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低频扭转振动辅助螺旋铣孔切削力模型研究

机械工程学报 2024年第5期60卷 390-402页

作者：冯勇周豪杰周智远贾晓林秦育彦徐伟伟南京工程学院机械工程学院南京211167 常熟理工学院机械工程学院苏州215500

晶须增强钛基复合材料因其高比刚度、比强度等优异性能,被广泛用于航空航天、车辆运输以及新能源等领域;然而,由于材料各向异性,在常规制孔加工中极易产生缺陷,限制了其大量推广和应用。为此,结合低频扭转振动的运动特点和螺旋铣削的加... 详细信息

晶须增强钛基复合材料因其高比刚度、比强度等优异性能,被广泛用于航空航天、车辆运输以及新能源等领域;然而,由于材料各向异性,在常规制孔加工中极易产生缺陷,限制了其大量推广和应用。为此,结合低频扭转振动的运动特点和螺旋铣削的加工特点,提出低频扭转振动辅助螺旋铣孔(低频扭振螺旋铣孔)工艺方法,并进一步推导了其切削力模型;在此基础上,开展了TiBw/TC4复合材料的铣孔实验研究,验证了切削力模型的合理性。仿真分析表明,扭振切向进给与切向每齿进给相同,扭振频率与切削频率同频时,端面合力的平均切削力峰值较常规螺旋铣孔分别下降近13.05%和13.64%。实验研究表明,低频扭振螺旋铣孔有助于减少出/入口毛刺、孔壁划痕、破碎等缺陷,并可有效降低刀具磨损;相较于常规螺旋铣孔,孔壁粗糙度降低36.29%。

关键词： TiBw/TC4复合材料低频扭振螺旋铣孔切削力模型制孔质量

基于健康因子和混合Bi-LSTM-NAR模型的锂离子电池剩余寿命预测

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中国机械工程 2024年第5期35卷 851-859页

作者：夏然苏春东南大学机械工程学院南京211189

为准确预测锂离子电池剩余寿命、降低电池工作风险,提出一种新的锂离子电池剩余寿命在线预测模型。基于锂离子电池历史运行数据提取6种健康因子,用于表征电池的退化状态;采用随机森林(RF)算法完成健康因子的评价与筛选;利用经遗传算法... 详细信息

为准确预测锂离子电池剩余寿命、降低电池工作风险,提出一种新的锂离子电池剩余寿命在线预测模型。基于锂离子电池历史运行数据提取6种健康因子,用于表征电池的退化状态;采用随机森林(RF)算法完成健康因子的评价与筛选;利用经遗传算法优化的广义回归神经网络(GA-GRNN)完成锂离子电池剩余容量的估计。在此基础上,应用结合双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络模型和非线性自回归(NAR)神经网络的混合模型(混合Bi-LSTM-NAR模型)预测锂电池剩余寿命。以NASA公开数据集为例完成案例研究,结果表明:通过因子筛选,可以为锂离子电池容量估计及剩余寿命预测的精度提供保障;与已有方法的预测结果相比,所提混合预测模型的预测精度显著提高。

关键词：锂离子电池健康因子神经网络剩余寿命预测

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小粒不规则种子吸附特性试验研究

中国农机化学报 2024年第10期45卷 25-32页

作者：徐云杰汪金凯盛浩威胡飞祁亨年湖州师范学院工学院湖州市机械工程学会

针对不规则小粒径种子精选、精播要求，选取大叶木耳菜、小麦和黄瓜三类不同形状的种子为试验对象，对气吸式排种器进行试验研究，分析吸嘴的形状、种子重量、吸嘴直径、孔径比、吸附压力和吸嘴转速对最大压力、极限压力、吸空率、单粒... 详细信息

