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融合场景的产品绿色设计方案建模与优化

机械工程学报 2025年第03期 40-51页

作者：郭婧王黎明戚进胡洁孔琳山东大学机械工程学院上海交通大学机电设计与知识工程研究所上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室山东科技大学机械电子工程学院

机电产品的制造和使用过程会耗费大量的资源和能源，同时会产生大量的污染物排放，从而导致严重的环境污染问题。使用全生命周期的设计方法可以最小化产品对环境的负面影响，进而提高产品品质和可持续性。因此，提出基于有向网络结构的... 详细信息

机电产品的制造和使用过程会耗费大量的资源和能源，同时会产生大量的污染物排放，从而导致严重的环境污染问题。使用全生命周期的设计方法可以最小化产品对环境的负面影响，进而提高产品品质和可持续性。因此，提出基于有向网络结构的产品绿色设计方案表达方法，实现产品全生命周期设计相关的功能域、结构域、工艺域以及材料域信息的有效集成以及与全生命周期阶段的多域关联映射。建立了基于集合理论的生命周期场景表达方法，并通过设计节点接口的逐级匹配，构建了融合生命周期场景的设计方案表达模型。针对所建立的产品绿色设计网络模型的特点，使用融合剪枝策略的深度优先搜索算法，通过对设计网络模型中各个设计节点的遍历，实现了初始设计方案个体的生成。针对设计方案个体中设计节点之间相关联的特点，制定了基于邻接实数矩阵的编码策略。通过设置的差分进化算子，以满足产品生命周期场景的环境约束为条件，完成了2.5 MW风力发电机设计方案的优化。

关键词：绿色设计设计方案表达模型差分进化算法

微米级高温合金蜂窝芯超声磨削/铣削机理研究及缺陷抑制方法

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上海航天(中英文) 2025年第1期42卷 38-47页

作者：王海航张芷健陈明郭国强王晨光明伟伟安庆龙上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海航天精密机械研究所上海201600 上海神剑精密机械科技有限公司上海201600

微米级高温合金蜂窝芯具有轻量化、耐高温、密封性好等优点,在新一代航空发动机与高超飞行器中作为关键件的核心材料。微米级高温合金蜂窝芯极其微小,面积仅为常规高温合金蜂窝芯的1/10,兼具高温合金与薄壁结构的难加工特性,导致微米级... 详细信息

微米级高温合金蜂窝芯具有轻量化、耐高温、密封性好等优点,在新一代航空发动机与高超飞行器中作为关键件的核心材料。微米级高温合金蜂窝芯极其微小,面积仅为常规高温合金蜂窝芯的1/10,兼具高温合金与薄壁结构的难加工特性,导致微米级高温合金蜂窝芯在加工过程中,极易出现毛刺、芯格变形、撕裂等缺陷问题。针对以上问题,设计了微米级高温合金蜂窝芯超声辅助磨削与铣削加工工艺。根据侧面加工时工件与刀具的几何关系,探究了高温合金蜂窝芯单双壁的切入角。基于磨削/铣削实验,掲示了微米级高温合金蜂窝芯超声磨削/铣削机理与缺陷形成机理。研究结果表明:侧面加工时,单双蜂窝壁的切入角度分别为60°与0°。在相同加工条件下,相比于普通砂轮磨削,铣刀切削力较小,生成的毛刺长度也较小。超声振动益于裂纹扩展,使得磨削力下降,毛刺长度减小,芯格变形与撕裂缺陷减少。以上研究为微米级高温合金蜂窝芯高效低损伤加工提供了理论基础。

关键词：高温合金蜂窝芯超声磨削铣削加工缺陷

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基于神经网络和稳健估计的风电机组状态监测

中国机械工程 2025年

作者：岳子桐李艳婷赵宇上海交通大学机械与动力工程学院

在风力发电机组的状态监测中，温度时序数据作为评估其运行是否稳定的关键指标，通常由SCADA(数据采集与监视控制)系统进行收集。本文提出了一种利用温度数据来实现更加稳健的风电机组状态监测的新方法。为了解决传统预测模型存在的收... 详细信息

在风力发电机组的状态监测中，温度时序数据作为评估其运行是否稳定的关键指标，通常由SCADA(数据采集与监视控制)系统进行收集。本文提出了一种利用温度数据来实现更加稳健的风电机组状态监测的新方法。为了解决传统预测模型存在的收敛速度慢的问题，本研究采用了卷积神经网络(CNN)与双向门控循环单元(BiGRU)相结合的网络结构，并引入了一种新颖的优化算法——长鼻浣熊优化算法(COA)，以改善温度预测模型的训练效果。此外，考虑到在实际操作环境中传统控制图存在较高的假警报率这一问题，本文提出了一种结合中位数估计(MED)与最小正则化加权协方差行列式估计(MRWCD)的策略，用于残差向量的稳健性监测。基于这些改进，本文建立了一个多元指数加权移动平均控制图。该方法在中国华东地区某一风电场的应用案例表明，相较于传统的监测手段，本文提出的新方法能够显著减少误报的情况，并且在风电机组的状态监测过程中提供了更高的可靠性与稳定性。

