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基于级联森林的电阻点焊熔核直径预测算法

计算机集成制造系统 2023年第7期29卷 2267-2276页

作者：郭培金胡雯蔷朱钦淼王瑜辉华中科技大学软件学院湖北武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 武汉数字化设计与制造创新中心有限公司湖北武汉430074

异质材料电阻点焊是非线性的复杂物理过程,焊接工艺参数与熔核直径的数学映射模型难以建立。鉴于此,提出结合自适应差分进化算法与级联森林进行电阻点焊熔核直径预测。考虑两层不等厚异质板材电阻点焊实验数据的特征,以材料的物理特性... 详细信息

异质材料电阻点焊是非线性的复杂物理过程,焊接工艺参数与熔核直径的数学映射模型难以建立。鉴于此,提出结合自适应差分进化算法与级联森林进行电阻点焊熔核直径预测。考虑两层不等厚异质板材电阻点焊实验数据的特征,以材料的物理特性和化学成分表征材料信息,并将工艺和材料视为质量影响因素作为模型的输入特征;分别选择随机森林、XGBoost和LightGBM作为元学习器级联到传统级联森林中,利用自适应差分进化算法搜寻最优超参数确定级联结构,引入SHAP理论分析影响熔核直径的因素及其作用。实验结果表明,经超参数优化的级联森林模型在测试集上的R 2、MSE分别为0.9480、0.0315,优于基线模型,同时确定了熔核直径的重要影响因素,为新材料焊接的工艺参数设计提供依据。

关键词：电阻点焊级联森林 SHAP值差分进化

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轻量化铝反射镜拓扑优化与加工试验研究

应用光学 2024年第5期45卷 1034-1041页

作者：张楚鹏杨贤昭陈肖湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068 国家数字化设计与制造创新中心湖北武汉430206

铝反射镜在航空航天和空间遥感卫星领域中广泛应用,为了提高铝反射镜的轻量化率,降低民用商业遥感卫星的发射成本,设计了一种背部开放式、三角形孔结构和三点支撑形式的轻量化铝反射镜。在此结构基础上,首先以质量最小为优化目标,以反... 详细信息

铝反射镜在航空航天和空间遥感卫星领域中广泛应用,为了提高铝反射镜的轻量化率,降低民用商业遥感卫星的发射成本,设计了一种背部开放式、三角形孔结构和三点支撑形式的轻量化铝反射镜。在此结构基础上,首先以质量最小为优化目标,以反射镜背部加强筋的厚度和加强筋的布局为优化对象,以柔度最小为响应约束,应用有限元法对反射镜背部加强筋的厚度进行尺寸优化和加强筋的布局进行拓扑优化,得到的铝反射镜轻量化率超过63%;然后设计了工装夹具进行单点金刚石车削加工试验;最后使用激光干涉仪检测反射镜的面形精度。检测结果表明:反射镜的面形值PV(peak to valley)为1.48μm,能够满足民用商业遥感卫星的使用要求。

关键词：铝反射镜轻量化率拓扑优化单点金刚石车削

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城市更新大数据平台研究及应用

清华大学学报(自然科学版) 2025年第1期 22-34页

作者：郭致远李健汪薇马江平程曦蕊骆汉宾华中科技大学土木与水利工程学院国家数字建造技术创新中心武汉市土地储备中心武汉数字建造产业技术研究院有限公司

在国际国内形势百年变局加速演进，经济发展面临需求收缩、供给冲击、预期转弱三重压力的背景下，加快推进数字技术成果转化、以数字技术促进创新主体和各类创新要素有效协同、形成合力，对于中国经济高质量发展至关重要。在城市更新活... 详细信息

在国际国内形势百年变局加速演进，经济发展面临需求收缩、供给冲击、预期转弱三重压力的背景下，加快推进数字技术成果转化、以数字技术促进创新主体和各类创新要素有效协同、形成合力，对于中国经济高质量发展至关重要。在城市更新活动中，该文以国土调查、地籍调查、不动产登记等法定数据，以及人口、经济社会、历史文化、自然地理和生态、景观资源等方面调查数据为基础，构建了城市更新大数据体系，以数字技术与城市更新应用深度融合为主线，研发了数字合作的城市更新大数据平台，实现城市更新中不动产权益、工程建造、城市管理、运营维护等全流程数据的互联互通，维护了城市更新所涉资源、资产、资本的权益。该文旨在以数字技术创新为驱动、以信息网络为基础，实现数字的产业化、传统产业的数字化快速转化，探索“土地经济”向“数字经济”的转型，不断做强做优做大中国数字经济。

