粒子群优化的神经网络PID沼气干发酵温度控制

针对目前沼气干发酵温度控制中神经网络PID控制器性能受初始权值设置影响较大的问题,提出一种粒子群优化神经网络PID控制器的控制方法。粒子群算法利用发酵温度系统数学模型对神经网络的初始权值进行优化,用优化后的神经网络在线调整PID控制器参数。在优化过程中引入多种群竞争机制,提高粒子群全局寻优性能。仿真结果表明,该系统控制品质要优于神经网络PID控制,能够减小超调量、缩短稳定时间,提高控制精度。

正交小波级数拟合法的薄板结构分布动载荷识别技术

针对工程结构中的薄板系统,基于正交小波级数分解理论,构造正交小波基函数,将待识别的分布动态载荷在正交小波基空间中进行小波级数分解,从模态理论出发给出了小波级数系数与结构测点响应信息的线性关系,计算出小波系数,通过小波重构,还原薄板结构表面承受的分布动载荷.本文的载荷识别理论适用于各种不同载荷类型,通过计算机仿真,验证了该方法的通用性和较高的识别精度.仿真过程中加入随机噪声,识别结果证明了小波重构的动载荷具有良好的抗噪能力,有效提高了载荷识别的信噪比.

膜/块体结构氧化物复合磁电材料研究进展

由铁氧体(如:CoFe2O4,NiFe2O4)和铁电相(如:BaTiO3,Pb(ZrxTi1-x)O3)组成的复合材料是经典的复合磁电材料,也是最早在室温下观察到大磁电耦合效应的复合材料。这类复合材料的制备通常是在高于1200℃的高温条件下将铁氧体相和铁电相两相共烧而成。然而,在高温过程中不可避免的存在原子互扩散及两相界面反应,甚至出现微裂纹。本文综合介绍了几种通过直接在一种铁性氧化物块体上生长另一种铁性陶瓷膜的方法,从而实现铁电、铁磁两相之间的低温复合(一般不高于800℃),避免了高温共烧过程中的固有问题,并展示了此类膜/块体复合体系的磁电耦合性能常用的表征方法。

基于数值模拟的有限翼展吹气控制研究

以大攻角下增加升力、减小阻力为目的,采用计算流体力学方法,针对在有限展长的三维机翼模型上进行的局部开口吹气控制进行了数值研究。利用结构网格及相应的非定常流计算方法对吹气流动控制进行了数值仿真,分析了吹气动量系数、吹气位置等参数(重点研究吹气口展向位置)对气动特性的影响。研究表明:应用吹气技术可获得较好的气动特性,且能延迟边界层的分离;当吹气动量系数为0.000216且吹气口位于0.2c～0.205c时,二维模型升力系数增加8.2%,阻力系数减小17.2%;当开口长度是有限三维模型翼展的1/5、吹气动量系数为0.003,并在z为2.1～2.4m处引入吹气控制时,三维模型的升力系数增加22.6%,升阻比增加9.5%;对于本文的三维有限翼展机翼模型,当吹气口位于z为2.1～2.4m时可以获得最好的控制效果。

基于碳纳米管薄膜电学成像的复合材料结构损伤识别研究

随着纳米技术的飞速发展,碳纳米管因其良好的自感应能力逐渐被应用在结构健康监测领域。提出将碳纳米管薄膜布置在复合材料结构表面作为智能感知层,结合电学成像方法,根据碳纳米管薄膜边界电压值的变化,重建损伤引起的电导率变化分布图像,以确定损伤情况。为提高电学成像效果,采用基于L1范数正则化的最小二乘法重建电导率变化分布,并利用L曲线法选取适当的正则化参数,结合内点法进行反演。搭建了电学成像测试系统并进行了实验研究,实验结果验证了本文所提出方法的可行性和有效性。

