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拓扑优化BCC结构平压性能研究

复合材料科学与工程 2024年

作者：孙思远盛亚鹏段玥晨齐佳旗郑州大学机械与动力工程学院

为了增强体心立方（BCC）结构平压吸能性能，采用周期边界条件和ESO拓扑优化方法，对BCC结构的周期性单胞进行了优化设计，发现拓扑优化BCC单胞的等效平压模量远优于传统BCC单胞。通过ABAQUS软件建立了由单胞组成的4×4拓扑优化芯子结... 详细信息

为了增强体心立方（BCC）结构平压吸能性能，采用周期边界条件和ESO拓扑优化方法，对BCC结构的周期性单胞进行了优化设计，发现拓扑优化BCC单胞的等效平压模量远优于传统BCC单胞。通过ABAQUS软件建立了由单胞组成的4×4拓扑优化芯子结构平压模型，对芯子进行了平压实验，将两者结果对照，证明了仿真模型的可行性。对比分析了传统结构和拓扑优化结构在平压载荷下的吸能指标，发现优化后的模型峰值力提升了79.2%，有效吸能量提升了48.5%，单位体积比吸能、单位质量比吸能提升了47.8%。基于BCC单胞的拓扑优化，使BCC单胞的等效平压模量得到较大提升的同时，也使BCC芯子结构在平压载荷下的吸能指标有更好表现。

关键词：复合材料周期边界条件拓扑优化平压能量吸收

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金刚石压机冷却水温控系统的设计

机床与液压 2024年第4期52卷 93-99页

作者：黄祥辉朱晓东任天平苏宇锋郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001

针对当前金刚石压机冷却水温控系统使用传统PID算法控制精度低、温度波动大的问题,提出一种将改进鲸鱼算法与神经网络PID控制算法相结合的控制方法,实现PID参数的自适应调整。同时以GD32单片机为核心、步进电机为执行机构,设计循环冷却... 详细信息

针对当前金刚石压机冷却水温控系统使用传统PID算法控制精度低、温度波动大的问题,提出一种将改进鲸鱼算法与神经网络PID控制算法相结合的控制方法,实现PID参数的自适应调整。同时以GD32单片机为核心、步进电机为执行机构,设计循环冷却水温控系统硬件控制器来控制流量调节阀的开度,实现温度控制。仿真和实验结果表明:与传统PID算法相比,使用该温控系统进行温度控制时,超调量更小,控制精度更高,控制效果有很大提升。

关键词：金刚石压机冷却水温度改进鲸鱼算法 BP神经网络

CFRP层合板单搭胶接接头胶板界面剥离强度仿真分析

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复合材料科学与工程 2024年第1期 74-82,88页

作者：张亚楠陈栋时建纬铁瑛李成郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

基于异材界面奇异应力场理论,以CFRP层合板单搭胶接结构为对象,通过有限元和实验的方法分析了结构承载时板胶结合界面上出现的应力分布,锁定界面剥离强度关键区域,通过网格无关的有限元应力比值法提升仿真求解精度,最大限度还原板胶界... 详细信息

基于异材界面奇异应力场理论,以CFRP层合板单搭胶接结构为对象,通过有限元和实验的方法分析了结构承载时板胶结合界面上出现的应力分布,锁定界面剥离强度关键区域,通过网格无关的有限元应力比值法提升仿真求解精度,最大限度还原板胶界面应力分布,着重探讨了多层各向异性CFRP板与传统均质材料在仿真过程和结果的差异,及搭接长度、胶层厚度、结构胶参数等对板胶界面应力分布及起裂点位置的影响,为板胶界面剥离应力的优化、胶接工艺的改进和单搭胶接接头强度的提升提供理论支撑。结果表明:各层参数不同的CFRP板胶界面承载时,剥离应力的最大处需由三个维度共同约束,其中两个维度的约束结果与均质材料相同,极值位于板胶界面垂直于拉伸方向的边缘,实际结构中失效的起始亦常见于此处,第三维度受层合板多层异性影响,该边缘上应力最大的点既不位于该边缘的中点也不位于界面角部,具体位置由材料参数和胶接结构共同影响。

关键词：复合材料界面应力胶层单搭接接头有限元

联合关键点数据增强和结构先验的遮挡人体姿态估计

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计算机工程与应用 2024年第20期60卷 254-261页

