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激光自身空间维度加工系统综述

机械工程学报 2023年第19期59卷 375-388页

作者：梅雪松李凯林赵万芹刘斌孙铮段文强王文君崔健磊凡正杰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

随着智能制造时代的到来,各行业对精细化零部件的加工需求日益旺盛,激光自身空间维度加工系统具备的调控激光束空间维度变化的能力,特别适用于高效、高精度的激光加工,因而具有良好的应用前景和市场需求。激光自身空间维度加工系统主要... 详细信息

随着智能制造时代的到来,各行业对精细化零部件的加工需求日益旺盛,激光自身空间维度加工系统具备的调控激光束空间维度变化的能力,特别适用于高效、高精度的激光加工,因而具有良好的应用前景和市场需求。激光自身空间维度加工系统主要包括点维、一维、二维、三维和“五+N”维,论述点维到“五+N”维激光加工系统的光学结构,分析光学镜片结构尺寸、安装位置、运动方式等对聚焦激光束空间维度变化的影响,并探讨各维度加工系统中光学结构对加工范围和加工精度等的影响,针对各维度激光加工系统,介绍目前工业化应用中的主要产品及其技术参数,对比国内外产品技术参数的差异。本研究可为各维度激光加工系统的工业化应用提供指导,对激光高效高精度加工技术发展具有长远的影响。

关键词：激光加工空间维度光学结构

面向脑卒中康复的气袋式触觉反馈单元特性研究

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西安交通大学学报 2023年第6期57卷 1-9页

作者：张超宙李敏吴宗林何博谢俊徐光华西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

针对现阶段气袋式触觉反馈装置难以准确呈现交互效果及同时表征触觉力和触觉面积的问题,开展了气动触觉单元的静态特征和动态特征研究。依据气动触觉单元的几何约束条件建立了静态压力分布模型,类比电路电容放电模型构建了动态压力响应... 详细信息

针对现阶段气袋式触觉反馈装置难以准确呈现交互效果及同时表征触觉力和触觉面积的问题,开展了气动触觉单元的静态特征和动态特征研究。依据气动触觉单元的几何约束条件建立了静态压力分布模型,类比电路电容放电模型构建了动态压力响应模型。制作了3种规格的气袋触觉单元并进行了特征实验测试,结果表明,静态压力分布模型的拟合触觉面积误差为6.94%,中型气袋(14.4mm×9.4mm)及以下规格的气动单元响应时间在0.5s以内。采用中型气袋搭建了躯干触觉反馈系统,并进行了触觉感知实验,通过调节充气限制高度以表征不同的触觉面积,通过改变气袋气压大小以表征不同的触觉力。实验结果表明,被试者对其产生的触觉面积和触觉力感知识别率分别为87.25%和89.67%。气袋式触觉反馈单元特性研究为触觉反馈装置的设计参数选择提供了依据,可以使脑卒中患者在康复训练中快速感受到触觉面积和触觉力,从而提高患者的康复训练体验。

关键词：气动触觉单元静态特征动态特征触觉感知

基于延时等概率符号化传递熵分析的脑肌耦合双向神经信息传递规律研究

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西安交通大学学报 2023年第10期57卷 30-38页

作者：张凯徐光华李文平江开元田沛源郑小伟韩丞丞张四聪西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710054

为了有效揭示脑肌双向神经传递机制,解决传统分析方法存在的计算复杂度高、动态特征提取能力差等问题,面向手部运动过程脑肌电耦合特征提取任务,提出了延时等概率符号化传递熵脑肌电耦合分析方法,计算了脑肌电神经信息传递时延规律,进... 详细信息

为了有效揭示脑肌双向神经传递机制,解决传统分析方法存在的计算复杂度高、动态特征提取能力差等问题,面向手部运动过程脑肌电耦合特征提取任务,提出了延时等概率符号化传递熵脑肌电耦合分析方法,计算了脑肌电神经信息传递时延规律,进行了运动执行过程激活功能区的关联分析,探索了脑肌耦合强度的时序变化规律。通过在线实验表明:人体左右手的脑肌信息传递具有不对称性,且该传递时延约为20~35 ms;运动执行任务中从脑电到肌电(EEG→EMG)过程比肌电到脑电(EMG→EEG)具有更强的传递熵值。同时,在不同耦合方向下,主动运动任务的脑肌电耦合强度显著高于静息状态。研究不仅对现有的脑肌电耦合分析方法进行了改进,提出了延时等概率符号化传递熵分析方法,同时通过在线实验分析,揭示了手部运动任务下脑肌耦合双向神经信息传递规律,为新的康复方案和康复评价方法提供了理论依据,为神经接口技术的发展提供有力的算法支撑。

