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    高超声速飞行器线性变参数一体化式控制律设计
    杨庶, 钱云霄, 杨婷
    上海交通大学学报    2022, 56 (11): 1427-1437.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.190
    录用日期: 2022-09-05

    摘要268)   HTML30)    PDF (2903KB)(150)   

    针对高超声速飞行器的三维航迹控制问题,采用线性变参数(LPV)输出反馈控制和极点配置理论,基于高度-水平航迹控制概念,在马赫数包线内设计高超声速飞行器一体化式LPV控制律.该控制律不区分常规飞行控制律的内外控制回路,根据速度、高度、侧滑角和偏航角指令对飞行器纵向和横航向运动进行综合控制,在L2诱导范数意义下实现飞行器三维航迹的鲁棒最优控制.在地心地固参考系内建立高超声速飞行器的数学模型,考虑地球自转、地球扁率、地球引力二阶简谐效应对飞行器运动特性的影响.通过数值仿真检验LPV控制律的控制性能,仿真结果表明:高超声速飞行器闭环系统具有D-稳定性,能够在典型机动中保持良好的航迹控制性能,并且在扰动和测量噪声下具有良好的鲁棒性.

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    双馈风电场并网抑制频率振荡控制策略
    刘新宇, 逯芯妍, 曾龙, 郝正航, 赵起放, 李现伟, 郝同盟
    上海交通大学学报    2022, 56 (3): 303-311.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.437
    摘要3527)   HTML134)    PDF (1481KB)(287)   

    针对大型风电场跨区输送电能时引起的低频振荡问题,提出了一种阻尼系统低频振荡的单神经元自适应比例积分微分(PID)附加阻尼控制策略.通过对双馈风电机组的动态频率响应特性进行分析,构建了一种在单神经元自适应PID控制算法中引入二次型性能指标的风电场阻尼系统振荡控制器.通过对励磁变频器进行自适应调节,促使风电场快速发出有功功率,产生最大正阻尼,抑制系统低频振荡.利用MATLAB搭建含风电场的四机两区域电力系统仿真模型,通过对比验证了所提方法能够在系统发生低频振荡时有效抑制同步发电机功角的摇摆,改善系统惯性响应,降低电网发生低频振荡的风险.

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    利用生成对抗网络实现水下图像增强
    李钰, 杨道勇, 刘玲亚, 王易因
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 134-142.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.075
    摘要1232)   HTML32)    PDF (22386KB)(195)   

    提出一种基于生成对抗模型的水下图像修正与增强算法.该算法将多尺度内核应用于改进的残差模块中,以此构建生成器,实现多感受野特征信息的提取与融合;判别器设计考虑了全局信息与局部细节的关系,建立了全局-区域双判别结构,能够保证整体风格与边缘纹理的一致性;最后,根据人类视觉感官系统设计了无监督损失函数,此部分无需参考图像进行约束,同时其与对抗损失和内容损失一起进行联合优化,能够得到更优的色彩和结构表现.在多个数据集上进行实验分析表明,此算法能较好地修正色偏、对比度,保护细节信息不丢失,在主客观指标上都优于典型对比算法.

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    面向新型电力系统的可再生能源绿色电力证书差异化配置模型
    张硕, 李薇, 李英姿, 刘强, 曾鸣
    上海交通大学学报    2022, 56 (12): 1561-1571.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.150
    录用日期: 2022-10-24

    摘要152)   HTML16)    PDF (1436KB)(54)   

    实现我国“30·60”双碳目标,能源绿色低碳转型是基础支撑,构建以新能源为主体的新型电力系统是关键举措,绿色电力证书(简称绿证)则是体现可再生能源绿色价值的重要凭证.当前我国绿证分配机制单一,无法有效衡量不同可再生能源发电类型可获得绿色价值的差异性,并发挥其平衡可再生能源协调发展的杠杆作用.为此,从可再生能源发电类型电量兑换绿证的差异化入手,建立考虑可再生能源综合价值的绿证差异化评价指标体系,应用CRITIC法、熵权法和TOPSIS法构建可再生能源电力绿证差异化评价模型.以2030年碳达峰目标为发展场景,分析模型对集中式光伏发电、分布式光伏发电、陆上风力发电和海上风力发电绿色收益的影响,进而修正其发展规划,并提出绿证相关政策建议.所构建的绿证差异化分配模型可为我国绿证市场机制的建设和完善提供相应的辅助决策支持.

