热压型煤成型条件优化试验研究方法

针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题,建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先,自主研发了热压型煤试验系统,并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总,同时基于Horsfield致密堆积理论创建了型煤材料最优配制方案,最后形成了以马氏距离度量法和黄金分割法相结合的成型条件优化方法。为了验证试验方法的效果,通过控制成型温度为311.8℃、升温速率为5℃/min和保温时间为5.3 h,开展了不同成型压力条件下热压型煤试验研究,研究了不同成型压力条件下的热压型煤微观结构、物理力学特性和渗透特性等响应特征。结果表明:增加成型压力,总孔隙度逐渐减小,单轴抗压强度呈先增大后减少的变化趋势,破坏形式以块状剥落和纵向破裂为主,初始渗透率呈先减小后增大、最小渗透率则呈先减后增再减的变化趋势。以各成型条件的具体数值为试验点、热压型煤和原煤的关键参数为评价参量构建样本矩阵,计算各成型条件下热压型煤和原煤之间的马氏距离,再结合黄金分割法对试验区间进行优化求解,优化后的最佳成型压力为80 MPa,在此成型条件下制作的热压型煤密度、单轴抗压强度和初始渗透率分别为1.137 g/cm^(3)、12.21 MPa、1.32×10^(-15)m^(2),与原煤的1.132 g/cm^(3)、12.83 MPa、1.08×10^(-15)m^(2)相似性极高,达到了提高型煤强度、降低型煤渗透率的目的。

航空发动机叶片微束等离子堆焊转角焊缝模型研究

航空发动机叶片修复时,将受损部位切除后在新平面上进行多层多道焊接,在焊缝转角区域特别是转角点,因焊接工艺难以匹配导致过多熔滴进入熔池增加了焊缝熔高与熔宽,造成焊缝凸起,影响焊接质量。针对微束等离子焊接叶片转角区域焊缝的这种特征,建立了转角区域焊缝模型。首先利用抛物线曲线拟合建立了单道焊缝模型,并通过实验验证该模型能准确地表征单缝外形轮廓。然后提出了一种双焊缝转角重叠的焊缝成型模型。实验表明,采用该转角焊缝模型能够极大地降低转角区域焊缝的凸起,能满足航空发动机叶片修复精度的要求。

基于弧压反馈的叶片微束等离子焊接修复弧长跟踪控制

在损伤航空发动机涡轮叶片微束等离子增材修复过程中,多层堆焊后熔覆层面不平整导致凸起形貌产生,使得待修复表面与熔覆层上表面一致性差。提出一种基于弧压反馈的弧长跟踪控制方法,提高弧长稳定性,以解决上述问题。利用电弧电压信号间接表征电弧弧长,并提出变分模态分解与中位值平均滤波融合算法以去除噪声信号。在此基础上,设计一种变论域模糊PID与PID并联的控制器,调节焊枪的高度以实现弧压稳定,并进行仿真优化。最后搭建弧压采集与弧长控制平台,进行弧压信号去噪实验和表面凸起试片焊接实验。结果表明,此方法能显著提高弧长稳定性,且凸起表面与熔覆层上表面一致性好。

航发叶片机器人磨削颤振检测方法

针对机器人磨削航发叶片过程中末端执行器颤振检测不及时的问题,提出一种基于排列熵的磨削颤振检测方法。利用滑动窗口算法计算颤振原始信号的连续排列熵值,通过排列熵经验阈值0.95判断机器人末端是否发生颤振。其中,采用基于序数模式的排列熵算法,很大程度上提高了排列熵特征的提取效率。当信号长度为10000时,所提出算法的排列熵的计算时间减小到约0.25 s,比传统排列熵算法的计算时间减小了一个数量级。数值模拟及试验结果表明,所提出的方法可以在颤振爆发前约0.48 s检测出颤振,为采取颤振抑制措施争取了更多的反应时间。

基于MRAC+PID算法的机器人打磨力跟踪控制研究

针对铝合金轮毂打磨过程中末端执行器气动系统建模不准确以及外部环境干扰导致打磨过程中打磨力稳定性差的问题,提出了一种MRAC+PID混合控制策略来实现对打磨力的跟踪控制。首先对末端执行器进行建模和分析;然后采用MRAC+PID控制策略对末端执行器进行控制,其中通过构造李雅普诺夫函数来设计自适应控制律;最后通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。结果表明,MRAC+PID在提高系统的响应速度和抗干扰方面具有良好的控制性能,能够快速准确地跟踪期望打磨力,提高铝合金轮毂的表面打磨质量。

纳米HfC对微波烧结TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB_(2)基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明:加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^(1/2)±0.30MPa·m^(1/2);随着纳米HfC含量的增加,TiB_(2)基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB_(2)-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。

