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应用变速控制力矩陀螺的航天器姿态自适应控制

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哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 1-11页

作者：林子杰陆国平吕旺吴宝林李化义哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001 上海卫星工程研究所上海201109

为提高敏捷挠性航天器在轨连续机动的快速性和高稳定性,应用变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyroscopes,VSCMGs)作为姿态控制执行机构,提出了一种将观测器与自适应控制结合的姿态控制律与VSCMGs复合操纵律。考虑到机... 详细信息

为提高敏捷挠性航天器在轨连续机动的快速性和高稳定性,应用变速控制力矩陀螺(variable speed control moment gyroscopes,VSCMGs)作为姿态控制执行机构,提出了一种将观测器与自适应控制结合的姿态控制律与VSCMGs复合操纵律。考虑到机动过程中挠性模态及精确惯量不可知,采用模态观测器和转动惯量估计器对不可测的状态或参数进行辨识,辨识结果用于精确估计前馈补偿力矩,利用Lyapunov分析方法证明了闭环控制系统的稳定性。鉴于VSCMGs实际使用的力矩分配能力、避奇异能力、轮速平衡能力与末态框架角定位能力,分别设计了加权伪逆操纵律与3种对应的零运动。基于雅可比矩阵条件数提出了末态框架角的优选方法,给出了VSCMGs零运动在机动过程不同阶段的部署方案。结果表明:通过连续姿态机动数值仿真验证了所提算法的有效性;VSCMGs在连续机动过程中平滑切换模式,在不同的机动阶段实现了相应功能。模态观测值和惯量估计值在多次机动后收敛至真值附近,经过参数辨识后的控制器使航天器在机动末端更快更稳地达到指向精度要求。

关键词：变速控制力矩陀螺姿态机动挠性航天器自适应控制模态观测

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高速热颗粒点燃聚苯乙烯泡沫的实验研究

工程热物理学报 2024年第8期45卷 2496-2501页

作者：王凯锋张春寅王苏盼南京工业大学安全科学与工程学院南京211816

热颗粒点燃建筑保温材料是导致城市-森林火灾发生的重要潜在途径,热颗粒从产生位置输运至燃料床通常被赋予一定的初始速度,目前研究尚未关注高速状态下热颗粒冲击点燃建筑保温材料的点燃现象和点火规律。本研究设计了热颗粒的加速点火... 详细信息

热颗粒点燃建筑保温材料是导致城市-森林火灾发生的重要潜在途径,热颗粒从产生位置输运至燃料床通常被赋予一定的初始速度,目前研究尚未关注高速状态下热颗粒冲击点燃建筑保温材料的点燃现象和点火规律。本研究设计了热颗粒的加速点火实验装置,研究了13 m/s速度下8~16 mm粒径热颗粒在不同温度下的点火过程。观察到了嵌入点火和接触闪火等点火现象,发现表面嵌入具有更高的点火危险性,容易引发火焰的加速传播。此外,还发现颗粒的嵌入规律与颗粒温度密切相关,得到不同粒径下高速热颗粒的点火概率分布规律。本项研究对于理解高速热颗粒的点火过程具有重要的科学指导。

关键词：飞火点燃概率建筑保温材料城市–森林火灾

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锂渣微波合成NaX分子筛的过程研究

高校化学工程学报 2024年第2期38卷 274-285页

作者：黄绍祖王宇朱沈杰张林崔群王海燕马正飞南京工业大学化工学院

针对以锂辉石生产碳酸锂过程排出的锂渣的资源化利用率低问题，提出以锂渣为原料，采用微波强化水热合成NaX分子筛(NaX)，使用X射线衍射仪、红外光谱仪和固体核磁共振波谱仪等对合成过程中固、液相物料进行分析和表征，探讨其合成过程... 详细信息

针对以锂辉石生产碳酸锂过程排出的锂渣的资源化利用率低问题，提出以锂渣为原料，采用微波强化水热合成NaX分子筛(NaX)，使用X射线衍射仪、红外光谱仪和固体核磁共振波谱仪等对合成过程中固、液相物料进行分析和表征，探讨其合成过程机理；对锂渣合成NaX结构进行表征，测定其对水的吸附量和热稳定性。结果表明，锂渣合成NaX的初期为锂渣溶解与生成硅铝酸钠同时进行过程、中后期为锂渣溶解和硅铝酸钠凝胶形成及NaX晶化同时进行过程。微波加热加速了锂渣溶解、硅铝酸钠生成和NaX晶化，合成NaX时间缩短了约2/3。锂渣合成NaX的晶粒较小(0.5～0.8μm)，稳定性好，对水吸附量(质量分数)≥32%。研究为固废锂渣合成NaX规模化生产提供技术支撑。

