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当期目录

    2019年, 第53卷, 第5期 刊出日期:2019-05-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    有机玻璃观察窗的蠕变特性及数值模拟
    郭大猷, 黄小平, 王芳
    2019,53 (5):  513-520.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.001
    摘要 ( 630 )   PDF(2489KB) ( 312 )  
    传统的线弹性模型在模拟载人深潜器的有机玻璃(PMMA)观察窗蠕变变形时表现出严重的局限性,为解决这一问题,构建了Prony级数形式的线性黏弹性本构模型.采用质量缩放技术和等效时长方法加快了显式动力有限元计算过程,得出了稳定且与实验数据接近的计算结果.结果表明:在常温、高应力、逐步加压的作业环境下,PMMA在加载阶段就已经表现出黏弹性行为.因此,为了保证安全,必须要在整个加压-保载过程中考虑黏弹性效应.结合准静态加载的条件,采用显式动力学分析取代传统的静态分析,与PMMA黏弹性的时变特性相适应.此外,针对观察窗模型局部应力集中的问题,设置倒角可以有效降低局部应力,有限元计算时网格收敛性也更好.
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    可降解多孔纯锌支架表面Mg-P生物活性涂层的制备与表征
    侯懿,贾高智,黄华,袁广银
    2019,53 (5):  521-528.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.002
    摘要 ( 445 )   PDF(9626KB) ( 91 )  
    锌合金作为新型的可降解金属材料展现出很好的应用前景,而具备三维连通孔隙结构的多孔锌支架则很有希望应用于骨组织工程.为了提高多孔纯锌支架的细胞相容性,采用化学转化法在多孔纯锌表面成功制备了Mg-P生物活性涂层,表征了涂层的形貌、厚度、成分和结合力,并研究了涂层对多孔纯锌的降解行为和生物相容性的影响.结果表明,Mg-P涂层由细小的条束状晶粒以一定的取向相互堆叠而成,厚度约为10 μm,且与纯锌基体之间结合力良好.经Mg-P涂层处理后多孔纯锌的Zn2+释放速率显著降低,细胞相容性得到了明显改善,具有良好的应用前景.
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    多柄鱼骨状神经电极的微动模拟与优化设计
    尹雪乐,张文光,唐嘉琪,于谦
    2019,53 (5):  529-534.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.003
    摘要 ( 645 )   PDF(1295KB) ( 147 )  
    为了提高电极的长期有效性,基于鱼骨状神经电极,采用有限元模拟对电极-脑组织界面的微动进行了动力学分析.将该电极与传统商业电极的力学性能进行对比,验证了鱼骨状设计对降低脑组织微动损伤的有效性,并揭示了电极柄数对脑组织应力应变的影响.基于电极位点分布的合理性和最优化原则,提出了一种新型鱼骨状多柄电极.与原鱼骨电极相比,新型鱼骨电极的应变、应力和变形分别降低了 73.23%、48.78% 和 76.92%.将该新型电极与同位点分布的商业三杆电极进行对比,结果表明,在采集到的电信号相同时,新型电极大幅降低了脑组织应变.预期该电极的寿命可以得到有效延长.
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    考虑小应变下刚度衰减特征的软土本构模型
    张硕,叶冠林,甄亮,李明广,陈超斌
    2019,53 (5):  535-539.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.004
    摘要 ( 744 )   PDF(881KB) ( 169 )  
    针对上海软土统一本构模型不能模拟小应变情况下土体剪切模量的衰减特征问题,结合小应变下经典刚度理论对小应变范围内的上海软土统一本构模型进行改进,以使软土本构模型能够模拟土体在小应变下的刚度变化规律,并将模拟结果与上海浅层软土在小应变下的三轴剪切试验结果进行对比,以验证改进的软土本构模型的合理性.结果表明,改进的软土本构模型能够模拟小应变情况下土体较高的初始切变模量及其非线性衰减特征,并能够较好地表征自然黏土体的结构和超固结特性.
