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卵形弹侵彻冻土实验及数值模拟研究

火炮发射与控制学报 2024年

作者：高豪强盛鹏梁增友王春光周通通童超慧中北大学机电工程学院南阳北方红宇机电制造有限公司晋西集团江阳公司

针对冻土地区的地下防护工程建设问题，进行了弹体侵彻冻土试验，以100～200 m/s的弹体初速侵彻-10 ℃下含水率为30%的冻土，对冻土的抗侵彻能力进行了试验研究。试验结果表明：随着弹体初速的提高，弹体侵彻冻土的深度逐渐增加，弹体... 详细信息

针对冻土地区的地下防护工程建设问题，进行了弹体侵彻冻土试验，以100～200 m/s的弹体初速侵彻-10 ℃下含水率为30%的冻土，对冻土的抗侵彻能力进行了试验研究。试验结果表明：随着弹体初速的提高，弹体侵彻冻土的深度逐渐增加，弹体在侵彻冻土过程中弹体姿态未出现反转，并得到了弹体侵彻深度和速度之间的关系式。采用LS-DYNA软件建立了数值计算模型对弹体侵彻冻土进行仿真计算，分析了侵彻速度对弹体侵彻能力的影响。通过数值模拟并对比试验结果、理论计算和经验公式可知，弹体侵彻深度与弹体初速变化的趋势保持一致，与理论计算结果吻合程度高，验证了空腔膨胀理论模型在侵彻冻土方面的可行性，相对于经验公式，理论计算公式更贴近于实际侵彻结果，为冻土地区的地下防护工程建设提供理论依据。

关键词：卵形弹侵彻冻土空腔膨胀模型数值模拟

基于优化卡尔曼与TSO-BP神经网络的露天矿卡智能车载称重方法

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煤炭学报 2024年

作者：徐世伟胡德平鲍久圣王祥赛朱晨钟阴妍张磊王茂森中国矿业大学机电工程学院徐州徐工重型车辆有限公司

矿用自卸车作为大型露天矿的主要运输设备，开发矿卡超限预警功能是保障矿山安全生产的有效技术手段之一。针对矿卡装载运输依赖人员工作经验、矿卡超限装载与超载运输普遍存在的现状，以三桥刚性矿卡为研究对象，提出了一种基于前油气... 详细信息

矿用自卸车作为大型露天矿的主要运输设备，开发矿卡超限预警功能是保障矿山安全生产的有效技术手段之一。针对矿卡装载运输依赖人员工作经验、矿卡超限装载与超载运输普遍存在的现状，以三桥刚性矿卡为研究对象，提出了一种基于前油气悬架氮气压力测量+中后钢板弹簧悬架位移测量相结合的矿卡车载间接称重方法，重点开展了车载称重数据采集及其滤波技术和智能称重算法研究。首先，针对三桥刚性矿卡选定间接称重方法，设计了矿卡车载称重系统，并对相应软硬件方案进行了研究；其次，开展矿卡车载称重信号现场采集试验，模拟矿卡真实运输工况测得了9类车载称重信号；然后，针对传统卡尔曼算法滤除车载信号中高幅冲击噪声存在的不足，通过新增野值判定与卡尔曼增益调节公式进行了算法优化，获得了车载称重训练模型数据基础；最后，针对BP网络在称重系统应用中存在学习速率较慢、易陷入局部极小值的缺陷，引入金枪鱼群优化算法（Tuna Swarm Optimization， TSO）对其展开优化，构建了基于TSO-BP神经网络的矿卡智能车载称重预测模型，制作了原始称重信号数据集和滤波降噪称重信号数据集，并基于车载称重信号开展称重算法对比试验。结果表明：针对原始称重信号数据集，TSO-BP预测模型较传统BP预测模型的最大称重误差由25.57%降为9.06%，TSO-BP车载称重模型具有更优的鲁棒性与稳定性；针对降噪后的称重信号数据集，TSO-BP矿卡车载称重模型整体误差低于1%，装载及满载静止时的称重误差在0.1%左右，满载运行时称重误差低于0.5%，可以满足矿卡动态车载称重的精度要求。

