基于缺口应力方法的钛合金薄板焊接接头疲劳性能研究

文中对TA23薄板钛合金设计了对接接头和十字接头两种接头尺寸,开展了系列疲劳试验,得到了两种焊接接头的疲劳等级曲线.参考现有规范及学者建议的三种不同虚拟半径值0.05、0.3、1 mm,基于缺口应力评估方法对两种接头在焊趾处构建了三种不同的虚拟半径圆弧,建立有限元模型.计算对应的缺口应力,结合试验数据,拟合两种焊接接头在三种不同虚拟半径下统一的S-N曲线,分析分散带指数.结果表明:1 mm的虚拟半径更适用于TA 23薄板钛合金.

镍/木棉纤维衍生碳复合材料的制备及吸波性能研究

近年来,生物质碳因成本低廉、易制备、理化性能优异和具有多孔结构被广泛应用于吸波领域。然而,其吸波性能仍然受较高电导率引发的不良阻抗限制。在此,使用镍(Ni)改性木棉纤维,并使用不同的碳化温度获得镍/木棉纤维衍生碳(Ni/C)复合材料。扫描电镜结果表明,随着碳化温度的升高,Ni颗粒的尺寸增加,且木棉纤维表面出现更多的缺陷结构。XRD和XPS结果证明了Ni和木棉纤维衍生碳的成功复合。Raman结果表明碳化温度的升高导致碳组分石墨化程度增加,提高了复合材料的传导损耗能力。最后,我们将复合材料与石蜡以5∶95的超低填充比例混合,Ni/C-800展现出-52.6 dB的反射损耗值和8.32 GHz的有效吸收带宽。复合材料优异的吸波性能取决于衰减能力和阻抗匹配的协同、介电损耗和磁损耗的共同作用以及大比表面积和中空多孔结构造成的多重散射能力的增强。

半封闭式车站列车风压极值分布规律研究

为了研究半封闭式车站内风压极值的分布规律,对高速列车通过高铁站时引起的列车风压进行数值模拟,并通过现场实测数据验证数值模型的准确性。基于验证的数值模型,研究列车分别以250 km/h、300 km/h和350 km/h的速度通过高铁站时,两个典型区域(临近站台区Ⅰ、远离站台区Ⅱ)的风压(头波、尾波的正压和负压)极值分布规律,并提出相应的风压极值经验公式。研究结果表明:风压极值与列车速度之间呈非线性关系;相同的车速下,区域Ⅰ和区域Ⅱ内列车风压极值随着水平距离的增加呈指数函数形式衰减,而衰减的速度与高度成反比;当水平距离小于15 m时,相同高度下区域Ⅰ的头波正压极值总是比区域Ⅱ的大,而区域Ⅰ的头波负压极值的绝对值又总比区域Ⅱ的小;当水平距离超过15 m时,车站内的风压极值逐渐趋于稳定,并且区域Ⅰ内趋于稳定的风压极值要强于区域Ⅱ;所提经验公式能够较为准确地描述半封闭式高铁站内列车风压极值分布规律。研究成果可为半封闭式车站的结构设计提供参考。

NACA0018风帆阵列帆间干扰及影响因素研究

风帆助航是船舶领域减少二氧化碳排放的有效方式之一。本文设计了一种由六面横截面为NACA0018翼型的硬帆组成的风帆阵列,采用数值仿真的方法,在迎风、侧风和顺风三种工况下分析了每面帆的升、阻力特性,通过与单帆对比,探究了帆间干扰对风帆推进性能的影响规律。将实验设计法与方差分析法相结合,评估了多个独立几何参数对风帆阵列推进性能的影响水平。结果表明,独立参数的显著性水平高度依赖于表观风向,并且通过改变风帆布局和采用非一致攻角,可获得比单一攻角时更好的推进性能。该研究有助于寻找影响多帆推进系统推力性能的主要参数,为多帆推进的全局化操纵提供数据支持。

浸没式喷水推进船模快速性试验研究与推进性能分析

本文针对一型浸没式喷水推进船模和一型螺旋桨对标母型船模,开展推进器敞水试验、船体阻力试验与自航试验研究,系统分析两种推进方式对应的推进器本体、“船体-推进器”系统推进性能的差异与变化特性。研究结果表明:(1)浸没式喷水推进器模型尺度下的敞水效率与螺旋桨相当,最高效率达到0.72,且高效工况区范围更宽;(2)相较螺旋桨推进船,浸没式喷水推进船的艉部附体少、布置简洁,显著减小了附体引起的船体阻力增加;(3)浸没式喷水推进船模在Fr=0.20与Fr=0.26二种典型工况自航条件下的推进效率分别为64.7%和66.1%,分别高出螺旋桨推进对标船模1.2和5.3个百分点,对应于浸没式喷水推进器的主机功率较螺旋桨分别下降9.41%和15.4%,浸没式喷水推进船具有更好的快速性与节能效果。该研究可为高效低噪的高速排水型船舶新型泵类推进器研制及“船体-推进器”一体化优化设计提供有益的技术参考。

