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基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 904-915,927页

作者：王浩王江北罗浩东王立文中国民航大学安全科学与工程学院天津300300 中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学科技创新研究院天津300300

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单... 详细信息

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)在优化后结构边界处求解精度低的问题,提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中,通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度;采用比例边界有限元法(SBFEM)实时计算划分后结构的有限元信息,解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果,大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明,所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下,计算时间最快可缩短为原来的1/100,可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。

关键词：拓扑优化改进四叉树法比例边界有限元法网格自适应

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基于深度学习方法的航空发动机寿命预测模型

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 330-336,412页

作者：郭晓静贠玉晶徐晓慧中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

为提高航空发动机剩余寿命(remaining useful life,简称RUL)预测能力,构建了一种注意力机制与长短期记忆网络(long short-term memory,简称LSTM)融合的深度学习模型。首先,分析多元高维的运行参数与RUL之间的协方差相关性,实现数据降维... 详细信息

为提高航空发动机剩余寿命(remaining useful life,简称RUL)预测能力,构建了一种注意力机制与长短期记忆网络(long short-term memory,简称LSTM)融合的深度学习模型。首先,分析多元高维的运行参数与RUL之间的协方差相关性,实现数据降维,优化模型权重;其次,利用运行参数的时序退化特性提高模型的回归预测效果。在NASA发动机数据集上实验的均方根误差(root mean square error,简称RMSE)范围为[4.83,13.66],与卷积神经网络(convolutionneuralnetworks,简称CNN)、LSTM和双向长短期记忆网络(bi-directionallongshort-term memory,简称Bi-LSTM)方法相比,极大地提高了预测的准确度,实现了超前预测。合并样本的方法提高了模型的泛化性,对不同类型的发动机RUL预测具有指导意义。

关键词：航空发动机剩余寿命预测协方差分析注意力机制长短期记忆网络

基于双自由度转台的全向空间单目视觉室内定位测量方法

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中国光学（中英文） 2024年第3期17卷 605-616页

作者：吴军王豪爽单腾飞郭润夏张晓瑜陈玖圣中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对传统单目视觉测量系统测量视场有限的问题,本文提出一种基于双自由度旋转平台的全向空间单目视觉测量方法。首先,对双自由度旋转平台的转轴参数进行标定,用副相机拍摄固定在双自由度转台上的棋盘格标定板,提取棋盘格角点的位置坐标... 详细信息

针对传统单目视觉测量系统测量视场有限的问题,本文提出一种基于双自由度旋转平台的全向空间单目视觉测量方法。首先,对双自由度旋转平台的转轴参数进行标定,用副相机拍摄固定在双自由度转台上的棋盘格标定板,提取棋盘格角点的位置坐标,并将其转化到同一相机坐标系下。利用PCA(主成分分析)平面拟合得到初始位置转轴参数中的方向向量,使用空间最小二乘圆拟合方法得到初始位置下转轴参数中的位置参数。然后,通过转台转动的角度以及罗德里格斯公式将不同位置下相机获取的数据进行坐标系统一,实现水平和竖直方向全向空间下的目标测量。最后,通过高精度激光测距仪验证了本方法的测量精度,并通过与双目视觉测量系统、wMPS测量系统进行比对实验,验证了本方法的全向空间测量能力。实验结果表明,本方法测量精度基本达到双目视觉测量系统水平,但测量范围远大于双目视觉测量,可以满足全向空间测量要求。

关键词：双自由度转台单目视觉全向空间测量室内定位

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涉水锂离子电池的腐蚀与析氢风险研究

北京航空航天大学学报 2024年第7期50卷 2083-2092页

作者：张青松李东琪连晓雪中国民航大学民航热灾害防控与应急重点实验室天津300300 中国民航大学理学院天津300300

锂离子电池涉水事件频发,特别是沿海地区及海事应用方面常常遇到高盐度涉水事件。以18650型电池为样本,进行不同盐度条件下涉水锂离子电池的腐蚀与析氢风险实验研究。结果表明:锂离子电池涉水时首先发生电解和电化学腐蚀现象,盐度越高,... 详细信息

锂离子电池涉水事件频发,特别是沿海地区及海事应用方面常常遇到高盐度涉水事件。以18650型电池为样本,进行不同盐度条件下涉水锂离子电池的腐蚀与析氢风险实验研究。结果表明:锂离子电池涉水时首先发生电解和电化学腐蚀现象,盐度越高,这种现象越显著;腐蚀主要发生在阳极帽处,随着腐蚀进行,腐蚀孔向内部深入,直至电池彻底损坏;涉水中锂离子电池的质量损失速率与电压降呈正相关关系;腐蚀产物主要为氢氧化亚铁、氢氧化铁和氢氧化铝;涉水过程中阴极析出大量氢气,氢气产生速率与盐溶液浓度呈正相关关系;对于较封闭的应用环境极易达到氢气爆炸下限;轻度腐蚀后电池热失控过程的喷射程度较为剧烈,燃爆危险性较高;而过度腐蚀则会直接破坏电池结构,进而使电池完全失效。

