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多级冲击冷却流动与换热特性数值研究

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2622-2630页

作者：吴航杨星刘钊丰镇平西安交通大学能动学院叶轮机械研究所西安710049 陕西省叶轮机械及动力装备工程实验室西安710049

本文对传统单级与多级冲击冷却的流动与换热特性进行了数值研究。结果表明,多级冲击冷却中横流在每一级的冲击腔中都重新开始累积,抑制了横流的发展,有效地降低了横流对下游冲击换热的不利影响。在相同雷诺数工况下,多级冲击结构的冷气... 详细信息

本文对传统单级与多级冲击冷却的流动与换热特性进行了数值研究。结果表明,多级冲击冷却中横流在每一级的冲击腔中都重新开始累积,抑制了横流的发展,有效地降低了横流对下游冲击换热的不利影响。在相同雷诺数工况下,多级冲击结构的冷气用量大幅度节省,两级冲击为综合换热性能带来11%的增强,证明了多级冲击具有显著的热效益。相同冷气流量工况下,多级冲击拥有更高的射流雷诺数,提升了靶面整体的换热效果,两级、三级和四级冲击可分别为靶面带来1.8、2.3和2.6倍的换热强化,但对泵功和射流进口总压要求较高,导致综合换热性能随分级数的增加而降低。

关键词：冲击冷却多级冲击换热特性流动特性综合换热性能

磁-流-固多场耦合下空气静压主轴动力学建模及振动响应分析

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机械科学与技术 2024年

作者：冯鑫史江海曹宏瑞沈黎西安交通大学装备运行安全保障与智能监控国家地方联合工程研究中心西安交通大学机械工程学院

为了厘清空气静压主轴多物理场耦合机理，建立了电磁场、流体场及固体场互相耦合作用下的空气静压主轴模型。首先，提出一种永磁同步电机不平衡磁拉力（UMP）的计算方法，通过构建磁隙磁通密度解析模型，得到不同电机极对数下的UMP计算... 详细信息

为了厘清空气静压主轴多物理场耦合机理，建立了电磁场、流体场及固体场互相耦合作用下的空气静压主轴模型。首先，提出一种永磁同步电机不平衡磁拉力（UMP）的计算方法，通过构建磁隙磁通密度解析模型，得到不同电机极对数下的UMP计算结果。然后，通过求解雷诺方程，得到前/后空气径向轴承的刚度、阻尼系数；通过切片法，得到电机对应处的不平衡磁力/力矩，分别将其耦合到对应转子Timoshenko梁单元上，建立磁-流-固多场耦合的空气静压主轴模型，并通过与有限元仿真软件的对比验证模型的正确性。在不平衡质量力作用下，采用Newmark-β方法求解主轴动力学运动方程，对主轴的振动特性进行分析。结果表明，定转速（50000 r/min）时，不平衡磁力/力矩随时间正弦波动，波动周期为主轴转动周期；磁隙厚度在时域上随周向角度和时间的变化而波动，在频域上不受周向角度影响；在有UMP情况下的主轴振动响应比没有UMP时的大。变转速（10000～100000 r/min）时，电机转子处振动响应在95000 r/min处与主轴达到一阶（1506Hz）和二阶（1642Hz）固有频率的叠加谐共振，幅值最大；磁隙厚度在90000 r/min处与主轴达到一阶共振；不平衡磁力/力矩与电机转子处振动响应规律一致。

关键词：磁-流-固多场耦合不平衡磁力/力矩空气静压主轴切片法振动响应

一种基于机器学习的零刚度隔振超材料设计及性能验证

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2599-2608页

作者：赵哲杨来侠吴玲玲田小永代鑫西安科技大学机械工程学院西安710054 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

准零刚度隔振器作为国内外主流的非线性隔振器,凭借其高静态刚度和低动态刚度力学特性,在机械工程领域应用较多,但近零刚度范围窄、后期组装繁琐等问题限制了其隔振的应用范围,通过结构设计使近零刚度范围增大,且能通过一体化成型技术... 详细信息

准零刚度隔振器作为国内外主流的非线性隔振器,凭借其高静态刚度和低动态刚度力学特性,在机械工程领域应用较多,但近零刚度范围窄、后期组装繁琐等问题限制了其隔振的应用范围,通过结构设计使近零刚度范围增大,且能通过一体化成型技术快速制备方面的研究仍较稀缺。本文基于能量屏蔽理论设计了一种新型零刚度单元结构,通过将外界输入能量循环于超材料内部,从而屏蔽外界对隔振对象的能量输入,达到隔振效果。该研究首先设计出具有优化潜力的初始结构,然后使用机器学习与有限元分析结合的方法对初始结构进行优化,自动搜索出最优的超材料结构参数,且最优结构满足零刚度性能设计要求,之后使用3D打印对最优结构单元及2×2阵列结构进行一体化制造。并对样件进行静态实验验证,实验结果表明:在静态压缩过程中,该结构的等效刚度在大范围内近似于0。又对阵列结构进行动态振动实验,结果得出,阵列结构在23 mm振幅下0.1~100 Hz范围内,9.2 kg载荷隔振性能最优,最小传递率可达-61 dB,载荷越接近9.2 kg隔振性能越好。该结构具有结构简单、一体化成型等优势,可应用于列车座椅、康复医疗设备、精密仪器保护及微重力环境等领域下的隔振。

