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偏转激光切向修整凹形面金刚石倒角砂轮的研究

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激光技术 2024年第3期48卷 327-333页

作者：曹明月陈根余周伟刘宣呈钟振鹏李杰湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 湖南大学激光研究所长沙410082

为了减小凹形面金刚石砂轮的激光修整误差,建立激光遮蔽效应和激光斜面分散效应误差模型,分析了激光切向修整凹形面金刚石砂轮的误差来源,提出了偏转激光修整凹形面成形砂轮法,并通过理论分析和实验验证,探索了修整参数对凹形面砂轮轮... 详细信息

为了减小凹形面金刚石砂轮的激光修整误差,建立激光遮蔽效应和激光斜面分散效应误差模型,分析了激光切向修整凹形面金刚石砂轮的误差来源,提出了偏转激光修整凹形面成形砂轮法,并通过理论分析和实验验证,探索了修整参数对凹形面砂轮轮廓精度和圆弧半径的影响。结果表明,在1°~1.5°的偏转角范围内,斜边轮廓修整精度为8μm;在合适的偏转角度下,圆弧半径误差小于10μm;在修整凹弧半径为0.2 mm和0.5 mm、补偿半径分别为0.03 mm和0.06 mm时,凹弧半径误差分别缩小0.02 mm和0.03 mm。偏转激光修整法有效地提高了修整精度,减小了修整误差,为凹形面金刚石修整提供了新思路。

关键词：激光技术偏转激光切向修整激光遮蔽效应斜面分散效应凹形面金刚石砂轮

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成形砂轮激光修整的多轮廓图像合成检测方法

激光技术 2024年第3期48卷 395-404页

作者：刘宣呈陈根余操坤曹明月梅枫湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 湖南大学激光研究所长沙410082

为了解决复杂轮廓成形砂轮激光修整过程中在线检测难、轮廓检测精度低、速度慢等问题,搭建了一套基于砂轮激光修整机床的图像采集系统,提出了一种多轮廓图像合成检测方法,定义了轮廓波动带的概念。首先利用引导滤波和灰度变换预处理砂... 详细信息

为了解决复杂轮廓成形砂轮激光修整过程中在线检测难、轮廓检测精度低、速度慢等问题,搭建了一套基于砂轮激光修整机床的图像采集系统,提出了一种多轮廓图像合成检测方法,定义了轮廓波动带的概念。首先利用引导滤波和灰度变换预处理砂轮轮廓图像,增强轮廓特征;再使用全局阈值分割和反二值化得到二值图像,将二值图像序列合成为带有像素频率信息的轮廓频率图像,通过阈值分割提取出轮廓波动带;最后使用随机抽样一致算法结合最小二乘法对波动带最外侧的边缘点集进行拟合,完成直线和圆弧特征的检测。结果表明,该检测方法与单一截面视觉检测法相比,检测效率接近,但误差范围缩小了66.67%;与磨削复映检测法相比,检测结果存在一个固定偏差,平均误差在7μm左右,但检测效率提高了91.67%。该方法能高精度、高效地检测成形砂轮轮廓,为成形砂轮轮廓检测方法提供了新思路。

关键词：图像处理激光修整成形砂轮轮廓检测引导滤波阈值分割

四元Co-Ni-Cr-Al合金高温氧化模式及其转变机理

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金属学报 2024年第7期60卷 947-956页

作者：吕云蕾任延杰冯抗抗周梦妮王文陈荐牛焱长沙理工大学能源与动力工程学院长沙410076 浙江科技大学机械与能源工程学院杭州310023 中国科学院金属研究所沈阳110016

为深入探究Cr、Al元素对Co-Ni合金高温氧化行为的影响,本工作研究了四元Co-20Ni-8Cr-xAl (x=3、5,质量分数,%)合金在纯氧中800、900、1000和1100℃下的氧化行为。氧化后,2种合金表面均生成了复杂的氧化膜。2种合金在800、900和1000℃下... 详细信息

为深入探究Cr、Al元素对Co-Ni合金高温氧化行为的影响,本工作研究了四元Co-20Ni-8Cr-xAl (x=3、5,质量分数,%)合金在纯氧中800、900、1000和1100℃下的氧化行为。氧化后,2种合金表面均生成了复杂的氧化膜。2种合金在800、900和1000℃下均有不连续Al_(2)O_(3)膜生成,1100℃下仅在Co-20Ni-8Cr-5Al表面生成Al2O3。温度从800℃升到900℃,合金的氧化速率均提高,而温度从1000℃升高到1100℃后,2种合金的氧化速率均下降。合金中Al含量由3%增加到5%,Co-Ni-Cr-Al合金的氧化速率随之下降,但5%的Al含量仍不足以令合金表面生成保护性的Al2O3膜。与Al含量相同的Co-Ni-Al三元合金相比,Cr和Al的同时存在有利于降低四元Co-Ni-Cr-Al合金的氧化速率。

