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    一种并网逆变器直流电容容值辨识方法
    朱城昊, 王晗, 孙国歧, 魏晓宾, 王富文, 蔡旭
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 693-700.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.515
    摘要472)   HTML706)    PDF (5050KB)(713)   

    直流电容是并网逆变器中最易老化失效的器件之一,对其进行容值参数辨识可以及时发现并更换老化电容,有利于提高系统可靠性.提出一种基于预充电电路的并网逆变器直流电容容值辨识方法,通过分析预充电过程中电容容值与充电电流、电压的数值关系,结合历史运行数据,构建电容状态特征向量集合.利用该集合训练支持向量回归(SVR)模型,建立状态值与容值的回归预测关系,并采用粒子群优化(PSO)算法对模型进行优化,优化后的模型可用于直流电容容值辨识.仿真和实验结果表明,所提方法可对并网逆变器直流电容进行容值辨识,辨识误差小于0.95%.该方法无需增加硬件电路且不改变控制算法,具有一定的实用价值.

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    基于渐消记忆递推最小二乘法的电动汽车电池荷电状态在线估计
    陈玉珊, 秦琳琳, 吴刚, 毛俊鑫
    上海交通大学学报    2020, 54 (12): 1340-1346.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.172
    摘要605)   HTML1)    PDF (1323KB)(653)   

    电动汽车中,先进的电池管理系统可以为电池的安全高效使用提供保障.荷电状态(SOC)无法直接测量得到,电池管理系统的主要任务是准确、可靠地估计电池的SOC.为了估计电池的SOC,选择一阶电阻电容(RC)等效电路模型描述电池的外特性,模型参数中包含开路电压(OCV),通过渐消记忆递推最小二乘法(FFRLS)辨识模型参数,再用SOC-OCV模型实时计算.使用马里兰大学高级生命周期工程研究中心(CALCE)电池组提出的镍钴锰酸锂(LNMC)/石墨电池在动态应力测试(DST)和北京动态应力测试(BJDST)工况下的数据检验算法,结果表明,SOC估计误差在DST工况下不超过 3.419 0%,在BJDST工况下不超过 4.233 5%,实现了SOC的在线估计.

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    波浪条件下地效翼型气动力的环量控制研究
    刘浩, 孙建红, 孙智, 陶洋, 王德臣, 刘光远
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1101-1110.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.384
    摘要150)   HTML24)    PDF (3280KB)(635)   

    波浪海面气流环境相对复杂,严重影响了地效飞行器巡航过程中的稳定性与安全性.针对波浪条件下的地效翼型,应用数值方法分析了不同海况波浪形状和不同飞行攻角对翼型气动特性的影响,进一步研究了定常吹气和周期吹气方法对地效下的环量控制翼型气动力影响规律.计算结果表明:波浪海面地效下,翼型升力系数随波浪周期性变化,波浪的波高较高、波长较短,翼型攻角较大时升力系数波动的幅度较大;通过与波浪相对运动相同周期的吹气环量控制方法,可以有效地控制波浪海况下翼型升力系数的波动,增强地效飞行器的稳定性与安全性.

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    分布式绿色能源碳交易机制及碳数据管理的挑战
    李幸芝, 韩蓓, 李国杰, 汪可友, 徐晋
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 977-993.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.450
    摘要347)   HTML380)    PDF (2604KB)(608)   

    为了实现“碳达峰、碳中和”双碳目标,需要加快构建以绿色能源为主体的电力系统.随着系统规模增长,基于区块链技术的分布式绿色能源碳交易机制和碳数据管理技术可有效鼓励绿色能源发展,成为低碳电力推行的有效手段.而精确实时的碳计量将进一步为交易信息的准确性和安全性提供数据支撑.介绍目前绿证交易和碳交易的研究现状,分析区块链技术在绿电追溯、绿证交易、碳交易、绿证与碳资产联合市场4个方向的关键技术适用性;研究当前碳计量方式的具体数学模型,讨论分析适用于区块链架构的碳源追溯计量数据可用性,并对碳计量方式的未来发展提出参考建议.

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    共轴双旋翼动力学建模与验证
    胡金硕, 黄健哲
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 395-402.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.044
    摘要3333)   HTML67)    PDF (2567KB)(605)   

    建立共轴双旋翼动力学模型可用于共轴多旋翼飞行器的控制器设计、飞行模拟等研究,需要同时兼顾模型的计算实时性和精度.首先,基于伴随理论推导包含旋翼尾迹的全流场诱导速度计算模型.然后,在单旋翼有限状态入流模型基础上进行扩展,建立考虑尾迹倾斜的共轴双旋翼有限状态动力学模型.最后,推导共轴双旋翼悬停状态上下旋翼推力计算公式,并进行试验验证.研究结果表明:所建立的动力学模型计算复杂度在可接受的范围内,推力计算值与测试值在一定转速范围内基本吻合,并可很好地反映出共轴双旋翼推力损失趋势.

