稀土元素Er、Yb和Y掺杂ZrO_(2)的第一性原理研究

氧化锆具有声子能量低,介电常数高和带隙较宽等优良特性,并且立方相的氧化锆(cZrO_(2))透光率高,适合作为上转换发光材料的基质.采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波赝势法研究了稀土元素Er、Yb和Y掺杂cZrO_(2)的电子结构和光学性质.计算结果显示,掺入Y元素后,cZrO_(2)转变为直接带隙材料,继续掺入Er和Yb原子后,费米能级移动到价带内,带隙显著减小.Y和Er混掺后,增强了cZrO_(2)在近红外波段的吸收能力.继续掺入Yb后,cZrO_(2)对近红外波段的吸收能力有了进一步地增加.

面向微型交通标志的ASPC-YOLOv8检测算法

针对在部分遮挡和复杂背景下的微型交通标志误检、漏检等问题,提出一种基于YOLOv8s的交通标志检测框架。构建空间自适应金字塔卷积模块(ASPC)代替Neck所有Conv模块,设计全新的ASPC2f模块代替部分C2f模块,减少了模型参数量,提升了检测性能;为解决在检测小目标时因尺度不一致而导致的语义信息损失问题,引入小目标检测层,以增强深层和浅层语义信息的有效融合;使用EIOU代替原来的边界框损失函数,提升网络边界框回归性能。经实验,该方法在TT100K交通标志数据集上平均精度均值(mAP)达到89.7%,相较于原模型提升6.2个百分点,微型目标平均精度均值相对提升9.4个百分点,参数量降低2.6 MB。

混合动力汽车多目标改进型粒子群算法优化研究

为提高混合动力汽车的经济性、动力性和平顺性,以一款并联式混合动力汽车为对象,以控制策略参数和动力系统参数为优化变量,以动力电池荷电平衡等为约束条件,构建多目标优化模型。在优化过程中,引入混沌算子和余弦策略对粒子群优化算法的速度公式、惯性权重和学习因子进行改进,提出改进型粒子群优化算法,并进行仿真优化。结果表明,在满足约束条件的前提下,优化后经济性、平顺性和动力性分别提高了15.88%、11.71%、3.51%。同时,发动机与电机工作点的效率分布得到明显改进。

纳米纤维复合质子交换膜研究

质子交换膜(PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键部件,决定了其整体性能。目前的PEM存在高甲醇渗透率、价格昂贵等问题,限制了其商业应用。随着纳米复合材料技术的发展,将纳米纤维引入PEMs制备纳米纤维复合质子交换膜(NCPEMs)得到了广泛研究。在NCPEM中,纳米纤维可以形成质子传输的远程通道,并增强骨架以达到PEMFCs的目标性能。文章以NCPEM为重点,综述了NCPEM制备技术的最新进展。此外,还从纤维组成方面综述了有机-功能化有机纳米纤维和有机-无机杂化纳米纤维的纳米纤维复合质子交换膜。

人工神经网络预测非环状亚硝胺急性毒性的QSAR研究

在DFT-B3LYP/6-311+G(d,p)水平对60种非环状亚硝胺分子结构进行几何全优化,通过多元逐步线性回归(MSR)分析筛选出9个量子化学描述符作为自变量,log LD_(50)(lethal dose 50%,LD_(50):大鼠口服急性毒性)作为因变量,采用人工神经网络(ANN)方法构建QSAR模型。经Levenberg-Marquardt(LM)算法训练得到的隐含层为10个神经元节点的多层感知机ANN模型为最优结构。采用内外双重验证的方法,分析和检验模型的稳健性。对模型的内部验证采用留一法(LOO)交叉验证和均方根误差(RMSE)评估,其结果为Q_(LOO)^(2)=0.9514,RMSE_(train)=0.1534;外部验证结果为Q_(ext)^(2)=0.8842,RMSE_(test)=0.2948,因此构建的QSAR模型具有优秀的预测能力,为非环状亚硝胺结构和其急性毒性关系的深入理解提供理论基础。

基于熔融沉积成型的连续纤维增强复合材料3D打印研究进展

熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺具有无模自由成型、可设计性强、快速成型等特点,进一步扩大了连续纤维增强复合材料的应用范围,是当前受到广泛关注和研究的3D打印成型工艺。本文针对连续纤维增强复合材料的FDM工艺成形原理、工艺方法及设备、打印原材料等方面进行综述;分析了工艺参数、浸渍状态以及路径规划算法对连续纤维增强复合材料3D打印样件的力学性能及表面质量的影响。针对当前FDM工艺以及技术发展所遇到的问题进行总结并对今后发展的重点方向提出建议。

