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基于局部离群因子与隔离森林的激光超声缺陷检测

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郑州大学学报（工学版） 2025年第1期46卷 105-112页

作者：李阳朱文博静丰羽叶中飞马云瑞周洋邹云郑州大学机械与动力工程学院河南郑州450001 中国电建集团河南电力器材有限公司河南漯河462000 国网河南省电力公司电力科学研究院河南郑州450052

针对激光超声(LU)缺陷检测中最大振幅图存在伪像的问题,结合主成分分析(PCA)和两种无监督的机器学习算法局部离群因子(LOF)与隔离森林(IF),以实现对LU数据的无监督异常检测。首先,利用PCA算法对LU数据进行降维处理,减轻了LU数据的复杂度... 详细信息

针对激光超声(LU)缺陷检测中最大振幅图存在伪像的问题,结合主成分分析(PCA)和两种无监督的机器学习算法局部离群因子(LOF)与隔离森林(IF),以实现对LU数据的无监督异常检测。首先,利用PCA算法对LU数据进行降维处理,减轻了LU数据的复杂度;其次,利用LOF算法和IF算法进行了数据异常值的识别分析,并利用累积分布函数和核密度估计确定异常值的阈值大小;最后,对比了LOF算法、IF算法以及最大振幅图的检测结果。结果表明:LOF算法有更优的缺陷识别精度和更低的误判率。

关键词：激光超声缺陷检测主成分分析局部离群因子隔离森林铝合金

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高温高压对三元预混燃料爆炸特性的影响

高压物理学报 2025年第1期39卷 011303-1-011303-15页

作者：朱源姜根柱王筱蓉郭宏展苏傲成江苏科技大学机械工程学院江苏镇江　212003

乙醇/甲烷/氢气（C2H5OH/CH4/H2）作为一种新型的替代燃料，研究其爆炸特性对于我国新能源的可持续发展具有重要意义。在不同的当量比（0.8～1.4）、初始压力（0.1、0.2和0.4 MPa）和初始温度（370、400和450 K）下，从实验和化学动力... 详细信息

乙醇/甲烷/氢气（C2H5OH/CH4/H2）作为一种新型的替代燃料，研究其爆炸特性对于我国新能源的可持续发展具有重要意义。在不同的当量比（0.8～1.4）、初始压力（0.1、0.2和0.4 MPa）和初始温度（370、400和450 K）下，从实验和化学动力学角度分析了其对关键爆炸特性参数，如峰值爆炸压力、峰值爆炸压力上升速率、爆炸时间以及爆燃指数的影响。结果表明，爆炸特性参数在当量比为1.2～1.3之间时出现极值。峰值爆炸压力与初始压力呈线性正相关，而与初始温度呈线性负相关。增大初始压力，火焰锋面裂纹、胞化程度加深，峰值爆炸压力增大。此外，实验工况下评估的最大爆燃指数为20.83 MPa·m/s，表明预混燃料的燃烧处于相对安全水平。基元反应敏感性分析表明：爆燃反应与H和OH自由基密切相关，而R1、R8、R24、R96是影响爆炸反应强度最重要的4个基元反应。研究成果可为C2H5OH/CH4/H2三元混合燃料在实际燃烧装置中的应用、燃料安全性评估以及爆炸事故预防提供参考。

关键词：乙醇/甲烷/氢气爆炸特性线性相关 H和OH自由基

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生物炭表面NO吸附特性的量子化学研究

原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 7-16页

作者：朱世遥薛婕雯张雨轩陈斌武卫东上海理工大学上海200093 上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

生物炭表面具有丰富的官能团,通过化学吸附可以与一氧化氮(NO)分子形成稳定化学键,廉价易得且环境适应性强,具有广阔的应用前景.然而,当前对生物炭表面NO吸附特性的研究大多仍停留在宏观层面,缺乏深入的微观机制解析.本文基于密度泛函理... 详细信息

生物炭表面具有丰富的官能团,通过化学吸附可以与一氧化氮(NO)分子形成稳定化学键,廉价易得且环境适应性强,具有广阔的应用前景.然而,当前对生物炭表面NO吸附特性的研究大多仍停留在宏观层面,缺乏深入的微观机制解析.本文基于密度泛函理论,深入研究了生物炭表面一氧化氮(NO)的吸附转化路径,从分子层面揭示了生物炭对NO的吸附特性.研究结果显示,N-down型吸附构型的能量普遍低于O-down型吸附构型,是较为可能的吸附构型,并且含氧原子的官能团在NO的吸附和氨(NH_(3))的形成过程中扮演着关键角色.此外,通过对N-down型构型的进一步分析发现,在与活性位点结合后,NO将优先取代羟基,最终在生物质焦炭表面转化为NH_(3).同时,基于变分过渡态理论(CVT)计算了反应速率,发现NO优先反应的途径将受到不同区域内反应速率的限制.本文通过量子化学方法深入揭示了生物炭表面NO吸附特性的微观机制,为优化生物炭在NO治理中的应用提供了理论支持.