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    基于形貌优化技术的邮轮轻型防火围壁设计
    张帆, 杨德庆, 邱伟强
    上海交通大学学报    2021, 55 (10): 1175-1187.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.201
    录用日期: 2021-06-08

    摘要544)   HTML237)    PDF (19957KB)(597)   

    为了开发具有优良防火和承载性能的新型轻量化围壁结构,替代上层建筑区域的传统加筋防火围壁,提出一种基于形貌优化技术的邮轮轻型防火围壁设计方法.基于该方法设计的轻型围壁中波纹加筋的位置和数量是根据承载要求及加工工艺要求生成,克服了常规波纹围壁设计中波纹位置和数量均已事先确定的缺点.针对指定设计区域,以邮轮防火围壁结构轻量化为目标函数,以焊缝区结构应力、非焊缝区结构应力以及围壁一阶屈曲因子为约束条件,建立了邮轮防火围壁形貌优化设计模型并求解.提取形貌优化结果得到可行的邮轮防火围壁构型,经二次设计得到最终构型,并与传统加筋防火围壁的力学性能进行了比较.结果表明,新型邮轮防火围壁与传统加筋防火围壁相比具备轻量化优势和良好的强度.

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    “双碳”目标下中国清洁电力发展路径
    黄强, 郭怿, 江建华, 明波
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1499-1509.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.272
    摘要1108)   HTML281)    PDF (1849KB)(564)   

    目前,第三次能源革命已经开始,为了减少碳排放,发达国家先后制定了清洁能源发展战略,并公布了放弃火电、核电的时间表.与此同时,中国也向世界作出承诺:2030年前碳排放达峰,2060年实现碳中和.因此,在“双碳”目标下,研究清洁电力发展路径具有重要意义.分析了中国水、风、光等清洁能源储量及其特征,预测了中长期电力需求,依据电力电量平衡原理,估算了2030和2050规划水平年电力系统结构组成,并分析了未来CO2排放趋势,提出了未来中国清洁电力的发展对策与建议.结果表明:预计2027年中国电力系统将实现“碳达峰”;2030年中国清洁电力发电量将超过总发电量的50%;2050年火电、核电将被水、风、光等清洁电力全部取代,电力行业将实现CO2的“零排放”,基本全面实现电力系统的绿色转型,以响应国家的“双碳”目标.

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    基于数据驱动的核电设备状态评估研究综述
    许勇, 蔡云泽, 宋林
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 267-278.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.502
    摘要3058)   HTML177)    PDF (1383KB)(543)   

    核电设备全生命周期的状态评估对提高核电厂安全性、经济性影响重大.以往国内核电厂对系统、设备、构筑物的运维评估手段多依赖于设备自身报警机制、简单阈值判断或者现场工程师经验.随着在线监测系统在核电厂的应用实施和海量设备运行数据的积累,利用数据驱动技术进行设备健康状态评估已经成为行业关注重点.对此,介绍核电在线监测系统现状,分析主要核电设备存在的常见故障,并将核电设备的状态评估归纳为异常检测、寿命预测和故障诊断共3大问题,分别综述其研究和应用现状,重点阐述深度学习技术在该领域的应用潜力.在此基础上,进一步分析核电厂设备状态评估面临的挑战和可能的解决方案.

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    大规模新能源汽车接入背景下的电氢能源与交通系统耦合研究综述
    李佳琪, 徐潇源, 严正
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 253-266.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.464
    摘要3328)   HTML586)    PDF (2106KB)(536)   

    新能源的大规模开发利用是实现“双碳”目标的重要手段.可再生能源发电耦合制氢技术在提高可再生能源消纳率的同时,加速了新能源汽车的普及.未来,电氢能源系统与交通系统的耦合将会更加密切.以大规模新能源汽车接入为背景,首先综述了电氢能源系统的发展现状,并对耦合系统制氢、出力波动平抑以及参与电力系统优化运行3种工作模式进行了介绍.在此基础上,从不同能源角度出发,分别对电力-交通耦合系统中的联合规划与优化运行研究现状以及氢能-交通耦合系统中的加氢站优化与氢能运输相关问题进行了总结分析.最后,结合当前研究中存在的瓶颈,从动态模型构建、不确定性因素影响等方面对未来可行研究方向进行了展望.

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    考虑安全飞行通道约束的无人机飞行轨迹多目标优化策略
    黄宇昊, 韩超, 赵明辉, 杜乾坤, 王石刚
    上海交通大学学报    2022, 56 (8): 1024-1033.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.154
    摘要214)   HTML31)    PDF (5684KB)(528)   

    针对无人机在复杂环境下难以规划出兼顾平滑性和安全性等指标的时域连续轨迹问题,基于安全飞行通道提出了一种多目标轨迹规划算法.在基于快速拓展随机树(RRT)改进的RRT*算法生成的初始离散路径点基础上,建立以凸多面体集合表示的安全飞行通道;根据轨迹在安全飞行通道内部的约束建立安全项目标函数,结合飞行平滑性、动力学特性、飞行时间等性能指标,建立加权多目标优化函数;采用基于梯度下降的凸优化算法,对离散路径点的位置、速度、加速度及轨迹的时间分配进行优化,生成分段多项式表示的时域连续轨迹.基于煤矿井下等复杂环境对算法的有效性及相关性能进行试验及对比验证,结果表明:相比现有算法,本文算法在综合性能上有一定的提升.

