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机器学习辅助的[5,6]稠环含能化合物高通量设计

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含能材料 2024年第6期32卷 573-583页

作者：潘林虎王睿辉樊明仁宋思维王毅张庆华西北工业大学航天学院陕西西安710072

与经验和计算指导的研发模式相比,机器学习辅助的含能分子高通量虚拟筛选技术,在分子设计效率及构效关系定量分析方面都展现出明显优势。鉴于富氮稠环含能化合物较好的能量-稳定平衡特性,研究利用机器学习辅助的高通量虚拟技术对[5,6]... 详细信息

与经验和计算指导的研发模式相比,机器学习辅助的含能分子高通量虚拟筛选技术,在分子设计效率及构效关系定量分析方面都展现出明显优势。鉴于富氮稠环含能化合物较好的能量-稳定平衡特性,研究利用机器学习辅助的高通量虚拟技术对[5,6]富氮稠环类含能分子的化学空间进行了探索研究,基于[5,6]全碳骨架,通过组合枚举和芳香性筛选得到142689个[5,6]稠环类化合物,同时采用核岭回归算法建立并优化了6个含能分子性能预测模型(密度,分解温度,爆速,爆压,撞感和生成焓),分析了稠环上的氮氧原子以及分子上官能团对含能化合物性能的影响。结果发现,所生成稠环化合物的构效关系与含能化合物能量与稳定性相关性的一般规律相符,验证了模型的合理性。以爆速和分解温度作为能量和热稳定性的标准,研究进而筛选获得了5个综合性质较为突出的分子,利用DFT等量子化学计算的结果与本研究模型预测结果符合良好,进一步验证了预测模型的精度。

关键词：机器学习高通量筛选核岭回归分子设计稠环含能化合物

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多点起爆下鼓形战斗部的威力特性

爆炸与冲击 2024年第3期44卷 38-49页

作者：李豪凯冯昱祥李元索涛西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学极端力学研究院陕西西安710072

为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁... 详细信息

为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁伤面积。在此基础上,调整鼓形战斗部起爆方式为偏心两线同时起爆、偏心两线序贯起爆及偏心两线同时-序贯起爆,计算了不同偏心起爆下鼓形战斗部静爆时的破片速度、飞散角和动爆时对车辆目标的毁伤面积及有效破片落地动能分布。研究表明,相比于同口径的圆柱形战斗部结构,鼓形战斗部的破片飞散角增大了55.98%,对地面军用车辆的毁伤面积最大增大了59.3%;相对于偏心两线同时起爆,偏心两线同时-序贯起爆的鼓形战斗部破片飞散角增大了18.0%,破片飞散的离散程度提高了11.48%;相对于装药中心单点起爆,偏心两线序贯起爆下鼓形战斗部的毁伤面积受炸高影响较小,在落角50°、落速200 m/s、炸高为9 m时的毁伤面积达47.15 m^(2)。通过调整战斗部的结构和起爆方式,可有效增大破片的飞散角,增大破片对目标的覆盖面积,提高战斗部的毁伤效能。

关键词：破片多点起爆毁伤面积鼓形战斗部威力特性

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轴心射流收油环内部油气流动特性的数值模拟研究

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推进技术 2024年第2期45卷 63-72页

作者：朱泽韬吕亚国朱鹏飞姜乐刘振侠西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分... 详细信息

为研究环下润滑结构内部油膜迁移及流动特性,针对轴心射流收油环采用VOF (Volume of fluid)方法开展了数值计算,获得了收油环端面油膜动态形成过程,在分析流场特征的基础上,讨论了收油环运转工况及结构参数对内部油膜形态、滑油体积分数、油膜速度和供油孔输油能力的影响规律。结果表明:收油环端面油膜呈圆盘状迁移,边缘破碎形成油滴、油带甩至侧壁面,在供油孔内以“月牙形”分布加速流动,收油环端面油膜厚度随主轴转速增大而减小,随喷嘴流量上升而增加;提高转速降低了供油孔内滑油含量,使孔内油膜加速流动,孔内滑油含量随喷嘴流量的上升而增大,随供油孔径的增加而下降;喷嘴流量与供油孔径的改变对孔内流速影响较小;增加孔径与提高收油环转速可加强供油孔输运能力,8 kr/min下提高喷嘴流量使无量纲输油量Cq平均降低了40.71%,提高孔径使Cq最大提高了57.14%,转速的增加使Cq平均增加25.87%。

