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基于分数阶积分的软弱夹层蠕变损伤模型研究

岩土力学 2024年第2期45卷 454-464,476页

作者：曹建军胡斌王泽祺李京武汉科技大学资源与环境工程学院湖北武汉430081 武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点试验室湖北武汉430081

软弱夹层作为边坡的“薄弱环节”,时刻威胁着边坡的稳定性。以我国西南地区广泛存在的二叠系炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,开展了软弱夹层蠕变特性的研究,在常规剪切试验的基础上进行分级剪切蠕变试验,系统分析了软弱夹层的剪切变形规... 详细信息

软弱夹层作为边坡的“薄弱环节”,时刻威胁着边坡的稳定性。以我国西南地区广泛存在的二叠系炭质泥页岩软弱夹层为研究对象,开展了软弱夹层蠕变特性的研究,在常规剪切试验的基础上进行分级剪切蠕变试验,系统分析了软弱夹层的剪切变形规律,并采用稳态蠕变速率法确定了软弱夹层的长期强度。基于Riemann-Liouville分数阶积分理论及统计损伤理论对传统西原模型进行了改进,利用自适应差分进化算法结合软弱夹层剪切蠕变试验曲线验证了模型的准确性,并进行了参数敏感性分析。研究表明,改进后的模型可以完整地描述软弱夹层蠕变的3个阶段;蠕变曲线的变化由微分阶次γ、形状参数m及比例参数F0共同控制;m反映软弱夹层的脆性特征,F0则表征软弱夹层的物理力学强度。该研究结果可为含软弱夹层边坡的防灾监控与稳定性分析提供理论依据。

关键词：软弱夹层分数阶积分蠕变模型参数辨识敏感性分析

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具有最小信息延迟的多无人机路径规划方法

中国惯性技术学报 2024年第5期32卷 521-530页

作者：陈洋钟树成陈志环武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430081 武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心武汉430081

在一些实时性要求高的监测任务中,为提升多无人机协同工作的效能,提出了具有最小信息延迟的多无人机路径规划方法。首先定义最大信息延迟描述监测信息的时效性,综合考虑了无人机能量、禁飞区等多种约束,以无人机信息延迟和飞行总距离为... 详细信息

在一些实时性要求高的监测任务中,为提升多无人机协同工作的效能,提出了具有最小信息延迟的多无人机路径规划方法。首先定义最大信息延迟描述监测信息的时效性,综合考虑了无人机能量、禁飞区等多种约束,以无人机信息延迟和飞行总距离为优化目标,建立多无人机路径规划模型。然后,提出一种改进的多目标灰狼算法,引入交叉算子完成灰狼位置更新以增强其全局搜索能力,引入大规模邻域算法以提高其局部搜索能力。最后,利用概率路图算法对得到的飞行方案进行局部避障优化,从而得到最终的路径规划结果。仿真和实验结果表明,所提算法不仅可以得到很好的路径规划结果,而且对比NSGA-Ⅱ算法,本文算法得到的飞行路径总距离分别缩短了3.34%、5.09%,最大延迟时间降低了11.02%、15.66%,验证了所提算法的可行性和有效性。

关键词：信息延迟改进多目标灰狼算法路径规划避障概率路图算法

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油气水三相流相含率超声测试模型优化

化工进展 2024年第2期43卷 791-799页

作者：苏茜邓翔天刘振兴武汉科技大学信息科学与工程学院(人工智能学院) 湖北武汉430081 武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心湖北武汉430081

油气水多相流广泛存在于油气工业过程。针对现有油气水多相流相含率模型对超声换能器测量信息利用有限这一问题,提出了一种水基分散分层流相含率超声测试模型的优化方法。利用最大粒径模型,研究了水基分散分层流中分散相粒径变化规律,... 详细信息

油气水多相流广泛存在于油气工业过程。针对现有油气水多相流相含率模型对超声换能器测量信息利用有限这一问题,提出了一种水基分散分层流相含率超声测试模型的优化方法。利用最大粒径模型,研究了水基分散分层流中分散相粒径变化规律,确定粒径-波长比的范围处于中波长区。根据超声脉冲回波法,采用“一发三收”超声换能器测试系统,提出了水基分散分层流中超声扩散衰减的测试方法。在此基础上,结合Faran弹性散射理论,建立了油水分散流含油率超声测试模型。利用换能器渡越时间测量信息,提出了声程波动修正参数,改进了油水分散流中混合声速测试模型,并进一步优化了含气率测试模型。仿真结果表明,水基分散分层流含气率预测平均相对误差和均方根误差分别为0.43%和0.23%,含油率预测平均相对误差和均方根误差分别为3.30%和0.28%,验证了所提出的基于混合声速的相含率测试优化模型的有效性和准确性,为油气水多相流超声测试方法提供理论依据。

