热镀锌钢板表面色差缺陷的微观检测分析

对不同色差的热镀锌钢板用不同方法进行了微观检测分析,探究产生表面色差的原因。利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）检测发现,表面出现色差的热镀锌钢板的镀层表面存在大量的孔洞,其直径约为1~4μm。通过X射线光电子能谱（X-Ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）分析,检测到这些孔洞区C元素和O元素的含量较高,说明含有夹杂物。通过镀层的X射线衍射（X-Ray Diffraction,XRD）分析及三维表面形貌检测发现,与表面色泽均匀的热镀锌钢板相比,表面出现色差的热镀锌钢板的结晶度较高,并且晶粒大小不均匀,镀层表面的纹理不规则。从光学角度来讲,这些因素都导致了热镀锌钢板表面出现色泽差异。

基于主动学习Kriging模型和子集模拟的可靠度分析

工程结构的功能函数大多数具有隐式非线性程度高的特点,且失效概率较小,需要复杂的有限元分析计算。针对工程实际中大量存在的小失效概率问题,本文提出了基于主动学习Kriging模型和子集模拟方法相结合的可靠度分析方法——AK-SS。AK-SS方法有子集模拟求解小失效概率和主动学习的Kriging模型代替真实功能函数的优势。该方法首先采用Kriging模型代替真实功能函数,通过主动学习方法逐步扩充实验设计点,逐步改善Kriging模型的精度;然后利用子集模拟方法的基本思路,通过引入合理的中间失效事件计算小失效概率。结果表明,AK-SS方法在保证结果精度的同时减少了功能函数的评估次数,对于工程实际中具有隐式功能函数的小失效概率计算问题具有较强的应用前景。

基于绝对节点坐标法的复杂构型输流管道简支支承设计研究

输流管道广泛应用于海洋、核电、航空航天等重大工程领域,因管道与流体间的耦合效应,在流体作用下管道会出现屈曲、颤振等失稳行为.一般而言,边界支承对管道动力学特征有着重要影响,不同支承位置显著影响管道的稳定性与振动特性.当前关于管道流固耦合动力学的研究大多集中于单一的直管或规则型弯管(如弧型、半圆型和正弦型等),对于实际工程中常见的复杂构型管道,比如L型、S型和U型等,研究还较为少见.文章基于绝对节点坐标法(absolute node coordinate formulation, ANCF)建立了具有普适性的非线性振动理论模型,可用于解决任意构型和任意支承边界下输流管道动力学问题.以L型、S型和U型3种典型构型输流管道为研究对象,首先开展了收敛性分析,找出合适的计算单元数.然后借助CFD仿真结果与理论模型进行对比验证,计算结果表明,相较于有限元方法,基于绝对节点坐标法建立的理论模型在预测复杂构型输流管道的非线性变形时,具有更高的计算效率.基于该理论模型,研究了简支支承位置对3种构型输流管道的固有频率、屈曲位移和应变特征的影响规律.研究发现,存在最优简支支承位置使得输流管道基频达到最大、屈曲位移和应变的极值达到最小.本研究为提高工程中管道的稳定性与使用寿命提供了理论依据与设计指导.

非完整信息条件下的结构可靠性鲁棒设计

在非完整信息条件下,建立区间变量、模糊变量、随机变量同时存在的可靠性设计模型,并给出相应的序列优化设计方法;同时考虑设计变量的实现值与设计值之间的差别以及约束条件的鲁棒性,提出基于info-gap决策理论的鲁棒优化模型,研究可靠性鲁棒设计的序列求解策略。算例1表明:模糊可靠性设计比随机可靠性设计结果保守,当模糊设计指标α=0时(对应区间可靠度)结果最为保守。算例2表明:不同的鲁棒性指标αt对应不同的鲁棒优化解,当αt大于0.20时,不存在相应的鲁棒优化解。利用本文提出的鲁棒序列优化求解方法对目标函数计算1291次即可,而常规优化算法需8107次,表明本文算法大大提高了计算效率。

