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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

考虑侧倾和输入饱和的自动驾驶汽车鲁棒多维切换路径跟踪控制

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第5期54卷 1271-1282页

作者：董锋威殷国栋徐利伟采国顺沈利霖王磊朱壮瑞东南大学机械工程学院南京211189

为解决自动驾驶路径跟踪控制中的侧倾稳定和执行器饱和等问题,提出了一种鲁棒多维切换H∞路径跟踪控制方法以平衡控制器设计难度与控制性能.首先,基于M3D切换系统框架和侧向载荷转移率,构建了工况随动的路径跟踪控制模型;其次,采用鲁棒... 详细信息

为解决自动驾驶路径跟踪控制中的侧倾稳定和执行器饱和等问题,提出了一种鲁棒多维切换H∞路径跟踪控制方法以平衡控制器设计难度与控制性能.首先,基于M3D切换系统框架和侧向载荷转移率,构建了工况随动的路径跟踪控制模型;其次,采用鲁棒不变集理论和辅助反馈矩阵方法处理输入饱和的非线性问题,设计了一种鲁棒M3D切换控制器;最后,在多项式二次Lyapunov函数和M3D切换系统理论框架下,给出了保证跟踪系统闭环渐近稳定的判据.在CarSim-Simulink联合仿真环境下,对所提方法的性能进行验证.结果表明,所提方法相比于现有的MPC控制方法,路径跟踪性能提升19.4%,侧倾稳定性能提升23.4%,能够保证车辆在高速大转向等极端工况下具备良好的路径跟踪性能和侧倾稳定.

关键词：自动驾驶汽车路径跟踪控制切换系统侧倾稳定

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融合注意力机制的刀具磨损预测方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第4期57卷 362-373页

作者：董靖川武晓鑫高宇博苏德鹏天津大学机械工程学院天津300072

刀具的磨损状态影响着工件表面质量与加工稳定性,故实现其磨损量的准确监测对于保证加工可靠性、维持生产加工连续性具有积极作用.为进一步提高刀具磨损预测模型的泛化性能和准确度,提出一种融合注意力机制的多尺度卷积双向门控循环(mul... 详细信息

刀具的磨损状态影响着工件表面质量与加工稳定性,故实现其磨损量的准确监测对于保证加工可靠性、维持生产加工连续性具有积极作用.为进一步提高刀具磨损预测模型的泛化性能和准确度,提出一种融合注意力机制的多尺度卷积双向门控循环(multiscale convolutional bidirectional gated recurrent unit-attention,MSCBGRU-A)神经网络的刀具磨损预测方法,其由特征拓展模块、多尺度卷积模块、双向GRU模块、注意力模块、回归模块组成.首先,将切削力、声发射、振动信号作为输入信号,输入信号通过多尺度卷积模块获得多个尺度的刀具磨损输出特征图,将多个卷积通道输出的特征图输入到连接层进行首尾和层叠两种方式的连接来获得两种输出数据.然后,将两种输出数据分别输入到双向GRU模块与注意力模块,通过双向GRU模块学习输出特征图动态变化来获取时序特征,通过注意力模块对多尺度卷积神经网络的输出进行权值分配,强化对刀具磨损预测结果贡献度更大的特征.最后,通过回归模块对磨损值进行预测.经过对比实验引入混合域注意力机制的基于卷积块的注意力机制(convolutional block attention mechanism,CBAM),获得MSCBGRU-CBAM模型,并且通过绘制CBAM的注意力权重图证明注意力机制可以自适应地关注与刀具磨损更相关的特征.与其他深度学习模型进行对比实验表明,MSCBGRU-CBAM模型具有最高的预测精度,且与未使用注意力机制的MSCBGRU模型相比,RMSE降低19.3%,MAE降低17.7%,R 2提高2.7%.

