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不同预载机制和过盈量下角接触球轴承的动力学特性

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航空动力学报 2024年第4期39卷 267-278页

作者：李震王青山王瑞华秦斌中南大学机电工程学院长沙410012 中南大学交通运输工程学院长沙410015

基于Hertz弹性接触理论和无滚道控制理论,建立了不同预载机制下五自由度角接触球轴承拟静力学分析模型,采用牛顿拉夫逊法对已建立的模型进行数值求解,探究预载机制和过盈量对角接触球轴承动力学特性的影响。通过将已建立模型求解接触角... 详细信息

基于Hertz弹性接触理论和无滚道控制理论,建立了不同预载机制下五自由度角接触球轴承拟静力学分析模型,采用牛顿拉夫逊法对已建立的模型进行数值求解,探究预载机制和过盈量对角接触球轴承动力学特性的影响。通过将已建立模型求解接触角和轴承刚度结果与已有文献结果进行对比,验证模型的有效性。分别探究了过盈量对内外圈装配压力和滚道接触变形量的影响以及过盈量和预载机制对轴承刚度的影响。结果表明:随过盈量增加,内外圈装配压力增加,初始接触角减小;随着过盈量增加,轴承径向刚度增加,轴向刚度和角刚度减小;与定压预紧相比,定位预紧能够提高轴承刚度;探究转速对接触变形和装配压力的影响,确定了松脱旋转速度约为40000 r/min。

关键词：过盈量预载机制牛顿拉夫逊轴承刚度接触角

基于改进YOLOv5s的CNN-Swin Transformer森林野生动物图像目标检测算法

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林业科学 2024年第3期60卷 121-130页

作者：杨文翰刘天宇周俊池胡文武蒋蘋湖南农业大学机电工程学院长沙410128

【目的】为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。【方法】以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动... 详细信息

【目的】为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。【方法】以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动物在内的数据集为研究对象,首先,对真实标注框图像进行裁剪、归一化和缩放处理,随机将2~4张裁剪图像拼贴组成新的数据集元素,以丰富和增强数据集图像信息;其次,使用一种基于通道注意力思想的加权通道拼接方法,在通道拼接时引入权重改变通道数量,通过反向传播训练方法不断更新权重以增加重要特征信息的通道层数;接着,引入Swin Transformer模块与CNN网络相结合,为卷积神经网络特征提取加入自注意力机制,融合2种网络特征提取层的优势,提高特征提取的感受野;最后,选择更优的α-DIoU损失函数替代GIoU损失函数,针对边界框重叠面积和中心点距离造成的损失,引入新的几何因素惩罚项。【结果】在相同试验条件和数据集下,相比原YOLOv5s网络模型,改进算法极大提高检测的平均准确率和平均回归率,均值平均精度由74.1%提升至88.4%,获得14.3%的精度提升,同时也超过YOLOv3、YOLOXs、RetinaNet、Faster R-CNN等其他流行目标检测算法。【结论】针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像背景与目标对比度低、遮挡重叠严重,致使检测误检率、漏检率高等问题,在检测算法中提出一系列改进措施,为我国森林野生动物的保护和数据获取提供一种新的可行性方案和思路。

关键词：森林野生动物检测算法 YOLOv5s Swin Transformer 网络融合

Al/Cu超声波焊接界面晶粒形貌与断裂机制

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机械工程学报 2024年

作者：柳健刘龙方文俊郭志明长沙学院机电工程学院

针对Al/Cu焊接接头易发生脆性断裂的问题，调整铝板和铜板的结构形式，进行了Al/Cu超声波焊接试验研究，探究了焊接振幅、焊接时间、焊接能量与峰值功率等焊接参数之间的联系。通过扫描电子显微镜与背向散射电子衍射技术分析了不同结构... 详细信息

针对Al/Cu焊接接头易发生脆性断裂的问题，调整铝板和铜板的结构形式，进行了Al/Cu超声波焊接试验研究，探究了焊接振幅、焊接时间、焊接能量与峰值功率等焊接参数之间的联系。通过扫描电子显微镜与背向散射电子衍射技术分析了不同结构形式下Al/Cu超声波焊接界面晶粒形貌与织构变化。结果表明，焊接能量与峰值频率分别随焊接时间、焊接振幅的增加呈线性增加。在焊接压力与高频微动摩擦作用下，不同结构形式的铜板和铝板实现了固相连接。焊接界面铝的微观组织皆出现了均匀分布的位错，发生了动态再结晶，产生了大量的等轴晶粒，其织构由单元{001}转化为剪切织构单元{111}，织构强度明显减小；而纯铜的微观组织没有形成新的位错，晶粒形貌和尺寸基本没变，织构强度增加。通过拉伸试验可以发现，结构形式的改善可以使断裂模式由Al/Cu超声波焊接区域边缘断裂转为铝板自身断裂，提高了Al/Cu超声波焊接接头的力学性能。