关键词：脑肌电耦合神经传递传递熵符号化神经接口

用于运动单元活动追踪的动作电位卷积神经网络分类方法仿真研究

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西安交通大学学报 2023年第6期57卷 10-17页

作者：李怡欣郑杨西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

为了解决在真实条件下运动单元动作电位(MUAP)波形变异导致的MUAP分类识别准确率低,进而降低运动单元(MU)追踪性能的问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的MUAP分类方法,并利用仿真数据进行了效果验证。该方法以被称为MU指纹的MUAP波... 详细信息

为了解决在真实条件下运动单元动作电位(MUAP)波形变异导致的MUAP分类识别准确率低,进而降低运动单元(MU)追踪性能的问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的MUAP分类方法,并利用仿真数据进行了效果验证。该方法以被称为MU指纹的MUAP波形作为模型输入,结合Keras深度学习框架设计的CNN网络结构简单,并采取Early-stop策略训练网络,可实现不同MU的准确分类和匹配,从而持续追踪给定MU放电活动。所提基于CNN的MU分类方法能够在样本量较小的情况下,即每个MU可获取(54.49±29.28)个MUAP波形样本,对平均(30.23±5.37)个MU进行准确分类,分类准确性达到(89.41%±3.72%),显著高于现有的基于MUAP波形相似度的方法(49.66%±6.12%)。结果表明,所提方法对MUAP波形变异展现出了更好的鲁棒性,为开展真实条件下MU放电活动持续追踪研究提供重要的技术支撑,对运动控制的神经机制研究等具有重要意义。

关键词：肌电分解运动单元追踪运动单元动作电位卷积神经网络

高模态密度结构宽频振动分析的小波有限元方法实现

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振动与冲击 2023年第1期42卷 54-65页

作者：耿佳李明张兴武杨来浩陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

高模态密度结构的宽频振动分析问题是声振分析领域内关注的重点问题之一,可实现宽频振动预测的数值分析方法是该领域内重要的研究内容,有效的宽频振动数值分析方法应在低频至高频域可同时提供精准的数值解。然而,由于明显的耗散误差和... 详细信息

高模态密度结构的宽频振动分析问题是声振分析领域内关注的重点问题之一,可实现宽频振动预测的数值分析方法是该领域内重要的研究内容,有效的宽频振动数值分析方法应在低频至高频域可同时提供精准的数值解。然而,由于明显的耗散误差和计算成本过高导致传统有限元方法(traditional finite element method,TFEM)在对高模态密度结构进行宽频振动分析时,难以在高频域提供精准的数值解,致使无法实现有效的宽频振动分析。而小波有限元分析方法(wavelet finite element method,WFEM)在进行结构分析时具有潜在的求解效率优势,并且可大幅度降低耗散误差带来的影响。为此,本文首先构造了基于小波有限元理论进行宽频振动分析时的自耦合算法,并据此介绍了小波有限元方法对高模态密度结构进行宽频振动分析的架构,形成了宽频小波有限元分析方法(wide wavelet finite element method,WWFEM)。随后,采用数值分析研究方法,基于WWFEM对具有解析解的高模态密度薄板结构进行了宽频振动分析。最后,采用实验分析研究方法,预测了高模态密度结构在宽频域内的振动响应。在此基础上,对比分析了小波有限元方法在进行高频振动分析时的收敛性和宽频振动分析的有效性等。可为依据小波有限元分析方法解决圆柱壳、曲壳等高模态密度结构宽频振动分析问题提供理论参考。

关键词：高模态密度结构宽频振动分析小波有限元分析(WFEM) 耗散误差

基于一维/三维热模型的平板热管/液冷电池热管理系统优化设计

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机械工程学报 2023年第22期59卷 79-88页

作者：郭喆晨徐俊王行早徐梓铭梅雪松西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049

高效的电池热管理系统对保证锂离子电池安全和延长其使用寿命具有重要意义。为了获得合适的工作温度和更好的温度均匀性,设计一种超薄平板热管/液体冷却热管理系统。结合一维等效热网络模型和三维数值仿真模型各自的优点,提出一种高效... 详细信息

