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计算机辅助空间结构节点智能优化设计与3D打印

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 131-141页

作者：左文康陈满泰程斌赵金城上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240

为解决空间结构节点拓扑优化与3D打印设计制造方法参数化程度低的问题,提出了一套完整的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)工作流,用于空间结构节点智能化拓扑优化设计、数值分析和3D打印制造。首先基于... 详细信息

为解决空间结构节点拓扑优化与3D打印设计制造方法参数化程度低的问题,提出了一套完整的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)工作流,用于空间结构节点智能化拓扑优化设计、数值分析和3D打印制造。首先基于参数化平台Grasshopper建立空间结构节点的参数化一体化拓扑优化CAD程序,自动生成优化节点模型;利用Abaqus/CAE平台对优化节点进行有限元结构分析;通过Fusion 360的CAM模块完成3D打印设计仿真和生成制造文件。结合单层网壳和双层网架结构的节点实例,验证了提出的工作流的适用性。分析结果表明:智能生成的节点较传统形式节点更美观独特且具有轻质高强的特性,在相同受力工况下,优化节点的体积仅为传统空心球节点的40%~60%,其柔度、峰值位移和峰值应力等各项力学性能指标即可优于空心球节点;采用316L不锈钢材料,基于选区激光熔融3D打印工艺可实现该高性能节点的精密制造。

关键词：空间结构节点计算机辅助技术拓扑优化 3D打印

基于混合A^(*)搜索和贝塞尔曲线的船舶进港和靠泊路径规划算法

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中国舰船研究 2024年第1期19卷 220-229页

作者：胡智焕杨子恒张卫东上海交通大学自动化系上海200240

[目的]针对欠驱动无人艇自动进港和靠泊问题,提出一种基于混合A^(*)搜索和贝塞尔曲线的路径规划算法。[方法]该方法通过混合A^(*)搜索在非结构化环境下快速搜索出一条满足无人艇非完整性约束且无碰撞风险的轨迹。在此基础上,基于广义沃... 详细信息

[目的]针对欠驱动无人艇自动进港和靠泊问题,提出一种基于混合A^(*)搜索和贝塞尔曲线的路径规划算法。[方法]该方法通过混合A^(*)搜索在非结构化环境下快速搜索出一条满足无人艇非完整性约束且无碰撞风险的轨迹。在此基础上,基于广义沃罗诺伊图提出曲线优化算法,使得搜索算法得到的轨迹更加平滑且远离环境障碍物,从而引导无人艇在受限水域完成进港任务。同时,针对“最后一公里”靠泊问题,引入四阶贝塞尔曲线,用于生成靠泊路径从而引导船体平稳且精准入泊。[结果]仿真和外场试验结果表明,无人艇能够实现自主避障且精准驶入泊位,靠泊精度指标均小于1.0。[结论]所提路径规划算法能确保欠驱动无人艇实现进港和靠泊任务,可为智能船舶的进一步发展提供思路。

关键词：欠驱动船舶路径规划自动靠泊混合A^(*)搜索算法贝塞尔曲线

列车车体柔性装配精度预测的力学-数据混合建模方法

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机械工程学报 2024年第6期60卷 177-186页

作者：王俊玖刘金玉侯秀娟齐振国李志敏刘涛河北京车轨道交通车辆装备有限公司保定072150 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑学院上海200240

列车车体作为典型的焊接薄壁装配结构,具有刚度低、易变形、受焊接工艺影响显著等特点,使得车体制造精度控制难度大,影响装配质量与生产节拍。车体焊接装配精度预测需要同时考虑随机几何偏差、零部件整体柔性变形和局部焊接变形的综合... 详细信息