共振频率可调式非线性压电振动能量收集器

振动能量回收技术能够将环境中的机械振动能转换成电能,进而为微功耗装置供电,具有良好的应用前景。设计了一种利用压电材料的新型振动能量收集器,该机电耦合结构由一对非对称压电悬臂梁组成,悬臂梁末端固定有永磁体,利用永磁体产生的非线性力,实现了悬臂梁共振频率与外界激振频率的匹配调节。提出了该结构的理论模型,借助Matlab/Simulink数值分析软件对理论模型进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果表明外界激励加速度幅值为3 m/s^2的时,结构即能实现较大频带范围内的频率匹配调节,频带范围不低于6.5Hz,最大回收功率不低于2 mW。

基于拟静态初值的载荷识别数值修正算法

推导拟静态法获得载荷初值及稳定不发散计算结果,分析获得初值不准确原因,推导获得新的载荷识别方法。该方法基于数值原理,利用步步修正达到减少累积误差效果,可较大程度提高计算稳定性,并将数值迭代修正方法用于有限元模型载荷识别。结果表明,该方法能较准确识别出工程中常见的多种载荷,并具有一定抗噪能力。

一种基于延迟系数技术的次级通道在线辨识新方法

工程中控制目标区域改变、误差传感器位置变化或其他因素会引起的次级通路的实时改变,精确的辨识次级通道传递函数可以有效的提高噪声主动控制效率。基于人工延迟系数技术提出一种新的次级通道在线辨识方法,推导出主动控制环节收敛步长和次级通路建模环节收敛步长的调整表达式,从收敛性能和算法计算量两方面跟传统算法进行比较,得出其改进优势。给出新的附加噪声功率控制策略,实现对附加随机噪声功率的调节,在保证系统稳定的情况尽量消除其对残余噪声的影响。最后,进行了算法仿真和噪声主动控制实验,结果表明该算法具有收敛性好,降噪性能高的特点。

基于匹配追踪的蜂窝夹层复合材料损伤检测

基于Lamb波和匹配追踪时频分析方法,提出一种损伤成像方法,对蜂窝夹层复合材料结构进行损伤监测。首先针对Lamb波传播的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,该方法能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号,并识别Lamb波的模态;然后对由压电传感器采集到的Lamb波信号,采用匹配追踪方法提取特征信息,得到Lamb波的能量分布;在此基础上,考虑Lamb波在各向异性结构中传播速度的影响,将损伤处的散射波能量分布和各像素点对比度联系起来,得到损伤图像,将损伤的情况可视化。通过蜂窝夹层复合材料结构实验验证了该方法的可行性和有效性。

复波数域弥散曲线的求解方法研究

研究了复波数域弥散方程的求解问题,根据相关文献提出了三种求解复波数域弥散曲线的方法,即一种改进的牛顿迭代法——抛物牛顿迭代法、求解方程组的二分法、模值收敛判别法。应用上述三种算法可以求出大部分弥散方程的数值结果。文中引用了参考文献中关于复波数域弥散曲线的算例,应用这三种方法分别对算例中的弥散方程进行求解并绘制相应复波数域弥散曲线。结果表明,这三种方法均可较好地对算例中的弥散方程在复数域中进行求解。通过与参考文献中的算例进行对比,进一步分析了这几种方法的特点和使用范围,介绍了如何应用这几种方法对复波数域弥散方程进行求解。

双压电材料内含椭圆孔孔边界面裂纹的反平面问题

利用复变函数方法,研究了横观各向同性压电双材料中椭圆孔孔边界面裂纹的反平面问题.首先,利用保角变换函数将椭圆孔保角变换到一直线裂纹;其次,基于孔边及裂纹表面均电不可穿透并且自由的假设,利用Stroh公式分别得到了本问题的复势函数、裂尖场集中系数的解析表达式;最后,在面内电载荷及面外机械载荷的作用下,分析了椭圆孔尺寸、裂纹长度和外载对裂尖场集中系数的影响,并得到了一个有意义的结论:椭圆孔一边裂纹长度的改变对另一边裂纹裂尖场的影响有限,然而一旦椭圆孔退化为竖直裂纹,该影响将变得非常显著.

