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单晶涡轮叶片典型任务循环蠕变分析

航空动力学报 2024年第6期39卷 1-9页

作者：石多奇张雨曼隋天校杨晓光北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对单晶涡轮叶片在发动机典型任务循环下的多工况蠕变计算问题,结合变载条件下的单晶合金蠕变本构模型,开发了用于高温结构蠕变计算的ABAQUS/UMAT用户子程序。对某型单晶涡轮叶片进行了典型任务循环下的蠕变计算,识别出可忽略蠕变损伤... 详细信息

针对单晶涡轮叶片在发动机典型任务循环下的多工况蠕变计算问题,结合变载条件下的单晶合金蠕变本构模型,开发了用于高温结构蠕变计算的ABAQUS/UMAT用户子程序。对某型单晶涡轮叶片进行了典型任务循环下的蠕变计算,识别出可忽略蠕变损伤的工作状态从而实现了载荷谱简化,分别计算了该涡轮叶片在10000个战斗机飞行循环和40000个运输机飞行循环下的蠕变变形,并进行了蠕变寿命评估。结果显示:计算采用的典型载荷状态中,该叶片在巡航及以下状态产生的损伤较小,进行蠕变计算时可以删除,简化后的蠕变载荷谱与原载荷谱下叶片产生的蠕变变形基本相等;不同飞机任务剖面下涡轮叶片具有不同的蠕变寿命,在采用的战斗机典型飞行循环下,该叶片的蠕变寿命约为运输机飞行循环下的1/14,这与发动机的大功率状态持续时间占比有关。

关键词：涡轮叶片典型任务循环蠕变变形寿命评估变载蠕变模型 UMAT子程序

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面向空地中继网络优化的无人机运动控制方法

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1712-1723页

作者：陶灿灿周锐北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

本文提出一种基于模型的通信中继无人机运动控制方法,旨在提高地面车辆编队的网络连通性和通信性能。通过联合考虑未知多用户移动性、环境对信道特性的影响以及接收信号的不可用到达角信息来解决中继无人机运动控制问题。该方法主要由... 详细信息

本文提出一种基于模型的通信中继无人机运动控制方法,旨在提高地面车辆编队的网络连通性和通信性能。通过联合考虑未知多用户移动性、环境对信道特性的影响以及接收信号的不可用到达角信息来解决中继无人机运动控制问题。该方法主要由两部分构成:①利用图论中的最小生成树构建网络连接性并定义通信性能指标,该网络连接性同时考虑了地面节点与无人机的通信链路及地面节点与地面节点的通信链路;②针对移动节点的通信中继,提出一种改进粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)和非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control,NMPC)相结合的中继无人机运动控制策略,其中移动节点的未来位置由卡尔曼滤波器进行预测。在单一环境和复杂环境下的仿真结果表明,所提出的运动控制方法可以驱使无人机到达或跟踪最优中继位置的运动并提高网络性能,同时论证了考虑环境对信道的影响是有益的。

关键词：无人机中继通信运动控制最小生成树非线性模型预测控制改进粒子群优化

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航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1806-1818页

作者：徐金全林华鹏郭宏北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院宁波315800

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过... 详细信息

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

关键词：航空电推进电机永磁同步电机散热结构热网络模型电机功率密度

主动学习基自适应PC-Kriging模型的复合材料结构可靠度算法

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航空学报 2024年第8期45卷 176-186页

作者：龚煜廉张建国吴志刚褚光远范晓铎黄赢北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对复合材料机翼随机固有频率可靠性分析复杂、高维、高度非线性和计算时间长的问题,本文提出了一种主动学习基自适应PC-Kriging模型的可靠度算法。在基自适应PC-Kriging模型中,采用一种基自适应策略来确定多项式混沌展开部分的正交多... 详细信息

