Thin-Plate Spline Analysis of Diversity in Field Populations of Codling Moth, Cydia pomonella L. （Lep., Tortricidae） in North West of Iran

In order to study morphological diversity of codling moth, Cydia pomonella （L.） using thin-plate spline analysis, nine geographical populations from four north western provinces of Iran namely East Azarbayjan, West Azarbayjan, Ardebil and Zandjan were collected during 2003 and 2004. 575 and 564 images were prepared from fore and hind wings, respectively. Then 15 and 11 landmarks were determined from fore and hind wings, respectively. With transforming of landmark＇s two dimensional coordinate data into partial warp scores, 26 and 18 scores were generated for fore and hind wings, respectively. Cluster analysis based on wing shape variables using Ward＇s algorithm assigned nine geographical populations into two groups. The pattern of grouping based on fore and hind wings was different in both sexes. Principal component analysis revealed discrimination between geographic populations and confirmed the result of cluster analysis. Among environmental parameters, wind speed showed the highest correlation with wing shape variables. Non significant correlation was observed between geographic and morphological distance matrices as revealed by Mantel test.

Investigations into sensing characteristics of circular thin-plate electrostatic sensors for gas path monitoring

Circular thin-plate electrostatic sensors are promising in gas path monitoring due to their advantages of non-intrusiveness and easy installation. The spatial sensitivity and filtering effect are two important performance parameters. In this paper, an analytically mathematical model of induced charge on a circular thin-plate electrode is first derived. Then the spatial sensitivity and filtering effect of the circular electrostatic sensor are investigated by numerical calculations. Finally,experimental studies are performed to testify the theoretical results. Both theoretical and experimental results demonstrate that circular thin-plate electrostatic sensors act as a low-pass filter in the spatial frequency domain, and both the spatial filtering effect and the temporal frequency response characteristics depend strongly on the spatial position and velocity of the charged particle. These conclusions can provide guidelines for the optimal design of circular thin-plate electrostatic sensors.

Acoustic cloak constructed with thin-plate metamaterials

We propose a strategy for designing the cylindrical acoustic cloak with thin-plate metamaterials.The inhomogeneous cloaking shell as derived by transformation acoustics is first discretized into a three-layer anisotropic metafluid,and their material parameters are optimized by minimizing the external scatterings.Then these metafluids are practically realized by thin-plate structures according to the metamaterial concept.As an example,an acoustic cloak is designed with nine layers of thin plate and totally 900 plate units.Numerical simulations are performed to assess the cloaking performance of the designed structure.

四川盆地涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩古构造应力场及裂缝特征

通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区裂缝主要形成期(燕山晚期)构造应力和裂缝的分布受断层、岩石力学性质和构造应力的影响,断层广泛发育的区域容易出现应力集中,并引起较大的应力梯度。②利用库伦-莫尔破裂准则预测了研究区构造裂缝的发育,同时引入剪切破裂指数R定量表征裂缝发育的强度,其值越大反映裂缝发育程度越高。窄陡断背斜和断层附近裂缝发育,以高角度剪切裂缝为主,而在宽缓向斜部位裂缝发育程度最弱,研究区五峰组—龙马溪组底部硅质页岩应力集中,裂缝最发育。③涪陵南地区海相页岩气保存有利区主要为3个区带:远离大断层的凤来向斜内部,主要构造变形期未遭受大的破坏作用,其位于应力低值区,具有良好的保存条件,为Ⅰ类有利区;白马向斜内部小断层发育,应力值位于中等水平,保存条件中等,为Ⅱ类较有利区;石门—金坪断背斜遭受到强烈改造作用,容易产生大规模剪切裂缝,破坏了保存条件,为Ⅲ类不利区。

航空齿轮薄辐板车削加工变形预测及切削参数优化研究

为了满足直升机传动系统轻量化的需求,作为直升机关键零部件的传动齿轮具有薄壁的显著特征,在切削加工中容易出现变形严重和尺寸精度难以保证的问题。本文以高强度中合金渗碳钢齿轮薄辐板为研究对象,基于ABAQUS有限元分析软件,开展了切削加工仿真研究,通过建立三维动态切削仿真模型,分析了加工过程中工件所受的切削力与切削参数之间的关系;并运用静态仿真分析了切削力和夹紧力叠加对薄辐板加工变形的影响,对仿真结果进行了极差分析。最后,通过开展试验对仿真结果进行了验证。结果表明:齿轮薄辐板加工变形量静力学分析显示齿轮辐板轴向变形量最大,径向变形在轮毂处最大;极差分析发现,切削速度为150 m/min、进给量为0.06 mm/r、切削深度为1.8 mm为最优切削参数,最大变形量的预测误差小于10%。