含等边三角形孔孔边裂纹横观各向同性压电弹性体的反平面问题研究

利用Stroh公式,研究了含等边三角形孔孔边裂纹的横观各向同性压电弹性体的反平面问题。首先,基于Savin给出的三角形近似保角变换函数,导出了带直线裂纹三角形孔的近似保角变换函数。其次,假设边界条件为电不可穿透裂纹且孔周及裂纹表面为自由表面,结合柯西积分,导出了力-电耦合作用下复势函数的近似解,从而得到了裂尖的场强度因子和能量释放率的表达式。最后,考虑面内电载荷和面外机械载荷共同作用,分析了三角形孔尺寸、裂纹尺寸、外载变化对裂尖场强度因子和能量释放率的影响。结果表明:随着三角形孔洞尺寸的增加,场强度因子的增加非常明显,三角形及裂纹的尺寸对裂尖场的影响不容忽视,且正的机械载荷总是促进裂纹的扩展,而纯电载荷则可以抑制裂纹的扩展。

基于多项式拟合初值的动载荷识别修正算法

针对Wilson-θ反分析法因初值敏感导致载荷识别结果不理想的问题,基于误差修正思想引入多项式拟合方法修正初始值,并对Wilson-θ反分析法做出改进。通过推导Wilson-θ反分析法误差传递公式,总结了初始误差对识别结果的影响原理,并利用多项式拟合方法计算位移趋势项实现对系统初始值的修正。结果表明,多项式拟合法可有效解决Wilson-θ反分析法动载荷识别的初值敏感问题,并具备一定的抗噪性能及较高的精度。

正弦形构造的光纤光栅自致啁啾效应

结合均匀光栅在受到非均匀应变时会产生啁啾效应的原理,提出了一种利用正弦结构将均匀光栅调制成啁啾光栅的方法。设计了正弦结构的基底材料,将光纤光栅粘贴在基底材料的应变非均匀区,通过施加拉伸载荷将其产生的应变引入FBG栅区,使得FBG产生了啁啾效应,FBG被调制成具有多个反射峰和宽带宽的啁啾光栅;使用有限元软件对正弦结构拉伸载荷下的应变进行了仿真,得到了正弦结构不同位置的应变云图;实验结果在位移载荷最大为8mm时,得到了带宽增加5倍,反射谱具有多个反射峰的啁啾光栅;结合传输矩阵法对啁啾光栅的反射谱进行光谱仿真重构,仿真光谱与实验光谱趋势基本吻合。

基于谱单元法的船用输流管道振动建模与分析

输流管道的耦合振动分析对于船舶通液管路的振动预报和减振降噪具有重要的研究意义。基于Timoshenko梁模型,考虑了流体与管壁间的相互作用,利用Hamilton原理及流体的连续方程、动量方程,构建了三维输流管道动力学模型。然后运用谱单元法求解和组装管道单元,适用于任意边界条件及任意长度的管系结构。通过算例验证了该计算方法的正确性,还分析了轴向预拉力、弹性支撑边界对于输流管道稳定性的影响。与有限元软件计算及试验结果的比较显示了该计算方法的准确性和较高的计算效率。