浸没式喷水推进两栖车推力减额特性与艉部布置研究

本文基于RANS方法和重叠网格技术开展浸没式喷水推进两栖车阻力和自航性能数值模拟研究,分析其在0.468<Fr<0.675范围内推力减额的变化规律,并针对设计工况优选车体与推进器的匹配方案。研究结果表明:在全航速范围下喷水推进器的抽吸作用会大幅降低车尾区域压力,这是造成推力减额的最主要原因;喷水推进器的射流以及车体的姿态变化也是影响推力减额特性的重要因素;低航速时两栖车尾封板浸在水中,姿态变化对推力减额影响较小,喷水推进器射流导致车尾回流更明显,造成较大的推力减额;高航速时两栖车尾部扫空,喷水推进器射流对推力减额影响较小,但姿态变化对两栖车推力减额的影响较大,适当将浸没式喷水推进器后移或喷口向下倾斜可有效降低推力减额。本文研究结果可为浸没式喷水推进两栖车推进方案优化设计提供技术参考。

方钢管灌浆连接节点轴压性能试验研究

模块装配式钢结构中不同模块间的连接方式对节点的承载能力和结构整体安全有着重要影响.借鉴海上风机桩-基础连接对已有的钢模块间方钢管梁柱节点连接方式进行改进,提出一种带有抗剪键的灌浆连接方式.为了研究灌浆连接抗剪键设置准则,设计了7个方钢管灌浆连接试件并进行了轴压测试,研究了抗剪键的高度h和间距s对试件极限承载能力的影响,并调查了各试件的破坏模式.研究结果表明,外套筒钢材的强度需要和灌浆料强度进行适度的匹配.此外,增加抗剪键的数量可以显著提升试件的极限承载能力,但随着h/s变小,抗剪键提升承载能力的效率会降低.抗剪键数量一定的情况下,适当的增加抗剪键间距s能够略微提升试件的极限承载能力.

结合蜉蝣算法和响应面的结构静力损伤识别

提出了一种结合蜉蝣智能搜索算法和静位移响应面的结构损伤识别方法.首先构造了基于灵敏度的静力损伤识别方程残差和位移残差指标的正则化优化目标函数,然后采用人工智能领域的蜉蝣算法来识别结构单元级别的损伤.在优化过程中,为了解决静力加载点和位移测点不一致的问题,利用模型凝聚和位移扩展方法重新构建了损伤识别方程.同时,利用静位移响应面计算目标函数中的位移残差,避免了耗时的有限元计算,提高了优化效率.简支梁的数值算例结果表明,本文方法在寻优速度和精度方面均优于传统的粒子群法和差分进化算法;与单独基于静力损伤识别方程残差或位移残差指标的方法相比,识别损伤更为准确.铝合金悬臂梁损伤识别的静载实验进一步验证了本文方法的高效率和有效性.

不均匀积雪致大跨网架结构局部损伤分析

网架结构管球连接处局部损伤是此类结构的重要安全隐患。在风致雪漂移引起的不均匀积雪荷载作用下,局部损伤会加剧,最终导致结构局部破坏。因此很有必要分析不均匀积雪荷载作用下带伤服役网架结构局部损伤劣化情况。采用CFD数值模拟技术,以一正放四角锥网架结构为研究背景,分析了在90°风向角、12 m/s风速下,持续降雪24 h中网架结构屋面不均匀积雪分布的变化情况,并建立可表征网架结构管球连接处存在裂纹损伤的多尺度模型,分析了网架结构节点存在不同裂纹尺寸局部损伤时,不均匀积雪致网架结构局部损伤劣化程度。结果表明:网架结构风致积雪不均匀程度非常显著,而且当网架结构管球连接处存在局部裂纹损伤时,在降雪中后期,有管球连接损伤的节点大多都出现了不同程度的裂纹扩展,节点为最不利分布的穿透型裂纹时,裂纹扩展最大为15.64 mm。说明在持续特大降雪这种极端荷载作用下,带伤服役网架结构局部损伤将进一步加剧,危及结构使用安全。

