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基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

哈尔滨工程大学学报 2024年第5期45卷 957-963页

作者：罗阿妮曹紫莺刘贺平哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关... 详细信息

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。

关键词：张拉整体结构找形方法节点坐标连接矩阵平衡矩阵平衡方程奇异值分解力密度

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小型岩孔喷浆机器人设计及其性能分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1599-1606页

作者：张忠林李伟生韩瑞琦李立全张浩飞刘强刘锐哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,... 详细信息

为实现喷浆作业质量均匀稳定,本文针对岩孔喷浆过程中参数的影响及其控制进行研究,采用涂层建模、理论参数计算与实验验证方法,得到了喷枪参数、进给推进速度是关键影响因素结论。建立了涂层质量与喷枪参数模型和喷涂进给速度匹配方程,应用于实际喷浆机器人的设计和控制系统中。研制了小型喷浆机器人,完成了喷浆机器人的喷涂实验。实验表明:小型岩孔喷浆机器人可实现对模拟实验隧洞道的喷浆支护作业,本文设计的小型岩孔喷浆机器人能够满足使用要求。

关键词：喷浆机器人喷枪参数喷涂质量控制系统喷浆支护涂层建模喷涂实验隧道模拟系统

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绳索驱动下肢训练机器人系统运动稳定性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第6期45卷 1135-1143页

作者：王砚麟安宗文黄华马强王克义李竞航王燕卓兰州理工大学机电工程学院甘肃兰州750030 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影... 详细信息

针对绳索驱动下肢训练机器人的稳定性问题,本文建立了绳索驱动下肢训练机器人的运动学和动力学模型,给出了绳索拉力优化解的计算表达式,并推导获得了机器人的系统刚度解析表达式。考虑不同训练对象承受运动强度的能力不同,定义了速度影响函数。综合考虑绳索拉力、系统刚度和速度影响函数等因素定义了机器人系统的运动稳定性评价指标,并通过稳定工作空间、抗干扰稳定工作空间和不同训练轨迹的实例计算明确了机器人工作空间内中上部区域的运动稳定性能更好,为运动支链中的过轮运动规划和训练任务规划提供了理论依据。

关键词：绳索驱动机器人下肢训练机器人绳索拉力优化系统刚度运动稳定性运动学动力学速度影响函数稳定工作空间

基于近红外光谱-光纤液滴分析法检测蓝莓综合品质

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食品科学 2024年第18期45卷 216-224页

作者：冯国红周金东朱玉杰王甜甜东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

基于近红外光谱融合液滴分析技术进行蓝莓的二维相关分析,以实现蓝莓综合贮藏品质的检测。本研究采集8个贮藏时间‘绿宝石’蓝莓的近红外光谱图和液滴指纹图,综合分析硬度、花青素、VC、固酸比等15个理化指标,发现各指标之间有着密切的... 详细信息

基于近红外光谱融合液滴分析技术进行蓝莓的二维相关分析,以实现蓝莓综合贮藏品质的检测。本研究采集8个贮藏时间‘绿宝石’蓝莓的近红外光谱图和液滴指纹图,综合分析硬度、花青素、VC、固酸比等15个理化指标,发现各指标之间有着密切的相关性,因此对15个理化指标进行隶属函数联合主成分分析计算蓝莓的综合得分,以此划分综合贮藏品质的等级。对光谱数据进行Savitzky-Golay(SG)卷积平滑、标准正态变换、多元散射矫正和迭代自适应加权惩罚最小二乘预处理,经对比分析,SG卷积平滑预处理后所建立的模型预测精度最高,预测结果为82.67%。对液滴数据取平均进行数据降维后进行移动平均平滑、SG卷积平滑、高斯滤波和中值滤波预处理,经过对比分析,经SG卷积平滑预处理后所建立的模型预测精度最高,预测结果为86.67%。以蓝莓的综合得分作为外扰,对光谱数据和液滴数据分别进行二维相关分析,分别优选出879、1019、1220、1636 nm波长和789、1653、2386、2703 ms自相关峰所对应的位置作为特征变量,以光谱和液滴特征数据融合后作为输入建立支持向量机(support vector machine,SVM)和随机森林模型,模型预测准确率分别为100.00%和98.33%,均高于以单个特征作为输入的预测准确率,且SVM模型预测效果更优,之后用‘蓝宝石’‘莱克西’和‘蓝丰’等9个蓝莓品种进行验证,采用相同的方法进行一系列数据处理建立SVM模型,结果表明模型对于不同品种蓝莓均表现出良好的预测效果。综上,利用可见-近红外光谱融合液滴分析技术可以实现蓝莓综合贮藏品质的预测,为蓝莓的品质检测提供新的方法。