远距离光缆通信线路的防雷措施分析

本文介绍了加强光缆通信线路防雷设计与安装研究的重要性以及雷电对光缆通信线路造成的主要影响。结合现行的光缆通信线路防雷与输电线路防雷的主要技术与光缆通信线路发生雷击的原因提出专门针对长途光缆通信线路的防雷保护措施。

基于法向修正与位置滤波的散乱点云去噪算法

为解决传统点云去噪算法易造成模型的过光顺和局部失真问题,提出一种基于法向修正与位置滤波的散乱点云去噪算法。首先利用主成分分析(PCA)算法初估点云法向,对采样点的邻域点法向进行双边加权,利用加权后的邻域点法向之和估计原采样点的高精度法向;利用采样点与邻域点的平均距离及距离偏差在采样点法向上投影的标准差控制滤波参数的取值,使滤波参数能随采样点的局部几何特征自适应变化;最后将修正后的法向和参数自适应的高斯核函数结合,构建新的点云滤波模型。实验结果表明:修正后的法向偏差均方根为0.0624 rad,滤波后的点云数据的最小平均误差为0.0167 mm,最小均方根误差为0.4636μm,最大误差为0.0332 mm。该算法有效地避免了模型的过光顺和特征细节失真。

杯型砂轮平面磨削的磨削力模型研究

风电叶片的表面处理是其制造过程中的重要步骤。磨削力是影响表面质量、打磨效率和磨削温度的主要因素,目前普通砂轮磨削力在理论和实验上都得到很大的发展。针对基于风电叶片表面处理的杯型砂轮磨削理论模型研究,利用未变形临界磨削深度分析材料的去除方式,提出了一种杯型砂轮高速精磨的磨削机理。通过运动学分析提出了打磨的未变形接触长度,并根据实验测得有效磨粒数推导瞬时打磨深度,利用正态函数得到的活动磨粒数建立了揭示磨削力与输入变量之间关系的磨削力模型。实验结果有力地证明了磨削力模型的正确性。表明了理论力模型可以用于估计磨削力,提高表面质量和打磨效率,对工程实践选择合理的打磨参数具有指导意义。

铣削对SLM增材TC4钛合金表面完整性和疲劳性能的影响

针对激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金表面质量差和疲劳性能低等问题,采用三点弯曲疲劳试验测试了铣削前后增材件的疲劳性能,研究了铣削工艺对增材件表面完整性和疲劳性能的影响规律。结果表明,增材件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由12.57μm降至0.32μm;表面硬度由353.0HV提高至434.3HV;疲劳寿命由48272周次提高至155463周次,疲劳源萌生位置由表面及次表面转移至内部,疲劳断裂模式由准解理断裂过渡到韧性断裂。增材件经铣削加工后,表面完整性得到极大的改善,可抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,疲劳性能得到显著提升。

隔爆外壳内预混气体燃爆最大爆炸压力和最大压力上升速率的研究

为研究隔爆外壳内预混气体燃爆最大爆炸压力和最大压力上升速率变化规律,选取了3种不同的隔爆外壳作为试验样品,通过在隔爆外壳内充入预混可燃气体进行爆炸试验,分析了最大爆炸压力和最大压力上升速率与隔爆外壳长径比、结构的关系;为揭示试验中的压力重叠现象,采用数值模拟的方法分析了其机理。结果表明:隔爆外壳的最大爆炸压力与腔体的长径比呈负非线性关系,最大爆炸压力受腔体表面积的影响更大,最大爆炸压力上升速率随长径比的增大而减小;双腔连通结构的隔爆外壳极易发生压力重叠下,压力重叠下点火位置对隔爆外壳最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率有明显的影响;氢气作为试验气体产生的最大压力上升速率比乙烯有显著的增加。

超细铜纳米线的低温制备及其室内光伏电池性能的研究

金属纳米材料的局域表面等离子体共振(LSPR)具有非常独特的光电性质,对基于LSPR效应提高薄膜太阳能电池光伏性能的研究已成为国内外广泛关注的热点研究领域之一。采用低温水热还原法以葡萄糖为还原剂,二水合氯化铜为铜源,十六烷基胺和十八烷基胺为封端剂合成了直径约为20 nm的面心立方结构的超细铜纳米线。利用X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)和扫描电子显微镜(SEM)对合成产物的晶体结构、形貌和光学性质进行了表征。此外,将铜纳米线和氧化锡纳米粒子(SnO 2 NPs)混合作为电子传输层,利用其LSPR效应提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光捕获效率和电子输运效率,并对器件的室内光伏性能的影响进行了研究。研究表明,与未引入Cu NWs的器件相比,引入Cu NWs的PSCs在光强100 mW/cm^(2)的模拟太阳光下的能量转换效率(PCE)从原来的18.4%提升至20.5%;在2000 lux的室内LED光源下的PCE从原来的27.8%大幅提升至35.2%,室内光伏效率提升幅度高达26.6%。