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    随机环境下电动汽车充电实时管理与优化控制算法
    刘迪迪, 杨益菲, 杨玉荟, 邹艳丽, 王小华, 黎新
    上海交通大学学报    2023, 57 (1): 1-9.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.499
    录用日期: 2022-10-31

    摘要78)   HTML6)    PDF (1627KB)(66)   

    电动汽车的规模日益壮大,对其充电行为进行自适应管理成为亟待解决的问题.从充电服务商的角度出发,协同可再生能源和储能设备,并计及电网的时变电价和电动汽车充电可容忍时延,基于Lyapunov优化理论提出随机环境下的电动汽车充电实时管理和优化控制算法,旨在最大化充电服务商的利益,即最小化购电成本.理论性能分析证明,所提算法无需可再生能源出力、充电需求和时变电价的先验统计信息,就能使优化目标趋近最优值.仿真结果表明,该算法可以有效减少充电服务商的购电成本,相比于基准贪婪算法可降低27.3%.

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    基于X射线CT原位试验的平纹SiC/SiC复合材料拉伸损伤演化
    刘海龙,张大旭,祁荷音,伍海辉,郭洪宝,洪智亮,陈超,张毅
    上海交通大学学报    2020, 54 (10): 1074-1083.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.274
    摘要617)      PDF (8739KB)(233)   
    采用化学气相渗透工艺制备平纹SiC/SiC复合材料,利用X射线CT无损检测技术研究纺织陶瓷基复合材料拉伸损伤演化与失效机理.制备了第3代SiC纤维增韧平纹叠层SiC/SiC狗骨状试件.研制了CT原位拉伸测试仪,完成了纳米X射线CT原位拉伸试验,对CT扫描三维重建图像和扫描电镜照片进行了分析.结果表明:纳米X射线CT原位试验能够揭示材料拉伸损伤演化过程.平纹SiC/SiC复合材料单轴拉伸应力-应变曲线呈现明显的非线性特征,损伤萌生于非线性变化阶段.首先,出现基体横向开裂,并随着拉力的增加逐渐扩展.其次,出现层间基体开裂和纤维束基体纵向开裂,并逐渐扩展至纤维束宽度.最后,拉伸方向纤维断裂,材料失效,大多基体横向裂纹闭合,但纵向纤维束与束间基体分离严重,断口参差不齐,有明显的纤维拔出现象.
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    压铸铝合金用铣刀表面微织构及切削特性研究
    何利华, 潘建峰, 倪敬, 冯凯, 崔智
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 750-756.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.195
    录用日期: 2021-06-08

    摘要341)   HTML7)    PDF (13249KB)(211)   

    针对压铸铝合金在切削力影响下加工精度低、表面质量不高等问题,提出在铣刀前刀面加工沟槽和V型阵列表面微织构的方法.通过三向力传感器监测并分析铣削过程中的铣削力变化情况,重点分析y向铣削力(Fy)频谱特性.将采集到的Fy 进行快速傅里叶变换,得到3种不同铣刀Fy 的频谱分析图,利用表面形貌和表面粗糙度评价表面微织构铣刀的铣削性能.结果表明:相较于普通铣刀在x、y和z方向的铣削力均值,沟槽阵列表面微织构铣刀的均值分别降低了3.8%、0.29%和11.7%,V型阵列表面微织构铣刀的均值分别降低了8.5%、14.3%和12.4%;在6倍主轴频率处的Fy高频幅值的大小关系为普通铣刀>沟槽阵列铣刀>V型阵列铣刀;采用微织构铣刀加工的表面,其表面粗糙度比普通铣刀的小,且V型阵列铣刀加工工件的表面质量最好.研究结果将为压铸铝合金精密铣削提供理论依据.

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    用于辅助柔性神经电极深度植入的槽形截面硅针的设计
    贺雨欣, 张文光, 许李悦, 周旭晖
    上海交通大学学报    2022, 56 (5): 648-655.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.341
    摘要175)   HTML6)    PDF (2560KB)(126)   

    针对柔性神经电极的深度植入屈曲问题,设计一种槽形截面硅针作为辅助植入工具,为电极植入提供暂时刚度.为定量化评价辅助工具的综合性能,结合临界屈曲力和截面积,综合考虑力学性能及生物性能,提出辅助工具的性能评价指数.基于该评价指数研究槽形截面硅针的最佳槽深比及槽宽比,其中最佳槽深比为工艺要求内的极大值,最佳槽宽比随着硅针厚度的增大而增大;利用性能评价指数定量证明相对于传统的圆形截面和矩形截面硅针,槽形截面硅针具有明显的性能优势.槽形截面硅针的仿真设计有利于筛选出截面最佳参数组合,减少加工数量,降低实验成本.