滑动放电等离子体控制细长体头部背风区非对称涡实验研究

飞行器在大迎角飞行状态下,细长体头部背风区流场演变复杂,会出现非对称旋涡,产生随机侧向力,对飞行器的机动性和敏捷性影响很大。针对细长体大迎角非对称涡控制问题,采用顺流向布局的滑动放电等离子体激励器,结合测压和粒子图像测速(PIV)等手段,对细长体模型开展了风洞实验研究。研究结果表明:激励电压10 kV是流动控制开始生效的阈值电压;当来流速度10 m/s(雷诺数0.8×105)、迎角45°时(激励电压16 kV,归一化脉冲频率1.96),获得最佳流动控制效果,侧向力系数最高可降低83.48%;随着来流速度继续增大,流动控制效果逐渐减弱,预测在来流速度26 m/s时将完全失效。

基于多指标评估云模型的车载动力锂电池火灾风险研究

为了探究多影响因素下车载动力锂电池火灾风险特性,确保其安全运行,采用基于多指标熵权云模型的评估方法,探讨了不同风险层级下的风险指标隶属度特性,并提供了风险预防措施。结果表明,所选型号动力锂电池在风险等级Ⅲ下的隶属度为0.684,风险整体处于可控范围;动力锂电池火灾风险事故中,发生可能性排名前五的风险指标中客观风险因素占80%,但客观风险因素发生的可能性小于人为诱发因素,后者平均维持在前者的约62%;构建风险评估体系中电池类风险指标数达40%,其风险期望值相较其他风险因素低,可在电池生产阶段对所属的风险指标进行改进;电动汽车运行过程中对动力锂电池火灾风险影响最大的3个风险因素分别为气温过高、过充、事故撞击。

宽温域、高电压、安全无EC电解液研究进展

碳酸乙烯酯(EC)作为性能优良的有机溶剂,因其具备高的介电常数和对于石墨负极良好的兼容性,被广泛认为是可充电锂离子电池电解液的重要组成部分。然而,其自身熔点高、黏度大、电化学窗口窄等一系列问题,使得EC基电解液锂电池无法满足高温、高压、低温等多种苛刻条件下的应用需求。本文通过回顾近期相关文献,首先介绍了目前基于传统EC基电解液在极端应用条件下的失效机理,包括高压下EC与正极相变析出的氧气反应,电极与电解液界面劣化导致电解液持续消耗,高温下电解液分解产生易燃自由基,低温下锂沉积不均匀导致锂枝晶产生等一系列问题;其次,着重阐述了无EC电解液的最新研究动态,包括原位构筑稳定电极界面膜、调节溶剂化结构、调控反应路径、去除反应副产物等优化措施重新设计电解液成分,以达到通过设计改善电解液提高锂电池综合性能的目的;最后,概述了开发高性能无EC电解液当前存在的障碍和可能的发展机会。目的是为研发能够满足军工、航空等苛刻应用场景的锂离子电池提供一些方向指引和理论指导以推动新能源产业发展。

盘式永磁同步电机电磁结构设计与散热研究

传统混合动力车用电机存在转矩密度小、效率低、散热不良等问题。为此,设计一款车用双定子单转子盘式永磁同步电机及其冷却散热结构。首先,设计双定子单转子盘式永磁同步电机的电磁结构及尺寸参数;基于Ansys Maxwell软件,建立其三维模型并进行瞬态电磁仿真,将仿真值与设计值进行对比分析;最后设计其冷却散热结构,进行热建模和温度场仿真分析。结果表明:额定工况运行时,额定转矩为358 N·m,额定转速为1600 r/min,额定输出功率为60 kW,满足电机电磁性能设计要求;电机的最高温度为133.8℃,不会造成永磁体发生不可逆退磁和绕组绝缘层的损坏,冷却结构符合设计要求。

