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基于Box-Cox变换与随机系数回归模型的非线性退化设备剩余寿命预测方法

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航空学报 2023年第11期44卷 194-206页

作者：杨保奎张建勋李慧琴司小胜火箭军工程大学智剑实验室西安710025

准确预测退化设备的剩余寿命可以为设备维护管理提供重要信息支撑,进而避免设备运行中发生计划外失效、减少设备运行维护成本。针对工程实际设备广泛存在的非线性退化现象,提出了基于Box-Cox变换与随机系数回归模型的非线性退化设备剩... 详细信息

准确预测退化设备的剩余寿命可以为设备维护管理提供重要信息支撑,进而避免设备运行中发生计划外失效、减少设备运行维护成本。针对工程实际设备广泛存在的非线性退化现象,提出了基于Box-Cox变换与随机系数回归模型的非线性退化设备剩余寿命预测方法。首先,采用Box-Cox变换对非线性退化数据进行线性化处理,在此基础上通过随机系数回归模型构建退化模型,并运用Bayesian理论与蒙特卡洛-期望最大化算法在线更新模型参数;然后,基于随机系数回归模型的特性,推导出剩余寿命的分布函数以及其点估计值;最后,通过数值仿真和锂电池实际退化数据验证所提方法的有效性。

关键词：剩余寿命 Box-Cox变换随机系数回归模型非线性退化数据蒙特卡洛-期望最大化算法

大数据下数模联动的随机退化设备剩余寿命预测技术

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自动化学报 2022年第9期48卷 2119-2141页

作者：李天梅司小胜刘翔裴洪火箭军工程大学智剑实验室西安710025

面向大数据背景下随机退化设备剩余寿命(Remaining useful life,RUL)预测的现实需求,结合随机退化设备监测大数据特点及剩余寿命预测不确定性量化这一核心问题,深入分析了机理模型与数据混合驱动的剩余寿命预测技术、基于机器学习的剩... 详细信息

面向大数据背景下随机退化设备剩余寿命(Remaining useful life,RUL)预测的现实需求,结合随机退化设备监测大数据特点及剩余寿命预测不确定性量化这一核心问题,深入分析了机理模型与数据混合驱动的剩余寿命预测技术、基于机器学习的剩余寿命预测技术、统计数据驱动的剩余寿命预测技术以及机器学习和统计数据驱动相结合的剩余寿命预测技术的基本研究思想和发展动态,剖析了当前研究存在的局限性和共性难题.针对存在的局限性和共性难题,以多源传感监测大数据下剩余寿命预测问题为例,提出了一种数模联动的大数据下随机退化设备剩余寿命预测解决思路,并通过航空发动机多源监测数据初步验证了该思路的可行性和有效性.最后,借鉴数模联动思路,综合考虑机器学习方法和统计数据驱动方法的优势,紧紧扭住大数据背景下随机退化设备剩余寿命预测不确定性量化问题,提出了大数据背景下深度学习与随机退化建模交互联动、监测大数据与剩余寿命及其预测不确定性映射机制、非理想大数据下的剩余寿命预测等亟待解决的关键科学问题.

关键词：大数据剩余寿命预测数模联动深度学习随机退化建模

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基于微纳结构设计的电磁性能调控研究进展

无机材料学报 2024年

作者：黄洁汪刘应王滨刘顾王伟超葛超群火箭军工程大学智剑实验室

吸波材料通过吸收电磁波能量，减少或消除电磁波的反射，从而有效降低电磁波的干扰。材料的电磁参数决定其电磁波吸收性能，传统的调整填充比例、改变宏观形态以及复合方式等调控策略存在一定局限性，无法实现电磁参数的根本改变，阻碍... 详细信息

吸波材料通过吸收电磁波能量，减少或消除电磁波的反射，从而有效降低电磁波的干扰。材料的电磁参数决定其电磁波吸收性能，传统的调整填充比例、改变宏观形态以及复合方式等调控策略存在一定局限性，无法实现电磁参数的根本改变，阻碍了它们的进一步发展。微纳结构设计策略可以改变材料的电导率、电荷密度以及磁性等理化性质进而根本性改变材料电磁参数，在调控电磁波吸收能力上展现出巨大优势，由于材料微纳尺度精确设计难度较大且批量生产较为困难，使其发展受到限制。此外，微纳结构与电磁波响应和损失机制之间的结构-性质理论关系仍然是一个重大的挑战。基于此，本文分析了微纳结构与电磁性能的构效关系，阐明了微纳结构设计策略在调控电磁波吸收能力的绝对优势，并且通过元素掺杂设计、表面效应调控以及成核生长控制的微纳结构调控策略梳理了微纳结构改变对电磁响应机制和损耗机制的影响，为研究者们提供了微纳结构调控电磁性能的策略和理论指导。最后以量子点、纳米晶以及纳米线等典型微纳米材料作为范例，综述了其调控电磁参数的策略、优势以及在电磁波吸波领域的研究现状与应用前景，为微纳米粒子在电磁波吸收领域的发展提供了理论基础和策略支撑。

