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巡航状态下泵喷推进潜艇流场与声场特性研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第7期45卷 1288-1296页

作者：郭荣李舟睿张人会王乾年李仁年兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

为研究巡航状态下泵喷推进潜艇流场和声场的分布规律,本文基于分离涡模拟湍流模型进行全流域非定常数值计算,运用声学有限元方法预测流动诱导噪声。试验研究在循环水槽试验台进行,采用水听器和推力采集系统测试噪声和推力信息。结果表明... 详细信息

为研究巡航状态下泵喷推进潜艇流场和声场的分布规律,本文基于分离涡模拟湍流模型进行全流域非定常数值计算,运用声学有限元方法预测流动诱导噪声。试验研究在循环水槽试验台进行,采用水听器和推力采集系统测试噪声和推力信息。结果表明:外流场对喷流流场的影响随航速的增加而减弱,泵喷内部存在流道堵塞现象;叶轮噪声为最主要的流体动力噪声源,其频谱特性与压力脉动的频谱特性相似;过流壁面噪声声压级在子午面呈偶极子分布,而喷流噪声在弧矢面分布有一定的均匀性,在子午面上沿喷流方向存在极大值。研究揭示了巡航状态下泵喷内部的复杂流动过程和各类流动诱导噪声分布规律,为高效低噪的泵喷推进器设计和性能优化提供了一定的理论基础和技术支持。

关键词：泵喷推进潜艇流场特性声场特性巡航状态喷流声学有限元

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超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀及影响因素研究进展

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表面技术 2024年第17期53卷 1-16,111页

作者：封茂廉影李阳吴亚鹏河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038 河北省智能工业装备技术重点实验室河北邯郸056038

超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层作为一种耐空蚀保护涂层,以其优异的性能被广泛应用于流体机械的过流部件。概述空蚀破坏的机制和超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层的制备过程,同时从内因和外因两方面归纳影响此类涂层空蚀行为的因素。在此基础上... 详细信息

超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层作为一种耐空蚀保护涂层,以其优异的性能被广泛应用于流体机械的过流部件。概述空蚀破坏的机制和超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层的制备过程,同时从内因和外因两方面归纳影响此类涂层空蚀行为的因素。在此基础上,从喷涂粉末因素、喷涂制备因素、工况因素、力学性能、空蚀机理,以及与其他涂层的比较等几个方面重点综述近年来国内外学者对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀行为研究的重要成果。喷涂粉末因素主要与WC颗粒的尺度、Cr元素及稀土元素等有关;喷涂制备因素主要与喷涂工艺(助燃气体、燃料、燃烧室压力、喷嘴几何形状及喷涂粒子速度等)和喷涂后处理(封孔和磨抛处理)有关。喷涂粉末因素和制备因素会影响涂层的显微组织结构(元素分布、物相组成、孔隙率及层间结构等)和力学性能(显微硬度、断裂韧性、结合强度及残余应力等),进而影响涂层的抗空蚀性能。此外,涂层的破坏程度还受到空蚀时间和所处介质的腐蚀和流速的影响。最后,对超音速火焰喷涂WC-Co-Cr涂层空蚀研究的发展方向进行展望。

关键词：超音速火焰喷涂 WC-Co-Cr涂层空蚀影响因素

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深埋大理岩三轴压缩渐近破坏裂纹扩展特征

工程科学与技术 2024年

作者：王悠刘晓辉胡安奎李泓颖邱薛西华大学流体及动力机械教育部重点实验室西华大学流体机械及工程四川省重点实验室西华大学能源与动力工程学院

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中的裂纹扩展特征，基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定，利用PFC3D颗粒流模型对深埋大理岩开展25、50、80 MPa3种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验，根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态... 详细信息

