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蠕变预加载Ti6321钛合金的动态力学性能和绝热剪切研究

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 2035-2041页

作者：向霁旸宋雨宸王琳许玲玉闫志维李严星程兴旺北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学材料学院北京100081 北京理工大学冲击环境材料技术国家级重点实验室北京100081 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471023 北京理工大学唐山研究院河北唐山063000

蠕变加载对结构件的服役性能会产生一定的影响。本研究对等轴、双态、魏氏组织Ti6321钛合金进行蠕变预加载,对蠕变后的材料进行动态压缩试验,应变率为3000 s^(-1),研究经不同蠕变应力加载后的Ti6321钛合金动态力学行为。结果表明:蠕变... 详细信息

蠕变加载对结构件的服役性能会产生一定的影响。本研究对等轴、双态、魏氏组织Ti6321钛合金进行蠕变预加载,对蠕变后的材料进行动态压缩试验,应变率为3000 s^(-1),研究经不同蠕变应力加载后的Ti6321钛合金动态力学行为。结果表明:蠕变后钛合金的动态力学性能均表现出屈服温度下降,抗压强度上升。随蠕变应力增加,3种组织钛合金在动态压缩后的冲击吸收功增大,绝热剪切敏感性降低。未蠕变的钛合金经动态压缩后均产生相变带,等轴组织和双态组织钛合金蠕变预加载再经动态压缩后未失效,仅产生形变带,魏氏组织产生相变带导致失效。蠕变推迟了等轴组织和双态组织钛合金的绝热剪切相变的发生。

关键词： Ti6321钛合金蠕变动态压缩冲击吸收功绝热剪切

基于学习型滑模预测控制的无人驾驶车辆非结构化环境轨迹跟踪及稳定性控制

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机械工程学报 2024年第10期60卷 399-412页

作者：刘聪刘辉韩立金聂士达北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250000

针对高速无人驾驶车辆在复杂非结构化环境下轨迹跟踪精度和横摆稳定性之间难以协调平衡的难题,提出一种基于学习型滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法。首先,基于高斯过程回归方法构建数据学习型预测模型,以解决复杂非结构化... 详细信息

针对高速无人驾驶车辆在复杂非结构化环境下轨迹跟踪精度和横摆稳定性之间难以协调平衡的难题,提出一种基于学习型滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法。首先,基于高斯过程回归方法构建数据学习型预测模型,以解决复杂非结构化环境下无人驾驶车辆的剩余模型不确定性和环境噪声干扰问题。其次,提出一种基于高斯-滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法,将基础模型与高斯不确定性预测相结合作为控制模型,设计基于滚动预测优化的滑模控制方法,满足多约束下控制器的实时性和鲁棒性要求。此外,构建车辆未来时刻行驶风险预测模型,利用基于预测时域内相对残差的递归贝叶斯定理提前决策多目标融合型函数的权重系数,满足全局性能最优。仿真结果表明,所提方法有效提高了存在路面噪声干扰的非结构道路下高速无人驾驶车辆轨迹跟踪精度和动力学稳定性。

关键词：无人驾驶汽车轨迹跟踪及稳定性高斯过程滑模预测控制行驶风险预测

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大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 83-91页

作者：闫清东杜艺舟刘城魏巍北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250300 车辆传动重点实验室(北京理工大学) 北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401135

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12... 详细信息

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。

关键词：液力变矩器液力传动实车数据工况分析循环工况

高能激光短距离传输光束质量测量仿真与实验研究

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红外与激光工程 2024年第9期53卷 306-314页

作者：李杨刘磊王钢王文涛唐晓军华北光电技术研究所北京理工大学光电学院

准确测量光束质量对于高能激光系统性能的评估至关重要，相比传统的远距离传输测量后再修正的方法，短距离传输后的光束质量更接近激光系统出口处的真实情况。建立激光短距离传输模型，采用多层相位屏法，分析空气湍流等因素对激光远场... 详细信息

准确测量光束质量对于高能激光系统性能的评估至关重要，相比传统的远距离传输测量后再修正的方法，短距离传输后的光束质量更接近激光系统出口处的真实情况。建立激光短距离传输模型，采用多层相位屏法，分析空气湍流等因素对激光远场光斑形态和光束质量的影响。结果表明，在20 m的较短传输路径上，风速、空气相对湿度、功率等影响热晕效应的因素对光束质量影响较小，常规条件范围内，光束质量因子β值劣化不超过15%，而空气湍流效应对高能激光光束质量的影响较明显，随着空气湍流强度■由1×10-18m-2/3增大到1×10-12m-2/3，β值从1.084 8增大至8.993 3；湍流强度对不同口径激光光束的光束质量影响也不尽相同，口径越大，受湍流强度影响越大。文中搭建实物光路，使用700 mm口径平行光管进行验证，在■的情况下，测得2.63，与模拟结果相符，实验中还发现，可以通过搅散空气的方法来减小湍流强度。实验结果表明：将空气湍流强度控制在1×10-14m-2/3以下，光束质量因子不小于3的高能激光系统光束质量测量偏差小于5%，为大口径激光系统出口光束质量测量提供一种解决方案。

