基于数字孪生的教研一体化电弧增材制造实验平台设计

为了提高电弧增材制造实验平台的智能化、信息化程度,设计了一个基于数字孪生的教研一体化电弧增材制造实验平台。该实验平台的建设主要包括硬件系统搭建、电弧增材制造数字孪生系统开发。测试结果表明,该实验平台能够高效地完成增材制造领域的部分理论研究与方法验证,有助于增材制造向数字化、智能化方向发展,同时使实验室资源的可持续使用效率得到提升。

大行程升降舞台结构方案的二级模糊综合评判

提出了一种对大行程升降舞台进行结构方案选择的模糊综合评判法 .该方法在对不同结构形式进行全面性能分析的基础上 ,以模糊变量的定量描述为手段 ,将综合性能的优劣用量化指标反映出来 ,从而可以从众多的可行方案中选出最佳方案 .

基于可能性分布和信息熵的舞台方案模糊决策

升降舞台结构方案选择中存在着大量的模糊和主观因素.在分析现有评价方法的基础上,尝试运用可能性理论处理舞台结构方案中蕴含的不确定性信息,提出了一种新的基于可能性分布、结合熵值赋权的模糊综合决策方法.通过考虑影响评价的各种来源和形式的信息,将专家知识转化为对变量取值的弹性约束,引入可能性分布表征升降舞台结构方案选择问题中包含的模糊因素,构造出相应的方案集和评价指标体系,建立了可以进行模糊推理和决策的评价模型;应用模糊变换原理,对评价系统各层次指标依次判别,并采用一种主客观组合的赋权方式进行权重分配,在单因素基础上形成综合判断.阐述了求解原理和实施步骤,并通过实例分析比较说明了该法的可行性.

柱形铜凸点在热力耦合场中的原子迁移

随着尺寸的进一步微型化和载荷严酷化,集成电路(integrated circuit,IC)封装焊点中的原子迁移失效问题越来越突出。由于材料热性能和电阻率的差异而造成的温差是封装焊点所要面对的主要问题之一。针对铜柱形凸点这种新型倒装芯片互连形式,通过热动力学理论和黏塑性力学分析,运用有限元方法研究了热场和力场耦合作用下柱形铜凸点的热迁移和应力迁移现象。通过分析温度载荷模型下影响原子迁移的多个因素,提取了温度梯度和应力分布等关键参数,进而得到热力耦合场作用下原子迁移的失效机制和发生条件。所建立的失效模型有助于促进IC封装方面原子迁移的可靠性改善工作。

认知不确定性的谐波齿轮减速器可靠性分析研究

以航天器使用的谐波齿轮减速器为研究对象,在不同信息来源的不确定性处理方法的基础上,研究认知不确定性和客观不确定性同时存在时的概率——非概率可靠性混合模型。建立航天器使用的谐波齿轮减速器的可靠性分析模型,并对模型中的参数进行了灵敏度分析。该方法不用搜索极限状态方程的设计验算点,有较高的鲁棒性。

基于威布尔分布的疲劳剩余寿命可靠性预测方法

在变应力作用下,机械零件的疲劳寿命为具有分散性的随机变量。威布尔分布是一种连续的概率分布,可以用来描述各种不确定因素对机械零件疲劳寿命的影响。文中用三参数威布尔分布描述零件疲劳寿命的分布规律,建立疲劳剩余寿命的分布模型,并采用解析方法获得疲劳寿命分布参数的点估计值。对在同一应力水平下疲劳剩余寿命的分布规律进行了探讨,结果表明:当前年龄越大,可靠度曲线越陡峭,疲劳剩余寿命的可靠度越低;而年龄越小,疲劳剩余寿命的概率密度曲线越平坦,剩余寿命的分散性越大。