关键词：矿用自卸车车载称重滤波降噪 TSO-BP神经网络智能预测

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负倒棱刀具的直角切削热—力耦合建模与分析

工具技术 2024年第6期58卷 91-96页

作者：李炳林贺世林彭建财涂小龙余航应显军巫兴胜西南石油大学机电工程学院成都工具研究所有限公司

根据切削过程中材料的塑性流动状态和刀—屑的摩擦特性,将不等分剪切区理论与Oxley的滑移线模型相结合,提出负倒棱刀具直角切削热—力耦合模型。该模型主要包括主剪切区和倒棱变形区,基于Johnson-Cook材料本构模型建立了流动应力、剪切... 详细信息

根据切削过程中材料的塑性流动状态和刀—屑的摩擦特性,将不等分剪切区理论与Oxley的滑移线模型相结合,提出负倒棱刀具直角切削热—力耦合模型。该模型主要包括主剪切区和倒棱变形区,基于Johnson-Cook材料本构模型建立了流动应力、剪切角、摩擦角和切削温度的控制方程,主切削力Fc和进给力F_f分别计算为主剪切区和倒棱变形区上沿切削速度方向和垂直于切削速度方向上分量之和。对比验证提出的预测模型实验和有限元仿真结果,发现其相对误差在15%以内,并分析了负倒棱参数对切削力的影响,该研究结果可以为负倒棱刀具结构参数优化和切削性能影响分析提供参考。

关键词：负倒棱刀具直角切削不等分剪切区切削力预测

基于EtherCAT的软PLC系统设计与实现

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机床与液压 2024年第20期 116-121页

作者：杨木志刘建群高伟强许东伟黄国静广东工业大学机电工程学院佛山智昂科技有限公司

针对软PLC系统难以实现实时运动控制的问题，基于EtherCAT实时以太网设计一种软PLC系统。在x86架构处理器的PC上搭建Linux+Xenomai双内核实时系统，并基于开源主站协议栈IgH构建可对从站进行实时控制和同步控制的EtherCAT主站；基于Ethe... 详细信息

针对软PLC系统难以实现实时运动控制的问题，基于EtherCAT实时以太网设计一种软PLC系统。在x86架构处理器的PC上搭建Linux+Xenomai双内核实时系统，并基于开源主站协议栈IgH构建可对从站进行实时控制和同步控制的EtherCAT主站；基于EtherCAT实时控制框架设计软PLC系统，根据IEC61131-3编程标准设计ST结构化编程语言的解析模块和运行模块，遵循PLCopen规范开发了运动控制功能块接口，并在大型浴缸自动喷涂生产线上进行IO控制和伺服电机实时运动控制实验。结果表明：基于EtherCAT实时以太网的软PLC系统实时性满足要求，能准确完成IO控制和伺服电机实时运动控制。

关键词：软PLC Linux+Xenomai双内核实时系统 EtherCAT 功能块

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混合纳米结构增强水蒸发的分子机制

工程热物理学报 2024年第9期45卷 2773-2778页

作者：王泽群安盟孙旭辉陈东升施俊文袁越锦陕西科技大学机电工程学院西安710021 轻工业西安机械设计研究院有限公司西安710086

本文通过分子动力学模拟研究了亲疏水混合纳米结构表面对水蒸发的分子尺度影响机制。分子动力学模拟结果表明混合润湿性纳米结构表面可有效提升水的蒸发速率。通过分析水分子与纳米结构表面之间的相互作用,发现混合纳米结构表面可以调... 详细信息

本文通过分子动力学模拟研究了亲疏水混合纳米结构表面对水蒸发的分子尺度影响机制。分子动力学模拟结果表明混合润湿性纳米结构表面可有效提升水的蒸发速率。通过分析水分子与纳米结构表面之间的相互作用,发现混合纳米结构表面可以调节水分子的蒸发屏障。本文有助于理解纳米结构表面水蒸发的物理机制,为设计高效的界面蒸发结构提供有效指导。

