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当期目录

    2018年, 第52卷, 第9期 刊出日期:2018-09-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    非线性畸形波所致的平台底部砰击载荷及结构响应数值模拟
    秦浩,唐文勇,薛鸿祥
    2018,52 (9):  1009-1016.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.001
    摘要 ( 539 )  
    基于求解2维N-S方程和流体体积(VOF)法建立数值水槽,采用Peregrine呼吸子解模型进行非线性畸形波的造波,采用2维有限元法对平台下甲板结构离散,并以一种流固耦合算法针对非线性畸形波平台底部砰击进行数值模拟.计算了该砰击问题中非线性畸形波引起的砰击载荷,并揭示了其与相同波高、波长2阶规则波引起砰击载荷的不同.考虑平台下甲板结构为弹性体的结构响应,在平台下甲板结构存在垂向初速度的条件下得到了平台下甲板结构位移时历,并采用快速傅里叶变换(FFT)对频率响应进行了分析.
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    轴向承载力作用下非粘结柔性立管的侧向失效分析
    刘晓媛,薛鸿祥,唐文勇
    2018,52 (9):  1017-1022.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.002
    摘要 ( 34 )  
    利用非线性有限元方法研究柔性立管在轴向承载力作用下的失效特性,采用实体单元模拟柔性立管抗拉铠装层、强结构带层和外部聚合物层,并考虑材料非线性、几何大变形、接触和摩擦等非线性效应的影响,通过数值模拟分析了柔性立管抗拉铠装层的螺旋钢带数、摩擦系数和外部聚合物层厚度等因素对非粘结柔性立管的失效模式和轴向承载能力的影响.结果表明:与采用部分螺旋钢带的简化模型相比,在抗拉铠装层采用全螺旋钢带数目的模型的失效过程更为复杂,其轴向承载力出现了多个峰值;摩擦系数对立管失效模式的影响很大,摩擦系数较小时立管为侧向失效,摩擦系数较大时立管为径向失效;外部聚合物层厚度对立管侧向失效时的最大轴向承载力影响有限.
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    基于全控整流技术的电磁发射机
    张加林,张一鸣,丁建智,高俊侠
    2018,52 (9):  1023-1030.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.003
    摘要 ( 44 )  
    为了改善电磁发射机的性能,减小电磁发射机的体积和质量,设计了一种基于脉冲宽度调制(PWM)整流技术的电磁发射机电路结构,并对其中永磁同步发电机(PMSG)的PWM整流器的控制结构和参数进行设计.在同步旋转坐标系下,建立PMSG中PWM整流器的数学模型;根据电动机双闭环调速理论设计了转子磁链定向的PWM整流器电压电流双闭环控制系统,以实现有功电流和无功电流的解耦控制;为了提高系统的动态性能和稳定性,提出PWM整流器比例积分(PI)控制器的参数整定方法.仿真和实验结果表明,采用PWM整流技术的电磁发射机不仅可以满足地球物理探测的实际需要,而且具有结构简单、功率因数高和电流谐波小等优点.所提出控制器设计方法能够确定PI参数,从而简化了系统设计.
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    肠道机器人无线能量发射系统优化设计
    李达伟,姜萍萍,柯全,颜国正
    2018,52 (9):  1031-1037.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.004
    摘要 ( 22 )  
    为了提高肠道机器人无线能量发射系统性能,对能量发射系统进行了理论建模及优化设计.基于UCC3895芯片移相控制的全桥串联谐振电路设计了适用于大尺寸发射线圈、大驱动电流条件的无线能量发射电路,以达到工作稳定及频率和功率可调节的目的;建立了发射线圈交流电阻、自感及寄生电容参数的数值计算模型;使用单股利兹线绕制直径为69cm的单层发射线圈,并根据线圈解析模型,通过线圈匝数的可行域分析确定了发射线圈结构参数.结果表明,在工作频率为218kHz时,所设计的能量发射系统的传输功率最大可达650mW,传输效率为 3.60%,能够满足肠道机器人的功率需求,从而提高了系统的适用性.