作者：韩刚涛王昊汪松陈恩庆郑州大学电气与信息工程学院郑州450001

人体姿态估计技术在许多领域都有着重要的应用。现有研究主要聚焦于无遮挡情况下的人体关键点精确定位,却忽略了人像采集过程中普遍存在的遮挡问题。针对此问题,提出了一个基于关键点数据增强的人体姿态估计方法。具体地,数据增强策略... 详细信息

人体姿态估计技术在许多领域都有着重要的应用。现有研究主要聚焦于无遮挡情况下的人体关键点精确定位,却忽略了人像采集过程中普遍存在的遮挡问题。针对此问题,提出了一个基于关键点数据增强的人体姿态估计方法。具体地,数据增强策略以训练图像中人体可见关键点为中心,生成特定数量和大小的遮挡区域,模拟人体关键点受遮挡时的场景,提升网络模型对遮挡场景下关键点预测的鲁棒性。为了提高模型对被遮挡关键点与相邻关键点间关联性的感知,进一步设计基于人体结构先验知识的损失函数,根据人体真实结构构建相邻关键点连接关系,约束预测的关键点坐标范围,从而提升被遮挡关键点的坐标精度。在OCHuman测试集和COCO验证集上的预测结果表明,相比于基准网络模型,该方法在不增加网络参数的情况下能够提升遮挡场景中的人体姿态估计性能。

关键词：人体姿态估计关键点级遮挡数据增强人体结构损失

STAR-RIS辅助通信感知一体化的多用户安全通信

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电讯技术 2024年第10期64卷 1621-1627页

作者：郝万明宋亚飞孙钢灿郑州大学电气与信息工程学院郑州450001

智能反射面在提高通信感知一体化系统性能和增强物理层安全方面具有极大潜力,但是其存在半空间覆盖的缺点。为此,研究了一种同时反射和透射智能反射面,并在考虑感知目标的信噪比约束条件下,建立一个联合优化基站发射波束赋形和智能反射... 详细信息

智能反射面在提高通信感知一体化系统性能和增强物理层安全方面具有极大潜力,但是其存在半空间覆盖的缺点。为此,研究了一种同时反射和透射智能反射面,并在考虑感知目标的信噪比约束条件下,建立一个联合优化基站发射波束赋形和智能反射面相移的安全能效最大化问题。为求解所赋形的非凸优化问题,用Dinkelbach方法将目标函数转化为减法形式,并将该为题转化为两个子问题来解耦发射波束赋形和反射面相移,进而提出基于连续凸近似、半正定松弛的交替优化算法来求解。仿真结果表明,与传统的分组智能反射面场景相比,该方案能够提升25.6%的系统能效。

关键词：通信感知一体化(ISAC) 智能反射面(IRS) 物理层安全安全能效最大化

基于RSM和MOPSO的轴承沟道磨削工艺参数优化

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现代制造工程 2024年第7期 100-108页

作者：蒋心想李成时建纬陈栋郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

探究角接触球轴承内圈沟道精磨工艺参数与加工质量的响应关系,确定最优工艺参数组,提高沟道加工质量。采用响应面法(RSM)与多目标粒子群优化(MOPSO)算法优化影响沟道加工质量的磨削深度、砂轮线速度和工件转速。首先利用RSM建立以沟道... 详细信息

探究角接触球轴承内圈沟道精磨工艺参数与加工质量的响应关系,确定最优工艺参数组,提高沟道加工质量。采用响应面法(RSM)与多目标粒子群优化(MOPSO)算法优化影响沟道加工质量的磨削深度、砂轮线速度和工件转速。首先利用RSM建立以沟道表面粗糙度和圆度误差为响应的显著不失拟模型;然后通过方差分析和响应曲面图研究工艺参数对响应的交互影响规律;最后采用MOPSO算法对模型进行多目标优化,利用K-means聚类法求解最优解集的折衷解,并进行试验验证。结果表明,磨削深度和砂轮线速度对沟道表面粗糙度和圆度误差影响极显著,工件转速对圆度误差的影响极显著,对表面粗糙度的影响显著;磨削深度与工件转速的交互作用对表面粗糙度影响显著,砂轮线速度与工件转速、磨削深度的交互作用对圆度误差影响显著。最优工艺参数组经试验验证,表面粗糙度和圆度误差较优化前分别减小了8.14%和16.03%。基于RSM和MOPSO算法结合的回归模型整体和单个变量显著,且有较高的预测精度,寻优后的工艺参数组可获得良好的优化效果。