纳米纤维膜基弹性固态电解质的设计及性能研究

以双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)为锂盐,丙烯酸丁酯(BA)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等为复合原料组分,采用热引发原位聚合的方法制备以聚偏氟二乙烯(PVDF)纳米纤维膜为基膜的弹性聚合物固态电解质(SPE),PBA弹性体的引入可以增强复合膜的韧性并为锂枝晶穿刺提供缓冲空间,FEC阻燃添加剂的加入可以有效增强复合膜热稳定性和界面稳定性,通过其协同作用可以有效改善界面接触差、离子电导率低等问题;同时,PVDF中的—C—F官能团还有利于锂离子的吸附和锂盐的解离。PVDF纳米纤维膜的三维互通网状结构可以提供较大的比表面积,进而贡献更多的锂离子吸附位点,提供足够多的有序互通锂离子传递通道,并且PVDF纳米纤维膜的引入可以较大幅度提高复合固态电解质膜强度,有利于抑制锂枝晶的生长。结果表明,25℃条件下,含有PVDF纳米纤维的弹性复合固态电解质膜的离子电导率为3.9×10^(-4) S/cm,拉伸强度为13.8 MPa,耐热分解温度为200℃,离子迁移数为0.75,所制备的磷酸铁锂(LFP)|SPE|Li固态电池0.1 C放电比容量为167 mAh/g。其中,LFP/SPE/Li电池0.5 C循环120次的放电容量为122.3 mAh/g,容量保持率为95.9%。

垂直起降固定翼无人机混合电推进系统设计与仿真研究

垂直起降固定翼无人机综合了固定翼和多旋翼的优势,在未来航空工业拥有良好前景,针对其动力系统结构分布和动力需求的特点,提出增程式油电混合电推进系统方案,根据飞行动力学和功率需求,对动力系统的各部件进行参数匹配与选型,结合恒功率控制策略建立油电混合电推进系统模型进行仿真分析。结果表明:电池SOC值最终稳定在0.35~0.45范围内,旋翼电机和尾桨电机均运转在参数匹配结果范围内,该混合电推进系统方案设计和参数匹配具有合理性。

飞机燃油箱水污染物数值建模

为系统研究初始温度、初始相对湿度、载油率和溶解水相对饱和度对溶解水、冷凝水、析出水和游离水生成量的影响,基于传热传质方程建立水污染物生成模型。研究结果表明:在这4种因素中,初始温度对水污染物生成的影响最大,随着初始温度的增加,冷凝水呈现先减少后增多的趋势,游离水呈现增多的趋势,初始温度310 K生成的游离水较270 K增加了177%;初始相对湿度的影响最小,随着初始相对湿度的增加,冷凝水呈现增多的趋势,初始相对湿度100%时生成0.68 L冷凝水,为初始相对湿度40%时0.619 L的1.1倍;载油率的增加会导致燃油在下降阶段产生“回吸现象”,且随着载油率的增加“回吸现象”加强,冷凝水量呈现减少的趋势,而游离水量呈现增加的趋势,载油率100%时共生成游离水1.009 L,为40%时0.561 L的1.79倍;溶解水相对饱和度的增加会导致析出水量的增多,从而使游离水总量增加,溶解水相对饱和度100%总共生成游离水0.793 L为初始溶解度40%时0.335 L的2.37倍。

芳纶平纹织物单纱抽拔力学性能分析

为探究芳纶平纹织物抽拔力峰值和横向预张力受各因素影响机制和变化规律,通过在电子万能试验机上加装自主设计的快速对中夹具和力传感器,进行了以横向预张力、抽拔速度、试样规格和纱线类型为变量的单纱抽拔实验。结果表明:抽拔力和横向预张力在抽拔过程中发生同频率零相位差的震荡下降,抽拔力峰值与抽拔纱线的交织点数量、交织点处的张力和变形程度呈正比关系;当初始横向预张力从100 N增加至400 N时,抽拔力峰值从5.63 N增加至10.58 N,横向预张力的上升值降低,下降值增加;当织物纵向长度从30 mm递增至110 mm时,抽拔力峰值增加,峰值增幅降低;抽拔过程中,横向预张力的上升值和下降值都随着织物纵向长度的增加而增加;纱线织造密度越小,预紧后的卷曲程度越高,抽拔力峰值越大。

基于自适应ResGAT网络的轴承多传感器融合故障诊断

强噪声干扰下滚动轴承状态监测信号呈非稳态多分量信号特点,单个传感器信号包含的故障信息有限,无法全面表征设备运行状态。提出一种基于自适应残差图注意力卷积神经网络(Re⁃sidual Graph Attention network,ResGAT)的多传感器融合故障诊断方法,利用多传感器监测信号可准确辨识不同工况下的滚动轴承故障信息。首先,将多个传感器采集的振动信号利用变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和小波包分解(Wavelet Packet Decomposition,WPD)分解为小波系数矩阵,基于半径图策略构造包含多传感器网络信息的图结构数据;其次,基于残差网络的短接特性,设计一种自适应残差图注意力卷积网络(ResGAT),利用网络的输出及其残差,深度挖掘多传感器融合数据冗余故障信息;最后,将所提ResGAT模型应用于定转速、变转速、复合故障3种不同工况下的滚动轴承故障诊断数据集。研究结果表明,与现有方法相比,所提方法在3种工况下均具有更高的分类准确率和鲁棒性。