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    不同热边界条件下微通道内气体的流动与传热特性
    顾娟,黄荣宗,刘振宇,吴慧英
    2018,52 (9):  1038-1043.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.005
    摘要 ( 27 )  
    构建了微尺度条件下含黏性热耗散和压力功的总能形式的双分布函数格子Boltzmann (LB)模型,计算并分析了恒壁温与恒热流边界条件下,稀薄效应对速度驱动的平直微通道内气体流动与传热特性的影响.结果表明:在不同的热边界条件下,稀薄效应对微通道内气体流动特性的影响一致,即均使得气体流速增大,通道摩擦系数减小;由于气体温度场分布的差异,使得稀薄效应对气体传热特性的影响截然不同,在恒壁温边界条件下气体传热特性有所提高,而在恒热流边界条件下气体传热特性有所减弱.
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    离心压气机蜗壳内非定常流场的动态模态分解
    胡晨星,丁杰,竺晓程,杜朝辉
    2018,52 (9):  1044-1049.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.006
    摘要 ( 30 )  
    对包括蜗壳的离心压气机整机模型进行了非定常数值模拟,获得不同工况下的非定常流场数据,采用动态模态分解(DMD)方法对设计工况与非稳定工况条件下蜗壳的三维非定常流场进行模态分解与重构.结果表明:在设计工况下,蜗壳内流场主要受到 4.421kHz的长叶片通过频率的影响,而 8.841kHz的长、短叶片通过频率的影响则受到抑制;在非稳定工况下,捕捉到了不稳定特征频率和所对应的流动模态,以及蜗壳内流场沿流向呈螺旋线型变化的速度脉动;基于频率特征的DMD方法得到了三维蜗壳模态.
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    基于大涡模拟的三维随机球堆积床内湍流流动特性
    刘宏升1,姜霖松1,吴丹2,解茂昭1
    2018,52 (9):  1050-1057.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.007
    摘要 ( 36 )  
    基于离散元软件LIGGGHTS构建了球堆积床的三维随机结构模型,通过计算多孔介质的宏观阻力系数及局部孔隙率来验证模型的有效性.以典型的径向切面为研究对象,采用大涡模拟和k-ε湍流模型预测多孔介质内的湍流特性与旋涡分布规律.结果表明,随机结构模型能够预测多孔介质的宏观阻力系数及局部孔隙率.大涡模拟不仅能够描述多孔介质内部直径为 0.4~2.0mm的细小旋涡和大孔隙内的复杂旋涡结构,而且能够模拟局部孔隙内细小旋涡的产生与发展历程,以及大旋涡的拉伸、分裂直至消失的过程,这与实际情况及湍流基本理论的研究结果相符.
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    超临界射流模型的构建及验证
    李亮,解茂昭,贾明,刘宏升
    2018,52 (9):  1058-1064.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.008
    摘要 ( 29 )  
    利用计算流体动力学(CFD)软件的OpenFOAM开源程序,基于Soave-Redlich-Kwong (SRK)真实流体状态方程和压力隐式分割算法(PISO),考虑气体可压缩性对压力方程的影响,对等温压缩系数进行修正,建立适用于超临界射流的CFD模型,并采用激波管模拟实验和氮气的超临界射流实验对模型进行验证.结果表明:修正后的模型具有较高的预测精度,能够模拟实验结果.
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    不平衡电网下风电并网变流器的滑模电流控制
    韩刚,蔡旭
    2018,52 (9):  1065-1071.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.009
    摘要 ( 16 )  
    为了增强对不平衡电网的适应能力,提出一种适用于LCL型并网变流器的滑模电流控制策略.建立了电流内环及电压外环的滑模控制方程,采用指数趋近率的设计方法改善滑模动态品质与系统抖振,根据扩展瞬时功率理论计算参考电流指令,在实现三相并网电流呈正弦波形变化的同时,消除了并网有功功率和扩展无功功率的2倍频波动.同时,搭建了基于RT-LAB软件的硬件在环实验控制平台,通过对比实验验证了所提滑模控制算法的正确性,及其在动态响应速度和抗参数扰动方面的优越性.