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    剖面似然比统计及CLs方法在PandaX-II 暗物质实验数据分析中的应用
    阿布都沙拉木·阿布都克力木,谌勋,吾尔尼沙·依明尼亚孜
    上海交通大学学报    2019, 53 (12): 1508-1514.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.12.015
    摘要709)      PDF (1963KB)(177)   
    目前世界上最为领先的几个暗物质直接探测实验都使用了剖面似然比方法来对最终的暗物质数据进行统计学分析,其中PandaX-II 实验最近发表的结果结合剖面似然比统计和CLs方法给出了对暗物质与核子若干相互作用截面的限制.本文在描述该统计方法的基础上,以PandaX-II 实验中的数据分析为例,介绍了具体的剖面似然比的构造方式,再应用CLs方法给出暗物质与普通物质发生非弹性散射的截面上限.
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    风力机翼型非定常流场POD和EPOD分析
    孙翀, 田甜, 竺晓程, 杜朝辉
    上海交通大学学报    2022, 56 (1): 45-52.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.204
    摘要275)   HTML14)    PDF (3093KB)(251)   

    风力机翼型绕流对整机性能以及气动噪声水平具有重要的影响.采用大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法,求解风力机翼型的非定常流场及远场气动噪声.通过本征正交分解(POD)方法提取翼型在8° 攻角下的涡量流场模态.模态结构表明,尾缘涡团和层流分离泡是翼型主要流动的非定常特征.通过扩展本征正交分解(EPOD)方法获得与远场气动噪声最相关的模态结构,揭示与气动噪声产生及传播最相关的边界层中的涡结构与尾迹中的大尺度涡团.

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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505)   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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    基于ESP-Mesh网络的变电站物联信息汇聚
    倪阳旦, 卢东祁, 喻谦, 徐一洲, 谢妮娜
    上海交通大学学报    2021, 55 (S2): 60-63.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.009
    摘要194)   HTML2)    PDF (586KB)(179)   

    随着国家智能电网的建设,变电站中各种传感器日益增多,且变电站占地面积大,如何实现变电站设备的统一管理、监控和维护,成为越来越迫切的需求.无线Mesh网络具有自组网和自愈合能力,能够单独控制各节点,满足上述需求.以ESP32芯片为硬件节点模块,利用其自带的WIFI模块配置Mesh网络并进行组网,实现了传感器与ESP32的连接和通信、Mesh网络下层级之间的数据透传以及上层级之间的数据解析和数据库保存操作,建立了完整的Mesh网络框架.经测试,该系统结构简单清晰、部署快捷、便于维护,基本满足在变电站环境下的物联网实现.

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    电能量和旋转备用市场下电-热综合能源系统低碳优化运行
    江婷, 邓晖, 陆承宇, 王旭, 蒋传文, 龚开
    上海交通大学学报    2021, 55 (12): 1650-1662.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.297
    摘要268)   HTML6)    PDF (2577KB)(166)   

    建立电-热综合能源系统,同时参与电能量市场和旋转备用市场的日前优化决策模型,并将阶梯式碳交易引入该模型中.模型采用条件风险价值方法对新能源和电负荷不确定性风险进行管理,以电-热综合能源系统运营方案成本和碳排放成本最低为目标函数,制定运行计划和安排备用资源.算例分析表明,该模型通过发挥综合能源系统多能互补优势和合理安排备用资源应对不确定性因素引发的风险,提高了能源供应的可靠性、经济性和低碳性.

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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3052)   HTML177)    PDF (1383KB)(531)   

    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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    不同送风方式下大客车内飞沫传播特性研究
    陈志鑫, 汪怡平, 杨亚锋, 苏建军, 杨斌
    上海交通大学学报    2022, 56 (11): 1532-1540.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.318
    录用日期: 2022-06-21

    摘要74)   HTML4)    PDF (32872KB)(81)   

    为了研究大客车内携带病毒飞沫的扩散特性,预测客车中空气传播病毒感染乘客的风险概率,基于计算流体力学的数值仿真与Wells-Riley方程相结合,建立夏天制冷空调开启状态下大客车的数值模型.通过对车内流场的组织特性分析,结合拉格朗日方法,计算车内病毒携带者咳嗽产生飞沫的扩散过程,分析对比在4种送风方式下携带病毒的飞沫对车内乘客的感染风险.研究发现,车内纵向气流是影响飞沫扩散的关键因素,相较于非对称布置的圆形送风口,客车采用条缝型送风口能够减少车内的纵向气流;采用置换通风的客车内,仅6%的乘客有高于5%概率感染疾病,置换通风在降低飞沫传播感染的风险方面更有效.研究成果可以为客车送风系统的结构设计和降低飞沫传播感染风险提供指导作用.

