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考虑切削能耗和表面质量的CFRP加工工艺参数优化决策

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中国机械工程 2024年

作者：鄢威王欣怡张华朱硕江志刚武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉科技大学绿色制造工程研究院武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室

随着碳纤维复合材料（CFRP）应用范围的日益广泛，其二次加工的能耗问题凸显。由于CFRP的非均质性与各向异性，其加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂，导致现有相关经验公式难以适用。基于此，本文以CFRP二次加工的切... 详细信息

随着碳纤维复合材料（CFRP）应用范围的日益广泛，其二次加工的能耗问题凸显。由于CFRP的非均质性与各向异性，其加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂，导致现有相关经验公式难以适用。基于此，本文以CFRP二次加工的切削力分析为切入点，对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先，分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响，推导了切削力模型；其次建立了以切削三要素和纤维方向角为变量，以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型，并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法；最后，通过铣削实验设计，验证了上述模型和方法的可行性和优越性。

关键词：碳纤维复合材料加工工艺参数优化决策加工能耗表面粗糙度

界面剂对全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结界面力学性能的影响

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3154-3167页

作者：朱红兵付正昊王烨陈经毅武汉科技大学城市建设学院武汉430065 城市更新湖北省工程研究中心武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院武汉430065

制备了5种粘结界面的全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结试件,通过劈裂抗拉、剪切和弯曲等力学试验及SEM测试,探究界面剂对全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结界面力学性能的影响。力学试验结果表明:涂抹界面剂可有效改善界面区结构,大幅提高... 详细信息

制备了5种粘结界面的全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结试件,通过劈裂抗拉、剪切和弯曲等力学试验及SEM测试,探究界面剂对全轻陶粒混凝土与普通混凝土粘结界面力学性能的影响。力学试验结果表明:涂抹界面剂可有效改善界面区结构,大幅提高界面力学性能;环氧树脂界面剂是改善界面劈裂抗拉强度和抗折强度的最优界面剂,强度值分别可提升56.5%和38.3%;聚合物类胶浆界面剂对界面抗剪强度的提升效果最为明显,可提升71.2%;涂抹水泥净浆界面的力学性能也能满足行业标准要求,硅灰水泥净浆作为界面剂较水泥净浆更优;界面剂对力学指标的影响程度从强到弱依次为劈裂抗拉强度、抗折强度和抗剪强度。建立了以全轻陶粒混凝土力学指标为基础、考虑界面剂影响的新老混凝土界面力学强度计算公式。SEM测试从微观层面较好地解释了力学性能测试结论:涂抹界面剂能减小新老混凝土间的微观裂缝宽度,以环氧树脂界面剂和聚合物类胶浆的效果较明显;涂抹界面剂可有效降低界面过渡区的孔隙率,孔隙率下降幅度为46.44%~60.81%。研究结论对混凝土结构加固界面处理具有参考价值。

关键词：界面剂全轻陶粒混凝土普通混凝土界面劈裂抗拉强度界面抗剪强度界面抗折强度微观结构

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高性能地聚物混凝土早期收缩特性

复合材料学报 2024年第2期41卷 952-964页

作者：万聪聪姜天华武汉科技大学城市建设学院武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院武汉430065 城市更新湖北省工程研究中心武汉430065

为研究高性能地聚物混凝土的早期收缩性能,进行系列试验研究与分析。研究表明:在试验掺量变量范围内,硅灰掺量及水玻璃模数对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩影响一致,均先减小后增大;硅灰掺量及钢纤维掺量对高性能地聚物混凝土早期自... 详细信息

为研究高性能地聚物混凝土的早期收缩性能,进行系列试验研究与分析。研究表明:在试验掺量变量范围内,硅灰掺量及水玻璃模数对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩影响一致,均先减小后增大;硅灰掺量及钢纤维掺量对高性能地聚物混凝土早期自收缩影响一致,均先增大后减小,之后再增大。在水玻璃模数范围内,水玻璃模数对高性能地聚物混凝土早期自收缩均为负面影响,增大水玻璃模数,高性能地聚物混凝土早期自收缩均依次增大。在试验钢纤维掺量范围内,钢纤维掺量对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩均为正面影响,增加钢纤维掺量,高性能地聚物混凝土早期干燥收缩均依次降低。高性能地聚物混凝土试件早期干燥收缩均在1411×10^(-6)~4387×10^(-6)之间,早期自收缩均在856×10^(-6)~1188×10^(-6)之间。随龄期增长,高性能地聚物混凝土干燥收缩初期增长较快,自收缩先略微减小后快速增长,之后均逐渐趋于平缓,并可将早期收缩曲线分为3个阶段(快速增长段、缓慢增长段和稳定段)。基于早期干燥收缩实测值,验证了GL2000模型对高性能地聚物混凝土早期干燥收缩曲线的适用性。