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    智能车辆决策方法研究综述
    胡益恺, 王春香, 杨明
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 1035-1048.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.387
    录用日期: 2021-06-08

    摘要519)   HTML14)    PDF (1687KB)(513)   

    结合目前国内外智能车辆决策方法的研究现状,分别从决策的输入、输出、周边环境交互方式以及算法类型4个方面对决策方法进行分类归纳、优缺点分析以及适用场景评估;总结归纳现阶段常见决策评估方法以及用于决策研究的数据集;分析现阶段决策方法所面临的技术难点以及未来发展趋势.

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    新能源电力系统中的分布式光伏净负荷预测
    廖启术, 胡维昊, 曹迪, 黄琦, 陈哲
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1520-1531.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.244
    摘要773)   HTML209)    PDF (69168KB)(511)   

    为响应碳达峰、碳中和的需求,构建一套完整的“源-网-荷-储”的新能源电力系统,提出了一种基于Hamiltonian Monte Carlo推断深度高斯过程(HMCDGP)算法的分布式光伏净负荷预测模型.首先,分别使用直接预测和间接预测两种形式对预测模型的精度进行实验并得到点预测结果;其次,使用所提出的模型进行概率预测实验并得到区间预测结果;最后,通过以澳洲电网记录的300户净负荷数据为基础的对比实验验证所提模型的优越性.在得到准确的净负荷概率预测后,可以通过电力调度充分利用光伏产出,减少化石能源使用,从而减少碳排放.

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    “软尾减阻”述评
    田新亮
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 213-214.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.393
    摘要721)   HTML8)    PDF (1455KB)(490)   

    田新亮研究小组提出了一种简称为“软尾减阻”的新型流动控制方法,即通过在钝体后侧构造柔性封闭体来调节其所受流体载荷及周围流动形态.相比于传统流动控制方法,该方法无需改变控制对象的结构,具有良好的工程应用前景.同时,“软尾减阻”引出了一种新的“流-固-流”耦合问题,亟待进一步研究.

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    基于神经网络的层状周期结构能量传输谱预测
    刘陈续, 于桂兰
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 88-95.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.242
    摘要385)   HTML1)    PDF (1494KB)(477)   

    本文对层状周期结构的能量传输谱预测方法进行了研究.在考虑几何参数、物理参数单独变化以及同时变化3种情况下,通过构建深层反向传播(BP)神经网络,实现层状周期结构能量传输谱的精准预测.与径向基函数(RBF)神经网络进行对比实验,实验结果验证了所提方法的有效性.

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    高精度数控机床主轴系统热误差的控制方法
    赵亮,雷默涵,朱星星,王帅,凌正,杨军,梅雪松
    上海交通大学学报    2020, 54 (11): 1165-1171.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.031
    摘要546)      PDF (2736KB)(453)   
    为了解决高精度数控机床主轴系统热误差的难题,提出了一种主动控制主轴热误差的新方法.根据设计的螺旋盘管冷却器,分析了硅脂厚度对主轴与冷却器间的接触热阻的影响规律,建立了热阻模型.在简化主轴系统模型的基础上,构建了主轴系统的热-流-固有限元模型,并对冷却参数进行了仿真.利用搭建的温度控制系统,对有限元模型进行验证.结果表明,有限元模型能有效预测主轴系统热特性的变化规律,其冷却器的换热效率高,热平衡时间缩短了约68%,热误差减小了约19%.本研究为精密机床主轴热误差控制提供了一种新思路.
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    Revit-Abaqus模型转换接口的开发与应用
    王玄玄, 黄玉林, 赵金城, 段立平
    上海交通大学学报    2020, 54 (2): 135-143.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.02.004
    摘要1728)      PDF (6141KB)(445)   
    针对复杂建筑结构在Abaqus中建模困难、效率低下等问题,开发了Revit-Abaqus模型转换接口.基于Revit API,利用C#语言在Visual Studio 2015平台上进行Revit二次开发,以获取 Revit 中结构模型的构件坐标、几何尺寸、截面类型,以及横截面方向、材料参数、边界条件、荷载信息等Abaqus中结构分析必需的数据,并在转换程序中自动对构件进行网格划分,最终生成Abaqus可识别的INP文件,之后通过多层钢框架验证该接口的可靠性和正确性.最后将其应用于上海某超高层建筑核心筒施工整体钢平台的三维建模和结构分析.该转换接口打通了Revit与Abaqus之间的数据壁垒,实现了Revit中复杂结构模型导入Abaqus进行精确的结构计算分析的目标,大大提高了复杂结构建模和计算分析的效率.
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    近失速形态下冰脊分离非定常流的IDDES和模态分析
    谭雪, 张辰, 徐文浩, 王福新, 文敏华
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1333-1342.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.427
    录用日期: 2021-09-22