列车车体作为典型的焊接薄壁装配结构,具有刚度低、易变形、受焊接工艺影响显著等特点,使得车体制造精度控制难度大,影响装配质量与生产节拍。车体焊接装配精度预测需要同时考虑随机几何偏差、零部件整体柔性变形和局部焊接变形的综合影响。结合柔性偏差分析和基于数据的焊接变形预测方法,提出一种力学-数据混合柔性偏差建模方法以实现焊接薄壁结构高效统计偏差仿真分析。提取各零件刚度矩阵,采用子结构方法缩减得到结构变形的力学模型;利用有限元获取焊接接头在不同匹配间隙下的局部收缩和角变形数据,构建几何误差与局部变形的BP神经网络(Back propagation neutral network)数据模型;最后,考虑重力、间隙与焊接变形作用,结合上述力学与数据模型建立焊接结构的柔性装配偏差分析模型。基于提出的偏差建模方法开展车体侧墙高度与轮廓度分析,对比实测数据验证方法的有效性。仿真结果表明,力学-数据混合建模方法避免了随机输入偏差下的焊接仿真过程,结合子结构方法能够极大提高统计偏差仿真的计算效率。

关键词：列车车体柔性装配偏差分析子结构方法 BP神经网络力学-数据混合模型

几何偏差对多螺栓复合材料接头螺栓载荷和应力分布的影响研究

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力学季刊 2024年第1期45卷 187-199页

作者：万朋李志敏郑丞杨礼睿王淼刘涛上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海飞机制造有限公司上海201324 上海交通大学重庆研究院重庆401135

本研究建立了考虑间隙的复合材料双搭接结构的半解析模型,描述了几何偏差对螺栓载荷和应力分布的影响.首先,从典型复合螺栓接头中提取螺栓/孔局部结构作为代表单元,建立考虑随机几何偏差与接触状态的螺栓/孔对的局部刚度模型.基于Reddy... 详细信息

本研究建立了考虑间隙的复合材料双搭接结构的半解析模型,描述了几何偏差对螺栓载荷和应力分布的影响.首先,从典型复合螺栓接头中提取螺栓/孔局部结构作为代表单元,建立考虑随机几何偏差与接触状态的螺栓/孔对的局部刚度模型.基于Reddy高阶剪切板理论,建立复合材料层合板有限元分析模型.将螺栓/孔对的局部刚度模型与层合板全局刚度模型相结合,形成了综合考虑螺栓/孔间隙和孔拉伸变形的多螺栓复合材料接头装配力学分析模型.随机螺栓/孔组合间隙分析结果表明,合理的螺栓间隙设置可以得到更均匀的钉载分布,为多螺栓接头的排孔设计提供理论指导.

关键词：复合材料多螺栓连接几何间隙局部/全局刚度螺栓荷载分布板应力

基于机器学习的Al-Zn-Mg-Cu合金快速设计

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 709-723页

作者：隽永飞牛国帅杨旸徐子涵杨健唐文奇姜海涛韩延峰戴永兵张佼孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室和金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海交通大学先进船舶和深海勘探协同创新中心上海200240

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其... 详细信息

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

关键词：机器学习合金快速设计系统 Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能

面向船舶大型曲面薄板的装配形变TSM-TLHS预测方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：金轩铖洪舸高硕夏唐斌胡小锋奚立峰上海交通大学-弗劳恩霍夫协会智能制造创新中心上海交通大学机械与动力工程学院

船舶分段装配过程中，大型曲面薄板（如外板）放置在胎架上时，会受重力作用发生形变，将影响装配精度进而影响分段建造质量。为能预测给定胎架布局下大型曲面薄板的形变，本文建立了一种基于两阶段拉丁超立方采样和Transformer神经网... 详细信息

船舶分段装配过程中，大型曲面薄板（如外板）放置在胎架上时，会受重力作用发生形变，将影响装配精度进而影响分段建造质量。为能预测给定胎架布局下大型曲面薄板的形变，本文建立了一种基于两阶段拉丁超立方采样和Transformer神经网络结构的代理模型（TSM-TLHS）。首先，设计了两阶段拉丁超立方采样，相较传统方法，能直接适用于形状不规则薄板的采样。同时，建立了包含多头注意力模块和位置编码的Transformer代理模型，综合考虑胎架位置与胎架布置点位移对薄板形变的影响。实际案例结果显示，本文提出的TSM-TLHS方法的预测误差仅为0.061mm，且满足现场装配对薄板形变的预测精度需求，便于船厂及时对分段进行反变形补偿，从而确保装配质量。