基于通用生成函数的可靠性分析方法

提出了基于通用生成函数的可靠性分析方法。首先把连续随机变量离散化,并用离散变量的概率质量函数予以表示;其次根据通用生成函数运算法则计算极限状态函数的概率质量函数,再对极限状态函数的概率质量函数求各阶导数,得到极限状态函数的各阶矩;最后利用极大熵原理建立设计优化问题的数学模型,求解极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数。文中所提出的方法避免了对极限状态函数进行灵敏度分析,也不需要求解设计验算点(MostProbable Point,MPP),适于求解混合离散变量和高度非线性问题。实例分析和与蒙特卡洛仿真对比结果验证了所提方法的有效性。

基于广义σ-N曲面的涡轮盘疲劳寿命预测

以σ-N曲面为基础,并由应力幅值σa和平均应力σm构建Goodman型和Gerber型广义σ-N曲面方程,对涡轮盘进行疲劳寿命估算。由某型航空发动机涡轮盘算例结果显示,基于Gerber型等寿命曲线的估算寿命比Goodman型更接近于其真实额定寿命,且该方法无需循环应力等效转换,从而提高了疲劳寿命估算的精度。

融合能耗指标与安全因子的移动医疗机器人通用路径规划

考虑在突发重大公共卫生事件期间存在的医疗物资搬运工作强度大、交叉传播风险高等问题,提出一种节能、安全且通用的移动医疗机器人无碰撞路径规划方法。首先,通过建立某方舱医院栅格地图环境模型,表征机器人自主移动过程的能量消耗指标,改进A*算法原始搜索方向,构建了一种计及能量因素的邻接矩阵优化策略。然后提出一种邻接矩阵权值算子,融合权值算子和安全避障惩罚因子到A*算法的估价函数中。同时,提出一种基于三次连续贝塞尔曲线的路径平滑方法,用于方舱医院栅格地图中生成曲率连续的平滑路径。仿真结果验证了所提方法的适用性,相较于传统路径规划方法,该方法具备节能性、安全性和平滑性特征,有效降低了医疗运输成本。

多状态系统的可能可靠性分析

为进一步深入开展对系统的可能可靠性分析,克服由系统状态可能性分布难以获取、使基于可能性理论的系统可靠性分析停留在初级阶段的问题,引入最大可能剩余寿命来表征系统状态与剩余寿命之间的内在函数关系。将系统状态对应的最大可能剩余寿命定义为该状态下系统保有最大可能剩余的寿命时间,通过最大可能剩余寿命建立了系统状态可能性分布与系统寿命可能性分布之间的关系,同时引入系统状态变化的观测时刻,它是联系系统状态与对应的最大可能剩余寿命之间的函数关系变量,重新定义了多状态系统的可能可靠性函数。进而,利用系统寿命的可能性分布,避开难以入手的系统状态可能性分布,实现了对系统可能可靠性的分析,得到了系统可能可靠性的计算方法。

基于最大信息熵的长寿命产品可靠度置信区间Bootstrap估计方法

针对当前无失效数据可靠性评估方法估计精度低,难以同时得到参数的点估计和置信区间估计且难以避免结果不一致的问题,考虑无失效数据的情况,提出了一种基于最大信息熵和模拟退火算法并结合参数Bootstrap法的可靠度点估计和置信区间估计方法。首先考虑威布尔分布的失效概率次序特性,在Bayes理论下通过失效概率的取值范围和最大化先验分布的信息熵构建超参数优化模型;然后,采用模拟退火算法求解优化模型避免陷入局部最优解;再利用加权最小二乘法得到可靠度的点估计;最后,以参数Bootstrap法实现新样本的重新抽取,进而得到可靠度的置信区间估计。通过仿真算例与谐波减速器无失效数据实际算例,验证了所提方法不仅能够提高可靠度点估计和区间估计的精度,还能够提高评估结果的可信度。