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中的裂纹扩展特征，基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定，利用PFC3D颗粒流模型对深埋大理岩开展25、50、80 MPa3种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验，根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数，定义3种特征应力，并据此展开深埋大理岩渐进破坏过中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明：1)室内试验与数值模拟的应力-应变曲线较好吻合，峰值应力相差较小，破坏形式与室内试验一致，故数值模拟参数标定合理。2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律，将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段4个阶段，并根据裂纹数量定义3个特征应力点。3)随着围压的增加，深埋大理岩达到起裂应力σci时，裂纹从两端开始萌发；加载至损伤应力σcd点时，向中间扩展；达到峰值应力σc点时，在宏观破坏面附近扩展、增生；加载至峰值点后70%峰值应力点时，最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。4)随着围压的增加，裂纹出现的范围更广，贯通性减弱，峰值应力σc点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈，峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。5)加载前期，围压的增长对裂纹数量增长促进作用更强；加载后期促进作用减弱；最终裂纹扩展形成的实际宏观破坏角度大约为210°。

关键词：深埋大理岩围压裂纹扩展渐进破坏细观破坏特征

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双柱体系统局部电场计算的互偶极子模型

电工技术学报 2024年第12期39卷 3869-3883页

作者：张嘉琳康永强蒲绪宏李帅兵兰州交通大学新能源与动力工程学院兰州730070 大型电气传动系统与装备技术国家重点实验室天水741020

两相体局部电场计算模型是研究两相体电场分布、相互作用机制等重要课题的关键,而线电偶极子模型是当前双柱体系统电场计算的经典模型,但当柱体间距较近且介电常数较大时,其计算误差显著增大。针对该问题,该文考虑双柱体系统在均匀电场... 详细信息

两相体局部电场计算模型是研究两相体电场分布、相互作用机制等重要课题的关键,而线电偶极子模型是当前双柱体系统电场计算的经典模型,但当柱体间距较近且介电常数较大时,其计算误差显著增大。针对该问题,该文考虑双柱体系统在均匀电场中的相互作用与极化过程,将处于电场环境中的柱体极化过程分解为外电场极化与相互作用极化两个过程,其中外电场极化结果通过位于柱体轴心的自偶极矩表征,而柱体间极化结果通过一个偏离柱体轴心的互偶极矩表征,并由此构建了双柱体系统互偶极子模型。通过与经典线电偶极子模型及有限元模型计算结果的对比发现,所提的双柱体系统互偶极子模型即使在柱体间距D=0.1R且介电常数之比εi/εe=100时,其计算误差仍小于5%,该结果表明互偶极子模型能够在柱体间距较小且介电常数之比较大时,对双柱体系统的电场分布得到较为精确的计算结果。

关键词：双柱体系统柱体间相互作用电场分布互偶极子模型

改进DeepLabV3+算法提取无作物田垄导航线

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农业工程学报 2024年第10期40卷 168-175页

作者：俞高红王一淼甘帅汇徐惠民陈逸津王磊浙江理工大学机械工程学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018

机器视觉导航是智慧农业的重要部分,无作物田垄的导航线检测是旱地移栽导航的关键。针对无作物田垄颜色信息相近、纹理差距小,传统图像处理方法适用性差、准确率低,语义分割算法检测速度慢、实时性差的问题,该研究提出一种基于改进DeepL... 详细信息

机器视觉导航是智慧农业的重要部分,无作物田垄的导航线检测是旱地移栽导航的关键。针对无作物田垄颜色信息相近、纹理差距小,传统图像处理方法适用性差、准确率低,语义分割算法检测速度慢、实时性差的问题,该研究提出一种基于改进DeepLabV3+的田垄分割模型。首先对传统DeepLabV3+网络进行轻量化设计,用MobileNetV2网络代替主干网络Xception,以提高算法的检测速度和实时性;接着引入CBAM(convolutional block attention module,CBAM)注意力机制,使模型能够更好地处理垄面边界信息;然后利用垄面边界信息获得导航特征点,对于断垄情况,导航特征点会出现偏差,因此利用四分位数对导航特征点异常值进行筛选,并采用最小二乘法进行导航线拟合。模型评估结果显示,改进后模型的平均像素精确度和平均交并比分别为96.27%和93.18%,平均检测帧率为84.21帧/s,优于PSPNet、U-Net、HRNet、Segformer以及DeepLabV3+网络。在不同田垄环境下,最大角度误差为1.2°,最大像素误差为9,能够有效从不同场景中获取导航线。研究结果可为农业机器人的无作物田垄导航提供参考。