关键词：分段装配曲面薄板形变预测代理模型拉丁超立方采样

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基于计算机视觉的焊接固有应变实测方法研究

热加工工艺 2024年第3期53卷 29-32页

作者：苟中林罗宇袁昱超上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

固有应变被用于大型焊接结构应力和变形预测中。本文提出一种基于计算机视觉的固有应变工程应用的简便实测方法。该方法设计了一个特殊的带小孔的定位尺,将定位尺放置在焊缝附近,通过小孔在焊缝附近打上测量标记,在焊接前后用手持拍照... 详细信息

固有应变被用于大型焊接结构应力和变形预测中。本文提出一种基于计算机视觉的固有应变工程应用的简便实测方法。该方法设计了一个特殊的带小孔的定位尺,将定位尺放置在焊缝附近,通过小孔在焊缝附近打上测量标记,在焊接前后用手持拍照设备对测量点进行拍照。采用一系列图像处理算法求解标记点在定位尺坐标系中的坐标,进而计算获取焊缝的固有应变。研究结果表明,该方法有较高的的重复精度,能够满足固有应变高效准确测量的工程要求。

关键词：固有应变测量图像处理焊接变形预测

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水翼船的横摇控制

船舶工程 2024年第1期46卷 92-97,150页

作者：孙义洲许劲松叶睿上海交通大学船舶与海洋工程系上海200240 海思特海事技术(上海)有限公司上海200241

将一条模型尺度的全浸没式水翼艇作为案例船开展横摇控制研究。采用模型预测控制算法有效处理水翼失速角等约束条件,同时限制水翼的大幅剧烈运动,兼顾横摇姿态控制和执行机构保护的双重目标。在预测模型中增添预测偏差量作为前馈项,用... 详细信息

将一条模型尺度的全浸没式水翼艇作为案例船开展横摇控制研究。采用模型预测控制算法有效处理水翼失速角等约束条件,同时限制水翼的大幅剧烈运动,兼顾横摇姿态控制和执行机构保护的双重目标。在预测模型中增添预测偏差量作为前馈项,用以消除稳态误差,对常规模型预测控制算法做出一个重要改进。将案例船配备推进系统和可控水翼进行横摇控制航行试验,结果清晰展示了改进型模型预测控制器的横摇控制效果,这对水翼船的姿态控制研究具有重要借鉴意义。

关键词：全浸没式水翼船横摇控制模型预测控制算法航行试验

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技术情境中的国家礼制与地方神明崇拜

民俗研究 2024年第2期 99-110,159页

作者：张佩国黄小莉上海交通大学人文学院历史系上海200240

北宋时期“神舟”远航高丽的盛况两度出现,这不仅在宋廷企图恢复朝贡秩序的实践中展现了明州高超的造船技术,也使得明州地区的海神崇拜走向“标准化”。“神舟”出使归来后,明州的船舶生产、神明崇拜在技术与制度的语境中保持关联、互... 详细信息

北宋时期“神舟”远航高丽的盛况两度出现,这不仅在宋廷企图恢复朝贡秩序的实践中展现了明州高超的造船技术,也使得明州地区的海神崇拜走向“标准化”。“神舟”出使归来后,明州的船舶生产、神明崇拜在技术与制度的语境中保持关联、互动。国家通过持续褒封神明的方式将地方信仰文化纳入国家体系,增强了文化认同感和社会稳定性;在新的技术情境中,明州地方以神明崇拜为媒介贴近国家正统,由此形成的不同于官方崇奉秩序的地方神明崇拜展现了独特的社会文化情景。

关键词：礼俗互动神明崇拜造船明州