关键词： Co-Ni-Cr-Al合金高温氧化氧化动力学保护性氧化膜

基于NSGA-Ⅱ算法的环缝进气喷管结构参数优化研究

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兵器装备工程学报 2024年

作者：廖俊贤杨铭薛玉琴关奔王革张普哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院内蒙动力机械研究所

针对环缝进气喷管相互耦合的复杂结构参数，构建Kriging代理模型，基于NSGA-Ⅱ多目标遗传算法以喷管效率特性以及质量特性为优化目标，对环缝进气喷管的初始扩张半角、出口扩张半角、扩张段长度、入射中心位置扩张比以及入射角度进行优... 详细信息

针对环缝进气喷管相互耦合的复杂结构参数，构建Kriging代理模型，基于NSGA-Ⅱ多目标遗传算法以喷管效率特性以及质量特性为优化目标，对环缝进气喷管的初始扩张半角、出口扩张半角、扩张段长度、入射中心位置扩张比以及入射角度进行优化。优化结果表明，相较于传统喷管，环缝进气喷管效率特性增益可达13.6%；相较于基础喷管，质量特性增益可达13%。通过分析优化进程发现，随着喷管效率特性的增加分离激波逐渐前移，膨胀波束强度逐渐增加；在优化范围内扩张段长度、入射位置、入射角度显著影响喷管性能，初始扩张半角和出口扩张半角对喷管性能影响较小，入射角度越大、入射位置越靠前、扩张段长度越长喷管效率特性越高，喷管质量特性主要由扩张段长度决定。

关键词：环缝进气喷管效率特性质量特性多目标优化 Kriging代理模型

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考虑惯性载荷的结构热力耦合拓扑优化

机械工程学报 2024年第13期60卷 130-140页

作者：郑静荣轩霈姜潮米栋李加强湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室长沙410082 中国航发湖南动力机械研究所株洲412002

现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境,而且承受着不可忽视的惯性力作用。针对这一类问题,提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法。首先,构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优... 详细信息

现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境,而且承受着不可忽视的惯性力作用。针对这一类问题,提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法。首先,构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优化模型,在体积约束条件下优化结构的柔顺度;其次,给出了惯性载荷的计算方法,针对低密度区域材料分布不收敛的问题提出了一种改进的材料插值惩罚模型,并基于此推导了结构柔顺度关于拓扑设计变量的敏度;最后,采用了基于梯度的移动渐近线法(Method of moving asymptotes, MMA)更新拓扑设计变量。此外,开发了基于MATLAB和ABAQUS的热力耦合拓扑优化平台,可适用于复杂工程中不规则结构设计域的拓扑优化问题。数值算例结果表明,所提出方法可有效避免低密度区域结构分布模糊的现象,具有良好的收敛性。

关键词：拓扑优化热力耦合惯性载荷

基于因子图优化的光伏电站场景激光雷达SLAM方法

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激光与光电子学进展 2024年第14期61卷 155-163页

作者：汪方斌曹锟龚雪朱达荣汪萍安徽建筑大学机械与电气工程学院安徽合肥230601 安徽建筑大学建筑机械故障诊断与预警技术重点实验室安徽合肥230601

光伏电站具有场地尺度大、场景中结构稀少、阵列排布光伏组件形成狭长过道的环境特点。针对搭载2D激光雷达的巡检机器人使用simultaneous localization and mapping (SLAM)算法在光伏电站场景中进行定位和地图构建时出现位姿估计不准确... 详细信息

光伏电站具有场地尺度大、场景中结构稀少、阵列排布光伏组件形成狭长过道的环境特点。针对搭载2D激光雷达的巡检机器人使用simultaneous localization and mapping (SLAM)算法在光伏电站场景中进行定位和地图构建时出现位姿估计不准确、地图显示不完整的问题,以Cartographer算法为框架,提出一种基于因子图优化的前端优化策略。通过预积分处理构建惯性测量单元(IMU)因子,联合激光雷达数据扫描匹配后位姿因子,共同作为约束加入因子图中进行优化,获得更准确的估计位姿,并将此位姿嵌入原始算法进行地图构建。搭建模拟光伏电站环境和模拟狭长过道环境,对主流滤波算法、Cartographer算法和改进后算法进行对比实验,结果表明改进后算法所构建的地图尺寸精度更高,整体描述更准确。

