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仿生螺旋结构纤维增强复合材料力学性能研究进展

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航空学报 2024年

作者：王昕季海波李振李秉洋章琪张瑞徐翔孟晗王鹏飞卢天健中国航天科技创新研究院先进材料与能源研究中心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航空航天大学多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室北京大学工学院武汉纺织大学纺织新材料及先进加工技术国家重点实验室安徽农业大学工学院

仿生螺旋结构纤维增强复合材料是受生物外骨骼和鳞片微观结构启发而设计的一种新型复合材料。该结构通过在单向铺层中引入的层间转角，能够显著降低复合材料在受载时的层间应力，从而提高层间粘接性能和抗冲击能力。本文综述并评价了仿... 详细信息

仿生螺旋结构纤维增强复合材料是受生物外骨骼和鳞片微观结构启发而设计的一种新型复合材料。该结构通过在单向铺层中引入的层间转角，能够显著降低复合材料在受载时的层间应力，从而提高层间粘接性能和抗冲击能力。本文综述并评价了仿生螺旋灵感的来源、常见的构型与制备工艺、静/动态力学性能的研究现状及应用前景，分析了仿生螺旋复合材料的动/静态力学响应及其力学机理，仿生螺旋铺层作为一种新兴设计思路对提升纤维增强复合材料刚度、强度及韧性等具有显著优势。通过总结现有仿生螺旋结构在复合材料领域的研究进展与不足，对未来的发展方向进行了探讨与展望。本文的研究成果对于设计力学性能优异的仿生复合材料具有重要的理论和实践指导意义。

关键词：纤维增强复合材料力学性能仿生设计制造层间性能抗冲击性能

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增材铜合金拉伸力学行为的卷积神经网络预测

计算力学学报 2024年第5期41卷 843-850页

作者：肖庆晖张仁嘉刘士杰胡文轩吕晨晞朱思瑛易敏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 北京宇航系统工程研究所北京100076 北京航天动力研究所低温液体推进技术实验室北京100076

深度学习因其在处理复杂数据和解决复杂问题方面的显著优势而备受关注,已应用于材料性能预测领域。本文提出了一种结合卷积神经网络模型与晶体塑性有限元方法的预测框架,在晶体塑性模型中考虑了增材铜合金(CuCrZr)固溶强化、位错强化以... 详细信息

深度学习因其在处理复杂数据和解决复杂问题方面的显著优势而备受关注,已应用于材料性能预测领域。本文提出了一种结合卷积神经网络模型与晶体塑性有限元方法的预测框架,在晶体塑性模型中考虑了增材铜合金(CuCrZr)固溶强化、位错强化以及晶界强化的贡献,实现了基于增材铜合金的晶体学织构极图、微结构图和晶粒尺寸预测单轴拉伸力学行为的目标。首先,基于实验结果对晶体塑性模型参数进行校正,验证了模型的准确性及预测能力。随后,使用参数校正后的晶体塑性模型对增材铜合金不同的代表体积元进行了一系列的有限元模拟,并利用这些模拟结果对卷积神经网络模型进行了训练、验证与测试。研究结果表明,该卷积神经网络模型在保证预测精度的同时,显著减少了计算时间,展示了其在增材铜合金力学性能预测方面的应用前景。

关键词：增材制造卷积神经网络晶体塑性铜合金

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滑阀副径向卡紧力分布模型与参数灵敏度分析

航空动力学报 2024年第1期39卷 177-186页

作者：陈志闯葛声宏张卓磊朱玉川南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室南京210016 南京机电液压工程研究中心航空机电系统综合航空科技重点实验室南京210061 中航工业南京伺服控制系统有限公司南京210032

为寻求提高批量电液伺服阀分辨率一致性的制造工艺方法,针对滑阀副径向尺寸公差范围内参数摄动作用下卡紧力大小的不确定性,建立了径向卡紧力数学模型,获得了径向尺寸参数摄动下的滑阀副径向卡紧力分布特性。建立了工艺参数与径向卡紧... 详细信息

为寻求提高批量电液伺服阀分辨率一致性的制造工艺方法,针对滑阀副径向尺寸公差范围内参数摄动作用下卡紧力大小的不确定性,建立了径向卡紧力数学模型,获得了径向尺寸参数摄动下的滑阀副径向卡紧力分布特性。建立了工艺参数与径向卡紧力分布特征参数之间映射关系的响应面代理模型,并据此开展了滑阀副径向卡紧力分布特征参数对工艺参数的全局灵敏度分析。结果表明:径向卡紧力服从Weibull分布,改变阀芯圆柱度相比改变径向间隙对滑阀副径向卡紧力影响较小。相比减小径向间隙变动范围,降低径向间隙下限值对提高径向卡紧力一致性更加有效。而相比降低径向间隙下限值,减小径向间隙变动范围对从整体上减小径向卡紧力更为显著。

