基于数字孪生的掘锚一体机实时状态映射

数字孪生是一种实现复杂装备在物理世界与信息世界互联融合的新兴技术,在复杂装备模拟仿真、监控分析、诊断预测、优化控制等方面有着广阔的应用前景.本文以掘锚一体机为对象,对复杂装备数字孪生运动与建模分析、数据传递及双向映射开展了研究.在数字孪生行为一致性方面,基于历史物理仿真数据库与实时驱动数据,实现了掘锚一体机运动学快速仿真分析.同时,提出了掘锚一体机数字孪生几何模型库构建技术,通过有限状态机、快速布尔运算等方法实现了掘锚一体机状态镜像映射,以及运动过程中服役环境实时仿真.此外,在实时状态映射方面,提出了掘锚一体机数字孪生虚实映射技术,通过在线采集与传递孪生数据,实现了基于异步传输的信息实时传递.对于掘锚一体机整机抬升、进给、挖掘、煤渣拢料等运动过程,数据处理平均延迟时间小于10-2ms,运动学插值处理数据误差小于3%,开发的掘锚一体机数字孪生仿真帧率达到74.3帧/s,实现了融合服役环境的掘锚一体机实时状态映射与作业流程实时在线监测.

液体火箭发动机自适应克里金可靠性分析

针对液体火箭发动机运行过程中外界载荷及自身属性存在不确定性导致失效的问题,提出了一种基于泰森多边形区域划分结合自适应克里金代理模型的液体火箭发动机可靠性分析方法。该方法通过对全局进行泰森多边形区域划分,结合改进留一法选取最敏感区域,通过主动学习函数筛选样本点,进而迭代更新液体火箭发动机的克里金代理模型。该方法的优势在于,能够依据较少的样本点构建精确的液体火箭发动机模型,实现液体火箭发动机失效概率的准确预测。将本文所提方法应用于实际液体火箭发动机可靠性分析中,构建的代理模型测试计算误差与其他模型相比小于1%,效率提高了48%,从而高效地实现了液体火箭发动机的可靠性分析,降低了计算成本。

边缘双轮廓线阴影去除研究

为去除阴影对运动目标检测的影响,在传统基于颜色空间特性的阴影检测法基础上,综合边缘特征进行快速双轮廓阴影去除;通过前景物体的轮廓线形状特征及阴影与光源之间投影位置关系快速找到阴影定位点,在定位点附近轮廓线上结合灰度及颜色特性进行有针对性的搜索,找阴影与物体的交界点位置,标记为阴影的外轮廓线;根据外轮廓线长度和位置,求出S空间与之相对应内轮廓线,此时的外轮廓线包围阴影区域;最后,对该封闭的不规则阴影轮廓线进行基于像素点的校正和标记,并对物体反光面的自阴影进行H空间去除,得到更精确的去阴影效果;实验结果表明,该方法快速且有针对性的锁定阴影区域进行阴影去除,避免物体区域误检测,有较好的实时性和准确性。

考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳寿命优化设计方法

雨滴侵蚀是造成大型风力发电机叶片涂层疲劳损坏的重要因素之一,近年来受到工业界和学术界的广泛关注。针对该问题,提出了一种通过调整风机转速,实现考虑雨滴侵蚀的风机叶片涂层疲劳寿命优化设计方法。首先运用风机叶片涂层疲劳寿命计算框架构建疲劳寿命Kriging代理模型,实现了特定状态下的叶片涂层疲劳寿命的快速计算;然后对于复杂的风力发电机实际服役环境,通过构建降雨强度与风速概率模型表征其各自的时长信息;其次根据不同降雨强度下疲劳寿命变化特性,构建约束条件,缩小搜寻空间,并结合风力发电机风能利用系数特性,构建初始转速设计点,最后采用序列二次规划法获得不同降雨强度与风速下的风力发电机最优转速。针对5 MW风力发电机机组进行转速优化设计,结果表明该优化设计方法可以将风力发电机叶片涂层设计疲劳寿命由7.84年提升至20年,而风机服役周期内总发电量减少量忽略不计。因此,该方法在保证风机总发电量降低最小的情况下,能够有效提升风力发电机叶片涂层疲劳寿命。