    摘要361)   HTML24)    PDF (15798KB)(415)   

    采用改进延迟脱体涡模拟 (IDDES) 方法,对近失速条件下溢流冰脊诱导的剪切层振荡现象进行高分辨率模拟,描述高雷诺数下冰脊分离流大尺度分离的流场演化特征.研究表明,近失速形态下,冰脊和下翼面尾缘同时诱导出剪切流动,冰脊诱导的剪切层并未再附到壁面,与下翼面上洗流动相互干扰,形成大尺度低能态结构.结合频谱分析进一步发现,剪切层内的压力脉动存在两种典型的脉动频率,与Kelvin-Helmholtz不稳定性相关,具体表现为涡配对和涡脱落.基于正交分解得到的压力脉动主导模态为剪切层之间的大尺度相干结构.主导模态的时间系数与升力系数的功率密度谱峰值保持一致,这说明尾缘区大尺度相干结构与升力波动具有相关性.

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    La0.95FeO3-δ/C复合电极制备工艺对氧还原和氧析出催化性能的影响
    胡桓铭, 杨帆, 章俊良
    上海交通大学学报    2021, 55 (9): 1049-1057.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.009
    录用日期: 2021-06-08

    摘要427)   HTML1113)    PDF (9736KB)(414)   

    为优化具有A位镧缺失的铁酸镧(La0.95FeO3-δ)钙钛矿的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)双功能电催化性能,研究La0.95FeO3-δ/C复合电极中碳的形态、电极浆料制备方法和催化剂载量对双功能电催化性能的影响,并分析其影响机理.结果表明:当La0.95FeO3-δ与导电碳形成复合电极时,ORR和OER催化活性显著提高;La0.95FeO3-δ/C复合电极的电催化性能与碳的形态以及电极浆料制备方法密切相关,在超声分散-球磨-超声分散的最佳浆料制备方法下,当以EC600JD为导电碳,La0.95FeO3-δ与EC600JD的载量分别为0.6 mg/cm2与0.12 mg/cm2时,ORR和OER催化活性最佳.经过工艺优化的La0.95FeO3-δ/C复合电极具有优异的双功能电催化性能,且其制备简单、成本低,有望在锂氧电池等器件中得到应用.

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    基于滑动Kriging插值的EFG-SBM求解含侧边界的稳态热传导问题
    王峰, 陈佳莉, 陈灯红, 范勇, 李志远, 何卫平
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1483-1492.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.215
    录用日期: 2021-09-22

    摘要284)   HTML10)    PDF (1618KB)(402)   

    采用基于滑动Kriging插值的无单元伽辽金比例边界法(EFG-SBM)求解侧边界有温度载荷的稳态热传导问题,该方法通过无单元伽辽金法(EFG)和滑动Kriging插值离散环向边界.由于滑动Kriging插值形函数具备Kronecker delta函数插值特性,克服了移动最小二乘逼近难以直接准确施加本质边界条件的不足.作为一种新型的边界型无网格法,EFG-SBM兼有EFG法和比例边界有限元法(SBFEM)的优点.该方法继承了SBFEM的半解析特性,通过引入比例边界坐标系,可将偏微分控制方程环向离散,径向上解析求解.与传统的SBFEM相比,环向边界通过节点进行离散,前处理和后处理简便.通过数值算例可以看出,相比基于拉格朗日多项式的SBFEM,基于滑动Kriging插值的EFG-SBM计算精度更高.相比有限元法(FEM),该方法能更好地反映尖角处热奇异性以及无限域温度分布状态.

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    仿生气动肌纤维静态特性建模与实验研究
    雷静桃, 张悦文, 戴臻豪, 徐子力
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 566-574.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.092
    摘要321)   HTML3)    PDF (5142KB)(391)   

    开展气动肌纤维静态特性建模与实验研究,综合考虑气动肌纤维端部变形、摩擦力、死区气压等对其静态特性的影响,提出一种气动肌纤维静态特性数学模型.搭建气动肌纤维静态特性实验平台,开展气动肌纤维及气动肌纤维束静态特性等长实验、等张实验及等压实验,对比分析不同规格参数的气动肌纤维及气动肌纤维束的静态特性.基于实验所得的等压特性曲线,提出一种气动肌纤维束实验模型,由大量实验数据辨识获得符合实际情况的气动肌纤维及气动肌纤维束的静态特性数学模型,为气动肌纤维驱动微型仿生机器人的精准控制奠定基础.

