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面向喷染车间的挥发性有机物质量浓度预测方法及应用研究

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安全与环境学报 2024年第1期24卷 186-195页

作者：彭来湖张权李建强李杨浙江理工大学机械工程学院杭州310000 浙江理工大学龙港研究院浙江温州325000 浙江大学机械工程学院杭州310000

以喷染车间挥发性有机物为研究对象,对喷染车间挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)质量浓度预测方法进行研究。首先,使用随机森林(Random Forest, RF)算法对影响喷染车间挥发性有机物质量浓度的特征变量进行权重分析。同时... 详细信息

以喷染车间挥发性有机物为研究对象,对喷染车间挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)质量浓度预测方法进行研究。首先,使用随机森林(Random Forest, RF)算法对影响喷染车间挥发性有机物质量浓度的特征变量进行权重分析。同时,构建基于长短期记忆神经网络(Long-Term and Short-Term Memory Neural Network, LSTM)的挥发性有机物质量浓度预测模型,并在此基础上引入麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)进行参数优化选择。最后,以浙江省杭州市某汽车喷染车间7月29日—10月28日的数据为样本,将温度、相对湿度、室内大气压、室外大气压作为模型输入变量,并与LSTM模型、随机森林-长短期记忆神经网络(Random Forest-Long Short-Term Memory neural network, RF-LSTM)模型、随机森林-反向传播神经网络(Random Forest-BP neural network, RF-BP)模型进行对比试验。结果显示,基于随机森林-麻雀搜索算法-长短期记忆神经网络(Random Forest-Sparrow Search Algorithm-Long Short-Term Memory neural network, RF-SSA-LSTM)模型的预测效果最佳,平均绝对误差、均方根误差和决定系数分别为2.812 2、3.457 4、0.988。同时,为验证RF-SSA-LSTM模型性能,通过不同时间步长实现对喷染车间VOCs质量浓度预测,结果显示预测误差较小,在可接受范围内。RF-SSA-LSTM预测模型提高了挥发性有机物质量浓度的预测精度,为减少挥发性有机物排放提供科学依据。

关键词：安全卫生工程技术挥发性有机物随机森林麻雀搜索算法 LSTM神经网络

基于高光谱成像技术的软材料应变-反射率相关性研究

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实验力学 2024年第1期39卷 1-6页

作者：栾和鹏霍宗泽韦慧心王志勇李传崴李林安王世斌天津大学机械工程学院力学系天津300350

基于高光谱成像技术,本文深入研究了应变对典型软材料——硅胶光谱反射率的调制作用。首先,基于托伦斯-斯派洛反射模型,建立了应变通过改变材料表面形貌进而对其光谱反射率进行调制的理论模型;其次,通过共聚焦显微镜获取不同应变状态下... 详细信息

基于高光谱成像技术,本文深入研究了应变对典型软材料——硅胶光谱反射率的调制作用。首先,基于托伦斯-斯派洛反射模型,建立了应变通过改变材料表面形貌进而对其光谱反射率进行调制的理论模型;其次,通过共聚焦显微镜获取不同应变状态下样品材料表面微观形貌,计算得到样品表面粗糙度,并预测了表面光谱应变-反射率比例系数;最后,利用高光谱相机实际测量了不同应变状态下材料表面的光谱反射率,结果表明,在475nm~535nm光谱波段内,压缩后硅胶的反射率随应变增大而线性减小,与理论模型预测结果吻合良好。基于本文的研究成果,有望发展一种利用反射率直接测量材料应变的实验技术。

关键词：硅胶反射率高光谱成像

两级变幅应变疲劳本征损伤耗散寿命预测模型研究

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力学学报 2024年第1期56卷 149-156页

作者：李文奇向忠李浩然任忠凯王嘉栋浙江理工大学机械工程学院杭州310018 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