关键词：环下润滑收油环轴心射流两相流动特性 VOF方法

2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂试验及表征

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无机材料学报 2024年第1期39卷 45-50页

作者：师维刚张超李玫王晶张程煜西北工业大学材料学院NPU-SAS联合研究中心西安710072 西北工业大学极端力学研究院西安710072 西北工业大学材料学院西安710072 西安科技大学理学院力学系西安710600

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC... 详细信息

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC_(f)/SiC的层间裂纹驱动的加载数据,得到了其裂纹端口张开力及张开位移变形曲线。在试验加载过程,通过光学显微镜监测了视觉裂纹扩展过程,探究了2D-SiC_(f)/SiC的层间I型裂纹扩展规律。结合理论分析和裂纹视觉特征解释了加载曲线拐点及其他特征点的断裂力学含义。利用扫描电子显微镜分析了2D-SiC_(f)/SiC的层间断面特征,揭示了断面分层裂纹扩展机制。结果表明:W-DCB方法测量的2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型初始能量释放率与DCB方法等效;2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型断裂过程中,裂纹端口变形曲线的多峰性不符合经典线弹性断裂力学预测的加载峰后特征,反映了2D-SiC_(f)/SiC层间约束关系的复杂性;层间断面为结构性非完全损伤,发生了局部纤维桥连现象。

关键词： 2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂表征分析纤维桥连

基于目标搜寻和细节增强的水下单像素成像方法

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光子学报 2024年第4期53卷 41-48页

作者：陈翼钒孙哲李学龙西北工业大学光电与智能研究院西安710072

针对当前水下单像素成像方法侧重于从整体角度重构目标图像,难以理想地恢复目标细节的问题,提出了一种基于目标搜寻和细节增强的水下单像素成像方法。目标搜寻旨在从图像中判断出目标部分和背景部分,从而增强目标信号,降低背景噪声;细... 详细信息

针对当前水下单像素成像方法侧重于从整体角度重构目标图像,难以理想地恢复目标细节的问题,提出了一种基于目标搜寻和细节增强的水下单像素成像方法。目标搜寻旨在从图像中判断出目标部分和背景部分,从而增强目标信号,降低背景噪声;细节增强旨在学习采集信息的细粒度特征、增强重构图像的细节。首先用传统单像素成像方法快速重构目标图像;其次通过判断各行、各列最大像素点的差值来区别目标和背景环境;最后用基于分块模型的神经网络学习目标的细粒度特征,提高目标图像的细节部分。为了验证提出方法的可靠性,重构了空间环境和水下环境中的目标图像,实验结果表明,在两种实验环境下,该方法都可以较好地保存目标的细节信息,获得高质量的目标图像。

关键词：单像素成像深度学习细粒度特征分块模型图像重构

连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及其失效行为研究进展

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复合材料学报 2024年第9期41卷 4478-4501页

作者：张鑫郑锡涛杨甜甜宋璐阳闫雷雷西北工业大学航空学院西北工业大学飞行器复合材料结构研究所哈尔滨工业大学航天科学与力学系

因设计自由度高、无需模具和快速制造等优点，连续纤维增强3D打印已成为当今最具创新性的先进复合材料成型技术之一。本文综述了连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及失效行为的最新研究进展，引入了“干/湿/干湿-混合”的概念对打印... 详细信息

因设计自由度高、无需模具和快速制造等优点，连续纤维增强3D打印已成为当今最具创新性的先进复合材料成型技术之一。本文综述了连续纤维增强3D打印复合材料工艺缺陷及失效行为的最新研究进展，引入了“干/湿/干湿-混合”的概念对打印工艺进行了系统性分类阐述，重点介绍了由于工艺过程引入的三种缺陷及其特点。随后，归纳了连续纤维增强3D打印复合材料的失效力学行为，并分析了引发失效的主要原因。最后，针对如何减少工艺缺陷、改善失效模式和降本增效对连续纤维增强复合材料3D打印技术的未来进行了展望。