关键词：高性能地聚物混凝土硅灰水玻璃模数钢纤维干燥收缩自收缩

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基于混合策略改进的樽海鞘群算法

控制与决策 2024年第8期39卷 2541-2550页

作者：梁成龙陈志环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科技大学机器人与智能系统研究院

针对樽海鞘群算法(SSA)在求解复杂优化问题时存在的易陷入局部最优、收敛精度低等缺点,提出一种基于混合策略改进的樽海鞘群算法(ISSA).首先,采用Sobol序列实现樽海鞘种群的初始化,使初始种群在解空间中分布更加均匀,进而提高算法的全... 详细信息

针对樽海鞘群算法(SSA)在求解复杂优化问题时存在的易陷入局部最优、收敛精度低等缺点,提出一种基于混合策略改进的樽海鞘群算法(ISSA).首先,采用Sobol序列实现樽海鞘种群的初始化,使初始种群在解空间中分布更加均匀,进而提高算法的全局寻优能力;其次,在领导者位置更新阶段引入步长控制因子,根据不同寻优时期自动调节领导者的搜索范围,有效平衡算法的全局搜索与局部搜索;然后,采用改进的透镜成像策略对领导者进行映射,避免算法陷入局部最优;此外,在追随者位置更新阶段,引入一种自主选择追随机制,改善追随者的盲从性,以提高算法的收敛精度;最后,与其他几种代表性优化算法在12个基准测试函数上进行仿真实验对比,并进行Wilcoxon秩和检验,实验结果表明所提出ISSA在收敛速度和精度上有明显提升,相较于其他优化算法具有更好的寻优效果和稳定性.另外,通过两个工程设计案例实验进行测试,进一步验证了所提出ISSA的可行性和适用性.

关键词：樽海鞘群算法 Sobol序列步长控制因子透镜成像自主追随 Wilcoxon秩和检验

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磷建筑石膏矿渣水泥的水化过程与耐水性能

建筑材料学报 2024年第5期27卷 391-399页

作者：廖宜顺董兴智廖国胜梅军鹏武汉科技大学城市建设学院湖北武汉430065 武汉科技大学高性能工程结构研究院湖北武汉430065 武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心湖北武汉430065

通过凝结时间、流动度、孔溶液pH值、抗折强度、抗压强度、吸水率、软化系数、水化热和水化产物分析测试,探究了磷建筑石膏(CPG)掺量对石膏矿渣水泥水化过程与耐水性能的影响.结果表明:随着CPG掺量的增加,石膏矿渣水泥的凝结时间缩短,... 详细信息

通过凝结时间、流动度、孔溶液pH值、抗折强度、抗压强度、吸水率、软化系数、水化热和水化产物分析测试,探究了磷建筑石膏(CPG)掺量对石膏矿渣水泥水化过程与耐水性能的影响.结果表明:随着CPG掺量的增加,石膏矿渣水泥的凝结时间缩短,流动度减小,吸水率与3 d水化累计放热量均增大;水泥净浆孔溶液的pH值在水化早期快速下降,56 d时保持不变;当CPG掺量从40%增加到70%时,56 d水泥净浆孔溶液的pH值从11.02减小到10.62,水泥胶砂的软化系数从0.98减小到0.91,主要水化产物均为二水石膏和钙矾石,并且钙矾石的含量随着CPG掺量的增加而减少.