关键词：吸附生物炭密度泛函理论

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变速条件下流体动压效应稳健性分析

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1219-1228页

作者：张泽斌景世钊袁少朋石明辉郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设... 详细信息

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设计目标。以高速动压油膜为研究对象,为掌握几何参数和转速对油膜承载性能波动的影响,进行稳健优化和分析,提取油膜性能稳健优化结果的特征区域。针对传动系统的不同需求,采用计算流体力学方法求解不同转速下的动压滑动轴承油膜压力场,进而求解其主要性能指标:承载力和摩擦功耗。建立研究目标的Kriging近似模型,并在样本点临近区域选择稳健目标计算的子空间,计算目标均值和方差。利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解不同目标组合的Pareto最优解集。结合自组织映射图(SOM)方法进行相关性分析,提取设计目标与几何参数、转速之间的相关性特征,分析最优特征区域中偏心率对目标稳健性的影响,最终确定稳健性好的特征区域,并选择个别结果进行仿真计算验证。结果表明:所提出的最优性分析方法能够清晰展现出稳健最优性区域在设计空间中的分布情况,便于降低几何参数和转速的波动对油膜性能的影响;所提方法能提升优化设计结果的可实现性,有效促进理论设计与工程实际的衔接。

关键词：稳健设计 Kriging模型 Pareto前沿自组织映射图滑动轴承最优性分析

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基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化

郑州大学学报（工学版） 2025年第1期46卷 98-104,112页

作者：于永洁杜昱錡黄仕磊甘芳吉四川大学机械工程学院四川成都610065 成都大学电子信息与电气工程学院四川成都610106

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨... 详细信息

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过梯度实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。

关键词：柔性超声传感器背衬层匹配阻抗匹配信噪比

织构化动压轴承热流体润滑特性理论与试验研究

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中国表面工程 2023年第1期36卷 156-167页

作者：刘腾飞李瑞珍张绍林夏勇杰郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

为了探究表面织构对动压轴承热流体润滑特性的影响,计入热流体耦合因素更接近轴承的实际工况.以矩形、三角形、圆形三种表面织构形式动压轴承为研究对象,联立Reynolds方程、能量方程、黏温方程和不同形式织构几何特征方程,建立织构化轴... 详细信息

为了探究表面织构对动压轴承热流体润滑特性的影响,计入热流体耦合因素更接近轴承的实际工况.以矩形、三角形、圆形三种表面织构形式动压轴承为研究对象,联立Reynolds方程、能量方程、黏温方程和不同形式织构几何特征方程,建立织构化轴承热流体耦合模型.采用有限差分法求解得到油膜压力场分布、温度场分布及轴承特性参数,并分析织构形状、深度、进油温度等因素对织构化轴承特性的影响.结果表明:表面织构能够有效降低油膜温升,改善轴承润滑性能;不同形式织构对于轴承热流体特性影响有所差异,低偏心时矩形织构表现出更好的润滑性能;进油温度对于织构化轴承热流体特性有较大影响,随着进油温度的升高,轴承的特性参数在不断下降,但幅度逐渐减缓.制备了织构化轴承试件并进行工况测试,试验结果与理论计算对比分析,趋势规律一致,验证了结论的合理性、正确性.

关键词：表面织构动压轴承热流体特性参数试验研究

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气吸式圆盘白萝卜播种机设计与试验

农机化研究 2025年第1期47卷 148-156页

作者：尹家巧李骅齐新丹孙新平马云龙南京工业大学机械与动力工程学院南京211816 南京农业大学江苏省智能化农业装备重点实验室南京210031 南京农业大学工学院南京210031

针对目前白萝卜种子尺寸小、流动性差、形状不规则导致播种机吸种效果差、漏播率和重播率高等情况,设计了一款气吸式圆盘白萝卜播种机。通过对播种机结构组成和工作原理的分析,计算吸附单粒种子的受力情况,建立了力学模型,并得到单粒最... 详细信息