关键词：锂离子电池安全涉水电池性能热失控析氢

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飞机地面除冰保障过程动态预测

北京航空航天大学学报 2024年第1期50卷 224-233页

作者：李彪邢志伟王立文中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对冰雪气象下除冰保障过程的精细化管理及预测精度低下的问题,提出了一种基于时空关联动态贝叶斯网络的飞机地面除冰保障过程动态预测方法。在系统性分析除冰保障过程的基础上,设计了面向离港除冰队列的时空关联节点判别方法,基于K最... 详细信息

针对冰雪气象下除冰保障过程的精细化管理及预测精度低下的问题,提出了一种基于时空关联动态贝叶斯网络的飞机地面除冰保障过程动态预测方法。在系统性分析除冰保障过程的基础上,设计了面向离港除冰队列的时空关联节点判别方法,基于K最近邻算法简化关联节点并构建了变结构动态贝叶斯网络模型。基于核注意力机制的除冰保障节点先验概率密度估计方法,结合条件概率更新结果构建了面向不同状态的飞机地面除冰保障过程动态预测方法。实验结果表明:所提方法在考虑除冰保障演化不确定性的基础上实现了各节点的动态预测,平均绝对误差为2.34 min,整体精度相比静态贝叶斯网络方法最大提升8.66%,为地面除冰运行战术组织及决策控制提供了有效依据。

关键词：航空运输动态预测时空关联动态贝叶斯网核注意力机制地面除冰保障过程

湿热环境下复合材料含孔层合板静力拉伸性能及工程估算模型

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高分子材料科学与工程 2024年第2期40卷 101-114页

作者：贾宝惠任鹏宋挺卢翔熊亿杰杨霄中国民航大学交通科学与工程学院天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300

湿热环境下的复合材料结构件力学性能预测对其工程应用具有重要意义。文中针对复合材料层合板静力拉伸性能和强度预测问题,开展6种湿热环境下复合材料含孔层合板的静力拉伸试验,分析其结构失效响应及损伤表征。基于应力场强法建立湿热... 详细信息

湿热环境下的复合材料结构件力学性能预测对其工程应用具有重要意义。文中针对复合材料层合板静力拉伸性能和强度预测问题,开展6种湿热环境下复合材料含孔层合板的静力拉伸试验,分析其结构失效响应及损伤表征。基于应力场强法建立湿热环境下复合材料含孔层合板工程估算模型,与有限元渐进损伤模型和试验结果进行对比,分析了湿热环境对含孔层合板力学性能和拉伸失效的影响。结果表明,工程估算模型预测结果与有限元及试验结果误差范围较小,可用于预测温度和吸湿率对含孔层合板拉伸失效强度的影响;相比于室温干态,75℃吸湿饱和态下试件拉伸失效强度下降了6.1%;25℃干态和75℃吸湿饱和态下含孔层合板0°铺层出现最为严重的纤维拉伸失效,90°铺层出现最为严重的基体拉伸失效,纤维拉伸失效和基体拉伸失效为层合板主要破坏模式;通过扫描电镜对75℃吸湿饱和态下层合板厚度方向微观形貌进行分析,发现试件0°方向纤维与树脂的脱粘程度加重且出现明显的裂痕,90°方向纤维分布较为齐整,但黏附的树脂较少。

关键词：复合材料湿热环境层合板力学性能工程估算模型

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GFRP补片内SMA铺设构型对修理层合板热振动特性的影响

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2487-2502页

作者：崔开心谢昊航任鹏卢翔中国民航大学航空工程学院天津300300 中国民航大学交通科学与工程学院天津300300

在复合材料中加入形状记忆合金(SMA)制成的纤维增强材料具有高强度、高阻尼与良好的自修复性等优点,可明显提高修理结构刚度及抗剥离性。为了探究热环境下玻璃纤维补片内嵌不同铺设数量与方式的SMA修理板的振动特性,基于Liang-Rogers的... 详细信息