关键词：高能激光光束质量测量湍流效应热晕效应数值模拟

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微射流撞击形成液膜的形态演变特征

力学学报 2024年第6期56卷 1563-1572页

作者：蔡国辉张晓光吴二军刘志豪王博陈晓东北京理工大学宇航学院北京100081 西安航天动力研究所西安710100 北京理工大学徐特立学院北京100081 北京理工大学医学技术学院北京100081

利用高速相机从正面和侧面两个视角拍摄了不同速度微射流撞击形成液膜的流动形态,以深入理解液膜形态演变的物理机制.实验中的射流韦伯数在6.3~404.5之间变化,结果表明:随着微射流速度的增加,射流的流动形态经历了从层流到湍流的变化,... 详细信息

利用高速相机从正面和侧面两个视角拍摄了不同速度微射流撞击形成液膜的流动形态,以深入理解液膜形态演变的物理机制.实验中的射流韦伯数在6.3~404.5之间变化,结果表明:随着微射流速度的增加,射流的流动形态经历了从层流到湍流的变化,所形成的液膜经历了液体链条、封闭液膜、边缘失稳和波动液膜等多种流动形态.侧面视角观察到了撞击点附近射流表面存在静止毛细波,其波长随韦伯数增加呈现快速减小后缓慢减小的趋势.还观察到液膜顶端存在界面不稳定状态,其摆动导致沿液膜边缘产生向下传播的界面扰动,进而在液膜边缘形成液珠,液珠又可发展成指状液丝.指状液丝的生成带走了液膜中的部分流体,导致液膜在指状液丝根部上方撕裂.当射流中出现速度脉动后,会激励起液膜表面波动.若速度脉动间歇出现,液膜波动会在扰动消失后很快衰减;而持续的速度脉动会激励产生剧烈且持续的液膜摆动.这一发现证实了速度脉动引入的有限大小的扰动是激发液膜波动的必要条件.此外,液膜波动加速了液珠形成以及液珠向指状液丝的转变过程,还影响了指状液丝的空间分布.液膜摆动使两侧的撕裂点向液膜中心汇聚,形成下游的长液丝,完成了从液膜到液丝再到液滴的雾化过程.研究还利用纹影法获得了射流从层流向过渡流演变过程中液滴直径数据,发现液滴大小概率密度分布由多峰分布逐渐转变为符合Gamma函数的单峰分布.本研究得到的微射流撞击形成液膜的演变规律和机制,为相关应用研究提供了理论支持和定量认识.

关键词：微射流撞击射流界面演变流动形态液滴分布雾化

地面机动平台可重构轮履复合推进机构研究现状与展望

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北京理工大学学报 2024年第6期44卷 553-564页

作者：刘城王嘉轩刘建峰魏巍闫清东北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314001 北京理工大学重庆创新中心重庆401147 北京理工大学济南前沿技术研究院山东济南250300

可重构轮履复合推进机构兼具轮式推进机构的快速性和履带推进机构的通过性,是提高地面机动平台在极端地形上综合性能的关键技术,在各类机器人和特种车辆上都得到了一定应用.文中在系统调研国内外相关文献的基础上,按轮履构型重构互换原... 详细信息

可重构轮履复合推进机构兼具轮式推进机构的快速性和履带推进机构的通过性,是提高地面机动平台在极端地形上综合性能的关键技术,在各类机器人和特种车辆上都得到了一定应用.文中在系统调研国内外相关文献的基础上,按轮履构型重构互换原理对推进机构进行分类,着重对比分析了不同构型的结构特点和应用场景,指出了可重构轮履复合推进机构的主要技术难点和发展前景.

