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基于纳米划痕的熔石英玻璃去除机制与亚表面裂纹研究

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表面技术 2024年第16期53卷 151-158页

作者：郭佳乐伊浩朱力敏孙玉利左敦稳南京航空航天大学机电学院南京210016 上海航天控制技术研究所上海201109

目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌... 详细信息

目的研究熔石英玻璃在不同动态载荷作用下的材料去除机制和亚表面裂纹形成与扩展机理。方法对熔石英玻璃试样进行纳米划痕试验,分别从划痕轮廓、划痕力2个方面分析不同载荷下熔石英玻璃的力学行为,通过扫描电镜和光学显微镜观察划痕形貌,分析材料去除机制;采用逐层截面显微法对划痕截面的亚表面裂纹形貌进行观测,研究动态载荷下工件亚表面裂纹的形成与扩展机理。结果当动态载荷小于118mN时,材料发生塑性变形,亚表面未产生裂纹;当动态载荷大于118mN且小于245mN时,材料处于塑脆转变阶段,亚表面裂纹以动态载荷加载点为起点,向试样内部扩展形成赫兹锥形裂纹并伴有横向裂纹的存在;当动态载荷超过245mN时,材料进入完全脆性断裂阶段,亚表面裂纹不断扩展至表面导致材料破碎。结论随着动态载荷的不断增大,熔石英玻璃的材料去除经历了弹塑性变形、塑脆转变、脆性断裂3个阶段;亚表面裂纹受到动态载荷的影响,裂纹从载荷加载点形成,并沿着应力最大方向不断扩展,导致材料表面发生脆性断裂;熔石英玻璃的临界切深与其动态弹性模量成正比,与其流动应力成反比,动态冲击载荷使熔石英玻璃的临界切削深度下降,亚表面裂纹更易扩展,材料去除更快进入塑脆转变阶段。

关键词：熔石英玻璃材料去除划痕轮廓亚表面裂纹动态载荷断裂机制

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面向无人机自主着陆的视觉感知与位姿估计方法综述

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自动化学报 2024年第7期50卷 1284-1304页

作者：马宁曹云峰南京航空航天大学航天学院南京211106

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域... 详细信息

自主着陆技术是制约无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)自主性等级提升中极具挑战性的一项技术.立足于未来基于视觉的无人机自主着陆技术的发展需求,围绕其中的核心问题——着陆场检测与位姿估计,对近十年来国内外无人机自主着陆领域中基于视觉的着陆场检测与位姿估计方法研究进展进行总结.首先,在分析无人机自主着陆应用需求的基础上,指出机器视觉在无人机自主着陆领域的应用优势,并凝练出存在的科学问题;其次,按不同应用场景划分对着陆场检测算法进行梳理;然后,分别对纯视觉、多源信息融合的位姿估计技术研究成果进行归纳;最后,总结该领域有待进一步解决的难点,并对未来的技术发展趋势进行展望.

关键词：自主着陆无人机机器视觉着陆场检测位姿估计信息融合

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基于空间对抗的多智能体编队控制方法

系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2082-2091页

作者：张杰刘开蓉陈金宝张迎雪陈传志余虹志张云啸南京航空航天大学航天学院江苏南京211106 上海航天控制技术研究所上海201109

针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的... 详细信息

针对3维空间对抗环境下,具有非线性二阶积分器动力学模型的多智能体系统(multi-agents system,MAS)时变编队机动与队形变换控制问题,提出一种可抑制外部干扰的MAS时变编队机动与队形变换策略。首先,根据空间对抗环境分析常见编队队形的效用,设计一种基于应力矩阵和领导跟随策略的24机编队立体构型,通过灵活地仿射变换队形,提高MAS编队空间对抗效率。其次,基于一致性理论、滑模理论和鲁棒性控制,利用时变编队应力矩阵,设计了一种鲁棒一致性跟踪控制器,以在外部未知扰动条件下,确保MAS时变编队在机动与仿射变换时跟随者对领导者的精确协同跟踪。然后,通过构造Lyapunov函数证明了外界未知扰动下3维MAS时变编队连续机动和队形变换的稳定性。最后,通过仿真实验验证了所提出的控制器能够使时变编队在机动和队形变换过程中实现精确协同跟踪。