在变幅低周疲劳载荷条件下,材料的疲劳损伤累积过程中呈现出了显著的载荷顺序效应.这种现象复杂化了变幅疲劳寿命的预测,因此,如何更精确地预测变幅低周载荷下的疲劳寿命,已经成为了一个亟待解决的问题.针对变幅低周疲劳载荷下损伤累积... 详细信息

在变幅低周疲劳载荷条件下,材料的疲劳损伤累积过程中呈现出了显著的载荷顺序效应.这种现象复杂化了变幅疲劳寿命的预测,因此,如何更精确地预测变幅低周载荷下的疲劳寿命,已经成为了一个亟待解决的问题.针对变幅低周疲劳载荷下损伤累积表现的载荷顺序效应,考虑到本征损伤耗散与疲劳损伤构成一一映射,且刻画低周疲劳破坏的热力学本质,基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架,推导本征损伤耗散功演化模型D型描述并以等同本征损伤耗散功作为损伤转换条件,建立了一种考虑载荷顺序效应的变幅低周疲劳寿命预测模型.为了验证新模型的有效性和先进性,进行了P355NL1结构钢和Ti-6Al-4V钛合金在两级变幅载荷下的单轴低周疲劳实验验证,并与Manson模型、Kwofie模型和Peng模型进行了比较分析.研究结果表明,新建模型的预测效果都在1.5倍的误差范围内,与实验结果相当吻合,且优于现有的预测模型.运用本征损伤耗散理论开展变幅疲劳寿命预测,为金属材料变幅疲劳寿命预测提供了新思路.

关键词：低周疲劳载荷顺序效应损伤力学本征损伤耗散寿命预测

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基于晶体塑性航空钛合金热处理后的性能分析

兵器材料科学与工程 2024年第1期47卷 43-52页

作者：陈金东唐亚新吴红兵浙江理工大学机械工程学院浙江杭州310018 浙江大学机械工程学院浙江杭州310013 浙江大学宁波理工学院机械与能源工程学院浙江宁波315100

对TC4钛合金进行不同条件下的热处理,观测热处理后的显微组织。根据金相图提取相关的晶粒数据,结合晶体塑性理论建立不同的TC4钛合金晶体塑性有限元模型,导入Abaqus软件进行双轴拉伸模拟仿真。结果表明:TC4钛合金的双轴拉伸模拟仿真较准... 详细信息

对TC4钛合金进行不同条件下的热处理,观测热处理后的显微组织。根据金相图提取相关的晶粒数据,结合晶体塑性理论建立不同的TC4钛合金晶体塑性有限元模型,导入Abaqus软件进行双轴拉伸模拟仿真。结果表明:TC4钛合金的双轴拉伸模拟仿真较准确,其应力-应变曲线、伸长率、收缩率预测结果与试验结果一致。材料的各向异性、晶体取向、晶体塑性本构行为对TC4钛合金的弹塑性变形影响明显。

关键词： TC4钛合金有限元仿真晶体塑性热处理双轴拉伸

基于浮动投影方法的三维非线性结构拓扑优化研究

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机电工程 2024年

作者：张映博李家春陈跃威邹中妃王永涛贵州大学机械工程学院浙江大学机械工程学院贵州省水利科学研究院贵州理工学院机械工程学院

针对三维非线性拓扑优化设计时的单元畸变现象与刚度准则选取问题，以涉及几何与材料非线性的超弹性结构为研究对象，对三维非线性结构拓扑优化进行了研究。首先，将物理场变量与Mooney-Rivlin模型线性相乘以表征设计域的超弹性，并提... 详细信息