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    基于支持向量机的办公建筑逐时能耗预测
    肖冉, 魏子清, 翟晓强
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 331-336.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.310
    摘要364)   HTML2)    PDF (1001KB)(179)   

    针对建筑运行能耗非线性和不确定性强的特点,提出一种基于支持向量机的办公建筑逐时能耗预测方法. 采用单变量模型检验法确定模型输入变量,引入网格搜索方法优化模型超参数. 使用模型拟合误差的置信区间来描述建筑运行能耗的不确定性. 采用实际办公楼案例对所提出的预测方法进行验证. 结果表明:网格搜索优化后的模型平均绝对百分比误差(MAPE)降低31.3%, 取得更高的模型精度; 加入置信区间后不同季节中MAPE均低于1.5%, 体现了建筑的运行波动. 该方法可为建筑运行诊断及优化提供参考.

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    基于深度强化学习的区域化视觉导航方法
    李鹏, 阮晓钢, 朱晓庆, 柴洁, 任顶奇, 刘鹏飞
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 575-585.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.277
    摘要404)   HTML12)    PDF (4210KB)(285)   

    针对移动机器人在分布式环境中的导航问题,提出一种基于深度强化学习的区域化视觉导航方法.首先,根据分布式环境特征,在不同区域内独立学习控制策略,同时构建区域化模型, 实现导航过程中控制策略的切换和结合.然后,为使机器人具有更好的目标导向行为,在区域导航子模块中增加奖励预测任务,并结合经验池回放奖励序列.最后,在原有探索策略的基础上添加景深约束,防止因碰撞导致的遍历停滞.结果表明: 奖励预测和景深避障的应用有助于提升导航性能.在多区域环境测试过程中,区域化模型在训练时间和所获奖励上展现出单一模型不具备的优势,表明其能更好地应对大范围导航.此外,实验在第一人称视角的3D环境下进行,状态是部分可观察的,利于实际应用.

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    大藤峡人字闸门智能监控微机电系统传感器
    谢子仪, 段力, 翁昊天
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1401-1407.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.102
    摘要250)   HTML11)    PDF (10442KB)(102)   

    底枢轴承作为重要水利结构的支撑与转动构件,其在转合操作中造成的磨损直接影响闸门的正常运作和可靠性.在恶劣的深水工作条件下,为了更好地监测轴承磨损量,利用微机电系统,设计一种新型的薄膜电阻型磨损量传感器;进行磨损量测量表征实验,并利用计算机仿真建模进行磨损量实验模拟;具体分析不同工况下的测量电阻与磨损参数之间的关系.结果表明:该传感器的制作和安装过程具有一定的可行性;实验与仿真结果基本吻合;在工况允许范围内,电阻越大,磨损量的测量精度越高.该传感器有望应用于大藤峡人字闸门底轴枢纽的智能监控,实现21世纪水利枢纽工程的物联网与智慧管理.

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    计及风速分布与机组惯量转化不确定性的风电场可用惯量估计
    巩伟峥, 许凌, 姚寅
    上海交通大学学报    2021, 55 (S2): 51-59.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S2.008
    摘要162)   HTML4)    PDF (3248KB)(109)   

    计及风电场风速分布及根据风速分布存在的相关性,首先根据风速分布对场内机组进行聚类分区,提出适用于实际应用的风电场风速分布建模方案;其次,根据欧式距离选择各区域的中心机组;最后,计及风速与可用惯量间的不确定性,采用极限学习机估计各机群的可用惯量分布.根据国内某风场的实际数据设置仿真算例,仿真结果表明与基于平均风速的等值机法相比,所提方法在低风速区间内的预测准确度有明显提升,且基于聚类后中心机组的算法计算效率较高.

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    双轴驱动式人造肛门括约肌系统经皮无线供能
    华芳芳, 颜国正, 王立超, 柴川页, 肖敦玺
    上海交通大学学报    2022, 56 (11): 1502-1508.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.216
    录用日期: 2022-06-28

    摘要84)   HTML5)    PDF (3519KB)(58)   

    作为植入式医疗设备的一种,双轴驱动式人造肛门括约肌(BAAS)系统的经皮无线供能(TET)系统在植入活体后,受到增生包裹等体内环境的影响,面临耦合性能明显低于体外实验的问题,降低了其在医疗中的实用价值.结合现有BAAS的TET系统实验结果,针对受增生包裹导致的传输角度等问题,对现有TET系统的参数进行分析研究,得出了传输角度与传输效率的关系曲线.实验结果表明,在传输距离为30 mm时,传输效率仍可达到60%以上.在传输距离为30 mm条件下,传输角度为20° 时,传输效率的均值可达到66.65%;传输角度为30° 时,传输效率的均值可达到59.96%.发射线圈充电温度最大值为23 ℃,充电温度不会对人体造成低温烫伤的情况,满足BAAS系统性能要求,达到了在传输距离较远时仍可高效率传输能量的目的.