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    浮式液化天然气系统液体装载船体的耦合响应
    赵东亚,胡志强,陈刚
    2019,53 (5):  540-548.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.005
    摘要 ( 657 )   PDF(1662KB) ( 133 )  
    开发了一套分析浮式液化天然气(FLNG)系统中船体运动与液舱晃荡耦合响应的数值模拟程序.该程序基于频域势流理论获得船体的频域水动力系数,并根据脉冲响应理论(IRF)实现船体运动的时域计算;基于势流理论采用边界元法进行液舱晃荡的时域预报;通过迭代计算实现运动与晃荡响应的耦合预报.开展模型试验研究固体、液体装载船体在波浪中的运动响应.结合数值计算结果和试验结果研究晃荡和船体运动的耦合机理,讨论了不同液舱布置形式下的耦合响应变化.结果表明:液舱晃荡会显著改变船体的横荡、横摇运动响应,对垂荡运动影响较小;改变液舱宽度可以减小横摇运动引起的晃荡幅值,而横荡激励的晃荡响应主要与晃荡固有频率有关;液舱垂向位置变化仅改变与横摇模态的耦合响应,与横荡运动的耦合作用不变.
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    基于传感探测系统的多自治水下机器人编队协调控制
    庞师坤,王健,易宏,梁晓锋
    2019,53 (5):  549-555.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.006
    摘要 ( 988 )   PDF(1055KB) ( 251 )  
    针对自治水下机器人(AUV)编队协调控制问题,研究了基于传感探测系统的主从式编队协调控制方法.该方法能够避免AUV编队之间依靠水声通信而造成的通信延迟和数据丢失的问题,提高编队控制的可靠性以及生存能力.首先根据领航者位置信息和期望的编队队形得到跟随者的参考路径,跟随者可以实时测得领航者的距离和航向信息并与参考路径相对比.其次为了使跟随者轨迹在短时间内收敛于参考路径从而得到期望的队形,利用Lyapunov函数设计了反演控制器.最后对设计进行了编队控制的仿真.结果表明,AUV编队队形保持良好,所采用的方法具有很好的可行性.
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    基于时空因素的水路短期货运量预测
    陈琛,吴青,高嵩
    2019,53 (5):  556-562.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.007
    摘要 ( 717 )   PDF(843KB) ( 199 )  
    考虑货运网络港口间空间关联能提高短期预测精度,但是不同于公路网络中通过交叉路口形成简单明确的上下游空间关系,超高维的水运货运空间关系数据难以直接利用,为此,基于频繁港口和神经网络(FR-NN)构建考虑时空因素的水路货运量预测模型.该模型基于频繁模式的思想挖掘出目标港口在货运空间网络中的频繁港口,利用频繁港口提取货运网络的主要空间关系,用低维数据保留高维网络主要空间特征,再利用神经网络拟合频繁港口与目标港口货运量间的时空关系.实例分析表明,考虑时空关系有助于提高预测精度,模型能提高不同粒度的短期货运量预测精度,尤其是能够预测采用时间序列方法不理想的周、日货运量.
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    一种抑制同步开关噪声的电磁带隙结构微带线互连
    王香婷,李晓春, 毛军发
    2019,53 (5):  563-568.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.008
    摘要 ( 574 )   PDF(2544KB) ( 222 )  
    提出了一种在信号线上刻蚀电磁带隙(EBG)结构的微带线互连结构及其设计方法.该互连具有良好的通带传输特性和阻带抑制特性,所以能够抑制同步开关噪声(SSN),保证信号的完整性.该EBG微带线互连采用印制电路板(PCB)工艺进行了加工,S参数的仿真与测试结果具有良好的一致性,表明该互连可以有效抑制同步开关噪声.另外,将该EBG微带线互连与在接地板上刻蚀相同尺寸的EBG的微带线互连做了对比,散射参数和时域波形的分析结果表明,提出的EBG微带线互连具有更强的SSN抑制能力和更好的信号完整性.
