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适用于倾斜自由面的黏弹性人工边界方法

工程力学 2024年

作者：孙国富李吉祥刘旭陈云龙北京工业大学重庆研究院北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室

倾斜自由面地基比水平自由面地基的反射波场更为复杂，兼具了垂直入射和斜入射的反射特征，现有的黏弹性人工边界方法用于倾斜自由面模型动力分析时存在边界应力吸收效果欠佳的问题。本文根据应力波斜入射的反射波场分解思想，对P波垂... 详细信息

倾斜自由面地基比水平自由面地基的反射波场更为复杂，兼具了垂直入射和斜入射的反射特征，现有的黏弹性人工边界方法用于倾斜自由面模型动力分析时存在边界应力吸收效果欠佳的问题。本文根据应力波斜入射的反射波场分解思想，对P波垂直入射自然斜坡进行反射波场分解，推导了适用于倾斜自由面动力模型的黏弹性应力修正公式，并采用Python语言对ABAQUS进行二次开发，实现人工边界快速精确地施加方法与地震动输入。经数值模型验证表明：本文的黏弹性人工边界方法用于倾斜自由面地基的动力响应分析时，可消除左边界上的残余应力波和减轻内场反射波紊乱程度。具有圆弧形坡角的自然斜坡在坡顶处因其传播特征及反射波交叉干扰导致反射波场出现紊乱甚至畸变，而坡脚处反射波场一般不会出现紊乱。但对于具有折角形坡顶坡脚的人工边坡，坡顶处反射波场畸变严重而复杂，坡脚处反射波场也呈现一定的紊乱。等效节点力的地震动输入法比位移输入法和加速度输入法更适用于倾斜自由面动力模型求解，其人工边界处的位移和应力条件与远置边界大模型最接近。

关键词：黏弹性人工边界倾斜自由面波场分解数值模拟 Python

基于聚类分析的土壤重金属分体式LIBS检测方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2506-2513页

作者：关丛荣梁帅陈吉文王占扩北方工业大学北京100144

土壤是人类赖以生存的物质基础,它的特性与人们的生产生活密切相关,传统土壤重金属检测方法如原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法分析能力较弱且价格昂贵,因此亟需一种开发低成本易操作的土壤多种元素同时定量分析方法。激光诱导... 详细信息

土壤是人类赖以生存的物质基础,它的特性与人们的生产生活密切相关,传统土壤重金属检测方法如原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法分析能力较弱且价格昂贵,因此亟需一种开发低成本易操作的土壤多种元素同时定量分析方法。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其分析快速、多元素同时分析等优点被广泛关注,但由于其体积较大不便于携带并且大多应用于实验室分析,为了满足现场检测的需求,研制了一台分体式现场LIBS检测仪,其设计是将仪器分为探测头和机箱两部分并通过包塑管进行连接,采用微型二极管泵浦激光器,脉冲能量可达100mJ,波长1064nm,重复频率为1~10Hz;此外采用多通道高分辨率光谱仪,提高LIBS的分析性能;为了减小辐射背景干扰,利用FPGA实现μs级延迟时间功能。对其应用在11种土壤获取光谱数据,实验设置脉冲能量为100mJ,延迟时间设为1μs,积分时间2ms,每个样品采集10个不同位置的光谱,每个位置测量20次,共采集200个光谱数据,为减少噪声干扰,对每个样品的光谱数据进行均值预处理后再进行Beads算法基线校正,利用PCA主成分分析得到贡献率最大的3个主成分分量,再通过Kmeans++算法对不同地区不同类型的11种土壤进行聚类分析,将相同类别的土壤代入偏最小二乘(PLSR)算法,每个元素选取两个特征谱线以及上下各10个点来增强光谱信息,选择一种样品作为预测对Cu、Cr、Ni、Co、Cd五种土壤重金属元素进行定量分析。结果表明,与未进行聚类分析相比,此方法可明显提高元素的拟合相关系数,五种重金属元素的相关系数分别从0.953、0.992、0.989、0.982、0.99提高至0.999、0.998、0.9995、0.9965、0.993,相关系数均达到0.99及以上满足LIBS线性分析要求,其预测结果与实际含量之间的平均相对误差分别从83.45%、16.03%、22.94%、43.91%、125.768%提高至1.14%、0.99%、0.895%、1.879%、1.862%,可以发现经过聚类分析后,其预测误差大大降低,均在5%以内,具有较好的分析性能,五种元素的相关系数和预测误差相比于直接进行PLSR方法均有提升。PCA与Kmeans++结合的方法能够更准确的进行聚类,在降维后进行聚类可以减少噪声和冗余信息的影响,加快计算速度,减少异常点对聚类效果的影响提高鲁棒性。