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    基于功能基元拓扑优化法的任意正泊松比超材料结构设计
    杨德庆,秦浩星
    上海交通大学学报    2019, 53 (7): 819-829.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.07.008
    摘要968)      PDF (9176KB)(229)   
    采用功能基元拓扑优化设计方法,以超材料结构的承载能力为目标,选取功能基元结构刚度最大化为目标函数,以指定泊松比值作为约束条件,建立了任意正泊松比超材料结构拓扑优化设计模型并求解.提取拓扑优化得到的功能基元最优构型,建立有限元模型,验算了功能基元的泊松比值.计算了基于功能基元周期性序构形成的超材料结构的面内、面外结构承载性能.结果表明,设计的超材料结构与传统多孔材料结构相比,具有更好的承载能力,具备轻量化优势.
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    基于逆有限元法和网格映射的板材成型坯料优化
    张向奎,王洋,王长生,胡平
    上海交通大学学报    2019, 53 (11): 1389-1394.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.11.016
    摘要639)      PDF (3520KB)(192)   
    在金属板材成型中,坯料经拉延成型后得到无缺陷与无多余材料的零件,意味着坯料设计必须合理.由于坯料的非均匀流动和各向异性特性产生的凸耳与不均匀法兰,成型零件与目标零件存在形状差异.为获得合理的坯料,提出节点网格映射方法.结合逆有限元分析和增量分析,根据映射关系和材料点流动趋势优化坯料形状.为了验证提出的方法,分别对方盒件成型和某电动车B柱成型进行坯料设计.结果表明,对于较为复杂的工业零件,所提出的方法经过有限次优化后可得到合理坯料形状,所需的目标零件形状与采用合理坯料成型后的形状一致.
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    螺旋桨抽吸作用下冰块运动轨迹
    王超, 杨波, 汪春辉, 郭春雨, 徐佩
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 505-512.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.365
    摘要384)   HTML7)    PDF (8916KB)(153)   

    为研究冰桨干扰过程中桨抽吸作用对冰运动轨迹的影响,本文基于循环水槽搭建了冰运动轨迹测量平台,结合Photron高速摄像机分析软件(PFA),对不同螺旋桨转速工况下冰的运动轨迹进行试验和分析.经过对试验结果的系统分析发现:当螺旋桨转速较大、流速较小时抽吸作用较为明显,会明显改变模型冰运动轨迹,甚至发生碰撞.当模型冰体积较大、水流流速较快时螺旋桨抽吸作用影响较小,抽吸作用很难改变水流流速带来的影响,对模型冰运动轨迹影响较小.

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    新型锥形式旋叶汽水分离器热态试验与数值研究
    徐德辉, 顾汉洋, 刘莉, 黄超
    上海交通大学学报    2021, 55 (9): 1087-1094.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.038
    录用日期: 2021-06-08

    摘要273)   HTML109)    PDF (2981KB)(171)   

    针对一种新型锥形式旋叶汽水分离器开展全尺寸的蒸汽-水热态试验和数值模拟研究.试验结果表明:汽水分离效率随着蒸汽表观速度的增大先减小后增大,但在低蒸汽表观速度区变化不敏感;分离器压降随着蒸汽表观速度的增大而显著增大.基于商业计算流体软件STAR-CCM+,利用Euler-Euler两流体模型方法开展旋叶分离器数值模拟,研究液滴粒径对汽水分离效率和压降的影响.计算结果表明:大粒径的液滴有利于液相的分离,但液滴粒径对压降的影响较小.根据试验研究建立了与试验结果吻合较好的数值计算模型,系统地分析了分离器压力场、速度场和液相体积分数的分布规律.

