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纤维复材仿生设计及曲面多点成形柔性制造研究进展

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塑性工程学报 2024年第4期31卷 143-154页

作者：韩奇钢姜嘉鑫陈水斌李虹濛石绍迁吉林大学材料科学与工程学院吉林长春130025 吉林大学威海仿生研究院山东威海264402 辽宁材料科学研究院结构化材料技术研究所辽宁沈阳110167 吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室吉林长春130025

纤维复合材料凭借其比强度高、比模量大、可设计性强等特点,在航空航天、轨道交通等领域应用越来越广泛。随着对纤维复材构件性能需求的提高,通过调控材料成分实现纤维复合材料性能的提升已到瓶颈,且传统纤维复材构件的制造技术也难以... 详细信息

纤维复合材料凭借其比强度高、比模量大、可设计性强等特点,在航空航天、轨道交通等领域应用越来越广泛。随着对纤维复材构件性能需求的提高,通过调控材料成分实现纤维复合材料性能的提升已到瓶颈,且传统纤维复材构件的制造技术也难以满足“多品种、小批量”的纤维复材曲面构件精准成形的制造需求。针对这些问题,吉林大学“多点成形柔性智造”团队基于仿生设计理念,将自然界的生物结构特征应用于纤维复材构件的优化设计中,研发了仿螳螂虾螺旋纤维正弦结构层合板、仿螳螂虾玄武岩纤维增强夹层结构复合材料、仿生层压玄武岩纤维增强复合材料、双螺旋玄武岩纤维增强复合材料)、仿生双螺旋纤维金属层压板和仿生正弦波纹螺旋夹层结构蜂窝板,实现了材料性能的提高,并通过多点柔性成形技术成功制造了碳纤维复合材料机翼蒙皮,开发了复材曲面构件多点柔性精准成形新装备和新技术。

关键词：纤维复合材料仿生设计柔性制造航空航天轨道交通

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人机共驾下的驾驶行为数据滤波方法

吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 589-599页

作者：高镇海蔡荣贵孙天骏于桐赵浩源班浩吉林大学汽车工程学院长春130022 吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室长春130022 吉林大学长沙汽车创新研究院长沙410016

针对传统数据采集和分析过程中存在的低质量数据过冗余、特征数据难以挖掘以及人工记录耗时长的问题,提出了一种人机共驾环境下基于动态时间规整算法的驾驶行为数据滤波方法。首先,在Python环境下搭建了动态时间规整算法模型,实现以滚... 详细信息

针对传统数据采集和分析过程中存在的低质量数据过冗余、特征数据难以挖掘以及人工记录耗时长的问题,提出了一种人机共驾环境下基于动态时间规整算法的驾驶行为数据滤波方法。首先,在Python环境下搭建了动态时间规整算法模型,实现以滚动时间窗的方式对两条序列进行实时偏差计算。然后,考虑不同距离计算方法的统计学特征设计了触发记录的偏差阈值,结合规整路径全局约束对模型进行优化。最后,进行仿真分析和实车测试,对比了不同约束条件下的数据滤波方法,可知基于Sakoe-Chiba约束条件的本文滤波方法在数据准备阶段就能平均自动滤除53.15%的无效数据,每小时可节省1.87 TB的数据存储空间,验证了本文方法的有效性和可行性。

关键词：车辆工程智能驾驶人机共驾数据驱动动态时间规整

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基于自适应采样的智能车辆轨迹规划方法

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：赵俊武曲婷胡云峰吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室吉林大学通信工程学院吉林大学重庆研究院

针对在三维空间（X-Y-T）进行智能车辆轨迹规划时计算复杂度高、耗时长的问题，本文提出了一种基于自适应采样的双层三阶段轨迹规划方法，基于Frenet坐标系把三维轨迹规划问题拆分为路径规划和速度规划两个二维优化问题。首先，在路径... 详细信息

针对在三维空间（X-Y-T）进行智能车辆轨迹规划时计算复杂度高、耗时长的问题，本文提出了一种基于自适应采样的双层三阶段轨迹规划方法，基于Frenet坐标系把三维轨迹规划问题拆分为路径规划和速度规划两个二维优化问题。首先，在路径规划方面，引入基于人工势场的自适应采样方法，以减少路径规划空间采样点数量，采用动态规划计算连接各采样点综合代价最低的路径曲线，构建二次规划问题进一步优化此路径得到最终规划路径。在速度规划方面，根据运动学约束确定速度规划空间自适应采样区域，使用动态规划方法计算连接各采样点综合代价最低的速度曲线，并依据此曲线构建二次规划问题，求解得到最终速度规划结果。最后，构建轨迹跟踪误差模型，设计横、纵向控制器对规划轨迹可跟踪性进行验证。仿真结果表明，所提出方法能够将单次规划耗时降低至0.1s左右，为智能车辆提供了更新频率为10Hz的规划轨迹，实现了规划与控制的协同。