基于微结构动态演化机制的单晶镍基高温合金晶体塑性本构及其有限元模拟

因其优异的高温力学性能,镍基单晶高温合金在航空航天和能源等领域得到了广泛的应用.镍基单晶高温合金优异的高温性能来源于其特有的两相微结构.基于代表体胞模型及分块均匀化方法,以位错密度为主要内变量,发展了一个包含两相微结构和位错演化信息的单晶镍基高温合金塑性行为的本构模型.该本构模型充分考虑了镍基单晶合金中位错在基体相和沉淀增强相中的多种演化机制,例如,基体位错八面体滑移、立方滑移、位错攀移、交滑移、位错弓出、位错切过沉淀增强相以及位错Kear-Wilsdolf(K-W)锁形成与解锁等.在商用有限元软件ABAQUS的框架下,编制了UMAT用户材料子程序.利用该用户子程序,对单晶和多晶镍基高温合金在不同温度、不同加载方向下的单调塑性、循环塑性、蠕变等典型行为进行了计算模拟.结果表明:该晶体塑性本构模型能"统一地"刻画镍基高温合金在不同温度、不同方向下的多种变形行为,并与实验结果具有良好的一致性.

基于参数敏感性分析的弓形虫病传播动力学模型简化

为了进一步分析弓形虫病的传播动力学机制,针对已建立的包含了弓形虫完整生命周期和主要传播途径的基于个体模型,运用拉丁超立方体抽样方法对该模型系统中的影响参数进行分析研究,得到不同因素对弓形虫病在农场系统传播的影响程度,从而找到了在不同研究侧重点下,影响该病传播的核心因素,剔除影响不大的因素,最终对原有模型实现了简化。

预测结构性能退化的混合粒子滤波方法

由于载荷,环境以及材料内部因素的作用,结构的性能一般随时间而逐渐退化.为了评估结构服役期间的状态,常采用随机变量模型来描述结构性能的退化规律.即,采用含不确定性模型参数的物理模型来逼近结构响应特性.利用同类型结构的先知数据集信息可确定模型参数的先验分布.结合结构服役期间的检测信息和贝叶斯原理,对模型参数进行更新,从而提高物理模型的准确性.本文提出一种混合粒子滤波方法 (particle filterdifferential evolution adaptive Metropolis,PF-DREAM)用于模型更新,即:在确定参数先验分布时,采用证据理论(Dempster-shafer theory,DST)初始化模型参数;结合差分进化自适应Metropolis算法(differential evolution adaptive Metropolis,DREAM)和粒子滤波(particle filter,PF)算法,来计算更新公式中的复杂的高维积分.相比于传统的PF算法,混合PF-DREAM方法可以有效提高样本粒子的多样性,解决重采样算法中粒子多样性匮乏的问题,从而得到更加合理的物理模型.为了证明该方法的有效性,将提出的方法分别应用于电池性能退化和裂纹扩展规律预测.算例表明采用本文提出的模型参数确定方法,使得物理模型更加合理,性能预测更加准确.用于更新的数据越多,模型参数的分散性越小.本文方法应用于高维问题或隐式函数问题时,计算原理和步骤不发生改变,但函数评价次数和计算时间会随之增大.

双层微球壳流固耦联振动及声散射分析

为研究在药物输送中常用包裹药物的双层壳体声散射特性,本文建立了双层微球壳与其内外流体耦联振动模型。通过求解在超声波作用下各层球壳与内外流体的耦合作用方程,得到了球壳径向位移的级数形式解;利用此级数解分析了球壳的材料参数和几何参数对声散射特性的影响。结果表明:散射率曲线的峰值总是出现在耦联系统的固有频率处;内层球壳的密度增大200kg/m3时,第1阶子波的第2个散射率峰值增大了13.9%,但对第0阶子波基本无影响;内层球壳的杨氏模量增大40MPa时,固有频率增加近20%;外层球壳厚度增加0.1μm时,固有频率增大的幅度较小,但各散射率峰值减小幅度均大于9%。这些结果有助于了解双层微球壳声散射特性,从而指导药物包裹体的参数设计。