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    柔性变形下车窗升降三维装配公差建模及优化
    钱鹏, 王国亮, 朱文峰
    上海交通大学学报    2020, 54 (11): 1134-1141.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.048
    摘要509)      PDF (2431KB)(377)   
    汽车车身部件由薄板冲压件经过层级焊接装配而成,其板材具有较大柔性.在外部载荷作用下产生的变形将直接影响装配偏差的传递与累积,并最终影响装配精度和使用功能.针对车窗升降不平顺问题,考虑外界载荷对车门内板变形及装配偏差的影响,建立包含内板变形的车窗升降三维装配公差分析模型,揭示密封阻力、车门内板变形和刚度对车身部件装配性能的影响.以公差收严的收益比为评价因素,实现了考虑车门内板柔性变形的车窗升降系统公差优化设计.结果表明:在导轨-托架匹配面的面轮廓度收严到0.5mm、玻璃-托架安装孔位置度收严到0.9mm的情况下,车门模型的装配公差符合设定目标,满足升降平顺性要求.
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    混合励磁电机的电动汽车增程器控制策略
    侯珏, 姚栋伟, 吴锋, 吕成磊, 王涵, 沈俊昊
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 206-212.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.203
    摘要493)   HTML3)    PDF (2119KB)(373)   

    针对增程器转速功率动态协调控制问题,提出了一种基于混合励磁电机的新型电动汽车增程器,阐述了其控制系统结构及工作原理.根据混合励磁增程器整体效率特性确定了多转速点工作区域,基于混合励磁电机气隙磁场的柔性可调特性,设计了围绕工作区域的增程器转速-功率解耦发电双闭环控制算法.利用MATLAB/Simulink搭建控制策略模型,基于自行开发的混合励磁增程器原理样机进行了试验验证.试验结果表明,混合励磁增程器输出发电功率动态响应快,转速、功率控制稳态误差小,稳态及瞬态运行工况均位于设定工作区域内,发电控制策略可行.

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    氢在生命体中扮演什么样的角色?
    程为铮,邓涛,丁文江
    上海交通大学学报    2021, 55 (Sup.1): 7-9.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.021
    摘要641)      PDF (570KB)(368)   
    氢是宇宙中最原始的元素,也是生命体中最主要的元素,对生命体有广泛的积极影响,包括生理调节、选择性氧化等.目前,氢已经初步应用于医学和农学,并由此诞生“氢气生物学”的概念.探究氢在生命体内的作用机理,准确认识氢在生命活动中扮演的角色将为众多生命难题提供新的解决思路.
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    3D电子封装锡晶须建模与实验验证
    王泽坤, 张福曦
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1445-1452.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.017
    摘要326)   HTML7)    PDF (5353KB)(364)   

    压应力释放和原子扩散对3D电子封装中晶须的生长具有重要影响,压应力也是动态再结晶(DRX)的主要因素之一.利用基于有限元的锡晶须生长机理和行为的数学模型,仿真研究具有典型物理尺寸和结构形状的3D电子封装锡层在硅衬底上形成晶须的过程,实现对晶须的定性分析和生长趋势推演;通过控制实验背景氩气体压力、热循环温度和循环周期等关键参数,构建外部因素和镀层薄膜中内压应力与晶须生长速度、长度和密度的加速试验系统;利用扫描电子显微镜观察和检测晶须生长速度和密度变化,并与仿真结果对比,验证压应力释放、原子扩散和DRX在3D电子封装锡晶须生长数学模型中的有效性,实现对晶须的定量描述,对减少未来3D封装微结构图形设计中的晶须问题提供建设性建议.

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    基于OpenFOAM几何流体体积方法的波浪数值模拟
    田康, 张尧, 李金龙, 张新曙, 尤云祥
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 1-10.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.99.015
    摘要860)   HTML129)    PDF (2416KB)(353)   

    波浪数值模拟一直是船舶海洋工程领域非常重要的研究课题.该研究基于开源计算流体力学分析平台OpenFOAM对Stokes五阶波进行模拟.由于几何流体体积(VOF)方法中的几何重构处理能够实现对自由液面更精准的捕捉,所以该研究采用了OpenFOAM内置几何VOF方法——isoAdvector方法,进行自由液面捕捉,通过二次开发引入松弛区方法进行消波处理.对几何VOF方法下网格密度及库朗数进行了收敛性分析,发现可用较大库朗数获得较好的波浪模拟结果;在不同波陡和波频情况下,对几何VOF方法和代数VOF方法模拟波浪的波高及相位进行分析,并与Stokes五阶波理论值进行了对比,研究表明几何VOF方法能更好地对波高进行模拟.最后探讨了松弛区方法中消波区长度及权重分布对消波效果的影响,结果显示大于2倍波长的消波区长度配合指数权重分布可达到最佳消波效果.