关键词：分散系相含率模型优化脉冲回波法

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考虑宏观结构性能的多材料微结构拓扑优化设计

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振动与冲击 2024年第11期43卷 185-193页

作者：张磊倪绍豪蒋国璋张严宫逸文武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于... 详细信息

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法,提出了基于参数化水平集的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先,构建了基于差集的多材料水平集描述模型,利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后,引入交替活动相算法,将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题,以减少设计变量与约束条件,提高计算效率。最后,采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量,以宏观结构柔度最小化为优化目标,各相材料用量为约束条件,构建多材料微结构拓扑优化模型,并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明,所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计,所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。

关键词：拓扑优化多材料微结构水平集方法均匀化方法交替活动相算法

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双叶片液压关节主被动联合柔顺控制分析

吉林大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 86-98页

作者：赵慧朱发强蒋林王诗虎武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430081

双叶片液压被动柔顺回转关节在受到外界环境的碰撞时,关节的被动柔顺性会使关节阀体输出转角产生回调,碰撞结束后,输出转角又会迅速恢复。为了有效吸收剩余的冲击能量,本文将自适应阻抗控制作为回转关节的主动柔顺控制,与关节的被动柔... 详细信息

双叶片液压被动柔顺回转关节在受到外界环境的碰撞时,关节的被动柔顺性会使关节阀体输出转角产生回调,碰撞结束后,输出转角又会迅速恢复。为了有效吸收剩余的冲击能量,本文将自适应阻抗控制作为回转关节的主动柔顺控制,与关节的被动柔顺控制相结合,实现对关节的主被动联合柔顺控制,增大了回转关节在受到碰撞时的回调角度,能够更好地化解环境碰撞力。同时在关节的控制系统中设计并添加了一个模糊自适应PID(比例-积分-微分)控制器,作为自适应阻抗控制中的位置控制器,能够减小回转关节输出转角恢复后的稳态误差,提高了关节与外界接触时的安全性。

关键词：机械电子工程液压关节模糊PID控制自适应阻抗控制主被动联合柔顺控制

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基于RBF的油气水段塞流流型超声识别方法

化工进展 2024年第2期43卷 628-636页

作者：苏茜夏志飞刘振兴武汉科技大学信息科学与工程学院/人工智能学院湖北武汉430081 武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心湖北武汉430081

石油管道内的多相流流型识别主要集中在气液两相流和油水两相流方向且准确识别流型范围有限,为了解决油气水段塞流流型识别问题,本文提出一种基于RBF神经网络和超声传播规律的油气水段塞流流型识别方法。根据油气水段塞流的相分布特点,... 详细信息

石油管道内的多相流流型识别主要集中在气液两相流和油水两相流方向且准确识别流型范围有限,为了解决油气水段塞流流型识别问题,本文提出一种基于RBF神经网络和超声传播规律的油气水段塞流流型识别方法。根据油气水段塞流的相分布特点,建立了流型识别超声测试仿真模型。采用超声透射衰减技术和反射回波技术研究水平管道油气水三相段塞流超声响应特性,提取透射衰减信号区分段塞流液膜区、气泡夹带区和稳定液塞区。利用反射信号时间序列数据中的回波能量等统计特征,通过RBF神经网络对油气水段塞流进行流型识别。结果表明,基于超声传播机理以及RBF神经网络三相段塞流流型识别率为95.7%。基于RBF神经网络的流型识别算法研究为超声技术实现水平管油气水段塞流流型识别提供了理论基础。

关键词：多相流瞬态响应油气水段塞流超声衰减 RBF网络流型识别

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基于语义物体尺寸链的改进自适应蒙特卡洛动态定位研究

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机械工程学报 2024年第15期60卷 49-59页

作者：蒋林李云飞汤勃刘奇郭宇飞赵慧武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

为解决原始自适应蒙特卡洛定位(Adaptive Monte Carlo localization,AMCL)在相似动态环境下极易重定位失败的问题,首先融合机器人里程计信息、激光信息以及视觉信息,基于Gmapping算法完成机器人的即时定位与栅格地图的创建,其次将Kinec... 详细信息