关键词：蓝莓可见-近红外光谱液滴分析二维相关光谱主成分分析

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水下光纤纳秒激光推进的短微腔结构性能研究

光学学报 2024年第6期44卷 282-294页

作者：葛杨李寒阳王鸿涛唐显淇周高仟杨旭龙哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司工程技术部黑龙江哈尔滨150066

针对水下光纤激光推进中存在的冲量耦合系数小、效果发散的问题,提出了用于提升水下光纤激光推进性能的短微腔结构。文中利用Fluent对添加微腔后水下光纤激光推进的结果进行了数值模拟,分析了矩形微腔结构的直径和长度对推进的影响,并... 详细信息

针对水下光纤激光推进中存在的冲量耦合系数小、效果发散的问题,提出了用于提升水下光纤激光推进性能的短微腔结构。文中利用Fluent对添加微腔后水下光纤激光推进的结果进行了数值模拟,分析了矩形微腔结构的直径和长度对推进的影响,并在矩形微腔基础上提出U形微腔、双管微腔及含有阻塞结构的微腔。通过仿真得到了不同微腔对推力和冲量耦合系数的增大效果,证明了添加微腔可使水下光纤激光推进的冲量耦合系数得到103数量级的增大,并通过对比得出4种微腔结构中,双管微腔的结构形态对激光推进的性能提升影响最大,提升效果最好。

关键词：激光光学水下激光推进微腔结构性能优化冲量耦合系数

激光等离子体爆轰波血栓推进机理的数值模拟研究

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中国激光 2024年第3期51卷 148-159页

作者：葛杨李寒阳王鸿涛陈营杨旭龙周高仟哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院黑龙江哈尔滨150001 航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江哈尔滨150066

水下激光等离子体爆轰波能够作用于微球表面产生推力进而推动微球运动。本课题组依据水下激光等离子体爆轰波的作用机理,提出了激光等离子体爆轰波定点清除血栓的方法。以血液为介质建立血管血栓模型,采用光纤激光器作为动力,进行激光... 详细信息

水下激光等离子体爆轰波能够作用于微球表面产生推力进而推动微球运动。本课题组依据水下激光等离子体爆轰波的作用机理,提出了激光等离子体爆轰波定点清除血栓的方法。以血液为介质建立血管血栓模型,采用光纤激光器作为动力,进行激光等离子体爆轰波血栓推进的机理研究及数值模拟。结果显示:激光等离子体爆轰波对血栓表面有一定大小的强推力作用,能量为20μJ的激光对直径为2 mm的下肢静脉血栓表面的峰值推力可以达到1.0 N,而且峰值推力的大小取决于激光能量以及血栓的尺寸和形状。水下光纤激光等离子体推进微球和团簇实验进一步证明了激光等离子体爆轰波定点清除血栓和打散团簇的可行性,为聚集型血栓团簇的定点清除提供了一种可行方法。

关键词：激光器光纤等离子体爆轰波激光推进血管血栓定点清除

纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中光孤子的存储与读取

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物理学报 2024年第16期73卷 64-71页

作者：曾莹佘彦超张蔚曦杨红铜仁学院物理与电子工程系铜仁554300 吉首大学物理与机电工程学院吉首416000

本文解析研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取.结果表明,由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应,系统中的光吸收被大大抑制.同时,纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用,增强的系统非线性... 详细信息

本文解析研究了基于纳米光纤-半导体量子点分子耦合系统中时间光孤子存储和读取.结果表明,由于半导体量子点分子中点间隧穿诱导透明效应,系统中的光吸收被大大抑制.同时,纳米光纤的横向约束能增强光与系统的相互作用,增强的系统非线性响应能平衡色散效应得到稳定的时间光孤子.进一步研究表明,通过关闭和打开点间隧穿耦合,系统中可实现光孤子的高效率和高保真度的存储与读取.上述结果对于固体量子材料中全光信息处理的实际应用具有一定的指导意义和潜在的应用价值.