关键词：超声波焊接铝/铜晶粒形貌断裂机制

考虑能耗与负载因素的抓取机械臂运动轨迹规划算法

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吉林大学学报（工学版） 2024年第7期54卷 1862-1868页

作者：汤小红龚永健中南林业科技大学机电工程学院长沙410000

针对抓取机械臂运动轨迹规划不合理导致的运动路程增加及能耗加剧问题,提出了考虑能耗与负载因素的抓取机械臂运动轨迹规划算法。根据运动学原理建立抓取机械臂运动学模型,通过齐次变换矩阵求解各环节空间位置、姿态,利用时间间隔序列... 详细信息

针对抓取机械臂运动轨迹规划不合理导致的运动路程增加及能耗加剧问题,提出了考虑能耗与负载因素的抓取机械臂运动轨迹规划算法。根据运动学原理建立抓取机械臂运动学模型,通过齐次变换矩阵求解各环节空间位置、姿态,利用时间间隔序列、三次非均匀B样条插值算法约束各个关节角度、速度及其加速度,使其运动轨迹能耗、负载最优;采用线性回归分析方程生成新的群体,找出该群体最优粒子并将其替换原群体中任意一个粒子,反复该过程,即可找出群体最优运动轨迹。实验结果表明,本文算法收敛速度快,且运动轨迹能耗最低。

关键词：能耗计算负载平衡抓取机械臂运动轨迹运动学混沌群体粒子群算法

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喷丸对铝合金亚表面裂纹闭合修复的影响与试验

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表面技术 2024年第7期53卷 180-189页

作者：胡俊廖凯罗鹏博李立君陈飞中南林业科技大学机电工程学院长沙410004

目的研究喷丸修复7075-T651铝合金亚表面裂纹的愈合机理及修复效果。方法建立材料亚表面裂纹在喷丸作用下的修复模型,运用Ansys进行数值模拟计算,并预测裂纹深度修复阈值;根据模型,利用线切割制造相应的裂纹,并对其进行喷丸修复,从残余... 详细信息

目的研究喷丸修复7075-T651铝合金亚表面裂纹的愈合机理及修复效果。方法建立材料亚表面裂纹在喷丸作用下的修复模型,运用Ansys进行数值模拟计算,并预测裂纹深度修复阈值;根据模型,利用线切割制造相应的裂纹,并对其进行喷丸修复,从残余应力、疲劳强度、微观结构等方面分析裂纹愈合的机理,并评估修复效果。结果仿真结果表明,在弹丸直径D=0.5mm、弹丸速度v=100m/s时喷丸修复效果最佳,裂纹修复深度阈值为0.15 mm;裂纹修复区域的表面应力为非裂纹区域的83.17%,实验结果与仿真结果相符;在修复裂纹后,试件的疲劳强度可以达到完好试样的70.32%。剧烈的喷丸冲击使裂纹亚表面材料产生较大的微观形变热,有利于组织形变,促使裂纹两侧的晶粒组织形成闭合挤压,宏观上表现为压应力下组织的紧密闭合,这种闭合起到了修复裂纹的作用,整体上属于物理性修复,但仍无法完全消除裂纹对材料的消极影响。结论喷丸通过压力作用对亚表面材料的裂纹进行闭合修复,使材料的疲劳强度得到恢复,这对于铝合金结构件裂纹的早期修复和应急性修复具有积极作用。

关键词：喷丸 7075-T651铝合金亚表面裂纹裂纹闭合裂纹修复

高压下快凝Pd_(82)Si_(18)非晶合金中二十面体结构分析

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物理学报 2024年第2期73卷 216-224页

作者：陈贝邓永和祁青华高明文大东王小云彭平吉首大学物理与机电工程学院吉首416000 湖南工程学院计算科学与电子学院湘潭411104 湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

采用分子动力学方法对6种不同压强下Pd_(82)Si_(18)高温熔体快速凝固形成非晶固体的过程进行模拟,并采用团簇类型指数法和逆向追踪法对其进行微结构特征和遗传演化分析.研究结果表明:加压能够提高体系的玻璃转变温度,在高压条件下,凝固... 详细信息

采用分子动力学方法对6种不同压强下Pd_(82)Si_(18)高温熔体快速凝固形成非晶固体的过程进行模拟,并采用团簇类型指数法和逆向追踪法对其进行微结构特征和遗传演化分析.研究结果表明:加压能够提高体系的玻璃转变温度,在高压条件下,凝固形成的结构中存在大量的二十面体,中心原子为Pd的二十面体与中心原子为Si的二十面体更易形成嵌套共享联结中程序.遗传分析结果表明加压有利于提高团簇的遗传起始温度和遗传分数,以Si原子为中心的团簇比以Pd为中心的团簇具有更强的遗传能力,对玻璃形成能力的影响更大.