针对不规则小粒径种子精选、精播要求，选取大叶木耳菜、小麦和黄瓜三类不同形状的种子为试验对象，对气吸式排种器进行试验研究，分析吸嘴的形状、种子重量、吸嘴直径、孔径比、吸附压力和吸嘴转速对最大压力、极限压力、吸空率、单粒吸附率和复粒吸附率的影响。结果表明：建立的最大压力线性回归方程可以较好地估测不同吸嘴直径和吸嘴转速下所需要的最大压力；建立的极限压力线性回归方程对大叶木耳菜和小麦种子的估测较好，无法对黄瓜种子进行估测；重量对三类种子的单粒吸附率影响都较小，总体上可以忽略；吸附压力对大叶木耳菜和小麦种子的单粒吸附率影响较大、对黄瓜种子影响较小；吸嘴直径对三类种子的单粒吸附率影响都较大；吸嘴转速对小麦种子的单粒吸附率影响较大、对大叶木耳菜和黄瓜种子影响较小。确定三类种子最优单粒吸附率参数为：大叶木耳菜种子在吸附压力为15 kPa，吸嘴直径为2.0 mm，吸嘴转速为16.875 r/min时，最大单粒吸附率为99.17%；小麦种子在吸附压力为15 kPa，吸嘴直径为2.0 mm，吸嘴转速为16.875 r/min时，最大单粒吸附率为98.33%；黄瓜种子在吸附压力为15 kPa，吸嘴直径为1.0 mm，吸嘴转速为20.625 r/min时，最大单粒吸附率为95%。

关键词：种子不规则精选精播气吸式单粒吸附率

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一种增强负泊松比结构的压电俘能器的设计与分析

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振动工程学报 2024年第7期37卷 1182-1190页

作者：陆亚平时岩李文彬高强南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 东南大学机械工程学院江苏南京211189

考虑到传统压电悬臂梁存在固有频率高,输出性能低的缺点,本文基于增强负泊松比结构设计了一种压电俘能器,在弹性基板中引入了负泊松比结构和X型肋骨。利用有限元方法建立了压电俘能器的动力学模型;通过数值方法进行了模态和压电耦合分析... 详细信息

考虑到传统压电悬臂梁存在固有频率高,输出性能低的缺点,本文基于增强负泊松比结构设计了一种压电俘能器,在弹性基板中引入了负泊松比结构和X型肋骨。利用有限元方法建立了压电俘能器的动力学模型;通过数值方法进行了模态和压电耦合分析,并对增强负泊松比结构的俘能器进行了参数分析;搭建了实验平台,制作了压电俘能器样品,对输出性能进行验证。研究结果表明:与传统平板结构俘能器相比,增强负泊松比结构俘能器的一阶谐振频率低,输出电压和功率高,X型肋骨的加入提高了结构的刚度和非线性;相比于负泊松比结构的俘能器,X型肋骨的加入不仅改善了结构的疲劳性能,还拓宽了工作带宽。

关键词：压电俘能器负泊松比结构性能分析

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考虑介入惩罚因子的智能车辆人机协同控制架构

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机械工程学报 2024年第14期60卷 238-251页

作者：冯吉伟殷国栋梁晋豪庄伟超彭湃卢彦博采国顺徐利伟东南大学机械工程学院南京211189

人机交互中的不确定性易引起驾驶人与智能辅助驾驶系统的冲突,进而削弱驾驶性能。为此,提出一种基于动态介入惩罚的智能车辆人机协同控制架构,以提升车辆的驾驶性能与侧向稳定性。针对人机共享控制系统的不确定性,建立考虑驾驶人时变预... 详细信息

人机交互中的不确定性易引起驾驶人与智能辅助驾驶系统的冲突,进而削弱驾驶性能。为此,提出一种基于动态介入惩罚的智能车辆人机协同控制架构,以提升车辆的驾驶性能与侧向稳定性。针对人机共享控制系统的不确定性,建立考虑驾驶人时变预瞄行为与轮胎非线性特性的车辆模型;引入影响共享驾驶权限分配的人机介入惩罚因子,并根据驾驶人手力矩和实际预瞄点侧向偏差建立模糊规则,减少由个性化驾驶行为导致的驾驶人与辅助驾驶行为之间的冲突;提出基于极点配置的线性参数时变(Linear parameter varing,LPV)控制策略以提升控制系统鲁棒性。最后,采用Matlab/Carsim联合仿真和基于NI-LabVIEW-RT系统的硬件在环测试(Hardwave-in-loop,HIL)进行试验验证,结果表明,所提出的人机协同控制架构能够在保证车辆操纵性能的同时有效缓解人机冲突。

关键词：车辆稳定控制 LPV鲁棒控制人机协同控制车辆系统动力学

基于可解释选择性集成框架的离心风机叶片裂纹损伤检测

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机械工程学报 2024年第12期60卷 183-193页