基于视觉传感的薄板对接焊缝检测方法研究

为了实现薄板自动对接焊过程中焊缝中心的准确检测,提出了基于主动视觉传感的薄板对接焊缝检测方法。通过对工业相机采集的图像进行颜色分割与亮度分割,消除环境光的干扰;利用轮廓检测与掩模操作消除图像噪声,应用灰度重心法提取激光条纹的中心线,并通过一阶差分方法实现焊缝左右边界及中心的检测。针对激光条纹存在的分断缺陷进行续断连接,以提高焊缝中心检测的准确性。实验结果表明,采用所提方法能够准确检测焊缝边界及中心位置,能够满足薄板对接焊缝的自动焊接需求。

考虑边界约束影响的充填挡墙厚度确定方法及应力分布规律研究

不合理的边界加固方式会导致充填过程中挡墙边缘抗弯能力弱化进而影响采场安全。基于此,为了确定合理的充填挡墙厚度,探讨边界约束对充填挡墙稳定性的影响,将挡墙结构简化为4类薄板模型。以第一强度准则为判断依据,提出了不同边界约束模式下充填挡墙厚度确定方法。结合大冶铁矿工程实际,探讨了不同边界约束模式下充填挡墙应力分布规律,并通过解析几何和数值模拟对本文理论模型进行了验证。研究结果表明:①挡墙最小厚度与充填高度、充填料浆容重呈正相关关系,与挡墙抗拉强度呈负相关关系,增加挡墙抗拉强度有利于挡墙稳定性;②挡墙内外侧拉伸应力分布存在明显差异,外侧呈X型分布,内侧呈O型分布,边界抗弯能力弱化会导致拉伸区域拓展,增加挡墙边界弯矩可以有效防止挡墙破坏;③数值模拟获取的应力分布规律与解析几何分析结果高度一致,进一步验证了本文充填挡墙厚度确定方法的可靠性,结果可为类似采场充填挡墙参数优化提供参考。

导电矩形薄板的磁弹性超谐-内联合共振

研究横向磁场中矩形薄板在外激励作用下的超谐波共振和1∶3内共振的联合共振问题。针对一边固定三边简支的矩形薄板,利用Galerkin积分法得到两自由度非线性振动微分方程组。采用多尺度法求解,得到前两阶模态的幅频响应方程组。通过算例,得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶响应幅值与各参数关系的曲线图,讨论了外激励幅值、磁场强度等参数对系统振动的影响。结果表明,考虑内共振时高阶模态被间接激发,系统存在着能量的交换,调节磁场强度可控制系统的共振。

混合边界护顶层力学模型及应用

对于直接顶板稳固性较差的矿山,通常需留设护顶层以防止直接顶板的垮塌。为了保证矿山的安全开采,确定合理的护顶层厚度至关重要。针对房柱法开采的采空区顶板进行结构力学解析,将护顶层视作四边中部自由其余部分固支的薄板,即混合边界薄板;利用功的互等法推导出混合边界薄板的挠曲面方程,构建混合边界护顶层力学模型,在此基础上得到护顶层安全厚度的计算公式。将混合边界薄板与四边固支薄板的变形情况进行对比时发现,混合边界薄板的挠度整体大于四边固支薄板挠度,混合边界自由段长度与最大挠度值呈正相关。将理论分析和数值模拟结合应用在某铝土矿No.9采场上,确定了护顶层安全厚度为1 m,验证了力学模型的准确性。

四边不同支承条件下矩形板的结构计算

采用带补充项的傅立叶级数作为挠度函数,针对四边不同支承矩形薄板,推导了确定待定系数的方程组,给出可处理简支边、固支边和自由边任意组合条件下统一的结构计算公式.探讨了集中荷载作用处弯矩级数解不收敛的处理办法,以及双向板简化为单向板需要达到的长宽比问题.结果表明,集中荷载作用处的弯矩,可采用挠度值按中心差分公式进行计算,差分步长可取10 mm.对边支承对边自由板及一边固支三边自由板,可视作单向板.当四边支承板的长宽比达到2∶1、2.5∶1及4.5∶1时,可分别简化为两端固支、一端简支一端固支及两端简支单向板.三边支承一边自由板长宽比达到1∶1及2∶1时,可分别简化为两端固支(及一端简支一端固支)及两端简支单向板;长宽比达到6∶1时,可简化为悬臂单向板.两邻边支承两邻边自由板若要简化为悬臂单向板,在两支承边为固支时,长宽比需要达到2∶1;在支承边为一边简支一边固支时,长宽比要达到1.5∶1.