关键词：电磁污染微纳结构吸波机理电磁参数

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基于不同材料体系的吸波超材料研究进展

稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 856-869页

作者：王文豪王龙汪刘应刘顾葛超群许可俊王伟超胡灵杰火箭军工程大学智剑实验室陕西西安710025

吸波材料在国防和民生领域发挥着至关重要的作用,但是传统吸波材料因质量大、频带窄已难以满足日益复杂的电磁环境。融合了结构设计思路的吸波超材料以“薄、轻、宽、强”和动态可调、极化角度不敏感等突出优势,助推了电磁吸波领域的飞... 详细信息

吸波材料在国防和民生领域发挥着至关重要的作用,但是传统吸波材料因质量大、频带窄已难以满足日益复杂的电磁环境。融合了结构设计思路的吸波超材料以“薄、轻、宽、强”和动态可调、极化角度不敏感等突出优势,助推了电磁吸波领域的飞速发展。本文首先阐明了超材料吸波的原理和方法,明确几何结构设计对电磁吸波性能的重要影响。其次,详细讨论了碳基、水基、金属基和无机化合物基等材料体系下吸波超材料的发展现状,指明目前发展趋势以主动调谐、轻质宽频、多波段兼容为主线。最后总结了目前的发展瓶颈并展望了未来重点研究方向,为吸波超材料优化设计提供了思路。

关键词：超材料电磁吸波研究进展

基于细观参数的HTPB推进剂粘接界面损伤演化数值模拟

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含能材料 2024年第2期32卷 152-161页

作者：裴书帝强洪夫王学仁王哲君火箭军工程大学智剑实验室陕西西安710025

为了研究加载角度对三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂粘接界面细观失效机理的影响,使用微CT对单轴拉伸过程中的粘接界面进行原位扫描与重构,表征其损伤演化过程,然后将细观结构参数与损伤变量引入内聚力模型,得到不同加载角度下粘接界... 详细信息

为了研究加载角度对三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂粘接界面细观失效机理的影响,使用微CT对单轴拉伸过程中的粘接界面进行原位扫描与重构,表征其损伤演化过程,然后将细观结构参数与损伤变量引入内聚力模型,得到不同加载角度下粘接界面的细观损伤演化过程。结果表明,粘接界面高氯酸铵(AP)颗粒的初始脱湿主要从靠近界面的弱界面层开始,方向沿界面的剪切分力方向。界面破坏形式与剪切角度有关,合力与界面的角度越小,裂纹越容易扩展至推进剂/衬层界面,反之裂纹扩展更容易发生在AP颗粒间。通过与CT试验结果对比,从失效模式与载荷位移关系验证了计算结果的准确性,揭示了不同加载角度下推进剂粘接界面结构的损伤演化规律。

关键词：固体推进剂粘接界面多角度加载微CT 细观形貌损伤演化

公路运输过程中固体火箭发动机药柱的累积损伤评估方法

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固体火箭技术 2024年第2期47卷 222-230页

作者：崔家源强洪夫王学仁王广王稼祥火箭军工程大学智剑实验室西安710025

对公路运输过程中固体火箭发动机药柱的累积损伤进行研究,开展了丁羟(HTPB)推进剂定应力往复拉伸试验,对其疲劳特性曲线进行了拟合和分析;通过处理装备运输试验的功率谱密度数据得到了公路运输过程中HTPB推进剂药柱振动加速度载荷谱,建... 详细信息

对公路运输过程中固体火箭发动机药柱的累积损伤进行研究,开展了丁羟(HTPB)推进剂定应力往复拉伸试验,对其疲劳特性曲线进行了拟合和分析;通过处理装备运输试验的功率谱密度数据得到了公路运输过程中HTPB推进剂药柱振动加速度载荷谱,建立了固体火箭发动机三维有限元计算模型,对药柱的应力响应进行仿真计算,通过雨流计数法统计得到循环载荷情况;基于Miner线性累积损伤模型,对公路运输过程中HTPB推进剂药柱进行累积损伤计算与评估。结果表明,在运输过程中,HTPB推进剂药柱的最大应力为0.021 MPa,最大应变为0.031,最大位移为19.320 mm,均处在前人工脱粘层部位;经4000 km公路运输后,HTPB推进剂药柱前人工脱粘层根部处损伤最大,损伤为0.080;药柱内孔处损伤最小,损伤为0.044。

关键词：固体火箭发动机公路运输 HTPB推进剂结构完整性累积损伤模型循环振动载荷

基于退化模型动态校准的设备剩余寿命预测方法

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航空学报 2023年第19期44卷 171-186页

作者：任超李慧琴李天梅张建勋司小胜火箭军工程大学智剑实验室西安710025

剩余寿命预测是实现随机退化设备健康管理的关键技术。统计数据驱动的方法作为剩余寿命预测领域的典型方法,一般采用随机模型建模设备性能退化变量演变规律,以概率分布的形式给出剩余寿命分布的表达式。然而,退化模型函数形式的选择本... 详细信息