通心络胶囊联合阿托伐他汀预处理对脑缺血再灌注损伤大鼠的保护作用

目的探究通心络胶囊联合阿托伐他汀对脑缺血再灌注(CIRI)大鼠的神经保护作用及机制。方法30只SD大鼠随机分为假手术组、模型组、通心络胶囊预处理组[1 g/(kg·d)]、阿托伐他汀预处理组[10 mg/(kg·d)]、联合预处理组[1 g/(kg·d)通心络胶囊+10 mg/(kg·d)阿托伐他汀],每组6只,灌胃给药5 d后,大鼠造模后24 h、48 h、72 h测定大鼠贴纸去除时间,采用改良神经功能缺损评分(mNSS)。TTC染色、苏木精-伊红染色、TUNEL染色观察大鼠脑部梗死体积、病理变化及细胞凋亡情况;ELISA检测大鼠血清白细胞介素(IL)-1β、IL-6、TNF-α含量,黄嘌呤氧化酶法和硫代巴比妥酸法分别测定脑组织超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛水平,Western blot检测脑组织半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(Caspase-3)、活化Caspase-3、B淋巴细胞瘤2基因(Bcl-2)、脑源性神经营养因子(BDNF)、血管内皮生长因子(VEGF)、神经生长因子(NGF)蛋白表达。结果通心络胶囊预处理组和阿托伐他汀预处理组造模后48 h、72 h贴纸去除时间、mNSS、脑梗死体积、血清IL-1β、IL-6及脑组织活化Caspase-3蛋白表达低于模型组(P<0.05),通心络胶囊预处理组和阿托伐他汀预处理组BDNF、VEDF、NGF蛋白表达明显高于模型组(1.78±0.20、1.92±0.21 vs 1.36±0.13,1.49±0.17、1.60±0.18 vs 0.76±0.08,3.08±0.32、3.22±0.34 vs 2.37±0.27,P<0.05,P<0.01)。联合预处理组造模后48 h、72 h贴纸去除时间、mNSS、脑梗死体积、血清IL-1β、TNF-α、IL-6、脑组织丙二醛水平级及活化Caspase-3蛋白表达明显低于通心络胶囊预处理组和阿托伐他汀预处理组(P<0.05,P<0.01),联合预处理组BDNF、VEDF、NGF蛋白表达明显高于通心络胶囊预处理组和阿托伐他汀预处理组(2.51±0.30 vs 1.78±0.20、1.92±0.21,2.92±0.31 vs 1.49±0.17、1.60±0.18,4.13±0.41 vs 3.08±0.32、3.22±0.34,P<0.05,P<0.01)。结论通心络胶囊联合阿托伐他汀对CIRI大鼠的神经保护作用效果明显,其作用可能与脑组织神经元细胞凋亡减少,BDNF、VEGF、NGF蛋白表达增加有关。

风电叶片打磨机器人柔性末端终端滑模力控制

为了自适应叶片在磨削过程叶片曲率的变化,实现主被动磨削力控制。仿照人体肌肉组织,提出一种适用于电机驱动的直线型类串联弹性驱动器(SEA)安装于六自由度机械臂末端,以实现柔性输出。并建立了类SEA数学模型,在基于类SEA动力学模型的基础上,提出一种新型非奇异快速终端滑模滑模面和多幂次趋近率,并依据新型滑模面和多幂次趋近率设计了带扰动补偿的控制律。通过与传统终端滑模面、传统趋近率得到的控制律进行了磨削力跟踪对比仿真实验,结果表明新型非奇异终端滑模面和多幂次趋近率得到的控制律趋近平衡点速率更快,要求控制器输出较低,抗干扰能力更强。

各向异性扩散滤波的三维散乱点云平滑去噪算法

针对传统点云去噪算法在去除噪声时易造成模型特征失真的问题,提出一种各向异性扩散滤波的三维散乱点云平滑去噪算法.首先采用张量投票算法计算采样点的张量矩阵,并求解其特征值和特征向量;然后根据采样点的几何特征设计扩散张量的特征值,保证在不同特征方向的扩散速率能自适应调整;最后将重构的扩散张量与三维各向异性扩散滤波方程相结合,构造了点云滤波模型用于点云去噪.对不同含噪点云模型进行去噪的实验结果表明,该算法在点云去除噪声的同时,可以有效地保持原始模型的特征信息,避免了模型的过光顺.

