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基于强化学习的多无人车协同围捕方法

工程科学学报 2024年第7期46卷 1237-1250页

作者：苏牧青王寅濮锐敏余萌南京航空航天大学航天学院南京211106 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;... 详细信息

本文面向无人车协同围捕问题开展研究,提出了一种基于柔性执行者-评论家(SAC)算法框架的协同围捕算法.针对多无人车之间的协同性差的问题,在网络结构中加入长短期记忆(LSTM)构建记忆功能,帮助无人车利用历史观测序列进行更稳健的决策;针对网络结构中引入LSTM所导致的状态空间维度增大、效率低的问题,提出引入注意力机制,通过对状态空间进行注意力权重的计算和选择,将注意力集中在与任务相关的关键状态上,从而约束状态空间维度并保证网络的稳定性,实现多无人车之间稳定高效的合作并提高算法的训练效率.为解决协同围捕任务中奖励稀疏的问题,提出通过混合奖励函数将奖励函数分为个体奖励和协同奖励,通过引入个体奖励和协同奖励,无人车在围捕过程中可以获得更频繁的奖励信号.个体奖励通过引导无人车向目标靠近来激励其运动行为,而协同奖励则激励群体无人车共同完成围捕任务,从而进一步提高算法的收敛速度.最后,通过仿真和实验表明,该方法具有更快的收敛速度,相较于SAC算法,围捕时间缩短15.1%,成功率提升7.6%.

关键词：无人车协同围捕柔性执行者-评论家算法注意力机制奖励函数设计

连续碳纤维3D打印圆形增强蜂窝的面内压缩性能

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1776-1787页

作者：孟云聪周光明蔡登安南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

为提高圆形蜂窝(CH)的抗压缩性能和吸能性能,以CH结构为基础,在横向和竖向上增设树叶形支撑,提出了单向增强圆形蜂窝(SEH)和双向增强圆形蜂窝(DEH)两种改进型蜂窝。以碳纤维(CF)作为增强体,聚乳酸(PLA)为基体,使用连续纤维3D打印技术制... 详细信息

为提高圆形蜂窝(CH)的抗压缩性能和吸能性能,以CH结构为基础,在横向和竖向上增设树叶形支撑,提出了单向增强圆形蜂窝(SEH)和双向增强圆形蜂窝(DEH)两种改进型蜂窝。以碳纤维(CF)作为增强体,聚乳酸(PLA)为基体,使用连续纤维3D打印技术制造了试验件,并规划结构内部CF的成型路径,同时设置PLA对照组。通过准静态压缩试验研究各蜂窝的面内压缩性能、吸能特性和结构的变形失效模式。结果表明:CF增强后的DEH-CF相较CH-CF在比吸能上提升167.63%。CH、SEH和DEH在采用CF增强后,比吸能相比PLA对照组分别提高43.37%、63.17%和161.58%,平均压缩力分别提高51.72%、61.81%和96.09%。研究发现,CF增强结构内部的纤维路径规划会影响结构的刚度和变形行为,采用“支撑一体化成型”路径的DEH-CF在压缩时,其结构动态泊松比保持在PLA对照组33.36%以下。

关键词：圆形蜂窝面内压缩连续纤维路径规划 3D打印复合材料

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冰纳米线拉伸的分子动力学模拟

科学通报 2024年第26期69卷 3925-3933页

作者：刘同熙仇虎南京航空航天大学航空航天结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学纳智能材料器件教育部重点实验室南京210016

最近的实验研究表明,一维冰纳米线具有与体相冰截然不同的力学性质,但其微观机理尚不明晰.本文采用分子动力学模拟研究了冰纳米线拉伸力学性质及其微观结构演化.结果表明,冰纳米线的弹性极限和最大弹性应变分别可达0.93 GPa和10.32%.冰... 详细信息

最近的实验研究表明,一维冰纳米线具有与体相冰截然不同的力学性质,但其微观机理尚不明晰.本文采用分子动力学模拟研究了冰纳米线拉伸力学性质及其微观结构演化.结果表明,冰纳米线的弹性极限和最大弹性应变分别可达0.93 GPa和10.32%.冰纳米线发生断裂后,其断裂区域冰晶格产生大量融化,导致该区域具有与非断裂区域明显不同的氢键结构.此外,相较于体相冰,冰纳米线对温度和应变率的变化更加敏感,其力学性能随着温度的升高或应变率的下降而显著降低.不同取向的冰纳米线具有不同的失效方式,且[0001]取向的冰纳米线具有最强的力学性能.

关键词：冰纳米线力学性质单轴拉伸分子动力学模拟

时变影响下导波健康HMM的损伤定量诊断方法

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机械工程学报 2024年第16期60卷 54-61页

作者：任元强严嘉慧袁慎芳张巾巾南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

疲劳裂纹是导致航空飞行器结构失效最主要的损伤形式之一,及时、有效地对疲劳裂纹扩展进行在线监测和诊断对保障结构的完整性及安全性具有重要意义。由于实际服役的航空结构往往经历复杂的服役环境和操作条件,这些时变因素相互耦合,容... 详细信息