关键词：风电机组状态监测卷积神经网络-双向门控循环单元长鼻浣熊优化算法稳健检验统计量

基于椭圆曲线ELGamal的隐私保护分布式优化算法

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自动化学报 2025年第1期51卷 210-220页

作者：赵中原高旺蒋璐瑶葛泉波南京信息工程大学自动化学院南京210044 江苏大数据分析与智能系统省高校重点实验室南京210044 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

研究一类考虑节点隐私保护的分布式优化问题,目标为保护各智能体的隐私信息不被泄露,并最小化所有智能体局部成本函数之和.首先,针对无向连通图,提出一种基于椭圆曲线密码机制的分布式凸优化算法.通过设计底层权重矩阵,将基于椭圆曲线的... 详细信息

研究一类考虑节点隐私保护的分布式优化问题,目标为保护各智能体的隐私信息不被泄露,并最小化所有智能体局部成本函数之和.首先,针对无向连通图,提出一种基于椭圆曲线密码机制的分布式凸优化算法.通过设计底层权重矩阵,将基于椭圆曲线的ELGamal同态加密和数字签名与分布式次梯度算法相结合,克服了椭圆曲线密码机制与分布式一致性策略无法结合的难点.在无第三方或聚合器的场景下,该算法实现了系统的隐私保护.理论分析表明,该算法能够渐近收敛至全局最优解,并适用于时变通信拓扑的动态环境.此外,算法能有效保护智能体的状态和成本函数不受来自诚实但好奇攻击者、外部窃听者和篡改攻击者的威胁.最后,通过数值仿真验证了算法的有效性.

关键词：分布式优化隐私保护同态加密椭圆曲线

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轴向柱塞泵流量脉动成因及成分数值仿真分析

液压与气动 2025年第2期49卷 17-24页

作者：汪文涛潮群林泽宇刘成良上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240 中国商飞上海飞机设计研究院上海201210

流量脉动是轴向柱塞泵输出油液时的固有属性,其诱发的压力脉动直接影响柱塞泵及整个液压系统的工作品质和服役寿命。为阐明轴向柱塞泵流量脉动成因和成分,建立了轴向柱塞泵三维瞬态CFD仿真模型,搭建了轴向柱塞泵出口压力脉动测试平台,... 详细信息

流量脉动是轴向柱塞泵输出油液时的固有属性,其诱发的压力脉动直接影响柱塞泵及整个液压系统的工作品质和服役寿命。为阐明轴向柱塞泵流量脉动成因和成分,建立了轴向柱塞泵三维瞬态CFD仿真模型,搭建了轴向柱塞泵出口压力脉动测试平台,验证了仿真模型的有效性。通过调整仿真模型的几何结构参数,解耦出柱塞泵流量脉动中的几何脉动、倒灌脉动、泄漏脉动和死区脉动分量,仿真分析了不同工况下各脉动分量对柱塞泵总流量脉动的幅值贡献率。结果表明,几何脉动和倒灌脉动加剧出口流量脉动,而死区脉动和泄漏脉动抑制出口流量脉动。在出口压力10 MPa和转速1000 r/min工况下,几何脉动和倒灌脉动对出口流量脉动的贡献率分别为9%和214%,死区脉动和泄漏脉动对出口流量脉动的贡献率分别为-35%和-88%。研究结果为轴向柱塞泵出口流量脉动的形成机理及抑制方法提供了重要理论依据。

关键词：轴向柱塞泵流量脉动 CFD仿真

基于丝网传感器的两相流相场与浓度场同步测量方法

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原子能科学技术 2025年第2期59卷 383-393页

作者：夏馨语闫旭傅俊森肖瑶顾汉洋上海交通大学智慧能源创新学院上海200240 核动力系统与装备教育部重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

准确认识核反应堆燃料组件内交混行为对其优化设计与安全分析极为关键。丝网传感器可对流道截面进行高时空分辨率相分布成像,结合示踪剂质量平衡法已可实现燃料组件单相交混精细测量。但因缺乏两相下浓度场后处理算法,尚无法应用于两相... 详细信息

准确认识核反应堆燃料组件内交混行为对其优化设计与安全分析极为关键。丝网传感器可对流道截面进行高时空分辨率相分布成像,结合示踪剂质量平衡法已可实现燃料组件单相交混精细测量。但因缺乏两相下浓度场后处理算法,尚无法应用于两相交混研究。本文考虑到相同空泡份额下液相电导率对丝网敏感体的影响特性,提出了一种两相浓度反演算法,实现了两相流动空泡份额场、液相浓度场同步测量。基于电势场数值模拟与实验确认了算法的正确性与精确度。结果显示算法可适用于各类复杂的两相流工况,典型工况下两相浓度反演算法获得的浓度分布平均相对偏差为3.6%。基于本文实验结果表明,该算法计算获得的浓度矩阵平均相对偏差小于3%,进一步验证了同步测量方法的良好的适用性与精确度。