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    基于特征金字塔卷积循环神经网络的故障诊断方法
    刘秀丽, 徐小力
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 182-190.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.001
    摘要813)   HTML13)    PDF (7606KB)(142)   

    变工况、变载荷设备部件不同故障的特征在信号中所占比例和位置不固定,且包括大量不同场景下的原始振动信号的多尺度复杂性.对此,提出一种基于特征金字塔网络(FPN)的卷积循环神经网络(CRNN)滚动轴承故障诊断方法.利用卷积神经网络(CNN)框架,并联CNN的卷积层和循环神经网络(RNN)中的长短时记忆(LSTM)层,形成新的CRNN,以充分利用CNN对空间域信息和RNN对时域信息的学习能力;在每一层中权值共享,减少网络参数;利用FPN构建全新特征图,输入一维信号和堆叠后形成的二维信号,对传感器采集的信号进行特征提取,实现故障诊断.利用行星齿轮箱进行故障试验,并进行5折交叉验证,该方法的诊断准确率平均值为99.20%,比基本神经网络模型至少高3.62%,表明该方法诊断精度高、鲁棒性强;利用凯斯西储大学轴承数据集进行验证,证明该方法具有良好的泛用性;利用t-SNE方法对模型的特征学习效果进行可视化分析,结果表明不同故障类别特征具有良好的聚类效果.

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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571)   HTML132)    PDF (7523KB)(349)   

    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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    基于机器视觉的加工刀具磨损量在线测量
    周俊杰, 余建波
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 741-749.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.083
    录用日期: 2021-06-08

    摘要402)   HTML10)    PDF (4784KB)(239)   

    针对实际生产中测量刀具磨损需要人工操作、停机检测等问题,开发了一个基于机器视觉的加工刀具磨损测量系统.首先提出基于Laplacian算子边缘信息的Otsu分割算法将图像二值化,再通过基于形态学的Canny算子边缘检测粗定位及图像配准提取清晰的刀具磨损区域.最后,使用基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法提高测量精度,并通过主曲线方法拟合亚像素边缘点得到光滑的边缘曲线,实现了刀具磨损量的在线测量.实际加工过程中的刀具磨损测试结果表明,该系统检测自动化程度高、运行速度快、测量精度可以达到微米级,可以有效地应用于工业上对加工刀具磨损的实时监控.

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    CAP1400压力容器外壁面临界热通量试验
    史国宝, 郑明光, 张琨, 匡波, 刘鹏飞
    上海交通大学学报    2022, 56 (1): 14-20.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.395
    摘要285)   HTML9)    PDF (3136KB)(227)   

    根据模化原则建立了全高度切片型试验台架,采用爆炸焊技术研制了加热段,表面碳钢薄层可以真实模拟压力容器表面特性,开展了流道、压力、过冷度、流体水化学、表面状态等关键因素对压力容器外壁面临界热通量影响试验研究,获得了CAP1400压力容器外壁面传热极限规律,验证了熔融物堆内滞留措施中压力容器外流动和传热过程.

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    六自由度波浪补偿平台的神经网络自适应反馈线性化控制
    丁明, 孟帅, 王书恒, 夏玺
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 165-172.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.424
    摘要899)   HTML10)    PDF (1175KB)(181)   

    六自由度波浪补偿平台所采用的大长径比非对称液压系统在深海区需完成大跨度、高速度的波浪补偿任务,这为控制系统的控制精度和抗干扰能力带来严峻的挑战.引入径向基神经网络(RBFNN)辨识,提出一种自适应反馈线性化控制策略.首先,建立六自由度波浪补偿平台非对称液压系统的非线性模型.然后,基于RBFNN辨识利用反馈线性化设计自适应控制器.最后,利用MATLAB/Simulink开展五级海浪(90°遭遇角恶劣工况)作用下和外力干扰下的仿真分析.结果表明:相比于经典比例系数-积分系数-微分系数(PID)和滑模控制,新型控制器控制精度和抗干扰能力明显提高,更适合用于复杂海况下六自由度波浪补偿平台的控制,且具有很好的跟踪效果和较强的稳健性,可为深海区六自由度波浪补偿平台控制系统设计提供参考.

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    电机与离合器复合控制的电动装载机换挡策略
    任好玲, 蔡少乐, 陈其怀, 林添良, 郎彬
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 173-181.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.409
    摘要831)   HTML12)    PDF (6683KB)(304)   

    为了发挥纯电驱动方式的优势,针对电动装载机的传动系统,取消传统机型上效率较低的液力变矩器及倒挡方向离合器.通过分析纯电驱动系统换挡规律,采用电液换挡控制系统控制湿式离合器工作,并基于压力和转速等反馈结合驱动电机主动工作在转速及转矩模式,实现离合器充、泄油过程中转矩及转速的匹配.针对某50型纯电驱动装载机,提出一种基于驱动电机与离合器压力复合控制的纯电驱动装载机换挡控制策略.整车试验结果表明:所提出的控制策略能发挥纯电驱动的优势,换挡时间缩短约50%, 滑摩做功大幅减小,换挡冲击度最大值为14.08 m/s3,在我国车辆推荐限定值17.64 m/s3以内.