疲劳裂纹是导致航空飞行器结构失效最主要的损伤形式之一,及时、有效地对疲劳裂纹扩展进行在线监测和诊断对保障结构的完整性及安全性具有重要意义。由于实际服役的航空结构往往经历复杂的服役环境和操作条件,这些时变因素相互耦合,容易引起监测信号特征发生明显不确定性变化,严重影响结构损伤诊断的可靠性。针对时变服役条件影响下航空结构损伤的可靠评估,提出一种基于导波健康隐马尔科夫模型(Hidden Markov model,HMM)的结构损伤定量诊断方法。该方法通过HMM模型表征航空结构健康状态下的导波信号特征,采用实时监测导波信号特征与HMM模型的概率迁移关系表示结构损伤状态,实现结构损伤预警及定量诊断。在批量耳片的疲劳裂纹扩展试验中进行方法验证,结果显示损伤预警诊断误差平均值为0.4 mm,损伤定量诊断评估的最大绝对误差平均值为0.9 mm,表明该方法能够及时预警监测结构中疲劳裂纹的产生,同时对裂纹扩展进行可靠的连续定量诊断。

关键词：结构健康监测导波时变条件损伤定量诊断隐马尔科夫模型似然概率

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双层液压式动力反共振隔振器动力学研究

振动与冲击 2024年第12期43卷 307-311页

作者：殷赵民滕汉东南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

针对低频隔振问题,基于动力反共振原理设计加工了一种双层液压式动力反共振隔振器。建立了液压式动力反共振隔振器模型,研究了双层液压式隔振器隔振性能和隔振频率的影响因素,加工了液压式隔振器原理样机并进行了扫频试验。研究结果表明... 详细信息

针对低频隔振问题,基于动力反共振原理设计加工了一种双层液压式动力反共振隔振器。建立了液压式动力反共振隔振器模型,研究了双层液压式隔振器隔振性能和隔振频率的影响因素,加工了液压式隔振器原理样机并进行了扫频试验。研究结果表明:叠加方式能显著影响第二个共振点的位置,进而影响隔振效果;相比于单频动力反共振隔振器,通过叠加而成的双层隔振器可以通过调节参数显著提高隔振性能与隔振带宽。

关键词：低频隔振动力反共振传递率

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基于场变换的非高斯随机过程快速算法

航空学报 2024年第18期45卷 192-204页

作者：刘晋铭谭星陈卫婷何欢南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学振动工程研究所南京210016

在非高斯平稳随机振动环境试验技术中,基于概率密度函数的试验技术更能精确地还原试验环境。但现有基于概率密度函数的随机信号仿真算法存在效率问题,难以在工程上应用。本文基于随机过程的场变换理论,提出了一种非高斯平稳随机过程仿... 详细信息

在非高斯平稳随机振动环境试验技术中,基于概率密度函数的试验技术更能精确地还原试验环境。但现有基于概率密度函数的随机信号仿真算法存在效率问题,难以在工程上应用。本文基于随机过程的场变换理论,提出了一种非高斯平稳随机过程仿真的快速算法。针对场变换理论中关键二重积分计算困难、计算速度慢的问题,对2个随机过程的相关系数函数进行级数展开,将一个含有隐式函数的复杂二重积分问题转换成一个简单的定积分问题,并利用Gauss-Hermite求积规则进行了快速求解。数值仿真验证了该方法能够在不影响仿真精度的前提下,提高非高斯平稳随机过程仿真的效率,满足了随机振动环境试验对于随机信号生成的实时性需求。

关键词：随机振动环境试验非高斯平稳随机过程随机信号仿真场变换理论概率密度函数

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结构间隙对起落架地面滑跑摆振特性影响分析

振动与冲击 2024年第2期43卷 234-243页

作者：阮爽张明聂宏南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

针对两种常见的飞机滑跑状态,即减摆状态和操纵状态,建立多自由度起落架摆振动力学模型,研究间隙对两者的影响机理,得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明... 详细信息

针对两种常见的飞机滑跑状态,即减摆状态和操纵状态,建立多自由度起落架摆振动力学模型,研究间隙对两者的影响机理,得到了两种不同形式的含间隙起落架摆振动力学数学模型。通过非光滑系统光滑化处理以及多维系统数值分析求解。结果表明,减摆状态下,起落架摆振频率会略微增大,结构库伦摩擦能够减弱结构间隙引发的持续摆振影响。对于操纵状态,通过快速傅里叶变换进行频域特性分析,发现支柱侧弯以及扭转之间耦合严重,两者的刚度直接决定起落架的摆振频率;存在结构间隙后,起落架整体的频率会变小,最终系统均会逐步趋于稳定的极限环震荡状态。

关键词：起落架摆振结构间隙非线性动力学分岔分析频域分析

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多组分多层级3D打印材料研究进展

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第1期41卷 1-34页

作者：张强师岩高存法南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016

多组分多层级3D打印材料(McMl3DPMs)是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥... 详细信息

多组分多层级3D打印材料(McMl3DPMs)是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥的性能(例如高强度和高韧性)。本文重点介绍为了实现高性能结构用Mc Ml3DPMs所必须解决的科学挑战以及最近研究工作对此做出的努力,将从结构设计、制造过程建模、缺陷表征和性能评价3个方面对相关案例进行回顾。最后,本文指出了当前研究的不足之处,并展望了Mc Ml3DPMs的未来发展,包括讨论了进一步推进这一新兴领域发展的几个可能的研究方向。

关键词：多组分多层级3D打印材料结构设计制造过程建模缺陷表征和性能评价

压缩载荷下非对称变厚度复合材料层合板性能研究

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南京航空航天大学学报 2024年第1期56卷 103-115页

作者：俞晓楠许希武郭树祥冯浩凌南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型(Finite element model, FEM),其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用... 详细信息

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型(Finite element model, FEM),其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析,不连续的中性轴使层合板中产生弯矩,这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合,共同作用在层合板上。有限元结果表明,在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中,且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处,发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤,这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%,证明了模型的可行性和合理性。

关键词：变厚度复合材料有限元分析界面层渐进损伤演化压缩失效