关键词：车辆工程智能车辆轨迹规划自适应采样

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脊状结构用于翼型自噪声控制试验

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：程文张成春孙潇伟沈淳吴正阳陈正武吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林大学威海仿生研究院中国空气动力学研究开发中心空气动力噪声控制重点实验室

本文研究了NACA0012翼型在0°和10°攻角时不同来流速度下的声学性能，声学风洞试验显示，10°攻角时，翼型在30-60m/s速度范围内产生明显单音噪声，其频率与Arbey声反馈模型预测结果接近。以有效降低单音噪声为导向，提出采用脊状结构... 详细信息

本文研究了NACA0012翼型在0°和10°攻角时不同来流速度下的声学性能，声学风洞试验显示，10°攻角时，翼型在30-60m/s速度范围内产生明显单音噪声，其频率与Arbey声反馈模型预测结果接近。以有效降低单音噪声为导向，提出采用脊状结构打破声反馈回路的设想，并探讨脊状结构位置及排布形式对降噪性能的影响规律。结果表明，脊状结构越靠前，降噪效果越明显。随着速度的增加，靠后位置的脊状结构依次不再具有降噪效果。另外，单音噪声的产生只和压力面的流动状态有关，当压力面的流动状态被脊状结构打破后，便无法形成有效的反馈回路。最后，基于Arbey声学反馈理论，探讨了不同位置的脊状结构的降噪性能差异，发现当脊状结构位于叶片压力面最大速度点之前时，可以有效的干预流场从而抑制单音噪声的产生。

关键词：流动噪声控制脊状结构翼型噪声实验翼型自噪声声反馈回路

基于Wenner和Schlumberger双组态融合的土壤电导率测量装置

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农业工程学报 2024年第1期40卷 90-99页

作者：齐江涛王凯晨包志远张伟荣郭慧刘向南李宁吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 吉林大学生物与农业工程学院长春130022

土壤电导率的准确、实时和原位获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑,为提高传统电流-电压四端法测量精度,该研究基于电流-电压四端法3种测量组态,开展土壤电导率主要影响因素(土壤含水率、电极入土深度、土壤坚实度和土壤处理方... 详细信息

土壤电导率的准确、实时和原位获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑,为提高传统电流-电压四端法测量精度,该研究基于电流-电压四端法3种测量组态,开展土壤电导率主要影响因素(土壤含水率、电极入土深度、土壤坚实度和土壤处理方式)对电流-电压四端法的3种测量组态测量精度影响的试验。结果表明,Wenner和Schlumberger两种测量组态可较好地适用于不同土壤环境条件。进一步以Wenner和Schlumberger两种测量组态所测土壤电导率值为输入量,基于BP神经网络构建了双组态融合的土壤电导率回归模型,并在此基础上设计了一种土壤电导率测量装置,该装置主要包括JESTON nano、STM32单片机数据采集模块、传感器、激励源及差分放大模块等组件。工作稳定性试验结果显示,该装置在不同土壤电导率梯度条件下测量数据的标准偏差均小于0.43μS/mm;田间性能对比试验结果显示,该装置测量数据的均方根误差值为0.18μS/mm,测量精度优于传统单独测量组态和市面常用土壤电导率测量仪,以上结果表明所研制的土壤电导率测量装置具有较好的工作稳定性和测量精度。该研究可为田间土壤信息的实时原位采集提供一种高精度的检测工具和技术手段。

关键词：土壤电导率测量组态 BP神经网络模型测量装置

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隔热涂层活塞对汽油机性能的影响

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：王向阳刘宇杜家坤陈泓解方喜芦大佑吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院

本文采用试验研究方法解决了隔热涂层活塞在汽油机上的应用问题。结果得出：采用隔热涂层活塞低负荷时最佳点火时刻提前，着火延迟期和燃烧持续期延长，燃烧中心推迟高负荷时相反。采用隔热涂层活塞导致NOx排放上升，CO和HC排放下降。... 详细信息

本文采用试验研究方法解决了隔热涂层活塞在汽油机上的应用问题。结果得出：采用隔热涂层活塞低负荷时最佳点火时刻提前，着火延迟期和燃烧持续期延长，燃烧中心推迟高负荷时相反。采用隔热涂层活塞导致NOx排放上升，CO和HC排放下降。大负荷下空气稀释燃烧和当量比燃烧下隔热涂层活塞对发动机性能影响相同。

关键词：动力机械及工程隔热涂层活塞当量比燃烧空气稀释燃烧发动机性能

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某SUV气动减阻优化及其流场机制

汽车工程 2024年第2期46卷 356-365页

作者：邵景峰左辉辉胡兴军上海汽车集团股份有限公司创新研究开发总院上海201804 吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室长春130022