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    基于近似计算的精度动态可调FFT处理器
    马丽萍, 张骁煜, 白雨鑫, 陈鑫, 张颖
    上海交通大学学报    2022, 56 (2): 223-230.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.430
    摘要607)   HTML9)    PDF (5962KB)(285)   

    为满足多种场景对电路指标的不同需求,基于近似电路理念提出一种精度可调快速Fourier变换(FFT)处理器.首先,在蝶形节点和旋转因子乘法节点上分别提出了一种截断进位链的可配置近似蝶形计算单元和一种位宽可调的乘法模块.通过MATLAB搭建误差分析平台,详细分析了在各个蝶形节点和旋转因子节点对近似计算的敏感程度,确定了FFT处理器的5种计算模式,实现性能、功耗与精度等参数的动态调节.最终,所提设计在台积电 (TSMC) 180 nm 互补金属氧化物半导体 (CMOS) 工艺下通过超大规模数字集成电路标准流程实现,性能结果由专业电子自动化设计 (EDA) 工具评估得到,相对于精确模式,处理器在近似模式下的最高工作频率提升约14.33%;当工作频率为60 MHz时, 功耗降低约15.61%.

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    基于环境设计理论的灼伤瘢痕冷冻治疗仪创新设计
    陈诗元, 张雨捷, 林海阳, 郭峰, 张执南
    上海交通大学学报    2019, 53 (7): 884-890.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.07.017
    摘要824)      PDF (9897KB)(156)   
    为解决目前临床灼伤瘢痕治疗仪疗效差、使用体验不佳的问题,本文基于环境设计方法学,分析了治疗需求及技术现状,通过建立灼伤瘢痕冷冻治疗仪的设计迭代对象模型和识别重要冲突,针对主要矛盾进行方案求解,探明了刺入式冷冻机制.此外,设计了适用于该治疗仪的前端冷冻枪与通用的液氮控温供冷装置,能够根据瘢痕形状实时调整刺入阵列,并实现需求精度内的恒低温控制.仿真结果和动物实验表明,环境设计理论在生物医学工程领域产品创新设计方面具有可行性.
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    软土地区分隔型基坑群变形特性实测分析
    范凡, 章红兵, 王建华, 陈锦剑, 张毅鹏
    上海交通大学学报    2018, 52 (02): 133-140.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.02.002
    摘要162)   HTML333)    PDF (583KB)(85)   

    以上海国际航空中心基坑群工程为例,通过现场实测数据统计分析结合数值分析方法,分析了分隔型基坑群变形特性.深入研究了分隔型基坑群施工过程中隔墙变形、围护结构侧向变形和坑后土体沉降的发展规律,分析对比了不同区域围护结构变形和坑外地表沉降的差异.对比基坑群工程和传统基坑工程.结果表明,基坑群施工中隔墙变形先增大后减小,受后续开挖影响显著;基坑群分隔带处围护结构最大变形平均为0.16%HH为基坑开挖深度),远小于上海地区平均值0.60%H;分隔带处坑外地表沉降仅有0.14%H,小于上海地区平均值0.40%H.研究可以揭示基坑群变形叠加机制,评估基坑群施工对环境的影响,对后续基坑群施工和敏感建构筑物保护有一定的借鉴意义.

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    基于亮度突变性与密度特征检测的厚板T形接头焊缝轮廓识别
    何银水, 李岱泽, 赵梓宇, 钱韦旭
    上海交通大学学报    2021, 55 (6): 757-763.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.068
    录用日期: 2021-06-08

    摘要274)   HTML4)    PDF (2687KB)(227)   

    基于激光视觉传感的厚板电弧焊接中,为实现自动化、智能化,焊接需要有效的焊缝轮廓提取方法.针对厚板T形接头熔化极活性气体保护焊中焊缝图像强烈的电弧干扰背景,提出了一种基于亮度突变性与密度特征检测的焊缝轮廓识别方法.首先,采用改进的Canny算法凸显焊缝轮廓边缘并抑制电弧干扰背景.然后,利用激光条纹在局部区域内存在亮度突变的特性,提出一种亮度突变检测方法对干扰背景进一步抑制.最后,在Otsu阈值分割处理的基础上,提出了基于带宽与密度特征逐列扫描去除干扰的算法,并将处理后的数据进行最近邻聚类,利用数据类的空间尺度特征识别焊缝轮廓.结果表明:提出的算法在处理电弧区域占图像面积近20%的强干扰时,能有效地提取不同填充阶段焊缝轮廓95%以上的整体信息,可为不同接头机器人自动化、智能化焊接的进一步实施提供参考.

