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宽波段环形孔径光学-数字联合成像系统设计

激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 155-161页

作者：王少颖蒋世磊张锦孙国斌赵金刘卫国周璇魏习江西安工业大学光电工程学院陕西西安710021 西安应用光学研究所陕西西安710065

针对空间相机轻量化、小型化要求,采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑,系统存在色差和球差,引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差,而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题,设计了一种端到端式光学-数字联合成... 详细信息

针对空间相机轻量化、小型化要求,采用一体式环形孔径透镜。由于基底单一和结构紧凑,系统存在色差和球差,引入衍射光学元件和偶次非球面校正像差,而单层衍射光学元件在宽波段存在衍射效率下降等问题,设计了一种端到端式光学-数字联合成像系统,对影响衍射效率主要级次的点扩散函数进行一致性优化,构建出空间不变的点扩散函数模型,为后续图像复原建立复原函数模型,实现退化图像的复原。最终光学-数字联合成像系统工作波段确定为0.45~1μm,焦距为185 mm,视场为5°,F数为4,遮拦比为0.35,系统总长为67.8 mm。

关键词：光学设计环形孔径单层衍射光学元件端到端设计图像复原

基于连续激光器的侧向拉曼散射激光雷达无盲区探测大气水汽技术研究

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光学学报 2024年第12期44卷 320-328页

作者：杨帆高飞李晓莉高雄张城安汪丽闫庆石冬晨辛文辉华灯鑫西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 陕西省现代装备绿色制造协同创新中心陕西西安710048

大气中50%以上的水汽主要存在于海拔2 km以内的低层大气内,而传统振动拉曼散射激光雷达探测大气水汽主要采用基于后向散射的同轴和非同轴平行收发系统结构,系统探测盲区和过渡区限制了其在近地表大气水汽探测方面的有效性。因此,提出一... 详细信息

大气中50%以上的水汽主要存在于海拔2 km以内的低层大气内,而传统振动拉曼散射激光雷达探测大气水汽主要采用基于后向散射的同轴和非同轴平行收发系统结构,系统探测盲区和过渡区限制了其在近地表大气水汽探测方面的有效性。因此,提出一种新型的基于双基地收发系统结构的侧向振动拉曼散射激光雷达探测技术,通过俯仰转动云台带动侧向望远镜接收系统,对不同高度层下氮气和水汽分子的侧向振动拉曼散射回波光谱进行扫描探测,从而实现地表到感兴趣高度范围内无盲区的近地表大气水汽精细探测。在实验观测研究中,采用整段等距分辨率和分段等距分辨率两种探测模式,探测结果展示了两种转动方案均可实现从近地表到特定高度的大气水汽探测,特别是分段等距分辨率云台转动方案凭借可变分辨率的探测优势,在近地表区域实现了对大气水汽分布的精细探测。

关键词：激光雷达近地表大气水汽侧向振动拉曼散射无盲区探测俯仰扫描

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发动机外涵道机匣加筋布局轻量化设计

航空学报 2024年第11期45卷 168-180页

作者：孟亮张靖王亚栋于洋张帆朱继宏张卫红陕西省空天结构技术重点实验室西安710072 西北工业大学机电学院西安710072 西北工业大学航宇材料一体化设计与增材制造装备技术国际联合研究中心西安710072 北京动力机械研究所北京100074

针对某型发动机外涵道机匣的极致轻量化设计需求,首先以结构刚度最大化为目标,开展了薄壁机匣结构复杂工况下的加筋布局拓扑优化设计;进一步考虑机匣服役工况下的屈曲稳定性要求,系统性研究了工程常见4种加筋构型与结构抗屈曲性能的关... 详细信息

针对某型发动机外涵道机匣的极致轻量化设计需求,首先以结构刚度最大化为目标,开展了薄壁机匣结构复杂工况下的加筋布局拓扑优化设计;进一步考虑机匣服役工况下的屈曲稳定性要求,系统性研究了工程常见4种加筋构型与结构抗屈曲性能的关联关系;最后,考虑制造工艺约束,建立了外涵道机匣的周期性加筋参数化模型,综合结构刚度、强度和稳定性要求,构建了基于加筋应力水平和结构抗屈曲性能等的综合优化设计目标,并开展了加筋尺寸优化设计。优化得到的外涵道机匣加筋设计方案较原始设计模型减重近40%,与1.3 mm等厚机匣相比,不仅满足结构刚度与强度设计要求,同时实现了结构外部压强临界屈曲载荷212.9%的提升,有效保障了发动机机匣严酷载荷工况下的服役稳定性。

关键词：外涵道机匣屈曲加筋设计参数化建模结构优化

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基于机器学习的硝酸拉曼光谱定量分析方法

探测与控制学报 2024年第4期46卷 63-68页

作者：张雅茹程碧瑶杨博王小卓任文贞中国兵器工业集团第二一二研究所陕西西安710065 中国科学研究院西安光学精密机械研究所陕西西安710119

针对太安产线智能化检测中存在的硝酸拉曼光谱随浓度变化复杂、难以通过传统方法实现高精度定量分析的问题,提出一种基于机器学习的硝酸拉曼光谱高精度定量分析方法。三种机器学习算法包括偏最小二乘回归、支持向量机回归及随机森林回... 详细信息