针对复合材料机翼随机固有频率可靠性分析复杂、高维、高度非线性和计算时间长的问题,本文提出了一种主动学习基自适应PC-Kriging模型的可靠度算法。在基自适应PC-Kriging模型中,采用一种基自适应策略来确定多项式混沌展开部分的正交多项式基,以近似数值模型的全局响应,Kriging用于高阶非线性插值以近似数值模型的局部响应。在主动学习可靠度计算框架中,引入加权K均值聚类,在一次迭代中添加K个对失效概率贡献较大的候选样本点以减少迭代次数和加快收敛速度。通过一个高度非线性的数值算例分析,证明了所提方法的有效性和准确性。将该方法应用于复合材料板和复合材料机翼的随机固有频率可靠性分析,获得了准确高效的可靠度计算结果。

关键词：可靠性分析基自适应PC-Kriging 主动学习加权K均值聚类复合材料机翼随机固有频率

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矿用正铲液压挖掘机人机协同控制

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1952-1959页

作者：董宝祥秦涛杨旭李运华北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对矿用正铲液压挖掘机操纵复杂度高的问题,提出了一种通用型人机协同控制方法。对比分析了3种能够降低正铲液压挖掘机操纵复杂度的新型工作装置在动臂提升和水平推压作业模式下的作业性能,结果表明,工作装置创新设计存在机构复杂和作... 详细信息

针对矿用正铲液压挖掘机操纵复杂度高的问题,提出了一种通用型人机协同控制方法。对比分析了3种能够降低正铲液压挖掘机操纵复杂度的新型工作装置在动臂提升和水平推压作业模式下的作业性能,结果表明,工作装置创新设计存在机构复杂和作业精度低的问题。基于运动学逆解和切换控制思想,所提方法采用驾驶员手动操纵主要执行机构,其他辅助执行机构根据作业要求约束进行自主协同的策略,在保证作业精度的同时,减小了驾驶员操纵难度。结果表明,所提方法能够降低正铲液压挖掘机在动臂提升和水平推压作业模式下的操纵复杂度,提高作业精度和效率,具有模式切换灵活、通用性强等优点。

关键词：液压挖掘机运动学辅助操纵人机协同作业性能

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动态场景下深度自监督多曝光图像融合方法

电子学报 2024年第1期52卷 264-273页

作者：张雨童邓欣徐迈北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 北京航空航天大学网络空间安全学院北京100191

近年来,面向动态场景的多曝光图像融合技术取得重大进展.其中,基于深度学习的方法在视觉效果和运算效率上都远超传统算法,成为高动态范围成像技术的主流.然而,现有基于深度学习的融合方法都以有监督学习的方式实现,过度依赖真值图像,难... 详细信息

近年来,面向动态场景的多曝光图像融合技术取得重大进展.其中,基于深度学习的方法在视觉效果和运算效率上都远超传统算法,成为高动态范围成像技术的主流.然而,现有基于深度学习的融合方法都以有监督学习的方式实现,过度依赖真值图像,难以被广泛应用于实际场景中.本文提出了一个基于深度自监督学习的动态多曝光图像融合网络,主要贡献包括:设计自监督的动态多曝光融合网络框架,探索高动态范围图像与低动态范围图像序列的内在关联;提出基于注意力机制的全局去伪影模块,使用全局文本模块减少动态融合产生的运动伪影,增强图像细节;提出融合重建模块,通过残差和稠密连接实现多层次特征之间的信息流动;设计运动掩膜引导的自监督损失函数,用于网络的高效训练.实验表明,与现有方法相比,本文提出的方法在高动态范围图像重建的主观和客观质量上均表现较好,运算效率显著提升.