关键词：界面蒸发润湿性分子动力学模拟蒸发势垒

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钢轨吸振器对轮轨摩擦自激振动的抑制效果

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 193-203页

作者：崔晓璐钟言明徐晓天唐传平徐佳杨红娟漆伟重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 成都理工大学机电工程学院四川成都610059 重庆轨道交通(集团)有限公司重庆401120

基于摩擦自激振动理论和现场调研,建立了DTVI2和科隆蛋扣件结构支撑下的小半径曲线区段轮对-钢轨-吸振器系统有限元模型,采用复特征值分析和瞬时动态分析研究了2种扣件区段钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果;通过最小二乘法和粒子群算法... 详细信息

基于摩擦自激振动理论和现场调研,建立了DTVI2和科隆蛋扣件结构支撑下的小半径曲线区段轮对-钢轨-吸振器系统有限元模型,采用复特征值分析和瞬时动态分析研究了2种扣件区段钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果;通过最小二乘法和粒子群算法研究了钢轨吸振器的不同参数对钢轨波磨的影响规律,确定2种扣件下钢轨吸振器的最优参数组合。研究结果表明:安装钢轨吸振器前后,轮对-钢轨-吸振器系统发生摩擦自激振动的主要频率为480 Hz;DTVI2扣件的最大垂向振动加速度由270.01 m·s^(-2)下降到206.07 m·s^(-2),降低了23.71%,功率谱密度(PSD)峰值由98.98 dB下降到94.92 dB;科隆蛋扣件的最大垂向振动加速度由300.97 m·s^(-2)下降到211.44 m·s^(-2),降低了29.74%,PSD峰值由101.58 dB下降到95.14 dB;在DTVI2扣件区段中,钢轨吸振器质量为14.0 kg,连接刚度为9.0×10^(6) N·m^(-1),连接阻尼为1.0×10^(5) N·s·m^(-1)时对钢轨波磨的抑制效果最好;在科隆蛋扣件区段中,钢轨吸振器质量为7.5 kg,连接刚度为1.07×10^(7) N·m^(-1),连接阻尼为1.0×10^(5) N·s·m^(-1)时钢轨波磨的抑制效果最好。可见,安装钢轨吸振器能够有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而抑制钢轨波磨的产生和发展;钢轨吸振器对科隆蛋扣件区段钢轨波磨的抑制效果优于DTVI2扣件区段;合理选取钢轨吸振器的连接参数会进一步抑制钢轨波磨的产生和发展。

关键词：城市轨道扣件钢轨吸振器摩擦自激振动复特征值分析瞬时动态分析钢轨波磨

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对空导弹相对可拦截区研究

飞行力学 2024年

作者：朱亮辉南英方东洋李政扬南京航空航天大学上海机电工程研究所

对空导弹可拦截区体现了导弹-目标攻防对抗中初始位置的物理空间关系，但在不同速度下的时间域对比仍有不足。为此，首先建立了对空导弹与拦截目标的数学模型，计算其在不同速度下的可拦截区；然后整合拦截-突防仿真中每一个拦截点在每... 详细信息

对空导弹可拦截区体现了导弹-目标攻防对抗中初始位置的物理空间关系，但在不同速度下的时间域对比仍有不足。为此，首先建立了对空导弹与拦截目标的数学模型，计算其在不同速度下的可拦截区；然后整合拦截-突防仿真中每一个拦截点在每一帧的瞬时速度分量，计算相对可拦截系数并绘制相对可拦截区，解决了不同速度下同种对空导弹可拦截区物理内外边界大小不同的问题。仿真结果表明：不同速度对空导弹进行博弈对抗得到的可拦截区大小不同，但几何空间相似；其时间域可拦截区内边界近似等同；不同速度下的相对可拦截区形状与大小基本重合；用低速导弹代替高速导弹进行相关试验的效果是相同的。