针对三维非线性拓扑优化设计时的单元畸变现象与刚度准则选取问题，以涉及几何与材料非线性的超弹性结构为研究对象，对三维非线性结构拓扑优化进行了研究。首先，将物理场变量与Mooney-Rivlin模型线性相乘以表征设计域的超弹性，并提出了一种用于线性插值方案的改进附加超弹性技术，通过将Yeoh超弹性材料加入到低刚度区域，缓解了单元畸变现象;然后，基于三场密度模型，构造了三维超弹性结构拓扑优化的数学列式，在该框架下，比较了最小化末端柔度和最大化平衡势能两种刚度准则，推导了相应的灵敏度表达式，并采用浮动投影方法施加了设计变量的0/1约束;最后，采用两个数值算例对该方法的有效性进行了验证。研究结果表明：大变形情况下，不同目标函数的优化结果在拓扑构型和结构响应方面具有显著差异，但与线性设计相比，其均具有更优的力学性能。

关键词：三维结构超弹性结构变形分析非线性效应刚度准则浮动投影方法 Mooney-Rivlin模型

基于飞秒激光直写技术的金属图案化研究(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 431-439页

作者：庞茂璋邱毅伟曹春匡翠方杭州电子科技大学机械工程学院浙江杭州310018 之江实验室智能芯片与器件研究中心浙江杭州311121 浙江大学光电科学与工程学院浙江杭州310027

飞秒激光直写是一种新型的纳米加工技术,但由于飞秒激光和金属的光热效应会产生激光烧蚀现象,难以直接在金属上实现高质量图案转移。结合飞秒激光直写技术和剥离(lift-off)工艺,开发了一种新型金属图案转移技术,可成功实现亚微米精度(0... 详细信息

飞秒激光直写是一种新型的纳米加工技术,但由于飞秒激光和金属的光热效应会产生激光烧蚀现象,难以直接在金属上实现高质量图案转移。结合飞秒激光直写技术和剥离(lift-off)工艺,开发了一种新型金属图案转移技术,可成功实现亚微米精度(0.89μm)的金属图案转移。探究了飞秒激光直写参数及显影方式和参数等对金属转移性能的影响。研究发现,随着飞秒激光曝光剂量的增加,金属转移精度有所提高。同时,干法显影效果优于湿法显影效果,且随着牺牲层显影时间的增加,转移线宽逐渐增大,但线条的粗糙度得到改善。在金属转移工艺中,通过设计并引入一定的底切角度,成功改善了金属线条的边缘翘曲和粗糙度高的现象。结合飞秒激光直写技术和lift-off工艺实现了直径为2 inch(1 inch=2.54 cm)的铬基转移光栅,并验证了制备的铬图案作为掩模板曝光的可行性,实现了SU-8光刻胶上的投影曝光,证明了所提策略局部替代电子束光刻进行掩模板加工的潜力。此外,基于该策略实现了Au和Pt的图案转移,说明所提策略具有一定普适性。

关键词：激光技术飞秒激光直写剥离工艺金属图案化掩模板加工光刻胶

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新型电机泵用湿式电机的搅油损失力矩研究

机械工程学报 2024年

作者：孟彬陈义张晨晨张震舟李胜阮健浙江工业大学机械工程学院

为去除电机泵泵轴上固有的动密封，提出一种简便易行的湿式电机新结构。基于湿式电机存在的搅油损失，为了研究其搅油机理，推导得出湿式电机搅油力矩损失的解析模型，将整个搅油损失分为三个部分计算，分别是周面摩擦阻力矩、推油阻力... 详细信息

为去除电机泵泵轴上固有的动密封，提出一种简便易行的湿式电机新结构。基于湿式电机存在的搅油损失，为了研究其搅油机理，推导得出湿式电机搅油力矩损失的解析模型，将整个搅油损失分为三个部分计算，分别是周面摩擦阻力矩、推油阻力矩和端面摩擦阻力矩。基于CFD数值模拟研究转子在油液中旋转引起的流场分布及搅油损失机理。设计制作样机并搭建了试验台架，测试不同转速下的搅油力矩。结果表明解析、数值以及试验三者较为吻合，搅油力矩随转速的上升而增大。在转速12 000 r/min下，试验测得搅油力矩达到0.87 N·m,CFD模拟结果中推油阻力矩达到0.55N·m，占总阻力矩的62%。表明在设计高速湿式电机时，应着重优化与推油阻力矩相关的结构参数。同时测试三组不同温度下的搅油力矩，发现随着温度升高，力矩会有小幅下降。研究结果对电机泵用湿式高速电机的搅油损失机理和减阻优化具有较好的指导意义。