港口高压开关柜局部放电信号自适应小波去噪方法

为了有效抑制港口高压开关柜局部放电实测信号中存在的白噪声,文中提出一种基于小波的自适应阈值去噪算法。首先对小波阈值去噪算法中的阈值选取及阈值函数进行优化,通过添加变量增加算法的适用性和灵活性,并使用改进后的粒子群算法(SPSO)对添加的变量进行最优值求解从而实现小波分解层数、小波阈值和阈值函数的自适应选取;其次对仿真信号与实测信号进行去噪。结果表明:与传统软、硬阈值函数去噪相比,使用文中所提算法去噪后的信号信噪比分别提高了5.31 dB和2.38 dB。由去噪后信号的时域图可以看出,与其他几种算法相比本文提出的算法不仅去噪效果良好,还能极大地保留信号中的有效成分。

穿浪滑行艇驼峰阻力优化及水动力性能分析

为减小高速滑行艇驼峰航速阻力,本文开展了穿浪滑行艇驼峰阻力优化设计及水动力特性研究。研究采用船型参数化设计方法、船体阻力计算流体力学预报、拉丁超立方方法、Kriging近似模型和粒子群算法等技术。基于优化软件HEEDS,以驼峰阻力最小为优化目标建立了单体滑行艇的穿浪艏型线优化模型。并比较分析了优化后的艇型与母型艇在1.3<FrΔ<5.2范围内的水动力性能。结果表明:相对于母型艇,优化艇驼峰处阻力减小8.62%,全航速下阻力也都有所减小,驼峰航速附近减阻效果较明显。

基于零空间的船舶自主靠泊自抗扰控制分配

[目的]针对船舶自主靠泊过程中遇到的环境载荷、岸壁效应、模型不确定以及控制分配误差等多源干扰的影响,提出一种基于零空间的自抗扰控制(ADRC)分配方法。[方法]首先,建立船舶靠泊运动数学模型、多源干扰模型和控制分配模型,并据此设计神经网络扩张状态观测器(NNESO)实时估计船舶运动及其所受到的多源干扰;然后,引入零空间技术设计控制分配算法,并基于该方法实现先泊位外镇定再平行靠泊方案;最后,证明船舶自主靠泊系统在所提方法下所有误差信号一致最终有界,保证船舶自主靠泊过程的安全性。[结果]仿真对比结果表明,所提方法在轨迹跟踪效果与二次规划(QP)法近似的情况下,求解所需时间为其1.3%,艏向最大分配误差为伪逆法(PI)的36.51%。[结论]所提方法在满足靠泊运动控制精度的同时,求解所需时间明显缩短,最大分配误差显著降低,保证了控制分配的实时性与精确性。

琼州海峡客滚船渡海车辆配载优化决策研究

为提高琼州海峡客滚船配载决策水平,引入矩形件排样优化理论,以船舱面积利用率最大为目标,建立基于矩形件排样优化理论的客滚船配载决策模型,融合最低水平线算法和K-邻域搜索的遗传算法对模型进行求解。通过模拟不同场景下的客滚船渡海车辆的配载决策过程,得出不同场景下的配载决策方案。在一般场景下或港口出现车辆积压情况时,船舱面积利用率能够达到96%;客滚运输业务处于淡季时,也能输出合理的配载方案。验证了客滚船配载决策模型及算法的有效性。

琼州海峡海域应急救援船舶优化配置研究

文中基于琼州海峡海口辖区的海事事故特点,分别计算各个事故发生时的应急调度时间与成本以总应急时间与成本为目标,以高风险区域需被多重覆盖、应急响应时间阈值等为约束,建立数学规划模型,并设计相应的多目标遗传算法进行求解,得到最优的应急救援船舶配置方案.结果表明:该方案可有效节约救援时间及成本.