关键词：激光雷达光伏电站场景预积分因子图优化传感器融合

基于粗颗粒动态演化过程的高铁填料振动压实机理研究

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 803-813页

作者：谢康陈晓斌尧俊凯李泰灃王业顺邓志兴吕鑫龙中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

为了揭示高铁粗粒土填料振动压实机理,以典型的高铁基床表层级配碎石填料为研究对象,首先基于自行研制的大型振动压实仪,建立连续干密度ρ_(rd)、动刚度Krb以及修正地基系数K20的压实质量评估体系;然后利用X-CT对压实过程中的级配碎石... 详细信息

为了揭示高铁粗粒土填料振动压实机理,以典型的高铁基床表层级配碎石填料为研究对象,首先基于自行研制的大型振动压实仪,建立连续干密度ρ_(rd)、动刚度Krb以及修正地基系数K20的压实质量评估体系;然后利用X-CT对压实过程中的级配碎石进行扫描,从粗颗粒动态演化角度揭示级配碎石的压实机制。研究结果表明:整个压实过程中,不同土体类型的级配碎石ρ_(rd)均呈现出急速上升-缓慢上升的趋势,而Krb和K20却呈现出急速上升-缓慢下降的趋势。进一步,提出压实嵌锁点Tlp以量化出级配碎石的压实性能拐点特征。振动压实过程中当60%的粗颗粒长轴趋于水平排布时(处于Tlp状态),即呈现出振动压实稳定态;而后进一步压实,易导致粗颗粒发生以表面研磨为主的破碎现象,破坏骨架稳定性,降低压实性能。最终通过离散元模拟验证该机制的正确性。研究成果可从细观层面揭示振动压实机理,为高铁智能碾压质量评估提供新的方法。

关键词：高铁路基级配碎石压实机理 X-CT 动态演化量化表征

节流式燃/氧分离发动机准一维内弹道数值研究

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航空学报 2024年第7期45卷 134-153页

作者：王革王志邦王富祺关奔王立民宁浩然哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001 国防科技大学空天科学学院长沙410073 内蒙动力机械研究所呼和浩特010011 哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院哈尔滨150028

针对节流式燃/氧分离发动机建立非定常准一维内弹道数值模型和性能调控机理关系式,以对发动机推力调控过程进行预示。数值模型考虑燃烧室中的燃气注入、壁面摩擦和推进剂燃面退移,采用有限速率化学反应模型描述化学非平衡过程。利用该... 详细信息

针对节流式燃/氧分离发动机建立非定常准一维内弹道数值模型和性能调控机理关系式,以对发动机推力调控过程进行预示。数值模型考虑燃烧室中的燃气注入、壁面摩擦和推进剂燃面退移,采用有限速率化学反应模型描述化学非平衡过程。利用该数值模型,计算得到了节流式燃/氧分离发动机的调控性能参数及内部流动参数分布情况。结果显示,当流量调节阀喉部半径由2.89 mm调节至1.65 mm时,发动机推力可由105.09 N增至432.18 N,推力提升至调节前推力的411.25%,验证了节流式燃/氧分离发动机的推力调控能力。发动机在流量调节阀作动过程中出现负调现象,调节阀作动速度越大,负调量越大,但性能参数的响应时间越短。发动机性能调控影响因素分析表明:推进剂压力指数增大和喷管喉部半径减小均有助于节流式燃/氧分离发动机性能调控能力的提升,从而提出了喷管可调的节流式燃/氧分离发动机方案。其工作过程的仿真结果表明:在特定的推力调节比要求下,减小喷管喉部半径能够有效降低富燃燃烧室承压水平,为发动机性能调控提供更多可行方案。

关键词：固体火箭发动机燃/氧分离发动机准一维内弹道推力调控性能调控机理

基于等效结构应力法的高强钢焊接结构低温主S-N曲线

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船舶力学 2024年第4期28卷 571-581页

作者：高杰鞠晓臣左照坤赵欣欣段梦兰中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所北京100055 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验... 详细信息

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验对该方法进行了验证。在此基础上,结合大量的高强钢焊接结构试验结果,将温度敏感因子c引入到低温疲劳主S-N曲线的推导中,首次建立了基于低温金属焊接结构的主S-N曲线,并对文献中的疲劳S-N试验数据和ASME中的修正方法进行了对比和验证。结果表明,等效结构应力法能够较准确地计算出焊缝疲劳S-N曲线,推导出的金属焊接结构低温主S-N曲线与试验曲线吻合较好,能够满足低温地区工程要求,可为高强钢焊接结构在北极地区低温环境中的广泛应用提供理论指导。该方法可以为金属焊接结构的低温疲劳研究节省大量的成本,减少非标准试验操作造成的不必要的误差。这对北极海洋工程设备的设计、安全运行和疲劳评估具有重要意义。

关键词：等效结构应力法焊接结构低温主S-N曲线温度敏感系数