关键词：机器视觉导航语义分割导航路径最小二乘法无作物田垄

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基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法

农业机械学报 2024年第1期55卷 223-232页

作者：马锃宏谭励曾伟贺磊盈杜小强浙江理工大学机械工程学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018 农业农村部东南丘陵山地农业装备重点实验室(部省共建) 杭州310018

针对传统农业机器人抓取过程中视觉识别番茄果实尺寸和姿态存在枝叶遮挡的问题,提出了一种基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法。在果实抓取过程中通过视触觉传感器得到果实外轮廓接触局部点云信息,然后通过相机参数标定以及各手指... 详细信息

针对传统农业机器人抓取过程中视觉识别番茄果实尺寸和姿态存在枝叶遮挡的问题,提出了一种基于视触觉感知的番茄尺寸和姿态解析方法。在果实抓取过程中通过视触觉传感器得到果实外轮廓接触局部点云信息,然后通过相机参数标定以及各手指关节变换矩阵,将不同传感器坐标系下的点云信息变换到同一基坐标系下,进而通过点云改进PCA算法和ICP算法解析抓取果实的尺寸和姿态信息。为了评估所提出解析方法的性能,在实验室环境下进行了番茄尺寸和姿态检测试验。通过游标卡尺测量和深度相机扫描分别获得番茄果实尺寸和姿态的真实值,并与本文方法解析结果进行对比。检测试验结果表明,本文方法获得的番茄横向尺寸和纵向尺寸平均相对误差分别为8.66%和11.08%,番茄果轴与视场投影面的水平夹角和垂直偏转角平均相对误差分别为10.03%和14.02%。本文方法解析的番茄果实尺寸与姿态信息,可应用于番茄果实抓取过程中的姿态调控,从而提高番茄果实抓取采摘的可靠性。

关键词：番茄采摘视触觉传感器尺寸与姿态解析 PCL点云库改进PCA算法 ICP算法

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磁悬浮织针驱动方法和控制技术

纺织学报 2024年第5期45卷 202-208页

作者：熊涛李成缘桂顺王意张成俊左小艳武汉纺织大学机械工程与自动化学院湖北武汉430073 湖北省数字化纺织装备重点实验室湖北武汉430073

为完善磁悬浮针织横机的工艺流程,实现花型设计图案到织针编织动作的数据转换,首先根据混合磁悬浮针织横机系统的工作原理,设计了步进式磁悬浮织针的驱动方案;然后采用数学矩阵的方法,建立磁悬浮针织横机双色单面提花织物的意匠图模型,... 详细信息

为完善磁悬浮针织横机的工艺流程,实现花型设计图案到织针编织动作的数据转换,首先根据混合磁悬浮针织横机系统的工作原理,设计了步进式磁悬浮织针的驱动方案;然后采用数学矩阵的方法,建立磁悬浮针织横机双色单面提花织物的意匠图模型,同时推导出双色单面提花织物的数据转换算法,最后将意匠图设计的花型数据转换成织针编织的驱动数据,并根据步进式磁悬浮织针的驱动方案定义织针编织动作对应的电流信号。在此基础上搭建织针驱动的实验平台进一步验证步进式驱动方案的可行性,并使用仿真软件验证意匠图转换算法的准确性。研究结果表明,步进式织针驱动方案可使织针逐步达到工艺编织高度,满足工艺设计要求;双色单面提花转换算法也能准确将意匠图的花型数据转换成织针驱动的编织数据,通过定义编织动作对应的线圈电流信号使设计的织物花型图案能转换成磁悬浮针织横机驱动的电流信号,达到织针驱动和编织工艺相结合的效果,简化了磁悬浮针织横机编织双色单面提花织物的工艺流程,为磁悬浮针织横机的工艺设计探索出一条可行路线。