基于螺旋卷绕型人工肌肉驱动的机械手指设计及其运动分析

螺旋卷绕型聚合物人工肌肉作为一种新型致动器,因具有较高的柔韧性、通用性和功率密度,在柔性驱动领域具有广阔的应用前景。本文设计了一种螺旋卷绕型人工肌肉驱动的多自由度机械手指模型,建立了热驱动型人工肌肉的物理模型,实现了对机械手指多关节偏转的控制和运动分析。结果表明,人工肌肉的收缩量随温度的增加呈非线性增加;机械手指的关节偏转角随温度或肌肉收缩量的增大而增大。提出的人工肌肉驱动的多自由度手指模型,为实现其在机械手领域中的应用奠定了基础。

气-液横向流动下悬臂柱体结构涡激振动机理研究

针对潜艇侦查望远镜举升水面时产生的涡激振动现象,该文建立了悬臂柱体结构受气-液两种不同横向流作用下的涡激振动理论模型.研究了两种流体不同的分布比和密度比对柱体结构涡激振动行为的影响规律.基于Galerkin法和Runge-Kutta法,得到了柱体结构涡激振动响应的数值结果.研究表明,柱体结构的涡激振动锁频区随着流体分布比的增大而增大,自由端最大幅值随着流体分布比的增大先增大后减小.当分布比为0.5附近时,振幅出现极大值,该极大值随着流体密度比的减小呈现明显的增大趋势.此外,柱体的动力学行为随着流体分布比的变化呈现出周期和多周期等振动模式.该研究可为潜艇侦查望远镜结构的设计与分析提供理论指导意义.

基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET),研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制.基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程,通过设计非线性弹簧-质量块构型的NTET,进一步开展了涡激振动控制的实验研究,并与理论预测结果进行了较好的对比,获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值.研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响.本文研究结果表明,该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率.在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时,有更好的减振效果.当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱,会降低涡激振动控制性能.参数分析表明:随着涡激振动控制性能的提升,圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大,能量传递效率逐渐提高.研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.

受轴向外流作用的轴向变速运动梁非线性振动及稳定性分析

研究了受轴向流作用的轴向变速梁的稳定性和动力学特性。利用Floquet理论和Runge‑Kutta算法,得到了轴向变速运动梁动力学响应的数值结果。通过参数分析研究了平均脉动速率、轴向外流速、轴向附加质量参数、质量比、长细比、初始拉力和粘弹性系数等系统参数对梁动力学的影响。研究结果表明,当梁运动速率的脉动频率接近一、二阶固有频率的2倍或前两阶固有频率之和时,轴向运动梁会出现次谐波共振或组合共振现象而失去稳定。梁在次谐波共振区和一、二阶组合共振区内分别做单周期和概周期运动。梁的稳定区域在各系统参数的作用下将出现扩大、收缩和平移的现象。此外,梁共振时的振动幅值同样受到各系统参数的影响。

外流作用下管道流固耦合非线性动力学研究进展

管道广泛应用于海洋、核电以及航空航天等重大工程中,是采油平台、蒸汽发生器等重要工程装备的关键结构之一.当有外部流体经过时,管道会发生流固耦合振动行为,这是导致重大装备振动破坏和失效的重要原因之一,已成为重大工程设计必须解决的关键问题.本文针对外流作用下柔性管道流固耦合非线性动力学机理这一科学问题,梳理了国内外学者的重要研究成果,重点分析了柔性管道分别在横向外流和轴向外流作用下的流固耦合非线性振动行为.从实验研究、仿真分析和理论建模等方面进行了深入的探讨,揭示了外部流体对管道动力学行为的影响机制.最后,对国内外研究现状进行了简要的总结,并给出了这一研究仍存在的难点与挑战.