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    韧带型声子晶体狄拉克锥特性研究
    陈炉云, 王健, 崔益烽, 孔慧
    上海交通大学学报    2021, 55 (11): 1453-1458.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.242
    摘要235)   HTML7)    PDF (3251KB)(182)   

    声子晶体的能带结构特性是评估声学超构材料减振降噪性能的重要指标.以二维六韧带手性声子晶体为例,对其能带结构和狄拉克锥特性进行数值分析,在声子晶体布里渊区中心处获得四重偶然简并狄拉克点.通过调整韧带的设计参数,实现对双狄拉克锥的打开,形成新的定向带隙.研究韧带参数与定向带隙宽度的关系,并进一步讨论能带结构反转问题.研究成果可为手性声子晶体在弹性波操控和声学拓扑绝缘体的应用提供技术支持.

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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1101)   HTML281)    PDF (1849KB)(561)   

    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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    极寒环境下动力锂离子电池特性
    黄德扬,陈自强,周诗尧,刘健,郑昌文,葛云龙
    上海交通大学学报    2019, 53 (9): 1051-1057.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.006
    摘要988)      PDF (4405KB)(441)   
    针对极地无人机系统供电保障问题,为极地锂离子电池开发及电池管理技术研究提供依据,对12 A·h 三元镍钴锰酸锂电池在极寒环境下的特性展开了实验研究.结果表明:在0 ℃以下,随着环境温度的降低,电池在不同放电倍率下的可用容量迅速减小,最大放电深度的衰减速率不断加快,欧姆内阻与极化内阻均显著增大且极化内阻的变化更为突出,开路电压明显降低;在低于-40 ℃的环境温度下,放电前对电池表面进行预热能显著改善电池放电性能,预热温度的变化不影响相同倍率放电时电池表面的平衡温度,同时采取预热与保温措施能够有效恢复电池的容量特性与功率特性.
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    固态温差发电机能拥有卡诺热机效率吗?
    段懿玲, 刘作霖, 林尚超
    上海交通大学学报    2021, 55 (Sup.1): 112-115.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2021.S1.051
    摘要434)      PDF (2151KB)(183)   
    简述了固态温差发电机与经典卡诺热机在热力学层面的异同,归纳了热电转换不可逆性的来源,分析表明了只有在限定电导率范围内提升材料热电优值才能使热电转换效率逼近理想卡诺热机效率.通过与内可逆卡诺热机最大输出功率的对比,得出接触热阻、热交换速率等对温差发电性能的重要影响.
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    基于灵活性和经济性的可再生能源电力系统扩展规划
    李玲芳, 陈占鹏, 胡炎, 邰能灵, 高孟平, 朱涛
    上海交通大学学报    2021, 55 (7): 791-801.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.024
    摘要396)   HTML14)    PDF (1623KB)(225)   

    风电、光伏等可再生能源的大规模并网为电力系统的规划与运行带来极大的不确定性.为了增强高比例可再生能源电网应对不确定事件的调节能力,保障系统的安全经济运行,需要提升电力系统的灵活性.首先,从线路传输能力和安全运行的角度定义电网灵活性指标.在此基础上,考虑系统经济运行策略,以灵活性、投资成本、运行成本和可再生能源弃用量最优为目标,提出一种基于灵活性和经济性的多目标输电网双层规划模型.采用NSGAII优化算法对该模型进行求解.最后,以改进的Garver-6和IEEE RTS-24节点可靠性测试系统为例,分析所提模型的有效性.结果表明,规划方案能够有效提升电网传输能力,降低可再生能源弃用率,增强电网运行的灵活性和经济性.

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    地下管线在地表爆炸荷载下的位移响应与参数分析
    王亚光,廖晨聪,张琪
    上海交通大学学报    2020, 54 (2): 193-199.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.02.011
    摘要594)      PDF (9984KB)(203)   
    通过将u-p模型嵌入有限元程序建立了地面爆炸荷载下钢顶管的动态响应模型,研究了饱和土中钢顶管在地面爆炸荷载作用下的动力响应问题.以钢顶管的位移响应为主要评价指标,研究了炸药量、起爆位置、钢顶管埋置深度以及顶管半径等参数对于钢顶管位移响应的影响.研究结果表明顶管竖向位移随炸药量增大,顶管半径的增大会降低顶管在爆炸荷载下的承载能力,适当提高埋深可以显著增强顶管在地面爆炸荷载作用下的抗爆能力.此外,随着偏移距离的增大,顶管竖向位移逐渐降低,最终在爆炸荷载作用下微量上浮,顶管的水平位移也随偏移距离先增大后减小.
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