关键词：滑阀副径向卡紧力分布模型工艺参数灵敏度分析

锌铝合金熔融三维直写成形尺寸建模与组织分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 918-927页

作者：戎文娟单忠德王宝雨王佳琳王永威北京科技大学机械工程学院北京100083 中国机械科学研究总院先进成形技术与装备全国重点实验室北京100083 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了实现金属熔融三维直写工艺过程的控形控性,开展锌铝合金熔融三维直写成形尺寸建模与组织分析研究。首先,以锌铝合金熔融直写的最小控制单元单道成形为研究对象,采用多元非线性回归方法拟合成形道宽,将成形特征参数w作为响应变量,D和... 详细信息

为了实现金属熔融三维直写工艺过程的控形控性,开展锌铝合金熔融三维直写成形尺寸建模与组织分析研究。首先,以锌铝合金熔融直写的最小控制单元单道成形为研究对象,采用多元非线性回归方法拟合成形道宽,将成形特征参数w作为响应变量,D和H作为预测变量,进行回归分析;其次,建立不同工艺参数下单道成形尺寸参数模型,并对模型进行拟合度校验;最后,对单道成形流固耦合过程进行数值模拟,分析典型凝固组织,通过引入熔融直写成形重熔预备时间tr,预测计算成形中层间结合效果好的工艺参数。研究结果表明:在单道成形道宽预测模型中,喷嘴直径D是影响成形道宽的第一要素,其次是喷嘴距成形底板高度H;当成形轨迹宽度近似等于凝固层宽度时,这是成形下一层的最佳时间。

关键词：金属熔融直写金属增材制造 3D打印尺寸建模微观组织

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交替极永磁电机转矩脉动抑制控制策略

中国电机工程学报 2024年

作者：聂杰王凯郭玲玲李烽朱姝姝刘闯陈万庆南京航空航天大学自动化学院精基科技有限公司

交替极永磁电机每对极下的气隙磁密不对称，在特定极槽配合下其反电动势中存在2、4次等偶次谐波分量，引起额外的转矩脉动，降低转矩输出品质。为解决上述问题，提出一种注入多谐波电流产生的转矩补偿原有转矩脉动的控制策略。推导了适... 详细信息

交替极永磁电机每对极下的气隙磁密不对称，在特定极槽配合下其反电动势中存在2、4次等偶次谐波分量，引起额外的转矩脉动，降低转矩输出品质。为解决上述问题，提出一种注入多谐波电流产生的转矩补偿原有转矩脉动的控制策略。推导了适用于任意次谐波磁链产生的转矩脉动通用解析模型；并基于此模型，给出了利用谐波电流抑制转矩脉动的理论依据；提出在同步旋转坐标系下注入多次谐波电流的方法，抑制由2、4、5、7、11、13次谐波反电势引起的3、6、12次转矩脉动；并利用准-比例谐振控制器确实现谐波电流的精确跟踪。最后，以一台三相9槽10极交替极永磁电机为例，通过不同工况下的转矩脉动抑制实验，验证了所提控制策略的有效性。

关键词：交替极转子永磁同步电机反电势谐波谐波电流注入转矩脉动抑制

基于异构图注意力的工业设备故障诊断知识图谱补全方法

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中国科学：信息科学 2024年第2期54卷 354-372页

作者：马亚杰刘洋姜斌冒泽慧刘剑慰刘文静南京航空航天大学自动化学院南京211106 北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

针对工业设备故障诊断知识图谱故障实体属性残缺、故障关系链接缺失的问题,本文提出了一种基于知识图谱异构图注意力网络(knowledge graph heterogeneous graph attention network, KGHAN)模型的工业设备故障诊断知识图谱补全方法,通过... 详细信息

针对工业设备故障诊断知识图谱故障实体属性残缺、故障关系链接缺失的问题,本文提出了一种基于知识图谱异构图注意力网络(knowledge graph heterogeneous graph attention network, KGHAN)模型的工业设备故障诊断知识图谱补全方法,通过对故障实体概念补全和故障关系链接补全完善了工业设备故障诊断知识图谱.所提KGHAN模型在异构图注意力网络模型的基础上,融合了故障知识结构信息和故障图结构信息,有效地表征了故障实体和故障关系的嵌入表示,提高了故障实体概念补全任务的准确率和故障关系链接补全任务的命中率.将所提工业设备故障诊断知识图谱补全方法应用在国内某企业的工业设备故障运维数据上,结果表明,故障实体概念补全任务的准确率提高了约10%,故障关系链接补全任务的命中率提高了约37%,验证了方法的有效性.