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    面向交-直流智能变电站运维专家系统的可扩展建模及其规则和隔离策略
    宋杰1,周健1,鲍伟1,黄文焘2,高翔3
    2018,52 (9):  1072-1080.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.010
    摘要 ( 31 )  
    为实现基于语义网的面向交-直流智能变电站运维专家系统的可扩展建模,介绍了语义网的基本概念与功能,基于C语言集成产生式系统(CLIPS)平台建立了智能变电站运维专家系统模型,以及包括专家系统交-直流稳控层、开关智能与电压合并单元层、电压合并单元层和开关智能单元层的多层规则及隔离策略,实现了从交流变电站内监控到系统稳控的立体化辅助决策.同时,以某500 kV智能变电站为例,对所建变电站运维专家系统模型及其可扩展性进行说明,并验证所提运维专家系统规则与隔离策略的有效性.结果表明:基于语义网的变电站运维专家系统知识库结构更加紧凑,从而提高了知识库中不同概念之间的逻辑性和统一性;所建规则与故障隔离策略提高了运维专家系统知识库的可扩展性和实用性.
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    铝箔板材成形极限试验及数值模拟
    陈伟业a,邹天下a,唐鼎a,郭飞鹏a,李大永a, b
    2018,52 (9):  1081-1085.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.011
    摘要 ( 47 )  
    以厚度为0.11mm的8011-H22型铝箔为对象,利用UV打印技术对铝箔试件进行网格附着,采用曲面法开展了铝箔刚模胀形试验,由于试件本身的宽厚比很大且受到摩擦力的作用,使得铝箔在宽度方向的变形极小,所以只获得成形极限图的右半部分(次应变大于0);同时,通过建立铝箔刚模胀形试验过程的有限元模型并结合应变加速度判据,获取成形极限图的左半部分(次应变小于0).结果表明:利用曲面法只能获取铝箔成形极限图的右半部分(次应变大于0);而所建铝箔刚模胀形试验过程的有限元模型能够获得成形极限图的左半部分(次应变小于0).
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    氢在双相不锈钢中的扩散模拟
    陶平1,2,王艳飞3,巩建鸣1,2,吴炜杰1,2,梁涛1,2
    2018,52 (9):  1086-1091.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.012
    摘要 ( 24 )  
    利用Abaqus有限元软件建立了氢在含不同奥氏体相体积分数(φγ)双相不锈钢中的二维扩散有限元模型,分析了φγ对氢在双相不锈钢中扩散分布的影响,计算了氢在含不同φγ的模型中的表观扩散系数(Dapp),建立了Dapp与φγ的关系式.结果表明:氢在双相不锈钢中的Dapp随着φγ的增加而降低,并且ln Dapp与φγ之间呈现出线性变化关系;将φγ=44.3%, 50.0%, 57.3% 的3种模型中的奥氏体相沿扩散深度方向延长,以分析氢沿着双相不锈钢横向和纵向组织中的扩散差异.结果表明,氢在纵向组织中的扩散速度更小,氢脆敏感性更弱.
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    凹模温度对AZ31B镁合金板材冲压成形性能的影响
    王紫旻,刘奇,顾瑞瑩,王武荣,韦习成
    2018,52 (9):  1092-1097.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.013
    摘要 ( 28 )  
    采用Nakazima半球凸模胀形法获取不同凹模温度下AZ31B镁合金板材的成形极限曲线(FLC),研究了温冲压过程中凹模温度对镁合金板材成形性能的影响.运用有限元法对等双拉试样进行热-力耦合模拟,得到不同凹模温度下的温度场,分析AZ31B镁合金板材与凹模在热传递过程中的热-力耦合关系.另外,通过试制汽车行李箱铰链支架盖板零件,验证了实际工况下凹模温度对AZ31B镁合金板材成形极限的影响.结果表明:凹模温度的降低,会显著改变AZ31B镁合金薄板成形时的温度梯度分布,造成材料成形极限的下降以及破裂位置的改变;不同凹模温度下所得FLC的模拟值与其实验值相符.
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    用于智能传声器的低功耗语音降噪处理器设计
    陈黎明1,陈铖颖1,杨骏2
    2018,52 (9):  1098-1103.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.014
    摘要 ( 20 )  
    研究一种低功耗语音降噪处理器,提高传声器信噪比和智能化程度.该降噪处理器采用专用指令集处理器内核+硬件加速器的异构多核架构,兼顾低功耗、运算效率和灵活性.专用指令集处理器内核为24-bit位宽、多级流水、双哈佛存储结构,定制专用语音加速指令和硬件,提升运算效率.硬件加速器负责密集、规整的时域/频域变换操作,采用可配置结构,保证硬件灵活性,并通过中断和共享存储器机制与专用指令集处理器内核通信.基于SMIC 130nm工艺完成该降噪处理器芯片设计,结果显示处理器完成语音降噪任务,背景噪声下降约10dB,平均电流仅206μA.