针对太安产线智能化检测中存在的硝酸拉曼光谱随浓度变化复杂、难以通过传统方法实现高精度定量分析的问题,提出一种基于机器学习的硝酸拉曼光谱高精度定量分析方法。三种机器学习算法包括偏最小二乘回归、支持向量机回归及随机森林回归算法首次被用于构建硝酸拉曼光谱定量分析模型。将经去噪、背景扣除、归一化等预处理后的硝酸拉曼光谱作为模型输入,硝酸浓度作为模型输出,采用网格搜索算法结合五折交叉验证优化模型超参数后,三种模型在测试集数据上的R2均大于0.995,且随机森林回归模型最优,浓度预测均方误差可达0.356。实验结果表明,利用基于机器学习的拉曼光谱定量分析技术,可为硝酸浓度测量提供一种无损、高精度检测方法。

关键词：硝酸浓度机器学习拉曼光谱定量分析

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基于潜航员认知建模的动态作业风险概率评估

系统工程理论与实践 2024年

作者：乔一丹陈登凯孙意为廖纹熠西北工业大学陕西省工业设计工程实验室

相较于其他复杂作业系统，载人深潜作业具有密闭、狭小的极端环境特征以及长航时、高负载的任务性质。载人深潜事故一旦发生，极可能导致重大后果。因此亟需开发一种可以定量评估潜航员认知行为表现及作业风险的动态概率评估方法。提出... 详细信息

相较于其他复杂作业系统，载人深潜作业具有密闭、狭小的极端环境特征以及长航时、高负载的任务性质。载人深潜事故一旦发生，极可能导致重大后果。因此亟需开发一种可以定量评估潜航员认知行为表现及作业风险的动态概率评估方法。提出了基于知识和经验驱动的潜航员认知行为建模方法，将更丰富的性能塑造因素集成到人因可靠性分析方法IDAC中，并通过系统动力学方法开发作业风险概率评估的认知环境模拟程序，以仿真分析潜航员的动态人因失误概率。以某次载人深潜任务为例验证了所提方法的可行性。研究成果有助于准确地识别关键风险任务，并引导技术人员对相关技术难题进行攻克，以提升舱内人机环系统的总体作业效能。

关键词：作业风险认知建模系统动力学人因失误载人深潜

石墨烯对环氧树脂泡沫炭石墨化、电导率和力学性能的影响

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无机材料学报 2024年第1期39卷 107-112,I0008,I0009页

作者：杨平军李铁虎李昊党阿磊西北工业大学材料学院西安710072 陕西省石墨烯新型炭材料及应用工程实验室西安710072

环氧树脂基泡沫炭是一种具有三维海绵状结构的新型炭材料,独特的网状泡孔结构使其具有高孔隙率、耐高温、耐腐蚀、导电/导热可调等性能,应用前景广阔。但是环氧树脂的石墨化困难,本工作以石墨烯为异质成核改性剂,用以提高环氧树脂泡沫... 详细信息

环氧树脂基泡沫炭是一种具有三维海绵状结构的新型炭材料,独特的网状泡孔结构使其具有高孔隙率、耐高温、耐腐蚀、导电/导热可调等性能,应用前景广阔。但是环氧树脂的石墨化困难,本工作以石墨烯为异质成核改性剂,用以提高环氧树脂泡沫炭的石墨化程度、电导率和力学性能。采用简单的发泡、炭化和石墨化工艺制备了石墨烯改性环氧树脂泡沫炭。石墨烯异质成核剂诱导了泡沫炭碳微晶生长,增加了碳晶格条纹长度,减少了碳晶体混乱。研究表明,不含或含质量分数0.05%石墨烯改性泡沫炭的晶面间距、晶粒堆垛高度、石墨化度分别为0.343nm、3.35nm、8.42%和0.342nm、10.22nm、23.2%。此外,石墨烯作为晶胞成核位点会影响泡沫炭的平均晶胞尺寸,随着石墨烯含量的增加,泡沫炭平均晶胞尺寸先减小后增大。同时,石墨烯改性增大了泡沫炭的有序结构,提高了其导电性,当石墨烯的质量分数为0.05%时,泡沫炭电导率为53.8 S·m^(–1)。相对于纯泡沫炭(压缩应变为0.0096%),质量分数0.01%、0.02%、0.05%和0.10%的石墨烯改性泡沫炭压缩应变增加至0.208%、0.228%、0.187%和0.1146%。本研究为碳纳米材料/泡沫炭制备、碳结构和性能调控提供了新的研究方法。

关键词：泡沫炭石墨烯异质成核石墨化机械性能

悬浮液等离子喷涂高效制备TiO_(2)涂层及其光催化性能

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表面技术 2024年第1期53卷 209-219页

作者：崔赛楠范秀娟尹辉俊李双建张小峰何春艳宋琛邓春明毛杰广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州200240 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 广东工业大学广州510006