基于增量耦合预测控制的风电叶片打磨机械臂末端颤振抑制研究

针对风电叶片打磨过程中,末端执行器与叶片表面发生刚性接触而引起末端执行器切向颤振问题,提出一种基于力反馈与加速度前馈复合结构的末端执行器增量耦合预测控制方法。在末端执行器柔性驱动单元数学建模的基础上,基于增量耦合动态矩阵预测控制算法对复合PID控制策略进行改进,将不可控但可预知输入加速度作为磨削轴向力预测序列的一部分。同时,在有限时域内采用二次型性能指标最小化的方式对控制目标进行滚动优化,以确保末端执行器与风电叶片表面柔顺接触。仿真及实验结果表明,此方法可以快速地实现末端执行器的切向颤振抑制,并能最大限度地减小因控制时滞、环境时变、模型失配等带来的误差。

煤层瓦斯抽采多物理场参数动态响应特征及其耦合规律

为进一步深化煤矿瓦斯抽采过程中多物理场参数动态响应特征及其耦合作用机理的认识,运用自主研发的多场耦合瓦斯抽采物理模拟试验装置,开展了工作面前方不同应力区域瓦斯同步抽采物理模拟试验,分析了抽采过程中煤体温度场、瓦斯压力场和煤体变形场的实时演化特征及多物理场耦合作用机制。研究结果表明:①在同步抽采过程中,应力Ⅳ区煤体温度下降速率最快,其次为应力Ⅰ区和应力Ⅱ区,应力Ⅲ区的温度下降速度最慢,不同区域瓦斯压力衰减特征与煤体温度下降规律具有相似性。煤体变形受煤体温度和瓦斯压力的耦合作用影响,使煤体变形呈非线性增加。应力Ⅳ区煤体变形量最大,应力Ⅲ区由于受泊松效应影响,其煤体变形大于应力Ⅰ区和应力Ⅱ区。②在同步抽采过程中,各应力区域煤体变形具有阶段性变化特征,分为变形延迟阶段、变形启动阶段和变形二次递增阶段,变形延迟的实质是煤层中大量分布的微孔和小孔,对吸附态瓦斯脱附的束缚作用,加上煤基质对瓦斯的毛细凝结作用,导致瓦斯解吸滞后,从而出现煤体变形延迟现象。③各应力区域煤体变形的动态响应受到有效应力压缩效应、基质收缩效应、解吸热收缩效应和泊松效应等共同影响,泊松效应对应力Ⅲ区起主导作用,有效应力压缩效应是突破变形延迟现象的关键因素,解吸热收缩效应和基质收缩效应是煤体变形二次递增的主要原因。

空间碎片消旋柔性冲击末端设计与分析

根据机械冲击式主动消旋方法的特点,设计了变压力柔性冲击末端.考虑到变压力柔性末端的流固耦合作用,通过分析内部气体压力对末端刚度的影响,确定了压力阈值并展开优化设计.对柔性冲击末端与空间碎片之间的碰撞力进行了理论分析与实验研究,建立了柔性末端与空间碎片碰撞的接触模型,设计了冲击与测量实验系统,修正了摩擦模型,通过冲击实验验证模型与实验结果吻合较好,法向碰撞力和切向摩擦力模型计算误差分别小于6.7%和6.9%.研究表明变压力柔性末端设计合理有效,满足空间碎片消旋要求,对发展空间碎片捕获方法具有重要指导意义.

基于Mecanum轮的电动轮椅与路面耦合系统振动特性分析

为了分析基于Mecanum轮的全方位移动轮椅的振动特性,建立Mecanum轮与地面接触模型和7自由度移动平台模型,利用轮子与路面接触点的位移协调方程及轮椅与路面之间相互作用力的平衡关系构建轮椅与路面耦合振动方程,通过模拟仿真,研究轮子与路面接触的起始位置、转速以及负载大小对轮椅振动特性的影响规律。搭建了全方位移动试验台,通过试验验证了数值仿真的准确性。分析结果表明:从乘坐的舒适性出发,应尽量保持轮子与路面起始接触位置相同。轮椅的振动频率和幅值随着转速的增加而增大,当转速介于150 r/min和200 r/min之间时,轮椅的振动频率与人体固有生物波(8 Hz)接近,会引起乘坐者的强烈不适感。乘坐者的体重对轮椅振动特性影响较小但对振动的幅值有一定的抑制作用。

植入复杂工程问题的工程训练实践课程体系探索

培养学生解决复杂工程问题能力是专业认证对高校工科类专业提出的重点要求。通过对复杂工程问题7个特征属性的分析,提出了植入复杂工程问题的工程训练实践课程体系建设构想,构建了基于成果导向理念的课程体系。并以艺术小台灯创新设计与制作项目为例,阐述了对训练项目从教学内容、教学实施、教学方法等方面的设计,给出了课程体系的运行模式。实践表明,植入复杂工程问题的工程训练实践课程体系取得了良好效果。