关键词：刀具磨损预测多尺度卷积神经网络注意力机制门控循环单元

面料堆垛非接触式分层吸附工艺模型与系统构建

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纺织学报 2024年第5期45卷 209-217页

作者：马梓鸿陈慧敏丁孟孟岳晓丽东华大学机械工程学院上海201620

针对因面料柔软、透气导致面料堆垛难以自动分层抓取、移送的问题,探讨了利用非接触式吸附技术进行面料堆垛分层的可行性。考虑面料悬垂特性、堆垛内气体流动压力损失和层间静电力等因素,构建了伯努利非接触式堆垛分层吸附力理论模型。... 详细信息

针对因面料柔软、透气导致面料堆垛难以自动分层抓取、移送的问题,探讨了利用非接触式吸附技术进行面料堆垛分层的可行性。考虑面料悬垂特性、堆垛内气体流动压力损失和层间静电力等因素,构建了伯努利非接触式堆垛分层吸附力理论模型。为验证该模型的有效性和非接触式吸附系统的可靠性,进行了吸附力测试以及面料堆垛分层吸附试验。结果表明,所构建的吸附力理论模型与通用模型的结果偏差为26.17%;模型计算所得吸附力变化趋势与试验结果一致,数值与试验结果相差9.4%;利用模型计算所得工艺参数对面料堆垛进行分层吸附的成功率可达93%,所构建的吸附工艺模型与系统的有效性和可靠性较高。

关键词：服装生产面料堆垛非接触式吸附技术吸附力堆垛分层

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冷冻箱内工质泄漏及燃爆风险

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1284-1289页

作者：候召宁杨昭赵延峰郭长振贺红霞李建胡岩松天津大学机械工程学院天津3300350

新一代低温室效应工质的可燃性是限制其进一步推广应用重要因素,开展有限空间内可燃性工质泄漏燃爆及沉积特性研究至关重要。基于有限空间内工质泄漏燃爆特点,构建了冷冻箱的三维有限空间内工质泄漏模型,围绕工质泄漏扩散过程开展了数... 详细信息

新一代低温室效应工质的可燃性是限制其进一步推广应用重要因素,开展有限空间内可燃性工质泄漏燃爆及沉积特性研究至关重要。基于有限空间内工质泄漏燃爆特点,构建了冷冻箱的三维有限空间内工质泄漏模型,围绕工质泄漏扩散过程开展了数值模拟研究,探讨了泄漏方向、泄漏孔径及风机转速对冷冻箱内工质泄漏扩散过程的浓度变化,并就不同因素的R290和R600a工质泄漏特性进行了对比。研究表明:气体密度对工质泄漏及沉积特性的影响较大,R290相比R600a具有更大燃爆风险:较小孔径的工质泄漏将增加有限空间内工质的燃爆风险:较小密度的工质发生泄漏后,风机运转将明显降低有限空间的燃爆风险。

关键词：冷冻箱有限空间工质泄漏:爆炸风险理论分析

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仿生集水表面的研究进展及应用

表面技术 2024年第20期53卷 19-35页

作者：韦函梅益罗鸿周学湫覃冰黎汪希奎贵州大学机械工程学院贵阳550025

淡水资源紧缺是当今全球面临的严峻挑战,随着全球人口增长和气候变化的影响,人类面临着日益严重的水资源短缺问题。近年的研究结果显示,通过仿生手段从大气中获取水资源,是一种备受关注的可行方法,仿生集水技术应运而生。仿生集水技术... 详细信息

淡水资源紧缺是当今全球面临的严峻挑战,随着全球人口增长和气候变化的影响,人类面临着日益严重的水资源短缺问题。近年的研究结果显示,通过仿生手段从大气中获取水资源,是一种备受关注的可行方法,仿生集水技术应运而生。仿生集水技术具有广泛的应用潜力,在大气水收集、海水淡化、工业废水回收和微流控等多个领域具备较好的应用前景。综述了近年来仿生集水技术的发展现状、制备工艺、集水原理和应用前景,总结了基于新型生物学水收集原理的仿生材料/结构/表面处理方法和应用研究现状,分析了仿生集水技术当前面临的问题,包括非均匀润湿集水表面相关理论的深入研究、集水表面耐久性提高及高效低成本制备工艺的开发等,未来的研究方向可集中在提高仿生材料集水性能的可持续性和制备成本的降低等方面,以推动该技术的商业化推广和规模化应用。通过持续的研究和创新,有望看到更多高效、经济的仿生集水技术出现,为人类面临的水资源短缺挑战提供有效的解决方案。

