符合很好,并且计算时间相比网格计数法有所降低,内存占用大大降低。本研究开发的FET方法可用于蒙特卡罗程序的计数研究。

关键词： RMC 函数展开计数方法(FET方法) 径迹长度估计三维组件空间函数展开

基于AHP-熵权法的滇池环湖湿地效益评估研究

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环境科学学报 2024年第4期44卷 411-420页

作者：赵思劼赵晨羽姜妮曾思育清华大学环境学院北京100084

湿地具有水质净化、增加生物多样性、旅游休闲等多种效益.本研究以滇池11块环湖湿地为研究对象,从生态环境、社会经济两个维度出发建立湿地综合效益的评价指标体系,结合层次分析法与熵权法计算指标权重,从而对湿地效益进行评估,并考虑... 详细信息

湿地具有水质净化、增加生物多样性、旅游休闲等多种效益.本研究以滇池11块环湖湿地为研究对象,从生态环境、社会经济两个维度出发建立湿地综合效益的评价指标体系,结合层次分析法与熵权法计算指标权重,从而对湿地效益进行评估,并考虑改进措施对湿地效益提升的价值.结果表明,对滇池TN、TP、COD净化幅度权重占据综合权重的前3位,而包括资源利用与经济发展的子准则层指标所占权重均较小;不同湿地的综合效益评分差异较大,参评湿地中,草海2号片湿地综合效益评分最高,草海流域湿地综合效益总体优于其他区域湿地;水质净化效益对环湖湿地总效益的贡献最大,而资源利用效益贡献最小;对评分较低的湿地实施规模扩建的改进措施后,湿地对滇池水质的净化能力提高,湿地综合效益得到明显提升.本研究可为滇池环湖湿地综合管理及生态修复工程优化运行提供数据支撑与决策依据.

关键词：湿地熵权法层次分析法效益评估优化策略

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不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

工程力学 2024年第S01期41卷 50-56页

作者：杨晓峰班慧勇石永久清华大学土木工程系北京100084

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个... 详细信息

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

关键词：不锈钢复合钢材焊接T形管节点力学性能试验研究设计方法

“城区常住人口”在收缩城市识别中的特点——基于文献综述和多源数据的检验

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地理研究 2024年第7期43卷 1929-1939页

作者：王新宇龙灜清华大学建筑学院北京100084

在中国人口达峰和城镇化发展到达新阶段的背景下,关于中国收缩城市的研究成为近年来学界的一个关注点。本文基于系统性文献综述和实证研究等方法,讨论了戚伟等(地理研究,第42卷第10期)采用“城区常住人口”数据识别中国收缩城市的研究... 详细信息

在中国人口达峰和城镇化发展到达新阶段的背景下,关于中国收缩城市的研究成为近年来学界的一个关注点。本文基于系统性文献综述和实证研究等方法,讨论了戚伟等(地理研究,第42卷第10期)采用“城区常住人口”数据识别中国收缩城市的研究。本文对中国全部的村级行政单元进行了地理编码,并基于城乡分类代码,近似绘制出戚伟等文中提到的“城区”边界。通过将这些边界与遥感图像、城市实体地域进行比较,讨论了“城区常住人口”数据所界定的“城区范围”的特点。进一步运用多源人口数据,从城市实体地域视角识别了中国2010-2020年收缩城市的数量和占比。研究发现:(1)人口统计中的城乡分类代码所划分的城区,涵盖多个城市实体地域,难以分析各个城市实体地域内部的人口变化。(2)“城区常住人口”数据难以全面展现近千个县域内中小城镇(如县城)的人口变化情况。本文运用中国2444个城市实体地域的边界,结合WorldPop、LandScan等多种数据源,发现中国收缩的城市实体地域数量占比在26.7%~31.3%之间。有关中国收缩城市的识别,应当综合多源指标和多类研究的结论进行分析,从而减少单一数据源的不确定性对于识别结果的干扰。

关键词：收缩城市识别城市实体地域系统性文献综述城区常住人口

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用于气膜冷却的机器学习湍流模型

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1324-1331页

作者：张振叶林苏欣荣袁新清华大学能源与动力工程系北京100084

在气膜冷却中,主流和射流的相互作用会产生三维涡系结构和湍流掺混,它们引起了温度的对流和湍流扩散输运。由于上述现象的三维特性,传统的湍流模型无法准确预测气膜冷却效果,限制了燃气轮机冷却结构的分析与设计水平。本文采用湍流模型... 详细信息

在气膜冷却中,主流和射流的相互作用会产生三维涡系结构和湍流掺混,它们引起了温度的对流和湍流扩散输运。由于上述现象的三维特性,传统的湍流模型无法准确预测气膜冷却效果,限制了燃气轮机冷却结构的分析与设计水平。本文采用湍流模型反演机器学习框架,基于流场关键位置的温度数据,对湍流普朗特数进行了具有空间分布的修正。所发展的机器学习湍流温度扩散模型可以显著降低冷却有效度的预测误差,且具有较好的泛化能力。

关键词：气膜冷却湍流模型机器学习

用于机器人自动装配的长圆孔视觉分割定位算法

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第10期64卷 1677-1685页

作者：蒋潇王松吴丹清华大学机械工程系北京100084

长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错,增加装配调整量,但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度,限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法,首先分... 详细信息

长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错,增加装配调整量,但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度,限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法,首先分析了长圆孔几何特征,将其描述为一种具有对称性、缺少简单解析表达的封闭图形;进而提出了一种基于语义分割网络和长圆孔区域退化的视觉分割定位算法,该算法结合深度学习和传统图像处理算法,首先构建YOLO和全卷积神经网络串联架构依次实现目标检测、感兴趣区域提取和语义分割,然后利用中轴变换骨架提取方法完成长圆形区域退化定位,有效避免了语义分割输出区域形状误差对定位精度的影响,最终得到了亚像素精度的精准检测结果。在某机器人自动装配系统中开展实验验证,得出所提算法具备精度高、鲁棒性好的特点,因此具有较广阔的工业应用前景。

关键词：视觉检测长圆孔自动装配深度学习

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透平叶片内外冷却耦合的流体网络分析方法

工程热物理学报 2024年第4期45卷 978-987页

作者：张思远李雪英任静清华大学能源与动力工程系北京100084

流体网络分析方法在燃机透平叶片冷却方案设计中具有重要意义,透平入口温度的不断提高对流体网络方法的计算速度和精度提出了挑战。本文在传统流体网络方法的基础上考虑叶片内外冷却的耦合作用,发展了内外冷却耦合的流体网络分析方法,... 详细信息

流体网络分析方法在燃机透平叶片冷却方案设计中具有重要意义,透平入口温度的不断提高对流体网络方法的计算速度和精度提出了挑战。本文在传统流体网络方法的基础上考虑叶片内外冷却的耦合作用,发展了内外冷却耦合的流体网络分析方法,并搭建了预测平台。本文选用典型航空高温涡轮叶片进行精度验证,结果表明,相比于传统流体网络方法,本方法的预测误差由6.54%降低到4.91%。本方法有助于提高设计精度,为下一代高性能燃机设计提供支撑。

关键词：燃机透平叶片流体网络耦合