目的解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中... 详细信息

目的解决TiO_(2)粉末催化剂在污水净化过程中易沉降和难回收问题,同时提高TiO_(2)在可见光条件下降解有机污染物的速率。方法采用悬浮液等离子喷涂(SPS)技术,以H2为辅助气体制备TiO_(2)涂层,借助H2将高温等离子体焰流中熔融态TiO_(2)中的Ti4+还原成Ti3+。通过场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱光谱仪、紫外-可见光谱仪等对TiO_(2)粉末以及所制备涂层的结构形貌、物相组成、元素价态、光学特性进行分析。以亚甲基蓝为目标污染物,使用光化学反应仪测试粉末和涂层的光催化性能。结果TiO_(2)涂层表面呈现由熔融和半熔融颗粒组成的“喀斯特”微观形貌,表面粗糙度为2.94μm,孔隙率为10.2%。TiO_(2)粉末物相为纯锐钛矿,涂层物相由锐钛矿、金红石相及TiO_(2)-x相组成。TiO_(2)涂层中Ti3+的存在使其带间隙减小0.6eV。在紫外光条件下,TiO_(2)粉末的催化速率为0.00348,而涂层的催化速率为0.00345。在可见光条件下,粉末的催化速率与亚甲基蓝的光解速率相近,涂层的催化速率是0.00307。结论通过SPS技术成功制备了TiO_(2)光催化涂层,其在可见光条件下的催化性能较粉末有显著提升。

关键词：悬浮液等离子喷涂 TiO_(2)涂层微观结构物相组成带间隙光催化性能

热力耦合情况下的导弹导引头多尺度并行拓扑优化设计方法

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航空动力学报 2024年第5期39卷 181-189页

作者：郭伟超李辉李丙震孔令飞刘永苏力争西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 中国兵器工业集团公司西安电子工程研究所西安710100

针对导弹导引头在高温高负载下的结构设计问题,引入多尺度拓扑优化设计方法对导弹导引头进行优化设计,提出了一种在稳态热源情况下热力耦合连续体结构多尺度并行化拓扑优化方法。该方法在宏观尺度上,将热源引入的等效热载荷耦合至力载... 详细信息

针对导弹导引头在高温高负载下的结构设计问题,引入多尺度拓扑优化设计方法对导弹导引头进行优化设计,提出了一种在稳态热源情况下热力耦合连续体结构多尺度并行化拓扑优化方法。该方法在宏观尺度上,将热源引入的等效热载荷耦合至力载荷当中,获得符合热力耦合载荷的宏观构型分布;在微观尺度上,通过聚类方法划分微结构类型,提升微结构计算效率和解决宏微观结构尺度分离问题。以结构柔度作为目标函数,材料的体分比为约束,建立了基于固体各向同性材料惩罚模型的多尺度并行拓扑优化模型;采用直接法对热力耦合情况下的灵敏度进行分析计算,运用OC准则法对设计变量进行优化,从而获得有效的热力耦合情况下的宏微观并行拓扑优化模型。利用悬臂梁结构对所提方法进行了验证,结果表明所设计的结构既具有热力耦合工况下的承载能力,也具有一定的热防护的能力。应用该方法对导弹引导头进行结构一体化优化设计,获得了较好的既具有承载性能,又具有隔热性能的引导头结构。两个案例展示了在保证质量减少50%的情况下,依然都获得了理想的优化结构,从而验证了所提方法的正确性与有效性。也为类似热力耦合工况下的结构一体化设计提供了可行方法,具有一定的工程应用意义。

关键词：热力耦合导弹导引头多尺度并行拓扑优化微结构

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过头作业上肢负荷评估研究综述

计算机集成制造系统 2024年

作者：杨延璞吕苓玮韩钟剑范昱安为岚长安大学工程机械学院中国电子科技集团公司第二十研究所

过头作业是工业化生产、建筑施工、装备维修与维护等领域常用操作姿势之一，对其上肢负荷评估能够识别作业风险，减少职业肌肉骨骼损伤（Work-related Musculoskeletal Disorders，WMSDs）发生几率，为作业方式、环境及条件优化提供重... 详细信息

过头作业是工业化生产、建筑施工、装备维修与维护等领域常用操作姿势之一，对其上肢负荷评估能够识别作业风险，减少职业肌肉骨骼损伤（Work-related Musculoskeletal Disorders，WMSDs）发生几率，为作业方式、环境及条件优化提供重要支撑。对过头作业概念及其上肢工效学暴露问题进行研究，对比分析定性评估法、定量评估法和基于数字人建模的评估法的优势和不足，从实地考察、问卷自评量表、生理与生化指标测定、运动捕捉等测量手段及数字人建模方面对现阶段过头作业上肢负荷评估的理论基础和技术方案进行综述，并探讨了减缓过头作业上肢负荷的辅助设备的类别、效果及优劣。最后，对过头作业上肢负荷评估存在的问题和发展前景进行了总结和展望。

关键词：过头作业上肢负荷评估职业肌肉骨骼损伤工效学暴露