关键词：仿生集水超疏水超亲水水资源润湿性

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基于熵产理论的航空柱塞泵涡轮增压系统优化

航空学报 2024年第4期45卷 280-292页

作者：陈远玲陈家文潘越洋闫明洋广西大学机械工程学院南宁530004

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空... 详细信息

在航空柱塞泵的进油端集成涡轮增压系统,有利于提高航空液压系统的集成度,并解决柱塞泵在高转速下因吸油不足而产生的空化、脱靴等难题。针对涡轮增压系统中叶片和压水室流道的优化设计问题,基于熵产理论对增压系统中的能量损失及其空间分布进行了研究,构建了涡轮自增压轴向柱塞泵的流体域模型,探究压水室形式、断面形状、进口宽度、断面面积变化规律以及涡轮叶片形式与熵产率的关系,以熵产最小为目标优化涡轮增压系统的结构:涡轮采用扭曲叶片,压水室采用螺旋形、断面形状采用圆弧形、压水室进口宽度采用8 mm、断面面积变化规律为U型时,增压系统的总熵产下降约0.032 W/K,较优化前降低了13%,增压值上升约0.22 bar,较优化前增加7%。最后采用试制的样机搭建试验系统,测试了直叶片形式和扭曲叶片形式的涡轮增压值,试验结果与仿真结果基本一致。

关键词：航空柱塞泵涡轮增压熵产理论能量损失结构优化

节流槽结构参数对阀开启压力冲击及空化特性的影响研究

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振动与冲击 2024年第7期43卷 50-56,66页

作者：陈远玲欧阳崇钦彭卓陈承宗石浩王梦乔广西大学机械工程学院南宁530004

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和... 详细信息

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和V型节流槽的压力冲击及空化进行了对比分析,发现同等条件下V型槽的阀芯较U+T型槽的阀芯的压力冲击下降了19.37%,最大空化程度降低了43.7%。选取V型节流槽开展进一步研究,通过正交试验获取不同节流槽结构参数下的压力峰值;采用BP神经网络建立V型节流槽结构参数与压力冲击的代理模型,结合灰狼优化(GWO)算法得到节流槽结构参数的最优配置;依据优化结果制作阀芯并进行试验,结果显示,抑制压力冲击效果显著,系统压力超调下降至原来52.4%。

关键词：流场仿真 BP代理模型灰狼优化(GWO)算法节流槽优化冲击抑制

铜合金表面激光制备Ni60-WC-Cu涂层的显微组织与摩擦磨损性能

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1252-1267页

作者：张振宇王守仁王高琦段旭楠赵鹏杨海宁济南大学机械工程学院济南250022

激光熔覆涂层是解决铜合金零件因摩擦磨损导致失效的一种方法,但铜合金由于其对激光能量的高反射性、高导热性,使得在铜合金表面进行激光制备涂层成为一个难题。本文在白铜基体表面制备了不同WC含量的Ni60-WC-Cu复合涂层,对涂层相结构... 详细信息

激光熔覆涂层是解决铜合金零件因摩擦磨损导致失效的一种方法,但铜合金由于其对激光能量的高反射性、高导热性,使得在铜合金表面进行激光制备涂层成为一个难题。本文在白铜基体表面制备了不同WC含量的Ni60-WC-Cu复合涂层,对涂层相结构、微观形貌和显微硬度进行分析,并通过摩擦磨损试验,研究了涂层的耐磨性及磨损机理。结果表明:涂层中的相主要为NiW,其峰值随着WC含量的增加而增大;WC含量在20%与25%时观察到熔覆区出现大量的胞晶、枝晶组织,涂层顶部出现团聚状硬质相;涂层硬度均高于基体,WC含量为25%涂层的平均硬度为908.4HV;涂层耐磨性优于铜合金基体,随着WC含量增加,涂层耐磨性逐渐提高并均优于基体,氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损;WC含量为25%时,涂层表现出最好的耐腐蚀性能;WC含量为20%时,表现出良好的导电率。

关键词：激光熔覆铜合金复合涂层显微组织摩擦磨损