基于PD-滑模耦合算法的压电智能薄板颤振抑制

针对工件柔性主导的薄壁件铣削颤振问题,提出了一种基于PD–滑模耦合算法的压电智能薄板颤振抑制方法。首先设计了只需位移测量的主动控制算法,基于滑模控制理论处理系统参数不确定性和外部扰动,通过动态补偿器对未知切削状态进行在线近似和补偿;为解决传感误差和系统时滞问题,在滑模控制器中进一步耦合了时空依变PD控制模型,借助ABAQUS仿真拟合控制参数时变函数;最后设计了一套薄壁件主动控制装置,试验结果显示采用主动控制可有效抑制薄壁件铣削颤振,验证了控制方法的可行性。

薄壁钢板局部屈曲关键问题研究进展

钢结构以及钢-混凝土组合结构由于其强度高、耗能能力好、施工方便等优异性能,被广泛应用于工程结构中。然而,随着高强度钢材的应用,薄壁钢板呈现薄壁化、宽厚比随着构件截面尺寸的增大而不断增大的趋势,由于工程结构及荷载的复杂性等因素,钢板过早发生局部屈曲的风险不断加大,薄壁钢板的局部屈曲问题凸显,亟待开展系统性深入研究。对薄壁钢板局部屈曲研究的进展进行了概述,分析总结了现有试验研究和理论研究方面存在的局限性,详细介绍了笔者团队近年来聚焦于薄壁钢板局部屈曲关键问题开展的一系列研究工作及成果。

面向堆叠薄型钢板计数的改进YOLOv5网络

针对堆叠薄型钢板的人工计数烦琐、错误率高问题,提出改进的YOLOv5(you only look once的第5个版本)网络.使用SPD-Conv(symmetric positive definite convolution)代替CSP-Darknet(cross stage partial darknet),将轻量高效通道注意力(efficient channel attention,简称ECA)机制融入特征提取,将BiFPN(bi-directional feature pyramid network)代替YOLOv5的PANet(path aggregation network),提出HIOU_Loc(height intersection over union location)预测框去冗余方法.实验结果表明:相对于其他3种网络,该文网络的计数准确度(accuracy,简称ACC)和平均准确率均值(mean average precision,简称mAP)均最高;该文网络能适应不同检测环境,且均有优良的检测性能.

中深层煤炭地下气化的气化腔安全宽度计算方法

煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注入点后退(CRIP)工艺的气化腔安全宽度计算方法尚未建立,为保证现场试验顺利实施,需要开展针对性研究。气化腔顶板“裸露”在气化腔后会受到高温影响,通过数值模拟方法研究了压应力约束条件下岩石内部热应力产生位置以及颗粒、基质热膨胀系数差异对热应力大小的影响规律,结合高温处理后的岩石电镜扫描结果,查明了高温下岩石热损伤机理。根据CRIP气化工艺造腔特点,建立了考虑高温影响的气化腔顶板薄板模型,结合“关键层”理论提出了气化腔安全宽度计算方法。研究表明:岩石热损伤是岩石物理化学反应与热应力互相促进、共同作用的结果,高温下岩石发生不规则变形,岩石热损伤引起的微观结构变化是导致岩石力学性质、物理性质变化的根本原因。岩石的最大拉张热应力出现在颗粒界面或热膨胀系数较小的颗粒中,颗粒与基质热膨胀系数比值在[0.01~1)时,最大拉张热应力随颗粒热膨胀系数减小而快速增加。泥岩加热到200℃时开始出现微裂隙;加热到400℃时裂隙发育更加明显,主要是沿颗粒边缘破裂;加热到600~800℃时,裂隙数量增多、尺寸变大;加热到1000℃时,除出现较大裂隙外,还产生了大量孔隙;1200℃时裂隙连通性明显增加,气孔发育较大。由于高温的影响,薄板模型的步距准数不再是定值,需要根据气化腔顶板热破坏范围与顶板硬岩层的空间位置关系确定具体数值。气化腔安全宽度受温度影响,在研究算例中,砂岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为34.3 m和14.1 m,相差达58.9%,泥岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为16.7 m和15.9 m,相差4.8%。最后从降低顶板垮落风险、有利于气化控制角度,提出了煤层纵向靶区位置的确定方法,当煤层厚度超过气化腔安全宽度一半时,建议将水平井纵向靶区设计在距离煤顶不超过气化腔安全宽度一半的位置。