关键词：丝网传感器空泡份额场液相浓度场同步测量两相浓度反演算法

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瞬时频率加权的稀疏时频理论及其应用

振动.测试与诊断 2025年第1期45卷 32-38,198页

作者：包文杰王正伟石生超祁富志马润生范彩兄李富才中国矿业大学机电工程学院徐州221000 国网青海省电力公司电力科学研究院西宁810000 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海201100

为了解决一阶权重算子对于频率快变的信号难以准确提取信号特征的问题,在现有的l1范数正则项稀疏求解模型的基础上,提出了瞬时频率加权的稀疏时频分析理论。首先,建立稀疏时频表示模型和l1正则项加权策略;其次,推导广义瞬时频率估计显... 详细信息

为了解决一阶权重算子对于频率快变的信号难以准确提取信号特征的问题,在现有的l1范数正则项稀疏求解模型的基础上,提出了瞬时频率加权的稀疏时频分析理论。首先,建立稀疏时频表示模型和l1正则项加权策略;其次,推导广义瞬时频率估计显式表达式,并将通过其构建l1范数的权重算子;然后,采用快速迭代收缩阈值算法求解时频稀疏结果;最后,通过多分量的数值仿真信号和转子碰摩故障实验信号验证了该方法的有效性。实验结果表明,该方法能够得到高聚集性和准确性的时频分布,并可以准确识别出由碰摩故障导致的转子瞬时频率周期性波动。

关键词：稀疏方法瞬时频率估计时频分析故障诊断

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基于改进IDW法的铣削机器人模态参数预测

中国测试 2025年第1期51卷 159-165,180页

作者：段玉斌赵一阳刘金玉曹家彬闫维新上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

铣削加工工业机器人模态参数识别是分析其加工时振动现象的基础,模态参数与机器人的姿态高度相关,因此存在加工过程中其随时间改变的现象。传统的有限元法以及试验模态分析法难以快速准确地预测铣削机器人加工空间内所有姿态下的模态参... 详细信息

铣削加工工业机器人模态参数识别是分析其加工时振动现象的基础,模态参数与机器人的姿态高度相关,因此存在加工过程中其随时间改变的现象。传统的有限元法以及试验模态分析法难以快速准确地预测铣削机器人加工空间内所有姿态下的模态参数,对此文章提出一种改进的距离反比加权(IDW)频响曲线预测法,实现机器人任意姿态下的频响曲线预测,并采用正交多项式曲线拟合法准确辨识机器人的模态参数。首先对铣削加工系统进行有限元模态仿真,在此基础上确定传感器布放位置;采用力锤冲击试验得到加工平面内有限位姿点的频响曲线,之后利用改进IDW法对部分位姿点的频响曲线进行预测;最后利用正交多项式曲线拟合法基于预测频响曲线实现模态参数的辨识并与实测模态参数进行对比,分析结果表明:1)改进IDW法可有效提高频响曲线的预测精度;2)基于预测频响曲线的模态参数识别结果与基于实测频响曲线的参数识别结果接近,低阶固有频率的预测误差在8%以内。

关键词：铣削机器人频响函数预测模态参数辨识改进距离反比加权法

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微通道并联耦合TEC的激光器散热系统研究

低温工程 2025年第1期 58-64页

作者：赵汶桢全晓军李思雨王丹上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为解决高温环境下激光器芯片温度过高、散热结构复杂笨重的难题,采用热电制冷片(TEC)与微通道结构并联耦合的全新冷却模式,由微通道负责主要散热,TEC进行横向辅助散热。利用Fluent数值模拟,系统研究了TEC的安装高度、空腔结构尺寸(高度... 详细信息

为解决高温环境下激光器芯片温度过高、散热结构复杂笨重的难题,采用热电制冷片(TEC)与微通道结构并联耦合的全新冷却模式,由微通道负责主要散热,TEC进行横向辅助散热。利用Fluent数值模拟,系统研究了TEC的安装高度、空腔结构尺寸(高度、宽度),以及TEC输入功率对激光散热系统的影响。结果表明:在芯片热流密度为869.57 kW/m2,冷却水温40℃的条件下,微通道并联耦合TEC结构相比单一结构,能更有效地降低芯片高温。特别地,当TEC输入功率为50 W时,制冷效果最佳,芯片均温下降1.13℃;此外,TEC安装高度为5 mm时表现最优,而空腔结构与微通道齐平则能最大化TEC的制冷效果。

关键词：热电制冷数值模拟最优工况激光器散热