上海交通大学学报

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王飞, 丁伟, 邓德衡, 吴小峰

2020,54 (5): 441-450.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.001

摘要 ( 1411 )

PDF(1531KB) ( 517 )

针对水下多缆(阵列)多体拖曳系统，给出了其动力学数学模型及其对应的数值求解方案，用以预报分析其在各种情况下的运动响应特性.模型由3部分组成：基于集中质量法给出了拖缆的运动控制方程；水下工作拖体因其为系统的关键部件而采用潜艇6自由度运动控制方程进行精确描述；而系统中另一个小型拖曳体因其尺度相对很小则简化为质量点融入拖缆的控制方程中.通过建立拖缆和拖体耦合边界条件将其耦合成一个整体，并采用4阶龙格库塔方法进行积分求解.最后针对4缆2拖曳体系统展开数值计算，研究了系统在不同情况下的运动响应特性，给出了一些规律性结论.

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模型-数据联合驱动的船舶舵机电液伺服系统早期故障检测

徐巧宁，艾青林，杜学文，刘毅

2020,54 (5): 451-464.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.002

摘要 ( 916 )

PDF(9410KB) ( 350 )

提出了一种模型-数据联合驱动的船舶舵机电液伺服系统早期故障检测方法.首先，建立了系统状态方程，对系统中的常见故障进行了模型解析，并对系统中的各类不确定因素进行了分类分析.其次，为减少各类不确定因素的影响，采用混合式处理方法进行逐层削减.利用系统正常运行状态下的输入输出数据先对系统中的不确定参数进行有效辨识，通过设计鲁棒故障检测观测器来对系统中的固有非线性和未知时变外负载力进行处理和解耦.为了能够对早期故障进行有效检测，利用实际及观测系统数据，构建了基于神经网络的补偿模型，可进一步削减剩余不确定因素对故障检测的影响，从而提高故障敏感性.最后，通过仿真和实验共同验证了这种模型-数据联合驱动故障检测方法的有效性，该方法可用于船舶舵机电液伺服系统及类似系统的在线早期故障检测.

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考虑广义时间价值的串行退化生产系统维护更新策略

杜煜，李雨青，张秀芳，潘尔顺

2020,54 (5): 465-472.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.003

摘要 ( 798 )

PDF(889KB) ( 249 )

以多工序多设备组成的串行生产系统为研究对象，将设备的退化过程看作符合Gamma分布的随机过程，在每次预防性维护时引入机会维护，以减少系统的停机次数；将维护时间看作与设备退化度和维护次数有关的函数，采用退化度恢复因子描述设备维护前后退化度的演变过程；考虑广义时间价值建立设备的成本函数，依据费效比和可用度对设备的维护更新进行联合决策，建立串行生产系统的维护更新模型；算例仿真对维护阈值进行了优化决策，计算出了各设备的更新时间及维护次数.结果表明：广义时间价值会加速设备的老化，缩短设备的使用寿命，从而为企业制定生产系统维护更新策略提供了新思路.

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冰晶颗粒的浮升融化过程

张雨龙，张鹏，马非

2020,54 (5): 473-480.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.004

摘要 ( 1134 )

PDF(2664KB) ( 349 )

为了更好地理解相变浆体的流动与热质传递过程，对冰晶颗粒在水中的浮升融化过程进行了数值计算研究.计算模型考虑了多种作用力下冰晶颗粒的自由浮升过程，并通过焓-多孔介质法对颗粒浮升中伴随的融化过程进行了描述.利用该模型研究了流体与颗粒的换热温差以及颗粒内部过冷对其非均匀浮升融化过程的影响，获得了颗粒浮升融化过程中的形态变化以及涉及到的流动与传热特性.计算结果表明，冰晶颗粒内部的过冷度对颗粒的融化有极大的阻碍作用.