IC封装用毛细管劈刀的应用和研究进展

综述了毛细管劈刀的研究与应用进展,主要包括毛细管劈刀的工作过程、材料成分、外形结构、老化清理以及新型毛细管劈刀。重点阐述了数值模拟方法在毛细管劈刀研究中的应用,指出通过优化毛细管劈刀结构提高键合质量是目前毛细管劈刀研究的重点,并提出毛细管劈刀今后的发展方向。

基于InMPE和MFO-SVM的变负载滚动轴承故障诊断

由于在变负载工况下,提取滚动轴承故障特征较为困难,且其故障识别准确率也较低,为此,提出了一种基于插值多尺度排列熵(InMPE)和飞蛾火焰优化支持向量机(MFO-SVM)的滚动轴承故障诊断方法。首先,在粗粒化时采用三次样条插值代替传统多尺度排列熵(MPE)中的线性插值,设计了InMPE算法,利用美国凯斯西储大学(CWRU)轴承数据集,分析了不同序列长度、嵌入维数和负载对InMPE的影响;然后,使用飞蛾火焰算法(MFO)优化了支持向量机(SVM),构建了基于InMPE和MFO-SVM的故障诊断模型;最后,搭建了轴承故障诊断试验台,制作了变负载工况下滚动轴承故障特征样本集,对基于InMPE与MFO-SVM的故障诊断方法的有效性和先进性进行了验证。研究结果表明:在变负载工况下,采用基于InMPE与MFO-SVM方法所得的故障识别准确率达到了98.5%,而采用传统MPE方法所得的故障识别准确率为95.9%;在噪声背景下,采用基于InMPE与MFO-SVM方法所得的识别准确率为92.4%,优于后者的80.0%准确率;证明基于InMPE与MFO-SVM的方法能有效识别出滚动轴承的故障信息,且对噪声具有较好的鲁棒性。

基于结构方程模型-模糊认知图的矿山法地铁隧道施工安全风险分析

为了对矿山法地铁隧道施工全过程的安全风险进行动态演化分析,构建了矿山法地铁隧道施工安全风险评价指标体系,在结构方程模型建模与分析的基础上引入模糊认知图方法。首先,以扎根理论为指标筛选框架,识别出矿山法地铁隧道施工安全风险。然后,通过结构方程模型分析矿山法地铁隧道施工全过程的安全风险因素的因果关系及其路径系数。最后,通过模糊认知图进行动态预测与诊断推理。以武汉市某矿山法地铁隧道工程为例进行实证分析,综合风险预测分析与推理诊断两方面进行了评价。结果表明:矿山法地铁隧道施工过程各阶段的风险从大到小依次为隧道开挖、超前支护、结构防水、辅助措施、初期支护和二次衬砌,施工过程中应重点关注隧道超挖、欠挖,开挖循环进尺、步序确定不合理,隧道开挖方法选择不合理等关键风险,研究结果与武汉市某矿山法地铁隧道工程基本相符,验证了该模型的有效性。

散料滑动磨损模型及溜槽耐磨结构优化设计

基于冲蚀模型和SIEM磨损模型,文中建立针对散料颗粒与溜槽壁面滑动的磨损预测模型,利用滑动磨损试验标定模型参数,通过API接口嵌入EDEM软件,对比仿真与试验结果,验证所提出的磨损模型预测精度。面向溜槽转运散料过程,通过数值模拟预测溜槽磨损分布规律,优化转运溜槽耐磨结构设计。结果表明:导料板和台阶形仿生结构可有效提高溜槽耐磨性能。

带可拆槽钢的无桁架筋预制混凝土底板抗弯试验研究

基于桁架钢筋混凝土叠合楼板,提出一种带可拆槽钢的无桁架钢筋预制混凝土底板(简称PBC),对包括PBC在内的3块预制混凝土底板进行了抗弯试验、有限元分析和对比。结果表明:PBC由预制混凝土底板、槽钢通过螺栓连接而成,成本低,制作、运输和安装方便,且槽钢可重复利用,具有一定的推广应用价值。PBC的抗弯刚度和极限承载力与带钢筋桁架的预制混凝土底板相差不大,能满足现浇混凝土自重及施工活载要求。3个试件荷载-跨中位移关系曲线的有限元分析结果与试验数据较为接近,开裂荷载、极限荷载的计算结果与试验数值相比也在可接受范围之内,说明所提预制混凝土底板有限元建模方法正确、可靠。

基于熵权-TOPSIS的光电光热制冷系统评价与分析

以三亚市某办公建筑为例,基于TRNSYS建立传统制冷系统、太阳能光电制冷系统和太阳能光热制冷系统,并对系统进行能耗模拟。然后以能源、经济和环境效益作为评价指标,使用熵权-TOPSIS法对传统制冷系统、光电制冷系统的两种不同方案、光热制冷系统进行综合评价,并对各方案进行比较。结果表明:太阳能光电制冷系统的两种不同方案的综合效益显著优于传统制冷系统;按耗电量匹配的光电制冷系统方案优于按最大安装面积匹配的系统方案;并且太阳能光电制冷系统比太阳能光热制冷系统具有更好的综合效益。