基于FBG非均匀反射谱特性的波纹型复合材料蒙皮渐进损伤监测

提出利用布拉格光纤光栅(FBG)非均匀反射谱监测复合材料结构渐进损伤的方法。对波纹型复合材料蒙皮样件进行有限元分析,预测蒙皮在拉伸载荷下失效过程和对应临界失效载荷大小,据此重构FBG传感器的非均匀反射谱,获得铺层失效与传感器反射谱的对应关系,并为实验光谱记录提供参考。构建一种基于FBG非均匀反射谱监测波纹型复合材料蒙皮渐进损伤的监测系统,进行拉伸实验,实验结果表明系统实测光谱与重构的反射谱趋势相同,对应失效载荷与预测值最大误差为8.6%,证明了采用FBG传感器监测波纹型复合材料蒙皮渐进损伤的可行性。该方法通过实时监测预测失效范围内FBG非均匀反射谱的变化,简单易行,测量及传导光路实现全光纤化,无需破坏试件结构,即可实现对波纹型复合材料蒙皮渐进损伤程度及铺层失效次序精确、迅速的在线监测,研究结果为智能蒙皮动态监测领域提供新的思路和实验参考。

铜箔上生长的六角氮化硼薄膜的扫描隧道显微镜研究

利用扫描隧道显微镜研究了采用化学气相沉积法在铜箔表面生长出的高质量的六角氮化硼薄膜.大范围的扫描隧道显微镜图像显示出该薄膜具有原子级平整的表面,而扫描隧道谱则显示,扫描隧道显微镜图像反映出的是该薄膜样品的隧穿势垒空间分布.极低偏压的扫描隧道显微镜图像呈现了氮化硼薄膜表面的六角蜂窝周期性原子排列,而高偏压的扫描隧道显微镜图像则呈现出无序和有序排列区域共存的电子调制图案.该调制图案并非源于氮化硼薄膜和铜箔衬底的面内晶格失配,而极有可能来源于两者界面处的氢、硼和/或氮原子在铜箔表面的吸附所导致的隧穿势垒的局域空间分布.

基于递阶遗传算法的结构非接触形状控制

以PLZT光致伸缩层合梁非接触形状控制问题为研究对象,提出了一种结合结构拓扑优化与递阶遗传算法的控制方法.该方法以PLZT光致伸缩驱动器的拓扑分布和照射的光强值为设计变量,以PLZT光致伸缩层合梁的期望形状与控制形状的差值函数为适应度函数,应用结构拓扑优化、递阶遗传算法和有限元法,优化了PLZT光致伸缩驱动器的分布和所照射的光强值.与基于传统遗传算法的形状控制方法的计算结果进行了对比分析,该方法的进化速度提高了91%以上,所控制的结构形状与期望形状的误差较传统遗传算法降低了76%以上.

两级串联扩张腔式消声器声学特性的分析

通过建立双扩张腔消声器串联模型,研究分析其结构参数对消声器声学特性的影响。分析发现:两扩张腔中间连接管长度的变化以及前后扩张腔长度比对消声器平均传递损失影响不大,但传递损失的零点位置和数目发生改变,会使消声频带发生变化;中间连接管的直径越小,传递损失越大,且消声频率范围相对变宽;前后两个扩张腔交换直径比对传递损失没有影响,且当其中之一扩张腔直径不变时,另一扩张腔直径与其差值越小传递损失越大,前后扩张腔直径比对消声零点和峰值对应频率的影响可以忽略。研究结果对于串联消声器结构参数的设计具有重要的指导意义。

应用小波时频脊提取和自适应滤波进行时变系统参数识别

提出了同步压缩小波时频脊提取结合自适应时域滤波的时变系统参数识别方法。同步压缩小波相比传统小波具有优异的时频分辨率,基于该小波时频脊提取可以获得时变结构的瞬时模态频率,在此基础上可构造各阶分量信号的载波矩阵,并应用自适应时域滤波求解分量信号的幅值包络,进而识别结构的阻尼比。该方法能对时变系统结构响应进行各阶分解,相比经验模态分解方法具有优异的时频提取能力、较强的抗噪性能和识别复杂时变问题的能力。在理论推导基础上,首先通过一个3自由度时变仿真算例验证了方法的正确性和抗噪性,再应用该算例构造了一个复杂时变算例(分量信号在频域重叠且突变),以此验证方法对各类复杂时变情况的适用性和准确性。