关键词：土壤聚类分析偏最小二乘法激光诱导击穿光谱

一种基于ADMM和深度生成先验的高光谱解混方法

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哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：赵敏陈捷西北工业大学航海学院西北工业大学深圳研究院

混合像元的存在制约了高光谱图像分类和目标检测的精度，为了提高混合像元分解的精度，精确的分析混合像元中的组成成分，本文提出将优化方法和深度生成先验结合的高光谱解混方法，实现数据驱动和模型驱动的有机结合。近年来，基于深度... 详细信息

混合像元的存在制约了高光谱图像分类和目标检测的精度，为了提高混合像元分解的精度，精确的分析混合像元中的组成成分，本文提出将优化方法和深度生成先验结合的高光谱解混方法，实现数据驱动和模型驱动的有机结合。近年来，基于深度神经网络的处理方法被广泛使用在高光谱解混任务中。但是该类方法是“黑盒子”，缺乏物理可解释性。传统的基于数学优化的高光谱解混方法，通过使用人工设计的先验项引入图像内含信息，提高解混精度。但是对于复杂的先验项，求解方法复杂，且并不是所有先验信息都可以用数学模型表示出来。是以，本文提出一结合交替方向乘子法（alternating direction method of multipliers，ADMM）优化算法和深度生成先验的高光谱解混方法，联合使用数学优化和深度方法的优越性。具体地，首先使用ADMM算法将数据拟合项和生成先验项进行解耦，对于生成先验，使用传统解混方法获得的丰度预训练变分自编码器（variational autoencoder，VAE）网络，并将解码器作为生成器。本文同时使用人工合成数据和真实遥感数据验证所提出方法的有效性。

关键词：遥感,高光谱图像混合像元高光谱解混深度先验 ADMM 生成模型变分自编码器

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基于事件驱动的航天器星下点轨迹维持控制

航空学报 2024年第10期45卷 286-298页

作者：宁铠吴宝林哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150000

针对超低轨航天器高精度自主轨道维持问题,考虑通信受限和大气阻力摄动的影响,提出基于事件驱动机制的模糊自适应控制方法。首先,建立基于相对平均轨道根数的航天器轨道动力学模型,采用模糊自适应控制方法估计大气阻力带来的扰动项。然... 详细信息

针对超低轨航天器高精度自主轨道维持问题,考虑通信受限和大气阻力摄动的影响,提出基于事件驱动机制的模糊自适应控制方法。首先,建立基于相对平均轨道根数的航天器轨道动力学模型,采用模糊自适应控制方法估计大气阻力带来的扰动项。然后,在控制器细胞卫星一侧采用事件驱动机制,减少控制器细胞卫星和电推力器细胞卫星之间的通信负担和计算量,并且保证在一定时间内控制推力保持不变,以延长电推力器细胞卫星寿命。随后,提出基于事件驱动的模糊自适应轨道控制算法来维持星下点轨迹。最后,通过仿真验证了所提出算法的有效性。

关键词：超低轨航天器大气阻力自主轨道维持事件驱动机制模糊自适应控制

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大质量比滚控式变质心飞行器动力学特性分析

宇航学报 2024年第2期45卷 250-261页

作者：孙佳慧胡玉东高长生荆武兴哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨... 详细信息

针对大质量比滚控式变质心再入飞行器结构参数设计问题,建立了包含活动体偏转运动的完整飞行器姿态伺服动力学模型,进而对活动体参数设计对姿态动力学耦合特性的影响展开分析研究。首先根据Routh准则给出了飞行器的纵向静稳定区域,并讨论了配平攻角与活动体配置参数间的关系。对飞行器系统的动力学耦合分析结果表明,活动体偏转在控制滚转姿态的同时会对偏航姿态产生影响,进而造成控制精度的下降,甚至导致不稳定的飞行状态。为了在飞行器结构参数的优化设计中提高飞行器的控制性能、最小化飞行器滚转机动对偏航通道的影响,采用多尺度法对活动体偏转与飞行器偏航姿态运动构成的耦合非线性动力学系统在不同构型参数下的稳态解析解进行幅频响应特性分析,并给出考虑滚转偏航耦合约束下的大质量比滚控式变质心飞行器构型设计方案。

关键词：变质心飞行器动力学耦合非线性振动结构参数设计

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聚乳酸柔性定形相变薄膜的制备及性能研究

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1458-1463页

作者：吴学红栾林林赵敏陈亚南吕财刘勇常志娟李文浩郑州轻工业大学郑州450000

为解决相变材料易泄漏和力学性能差的问题,以聚乳酸(PLA)为基底,聚乙二醇(PEG)为相变工质,制备PEG/PLA相变薄膜。对其热性能和力学性能进行测试,结果表明,PLA作为支撑基底有效防止了PEG液体的泄漏。PEG/PLA配比为180/100时,相对焓效率最... 详细信息