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    晶格型模块化软体机器人自重构序列
    刘佳鹏, 王江北, 丁烨, 费燕琼
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 111-116.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.005
    摘要581)   HTML132)    PDF (7523KB)(351)   

    设计了一种基于膨胀-收缩运动规则的晶格型自重构模块化软体机器人.机器人由多个软体模块组成,每个软体模块由呈正六面体构型的硅胶主体和主从对接面组成.软体模块内部的凸起设计使其具有良好的膨胀性能,主从对接面是由与硅胶主体螺纹连接的铁盘、吸盘式电磁铁组成.基于软体模块体积变化与内部压强的关系式,对软体模块的充气膨胀进行分析,建立了充气气压与软体模块膨胀量之间的映射关系,获得相邻两软体模块连接所需的充气气压.每个软体模块在工作气压为30 kPa的情况下能够膨胀1.5倍,使用电磁铁连接及软体模块的膨胀-收缩运动规则实现相邻两软体模块的对接与分离,多个相邻软体模块的依次对接和分离可以实现模块化软体机器人的自重构.通过软体机器人自重构实验验证机器人自重构的可行性.

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    一种新型天气分型方法及其在光伏功率预测中的应用
    李芬, 周尔畅, 孙改平, 白永清, 童力, 刘邦银, 赵晋斌
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1510-1519.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.264
    摘要608)   HTML128)    PDF (1327KB)(351)   

    为提高光伏功率预测准确率提出了一种新的天气分型方法,该方法首先按总云量大小区分晴天和云天,然后根据太阳被遮蔽的程度将云天进一步细分为三类.该方法能有效识别影响光伏出力的关键气象环境因子特征,并对其加权求和得到新型分类指标Sky Condition Factor(SCF).该方法物理意义明确,区分度较好且易于量化.对天气类型合理细分后,可消除众多气象环境因子之间的耦合关系,降低输入变量维度,易于统计建模.最后分别基于原理和统计方法进行建模验证,结果显示该方法可以有效提高光伏功率预测的准确率.

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    基于高精度Boussinesq方程的三维浅水晃荡数值研究
    袁心怡, 苏焱, 刘祖源
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 521-526.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.053
    摘要346)   HTML6)    PDF (1430KB)(350)   

    基于高精度速度势型布西内斯克(Boussinesq)方程对三维液舱内的浅水晃荡现象进行模拟.研究在势流理论框架下进行,总的速度势被分成了两个部分:一部分是在流域内满足拉普拉斯方程且在边界处满足不可穿透条件的特解,而另一部分将由Boussinesq模型求解.数值计算过程中,空间导数离散采用有限差分法,时间步进采用四阶龙格库塔法.首先将三维液舱的长宽比设置为远小于1以模拟二维液舱情况,并与文献的结果对比,验证了数值模型的有效性.三维工况中,各个外部激励频率下,观察到了4种不同的晃荡运动形式,同时在自由面上会观察到相应数量的行进波.此外,讨论了外部激励频率和耦合激励形式对于液舱内晃荡运动形式的影响.

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    冰柱冲击问题的数值仿真分析
    王超, 杨波, 张媛, 郭春雨, 叶礼裕
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 368-378.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.278
    摘要3384)   HTML50)    PDF (4968KB)(350)   

    为研究近场动力学(PD)方法在冰力学行为领域的应用特性及在冰破坏数值预报过程中的参数敏感性,采用常规状态型近场动力方法系统地计算分析了冰柱冲击破坏过程,并进行了参数敏感分析.结果表明:该方法模拟冰冲击过程与试验对比结果基本一致,在选定的时间步长和粒子间距下本文的计算结果收敛.海冰冲击速度、泊松比、弹性模量对海冰冲击过程影响明显,而海冰尺寸和断裂韧度对冲击过程影响较小.文章创新之处在于将状态型PD方法应用于海冰冲击问题中,弥补了键型PD方法限制海冰泊松比的缺点.

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    面向船舶分段制造过程的动态知识图谱建模方法
    宋邓强, 周彬, 申兴旺, 鲍劲松, 周亚勤
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 544-556.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.241
    摘要467)   HTML16)    PDF (6895KB)(349)   

    在动态性、离散型强的船舶分段制造过程中,缺乏有效的过程资源组织、产品加工不透明等因素导致管理者知识获取成本高、效率低.针对这一问题,提出一种基于加工节拍数据流的知识图谱动态生成和更新方法.通过分析船舶分段的加工流程与工位数据特点,给出加工节拍数据信息模型定义;提出静态资源与加工节拍数据的图映射步骤、模型以及融合连接算法,实现工位动态时序数据与知识图谱的语义关联;利用工位流程与产品结构关系生成车间级动态知识图谱.以某船舶分段生产过程为例,设计开发知识图谱可视化原型系统并进行验证.研究结果表明,所提方法有利于船舶分段制造过程中知识的组织、获取与重用.