关键词：角接触球轴承响应面法多目标粒子群优化算法沟道磨削参数优化

缺口对悬臂板裂纹扩展和固有频率演变的仿真分析

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第8期38卷 148-153页

作者：王新隆何声馨张光坤郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

本文选取不同初始缺口长度的悬臂板为研究对象,对其裂纹扩展和固有频率演变进行数值研究。首先,建立一种基于ABAQUS-FRANC 3D的联合仿真分析方法,其中ABAQUS用于结构的有限元分析,FRANC 3D基于ABAQUS数值结果进行裂纹扩展仿真。其次,评... 详细信息

本文选取不同初始缺口长度的悬臂板为研究对象,对其裂纹扩展和固有频率演变进行数值研究。首先,建立一种基于ABAQUS-FRANC 3D的联合仿真分析方法,其中ABAQUS用于结构的有限元分析,FRANC 3D基于ABAQUS数值结果进行裂纹扩展仿真。其次,评估了初始缺口长度与裂纹扩展行为和固有频率演变的关系。研究表明,悬臂板初始缺口长度越大,固有频率随着裂纹扩展长度的增加衰减速度越快,固有频率变化率随着裂纹扩展长度的增加可分为3个阶段:缓慢增加、匀速增加和快速增加阶段;固有频率变化率与应力强度因子呈对数线性关系,与裂纹扩展速率曲线相似。最后,评估了缺口应力集中系数对悬臂板疲劳寿命的影响,影响规律符合指数函数模型。

关键词：疲劳裂纹扩展缺口长度数值仿真固有频率应力强度因子

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脉动疲劳加载下振动信号的建模及损伤演化

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第7期38卷 174-179页

作者：张二亮王会康刘璞高肖雨郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

围绕脉动加载下的疲劳损伤演化,基于振动信号的测量数据,应用非线性常微分方程建立周期振动信号的参数化建模与损伤演化检测方法。采用多项式逼近非线性函数的策略,给出非线性常微分方程模型的最小二乘辨识方法;针对测量数据中的噪声导... 详细信息

围绕脉动加载下的疲劳损伤演化,基于振动信号的测量数据,应用非线性常微分方程建立周期振动信号的参数化建模与损伤演化检测方法。采用多项式逼近非线性函数的策略,给出非线性常微分方程模型的最小二乘辨识方法;针对测量数据中的噪声导致参数估计偏差的问题,采用谱分析算法剔除数据中的噪声干扰;基于辨识得到的非线性常微分方程模型,建立疲劳损伤的非线性特征参数;通过脉动疲劳试验,验证了所提出方法的有效性。

关键词：脉动疲劳周期信号非线性常微分方程损伤演化

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基于嵌入式平台和轻量化模型的板材计数装置

电子测量技术 2024年第9期47卷 46-51页

作者：刘忠英翟鹏飞侯维岩郑州大学电气与信息工程学院郑州450001

针对堆叠板材计数过程中人工计数法效率低、准确性不高的问题。本文提出了一套基于嵌入式平台和轻量化模型的板材计数装置,将改进的Faster R-CNN网络植入工控机中运行,可以在工业和物流现场实时识别板材的数量。内置网络使用轻量级网络M... 详细信息

针对堆叠板材计数过程中人工计数法效率低、准确性不高的问题。本文提出了一套基于嵌入式平台和轻量化模型的板材计数装置,将改进的Faster R-CNN网络植入工控机中运行,可以在工业和物流现场实时识别板材的数量。内置网络使用轻量级网络MobileNetv2融合轻量通道注意力机制ECA作为骨干网络,使用空间注意力机制和倒置残差结构重构FPN架构,并提出了一种基于高度交并比的HIOU_Loc预测框去冗余处理新算法,以缓解小目标检测困难的难题。在基于N4100平台的工控机中运行实验表明:本文所提出的算法对板材计数准确度达到了98.51%,检测一张高分辨率板材图像仅需0.31 s。本装置设计了一个校正模块,经过人工后处理后,对于堆叠板材的计数准确率可以达到100%,满足了实际场景下对板材实时计量的需求。

关键词：堆叠板材计数装置 Faster R-CNN 轻量化卷积神经网络 K-means++ 小目标检测