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三通道旋流冷却流动与传热性能

王锴，夏添，饶宇

2020,54 (5): 481-489.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.005

摘要 ( 698 )

PDF(7961KB) ( 242 )

针对雷诺数为 40000 下涡轮叶片内部三通道旋流冷却结构进行瞬态热色液晶实验与数值模拟研究，并与普通转折通道进行比较分析.通过瞬态实验获得壁面高精度的努塞尔数分布与通道的沿程压力损失，结合数值计算结果得到如下结论：旋流通道显著增强了系统的换热能力与换热均匀性，第2、第3流程的壁面平均努塞尔数比普通转折通道分别提升了60%、57%；转折位置的冲击损失与节流损失是三通道结构的主要压力损失；旋流通道的全通道压力系数约为普通转折通道的3倍，且随着雷诺数的增大有增大的趋势；数值计算显示旋流通道内总压损失比静压损失减少了25%，使用总压分析沿程压力系数更为合理.

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基于MATLAB图像处理的大缸径定容弹中甲烷/空气射流火焰传播特性

许晓晨, 李翔, 黄忠, 具德浩, 吕兴才, 黄震

2020,54 (5): 490-498.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.006

摘要 ( 968 )

PDF(5564KB) ( 423 )

在带有预燃室的大缸径定容燃烧系统中进行甲烷/空气射流引燃主燃室内预混气体的实验研究.基于MATLAB软件平台编写火焰图像批处理算法,并通过该算法进行图像预处理进而获取特征参数；通过分析瞬时压力曲线以及高速摄影仪拍摄的火焰传播图像，研究甲烷/空气预混射流火焰的传播特性以及初始压力和过量空气系数等初始条件对射流火焰发展过程及火焰传播速度的影响.研究结果表明：位于预燃室中的火花塞偏置会造成主燃室内的引燃射流火焰的不均衡发展，且这种不均衡性在过量空气系数越小时愈发严重；射流火焰传播速率随初始压力和过量空气系数的增大而减小，并且当过量空气系数较小(λ=0.8)时，射流火焰对背压的变化较为敏感.

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基于三明治结构的高灵敏度新型电子皮肤

陈乐，王英，李海华

2020,54 (5): 499-506.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.007

摘要 ( 1016 )

PDF(17741KB) ( 214 )

具有高灵敏度和快速响应时间的电子皮肤在人体信号监测和机器人领域有广阔的应用前景.模仿人体皮肤的结构，提出了一种自锁型的电子皮肤，上层为规则的金字塔阵列，下层为不规则的起伏.该器件最高灵敏度达到190.4kPa-1，最低探测压力为32Pa，响应时间为8ms，回复时间为8ms，在 3000 次循环载荷下表现出很好的稳定性.该器件制备工艺简单，模具可循环使用，满足大规模生产的条件.将该器件应用于分辨不同的机械力和监测人体的生理信号，表现出良好的性能，发展潜力巨大.

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基于完备抓取构型和多阶段网络的软体手抓取

刘文海，胡洁，王伟明

2020,54 (5): 507-514.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.008

摘要 ( 999 )

PDF(17218KB) ( 232 )

视觉引导的软体手抓取依赖视觉输出正确的抓取位置、抓取角度和抓取深度，为此提出了面向多手指软体手的完备抓取构型数学模型和多任务损失函数，设计了基于“锚点”旋转框的两阶段深度学习网络，实现了从图像到软体多手指抓取指令的直接映射.通过公开数据库和自建数据库分析了网络模型的性能表现.研究结果表明：多任务损失函数和基于“锚点”旋转框的两阶段网络模型有效提高了多输出抓取检测的准确率和机器人抓取的成功率.最后，构建了机器人软体手抓取系统，抓取实验结果表明：所提方法对视觉定位误差具有一定的抓取稳健性，可成功抓取不同种类的水果，能够达到96%的抓取成功率，对水果皮的抓取也具有很好的泛化能力.