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    大规模光伏发电经串补输电线路并网系统强迫次同步振荡机制
    林勇, 康佳乐, 余浩, 陈鸿琳, 杨彦霁, 陈武晖
    上海交通大学学报    2022, 56 (9): 1118-1127.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.415
    摘要201)   HTML16)    PDF (1463KB)(348)   

    大规模光伏经串补并网系统存在次同步振荡失稳风险,传统研究一般基于负阻尼振荡理论对此进行解释.本文将因最大功率跟踪控制(MPPT)导致的光伏间谐波作为扰动源,大规模光伏经串补并网系统作为受迫系统,采用强迫振荡理论揭示光伏发电基于扰动式MPPT与串补并网系统相互作用的次同步振荡机制,并在PSCAD/EMTDC仿真平台进行验证.结果表明:基于扰动式MPPT的光伏逆变器因交直流侧的调制耦合作用向系统输出间谐波电流,当该间谐波频率与系统固有弱阻尼模式频率接近时,可能导致严重的强迫次同步振荡问题,对系统稳定性造成冲击;算例仿真验证了所提理论的正确性.

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    SMA弹簧驱动的柔性操控臂动力学分析
    滕亚军, 陈务军, 杨天洋, 敬忠良, 刘物己
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 1018-1026.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.207
    摘要335)   HTML8)    PDF (4217KB)(346)   

    结合由智能材料驱动的柔性机器人与正八面体可变几何桁架体系,以正八面体可变几何桁架体系为理论基础,以并联形状记忆合金(SMA)弹簧作为结构驱动体系,设计单节柔性单元.通过几何法建立运动学模型,分析柔性操控臂的动能、弹性势能和重力势能,基于拉格朗日动力学方法获得动力学普遍方程.运用MATLAB软件计算得到单节柔性单元SMA弹簧的驱动力.进行Adams仿真,计算结果和理论计算结果吻合得较好.最后,制作单节柔性操控臂样机并测量不同电流下的转动角度.建模和仿真方法对于其他类型机器人具有借鉴意义.

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    基于胶层填充的薄板包边成形数值模拟及实验研究
    唐耿林, 李建军, 李元辉, 张珑耀, 朱文峰
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 523-531.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.429
    录用日期: 2021-06-08

    摘要1506)   HTML80)    PDF (11461KB)(343)   

    基于包边模型几何尺寸定义胶层填充率,通过有限元-光滑粒子流体动力学(FEM-SPH)法建立含胶包边工艺数值模拟模型,并与含胶包边实验进行对比验证,实现了折边胶直径、离边距、包边厚度对填充率影响的定量研究.研究结果表明:实验所得胶层流动、最终填充状态与数值模拟结果的一致性较好,实验所得胶层填充率与数值模拟结果吻合度较高,以此验证了数值模拟模型的可行性和准确性.进一步分析表明:折边胶直径、离边距、包边厚度对填充率的影响依次减小,并拟合得到填充率关于折边胶直径、离边距、包边厚度等工艺参数的关系式,为车身薄板含胶包边工艺的优化设计提供依据.

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    基于无监督迁移学习的电梯制动器剩余寿命预测
    姜宇迪, 胡晖, 殷跃红
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1408-1416.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.175
    摘要277)   HTML15)    PDF (3468KB)(342)   

    为了改善电梯制动器在真实工作环境下的寿命预测效果,提出一种基于长短期记忆网络自编码器(LSTM-ED)的无监督深度迁移学习方法,利用仿真数据实现制动器在工作时的健康状态分析.利用源领域数据初步训练LSTM-ED和全连接网络;以LSTM-ED为特征提取器,将仿真和实际数据映射到特征空间并利用最大平均差异实现数据对齐;利用全连接网络回归特征空间中的目标领域数据,从而实现对制动器在真实工作环境下的剩余生命周期预测.在训练阶段中,采用分步训练法替代传统的联合训练法,以保证单个模块的准确性.对比试验仿真数据与电梯塔中的实际工作数据,以验证方法的有效性.结果表明:通过引入迁移学习和分步训练法,所提方法可以将剩余生命周期预测的均方误差降低至 0.0016,能够实现电梯制动器在真实工作环境下的剩余生命周期精准预测.

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    聚酰亚胺的冷风微量润滑辅助切削工艺
    曹拯, 雷学林, 张航, 蔡晓江
    上海交通大学学报    2022, 56 (6): 784-793.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.173
    录用日期: 2021-09-22

    摘要288)   HTML15)    PDF (21845KB)(339)   

    研究了冷风微量润滑辅助的多孔聚酰亚胺材料切削加工性能,并探讨了切削加工工艺参数对多孔材料切削加工效果(切削力、表面加工质量及含油率)的影响规律.结果表明,相较于干切削和低温冷风切削,冷风微量润滑切削的切削温度及已加工表面粗糙度最低,多孔流道损伤最小.切削深度和进给量分别是对铣削力和表面粗糙度影响最大的因素.切屑毛边、撕裂等缺陷是导致表面粗糙度增大的主要因素.工件表面存在的拉丝、微裂纹、堆叠及微小碎屑附着等缺陷是材料含油率及输油率降低的根本原因.正交实验获得冷风微量润滑辅助条件下多孔聚酰亚胺材料最优加工参数:切削速度vc=(85±5) mm/min,进给量fz=(0.28±0.02) mm/r,切削深度ap=(0.8±0.1) mm.冷风微量润滑切削技术可以实现多孔聚酰亚胺材料的低损伤加工,获得高含油率及高输油率的保持架产品.