基于YOLOv5神经网络检测模型的动态局部地图构建

在移动机器人自主移动过程中,人的活动会对路径规划结果产生重要的影响。传统SLAM对动态物体的识别和跟踪能力相对有限,动态物体上的特征点容易丢失,且在动态物体占据图像较大范围时,容易造成目标函数的优化方向错误。考虑单个单目相机对行人的位置信息进行检测的场景,通过单目相机获取图像信息,结合YOLOv5目标识别网络来检测图像中人物所占据的像素高度,再通过针孔相机模型还原出图像人物在相机坐标系下的三维坐标。基于YOLOv5网络模型检测出道路区域,运用Canny边缘检测算法计算出道路的边缘轨迹,找到两条轨迹在相机图像上的交汇点。最后根据相机的平面图像结合人物的三维坐标,以及道路轨迹的交汇点和道路宽度信息对图像进行重投影。通过公开数据集测试得到包含行人实时运动情况和道路边界在内的平面地图,可完成150 m深度内的行人位置定位,为快速计算图像的行人的位置深度提供了一种可行方案。

基于DOE方法的射击机器人发射机构测试性能影响因素分析

为克服常见射击机器人存在的弹丸打击准确性不高、发射波动性大等问题,以摩擦轮发射机构为研究对象,提出一种基于试验设计(Design of Experiment,DOE)方法的射击机器人发射机构性能设计和分析方法。首先,通过分析发射机构运动关系,利用赫兹接触理论建立弹丸发射加速度模型,确定摩擦轮的半径、材料属性和单边最大过盈量三个可控因素,筛选出试验影响因子。其次,对三个可控因素进行试验设计并建立因素影响模型,进行发射机构影响因素的参数优化。同时,通过方差分析法验证摩擦轮的材料和单边最大过盈量对弹丸发射影响的显著性;最后,对设计的参数进行可测试性分析,测试不同的试验条件下弹丸发射性能水平。实验结果表明弹丸发射初速度达到28m/s,命中静止目标的概率为97%,在满足设定的弹丸发射指标要求前提下,保证了射击机器人的发射准确性和稳定性。

高温低周疲劳-蠕变的改进型广义应变能损伤函数方法

通过对广义应变能损伤函数(GSEDF)法进行分析,用非弹性应变能表征低周疲劳(LCF)损伤,提出了一种高温低周疲劳-蠕变(LCF-C)寿命预测的改进型GSEDF模型,修正了GSEDF法中的能量参数,使其与工程实际更吻合。所提出的模型具有模型参数少、适用性广和试验数据利用率高等优点,且能综合反映加载方式、保载时间和平均应力的影响。最后,应用该模型对文献试验数据和轮盘用GH4133高温合金在不同温度和应变比(应力比)下的疲劳-蠕变寿命进行了预测,预测结果与实测结果吻合较好,精度明显优于GSEDF模型、SWT模型、应变能频率修正法和塑性应变能密度法。

稳健设计中的稳健可行性分析

针对稳健设计中的约束可行稳健性问题,提出了一种新的稳健优化设计方法。通过分析不确定因素对约束的影响,提出了利用最大波动分析计算在不确定性因素影响下约束的最大波动量,将该变化量作为惩罚项添加到原约束中,构造了两级优化数学模型。顶级优化是在原有常规优化的数学模型基础上添加了稳健可行性的判断指标,次级优化用来判断稳健性指标的值。与其他方法比较,该方法不需要知道不确定因素的概率分布和约束的梯度信息。实例结果证明该方法是可行的。

Reliability Analysis for the Competing Failure with Probabilistic Failure Threshold Value and Its Application to the k-out-of-n Systems

A method for reliability analysis of the competing failure with the probabilistic failure threshold value not the fixed threshold value is presented, which involves the random shocks and the degradation is independent and dependent respectively. Specifically, for the dependent condition, the effect due to the random shocks on the degradation is considered with a damage factor. In addition, the dependent competing failure model is applied to the reliability analysis of the k-out-of-n systems. Finally, two studied cases are presented to illustrate the proposed method, and the results show the proposed method is reasonable.