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面向复杂CAD模型的嵌入域等几何单元几何属性快速界定方法

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计算力学学报 2025年第1期42卷 61-67页

作者：谢晴天谢贤达罗年猛杨奥迪王书亭华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

嵌入域等几何分析方法可以综合嵌入域法网格划分和等几何分析高阶单元求解效率的双重优势,是复杂CAD模型进行等几何分析的主要实现方式之一。嵌入域网格单元几何属性的界定是构建嵌入域等几何分析模型的关键环节之一。针对基于射线法对... 详细信息

嵌入域等几何分析方法可以综合嵌入域法网格划分和等几何分析高阶单元求解效率的双重优势,是复杂CAD模型进行等几何分析的主要实现方式之一。嵌入域网格单元几何属性的界定是构建嵌入域等几何分析模型的关键环节之一。针对基于射线法对嵌入域网格单元进行几何属性界定过程中存在的界定效率与准确度相矛盾的问题,本文将分离轴理论与射线法结合,建立了一种混合型网格单元几何属性界定策略,将点与体的相对位置关系判断问题转化为了面与体的相交判断问题,从而在保证单元几何属性界定效率的同时,提高单元界定准确度。数值算例表明,本文提出的混合型网格单元几何属性界定策略可有效提升界定效率及鲁棒性,为复杂模型嵌入域等几何分析奠定基础。

关键词： CAD 等几何分析嵌入域法单元几何属性分离轴理论射线法

集成流体与温度控制的液滴型dPCR微流控芯片设计与应用

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中国机械工程 2025年

作者：何春华姚金辉聂磊廖广兰史铁林刘智勇华中科技大学机械科学与工程学院湖北工业大学机械工程学院

数字聚合酶链式反应(dPCR)因其高灵敏度、准确度及其绝对定量特点，成为分子生物学和临床诊断领域的重要工具，但仍面临集成度不高、样本使用量大及流体控制难等问题。本研究设计了一种集成了快速阀门系统和自动加热系统的液滴型dPCR微... 详细信息

数字聚合酶链式反应(dPCR)因其高灵敏度、准确度及其绝对定量特点，成为分子生物学和临床诊断领域的重要工具，但仍面临集成度不高、样本使用量大及流体控制难等问题。本研究设计了一种集成了快速阀门系统和自动加热系统的液滴型dPCR微流控芯片，同时优化了该芯片制备工艺。结果表明该芯片能够高效、均匀生成液滴，最大生成频率达5.132 kHz，液滴直径CV值仅为1.67%；形变阀可在0.1 s内快速实现流体通断；集成的片上循环加热系统可实现1.2 ℃/s的温度升降，温度误差±0.6 ℃以内；改进PDMS配方还有效防止了流体蒸发；液滴识别算法准确率高达99.7%。本研究的高集成度、低成本dPCR改进技术有望提高该技术在肿瘤检测、核酸多态性、转基因等领域的实用性。

关键词：微流控芯片微液滴数字PCR 形变阀集成化

光强—波长模型和RBFN相融合的光谱共焦信号峰值提取方法

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中国测试 2025年第1期51卷 69-74页

作者：周鹏吴运权彭秋然常素萍卢文龙华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

提出一种光强-波长模型和径向基函数网络(radial basis function network,RBFN)相融合的光谱共焦信号峰值提取算法,简称RBFN-I-λ。首先通过高斯拟合法拟合离散光谱响应信号的差分信号粗略得到初始峰值波长,然后基于泰勒近似法得到理想... 详细信息

提出一种光强-波长模型和径向基函数网络(radial basis function network,RBFN)相融合的光谱共焦信号峰值提取算法,简称RBFN-I-λ。首先通过高斯拟合法拟合离散光谱响应信号的差分信号粗略得到初始峰值波长,然后基于泰勒近似法得到理想峰值波长并计算初始峰值波长和理想峰值波长之间的波长差,最后利用RBFN-I-λ建立光谱共焦响应信号与波长描述误差之间的映射关系。实验结果表明,RBFN-I-λ算法的精度与传统抛物线法、质心法和高斯拟合法等方法相比,至少提升30%。