关键词：知识图谱补全知识图谱图神经网络故障诊断工业设备

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仿生柔性外肢体机器人的优化设计与实现

机器人 2024年第2期46卷 147-157页

作者：徐嘉骏张添一黄恺真曹凯吉爱红徐林森南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 河海大学机电工程学院江苏常州213022

纤维增强型驱动器(FRA)受到了章鱼触手多肌纤维生物学特性的启发,有望用于外肢体机器人(SRL)完成多样化的运动。本文首先介绍了FRA实现伸长、膨胀、弯曲、扭转变形的驱动原理,阐述了FRA的制备流程,并在此基础上提出了采用FRA的柔性外肢... 详细信息

纤维增强型驱动器(FRA)受到了章鱼触手多肌纤维生物学特性的启发,有望用于外肢体机器人(SRL)完成多样化的运动。本文首先介绍了FRA实现伸长、膨胀、弯曲、扭转变形的驱动原理,阐述了FRA的制备流程,并在此基础上提出了采用FRA的柔性外肢体机器人的设计与实现方法。通过建立FRA的分析模型,揭示了驱动器在不同变形模态下其构形参数与输入气压对变形量的影响规律,并通过有限元仿真加以验证。此外,还提出了柔性外肢体机器人轨迹优化算法,通过构建多目标优化函数并基于置信域方法优化各FRA的设计参数,协助穿戴者完成规定任务。通过样机试验测试了本文的外肢体机器人的系统性能,该外肢体机器人可以有效提升穿戴舒适性,实现3维空间中的灵活运动。研究结果表明,采用FRA的柔性外肢体机器人在穿戴舒适性、动作多样性、控制精准性等方面优于现有的柔性外肢体机器人。

关键词：外肢体机器人软体机器人纤维增强型驱动器有限元建模轨迹优化

非理想检测下多雷达网络节点选择与辐射资源联合优化分配算法

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雷达学报（中英文） 2024年第3期13卷 565-583页

作者：时晨光唐志诚周建江严俊坤王子微南京航空航天大学雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室南京210016 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071 北京控制与电子技术研究所北京100045

该文针对分布式相控阵多雷达网络的多目标跟踪场景,研究非理想检测条件下的节点选择与辐射资源联合优化分配算法。首先,根据分布式相控阵多雷达网络构成、目标运动模型、雷达量测模型以及雷达节点检测情况,推导非理想检测下以雷达节点... 详细信息

该文针对分布式相控阵多雷达网络的多目标跟踪场景,研究非理想检测条件下的节点选择与辐射资源联合优化分配算法。首先,根据分布式相控阵多雷达网络构成、目标运动模型、雷达量测模型以及雷达节点检测情况,推导非理想检测下以雷达节点选择、辐射功率和信号带宽为变量的贝叶斯克拉默-拉奥下界(BCRLB)闭式解析表达式,并以此作为多目标跟踪精度衡量指标。在此基础上,以最小化系统各雷达节点对所有目标的总辐射功率为优化目标,以满足目标跟踪精度门限以及给定的系统射频辐射资源限制为约束条件,建立非理想检测条件下多雷达网络节点选择与辐射资源联合优化分配模型,对各时刻雷达节点选择、辐射功率和信号带宽等参数进行联合优化设计,以提升多雷达网络的射频隐身性能。最后,针对上述非线性、非凸优化问题,采用基于障碍函数法和循环最小化算法的4步分解算法进行求解。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法能在满足给定多目标跟踪精度的条件下有效降低分布式相控阵多雷达网络的总辐射功率,至少降低了约32.3%,从而提升其射频隐身性能。

关键词：雷达资源分配分布式多雷达网络多目标跟踪非理想检测贝叶斯克拉默-拉奥下界

基于电池箱体开孔的储能电池系统精细化热设计优化研究

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储能科学与技术 2024年第2期13卷 515-525页

作者：徐鑫甜张碧霄朱信龙杨凯杰南京航空航天大学航空学院江苏南京210016 江苏科技大学能源与动力学院江苏镇江212003

针对当前储能电池系统热管理仿真研究存在忽略电池堆内部结构对热性能影响的问题,本文引入了精细化热设计理念,提出了一种基于电池箱体开孔的温度均匀性调配方法,并借助计算流体力学(CFD)仿真模拟方法,系统考虑了开孔数量和大小对电池... 详细信息

针对当前储能电池系统热管理仿真研究存在忽略电池堆内部结构对热性能影响的问题,本文引入了精细化热设计理念,提出了一种基于电池箱体开孔的温度均匀性调配方法,并借助计算流体力学(CFD)仿真模拟方法,系统考虑了开孔数量和大小对电池热性能的影响,并从中筛选出优化的电池盒设计方案。研究结果表明,在针对单个电池盒的优化中,相较于在上壁面开孔,通过在侧壁开孔能够获得更为优越的性能。这一优势在于,单个电池的温差从过去的6.01 K降低至3.68 K,降幅达28.2%,从而充分满足了电池的散热需求。进一步地,在整个电池堆层面,通过在侧壁开孔的方式,得以将单列电池架内的最大温差从7.66 K减少至4.32 K,大幅度提升了43.6%。该研究结果在电池堆外风管与电池箱内部结构方面进行了耦合热求解,为未来储能电池系统的热管理策略提供了有益的参考。

关键词：储能电池温差开孔热管理电池芯

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