针对目前白萝卜种子尺寸小、流动性差、形状不规则导致播种机吸种效果差、漏播率和重播率高等情况,设计了一款气吸式圆盘白萝卜播种机。通过对播种机结构组成和工作原理的分析,计算吸附单粒种子的受力情况,建立了力学模型,并得到单粒最小吸附负压值;通过各级链数转动比,确定了播种机地轮与排种器链数关系。通过对吸种过程DEM-CFD耦合仿真单因素试验,计算确定播种机中排种器关键结构参数最优范围,即排种盘转速为1~2 rad/s、风机负压为4~5 kPa、吸孔直径为2.4~2.8 mm;并在此基础上进行田间试验,以排种盘转速、风机负压、吸孔直径为试验因素,以播种间距合格率指标、漏播率指标、重播率指标为评价标准,进行三因素三水平正交试验。利用Design-Expert软件构造数学回归方程和响应曲面模型,分析了各个参数对播种合格率指标的影响变化,并利用软件最优化模块,确定了结构参数最优组合,即排种盘转速为1.3 rad/s、风机负压为4.6 kPa、吸孔直径为2.5 mm。田间试验结果表明:播种行距合格率指标为92.35%,漏播率指标为3.97%,重播率指标为3.68%,满足白萝卜精量播种的农艺要求。

关键词：气吸播种机耦合仿真田间试验正交试验白萝卜

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盘型声流超声电机驱动机理分析及实验研究

西安交通大学学报 2024年第6期58卷 193-202页

作者：石明辉陈书杰张绍林马鑫峰刘甫澄郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

针对传统超声电机定子与转子表面存在严重摩擦磨损导致系统性能降低的问题,提出了一种新型非接触悬浮式声流超声电机。该电机结构紧凑,能够利用声悬浮原理实现定子和转子的非接触驱动,消除传统超声电机存在的严重摩擦磨损。基于连续性方... 详细信息

针对传统超声电机定子与转子表面存在严重摩擦磨损导致系统性能降低的问题,提出了一种新型非接触悬浮式声流超声电机。该电机结构紧凑,能够利用声悬浮原理实现定子和转子的非接触驱动,消除传统超声电机存在的严重摩擦磨损。基于连续性方程,建立了悬浮间隙介质流体分析模型,并采用有限元法进行求解。搭建实验台进行转动特性测试实验,分析了新型电机的工作机理,研究了不同槽型及运转状态下的声流分布。研究结果表明:转子表面刻槽导致间隙内圆周方向产生了压力梯度,进而形成了驱动转子的转矩;随着驱动电压升高,定子盘的振动幅值及转子转速均增大,当驱动电压为1 430 V时,定子盘振动幅值为9.8μm,转子转速达到74 r·min^(-1);相较于光滑转子,刻槽型转子在槽域附近的声流场发生了明显改变。此研究可为非接触超声电机的研究提供参考,也能进一步扩展超声电机的应用领域。

关键词：超声电机声流非接触悬浮声悬浮

搭接长度和铺层方式对CFRP复合材料层合板胶接结构连接性能和损伤行为的影响

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复合材料学报 2020年第1期37卷 121-131页

作者：毛振刚侯玉亮李成铁瑛孙李刚郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

针对不同搭接长度和铺层方式的碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层合板单搭胶接结构进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和失效形态,获得了载荷-位移曲线;同时基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则模拟了CFRP复合材料层合板的层内损... 详细信息

针对不同搭接长度和铺层方式的碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料层合板单搭胶接结构进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和失效形态,获得了载荷-位移曲线;同时基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则模拟了CFRP复合材料层合板的层内损伤形成和演化,并利用内聚力模型来模拟层间及胶层的失效损伤,对CFRP复合材料层合板单搭胶接结构在拉伸作用下的失效强度和损伤机制进行了预测,通过对比验证了该数值方法的有效性;通过数值试验比较不同搭接长度和铺层方式的单搭胶接结构及双搭胶接结构的连接强度和损伤行为,并提出了一种优化的CFRP复合材料层合板胶接结构。结果表明:CFRP复合材料层合板胶接结构的极限失效载荷随着搭接长度的增大逐渐增加并趋于稳定值,且结构的失效形式逐渐从胶层自身剪切失效过渡到邻近胶层的层合板层间分层失效;CFRP复合材料层合板胶接结构的连接强度和损伤行为随着铺层方式的不同而改变,通过对3种铺层方式的对比和分析,得到性能最好的铺层方式是[03/903]2S;在搭接长度为5~20mm时,通过对搭接长度进行优化,得到单搭胶接结构的最优搭接长度是17mm,双搭胶接结构的最优搭接长度是19.3mm,与搭接长度为20mm相比,单搭胶接结构和双搭胶接结构的连接强度分别提高了13.26%和0.43%。

关键词： CFRP 复合材料层合板胶接结构搭接长度铺层方式连接强度