关键词：磷建筑石膏石膏矿渣水泥水化热吸水率软化系数

基于生成对抗网络的跨分辨率拓扑优化方法的比较研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 132-140页

作者：朱赫鹏丁喆张严李小白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

拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计... 详细信息

拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计,从而大幅提高其计算效率。该文基于两种不同的生成对抗网络,构建了可实现跨分辨率预测的拓扑优化方法,并将其扩展至三维结构的优化预测。首先,以柔顺度最小化为目标函数,利用各向同性材料惩罚法生成不同载荷条件、初始位移和体积分数下的优化结构数据集;然后,分别利用Pix2pix和Esrgan网络解决其跨分辨率预测问题,其中对于Pix2pix网络,使用了残差模块代替其生成器内部的卷积模块,以增强网络对低层信息的复用;最后,通过二维和三维算例验证了所提方法的有效性,并与现有基于CGAN(conditional generative adversarial network)网络的方法进行了比较研究。结果表明,综合考虑计算精度和计算效率,基于Esrgan网络的方法表现更优,最适合应用于跨分辨率拓扑优化设计。

关键词：拓扑优化柔顺度跨分辨率预测 Pix2pix Esrgan

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数模联动的多特征工件加工能耗预测方法研究

组合机床与自动化加工技术 2024年第4期 66-71页

作者：张华马超鄢威朱硕江志刚武汉科技大学绿色制造工程研究院武汉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 武汉科技大学汽车与交通工程学院武汉430081

在实际切削加工过程中材料去除率是不断变化的,现有将其视为恒量的能耗建模方法难以实现能耗准确预测。为了提高切削过程能耗预测精度,提出了一种基于材料去除率的数模联动加工能耗预测方法。首先,基于切削过程刀具与工件的接触关系分... 详细信息

在实际切削加工过程中材料去除率是不断变化的,现有将其视为恒量的能耗建模方法难以实现能耗准确预测。为了提高切削过程能耗预测精度,提出了一种基于材料去除率的数模联动加工能耗预测方法。首先,基于切削过程刀具与工件的接触关系分析了切入、完全切入和切出阶段材料去除率变化规律,并对相应的加工能耗特性进行了分析;其次,提出了数据驱动的刀具切入,切出阶段加工能耗预测方法,以及模型驱动的完全切入阶段加工能耗预测方法,实现加工过程能耗准确预测;最后,利用实验案例验证了所提模型及方法的有效性,为今后研究能耗预测精度奠定了基础。

关键词：数模联动材料去除率多特征零件加工能耗预测

基于改进深度Q网络的机器人持续监测路径规划

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兵工学报 2024年第6期45卷 1813-1823页

作者：王霄龙陈洋胡棉李旭东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 武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081

持续监测问题指的是通过规划移动机器人在路网中的巡逻路线,从而对路网环境实施长期监测,以实现保障环境安全的目的。环境中的待监测点通常受到最大允许监测周期(重访周期)的限制,并且最优的监测路径不应具有固定的周期,否则监测过程容... 详细信息

持续监测问题指的是通过规划移动机器人在路网中的巡逻路线,从而对路网环境实施长期监测,以实现保障环境安全的目的。环境中的待监测点通常受到最大允许监测周期(重访周期)的限制,并且最优的监测路径不应具有固定的周期,否则监测过程容易被恶意入侵者针对性地破坏。针对上述问题,提出一种基于改进深度Q网络(Deep Q Networks,DQN)的机器人监测路径规划算法。改进DQN的决策方法,使机器人获得一条监测频率高、安全性好(防止被智能入侵的能力)、非固定周期的监测路径。仿真实验结果表明:所提算法可以高效地覆盖所有待监测节点;与传统的DQN算法相比,该算法不会使监测陷入周期性的循环路径之中,增强了系统的抗入侵能力。

关键词：持续监测强化学习路径规划移动机器人

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复杂协同攻击下一类非线性系统的分布式一致性滤波器设计

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控制与决策 2024年第1期39卷 189-195页

作者：高霞吴怀宇郑秀娟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

针对复杂协同攻击下一类非线性系统的状态估计问题,提出一种分布式一致性递推滤波算法.首先,将拒绝服务攻击(denial of service, DoS)和虚假数据注入攻击(false data injection, FDI)现象描述为两个随机Bernoulli序列,并利用统一的框架... 详细信息

针对复杂协同攻击下一类非线性系统的状态估计问题,提出一种分布式一致性递推滤波算法.首先,将拒绝服务攻击(denial of service, DoS)和虚假数据注入攻击(false data injection, FDI)现象描述为两个随机Bernoulli序列,并利用统一的框架建立包含DoS和FDI的复杂协同攻击模型;然后,基于一致性理论设计具有分布式结构的递推滤波器,计算最优滤波器增益,并推导该滤波器估计误差满足均方有界的充分必要条件;最后,利用室内机器人的定位问题进行验证,仿真结果验证了所提出滤波器算法的有效性.

关键词：一致性滤波器状态估计 FDI攻击 DoS攻击室内机器人定位