组合优化算法在冲击温度反演中的应用

冲击物理温度是武器弹药性能测试、极端环境材料状态的重要参量,温度的精准获取在国防建设和工业制造领域有重要意义。冲击过程由于持续时间短、较难接触式测量以及温度范围广等特性,常规测温方法较难满足要求。利用多光谱辐射测温法,获取材料辐射强度值,以普朗克辐射定律为基础建立温度反演模型,从而获取目标的冲击物理温度值。实际中,由于不同目标发射率存在一定随机性,在模型反演温度时误差较大。冲击压缩下材料的结构可能发生相变,发射率随之变化,因此直接将发射率模型假定用于冲击物理温度求解,很难准确的获取温度值。基于约束优化理论,将多光谱测温实验中温度求解问题转为约束优化问题。针对每个通道获取到的温度值应该相同,将物体发射率限制在特定范围,利用约束优化算法计算获取目标温度和发射率,克服了未知发射率对于冲击物理温度求解的障碍。同时,将平衡优化器算法(EO)与序列二次规划法(SQP)相结合应用于温度模型的求解中,避免了单一算法求解稳定性差和速度慢的缺点,提高了温度反演的效率和准确性。对四种常见的发射率模型在3 000 K时的发射率数据进行了仿真验证,结果表明温度反演误差均小于1%,反演时间小于3 s。最后利用本算法对冲击压缩下金属铜的温度进行了反演,并与最小二乘法和内点罚函数法进行了对比,结果表明所提出的方法得到金属铜的冲击物理温度值更接近理论计算结果。因此,该方法为其他未知发射率模型目标的冲击物理温度值获取,提供了一种有效的反演方法。

基于深度学习的单帧同轴数字全息重建方法

针对同轴数字全息中零级像及孪生像对再现像干扰的问题,提出一种基于深度学习的单帧同轴数字全息图重建方法。利用神经网络强大的特征提取能力,去除同轴全息重建过程中零级像及孪生像对再现像的干扰。分别针对强度型和相位型目标所对应的同轴全息图利用U-Net的卷积神经网络进行了训练和重建,结果表明U-Net网络对强度型和相位型目标均能实现高质量的重建。为进一步验证该网络对不同类型目标的泛化性,将字母数据集生成的同轴全息图在不同噪声水平下进行了重建,结果表明该网络对不同目标及噪声均具有良好的鲁棒性,且重建结果与真实目标的结构相似度均保持在0.92以上。

冲击加载下水的固化现象研究

利用气炮加载技术结合光透射测量技术在线观测了样品水的光透射率变化情况。发现样品水经过多次冲击加载后在液相区透光性发生显著变化,透射率下降速率与平衡压力表现出相关性。证实了水的结晶固化受到了石英界面效应的影响,澄清了冲击加载下由于受外界条件的诱导,水在未过冷状态下液-固相变能够发生。

石英玻璃界面处水的异常冲击相变现象

在轻气炮上利用弹载光源原位测试技术,适时观测了夹于石英间的液态水在冲击压缩过程中的透光性,通过光透射率特征对水的冲击结构相变进行了分析研究。实验结果发现液态水在多次冲击压缩过程中,其热力学状态虽然未达到相变发生的条件却出现导致透光性变差的异常相变现象。经分析认为该异常相变是一种石英玻璃诱导水的结晶相变现象。

动态加载过程中石英玻璃诱导水的快速结晶相变

在气炮加载试验中利用弹载光源原位测试技术，观测了夹于石英玻璃之间的水在动态压缩过程中的透光特性．通过其光透射特性研究了水的冲击相变．实验结果发现液态水在动态冲击压缩过程中，其压力低于2GPa就出现透明性变差的现象，而且水的透明性下降与石英璋警的存在有关，是一种石英诱导水的结晶相变现象．

二级炮加载条件下高分辨激光瞬态光谱技术及液态苯的冲击稳定性研究

报道了二级轻气炮加载条件下高分辨瞬态激光拉曼测试技术,并应用于苯的冲击拉曼光谱研究。实验观测到苯的C—C伸缩振动峰(992cm-1)和C—H伸缩振动峰(3 061cm-1)在较低的压力区间(8GPa以内)其频移随压力呈线性变化。并利用拉曼光谱技术澄清了在13GPa左右液态苯的结构变化问题;在压力为9.7GPa时,液态苯已经发生结构变化,并不是文献报道的13GPa,但变化后的产物成分还不清楚。该测量系统为研究透明及半透明物质在动态加载实验中物质微观结构的变化提供一种有效手段。

单次冲击压缩下液态硝基甲烷的拉曼光谱

在单次冲击压缩实验中，运用高敏度瞬态拉曼光谱技术观测了液态硝基甲烷分子的拉曼光谱．将该拉曼测量技术与二级轻气炮的实验平台结合起来，获得硝基甲烷分子振动模式的高压动态行为．硝基甲烷被12GPa压力冲击时的拉曼光谱可清晰探测，其拉曼振动峰仅仅发生了峰位蓝移和峰宽展宽的变化，未显示出化学变化产生的迹象．