关键词：超材料机器学习零刚度隔振结构 3D打印

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忆阻神经网络自适应滑模控制及其应用

红外与激光工程 2024年第6期53卷 194-201页

作者：林俤吴易明杨森张垠赵铭姝仝人智能科技(西安)有限公司西安交大-仝人智能系统科学与智能器件物理联合研究所陕西西安710115 中国科学院西安光学精密机械研究所陕西西安710119 西安交通大学物理学院陕西西安710115

光电吊舱系统中存在各种扰动和未建模动态,常规控制算法难以适应复杂情况。采用神经网络实现模型未知部分的自适应估计,结合滑模变结构控制,可以有效提升控制精度,但在控制初始阶段,神经网络估计没有收敛到实际模型时,滑模控制存在抖振... 详细信息

光电吊舱系统中存在各种扰动和未建模动态,常规控制算法难以适应复杂情况。采用神经网络实现模型未知部分的自适应估计,结合滑模变结构控制,可以有效提升控制精度,但在控制初始阶段,神经网络估计没有收敛到实际模型时,滑模控制存在抖振现象。因此,提出了基于忆阻器神经网络自适应滑模控制算法,采用神经网络可以逼近未建模态,提升控制精度,而忆阻器神经网络来保存权值参数,可以减小神经网络收敛时间。在控制的初始段,改进自适应增益来减小由于神经网络估计误差带来的抖振现象,仿真与实验结果表明,采用忆阻神经网络及改进的自适应增益算法,初始抖振显现得到了很好的控制,算法收敛时间减小为常规滑模控制算法的1/2,稳态控制精度较常规滑模变结构控制算法提升了59.18%。

关键词：滑模变结构控制忆阻器神经网络光电吊舱

工程教育视角下C-CDIO创新创业实践课程环设计

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实验室研究与探索 2024年第8期43卷 190-193页

作者：权双璐王永泉胡改玲张海霞徐俊张泽西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学实践教学中心西安710049

针对近年来高校“专创融合”教育改革中存在的问题,提出了一套工程知识、专业素养与创新创业能力相融合的C-CDIO(Circular-Conceive-Design-Implement-Operate)实践课程环新模式。基于工程教育认证毕业要求指标定义了以工程能力培养为... 详细信息

针对近年来高校“专创融合”教育改革中存在的问题,提出了一套工程知识、专业素养与创新创业能力相融合的C-CDIO(Circular-Conceive-Design-Implement-Operate)实践课程环新模式。基于工程教育认证毕业要求指标定义了以工程能力培养为目标的能力内环和以创新创业能力培养为目标的能力外环。以方程式赛车设计项目为教学案例介绍了具体教学环节设计、混合式实践教学方法改革等,并形成了一套任务驱动、动态跟踪的课程考核评价机制,实现了专业教育和创新创业能力培养的深度融合和动态考评。通过教学实践,有效支撑了课程目标的达成,为面向工程的双创人才教育改革提供借鉴。

关键词：工程教育实践课程创新创业课程环课程设计

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高光谱遥感影像异常目标检测研究进展

遥感学报 2024年第1期28卷 42-54页

作者：屈博郑向涛钱学明卢孝强中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室西安710119 西安交通大学信息与通信工程学院西安710049 中国科学院大学北京100049

随着航空航天技术与遥感技术的不断发展,遥感影像在诸多领域的应用不断拓展,其中高光谱分辨率遥感影像具有“图谱合一”的特点,即该数据既包含了具有强大区分性的地物光谱信息,又包含了丰富的地物空间位置信息,因此高光谱数据具有非常... 详细信息

随着航空航天技术与遥感技术的不断发展,遥感影像在诸多领域的应用不断拓展,其中高光谱分辨率遥感影像具有“图谱合一”的特点,即该数据既包含了具有强大区分性的地物光谱信息,又包含了丰富的地物空间位置信息,因此高光谱数据具有非常大的应用潜力。高光谱异常目标检测问题,是在对目标先验信息未知的前提下,根据光谱与空间信息实现对区域中的异常目标的进行“盲”检测,因此其在资源调查、灾害救援等领域发挥了巨大的作用,是遥感领域非常重要的研究课题。本文针对高光谱遥感影像异常目标检测研究方向,首先总结阐述了目前高光谱异常目标检测问题的主要研究进展,根据算法原理的不同对现有主流算法进行了分类与总结,主要分成了基于统计学、基于数据表达、基于数据分解、基于深度学习等不同的种类的方法,并对每类方法的特点进行分析。随后通过对现有方法的调研、分析与总结,提出了数据库拓展、多源数据融合、算法实用化等高光谱异常检测研究未来发展的3个方向。