作者：沈君贤马天池宋狄许飞云东南大学机械工程学院南京211102

接触式测量的振动信号是最为常用的旋转设备状态监测手段,但在工业现场离心风机叶片断裂前会产生异常的声响,然而其振动信号却依旧平稳。声信号属于一种非接触测量方法,包含强烈的背景噪声激励,使得其数据驱动网络的可信任程度较低。因... 详细信息

接触式测量的振动信号是最为常用的旋转设备状态监测手段,但在工业现场离心风机叶片断裂前会产生异常的声响,然而其振动信号却依旧平稳。声信号属于一种非接触测量方法,包含强烈的背景噪声激励,使得其数据驱动网络的可信任程度较低。因此,为有效增强声信号驱动模型的可解释性、评估模型决策的可信度,提出一种可解释的选择性集成框架用于叶片裂纹的检测。首先,采用Alexnet提取的深度特征和可解释的辅助统计特征结合注意力权重机制构建一个多视角的基网络。其次,将声信号时频图像构建二阶张量作为网络的输入,对训练好的每个基网络的深度特征通过Grad-CAM确定激活映射面积并结合仿真结果计算网络的可信任度。接着,对于嵌入式的辅助特征构建一种Diversity Pick LIME(DP-LIME)的可解释模块,结合特征权重分布可视化基网络决策逻辑。最终,根据每个基网络的综合可信任度指标对叶片裂纹检测结果进行选择性决策融合。经离心风机实测数据验证,文中提出的可解释框架具有良好的叶片裂纹检测精度,并可有效提高模型可信度。

关键词：离心风机叶片损伤检测选择性集成可解释模块特征注意力

基于神经网络的比例伺服阀阀芯液动力补偿鲁棒智能控制

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机械工程学报 2024年第4期60卷 126-133页

作者：周宁姚建勇邓文翔南京理工大学机械工程学院南京210094

比例伺服阀广泛应用于智能工程机械、国防装备等高端液压系统中。对于智能比例伺服阀而言,液动力是限制其智能化程度提升最主要的因素。针对上述问题,提出一种基于神经网络的阀芯液动力补偿鲁棒控制器(Flow force compensation neural n... 详细信息

比例伺服阀广泛应用于智能工程机械、国防装备等高端液压系统中。对于智能比例伺服阀而言,液动力是限制其智能化程度提升最主要的因素。针对上述问题,提出一种基于神经网络的阀芯液动力补偿鲁棒控制器(Flow force compensation neural network-based robust controller,FF-NNRC)。首先利用Fluent软件,获取在不同阀芯位移、压力边界条件下的液动力信息,用于模拟真实工况下的液动力扰动。设计神经网络学习逼近液动力扰动,从而在模型前馈补偿项构建液动力动态补偿项,针对系统其他扰动及神经网络估计误差设计鲁棒项加以克服。Lyapunov稳定性理论证明提出的控制策略可以实现系统的有界稳定。仿真结果表明,与传统的PID控制器和基于名义值模型补偿的鲁棒控制器(Model compensation robust controller,MC-RC)相比,所提出的控制器具有更高的控制精度和抗干扰能力。

关键词：液动力计算流体动力学神经网络模型补偿鲁棒控制

基于熔池光信号的激光粉末床熔融沉积缺陷在线监测与诊断(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 138-151页

作者：陈香媛韦辉亮刘婷婷张凯李建森邹志永廖文和南京理工大学机械工程学院南京210094

在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中,铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量,但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号,探究不同粉末厚度条件下熔... 详细信息

在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中,铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量,但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号,探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律,实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明,粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动,并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5μm显著增加至100μm以上,同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制,深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系,提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。

关键词：增材制造激光粉末床熔融在线监测熔池光信号沉积缺陷

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航天器编队飞行相对运动轨迹优化方法综述

宇航学报 2024年第3期45卷 325-340页

作者：陈丹鹤何敬源刘幸川廖文和南京理工大学机械工程学院南京210094

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编... 详细信息

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编队飞行相对运动轨迹优化问题的难点。综述航天器编队飞行构建或重构任务中轨迹优化问题的求解方法,总结分析其优缺点,并介绍常用的数学求解工具。最后,提出值得深入研究的关键技术需求和航天器编队飞行未来发展的重要方向。

关键词：航天器编队编队控制相对运动协同控制轨迹优化