关键词：数据驱动城市更新大数据数字经济

海水制革过程中牛皮微观结构变化及蓝湿革性能

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皮革科学与工程 2025年第1期35卷 42-51页

作者：林可心胡礼智牛泽温会涛田振华兴业皮革科技股份有限公司国家企业技术中心福建晋江362271 陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西西安710021 福建省皮革绿色设计与制造重点实验室福建晋江362271

采用海水代替工业水设计蓝湿革加工工艺,获得海水加工牛皮(HS)蓝湿革。以工业水加工的牛皮(GS)为对照组,考察各工序中HS的微观结构以及蓝湿革的热稳定性、感官性能和物理性能。结果表明,海水对浸灰工序的影响最大,HS灰皮中胶原纤维松散... 详细信息

采用海水代替工业水设计蓝湿革加工工艺,获得海水加工牛皮(HS)蓝湿革。以工业水加工的牛皮(GS)为对照组,考察各工序中HS的微观结构以及蓝湿革的热稳定性、感官性能和物理性能。结果表明,海水对浸灰工序的影响最大,HS灰皮中胶原纤维松散程度较低,主要是由于海水中氯化钠的存在抑制了裸皮的碱膨胀;HS蓝湿革中铬含量低于GS;HS蓝湿革的热稳定性、柔软度、透水汽性低于GS蓝湿革;但均能满足生产工艺的需求。同时,HS的纤维编织更为紧密,使得其抗张强度、撕裂强度和崩裂强度等力学性能均优于GS,且视密度和感官性能评价略高,体现出海水制革的优越性。

关键词：制革海水牛皮微观结构蓝湿革热稳定性物理性能

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移动边界下塑料熔体充填模拟的稳定性方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第6期51卷 137-143页

作者：陈路黄志高周何乐子周华民华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 国家数字化设计与制造创新中心湖北武汉430075

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法.该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合... 详细信息

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法.该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合计算方案,提升了移动网格下塑料熔体充填模拟的稳定性和精度;进一步针对计算过程中网格变形导致四面体单元反转错误的问题,采用引入反转单元罚函数的线弹性网格优化方法,提升了移动边界下网格变形的稳定性;数值稳定性实验表明该方法在网格极端变形和不同单元纵横比下均能稳定求解.最后采用具有柔性移动边界特征的注射压缩-热压复合成形工艺对该方法进行验证,发现移动边界下塑料熔体流动前沿的模拟误差为3.3%,实现了对此类成形工艺的精确模拟.

关键词：塑料成形移动边界网格优化充填模拟有限元法

单晶硅激光辅助超精密切削工艺优化与表面特性

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光学精密工程 2023年第1期31卷 99-108页

作者：陈肖柯金洋佘中迪张建国许剑锋湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068 华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074 国家数字化设计与制造创新中心湖北武汉430206

为了获得优化的单晶硅激光辅助超精密切削工艺,探究切削加工后单晶硅元件的表面特性,采用正交实验方法对单晶硅的激光原位辅助单点金刚石切削工艺参数进行优化,并对切削加工单晶硅表面质量、面形精度、残余应力和光学透过率等表面特性... 详细信息

为了获得优化的单晶硅激光辅助超精密切削工艺,探究切削加工后单晶硅元件的表面特性,采用正交实验方法对单晶硅的激光原位辅助单点金刚石切削工艺参数进行优化,并对切削加工单晶硅表面质量、面形精度、残余应力和光学透过率等表面特性进行了测量与分析。通过正交实验数据的表面粗糙度方差分析和信噪比分析,获得的优化工艺参数组合为主轴转速为1 500 r/min、进给速率为5 mm/min、切削深度为3 μm、激光功率为4.5 W。采用上述工艺参数加工的165 mm口径单晶硅非球面光学元件的表面粗糙度和面形精度PV分别为2.74 nm和0.52 μm。激光辅助切削加工后的单晶硅表面存在(-1 760.8±362.1) MPa的残余压应力。激光辅助超精密切削加工的单晶硅光学元件在3~5 μm中红外波段镀膜前后的透过率分别为55%和98%,折射率为3.43。实验结果表明,激光辅助超精密切削技术可作为单晶硅光学元件的半精加工或最终精加工工序,以提升复杂面形单晶硅元件的制造效率。