关键词：地面机动平台可重构轮履复合通过性

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固体推进剂黏弹性参数的确定及细观损伤演化

兵工学报 2024年第4期45卷 1038-1046页

作者：乌布力艾散·麦麦提图尔荪吴艳青侯晓尹欣梅张鑫北京理工大学爆炸技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学宇航学院北京100081 湖北航天化学技术研究所湖北襄阳441003

固体推进剂力学模型参数的准确性对其宏观力学响应预测具有重要的意义,为解耦标定固体推进剂非线性黏弹性模型参数,提出一种基于台阶应力松弛试验的模型参数确定方法。通过台阶应力松弛平衡响应确定固体推进剂弹性部分参数,通过小变形... 详细信息

固体推进剂力学模型参数的准确性对其宏观力学响应预测具有重要的意义,为解耦标定固体推进剂非线性黏弹性模型参数,提出一种基于台阶应力松弛试验的模型参数确定方法。通过台阶应力松弛平衡响应确定固体推进剂弹性部分参数,通过小变形下的应力松弛确定无量纲松弛模量,分析一种固体推进剂力学响应。研究结果表明:固体推进剂在台阶应力松弛及单轴拉伸条件下的力学性能预测结果与试验结果吻合,验证了所提方法的有效性;由于平衡响应包含损伤,采用该方法标定的参数可用于预测含损伤固体推进剂力学响应。在此基础上,提出一种基于推进剂模型参数标定等效黏合剂力学参数的方法,并通过引入基于黏弹性脱湿准则的相界面模型建立代表性体积单元计算模型,实现在宽应变(~100%)范围内推进剂脱湿损伤分析,为推进剂宏观力学性能预测及细观损伤演化分析提供了支撑。

关键词：黏弹性模型参数标定台阶应力松弛等效黏合剂相界面模型固体推进剂

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时变指向约束下姿态参数空间离散化路径规划方法

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宇航学报 2024年第3期45卷 352-365页

作者：朱哲徐瑞李朝玉朱圣英龙嘉腾朱雷北京理工大学深空探测技术研究所北京100081 深空自主导航与控制工信部重点实验室(北京理工大学) 北京100081 上海航天控制技术研究所上海201109

为满足深空探测器在复杂动态环境约束下的姿态机动任务需求,解决时变指向约束下姿态路径规划求解困难、路径优化性能差的问题,提出了一种基于修正罗德里格斯参数(MRP)和动态路径搜索的姿态参数空间离散化路径规划方法。通过MRP空间的笛... 详细信息

为满足深空探测器在复杂动态环境约束下的姿态机动任务需求,解决时变指向约束下姿态路径规划求解困难、路径优化性能差的问题,提出了一种基于修正罗德里格斯参数(MRP)和动态路径搜索的姿态参数空间离散化路径规划方法。通过MRP空间的笛卡尔网格划分和非奇异空间构建,实现航天器姿态的参数空间离散化和指向约束表征。考虑指向约束的时变动态特性,在三维动态空间中搜索初始到目标姿态的机动路径,并引入路径节点的时间特性,在约束冲突时对路径进行实时修正,设计非奇异空间时变约束路径搜索算法,生成执行路径节点序列。进一步,对生成的路径节点进行插值拟合,基于逆动力学方法计算角速度和控制力矩,完成姿态机动轨迹规划。仿真结果验证了该方法的有效性,可为深空探测器在时变指向约束下规划出姿态机动执行路径。

关键词：航天器姿态规划姿态参数离散化时变指向约束路径搜索算法

面向抗冲击结构尺寸优化的自训练分类判断优化设计方法

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力学学报 2024年第7期56卷 1861-1875页

作者：王春彭高汝鑫廉艳平成湛山李明健北京理工大学先进结构技术研究院北京100081

抗冲击结构在军民安全领域有着广泛且重要的应用,但其优化设计因涉及极端载荷下的强非线性而面临结构响应求解耗时与灵敏度分析困难的挑战.针对该问题,提出了一种自训练分类判断优化设计方法.该方法采用基于支持向量机的自训练分类判断... 详细信息

抗冲击结构在军民安全领域有着广泛且重要的应用,但其优化设计因涉及极端载荷下的强非线性而面临结构响应求解耗时与灵敏度分析困难的挑战.针对该问题,提出了一种自训练分类判断优化设计方法.该方法采用基于支持向量机的自训练分类判断代理模型和遗传算法,求解抗冲击结构尺寸优化列式.与基于回归代理模型的传统方法不同,自训练分类判断代理模型可以减少样本集构建计算成本.同时,提出了面向分类判断代理模型的遗传算法约束处理策略及个体适应度计算方法.基于该方法开展的波纹夹芯结构抗爆性能和聚脲/陶瓷复合板抗侵彻性能优化设计,验证了其有效性和高效性.为抗冲击结构设计提供了一种新的高效优化方法,以期保障极端冲击载荷下装备结构服役性能和人员安全.

关键词：极端载荷数据驱动代理模型序列优化结构优化