关键词：遥感高光谱遥感高光谱异常检测深度学习矩阵分解

声流控技术制备六硝基六氮杂异伍兹烷微球及性能表征

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西安交通大学学报 2024年

作者：刘硕程许王燕兰张松张传禹韦学勇西安交通大学机械工程学院应用物理化学重点实验室西安交通大学仪器科学与技术学院

为了改善含能材料（CL-20）的药剂颗粒性能和工艺安全性，微流控技术被广泛地应用在微球制备过程中。本研究通过液滴微流控技术与声表面波技术结合生成了尺寸均匀性较高的含能乙酸乙酯液滴，然后利用溶剂-非溶剂重结晶法制备了微米级CL-... 详细信息

为了改善含能材料（CL-20）的药剂颗粒性能和工艺安全性，微流控技术被广泛地应用在微球制备过程中。本研究通过液滴微流控技术与声表面波技术结合生成了尺寸均匀性较高的含能乙酸乙酯液滴，然后利用溶剂-非溶剂重结晶法制备了微米级CL-20/NC含能微球。采用高速相机对液滴生成过程进行监测，结果显示，声表面波技术能有效控制液滴生成模式的转变，避免液滴生成过程中因材料析出和通道堵塞等原因引起的液滴生成模式的不可控转变，实现了液滴均匀连续的生成。使用场发射扫描电镜对具有不同CL-20含量、不同NC含量和不同粒径的微球形貌进行了表征，结果显示，通过降低CL-20含量、增加NC含量或增大微球粒径等方式，可以降低微球的表面粗糙度，减少表面缺陷，实现对微球表面形貌的优化。通过X射线衍射仪和热重分析仪对具有不同粒径的CL-20/NC微球的晶体结构和热力学性能进行了分析，结果显示，中位粒径为20μm的微球的热稳定性较大，其分解峰温为229.04℃，高于中位粒径为7μm的微球的分解峰温228.22℃，而中位粒径为7μm的微球的反应剧烈程度与能量密度较大，其失重率（84.3%）和放热量（12.05mW/mg），均高于中位粒径为20μm的微球的失重率（80.2%）和放热量（8.84mW/mg）。

关键词：液滴微流控声表面波含能微球(CL-20/NC)制备微球性能表征

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声致液滴失稳动力学研究

物理学报 2024年第20期73卷 220-230页

作者：刘贺杨亚晶唐玉凝魏衍举西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 西安交通大学航天学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值.本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式,研究了驻波声场(19.8 kHz)中的液滴失稳现象及其动力学机制.结果表明,随着声场强度的增大,液滴失稳模式由圆盘... 详细信息

声场中液滴稳定性理论的完善对超声雾化技术和超声悬浮技术的发展具有重要价值.本文通过实验、理论、数值模拟相结合的方式,研究了驻波声场(19.8 kHz)中的液滴失稳现象及其动力学机制.结果表明,随着声场强度的增大,液滴失稳模式由圆盘失稳转变为边缘锐化失稳,更重要的是,液滴在失稳过程中其赤道面扩张加速度存在自发增大的现象.经分析,本文揭示了液滴变形过程中其赤道处声辐射负压与长径比之间的正反馈机制,前者与后者的二次方成正比,阐明了液滴自加速失稳的形成原因.之后,建立了包含表面张力和考虑正反馈机制的声辐射压力的液滴界面平衡方程,最终得到了声致液滴失稳的无量纲判据,即当声韦伯数Wea≤1时,液滴界面保持平衡;Wea>1时,赤道声吸力大于表面张力,液滴发生失稳,该理论判据与实验结果吻合良好.

关键词：超声驻波液滴失稳动力学

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锂电池双向均衡及模型预测控制优化

西安交通大学学报 2024年第10期58卷 24-35页

作者：赵炎锋王斌杜睿徐世福顾卫平王朝晖西安交通大学机械工程学院西安710049 陕西德鑫智能科技有限公司西安710075

为了解决锂电池组内部单体不一致导致的能量利用率低、电池容量衰减等问题,提出了一种基于模型预测控制的双向均衡控制方法。首先,以锂电池单体的荷电状态(SOC)为均衡控制目标,采用带遗忘因子的最小二乘法和扩展卡尔曼滤波法联合估计电... 详细信息

为了解决锂电池组内部单体不一致导致的能量利用率低、电池容量衰减等问题,提出了一种基于模型预测控制的双向均衡控制方法。首先,以锂电池单体的荷电状态(SOC)为均衡控制目标,采用带遗忘因子的最小二乘法和扩展卡尔曼滤波法联合估计电池SOC;接着,通过设计双向反激式电路,形成可升降压的均衡结构,并采用模型预测控制优化双向反激式电路的正反向均衡控制状态;最后,通过占空比控制双向反激式电路的均衡电流,实现不同锂电池单体之间的SOC均衡。研究结果表明:采用双向反激式电路和模型预测控制,不但降低了均衡电路控制的复杂程度,避免了传统均衡方法的电池组内部均衡消耗,而且有效提高了均衡可靠性和均衡速度;在动态工况下,基于模型预测控制的锂电池双向均衡控制方法,能快速实现锂电池单体之间的SOC均衡,与传统的比例均衡控制方法相比,均衡时间缩短了68.3%。

关键词：锂电池模型预测控制荷电状态反激式电路双向均衡控制