磁场中导电矩形薄板1∶3内共振下的超谐波动力学响应

针对横向恒定磁场中一边固定三边简支的导电矩形薄板,研究1∶3内共振条件下系统发生超谐波共振时的动力学响应。利用伽辽金法得到两自由度非线性振动微分方程组,并通过数值计算得到系统发生超谐-内联合共振时前两阶模态的响应图。结果表明,内共振的存在使得高阶模态被间接激发,不同参数下系统呈现出混沌、概周期运动等复杂动力学响应,可以通过调节磁场强度控制系统振动。

机载液晶显示模组轻量化及低功耗技术研究

针对机载设备轻量化和低功耗的要求,提出了基于支框的机载液晶显示模组加固方式,采用有限元迭代仿真计算,优化散热板加强筋设计,减轻结构重量;基于2 mm超薄导光板,通过LED选型、LED排布对现行背光灯板进行设计改进,提升了超薄导光板光耦合效率。经计算和测试验证,改进后的方法可显著降低液晶显示模组背光功耗。

薄板式静态混合器混合性能数值模拟

薄板式静态混合器内构件简单、通量高、压降低,可以有效降低稀释水掺混能耗。文中以不均匀系数ψ和管路压降Δp作为评价指标,利用CFD(计算流体动力学),对比分析单直管、单顺流羽状管、单逆流羽状管和双顺流羽状管等4种注水方式的混合效果和压降。研究发现,在注水管安装在L/D=5.3处,单管注入时,注水两侧形成的径向二次流强度Se变化缓慢,稳定的涡旋流在混合器内产生混合“死区”,降低了静态混合器的油水混合速度;当ψ降至0.05时,混合距离超过18D。此混合死区解释了单管注入时分散相注入点附近易出现局部高浓度区。双顺流羽状管注入时,对撞水相产生较高径向二次流强度Se,且迅速降低。快速变化的流场显著减少混合距离,与单管注入相比,ψ降至0.05时混合距离减少76.9%,Δp增加1.5%。

带孔形状记忆合金薄板弹热性能的实验和理论研究

NiTi形状记忆合金因其优异的弹热效应在新兴固态制冷领域具备广阔的应用前景.然而,该类合金较高的相变临界应力使得其弹热效应需要很高的机械载荷来驱动,对固态制冷器件的小型化和大规模应用带来了挑战.文章通过在NiTi形状记忆合金薄板上引入孔洞,揭示了孔洞体积分数、分布形式对薄板弹热性能的影响.结果表明,孔洞造成的应力集中效应能够在显著降低薄板相变驱动力的同时,有效增加薄板的整体制冷温度和吸热量.薄板在变形过程中的整体力-位移响应和温度演化强烈依赖于孔洞体积分数,孔洞分布形式仅仅影响薄板的局部应力-应变-温度场,而对整体的热-力响应影响较小.进一步地,基于应力对数客观率,在不可逆热力学框架下建立了形状记忆合金有限变形热-力耦合本构模型,并完成了模型的有限元移植.通过与实验结果的对比发现,提出的本构模型能够很好地预测孔洞对NiTi形状记忆合金薄板变形行为和弹热性能的影响,从而为该类合金带孔薄板的设计提供理论工具.

铝合金板激光切割实验工艺研究

针对铝合金激光切割工艺参数优化问题,对5052铝合金进行了激光切割试验研究,根据不同的激光功率、辅助气压、运行速度参数对激光切割质量的影响,建立了三因素正交试验方案,选用0.3 mm、0.5 mm厚的薄板铝合金进行了激光切割,以1 MPa和1.5 MPa的氩气,选用10%、20%和30%的切割运行速度,分别采用1200 W和1350 W的激光功率进行切割。分别用光切测试仪和显微镜观测了粗糙度和挂渣长度两个质量参数,进行数据分析,确定了0.3 mm、0.5 mm薄铝合金板的最佳激光切割工艺路线,为铝合金激光切割薄板提供技术参考。

混合边界矩形薄板静力问题解析研究

本文利用Hamilton体系中的“辛-叠加”方法,基于弹性薄板理论,对两对边固支、另两对边中部固支两端简支这一混合边界条件矩形薄板静力问题进行了解析研究.首先基于Hamilton求解体系辛几何方法对对边简支这一经典边界条件矩形薄板问题进行了解析求解,然后以此为基本体系采用叠加法思想对两对边固支、另两对边中部固支两端简支这一复杂混合边界条件矩形板问题进行了求解,最后采用有限元数值模拟对本文方法的正确性和收敛性进行了验证.本文方法同时具备辛几何方法的理性和叠加法的规律性优点,其求解过程中无需预先假定解的形式,直接由弹性力学基本方程出发,通过逐步严格推导来获得解析解.该方法通用性强,可用于一些传统方法难以解析求解的矩形板问题中.