在复合材料中加入形状记忆合金(SMA)制成的纤维增强材料具有高强度、高阻尼与良好的自修复性等优点,可明显提高修理结构刚度及抗剥离性。为了探究热环境下玻璃纤维补片内嵌不同铺设数量与方式的SMA修理板的振动特性,基于Liang-Rogers的SMA本构模型编制用户自定义材料子程序(UMAT),实现有限元精确求解。对比传统修理板与本文制备的SMA修理板的振型、固有频率及阻尼比变化情况,探究不同温度下SMA铺设构型对双面贴补修理玻璃纤维层合板振动特性的影响。实验与仿真结果表明:相较于单线型(D)与垂直交叉型(C),斜铺交叉型(X)SMA修理板前三阶振型更接近传统修理板(Q_(0)),且振型与嵌入的SMA数量无关。SMA相变时,内嵌SMA使修理板前二阶固有频率上升且上升率与SMA数量呈正相关,与SMA铺设方式关系如下:C型>D型>X型。内嵌SMA使修理板耗能能力及阻尼性优于Q_(0)板,与SMA数量呈正相关,与SMA铺设方式关系如下:X型>C型>D型。本文研究的铺设构型中,X_(24)型修理效果最优,其一、二阶固有频率最高可恢复至Q_(0)板的108.47%与112.26%,阻尼比相较于Q_(0)板增大了5.19倍。该工作可以为现有传统复合材料修理向智能复合材料修理技术转变提供参考。

关键词： SMA 编织玻璃纤维复合材料振动特性双面贴补修理智能材料

基于改进FPPN的飞控系统故障传播路径分析方法

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1829-1841页

作者：张晓瑜张凤琪郭润夏吴军中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300

针对飞控系统多冗余、多闭环的结构特性,结合有向图模型和模糊Petri网(FPN)模型,构建飞控系统故障传播模糊概率Petri网(FPPN)模型,以解决飞控系统特定结构下的故障传播路径问题。改进的FPPN模型包含飞控系统有向图模型、故障传播特性量... 详细信息

针对飞控系统多冗余、多闭环的结构特性,结合有向图模型和模糊Petri网(FPN)模型,构建飞控系统故障传播模糊概率Petri网(FPPN)模型,以解决飞控系统特定结构下的故障传播路径问题。改进的FPPN模型包含飞控系统有向图模型、故障传播特性量化计算模型和故障传播FPPN模型3个部分。采用面向对象技术分析飞控系统的功能行为和物理结构,综合复杂网络理论,构建系统故障传播有向图模型;引入Floyd算法,开展系统耦合关联分析,基于节点的度和边介数定义系统故障传播特性;在有向图模型的基础上,提出相应的结构映射规则,构建飞控系统故障传播FPPN模型,融合改进后的参数量化方法,设定2种推理算法对系统多冗余、闭环结构特性下的故障传播路径进行有效分析。通过数值分析与实例验证,获取飞控系统典型故障传播路径及路径上相关节点的状态值,验证所提方法的有效性。

关键词：飞控系统复杂网络理论有向图模型模糊概率Petri网模型故障传播路径分析

基于BERT与生成对抗的民航陆空通话意图挖掘

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 740-750页

作者：马兰孟诗君吴志军中国民航大学空中交通管理学院天津300300 中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民航大学安全科学与工程学院天津300300

针对民航陆空通话领域语料难以获取、实体分布不均,以及意图信息提取中实体规范不足且准确率有待提升等问题,为了更好地提取陆空通话意图信息,提出一种融合本体的基于双向转换编码器(bidirectional encoder representations from transf... 详细信息

针对民航陆空通话领域语料难以获取、实体分布不均,以及意图信息提取中实体规范不足且准确率有待提升等问题,为了更好地提取陆空通话意图信息,提出一种融合本体的基于双向转换编码器(bidirectional encoder representations from transformers,BERT)与生成对抗网络(generative adversarial network,GAN)的陆空通话意图信息挖掘方法,并引入航班池信息对提取的部分信息进行校验修正,形成空中交通管制(air traffic control,ATC)系统可理解的结构化信息。首先,使用改进的GAN模型进行陆空通话智能文本生成,可有效进行数据增强,平衡各类实体信息分布并扩充数据集;然后,根据欧洲单一天空空中交通管理项目定义的本体规则进行意图的分类与标注;之后,通过BERT预训练模型生成字向量并解决一词多义问题,利用双向长短时记忆(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)网络双向编码提取上下句语义特征,同时将该语义特征送入条件随机场(conditional random field,CRF)模型进行推理预测,学习标签的依赖关系并加以约束,以获取全局最优结果;最后,根据编辑距离(edit distance,ED)算法进行意图信息合理性校验与修正。对比实验结果表明,所提方法的宏平均F_(1)值达到了98.75%,在民航陆空通话数据集上的意图挖掘性能优于其他主流模型,为其加入数字化进程奠定了基础。

关键词：民航陆空通话信息提取生成对抗网络本体双向转换编码器