关键词：光谱共焦径向基函数网络泰勒近似波长描述误差

激光选区熔化成形多层级Gyroid点阵结构的力学性能研究

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力学学报 2025年第1期57卷 148-161页

作者：王鹏欢汤名锴王森林武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074

三周期极小曲面(TPMS)结构因其优异的力学性能,在航空航天领域关键零件轻量化方面展现出广阔的应用前景.为有效增强TPMS结构力学性能及其轻量化程度,提出一种基于应力场引导的多层级TPMS点阵结构设计优化方法,设计出多层级Gyroid点阵结... 详细信息

三周期极小曲面(TPMS)结构因其优异的力学性能,在航空航天领域关键零件轻量化方面展现出广阔的应用前景.为有效增强TPMS结构力学性能及其轻量化程度,提出一种基于应力场引导的多层级TPMS点阵结构设计优化方法,设计出多层级Gyroid点阵结构,采用激光选区熔化技术制备了相应的点阵结构,并与体积分数相同的初级Ti6Al4V Gyroid点阵结构进行了对比研究.在此基础上,通过有限元模拟和压缩试验,系统研究了多层级Gyroid点阵结构的压缩性能、变形行为和能量吸收性能.结果显示,与相同体积分数的初级Gyroid点阵结构相比,多层级Gyroid点阵结构压缩性能显著提升,其弹性模量、屈服强度和极限强度分别提高了约36.52%,58.55%和57.62%,能量吸收能力提升了约42.85%.此外,与初级Gyroid点阵结构在斜压杆中心区域的45°剪切断裂模式不同,多层级Gyroid点阵结构初期在填充区域发生层状断裂,随后在未填充区域的斜压杆中心区域发生45°剪切断裂.基于Johnson-Cook塑性模型和损伤模型所建立的有限元模型能够准确预测多层级Gyroid点阵结构的变形行为和力学性能,其预测误差在20%以内.文章所设计的多层级Gyroid点阵结构具有优异的力学性能和能量吸收能力,为航空航天领域高性能轻量化零件优化设计与制造提供了新的思路与技术支持.

关键词：激光选区熔化三周期极小曲面多层级结构有限元分析力学性能

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考虑风电爬坡限幅及频率安全约束的高比例风电电力系统多层级优化调度

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电力系统保护与控制 2025年第1期53卷 135-146页

作者：王佳旭苗世洪王廷涛姚福星谭昊宇陈池瑶华中科技大学电气与电子工程学院强电磁技术全国重点实验室湖北武汉430074

近年来,具有强不确定性、弱支撑能力的风电机组大规模并网,对新型电力系统的频率安全及稳定运行造成了严重冲击。为保障高比例风电电力系统安全、优质、经济运行,提出了一种考虑风电爬坡限幅与频率安全约束的电力系统多层级优化调度策... 详细信息

近年来,具有强不确定性、弱支撑能力的风电机组大规模并网,对新型电力系统的频率安全及稳定运行造成了严重冲击。为保障高比例风电电力系统安全、优质、经济运行,提出了一种考虑风电爬坡限幅与频率安全约束的电力系统多层级优化调度策略。首先,考虑风电预测误差与风电场并网要求,对相邻调度时段风电爬坡进行几何描述与特征分析。其次,提出日前-日内-实时多阶段风电场站-电力系统级联合调度架构,进一步建立考虑风电爬坡限幅约束的场站级优化调度模型与计及频率安全约束的系统级优化调度模型。最后,基于改进IEEE 39节点系统开展算例分析,验证了所提策略的有效性。

关键词：风电爬坡限幅约束频率安全约束优化调度储能电站高比例风电调频

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基于自适应时空图卷积网络的航空发动机剩余寿命预测

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计算机集成制造系统 2025年

作者：许丹阳尚洁蒋琛邱浩波高亮华中科技大学机械科学与工程学院

剩余使用寿命(RUL)预测对于评估航空发动机健康状态和确保飞行安全至关重要。为了深入挖掘传感器监测信号的时间域和空间域特征，全面反映健康状态进而提高故障预测精度，提出一种基于自适应时空图卷积网络(ASTGCN)的航空发动机RUL预测... 详细信息

剩余使用寿命(RUL)预测对于评估航空发动机健康状态和确保飞行安全至关重要。为了深入挖掘传感器监测信号的时间域和空间域特征，全面反映健康状态进而提高故障预测精度，提出一种基于自适应时空图卷积网络(ASTGCN)的航空发动机RUL预测方法。首先，以基于互信息的静态邻接矩阵为基础，结合参数可学习的动态邻接矩阵表示方法，建立自适应邻接矩阵，自动调整传感器节点的空间关联，实现航空发动机健康监测场景下图结构数据的高质量构建。其次，建立时空图卷积网络模块，分别利用一维和图卷积网络同步学习监测信号的时间和空间依赖关系，捕捉监测数据的动态时空相关性。最后，全连接层用于退化特征融合和RUL的准确预测。使用公开的航空发动机退化数据集来验证ASTGCN的有效性和先进性。与其他预测方法相比，ASTGCN在所有子数据集展现出最优的平均预测性能。