关键词：对空导弹攻防对抗相对可拦截区拦截-突防仿真博弈对抗

基于改进YOLOv5s的轻量化智能钻机管柱检测方法

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北京航空航天大学学报 2024年

作者：牛柯彭斌杨小亮兰州理工大学机电工程学院兰州兰石石油装备工程股份有限公司

当前，钻井平台管柱的自动化转运和上卸扣作业水平较低，这导致了明显的效率和安全问题。为了解决这一问题，精确检测钻杆和管柱接头是实现管柱自动化处理的关键。因此，本研究提出了一种改进的自动化钻机管柱处理多目标检测算法。采用... 详细信息

当前，钻井平台管柱的自动化转运和上卸扣作业水平较低，这导致了明显的效率和安全问题。为了解决这一问题，精确检测钻杆和管柱接头是实现管柱自动化处理的关键。因此，本研究提出了一种改进的自动化钻机管柱处理多目标检测算法。采用轻量级的EfficientNetv2网络作为特征提取网络，使用YOLOv5s-6.0中的SPPF空间金字塔池化模块，以减少模型参数数量。为了提高目标检测的准确性和鲁棒性，在Backbone部分融入了CBAM注意力模块，有效抑制了背景干扰。为了更好地提取被遮挡目标的细节特征，采用加权双向特征金字塔网络BIFPN代替原网络的PANet结构。采用CARAFE算子来替代传统的上采样操作，以提高特征图的分辨率和语义信息的传递。在Head部分，为进一步减少参数量和计算复杂度，改进传统卷积层Conv为轻量级卷积层GhostConv。同时，考虑到真实框与预测框之间的不匹配问题，替换损失函数CIOU为SIOU，以优化边界误差，提高小目标的定位准确性。在模型训练方面，采用AdamW优化算法来更新模型参数，以替代SGD优化算法，进一步提高了模型的收敛效果和泛化能力。最后，通过自建管柱数据集对改进后的算法进行验证。实验结果表明，本文改进算法能够精确识别到多环境中姿态不同的管柱。改进后的算法识别准确度为90.6%，比原模型提高了3.9%，mAP为94.6%，比原模型提高了4.5%。表明改进算法在目标检测方面具有更高的准确性和鲁棒性，能够更好地适应钻井作业环境。

关键词：计算机应用技术 YOLOv5s 智能钻机钻杆管柱接头目标检测算法改进

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仿水蛭蠕动爬行软体机器人设计

机器人 2024年第2期46卷 139-146页

作者：李恭新王民栋朱亚洲刘娜栾小丽刘飞江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122 上海大学机电工程与自动化学院上海200444

为了寻求一种无损和对患者友好的肠道检查方法,提出并设计了一种仿水蛭的软体机器人。该仿水蛭软体机器人由2个以双层结构为“脚”的吸附驱动器和以自束缚多腔室为本体的伸缩驱动器组成,通过控制2个吸附驱动器的交替运动和伸缩驱动器的... 详细信息

为了寻求一种无损和对患者友好的肠道检查方法,提出并设计了一种仿水蛭的软体机器人。该仿水蛭软体机器人由2个以双层结构为“脚”的吸附驱动器和以自束缚多腔室为本体的伸缩驱动器组成,通过控制2个吸附驱动器的交替运动和伸缩驱动器的配合运动实现蠕动爬行。结合实际实验和数值仿真验证了吸附驱动器的吸附特性和伸缩驱动器的调节机理,并分别通过软体机器人在平面、斜坡和类肠道等环境的实验进一步验证了机器人的运动性能。吸附驱动器最大吸附力可达3.05N,软体机器人运动速度可达5mm/s,验证了该机器人可以在类肠道的环境中实现无损和可控的运行。这项工作有望为肠道疾病的检查和治疗应用提供无损和对患者友好的新方法。

关键词：软体机器人仿水蛭肠道检查