高效的电池热管理系统对保证锂离子电池安全和延长其使用寿命具有重要意义。为了获得合适的工作温度和更好的温度均匀性,设计一种超薄平板热管/液体冷却热管理系统。结合一维等效热网络模型和三维数值仿真模型各自的优点,提出一种高效的优化方法,并对一维和三维模型进行试验验证。为了分析4个参数对系统综合性能的影响,选择了四水平正交试验设计对参数进行量化,并进行多目标优化。优化结果表明,系统的热特性和轻量化都得到了提升,其中最高温度可以控制在40℃以内。此外,可变热管长度方案可以显著改善电池模组的温均性。与原系统相比,在大倍率放电和工况变化的放电过程中,模组温差可以控制在2℃以下。此外,附件质量比降低了8.2%。

关键词：电池热管理平板热管液体冷却等效热网络锂离子电池

基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构

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振动与冲击 2023年第9期42卷 123-134页

作者：李志国乔百杰朱昱达周凯陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710061

提出一种基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构方法。使用D优化设计方法确定最优测点布置方案,根据模态扩展方法构造加速度响应扩展矩阵,从而实现由优化布置的有限测点的加速度响应重构机械结构全场加速度响应,并使用有限... 详细信息

提出一种基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构方法。使用D优化设计方法确定最优测点布置方案,根据模态扩展方法构造加速度响应扩展矩阵,从而实现由优化布置的有限测点的加速度响应重构机械结构全场加速度响应,并使用有限元分析软件读取重构的加速度响应,实现机械结构响应全场可视化。开展板结构数值仿真分析和振动响应重构试验,验证了当结构处于多模态共振或非共振状态下机械结构振动响应全场重构方法的有效性和鲁棒性。进一步,通过分析各阶加速度模态贡献量,精准选择主要振动模态分析机械结构的振动响应,实现了基于更少测点的振动响应全场重构。

关键词：振动响应全场重构 D优化设计模态扩展响应全场可视化

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叶端定时中多重信号分类法的滤波特性研究

西安交通大学学报 2022年第2期56卷 191-197页

作者：王增坤杨志勃李浩琪曹佳辉杨来浩田绍华李明陈雪峰西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049

为了揭示多重信号分类法(MUSIC)具有滤除同步频率分量特性的数学机理,基于MUSIC方法中的信号子空间生成过程与主成分分析方法中的主成分生成过程的一致性,对MUSIC滤波特性进行了研究。以正弦信号假设下单频率分量的情况为例,证明了异步... 详细信息

为了揭示多重信号分类法(MUSIC)具有滤除同步频率分量特性的数学机理,基于MUSIC方法中的信号子空间生成过程与主成分分析方法中的主成分生成过程的一致性,对MUSIC滤波特性进行了研究。以正弦信号假设下单频率分量的情况为例,证明了异步频率分量与同步频率分量的信号子空间分别可以用二维直角坐标系和一维坐标轴可视化表示。通过分析导向矢量在信号子空间坐标系中的位置得出,人为设置相位的导向矢量位于同步频率分量的信号子空间之外,从而导致了滤波现象的发生。仿真和实验结果表明:同步频率分量和异步频率分量同时存在于叶片振动信号的非共振区;MUSIC方法能够克服频率混叠且具有滤除同步频率分量的滤波特性;该滤波特性能够被导向矢量与子空间坐标系的相对关系解释。

关键词：叶端定时同步频率分量异步频率分量 MUSIC方法滤波

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孪晶密度和温度对纳米孪晶钛力学性能的影响

中国有色金属学报 2022年第12期32卷 3684-3693页

作者：王昊孙瑜杨志勃陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明:室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶... 详细信息

采用分子动力学方法模拟不同孪晶密度和不同温度下纳米孪晶钛单轴拉伸力学行为。模拟结果表明:室温下随着孪晶密度的降低,纳米孪晶钛的屈服强度出现先提升后降低的现象,材料存在临界孪晶密度。当孪晶密度小于临界孪晶密度时,孪晶界对晶粒的细化作用导致材料的强度提升。当孪晶密度大于临界孪晶密度时,孪晶界、晶界和两者交汇处的位错成核增殖成为材料变形的主导因素;且当孪晶密度远离临界值时,孪晶间隔变小、位错源增多,位错成核与增殖加剧,材料的强度降低。相同孪晶密度条件下,晶粒尺寸的减小会减少晶粒内孪晶界的数量,进而减少孪晶和晶界交汇处位错源的生成,增强了屈服强度。此外,温度的变化会影响原子的活跃程度和晶格的变形机制。随着温度的升高,原子间结合力下降,晶界附近原子结构无序化和HCP-BCC相变程度加剧引起材料的弹性模量、屈服强度下降,同时位错形核与运动的加剧影响了材料的塑性变形。

关键词：纳米孪晶钛孪晶密度位错温度分子动力学