关键词：锂渣 NaX分子筛微波合成机理表征

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航天器姿态受限的协同势函数族设计方法

自动化学报 2024年第1期50卷 54-65页

作者：岳程斐霍涛陈雪芹沈强曹喜滨哈尔滨工业大学(深圳)空间科学与应用技术研究院深圳518055 哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001 上海交通大学航空航天学院上海200240

提出一种考虑航天器姿态约束的协同势函数设计方法,在姿态全局收敛的同时,保证姿态在机动过程中始终满足姿态约束.首先,建立航天器姿态指向约束模型,并针对每一个指向约束设计软约束区域;然后,基于“角度扰动”方法设计协同势函数族;接... 详细信息

提出一种考虑航天器姿态约束的协同势函数设计方法,在姿态全局收敛的同时,保证姿态在机动过程中始终满足姿态约束.首先,建立航天器姿态指向约束模型,并针对每一个指向约束设计软约束区域;然后,基于“角度扰动”方法设计协同势函数族;接着,通过设计协同势函数族内函数切换规律,在软约束区域内构建满足姿态约束的势函数,并给出区域内势函数临界点分布的调整方法;最后,将所得的势函数用于航天器的避障控制,以比例-微分控制为例,通过数值仿真,验证该方法的有效性.

关键词：航天器控制协同势函数姿态约束姿态控制三维特殊正交群

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任意轴向荷载作用下高耸结构P-Δ效应高阶精确分析方法

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固体力学学报 2024年

作者：陆言李鸿晶杨筱朋翟银泉南京工业大学工程力学研究所

高耸结构P-Δ效应的传统分析方法一般难以考虑时变轴力作用，有可能会低估P-Δ效应对结构安全性的影响. 本文应用求积单元法(weak form quadrature element method， QEM)，针对分布质量结构体系和含有集中质量的结构体系分别建立Herm... 详细信息

高耸结构P-Δ效应的传统分析方法一般难以考虑时变轴力作用，有可能会低估P-Δ效应对结构安全性的影响. 本文应用求积单元法(weak form quadrature element method， QEM)，针对分布质量结构体系和含有集中质量的结构体系分别建立Hermite型求积单元模型，发展了一种高耸结构P-Δ效应高阶精确分析方法. 该方法能够应用于具有突变质量的结构体系，可处理任意轴向荷载引起的动力P-Δ效应问题，无需迭代计算即可获得高精度的P-Δ效应解答，同时能准确地揭示竖向荷载以及时变轴力对高耸结构特性的影响规律. 通过对3个不同类型案例的比较分析，验证了本文方法的可行性和准确性. 数值分析结果表明，本文方法可以实现高精度的P-Δ效应分析，对于质量均匀分布和含有集中质量的结构体系仅需使用一个求积单元即可获得非常精确的动态响应结果.

关键词：高耸结构 P-Δ效应求积单元时变轴力 Hermite型插值

EPS混合土地基-沉箱抗震性能振动台模型试验

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工程力学 2024年第5期41卷 192-200页

作者：高洪梅张淑姗蔡鑫涛张鑫磊王志华孙晋晶黎冰南京工业大学城市地下空间研究中心南京211816 南京工业大学岩土工程研究所南京211816 南京吉欧地下空间科技有限公司南京211800 东南大学土木工程学院南京211189

采用振动台试验研究了饱和砂土地基(CSS)和EPS混合土地基(CES)两种地基模型下沉箱结构的抗震性能。对比了两种不同地基模型下土体动力响应特征及沉箱结构动力稳定性,探讨了动力作用下沉箱的受力状态及失稳机制,分析了EPS混合土地基对上... 详细信息

采用振动台试验研究了饱和砂土地基(CSS)和EPS混合土地基(CES)两种地基模型下沉箱结构的抗震性能。对比了两种不同地基模型下土体动力响应特征及沉箱结构动力稳定性,探讨了动力作用下沉箱的受力状态及失稳机制,分析了EPS混合土地基对上部沉箱结构地震稳定性的影响。试验结果表明:振动过程中CES工况的超孔压发展速率明显低于CSS,EPS混合土可显著提高模型抗液化性能。墙后填土作用于沉箱的动土压力沿深度方向呈三角形分布,沉箱中部位置动土压力最大。CES工况沉箱动力响应,包括加速度、位移及转动角等均小于CSS,表现出更好的抗震性能。CES沉箱所受动土推力与惯性力存在明显的相位差,有利于提高沉箱结构的稳定性。