一种基于小波变换的改进滤波算法及其在光谱去噪方面的应用

在冲击压缩状态下,材料的辐射特性是了解材料的微观损伤及其结构变化的重要物理参量,且数据测量精确与否直接关系到实际情况中材料的强度对动力学过程的影响,而在光谱数据处理过程中,噪声是一个重要的干扰因素,常见的有特征谱、背景噪声等干扰信息。鉴于单一的去噪方法很难获得较好的去噪效果,提出采用小波变换结合Savitzky-Golay滤波的改进去噪方法。在该方法中,利用小波变换与Savitzky-Golay滤波对含噪信号进行二次操作,并利用评价参数对降噪效果进行评估。实验结果表明,该方法能够有效剔除含噪光谱信号中的噪声信息,并同时提高了频谱信息的平滑度指标,充分表明该方法是一种有效的光谱去噪新方法。

碳纤维复合材料的应变测量试验方法

碳纤维复合材料目前被广泛用于制造航空航天设备以及轻量化武器装备的承力结构件,它的力学性能测量试验研究具有重要的意义。利用万能材料试验机对碳纤维复合材料进行拉伸试验,通过在材料的同一位置粘贴电阻应变片,结合光纤光栅传感器和喷涂散斑高速摄像的方法对其进行了应变测量可行性验证。常温下,万能材料试验机以一定的加载速度加载,在不同拉力处获得了应变试验数据。结果表明材料在拉伸和卸载过程应变分别呈现线性上升和线性下降趋势,三种试验方法获得的实验结果具有较好的一致性,利用该方法尝试了碳纤维复合材料的受热应变测试。

稀土金属La吸附掺杂BN纳米管储氢性能的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了稀土金属La吸附掺杂对单壁BN纳米管储氢性能的影响.通过分析计算结果得到,稀土金属La可以稳定吸附到BN纳米管上,每个La原子最多可以吸附六个氢气分子,系统的储氢量能达到4.50wt%,平均结合能为0.223eV.根据态密度图分析可知,由于La的5d、6s轨道与BN纳米管中B、N原子的2p轨道发生杂化,使得La原子与其周围的原子发生了电荷转移,带正电的La原子将会极化吸附在其周围的氢气分子,使得更多的氢气分子聚集在其周围.本文的研究对于实验上合成高性能的BN纳米管储氢材料具有一定的指导意义.

层状ZnO纳米材料的储氢性能研究

为了得到层状ZnO纳米材料更为丰富和精确的储氢数据.文中采用密度泛函理论计算和巨正则蒙特卡罗方法模拟分别研究了ZnO单层不同吸附位与氢气分子的结合能力,层状ZnO纳米材料在常温(293K)及低温(77K)下储氢量与层间距和压强的关系.研究结果表明:在ZnO纳米单层六元环结构的中心位置结合能为0.259eV,层状ZnO纳米材料层间距为25,压强为20 MPa时,常温下对应的储氢质量分数为1.10%,低温下对应的储氢质量分数为4.12%.层状ZnO纳米材料能够实现储氢功能,在低温下储氢能力表现更为优异,随着层间距和压强增加其储氢量变大.

基于冲击光谱测量的氧化铝晶体高压相变诊断技术

氧化铝晶体是一种优良的光学透明窗口材料,更是地球内部的重要组成物质。利用气炮加载结合冲击光谱测量,不仅能够获得其发光特征,并且根据光谱分布特征得到高压结构相变信息。在自主搭建的冲击光谱动态测试平台上,结合多通道辐射高温计以及ICCD瞬态光谱测试技术在40~120 GPa的压力区间,研究了c切向氧化铝晶体的辐射发光效应。在可见光波段400~700 nm区间获得了氧化铝晶体的发光光谱和辐射温度结果,证实了光谱的结构特征和表观温度值与该压力下氧化铝的结构相变存在明显的关联性。

强冲击下金属铜界面辐射特性测量研究

强冲击条件下金属温度是其重要的状态参量,由于冲击加载过程时间短以及辐射温度高等特点,导致常规静态测温方法不适用.本文利用二级轻气炮发射高速弹丸,与金属碰撞后形成冲击波对样品进行压缩,再利用多通道辐射高温计测试系统获取强冲击下金属铜的辐射信号.通过改进样品加工和靶体装配技术,成功获得了金属铜界面稳定的发光辐射历史.通过普朗克灰体模型拟合得到金属在冲击压缩下接近理想模型的辐射温度值.