关键词：湿式电机搅油损失解析模型 CFD模拟电机泵

有限暂存区和设备多状态能耗的柔性流水车间生产调度

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计算机集成制造系统 2024年

作者：潘柏松李楠李一帆浙江工业大学机械工程学院

柔性流水车间生产调度问题在一般理论研究中假设暂存区具有无限容量，这与实际受到空间资源约束的企业现状不符，并且随着制造业的发展，对车间的调度不仅要求生产效率，同时也考虑能源消耗。针对以上特点，对带有限暂存区的柔性流水车... 详细信息

柔性流水车间生产调度问题在一般理论研究中假设暂存区具有无限容量，这与实际受到空间资源约束的企业现状不符，并且随着制造业的发展，对车间的调度不仅要求生产效率，同时也考虑能源消耗。针对以上特点，对带有限暂存区的柔性流水车间，考虑了设备加工、待机状态以及连续作业时的换模状态，建立了以最小化最大完工时间和车间总能耗为优化目标的数学模型，提出了基于帕累托思想的多目标帝国竞争算法作为全局优化方法，在初始种群、帝国同化引入快速非支配排序，在帝国更新变量邻域搜索与逆向学习，通过算例扩展验证了算法的可行性以及求解效率的优越性。该算法有效地平衡完工时间能耗，显著提升调度方案的综合性能。为制造企业的绿色高效生产调度技术提供了新思路，对于推动生产系统的可持续发展具有实际应用价值。

关键词：车间制造柔性流水车间生产调度能源消耗

基于改进YOLOv8s的鼓形滚子表面缺陷检测算法

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浙江大学学报（工学版） 2024年第2期58卷 370-380,387页

作者：王安静袁巨龙朱勇建陈聪吴金津浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 宁波敏捷信息科技有限公司浙江慈溪315300

为了提高鼓形滚子表面微小瑕疵缺陷检测的精确率和召回率,增强模型对小目标缺陷的检测能力,针对YOLOv8s网络,提出细粒化卷积模块SPD-Conv来代替卷积下采样,细粒化地提取小缺陷的特征.在特征融合模块,引入GFPN特征融合模块,增强相邻层级... 详细信息

为了提高鼓形滚子表面微小瑕疵缺陷检测的精确率和召回率,增强模型对小目标缺陷的检测能力,针对YOLOv8s网络,提出细粒化卷积模块SPD-Conv来代替卷积下采样,细粒化地提取小缺陷的特征.在特征融合模块,引入GFPN特征融合模块,增强相邻层级间的跨尺度连接和同尺度下的跨层连接,有助于小目标特征信息在卷积网络的传递.在头部增加小目标检测层,提高模型对小缺陷的检测能力.在损失函数方面,利用动态非单调聚焦的Wise-IOU的边界框损失函数替换CIOU,在加快网络收敛的同时,提高网络检测的精度.在自制的鼓形滚子缺陷数据集上进行测试,结果表明,改进的YOLOv8s在倒角数据集、侧面数据集、端面数据集的mAP@0.5分别达到0.911、0.983、0.935,相比于YOLOv8s,m AP@0.5分别提高了6.4%、3.3%、4%,精确度和召回率也有一定的提升,平均每张图片的检测时间为23 ms.与原模型相比,改进的YOLOv8s对小目标缺陷有更好的定位能力和检测精度,检测速度能够满足工业大批量检测的要求.

关键词：鼓形滚子缺陷检测 YOLOv8s 细粒化卷积广义的特征金字塔网络(GFPN) Wise-IOU