关键词：激光辅助超精密切削单晶硅工艺优化表面粗糙度面形精度残余应力透过率

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基于数字孪生的复杂件多机器人智能加工方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 1-9页

作者：段现银邵宇轩彭芳瑜向峰杨岑岑周林武汉科技大学冶金装备及其控制省部共建教育部重点实验室湖北武汉430081 国家数字化设计与制造创新中心湖北武汉430074 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室湖北武汉430074

针对舱体类构件内部存在众多复杂相交特征且可行空间狭小,其内壁等加工有极大困难,制造设备的加工效率和智能化水平难以满足航天装备快速和高质量发展需求问题,为提高舱体类构件制造设备的加工效率和智能化水平,提出了一种基于数字孪生... 详细信息

针对舱体类构件内部存在众多复杂相交特征且可行空间狭小,其内壁等加工有极大困难,制造设备的加工效率和智能化水平难以满足航天装备快速和高质量发展需求问题,为提高舱体类构件制造设备的加工效率和智能化水平,提出了一种基于数字孪生的多机器人智能协同加工方法.构建了不同功能机器人协同加工系统虚拟空间、物理空间和信息数据层的数字孪生框架,详细阐述了孪生数据源及类型、数据融合和数据存储等孪生数据模型的设计;建立了多机器人协同加工优化控制与决策模型,研制了多机器人智能加工软硬件平台,实现了虚实映射与交互以及加工系统在线监控.以某型号飞行器舱段精密铣削和测量工艺为案例进行验证与分析,优化加工路线,提高加工效率,验证了该方法的可行性与高效性.

关键词：智能制造智能加工数字孪生多机器人舱体类构件

基于线激光传感器的T型焊件焊缝检测及误差修正

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激光杂志 2023年第9期44卷 48-54页

作者：王正家朱泽文朱钦淼杨晓龙雷卓湖北工业大学机械工程学院武汉430068 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 武汉数字化设计与制造创新中心有限公司武汉430074

为了提高T型焊件焊缝检测的精度,提出了一种基于线激光传感器的检测方法,并分析了该方法下的主要误差来源。首先,通过线激光传感器边缘偏差修正方法实现腹板边缘误差的修正,再针对面板上偏移和丢失的激光点,提出一种基于稳健最小二乘法... 详细信息

为了提高T型焊件焊缝检测的精度,提出了一种基于线激光传感器的检测方法,并分析了该方法下的主要误差来源。首先,通过线激光传感器边缘偏差修正方法实现腹板边缘误差的修正,再针对面板上偏移和丢失的激光点,提出一种基于稳健最小二乘法的修正算法,实现偏移点的剔除和丢失点的补偿。以焊缝宽度为0.800 mm的T型焊件作为实验对象,经修正后的激光点数据,在15°和20°入射角度下,测量误差分别降低了4倍和2.5倍,测量误差最小达0.005 mm,在确保了检测效率的同时也提高了测量精度。

关键词： T型焊件线激光点云误差补偿最小二乘法

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Zr基金属玻璃超精密加工切屑形成机理研究

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2021年第2期45卷 384-389页

作者：佘中迪尤建峡陈肖许剑锋姚振华武汉数字化设计与制造创新中心有限公司武汉430074 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074 武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070

文中基于Nanoform X纳米超精密加工机床对Zr基金属玻璃进行划痕实验利用高分辨率测力仪及扫描电子显微镜对切削过程中的切削力和切屑形态进行了测量和表征.结果表明:随着切削速度和切削深度的增加,切屑的锯齿化程度增大,而变形程度减小... 详细信息

文中基于Nanoform X纳米超精密加工机床对Zr基金属玻璃进行划痕实验利用高分辨率测力仪及扫描电子显微镜对切削过程中的切削力和切屑形态进行了测量和表征.结果表明:随着切削速度和切削深度的增加,切屑的锯齿化程度增大,而变形程度减小;通过对比分析发现切削力的变化频率和切屑分离频率表现出高度一致性,说明周期性切削力的产生是由于锯齿状切屑的形成;在单个锯齿单元上有主剪切带及大量第二剪切带的形成,这和切削力在单个周期的变化情况也是高度吻合的,基于此阐释了锯齿状切屑的形成机理;同时,结合已建立的理论正交切削模型,对不同切削条件下主剪切区的剪切屈服应力进行了有效地预测.

关键词：金属玻璃超精密切削主剪切带锯齿状切屑