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    基于WLP-FDTD的带隙电源地平面噪声时域分析
    孙伟,李晓春,毛军发
    2019,53 (5):  569-574.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.009
    摘要 ( 745 )   PDF(748KB) ( 161 )  
    针对带隙电源地平面的噪声传播问题,提出一种基于加权拉盖尔多项式-时域有限差分(WLP-FDTD)方法.该方法首先将带隙电源地平面分为2部分:一部分为完整电源地平面;另一部分为带隙结构.然后建立完整电源地平面的等效电路模型以及带隙的耦合电路模型.最后对等效电路建立电压电流方程,并采用WLP-FDTD算法求解.计算结果表明,提出的基于WLP-FDTD的电源地平面噪声时域分析方法,相比于传统FDTD方法,在精度不变的同时计算效率显著提高,适合精确快速分析高速电路的电源完整性.
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    基于频分复用的无信号内干扰多用户相关延迟键控通信系统
    张刚,徐联冰,张天骐
    2019,53 (5):  575-583.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.010
    摘要 ( 597 )   PDF(1158KB) ( 96 )  
    针对传统延迟键控系统误码性能差的缺点,在频分复用的基础上,提出了一种新型的无信号内干扰多用户相关延迟键控通信系统.在所提出的系统中,发送端产生两路正交的混沌信号,并使用串并转换器在一个比特周期内发送多比特信息信号,再将两路正交混沌信号简单加、减法的线性组合以及调制的信息信号通过频分复用的方式实现传输.接收端将接收到的信号分别与对应混沌信号的组合进行相关解调,恢复出发送的多比特信息信号.推导了在Rayleigh衰落信道中系统的比特误码率公式并进行Monte Carlo仿真实验.理论分析及仿真结果均表明:随着用户数增加,系统的误码性能和传输速率得到提升,因此具有较好的实际应用价值.
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    运算-数据文件——应用三值光学计算机的关键技术
    金翊,张素兰,李双,沈云付,欧阳山,彭俊杰
    2019,53 (5):  584-592.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.011
    摘要 ( 787 )   PDF(1948KB) ( 203 )  
    介绍编写三值光学计算机应用程序的关键技术.首先将运算规则和大量原始数据合并在一个特殊文件中,然后在应用程序中使用专门的扩充指令将该文件送至三值光学计算机进行处理.这个特殊文件被称为运算-数据文件(简称SZG文件).采用一个多心洋葱图描述了拥有电子处理器和三值光学处理器的异构系统编程平台,该平台能体现SZG文件的重要作用.介绍了SZG文件的起源、发展、SZG文件的格式和生成方法,以及对程序语言的必要扩充.最后通过一个具体示例,介绍使用SZG文件的过程,并在三值光学计算机软件模拟系统中对该示例进行了测试.测试结果表明,所编制的应用程序运行正常,计算结果正确.这种编程技术对建立包含多种类处理器之异构系统的编程环境有很好的借鉴作用.
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    基于扰动观测器的压缩式制冷系统改进Smith预估解耦控制
    李冬辉,高峰
    2019,53 (5):  593-599.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.012
    摘要 ( 689 )   PDF(942KB) ( 201 )  
    为解决压缩式制冷系统运行时存在的时滞、耦合及外部干扰等问题,提出一种基于扰动观测器(DOB)的改进Smith预估解耦控制方案.首先,在常规Smith预估控制结构中引入DOB对系统总体扰动进行观测;然后,利用一阶Pade近似将系统模型中的时滞环节做线性化处理,进而通过串联对角矩阵的方式实现系统解耦;最后,根据ITAE(Integral of Time-weighted Absolute Error)最小评价准则完成控制器参数整定,并分析了系统鲁棒稳定性.仿真结果表明:该方法较好地实现压缩式制冷系统解耦的同时,使系统获得了更强的鲁棒性及抗扰性,并且约有 0.6% 的节能效果.
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    考虑资源空窗期的资源投入问题的建模与优化
    陆志强,石婷
    2019,53 (5):  600-609.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.013
    摘要 ( 742 )   PDF(1321KB) ( 120 )  
    针对飞机装配过程中部分关键资源存在不可用期的特征,研究基于资源空窗期的资源投入问题,建立以最小化资源使用成本为目标的作业调度数学模型.通过分析空窗期对作业开始时间决策区间的影响,设计以作业位置编码的遗传算法,充分利用迭代过程中得到的作业不同开始时间对应不同目标值的信息,提出基于概率分布的作业开始时间选择方法来改进变异操作,并通过部分作业执行顺序的分支枚举对所得结果进行局部优化.数据实验表明,对于小规模问题可获得近似精确解,而对于大规模问题比较现有的算法,其在算法求解精度上可提升3%.