双相钢电阻点焊动态电阻规律研究

利用数据采集系统采集双相钢电阻点焊过程中的主要焊接参数,对双相钢电阻点焊过程中动态电阻曲线进行了研究。结果表明,双相钢点焊过程中材料的微观组织变化和焊接参数的变化对焊接过程中动态电阻有重要影响,且具有一定的规律性。发生焊接喷溅时动态电阻出现突降,这为焊接喷溅的识别提供了依据。掌握焊接过程动态电阻的变化规律可以预测焊接熔核的形成过程,实现对焊点质量的监测。

格子气模型在地铁站人群疏散运动中的应用

基于格子气模型思想,引入高程因素,建立了模拟地铁站人员疏散的扩展非均匀格子气模型.该模型考虑紧急情况下人员的移动特征,引入多格子方法,根据人员实时步长确定人员移动速度.文中考虑了人员初始分布对疏散过程的影响,同时分析了紧急疏散出口对疏散的作用.利用该模型模拟了人有出口偏好的人员疏散过程和火灾情况下人员疏散过程,算例结果表明,适度地使用紧急疏散出口能提高疏散效率,高程因素的引入也促进了疏散进程.

混合不确定因素下的复合材料模糊可靠性优化设计

考虑失效(安全)状态的模糊性以及设计变量和设计参数的区间性,研究复合材料基于模糊状态下随机变量和区间变量共存时结构的可靠度优化设计。算例考虑单层复合材料强度指标的随机性、设计变量或材料参数的区间性以及极限状态的模糊性,结果说明所提出的基于模糊状态的混合可靠度模型和计算方法的合理性及有效性。同时,对模糊状态以及区间性的影响进行分析和讨论,研究发现极限状态的模糊性、设计变量或材料参数的区间性对可靠性分析及优化设计结果有较大影响。

基于试验扩展法的双层圆柱壳声辐射估算

在总结国内外关于结构噪声预报和估算方法的基础上,提出了一种基于试验扩展的声辐射估算方法,该方法结合数值法和试验法两方面的优点,利用该方法可以通过试验测量内壳的振动而估算出外壳的声辐射,通过数值模型的比较发现,该估算方法简单可行,便于在实际工程中应用;但对其适用性,还需要进一步的试验验证。

基于粒子群算法(PSO)的人员疏散动力学模型

基于粒子群算法思想,建立紧急情况下公共场馆人员疏散的动力学模型.该模型考虑人员之间的相互作用,依据人员实时局部密度的变化改变个体的最大速度以及保有区域尺寸,具有时空非均匀的特点.定义个体冲量以及受伤冲量阈值,考虑人员受伤对疏散过程的影响,同时还比较了多出口疏散与单出口疏散的特点和效率.算例结果表明,疏散结果与元胞自动机模型相似,理想化更新流程的结果小于其他疏散模型的结果.

基于细胞自动机方法的车行运动模型及信号灯控制策略研究

采用细胞自动机方法研究了在单向道路上行驶的2辆不同性能(加速度能力、最大速度等)车辆的运动状态和相互关系,以及性能参数对行驶状态的影响.讨论了在设置路口和信号灯的情况下,不同信号灯控制策略(信号灯的时间周期及绿信比)对车辆运动状态的影响.细胞自动机方法通过JAVA编程进行数值模拟,得到车辆行驶时间-位置之间的关系,结果与预期相同.该模型退化为匀速运动状态情形时,所得结果与近期文献的结果相一致,也证明了文中所用方法的可靠性和合理性.

分布式运动约束下悬臂输液管的参数共振研究

输液管道结构在航空、航天、机械、海洋、水利和核电等工程领域都有广泛应用,其稳定性、振动与安全评估备受关注.针对具有分布式运动约束悬臂输液管的非线性动力学模型,分别采用立方非线性弹簧和修正三线性弹簧来模拟运动约束的作用力,研究了管道在脉动内流激励下的参数共振行为.首先,从输液管系统的非线性控制方程出发,利用Galerkin方法进行离散化;然后,由Floquet理论得出线性系统在失稳前两个不同平均流速下脉动幅值和脉动频率变化时的共振参数区域;最后,考虑系统的几何非线性项和分布式非线性运动约束力的影响,求解了管道的非线性动力学响应,讨论了非线性项及运动约束力对管道参数共振行为的影响.研究结果表明,系统非线性共振响应的参数区域与线性系统的共振参数区域是一致的,分布式运动约束力对发生参数共振时管道的位移响应有显著影响;立方非线性弹簧和修正三线性弹簧模型所预测的分岔路径存有较大差异,但都可诱发管道在一定的参数激励下出现混沌运动.