为解决原始自适应蒙特卡洛定位(Adaptive Monte Carlo localization,AMCL)在相似动态环境下极易重定位失败的问题,首先融合机器人里程计信息、激光信息以及视觉信息,基于Gmapping算法完成机器人的即时定位与栅格地图的创建,其次将KinectV2彩色图像输入到目标检测识别方法中获取图像中物体检测框与类别,并结合GrabCut算法实现语义分割,利用配准数据计算出彩色图像中的物体在深度图像中对应位置,然后将获取到的KinectV2深度数据转换成点云信息并投影转换至全局地图坐标系下,得到物体语义图,并充分发掘各语义物体之间的关系,构建语义物体尺寸链,并提出一种快速有效的尺寸链检索方法,同时采用贝叶斯方法来减小误检测和重复检测对物体语义图的影响,将物体语义图和栅格地图进行原点重合以及位姿对齐,从而构建二维语义栅格地图,提出一种基于语义物体尺寸链的改进AMCL重定位算法,最后通过大量真实环境下的重定位实验验证了所提方法在相似动态环境中的优越性能。

关键词：相似动态环境语义物体尺寸链贝叶斯方法二维语义栅格地图重定位

激光熔覆MoNbTaVW难熔高熵合金涂层微动磨损性能

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材料导报 2024年第7期38卷 173-178页

作者：董颖辉陈飞寰蔡召兵林广沛卢冰文张坡古乐武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 广东省科学院新材料研究所广州510651

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5000、10000、15000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高... 详细信息

研究了采用激光熔覆技术制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在不同载荷(10N、20N、30N)、不同微动磨损幅值(50μm、150μm、250μm)、不同循环次数(5000、10000、15000)下的微动磨损性能及微动磨损机制。结果表明:所制备的MoNbTaVW难熔高熵合金涂层由Fe_(7)Ta_(3)型HCP固溶体相、FCC固溶体相及(Fe,Ni)基体相组成,其中FCC相为未熔的高熵合金粉末。根据正交实验极差分析可知,微动磨损幅值对磨损体积的影响最大,微动磨损载荷对磨损体积的影响次之,微动磨损循环次数对磨损体积的影响最小,其中MoNbTaVW难熔高熵合金涂层在15000次、20N、250μm微动磨损条件下的磨损体积达到最大值;微动磨损载荷对摩擦系数的影响最大,微动磨损幅值对摩擦系数的影响次之,微动磨损循环次数对摩擦系数的影响最小,其中MoN bTaVW难熔高熵合金涂层在10000次、30 N、150μm微动磨损条件下的摩擦系数达到最大值。MoNbTaVW难熔高熵合金涂层的微动磨损机制主要为氧化磨损和黏着磨损,磨损产生的磨损碎片主要为Ta、W的氧化物。

关键词：难熔高熵合金微动磨损摩擦学性能正交实验

多载位机器人存取系统的储位分配与路径规划协同优化

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系统工程理论与实践 2024年

作者：刘翱臧硕文李儒博任亮彭琨琨邓旭东武汉科技大学管理学院武汉科技大学服务科学与工程研究中心

多载位自动小车一次能同时搬运多个货箱，这既增加了自动小车的作业能力和灵活性，但也给自动小车的作业优化带来了更大的挑战. 为此，针对多载位机器人存取系统的储位分配与路径规划协同优化问题，建立了以最小化补货总距离和货箱... 详细信息

多载位自动小车一次能同时搬运多个货箱，这既增加了自动小车的作业能力和灵活性，但也给自动小车的作业优化带来了更大的挑战. 为此，针对多载位机器人存取系统的储位分配与路径规划协同优化问题，建立了以最小化补货总距离和货箱加权距离之和为目标的非线性混合0-1整数规划模型，并对其进行线性化; 根据该问题包含储位分配、车辆分配和路线排序三部分决策的特征，设计了7个局部搜索算子、自适应选择算子策略、全局路径规划修复策略和自适应大邻域搜索算法; 基于400个算例的仿真对比与统计检验结果表明，自适应大邻域搜索算法的求解效果整体优于精确算法、遗传算法、模拟退火和变邻域搜索; 与上述算法相比，问题的规模越大，本文算法的优势越明显; 与两阶段优化相比，协同优化在求解该问题时具有更好的效果; 进一步分析发现，选择合适的多载位机器人(比如，最大载位数为6～7)和补货策略(比如，缺货比例为0.25～0.30)，有助于企业综合权衡其成本与效率.

关键词：多载位机器人存取系统储位分配路径规划协同优化自适应大邻域搜索