基于参数优化的抗偏移无线电能传输系统

为解决无线电能传输系统中耦合机构偏移问题,提出基于参数优化的S-S与LCC-LCC双拓扑无线电能传输系统。首先对S-S,LCC-LCC拓扑能量传输通道进行输出特性分析,根据电流输出条件选取DDQ线圈结构实现其解耦特性,然后为了具有更好的抗偏移特性,提出一种参数优化方法对补偿网络的参数进行优化。最后搭建实验样机验证理论的可行性。实验结果表明,优化后的系统耦合机构最大偏移量可达160 mm,电流增益波动范围0.163 1~0.180 1,电流波动比例为±4.9%,系统效率最高可达89.47%。

LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电

针对电动汽车无线充电线圈偏移造成充电电流不稳定和效率低的问题,提出基于参数优化的LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电设计方法。建立LCC和LC补偿网络的数学模型,分析二者电流输出特性,得到LCC输出电流与互感呈正相关,LC输出电流与互感呈负相关。采用DDQ线圈结构,解决初级、次级线圈同侧解耦及异侧解耦控制,实现LCC和LC均与负载无关的独立恒流输出;通过系统参数优化选择合适的谐振网络参数,采用串联混合结构实现补偿网络电压输入互补,进而使系统具有抗偏移恒流输出能力。最终搭建310W实验样机,验证系统恒流抗偏移输出效果。实验结果表明,在横向偏移50%范围下系统输出电流仍能保持较好的稳定性,在设定值的5%范围内波动,并且最高效率可达91%。

基于小波神经网络的高速自动机故障预测方法研究

针对某口径高速自动机转膛体衬套温度升高,发生膨胀,摩擦阻力增大,导致击发不响的非平稳性故障,利用现场采集的数据,在分析自动机工作原理的基础上,将小波变换与神经网络进行结合,对实测信号进行分解重构,提取隐藏的潜在故障信息,评估各部件健康状态,实现对高速自动机的故障诊断和预测。最后根据实例数据分析和MATLAB仿真,从预测输出曲线基本拟合,以及预测输出值与实际值之间的误差百分比控制在5%以内表明小波神经网络方法非常适合应用于设备故障预测,是一种效果显著的方法。

基于改进EMD与SOM神经网络的自动机驱动机构故障诊断研究

针对自动机驱动机构产生的4种不同非平稳、非线性信号的特征,从而提出了一种将改进的经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)与SOM神经网络相结合的故障诊断方法。首先,通过改进的EMD方法将原始信号分解为若干个不同的固有模式函数(IMF)分量,由于分解的这些分量中包含的主要有用信息各不相同,因此,采用K-L散度法剔除包含少的IMF分量,从而提取主要的IMF分量;然后,利用相应的数学工具提取出该主要IMF分量相关的特征值,并根据这些特征值组成相应的特征向量;把组成好的特征向量输入到已训练好了的SOM神经网络中进行自动机驱动机构的故障诊断。经过试验结果验证,该方法可有效识别提取自动机驱动机构故障特征,实现不同故障状态识别。

基于改进EEMD方法的轴承故障诊断研究

该文针对轴承故障诊断中信号处理的端点效应问题,提出基于极值波延拓与窗函数的改进集合经验模态分解EEMD方法。首先对原始信号进行极值波延拓,其次对延拓后的信号加入组合窗体,最后对信号进行EEMD分解,通过仿真验证改进EEMD方法的有效性。同时,进一步结合Hilbert变换建立了改进EEMD-Hilbert的轴承故障诊断模型,利用轴承故障的实测信号证明了该模型在提高轴承故障诊断效率方面有一定优势。

具有抗偏移特性的无线电能传输系统研究

针对无线电能传输系统中耦合机构易偏移导致系统输出电流变化问题,研究具有抗偏移特性的双拓扑无线电能传输系统。首先分析SS与LCC-LCC拓扑电路的输出特性,选取DDQ线圈结构实现线圈间的解耦。然后提出基于粒子群参数优化算法对补偿网络的参数进行优化使其具有更好的抗偏移特性。最后在PSIM仿真软件中搭建系统电路验证理论分析的可行性。仿真结果表明,系统耦合机构的偏移范围为0~160mm,输出电流波动范围8.52~9.36A,输出电流波动比例为±4.7%,系统效率最高可达89.47%。

冲击加载下透明晶体发光的测量技术研究

研究冲击加载下测量透明晶体的发光现象,可以获得压缩过程中晶体的辐射特性、透明度变化等物理性质,从而反映材料的损伤破坏行为以及高压结构和相变过程。以冲击高压实验中常用透明晶体窗口材料蓝宝石为例,在自主搭建的冲击光谱动态测试平台上,利用二级轻气炮加载实验平台,通过测量技术的改进,结合多通道辐射高温计研究了蓝宝石晶体的辐射发光效应。在41GPa冲击压力下获得了蓝宝石真实有效的发光辐射结果,证实了辐射强度随时间线性上升是体积累积的发光过程。