关键词：高动态范围成像多曝光图像融合深度学习自监督学习

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基于损伤力学的轴承钢旋弯疲劳寿命预测

北京航空航天大学学报 2024年第8期50卷 2585-2594页

作者：于宜冰贺自强贺小帆杨振宇詹志新北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国航发北京航空材料研究院北京100095

基于连续损伤力学理论,提出了考虑真空化学热处理工艺影响的疲劳损伤模型及数值计算方法,研究了M50NiL轴承钢的旋弯疲劳损伤分析及寿命预测方法。给出了本构模型、疲劳损伤演化方程和理论模型中的材料参数标定方法,基于ABAQUS平台,通过... 详细信息

基于连续损伤力学理论,提出了考虑真空化学热处理工艺影响的疲劳损伤模型及数值计算方法,研究了M50NiL轴承钢的旋弯疲劳损伤分析及寿命预测方法。给出了本构模型、疲劳损伤演化方程和理论模型中的材料参数标定方法,基于ABAQUS平台,通过编写UMAT子程序,实现了基于硬化层影响的疲劳损伤分析的损伤力学-有限元数值计算方法;对淬火回火、渗碳及碳氮复渗2种真空化学热处理的M50NiL轴承钢,开展了旋弯疲劳试验,分析了热处理工艺对疲劳性能的影响;基于提出的疲劳损伤模型及数值计算方法,预测了M50NiL轴承钢的旋弯疲劳寿命,并与试验结果进行对比,验证了所提方法的适用性。

关键词： M50NiL轴承钢旋弯疲劳寿命预测损伤力学数值计算

基于单高速相机3D-DIC的涡轮叶片全场振动测量

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振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 18-23,194页

作者：谢瑞丽许巍陈新潘兵北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 中国航发北京航空材料研究院北京100195

采用成本较低、结构紧凑且使用便捷的单高速相机三维数字图像相关方法(single-camera high-speed three-dimensional digital image correlation,简称SCHS 3D-DIC)对涡轮叶片的振动特性进行试验研究。首先,介绍了测量装置和原理,以悬臂... 详细信息

采用成本较低、结构紧凑且使用便捷的单高速相机三维数字图像相关方法(single-camera high-speed three-dimensional digital image correlation,简称SCHS 3D-DIC)对涡轮叶片的振动特性进行试验研究。首先,介绍了测量装置和原理,以悬臂铝板为对象开展验证试验,结果证明了该测量系统的准确性与有效性;其次,开展了叶片的全场振动特性测量,得到了其三维形貌、模态特性、全场位移与应变分布,获得了叶片在振动载荷作用下的高应变区域位置及应变分布特点。研究表明,SCHS 3D-DIC方法相比常规双高速相机3D-DIC方法具有更高的视场利用率,适合于细长型的涡轮叶片的振动测量试验。

关键词：数字图像相关涡轮叶片振动测量单高速相机模态试验

基于CDM理论与SVM模型的2014-T6铝合金疲劳寿命预测

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航空学报 2024年第7期45卷 154-170页

作者：高同州贺小帆王晓雷李紫光朱振涛詹志新北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京宇航系统工程研究所北京100076

基于连续损伤力学(CDM)理论与支持向量机(SVM)模型,建立了一种疲劳寿命预测的新方法,旨在提高2014-T6铝合金材料疲劳寿命预测的准确性。首先,通过采用连续损伤力学模型及基于ABAQUS的UMAT子程序的二次开发,建立了一种用于预测2014-T6铝... 详细信息

基于连续损伤力学(CDM)理论与支持向量机(SVM)模型,建立了一种疲劳寿命预测的新方法,旨在提高2014-T6铝合金材料疲劳寿命预测的准确性。首先,通过采用连续损伤力学模型及基于ABAQUS的UMAT子程序的二次开发,建立了一种用于预测2014-T6铝合金疲劳寿命的损伤力学有限元数值实现方法,并提出了基于粒子群算法的材料参数的标定方法。然后,为了进一步优化预测结果,利用支持向量机模型对基于损伤力学的疲劳寿命预测结果的误差进行训练,从而修正数值预测结果。通过将损伤力学有限元的预测结果、支持向量机模型修正后的预测结果与实验结果进行对比,发现采用支持向量机模型修正后的预测结果的精度较高,验证了所提方法的适用性,为2014-T6铝合金疲劳寿命预测提供了一个有效的解决方案,有望在实际工程应用中发挥重要作用。

关键词：损伤力学支持向量机铝合金疲劳寿命预测