关键词：隧穿诱导透明光孤子的存储和读取量子点纳米光纤

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尾鳍式压电泵尾鳍形状优化、模拟及实验

振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 560-565,622,623页

作者：胡笑奇李垚纪晶胡彩旗赵伟枣庄学院机电工程学院枣庄277160 青岛农业大学机电工程学院青岛266109

尾鳍仿生结构是形成尾鳍式压电泵泵送效应的关键部件,受到多种生物鱼尾结构的启发,提出了内三角形、弯月形、扇形和梯形等形状的尾鳍,并对其进行研究和对比。首先,在ANSYS Workbench软件平台对振子进行了振动分析,并基于响应面法优化了... 详细信息

尾鳍仿生结构是形成尾鳍式压电泵泵送效应的关键部件,受到多种生物鱼尾结构的启发,提出了内三角形、弯月形、扇形和梯形等形状的尾鳍,并对其进行研究和对比。首先,在ANSYS Workbench软件平台对振子进行了振动分析,并基于响应面法优化了尾鳍形状参数;其次,基于COMSOL软件进行了振子在泵腔内的流固耦合分析,模拟了泵出口端的泵流量;最后,进行了流量测试实验,绘制了泵的流量-频率曲线。结果表明:优化后的上述4种形状尾鳍振子的振幅依次提高了233%,100%,78%和138%;4种尾鳍振子的泵流量比优化前分别提高了43%,20%,-27%和87%;实测流量分别提高了48.7%,20.6%,-21.2%和101.5%,变化趋势和模拟值趋同。

关键词：压电无阀泵仿生结构摆动振子

TC4钛合金表面固体粒子冲蚀损伤行为及机理研究

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表面技术 2024年第13期53卷 128-138页

作者：郭华锋赵恩兰杨海峰张万利李龙海刘磊何绍华徐州工程学院机电工程学院江苏徐州221018 中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116

目的探究TC4钛合金在固体粒子冲蚀下的损伤行为,揭示钛合金表面的冲蚀机理。方法采用自主搭建的冲蚀试验装置,以TC4钛合金为研究对象,综合运用正交试验法和控制变量法开展常温干砂粒冲蚀试验。通过扫描电镜综合分析冲蚀区域表面和截面... 详细信息

目的探究TC4钛合金在固体粒子冲蚀下的损伤行为,揭示钛合金表面的冲蚀机理。方法采用自主搭建的冲蚀试验装置,以TC4钛合金为研究对象,综合运用正交试验法和控制变量法开展常温干砂粒冲蚀试验。通过扫描电镜综合分析冲蚀区域表面和截面的微观形貌,采用能谱仪分析冲蚀区域元素的组成,利用电子天平测量冲蚀磨损质量;讨论工艺参数对钛合金损伤行为及冲蚀机理的影响。结果相较于冲砂量和冲蚀角度,冲蚀距离对冲蚀量的影响更大;冲蚀量随着冲蚀角度的增加呈先增大后减小的趋势,在40°附近达到峰值。结合数值模拟和试验研究结果发现,钛合金的损伤形式和冲蚀机理与冲蚀角度密切相关,在低攻角时形成了较狭长的犁沟和挤压唇,发生了明显的塑性变形,容易产生二次撞击,表现为微切削机制;在中攻角时,微切削与锤击效应共存,损伤最为严重;在冲蚀角度为90°时,形成了较多的撞击坑、挤压唇及少量的疲劳剥层,主要为锤击效应引起的疲劳破坏。在低攻角时,磨料动能损失较小,随着冲蚀角度的增加,磨料动能损失增大,且在不同攻角下均有破碎磨料嵌入基体。结论冲蚀距离和冲砂量对钛合金冲蚀损伤的影响较为显著,冲蚀角度会影响钛合金的冲蚀机理,此研究结论可为钛合金结构件抗冲蚀设计提供理论依据。

关键词： Ti6Al4V钛合金固体颗粒冲蚀正交试验数值模拟冲蚀机理