关键词：分子动力学高压遗传二十面体

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Al-Mg-Si合金双辊铸轧板坯不同位置处微观组织差异及其对板坯性能的影响

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材料工程 2024年第7期52卷 130-139页

作者：王旭成黄元春中南大学机电工程学院长沙410083 中南大学轻合金研究院长沙410083

传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯... 详细信息

传统的热轧法生产Al-Mg-Si合金板材存在工序多、时间长和成本高等缺点,严重制约了Al-Mg-Si合金的发展,因此,近年来采用双辊铸轧工艺生产Al-Mg-Si合金板材获得了极大的关注。本工作采用双辊铸轧工艺制备Al-Mg-Si铝合金铸轧板坯,探究板坯不同位置的微观组织差异及其对板坯性能的影响,结果表明:板坯边部和心部的晶粒形貌差异明显,织构组成复杂,大量第二相沿晶界处不均匀分布,板坯内部存在明显的元素偏析。通过理论计算,铸轧板坯边部的织构强化贡献强度为10.7 MPa,晶界强化贡献强度为86.8 MPa,而铸轧板坯心部的织构强化贡献强度为15.1 MPa,晶界强化贡献强度为82.4 MPa,板织构和随机织构对于铸轧板坯的强度贡献有限,边部和心部的强度差异主要取决于晶界强化。板坯边部和心部存在不同程度的位错缠结,边部的位错密度高于心部,这与小角度晶界统计结果相一致。针对板坯组织不均匀性的特点,通过热力学计算,为板坯后续热处理制度提供了理论指导。

关键词： Al-Mg-Si合金双辊铸轧微观表征晶界强化热力学计算

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基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

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中国机械工程 2024年第5期35卷 792-801页

作者：刘竟飞姜潮倪冰雨汪宗太河南工业大学机电工程学院郑州450001 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082 中国核电工程有限公司北京100048

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题,提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点,对输入变量进行一次性采样,从而构造初始训练样本集。采用贝叶... 详细信息

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题,提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点,对输入变量进行一次性采样,从而构造初始训练样本集。采用贝叶斯深度神经网络初步构建高维多输出问题的代理模型。贝叶斯深度神经网络能够同时求解多个预测输出响应的不确定性估计,基于该特点发展了一种针对高维多输出问题的主动加点策略,通过主动学习的方式进一步构建具有较高精度的高维多输出代理模型。然后,利用蒙特卡罗采样方法以及高斯混合模型求解多个输出响应的联合概率密度函数。研究结果表明,所提方法不仅能够避免分别对多个输出响应进行独立求解的复杂过程,而且能够利用多个输出响应之间的关联,主动筛选关键样本点进行建模,在一定程度上提高了高维多输出问题的求解效率。最后,通过几个数值算例验证了所提方法的有效性。

关键词：主动学习贝叶斯深度神经网络高维不确定性多输出问题

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大直径盾构隧道成型质量巡检方法研究

工程科学学报 2024年第2期46卷 365-375页

作者：赵先琼邓凯张亚洲马英博夏毅敏中南大学机电工程学院长沙410083 中铁十四局集团大盾构工程有限公司南京211899

针对因工业应用成本限制,中、小盾构隧道成型质量无损检测技术迁移至大直径盾构隧道时精度、速度折损严重的问题,以巡检车为载体,集成二维激光扫描仪、编码器和计算机等设备,研制了大盾构隧道成型质量巡检车,并提出一种基于数字图像的... 详细信息

针对因工业应用成本限制,中、小盾构隧道成型质量无损检测技术迁移至大直径盾构隧道时精度、速度折损严重的问题,以巡检车为载体,集成二维激光扫描仪、编码器和计算机等设备,研制了大盾构隧道成型质量巡检车,并提出一种基于数字图像的盾构质量非对称巡检方法.分析大直径盾构的施工环境,滤除地面、车体点云,并采用邻域向量法提取中轴线,建立隧道中心坐标系.偏心布置巡检路线,按照点云密度将采样点云分为稠密侧和稀疏侧点云,通过不同方法实现对管片接缝特征的拾取:将稠密侧点云绕中轴线展开为二维灰度图像,并通过缩放、归一化、梯度阈值分割等方法实现接缝图像分割;基于直线方程对接缝进行分类,结合管片结构、布置点位,推导出稀疏侧接缝与稠密侧接缝的线性分布公式,间接拾取稀疏侧接缝.根据接缝特征点计算两侧管片边缘点云簇,计算管片错台量;剔除接缝点云簇,使用最小二乘法拟合隧道点云,计算隧道椭圆度.最后在某大直径盾构隧道进行巡检试验,试验结果表明:成型质量巡检车在十四米盾构隧道中巡检速度为3 km·h-1,与传统方法的错台量检测偏差小于2 mm,椭圆度检测偏差小于0.1%,可以满足大直径盾构隧道成型质量巡检的高速度、高精度、低成本需求.

关键词：大直径盾构隧道激光扫描阈值分割错台检测变形检测