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    弹性光网络中基于光路维持时间感知的节能策略
    吕翊,师劲,杨娅娅
    2018,52 (9):  1104-1111.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.015
    摘要 ( 24 )  
    为了有效减小弹性光网络的能耗,基于软件定义网络技术提出了一种光路维持时间感知的节能策略.该策略旨在减小网络中因拆建光路产生的巨大开关能耗,即首先结合软件定义网络技术和反向传播神经网络模型来感知网络中各光路的业务情况,其次对于网络中已完成业务传输而即将被拆除的光路,根据预测结果为该光路设定一个维持时间.通过为空闲光路设定维持时间,可以避免随后为此源目的节点对之间的业务请求重新建立光路,从而消除了重新建立光路产生的开关能耗.仿真结果表明,相对传统的没有考虑开关能耗的节能策略,所提策略甚至能够减小45%的网络总能耗且能使阻塞率维持在一个合理的范围.
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    基于属性粒化聚类与回声状态网络的末制导雷达故障诊断
    逯程1,徐廷学1,王虹2
    2018,52 (9):  1112-1119.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.016
    摘要 ( 27 )  
    为了提高末制导雷达故障诊断的效率和精度,提出一种基于属性粒化聚类与回声状态网络(ESN)的故障诊断方法.定义一种基于属性值影响度的属性区分能力测量指标,并以此作为相似性度量依据,利用近邻传播(AP)聚类算法得到区分能力相当的若干属性粒,通过选取聚类中心属性来完成故障征兆属性的约简;在储备池构建中,采用Bienenstock-Cooper-Munro (BCM)规则进行连接权矩阵的预训练,在目标函数中添加L1/2范数惩罚项,以提高ESN储备池对样本的动态适应性;同时,采用半阈值迭代法对模型进行求解,通过末制导雷达信号处理模块的故障诊断实例,验证了所提方法的有效性和优越性.结果表明:与BP神经网络和传统ESN模型相比,所提方法的稳定性及诊断准确率更高;将其与基于属性重要度和AP聚类的属性粒化约简算法相结合,能够进一步提高故障诊断的效率和精度,其仿真实验的训练时间仅为 8.98s,诊断正确率可达 95.2%.
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    基于直线特征的机器人自主定位方法
    杨晶东,彭坤,顾浩楠,师艳伟
    2018,52 (9):  1120-1124.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.017
    摘要 ( 31 )  
    针对迭代最近点(ICP)算法容易造成局部最优和正态分布变换(NDT)算法在长距离导航中会出现较大转角偏差的问题,提出一种基于直线特征的ICP自主定位(CICP)方法.利用激光扫描点集与其拟合直线的协方差函数关系,以快速匹配扫描点间的直线特征,通过扫描匹配点集与拟合直线的闭环误差获得当前时刻全局环境中相邻匹配扫描点间的位姿,并通过室内环境下的自主定位实验验证其可靠性.结果表明,与传统的ICP算法和NDT算法相比,CICP算法具有较好实时性和较高的定位精度,能够降低ICP算法的矩阵运算量,提高机器人的自定位精度.
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    一种基于分形理论的骨架密实型抗车辙级配检验方法
    李丽民1,2 ,张国祥2,蒋建清3
    2018,52 (9):  1125.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2018.09.018
    摘要 ( 34 )  
    为解决抗车辙级配设计问题,基于分形理论,通过理论分析及大量试验和计算,提出了一种骨架密实型抗车辙级配检验新方法.该方法应用分形理论,采用粗、细集料的粒径分布的分形维数、粗集料的分形空隙率、细集料在粗集料中的分形体积等指标,利用MATLAB自编程序对沥青针入度和粒径分形维数D进行双元曲线回归得到的沥青混合料动稳定度的经验公式进行级配检验,计算检验过程简单,解决了混合料级配设计的盲目性,是一种行之有效的方法.
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