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    水下多缆多体拖曳系统运动建模与模拟计算
    王飞, 丁伟, 邓德衡, 吴小峰
    上海交通大学学报    2020, 54 (5): 441-450.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.05.001
    摘要947)      PDF (1531KB)(338)   
    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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    潜艇阻力及流场数值仿真策略优化分析
    李鹏, 王超, 孙华伟, 郭春雨
    上海交通大学学报    2022, 56 (4): 506-515.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.327
    摘要1511)   HTML98)    PDF (13748KB)(334)   

    为探寻不同湍流模型对直航潜艇阻力和流场仿真计算的影响,基于STAR-CCM+平台,以标准潜艇模型Sub-off为几何研究对象,采用有限体积法结合10种湍流模型对Sub-off的水动力及流场特征开展数值仿真研究.首先,以LES-Smagorinsky湍流模型开展网格及时间步长收敛性计算.其次,选定合适的网格方案和时间步长,结合10种湍流模型开展特定工况下的仿真计算.最后,利用甄选好的湍流模型分析Sub-off的流场特征.结果表明:10种湍流模型在潜艇的水动力性能及流场特征的预报方面存在较大差异, LES-Smagorinsky湍流模型不仅能较好地预报潜艇的水动力性能及流场平均量,还能准确预报流场的二次量.

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    三缸双级变容积比压缩机在空气源热泵系统中的应用
    肖彪, 闫艳, 赵树男, 黄童毅, 李想
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 188-195.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.269
    摘要509)   HTML0)    PDF (1782KB)(329)   

    针对低温热泵用压缩机存在的问题,研究分析压缩机容积比对其性能的影响,提出一种新型三缸双级变容积比压缩机,并结合实验对搭配同一末端的传统双级压缩系统与三缸双级变容积比压缩系统的性能进行对比分析.研究结果表明:三缸双级系统可在-30 ℃环境正常运行,系统的性能系数(COP)为1.52,而传统双级系统在该种情况下无法运行;三缸双级系统的COP在任何环境温度下均比传统双级系统高1.25%~12.41%.当环境温度一定时,随着供水温度的升高,末端散热量增加,外机最大制热量衰减,COP下降;当环境温度分别为7 ℃和-25 ℃时,供水温度从40 ℃升至55 ℃的过程中,三缸双级系统的COP分别比传统双级系统高1.15%~8.86%和4.32%~7.33%.所有实验工况下,三缸双级系统单位时间耗电量均比传统双级系统低3.78%~16.67%.

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    风光混合驱动长航程无人海空立体探测船研发
    姚天成, 赵永生, 王红雨, 何炎平, 丁子龙, 池哲瀛, 蔡炜锴
    上海交通大学学报    2021, 55 (2): 215-220.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.352
    摘要661)   HTML5)    PDF (10222KB)(326)   

    针对现有无人海洋探测船续航时间短,在复杂海洋环境干扰下易发生传感器失效导致感知能力受限等问题,研发了一种风能太阳能混合驱动的长航程无人海空立体探测船.开发了升降式的导管型高效低风速风力机和可展式的太阳能光伏发电系统,利用风能和太阳能实现了混合能源动力供给,克服了单一能源供电的不稳定性,有效保证无人探测船的续航能力;开发了可自主起降的艇载系留无人机系统,结合船载和机载传感器信息融合技术,大幅提升了无人船对周围环境的感知能力,具有了海空立体探测功能.该无人探测船可根据任务场景搭载不同负载设备执行指定任务.

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    基于工件轮廓图像的砂轮磨损在线检测方法
    牛牧, 许黎明, 赵达, 范帆
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 221-228.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.285
    摘要661)   HTML19)    PDF (2908KB)(325)   

    研究一种基于机器视觉的砂轮磨损在线检测和补偿方法,介绍基于工件局部轮廓图像的砂轮磨损在线检测原理,分析了由砂轮磨损引起的轮廓误差在线补偿方法.在此基础上,在所开发的复杂轮廓磨削平台上进行了试验研究.研究结果表明:所提出的砂轮磨损检测和误差补偿方法可以有效地进行实时在线检测砂轮的磨损程度,并能补偿主要由砂轮磨损引起的轮廓加工误差,提高工件的加工精度,为砂轮磨损的在线检测以及砂轮修整预报提供了一种新的方法.

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