关键词：横机驱动方案意匠图转换算法花型设计图案数据转换磁悬浮织针

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基于机器学习的奶牛饲料消耗状态预测模型

农业工程学报 2024年第9期40卷 164-172页

作者：张博罗维平武汉纺织大学机械工程与自动化学院武汉430200 湖北省数字化纺织装备重点实验室武汉430200

饲料作为奶牛重要的营养来源,预测饲料消耗状态对于保障奶牛的健康和提高生产管理效率具有重要意义。然而,由于饲料消耗状态数据呈现出非线性和非平稳的特点,导致预测精度较低。为解决此问题,该研究基于经验模态分解(empirical mode dec... 详细信息

饲料作为奶牛重要的营养来源,预测饲料消耗状态对于保障奶牛的健康和提高生产管理效率具有重要意义。然而,由于饲料消耗状态数据呈现出非线性和非平稳的特点,导致预测精度较低。为解决此问题,该研究基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM),提出了组合改进的自适应噪声完全集成经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN)、随机森林(random forest,RF)与改进的LSTM(improved LSTM,ILSTM)的模型,即ICEEMDANRF-ILSTM,来预测饲料消耗状态。其通过调整遗忘门的输出值范围以增强模型的特征学习能力。首先,使用ICEEMDAN对饲料消耗状态数据进行分解,得到多个相对平稳的分量。其次,考虑到每个分量具有不同的特性,采用不同的方法来建模不同的分量,以进一步提升预测效果。具体而言,为了提升模型的精度以及泛化能力,使用RF建模频率最高的分量;同时,使用ILSTM建模其余分量,以捕获序列数据中的长期依赖性。最后,将所有分量的预测结果相加得到最终的预测结果。基于自建数据集的试验结果表明,ICEEMDAN-RF-ILSTM对于饲料消耗状态预测具有较高的准确度,其决定系数R2、平均绝对百分比误差与均方根误差分别为0.993、2.576%和0.596%,表明其能有效预测饲料消耗状态,同时其性能优于ICEEMDAN-LSTM模型。该研究为评估饲料消耗状态提供了可行的方法,可为制定调度决策提供了科学的技术支持,并为牧业智能化建设提供借鉴。

关键词：机器学习饲料状态预测 ICEEMDAN 长短期记忆网络奶牛

机械整流永磁发电机复合转子系统的动态特性研究

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 550-557页

作者：刘欣薛志伟张雨婷牛磊磊天津工业大学机械工程学院天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

机械整流永磁发电机的复合转子系统是该发电机实现整流功能的关键结构。研究该复合转子系统在双向输入工况下的动态特性,是为了分析该转子系统各构件在双向输入工况下的振动变形程度。基于集中质量参数理论,建立了复合转子系统在双向输... 详细信息

机械整流永磁发电机的复合转子系统是该发电机实现整流功能的关键结构。研究该复合转子系统在双向输入工况下的动态特性,是为了分析该转子系统各构件在双向输入工况下的振动变形程度。基于集中质量参数理论,建立了复合转子系统在双向输入工况下的动力学模型,通过龙格库塔法对该模型求解,得到了其在双向输入时各构件的动态特性。结果表明:复合转子系统各构件在双向输入时扭转振动位移波动幅值均在25μm左右,且各行星轮分路动态内外啮合力在双向输入时标准偏差均在200 N附近,即复合转子系统产生的振动程度相近;均载系数均随输入转矩增大而明显减小,在转矩达到500 N·m时趋于平缓,因此增大输入转矩能明显改善均载性能,使复合转子系统在双向输入工况下获得较好的动力学性能。研究结果对该发电机的减振降噪和可靠运行有重要意义。

关键词：机械整流永磁发电机复合转子系统集中质量参数动态特性