关键词： 3D打印连续纤维工艺缺陷失效模式复合材料

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液体火箭发动机尾焰金属发射光谱仿真与实验研究

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推进技术 2024年第2期45卷 105-113页

作者：苏童雷庆春范玮西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

液体火箭发动机尾焰包含丰富的光谱信息,可以作为检测发动机运行状态与故障情况的重要依据。本文建立了高精度的液体火箭发动机尾焰金属发射光谱数值模拟方法,该方法以逐线法(Line-by-Line,LBL)为基础,考虑介质的光学厚度影响。利用该方... 详细信息

液体火箭发动机尾焰包含丰富的光谱信息,可以作为检测发动机运行状态与故障情况的重要依据。本文建立了高精度的液体火箭发动机尾焰金属发射光谱数值模拟方法,该方法以逐线法(Line-by-Line,LBL)为基础,考虑介质的光学厚度影响。利用该方法,对液体火箭发动机发生故障时,尾焰中可能存在的铁、镍、钾发射光谱进行了数值模拟,模拟结果与NASA光谱模拟程序所得结果相吻合。最后,在甲烷-氧气、乙烯-氧气预混火焰开展了铁、钾发射光谱的实验验证,结果表明,以光谱面积与特征峰强度为对比参数,光谱模拟结果和实验结果的相对误差在2.5%以下,利用实验数据,进一步讨论了光学薄和光学厚两种模型的适用性。

关键词：液体火箭发动机原子发射光谱数值模拟光学厚度逐线法

机器学习分子动力学辅助材料凝固形核研究进展

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金属学报 2024年第10期60卷 1329-1344页

作者：陈名毅胡俊伟余耀辰牛海洋西北工业大学凝固技术国家重点实验室西北工业大学

凝固形核是材料科学、凝聚态物理等领域长盛不衰的研究热点。分子动力学以及增强采样方法为从原子尺度原位观察凝固过程微观机理、解析相变热力学与动力学性质提供了有力手段。近年来，该领域的研究者们开发了一些融合机器学习技术的先... 详细信息

凝固形核是材料科学、凝聚态物理等领域长盛不衰的研究热点。分子动力学以及增强采样方法为从原子尺度原位观察凝固过程微观机理、解析相变热力学与动力学性质提供了有力手段。近年来，该领域的研究者们开发了一些融合机器学习技术的先进分子动力学模拟新方法，在多种体系的形核研究中取得了一定成果。本文首先回顾了凝固形核的基本理论，并从势函数、增强采样、形核序参量3个方面介绍凝固形核模拟研究中的常用方法以及机器学习技术在其中的应用。然后，选取了几个具有代表性的体系并介绍相关方法的实际应用。最后，对机器学习分子动力学辅助材料凝固形核模拟研究领域进行了总结与展望。

关键词：凝固形核相变机器学习分子动力学增强采样

基于深度学习的航空发动机涡轮叶片自动射线检测技术研究

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推进技术 2024年第5期45卷 217-225页

作者：王栋欢肖洪吴丁毅西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129

一直以来,航空发动机涡轮叶片的射线检测依靠检验员人工评片。为避免经验差异、眼睛疲劳、标准理解等人为因素影响,有效改善传统射线检测费时费力、效率低下等问题,针对航空发动机涡轮叶片射线图像,基于YOLOv4模型提出了一种双主干特征... 详细信息

一直以来,航空发动机涡轮叶片的射线检测依靠检验员人工评片。为避免经验差异、眼睛疲劳、标准理解等人为因素影响,有效改善传统射线检测费时费力、效率低下等问题,针对航空发动机涡轮叶片射线图像,基于YOLOv4模型提出了一种双主干特征融合的缺陷自动检测算法(DBFFYOLOv4);通过设计包含所有特征映射的新型连接结构搭建缺陷检测颈部网络,建立了适用于涡轮叶片射线图像的缺陷自动检测模型;针对每个缺陷,采用9次裁剪、旋转和亮度增减的图像数据增强方法扩充样本数据,在此基础上进行了模型训练与测试。结果表明,针对完整涡轮叶片,建立的缺陷检测模型在0.5的置信度阈值下可获得96.7%的平均查准率和91.87%的平均查全率,优于通用目标检测算法YOLOv4模型。9次缺陷裁剪、旋转和亮度增减的图像数据增强方法能够显著提高模型的缺陷检测精度(平均精度分别得到了59.19%和2.53%的提升)。该研究为涡轮叶片自动射线检测提供了一种新方法。

关键词：航空发动机涡轮叶片深度学习缺陷检测射线检测射线图像