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基于浮动平台的机器人恒力控制研磨方法

张铁，吴圣和，蔡超

2020,54 (5): 515-523.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.009

摘要 ( 1002 )

PDF(2771KB) ( 319 )

为了保证机器人研磨的控制精度，提高研磨工件的加工质量，研制了一种基于浮动平台的机器人研磨系统，提出线性自抗扰控制的恒力研磨策略.所研制的机器人浮动平台研磨系统主要包含机器人、力反馈传感器、研磨系统、浮动平台机构，以研磨系统为研究对象，建立机器人末端工件与磨盘接触的磨削力模型.基于此非线性机器人磨削模型设计扩张状态观测器，分析线性自抗扰控制算法的闭环稳定性，提出线性自抗扰恒力研磨控制律，并为验证所提出的方法进行了实验分析.研究结果表明：线性自抗扰控制研磨算法能实现有效的恒力研磨控制；与比例积分微分（PID）控制相比，线性自抗扰控制能显著地减少机器人稳定磨削过程中的力波动，大大降低了研磨工件的表面粗糙度.

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基于改进二次规划算法的X舵智能水下机器人控制分配

李岳明，王小平，张军军，曹建，张英浩

2020,54 (5): 524-531.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.010

摘要 ( 1060 )

PDF(1299KB) ( 338 )

针对具有4个独立舵叶的X舵智能水下机器人(AUV)姿态控制分配精度及其计算效率问题，提出一种改进二次规划算法，在满足分配精度的同时减少计算量.使用Lagrange乘子法替代序列二次规划法所用的光滑牛顿法进行优化求解计算，有效降低了迭代循环计算，同时保留了序列二次规划的计算精度.仿真环境下的X舵AUV运动控制结果表明：改进后的控制分配算法能够减少40%的计算时间，控制分配偏差不大于0.03N·m，AUV姿态控制效果良好.

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面向汽车覆盖件的有限元仿真虚拟匹配方法

王威，王珉，胡俊聪，鲍益东，金霞，陈文亮

2020,54 (5): 532-543.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.011

摘要 ( 1007 )

PDF(6040KB) ( 528 )

提出一种面向汽车覆盖件的有限元仿真虚拟匹配方法.在有限元分析的虚拟环境下，该方法能够对汽车覆盖件、连接件和外综合样架模型进行快速装配分析，并给出汽车覆盖件的变形预测；对可调整零件进行敏感度分析以获取基准点调零的策略，提取样本点位置数据以判断汽车覆盖件的匹配质量；以汽车引擎盖装配验证作为方法应用实例，通过对比样本点的仿真数据与试验数据，获得两者变化趋势较为一致的结论，并通过计算获得最大偏差在0.6mm以内.研究结果表明，所提方法在验证汽车覆盖件是否满足车身装配要求方面具有可行性与有效性.

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氟对缺钙型羟基磷灰石合成及其热稳定性的影响

饶群力，范小兰，顾湘，黎玲玲

2020,54 (5): 544-550.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.012

摘要 ( 908 )

PDF(3309KB) ( 223 )

氟化在改善缺钙型羟基磷灰石的热稳定性的同时，可以保持材料原有的良好生物相容性和生物活性.在同等化学沉淀条件下，通过X射线衍射(XRD)表征，在氟加入量不同时，研究合成产物及其热稳定性.不添加氟，合成产物主要为二水合磷酸氢钙(DCPD)，并含极少量羟基磷灰石(HA)；加入少量氟，合成产物为DCPD和缺钙型氟化羟基磷灰石(D-FHA)混合物；随着氟含量提高，样品04F的合成产物中DCPD消失，仅剩D-FHA，可见氟在这一合成反应过程中促进了DCPD向D-FHA的转变.对合成产物进行煅烧的结果表明：加热温度为200℃时，只有无氟和02F这两种样品发生脱羟基反应，在氟含量继续增加时，该反应消失；加热温度为600℃时，04F样品中的D-FHA开始分解为β-Ca3(PO4)2和β-Ca2P2O7两种磷酸钙，继续增加氟含量时发生这一分解的温度升高，可见D-FHA的稳定性提高.

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