关键词：岩土工程 EPS混合土地基振动台试验抗震性能相位差转动角

V_(2)O_(5)/SnO_(2)纳米纤维异质结的构筑及其光电性能

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光学学报 2024年第2期44卷 93-103页

作者：金艳欣吴邱奇汤朝阳曹文君郭旭达侯纪伟南京工业大学数理科学学院江苏南京211816

本文使用同轴静电纺丝技术,以合适的钒源和锡源为前驱体,在不同的热处理条件下,制备V_(2)O_(5)/Sn O_(2)纳米纤维异质结构,并构筑高灵敏的光电探测器件。在偏置电压为2.0 V、波长为405 nm的激光辐照下,V_(2)O_(5)/Sn O_(2)纳米纤维异质... 详细信息

本文使用同轴静电纺丝技术,以合适的钒源和锡源为前驱体,在不同的热处理条件下,制备V_(2)O_(5)/Sn O_(2)纳米纤维异质结构,并构筑高灵敏的光电探测器件。在偏置电压为2.0 V、波长为405 nm的激光辐照下,V_(2)O_(5)/Sn O_(2)纳米纤维异质结构显示出1.28μA的光电流,相比纯V_(2)O_(5)纳米纤维光电探测器(0.43μA),光电流提高了近三倍。在偏置电压为3.0 V的周期性激光的调制下,V_(2)O_(5)/Sn O_(2)纳米纤维异质结光电探测器表现出快速的光响应,响应和衰减时间均为0.566 s,响应度为3.97 A/W,比探测率为2.2×10^(7)Jones,表现出良好的光电探测性能。这些实验结果为V_(2)O_(5)/Sn O_(2)纳米纤维异质结构在光电子器件中的应用提供了新的思路。

关键词： V_(2)O_(5) V_(2)O_(5)/SnO_(2)纳米纤维异质结静电纺丝光电探测器

初始剪应力作用下饱和粉土液化流动特性试验研究

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岩土力学 2024年

作者：周正龙华凌霄徐令宇赵凯吴琪陈国兴南京工业大学土木工程学院南京工业大学岩土工程研究所

饱和粉土在地震作用下会发生液化变形，从而导致建立在其上的建（构）筑物发生破坏。工程场地区域内粉土单元通常存在初始剪应力作用，为探究初始剪应力对饱和粉土液化特性的影响，将液化后粉土视为流体进行了一系列循环扭剪试验研究。... 详细信息

饱和粉土在地震作用下会发生液化变形，从而导致建立在其上的建（构）筑物发生破坏。工程场地区域内粉土单元通常存在初始剪应力作用，为探究初始剪应力对饱和粉土液化特性的影响，将液化后粉土视为流体进行了一系列循环扭剪试验研究。试验结果表明，初始剪应力对饱和粉土剪应力-剪应变率曲线影响显著，随着初始剪应力τs的增大，剪应力-剪应变率曲线由“椭圆形”向“哑铃形”过渡逐渐转变为由“镰刀形”向“椭圆形”至“锤形”过渡；表观黏度η与振次N的衰减曲线随着τs的增大先降低再抬升，平均流动系数κ 与振次N的增长曲线发展速度随着τs的增大先加快后减慢，固液相变孔压比ruth随着τs的增大先减小后增大，当τs=5 kPa时饱和粉土的ruth最小。

关键词：饱和粉土初始剪应力液化流动循环扭剪试验

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结构动力问题的高阶精确时步群积分方法

振动与冲击 2024年第12期43卷 286-297页

作者：李鸿晶杨寅南京工业大学工程力学研究所南京211816

高阶精确时间积分方法可为与时间相关的高频复杂动力行为提供高精度的预测结果,但既有高阶精确时间积分方法普遍存在计算工作量偏大的问题,难以满足实际结构线性和非线性动力分析日益增长的计算需求。该文提出了一种基于时步群的高阶精... 详细信息

高阶精确时间积分方法可为与时间相关的高频复杂动力行为提供高精度的预测结果,但既有高阶精确时间积分方法普遍存在计算工作量偏大的问题,难以满足实际结构线性和非线性动力分析日益增长的计算需求。该文提出了一种基于时步群的高阶精确时间积分方法,将p(p≥2)个相邻的未知时步组成待求解的时步群,以结构动力方程积分解为基础构建逐时步群求解结构动态响应的时间积分方案。在对每个时步群进行积分的过程中,无需联立求解方程,仅通过矩阵乘法运算即可一次性地计算得到时步群内全部p个时步的动态响应。数值特性分析以及线性与非线性算例试验均表明,该文算法精度高、稳定性好、数值耗散可控,在选择较大的时间步距情形下依然能够稳定地获得高精度的计算结果。相较传统二阶精度时间积分方法,该文算法的计算效率亦有较大幅度地提高。

关键词：结构动力分析高阶精确时间积分时步群矩阵指数微分求积