关键词：多智能体系统空间对抗编队队形控制应力矩阵

仿生爬壁机器人:研究基础、关键技术及发展预测

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科学通报 2024年第17期69卷 2380-2400页

作者：裴香丽刘书豪师瑞卓魏安民吴志伟戴振东南京航空航天大学机电学院仿生结构与材料防护研究所南京210016

爬壁机器人是移动机器人的重要分支,能代替人工在高危、狭小、恶劣等环境工作.研制仿生爬壁机器人从筛选具有优异攀爬能力的动物,研究其运动行为、机体结构、附着能力、感知控制的规律入手,凝练爬壁机器人设计准则,发展灵活、轻质、微... 详细信息

爬壁机器人是移动机器人的重要分支,能代替人工在高危、狭小、恶劣等环境工作.研制仿生爬壁机器人从筛选具有优异攀爬能力的动物,研究其运动行为、机体结构、附着能力、感知控制的规律入手,凝练爬壁机器人设计准则,发展灵活、轻质、微型、适应性广的移动机器人,为航空、航天、救援等提供必要的装备.这类研究受到基础科学、工程技术和产业应用等领域专家的广泛关注.本文梳理仿生爬壁机器人研究的现状,总结典型攀爬动物的运动行为、附着机制,归纳爬壁机器人的附着方式、移动机构和运动控制等方面的关键技术,分析仿生爬壁机器人附着和移动方式的特点,给出已有爬壁机器人的仿生度,并展望仿生爬壁机器人的核心问题和发展趋势,为未来仿生爬壁机器人的发展提供参考意见.

关键词：仿生爬壁机器人仿生附着机理移动方式控制方法

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组合式仿枫树子飞行器与空中分体技术

航空学报 2024年第6期45卷 74-89页

作者：童晟翔史志伟耿玺王力爽孙志坤陈其昌南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶... 详细信息

仿枫树子飞行器是一种模仿自然界枫树种子飞行原理的仿生飞行器。为提升仿枫树子飞行器的任务执行能力,设计了一种组合式仿枫树子飞行器,组合体可2、3或6个单体飞行器通过组合箱组合而成,具有地面快速拆装和空中受控分体的能力。基于叶素-动量理论完成了单体飞行器和组合体飞行器的气动建模,分析发现组合体飞行器的飞行效率相比单体飞行器提升了13.3%;完成了飞行器动力学建模和外环控制律设计,并通过六自由度飞行仿真对飞行器的典型飞行状态、空中分体过程进行了研究,结果表明飞行器具备可控飞行和空中稳定分体的能力;在实际飞行试验中,成功实现了三机组合体的空中分体。组合式设计与空中分体技术,使飞行器具备了高飞行效率和无人机集群的双重优势。

关键词：可分体飞行器气动构型飞行仿真气动建模飞行试验

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皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法