为解决相变材料易泄漏和力学性能差的问题,以聚乳酸(PLA)为基底,聚乙二醇(PEG)为相变工质,制备PEG/PLA相变薄膜。对其热性能和力学性能进行测试,结果表明,PLA作为支撑基底有效防止了PEG液体的泄漏。PEG/PLA配比为180/100时,相对焓效率最高,达到103.87%,其熔融和凝固过程中的潜热分别为128.5J·g^(-1)和120.2J·g^(-1)。随着PEG比例的增加,薄膜的杨氏模量逐渐减小,PEG/PLA配比为180/100时,杨氏模量为152.2MPa,比纯PLA降低了73.2%,薄膜的柔韧性得到提升。

关键词：柔性相变薄膜聚乳酸热性能力学性能

内孤立波作用下航行体“掉深”控制的水动力特性及运动响应研究

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中国造船 2024年第1期65卷 249-255页

作者：程路杜鹏张淼李卓越唐子建西北工业大学航海学院西安710072

为有效避免航行体在航行过程中发生“掉深”,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及m Kd V理论建立了内孤立波数值水槽,研究了密度跃层以下不同潜深的悬浮航行体与内孤立波的相互作用,并对航行体采用不同参数的PD控制。与未施加控制的航行... 详细信息

为有效避免航行体在航行过程中发生“掉深”,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程及m Kd V理论建立了内孤立波数值水槽,研究了密度跃层以下不同潜深的悬浮航行体与内孤立波的相互作用,并对航行体采用不同参数的PD控制。与未施加控制的航行体对比,探究其控制效果及航行体的水动力特性和运动响应。研究结果表明:航行体“掉深”主要是由垂向位移和俯仰角快速增加造成的,对航行体施加控制的参数不同,控制效果也不一样,内孤立波通过后,施加控制航行体的垂向速度在零附近波动,垂荡位移得到有效抑制;控制后航行体的俯仰角可减小到未控制时的1/15,且施加控制后航行体的俯仰角均可控制在0.2 rad以下。

关键词：内孤立波水动力特性运动响应 PD控制掉深

激光角反射器:从月球激光测距到天体探测基础设施

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宇航学报 2024年第5期45卷 661-679页

作者：严一粟郭继峰哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

激光测距已成为太阳系内检验等效原理与洛仑兹破缺、测定后牛顿参数与引力常数时变等引力与相对论物理学研究的强大工具。为此,对激光角反射器在自然天体探测中的应用与发展进行了概述与分析。简单陈述激光角反射器的历史沿革后,首先介... 详细信息

激光测距已成为太阳系内检验等效原理与洛仑兹破缺、测定后牛顿参数与引力常数时变等引力与相对论物理学研究的强大工具。为此,对激光角反射器在自然天体探测中的应用与发展进行了概述与分析。简单陈述激光角反射器的历史沿革后,首先介绍了数个有待或正在实施的包含激光角反射器部署的天体探测计划。其次,基于激光角反射器与激光测距资料的已有工程经验,描述了激光角反射器在天体探测中承担的科学任务与关键技术问题。最后,以本世纪新一代激光角反射器与收发光源革新为背景,预测了激光角反射器及其激光测距的发展趋势,并针对无人与载人月球探测,对激光角反射器在新阶段天体探测中的使用提出建议。

关键词：激光角反射器月球激光测距引力与相对论物理学天体物理学天体探测

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带有参数精确估计的迭代学习滑模控制及应用

航空学报 2024年第1期45卷 159-173,I0002页

作者：方乐言蒙晗侯明哲哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对一类做重复运动的不确定全驱系统,提出了一种带有未知参数精确估计的迭代学习自适应滑模控制算法。通过设计跟踪误差的期望轨迹,放宽了对系统初值条件的限制,并使系统在初始时刻便位于滑模面上,消除了滑模到达阶段,有利于提高系统... 详细信息

针对一类做重复运动的不确定全驱系统,提出了一种带有未知参数精确估计的迭代学习自适应滑模控制算法。通过设计跟踪误差的期望轨迹,放宽了对系统初值条件的限制,并使系统在初始时刻便位于滑模面上,消除了滑模到达阶段,有利于提高系统鲁棒性。通过构造一组低通滤波器并引入遗忘因子和归一化技术,对参数估计误差进行了重构,并利用重构结果进行了微分-差分型自适应律设计。基于Lyapunov方法设计了迭代学习自适应滑模控制算法,证明了闭环系统信号的有界性以及跟踪误差和参数估计误差的渐近收敛性。最后,将所提出的迭代学习自适应滑模控制算法应用于航天器的绕飞控制中,并通过数值仿真验证了设计结果的有效性。

关键词：迭代学习自适应控制滑模控制参数估计航天器绕飞