剩余寿命预测是实现随机退化设备健康管理的关键技术。统计数据驱动的方法作为剩余寿命预测领域的典型方法,一般采用随机模型建模设备性能退化变量演变规律,以概率分布的形式给出剩余寿命分布的表达式。然而,退化模型函数形式的选择本身是一个难题,尤其在模型函数形式选择不当时仅通过更新模型参数难以有效实现退化模型的校准,进而影响剩余寿命预测的准确性。鉴于此,提出了一种基于退化模型动态校准的设备剩余寿命预测方法,该方法首先建立了基于非线性扩散过程的设备随机退化过程模型,利用设备的退化监测数据运用Bayesian方法对模型参数进行估计,据此对设备未来退化趋势进行预测;然后,利用退化趋势预测误差建立了模型误差的参数化模型对退化模型进行补偿以校准退化模型函数形式,同时对补偿后的退化模型参数采用Bayesian方法进行更新,由此实现了对设备退化模型函数形式和参数的同时动态校准;在此基础上,推导给出了退化模型动态校准下的设备剩余寿命分布。最后,通过数值仿真和锂电池数据验证了所提方法的实用性和有效性。

关键词：剩余寿命退化过程模型动态校准 Bayesian方法 AIC准则

单轴拉伸下NEPE固体推进剂细观结构演化行为研究

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含能材料 2024年第2期32卷 175-182页

作者：李世奇强洪夫陈铁铸王学仁王哲君王广火箭军工程大学智剑实验室陕西西安710025 火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025

为了分析硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro⁃CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵(AP)颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等... 详细信息

为了分析硝酸酯增塑聚醚(Nitrate Ester Plasticized Polyether,NEPE)推进剂在单轴准静态拉伸载荷下细观结构演化行为,基于Micro⁃CT对拉伸过程中NEPE推进剂开展了原位观测试验,对NEPE推进剂中高氯酸铵(AP)颗粒和初始缺陷的尺寸、形状等细观结构特征进行了表征,获取了单轴拉伸过程中推进剂细观结构的失效过程,并采用孔隙率对NEPE推进剂细观损伤的变化规律进行了定量分析,基于NEPE推进剂细观尺度上结构的演变规律解释了宏观力学性能变化的原因。结果表明,NEPE推进剂初始缺陷尺寸小、体积占比低,平均值为0.12%。单轴准静态拉伸过程中,NEPE推进剂的细观失效过程主要包括孔洞形核、生长与汇聚3个阶段;AP颗粒的体积分数虽然低,但是由于容易脱湿通常成为细观损伤的起点;当AP发生一定程度脱湿后,奥克托今(HMX)也会出现明显的脱湿,在分析NEPE推进剂细观失效问题时应当考虑HMX脱湿行为的影响。大量细观缺陷的形核与生长是NEPE推进剂宏观力学性能进入非线性段的原因,而细观缺陷的不断汇聚使得宏观应力增加落后于应变增加的现象越来越明显。加载过程中孔隙率呈现出先缓慢增加再急剧增加最后增加趋于平缓的变化趋势,孔隙率的变化规律不仅能够定量地反映NEPE推进剂细观缺陷的演化阶段,与NEPE推进剂宏观力学性能的变化也具有一定的对应关系。

关键词： NEPE固体推进剂细观损伤单轴拉伸奥克托今脱湿

高频空化冲击作用下HTPB固体推进剂的细观损伤机制

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火炸药学报 2024年第4期47卷 354-364页

作者：赵蒙刘博周文君张有智慕晓刚王煊军火箭军工程大学智剑实验室陕西西安710025

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建... 详细信息

为研究高频空化冲击作用下的HTPB复合固体推进剂热力耦合行为及细观损伤机制,提出一种考虑颗粒/基体间实际界面相的三维全级配HTPB固体推进剂细观模型构筑方法,区别于在颗粒/基体界面间嵌入虚拟内聚力界面单元的传统细观模型,进一步建立起空化微射流冲击作用下的固体推进剂热力耦合细观力学模型,分析了细观尺度上的固体推进剂破碎规律、损伤行为、局部应力应变和温度分布情况。结果表明,空化微射流作用在AP颗粒上后,导致AP颗粒直接破裂,随着冲击程度的增加,AP颗粒与HTPB基体间界面层受到冲击作用而破裂;固体推进剂在空化微射流冲击后的最大应力值为34.27MPa、应变值为1.314;应力波传递过程由于受到AP颗粒、Al颗粒和界面相的阻碍作用而发生传递路径的改变;空化冲击固体推进剂过程的最大温度值由于断裂能、内能和摩擦能的逐渐累积而呈现出逐步增长的变化特征,且最大温度值为24.59℃,在距离空化微射流较远位置的固体推进剂由于传热系数较低而无明显温升。

关键词：材料力学 HTPB复合固体推进剂空化冲击绿色回收全级配细观损伤界面相 FDP算法