生物化学与生物物理进展 2024年第5期51卷 1161-1173页

作者：彭俊文胡松佩洪志扬王莉莉刘凯姚佳烽南京航空航天大学机电学院南京210016

目的随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛... 详细信息

目的随着环境问题和臭氧层空洞化的加剧,皮肤肿瘤的患病率也大幅增加,但是皮肤肿瘤前期隐蔽性高、症状不明显,导致大部分病例都是在中晚期发现的。因此,本文基于生物阻抗谱(bioimpedance spectroscopy,BIS)技术,提出一种皮肤肿瘤早期筛查的快速无创电阻抗检测方法。方法首先,建立四层皮肤模型,采用数值分析方法研究角质层对BIS测量的阻碍作用。其次,使用去除角质层的皮肤模型研究混有不同半径和浸润深度的皮肤肿瘤组织电学特性。最后,使用凝胶处理后的猪皮组织实验验证肿瘤浸润深度(h)的影响。结果角质层仿真结果表明,去除角质层的皮肤对激励信号的响应更明显。皮肤肿瘤模型仿真表明,当肿瘤半径(R_(tumor))及h>1.5 mm时能够区分肿瘤组织与正常组织。同时根据实验结果中正常组织与肿瘤组织虚部弛豫阻抗(Z_(imag-relax))定义了组织病变度(ε_(worse),为肿瘤组织虚部阻抗相对于正常组织虚部阻抗变化的百分比),并绘制了肿瘤组织浸润深度(Depth)与Z_(imag-relax)的拟合曲线。当ε_(worse)=0.4920时,BIS即可识别微浸润肿瘤组织,且拟合曲线修正决定系数为0.9468,拟合效果良好。结论基于BIS技术的方法具有实时、便捷、无创的优点,有望应用于皮肤肿瘤的检测。

关键词：皮肤癌检测无创/实时肿瘤早筛应用生物阻抗谱

基于增材制造技术的自修复结构设计及修复性能研究

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中国机械工程 2024年第1期35卷 144-151页

作者：张镇郭策胡财吉郑威南京航空航天大学机电学院南京210016

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象,根据结构的断裂破坏形式,开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备,并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯... 详细信息

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象,根据结构的断裂破坏形式,开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备,并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯板自修复结构对裂纹具有较好的修复能力,修复后结构的抗压力学性能恢复到原结构的85.6%。

关键词：鞘翅轻质结构自修复增材制造裂纹

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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

^(60)Co-γ射线辐照预处理聚乳酸改善厌氧发酵性能

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辐射研究与辐射工艺学报 2024年第4期42卷 89-97页

作者：周超李震李灵茜贾文宝凌永生南京航空航天大学核分析技术研究所南京211106 江苏省高校放射医学协同创新中心苏州215031

聚乳酸(PLA)塑料垃圾沼气生产潜力大,但降解速率低,对其进行预处理可以提高其厌氧发酵效率,促进资源化。本文采用^(60)Co-γ射线对聚乳酸塑料杯样品进行辐照预处理,研究吸收剂量为0 kGy、20 kGy、40 kGy和60 kGy的照射下PLA分子结构及... 详细信息

聚乳酸(PLA)塑料垃圾沼气生产潜力大,但降解速率低,对其进行预处理可以提高其厌氧发酵效率,促进资源化。本文采用^(60)Co-γ射线对聚乳酸塑料杯样品进行辐照预处理,研究吸收剂量为0 kGy、20 kGy、40 kGy和60 kGy的照射下PLA分子结构及可溶性物质含量变化,并通过蛋白酶酶解实验和厌氧发酵产气量的变化研究电离辐照对其厌氧发酵性能的影响。结果表明:PLA样品经^(60)Co-γ射线辐照,PLA样品上清液中乳酸含量在0~60 kGy范围内随吸收剂量增加略微上升,样品的分子结构未发生明显改变,但辐照后其分子量和结晶度明显下降;辐照后样品在酶解过程中乳酸浓度和质量损失较未辐照样品有明显提升,其中吸收剂量为60 kGy的PLA样品在第4天的乳酸浓度达到最大值并比未辐照样品高17.4%,其质量损失随时间增加,在第7天比未辐照样品提升68.7%;辐照后的样品厌氧发酵达到产气平衡的时间明显缩短,总产气量提升3.0%。研究结果表明,γ射线辐照作为PLA塑料的预处理技术具有潜在的应用价值,本研究可为PLA塑料的资源化处置提供理论参考。

关键词： 60Co-γ 射线辐照聚乳酸酶解厌氧发酵