基于LSTM-EKF的无人机航迹追踪算法

针对雷达信号检测弱,受噪音影响大,无法对无人机进行精确追踪的问题,提出长短期记忆(LSTM)神经网络和扩展卡尔曼滤波(EKF)结合算法:通过扩展卡尔曼滤波融合雷达数据对目标进行预测,得到目标无人机的位置速度信息;然后分析单一使用EKF算法的弊端,并运用LSTM神经网络结合滤波位置速度信息和滤波产生误差作为输入进行训练学习,得到预测误差作为输出补偿EKF;最后,与EKF算法在生成的匀速、匀变速轨迹上进行对比验证。仿真结果表明,LSTM-EKF算法相比传统EKF算法具有更高的追踪精度,可将追踪误差控制在10 m内,同时具有更好的抗噪能力。

垂直起降固定翼无人机混合动力系统参数匹配

燃料电池无人机因其效率高、排放无污染、能量密度高等优点,成为绿色航空研究的热点。燃料电池混合动力系统参数匹配对无人机经济、环保和效率有重要影响。某垂直起降固定翼无人机采用燃料电池+锂离子电池混合动力系统,根据技术指标,对该无人机动力系统各部件进行选型。首先设计燃料电池混合动力系统拓扑结构,对混合动力系统中燃料电池、锂电池、无刷直流电机、螺旋桨、单向DC/DC变换器进行参数匹配;然后根据任务剖面创建负载功率,最后运用有限状态机能量管理控制策略,对混合动力系统进行MATLAB/Simulink仿真分析。结果表明:所设计的燃料电池混合动力系统能很好地满足飞行负载需求和飞行过程中的工况变化,实现了零排放飞行。

多通道双荷载六旋翼无人机动力输出优化控制

六旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)动力系统受到电池功能以及应用环境动态变化等因素的影响,导致动力输出的稳定性不好,为了克服这一问题,提出基于多通道双荷载动态输出调整的六旋翼无人机动力系统设计和控制方法。首先分析六旋翼无人机动力输入参数,以无人机电机电磁转矩、电机转速参数、输出功率损耗和效率等为优化变量,采用多线程动态相匹配和兼容性调制方法,建立无人机动力输出的多通道双荷载动态匹配和任务调度模型,并根据无人机组的任务覆盖半径实现动力的自适应寻优控制,降低额外输出开销,提高无人机生存时间周期。测试结果表明,所设计的无人机动力系统提高了搭载能力,能耗开销较小,动力输出的均衡性较好,提高了无人机的动力输出稳定性和飞行寿命。

作用半径对斜盘发动机部件运动学参数的影响

斜盘驱动机构为斜盘发动机的主要传动机构,机构的斜盘作用半径、斜盘倾角、缸数等参数直接影响斜盘发动机动力学性能。通过对斜盘驱动机构相关设计参数的推导,建立斜盘后球头位置和活塞位置的数学模型,结合Matlab仿真得到相应曲线验证数学模型的合理性。利用Adams研究当斜盘作用半径变化时对斜盘发动机部件运动学参数的影响。结果表明,当发动机斜盘作用半径为110mm,斜盘倾角为16.17°时其转速稳定性最优、水平方向振动以及轴向窜动的抑制效果最好。

玻璃纤维布基多层复合固态电解质的制备及其性能

以双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)为锂盐,利用玻璃纤维布、聚环氧乙烯(PEO)、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐[(EMIM)TFSI]、锂镧锆氧(LLZO)纳米颗粒等为原料,采用溶液浇筑法制备不同锂镧锆氧含量的玻璃纤维基多层复合固态电解质膜,通过该4种物质的协同作用扩大PEO的非晶相区域、改善膜的界面兼容性等,综合提高膜的离子导电率;同时,利用玻璃纤维布表面Si—O和—OH官能团引导锂离子的均匀沉积,抑制锂枝晶的生长。结果表明,30℃条件下,添加质量比为5%LLZO的玻璃纤维布/PEO/ILs/LLZO(SPE)复合固态电解质膜的离子电导率为3.53×10^(-4) S/cm,工作电压窗口为5.18 V,离子迁移数为0.33,所制备的磷酸铁锂(LFP)/SPE/Li和镍钴锰酸锂(NCM_(622))/SPE/Li固态电池0.1 C放电容量分别为165 mAh/g和226 mAh/g。其中,LFP/SPE/Li电池0.5 C循环120次,放电容量为120 mAh/g,容量保持率为99.8%,此外,循环前后阻抗变化较小,具有优异的界面稳定性。