关键词：航空发动机剩余使用寿命预测数据驱动时空图卷积网络自适应邻接矩阵

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微波炉内盖新型叠层注塑模具设计

中国塑料 2025年第2期39卷 91-93页

作者：李国林华中科技大学机械科学与工程学院武汉430000

根据微波炉内盖结构特点设计了新型叠层注塑模具。模具采用全新产品布局和热流道冷流道交互浇注方式及新型斜顶结构,较传统叠层模具成本降低40%,注塑机吨位降低45%。模具通过采用极简动作控制拉钩机构代替常规叠层模齿轮齿条动作控制机... 详细信息

根据微波炉内盖结构特点设计了新型叠层注塑模具。模具采用全新产品布局和热流道冷流道交互浇注方式及新型斜顶结构,较传统叠层模具成本降低40%,注塑机吨位降低45%。模具通过采用极简动作控制拉钩机构代替常规叠层模齿轮齿条动作控制机构,成型周期缩短了10%。模具导向定位系统采用方型导柱和青铜导套,大大提高了模具的精度和寿命。

关键词：微波炉内盖新型叠层注塑模具新型斜顶结构极简动作控制结构热流道冷流道浇注系统

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增材制造用碳纤维预浸料制备技术研究进展

复合材料学报 2025年第1期42卷 1-20页

作者：皮展鹏杨磊欧阳震闫春泽史玉升华中科技大学材料科学与工程学院武汉430070 武汉理工大学交通与物流工程学院武汉430070

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite,CFRP)具有轻质、高强、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、热力学性能优异等特点,是航空航天、军工装备、医疗设备、轨道交通和新能源产业等领域理想的零部件原材料。碳纤维预浸料是CFRP... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite,CFRP)具有轻质、高强、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、热力学性能优异等特点,是航空航天、军工装备、医疗设备、轨道交通和新能源产业等领域理想的零部件原材料。碳纤维预浸料是CFRP制备过程的中间制品,其优劣决定了复合材料的最终性能。增材制造可以低成本快速成型复杂零件,因此针对增材制造技术的碳纤维预浸料研发成为研究热点。增材制造用碳纤维预浸料的制备可以分为放卷、展纱、改性、浸渍以及冷却收卷几部分。本文总结了增材制造用碳纤维预浸料的制备技术的研究现状,总结了不同工艺的原理特点并详细说明了不同工艺对增材制造用碳纤维预浸料乃至复合材料的影响,最后对目前增材制造用碳纤维预浸料的制备工艺存在的问题做了总结并对其发展方向做了展望。

关键词：碳纤维增材制造预浸料表面改性工艺浸渍工艺

粉末丁腈橡胶改性高抗冲聚苯乙烯阻尼性能研究

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中国塑料 2025年第2期39卷 12-14页

作者：李国林华中科技大学机械科学与工程学院武汉430000

以均聚聚丙烯和粉末丁腈橡胶为基材通过共混挤出方式制备了阻尼母粒,并研究了不同母粒含量对高抗冲聚苯乙烯力学性能、阻尼性能和热性能影响。结果表明:当母粒添加量达到30%(质量分数,下同)时,高抗冲聚苯乙烯缺口冲击强度由9.1 kJ/m~2... 详细信息

以均聚聚丙烯和粉末丁腈橡胶为基材通过共混挤出方式制备了阻尼母粒,并研究了不同母粒含量对高抗冲聚苯乙烯力学性能、阻尼性能和热性能影响。结果表明:当母粒添加量达到30%(质量分数,下同)时,高抗冲聚苯乙烯缺口冲击强度由9.1 kJ/m~2降低至3.5 kJ/m~2,拉伸强度由34.1 MPa降低至21.3 MPa;20℃损耗因子由0.015提高到0.026,60℃损耗因子由0.023提高到0.034;热重分析结果显示HIPS热稳定性随着母粒含量增加不断提高。

关键词：粉末丁腈橡胶高抗冲聚苯乙烯阻尼性能损耗因子