为了提高整车燃油经济性,本文以某款SUV车型为研究对象,将仿真与试验相结合改善汽车行驶过程中的气动阻力系数。首先通过风洞试验确定对整车气动阻力有重要影响的区域或部件,其次对气动阻力系数贡献值较大的部件或区域进行减阻优化。结... 详细信息

为了提高整车燃油经济性,本文以某款SUV车型为研究对象,将仿真与试验相结合改善汽车行驶过程中的气动阻力系数。首先通过风洞试验确定对整车气动阻力有重要影响的区域或部件,其次对气动阻力系数贡献值较大的部件或区域进行减阻优化。结果表明,前轮阻风板、尾灯和尾翼对整车气动阻力系数贡献值较大。对前轮阻风板的改型,有效降低正压区面积以及减弱车轮干扰阻力;对尾灯和尾翼的优化设计,改善了尾部负压区,缩短了分离流在后窗上部的再附着的距离。基于本征正交分解方法进行局部流场信息的提取和分析可知,1阶与2阶模态主要构成了该SUV尾流场的关键流态。经试验与仿真验证,相比于初始方案,气动优化组合设计减阻率可达7.5%。本文为新一代SUV改型与升级换代提供了理论基础与技术支持。

关键词：汽车空气动力学气动减阻风洞试验本征正交分解

基于特性的牵引车-半挂车刚柔组合车架动力学模型研究

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汽车工程 2024年第3期46卷 448-455页

作者：管欣李力孙磊段春光崔晨雪黄伟朱宝黎詹军靳宇轩吉林大学汽车底盘集成与仿生全国重点实验室长春130022 中国重型汽车集团有限公司济南250000

商用车较大的车架柔性会影响到整车的操纵稳定性和乘坐舒适性,尤其是在共振时车架柔性会放大对车辆运动品质的影响。为实时模拟牵引车-半挂车的车架运动,采用基于总成特性的建模技术路线,根据运动响应频域将车架运动解耦为低频刚体运动... 详细信息

商用车较大的车架柔性会影响到整车的操纵稳定性和乘坐舒适性,尤其是在共振时车架柔性会放大对车辆运动品质的影响。为实时模拟牵引车-半挂车的车架运动,采用基于总成特性的建模技术路线,根据运动响应频域将车架运动解耦为低频刚体运动和高频柔体运动,并将车架模型模块化划分为基于多体动力学的刚体车架模块、基于模态综合法的柔体车架模块,然后将两模块求解结果叠加形成刚柔组合车架模型。最后,将车架模型嵌入牵引车89DOF-半挂车73DOF整车模型中,针对某款商用车进行仿真,通过对比实车场地试验结果,验证了模型的有效性。

关键词：车架刚柔组合牵引车-半挂车特性动力学模型

农田土壤理化参数快速获取技术研究进展与展望

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智慧农业（中英文） 2024年第3期6卷 17-33页

作者：齐江涛程盼婷高芳芳郭丽张瑞瑞吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130022 吉林大学生物与农业工程学院吉林长春130022 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097

[目的/意义]土壤是农业基本的生产资料,其质量与农业高效生产和可持续发展密切相关。由于以往对农田的高强度利用以及土壤侵蚀等原因,导致部分农田出现土壤有机质明显下降、地力减弱和生态功能退化等现象。土壤理化参数作为揭示土壤空... 详细信息

[目的/意义]土壤是农业基本的生产资料,其质量与农业高效生产和可持续发展密切相关。由于以往对农田的高强度利用以及土壤侵蚀等原因,导致部分农田出现土壤有机质明显下降、地力减弱和生态功能退化等现象。土壤理化参数作为揭示土壤空间特征、评估土壤肥力的关键指标,对农田可持续利用起着至关重要的作用。因此,土壤理化参数信息的快速获取极为必要。[进展]探讨了农田土壤理化参数获取技术的研究意义,总结了当前用于农田土壤理化参数信息获取的主要技术,包括以电化学分析和光谱分析为主的实验室快速检验技术,以电磁感应、探地雷达、多光谱、高光谱和热红外为主的近地快速感知技术,以直接反演法、间接反演法和结合分析法为主的卫星遥感技术,以及近年的新型快速获取技术,如生物传感、环境磁学、太赫兹光谱和伽马能谱等,梳理了各方法的优缺点及适用情况。[结论/展望]结合农田环境的作业需求,依据未来研究的侧重方向提出发展建议,包括开发便携化、智能化和经济型的近地土壤信息获取系统及设备,实现土壤信息的原位快速检测。优化低空土壤信息获取平台的性能,完善数据的解译方法;联合多因素构建卫星遥感反演模型,利用多种共享开放的云计算平台实现数据的深度挖掘。深入探索多源数据融合在土壤理化参数信息获取中的研究与应用,构建泛化能力强、可靠性高的土壤信息感知算法和模型等,从而实现土壤理化参数信息快速、精准和智能化获取。

关键词：土壤理化参数光谱分析电磁感应探地雷达卫星遥感快速感知