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    基于改进反馈判决的自动识别系统信号解调算法
    唐然,赵迎新,吴虹
    2019,53 (5):  610-615.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.014
    摘要 ( 661 )   PDF(1001KB) ( 205 )  
    针对卫星接收机接收的船载自动识别系统(AIS)信号信噪比低、星载设备要求复杂度低的特点,以及高斯滤波最小频移键控(GMSK)调制过程中高斯成型滤波产生码间干扰(ISI)和非相干解调对噪声敏感的问题,提出了一种改进的反馈判决方法.该方法通过减小后检测滤波器的带宽,来充分抑制鉴频噪声,并根据后检测滤波器的带宽来调整反馈判决电平,以补偿ISI和后检测滤波器对鉴频信号造成的失真;另外,还设计了一种根据AIS帧头的位同步序列和起始标志,来计算实际系统中的反馈电平的方法.仿真结果表明,提出的方法可以在信噪比为 4.5dB时,使误码率降至10-5,而未增加系统复杂度.该方法简单有效,也可以应用于卫星AIS接收机以及其他深空通信系统中.
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    铝钢电阻单元焊接头力学性能模拟
    何冠中,楼铭,马运五,李永兵
    2019,53 (5):  616-623.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.015
    摘要 ( 698 )   PDF(15942KB) ( 231 )  
    电阻单元焊接头综合了熔化焊和机械连接的效果,其力学性能由2种连接方式共同决定,而三维有限元模型是研究铝钢电阻单元焊接头力学性能的有效手段.通过金相试验接头宏观形貌,结合硬度实验和经验公式确定接头各区域材料的力学性能,以此作为模型输入.通过该模型,对试验过程中接头断面的几何形貌演化规律以及应力分布特征进行了分析,并结合试验结果研究了接头的失效模式,为揭示接头失效机理提供了借鉴.
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    基于光滑粒子流体动力学方法与TANH本构方程的钛合金切屑形态预测
    牛伟龙,莫蓉,孙惠斌,韩周鹏
    2019,53 (5):  624-632.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.016
    摘要 ( 713 )   PDF(3541KB) ( 120 )  
    引入TANH本构方程,建立了钛合金切削过程的光滑粒子流体动力学(SPH)方法的切削模型.新模型解决了基于有限元方法(FEM)的传统切削模型经常出现的网格畸变问题,另外利用控制变量法标定出TANH本构方程的修正系数.相较于传统的Johnson-Cook本构模型,该模型将材料的应变软化现象考虑在内,更加准确描述出钛合金在大应变和动态再结晶情况下材料的动态力学性能.同时,新模型很好解释了钛合金切削过程中锯齿形切屑的形成过程与形成机理.实验结果与模拟结果对比显示,基于SPH方法与TANH本构方程的切屑模型可以准确可靠地预测钛合金切屑形态与切削力.
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    液滴在类刀-工-屑狭缝中的动态润湿特性
    许明, 余昕, 倪敬
    2019,53 (5):  633-638.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.05.017
    摘要 ( 720 )   PDF(3317KB) ( 214 )  
    针对切削过程中切削液液滴在刀具-工件-切屑构成的狭缝中的润湿铺展行为不易观测及分析的问题,采用透明石英砖和带沟槽的不锈钢板构成类刀-工-屑微狭缝,利用具有显微功能的高速摄像机拍摄微狭缝中液滴的润湿动态过程.基于图像处理技术,提取实验拍摄的视频帧中数据.描述微狭缝中的液滴二维扩散过程,采用Logistic模型加以拟合,结合模型中参数,定性衡量了不同高度狭缝中渗水速度的相对大小.研究发现,水滴在深度200μm以下的狭缝中铺展时,渗入狭缝的流量随狭缝深度减小而减小,这说明尽管随着尺度缩小,毛细压力增加,但是渗入狭缝还是越来越困难,并通过多次重复性实验验证了这一结论.
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