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当期目录

    2019年, 第53卷, 第9期 刊出日期:2019-09-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    环氧基形状记忆聚合物超弹-黏弹性本构及大应变率相关性
    樊鹏玄,陈务军,胡建辉,赵兵,房光强,曹争利,彭福军
    2019,53 (9):  1017-1022.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.001
    摘要 ( 725 )   PDF(773KB) ( 217 )  
    为探讨环氧基形状记忆聚合物(ESMP)在大应变状态下由材料超弹-黏弹性引起的应力软化-刚化效应及率相关特性,针对玻璃化转变温度(Tg)附近ESMP在发生大变形时表现出的应力软化和刚化效应进行力学本构方程及其试验研究.利用2阶多项式的超弹性本构方程替换广义Maxwell模型中的线弹性胡克定律以考虑大应变条件下材料的刚化效应,构造出超弹-黏弹性本构方程,并在真应变速率恒定的条件下推导出具有解析表达式、便于工程应用的材料参数测定公式;采用分段线性位移曲线逼近指数变化位移曲线,在温度高于Tg点的橡胶态及低于Tg点7℃的状态下,分组进行不同应变率的ESMP单轴拉伸试验;利用试验数据拟合得到推导本构方程的材料参数,并对其相应的拉伸试验进行数值模拟,试验结果与模拟结果较为吻合.结果表明:ESMP具备明显的率相关特性;随着应变速率的增大,ESMP的软化效应及刚化效应有所增强;应变速率大的切线模量总是大于应变速率小的切线模量.
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    固定于水面的多个半圆形结构物的水波Bragg反射
    丁伟伟,邹早建,吴静萍
    2019,53 (9):  1023-1029.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.002
    摘要 ( 833 )   PDF(884KB) ( 172 )  
    基于线性波浪理论,应用边界元法(BEM)研究固定于静水面的多个半圆形结构物的水波Bragg反射现象.计算固定于海底的多个半圆形结构物的反射系数,并将计算结果与文献中的理论解进行比较,以验证BEM的正确性.计算并对比水面单个半圆形结构和多个半圆形结构的反射系数,以证明基于Bragg反射原理的多个结构物衰减波浪的有效性.进而分析多个半圆形结构物的个数、半径、间距等参数对Bragg反射特性的影响,研究结果可为基于Bragg反射原理的防波堤设计提供参考依据.
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    压缩性对涡环物理特征及其传播速度的影响规律
    林海燕,向阳,张斌,刘洪
    2019,53 (9):  1030-1039.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.003
    摘要 ( 843 )   PDF(8332KB) ( 145 )  
    在3维可压缩流场中,涡环是最基本的涡结构.为了揭示压缩性对涡环物理特征的影响规律,基于有限体积法求解3维可压缩Navier-Stokes方程,研究激波管产生的轴对称可压缩涡环.可压缩涡环的可压缩性由局部马赫数与涡马赫数定量表征;可压缩涡环的形态特征分为3类,分别为亚声速特征、跨声速特征及超声速特征.在可压缩性的作用下,涡环的结构参数受到一定的影响:涡核内涡量的分布愈加偏离高斯分布,表现为涡量集中区域范围愈加狭窄;涡环半径随着可压缩性的增加逐渐增加;涡核半径先增加,在可压缩性更强且存在嵌入激波的情况下又略微有所减小;涡环的传播速度与可压缩性成正比,由涡马赫数计算得到的理论传播速度与计算结果基本一致,表明了传播速度理论公式同时适用于这3种特征的可压缩涡环.
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    基于引导线偏移的建筑网格生成方法
    王奇胜,高博青,吴慧
    2019,53 (9):  1040-1044.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.004
    摘要 ( 695 )   PDF(4545KB) ( 141 )  
    为了生成规整、流畅的建筑网格,提出了直接在曲面上偏移引导线生成自由曲面网格的方法,即空间引导线法.在给定的曲面上,绘制光滑的曲线作为引导线;在延伸的曲面上偏移引导线上的所有基准点并拟合成曲线,即引导线的偏移线;以刚生成的偏移线为引导线,迭代地推进生成新的偏移线,得到一组按特定间距布置的偏移线;以偏移线为网格线进行分段、连线、裁剪等操作生成网格.进而,通过调整引导线的形态,调控网格走向;通过设置各基准点的偏移距离,控制网格大小;通过合并过近的偏移点,优化网格形态.算例表明:该方法生成的网格形状规整、线条流畅、走向可控,能更好地满足建筑需求.
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    人工肛门括约肌无线供能系统设计与优化
    吴昌建,姜志华,颜国正,周泽润,王志武,赵凯,韩玎,姜萍萍
    2019,53 (9):  1045-1050.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.005
    摘要 ( 841 )   PDF(3806KB) ( 161 )  
    基于电磁耦合原理,针对人造肛门括约肌系统,设计了一套无线供能系统.该系统主要包括无线能量发射端、接收端、整流模块、稳压模块和充电模块.研究了发射端的发射频率(40~120kHz)对传输功率的影响,进而优化了稳压模块,并比较了锂电池充电效果.结果表明:在一定发射频率范围内,无线供能传输效率随着发射频率的增大而升高;发射频率为120kHz时,传输效率可以达到 57.47%,接收功率为 1.12W;锂电池能快速充电,为人造肛门括约肌系统提供稳定能量保障.
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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
    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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    基于等压差充电时间的锂离子电池寿命预测
    刘健,陈自强,黄德扬,郑昌文,周诗尧,姜余
    2019,53 (9):  1058-1065.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.007
    摘要 ( 981 )   PDF(1446KB) ( 257 )  
    针对锂离子电池寿命在线预测时直接测量困难及容量再生的现象,提出一种基于等压差充电时间和改进高斯过程回归模型的电池寿命预测方法.建立了具备不确定性表达能力的高斯过程回归模型,并采用组合核函数与粒子群算法进行了模型优化.在恒流充电过程中提取等压差充电时间参数,将其作为健康因子建立了广义线性回归模型,通过预测等压差充电时间进行电池容量估计与寿命预测,根据电池充放电循环数据进行实验验证.结果表明:基于等压差充电时间的高斯过程回归模型预测方法可以预测容量非线性退化轨迹,具备较高的锂离子电池寿命预测精度及在线预测能力.
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    双柱悬索拉线塔的精细化模拟及模型分析
    聂小春,晏致涛,施菁华,游溢
    2019,53 (9):  1066-1073.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.008
    摘要 ( 733 )   PDF(5395KB) ( 217 )  
    基于有限元软件ANSYS,建立了双柱悬索拉线塔的壳单元精细化有限元模型和常规梁单元模型,在试验工况下模拟拉线塔主、斜材杆件应变随荷载加载等级的变化,并将两种模型的模拟结果与试验结果对比,同时也比较了两种有限元模型对结构整体响应的影响.结果表明:壳单元模型对拉线塔主、斜材应变的模拟结果均与试验结果吻合较好,梁单元模型对主材应变的模拟结果与试验结果吻合较好,对斜材应变的模拟结果与试验结果误差较大;上述两种有限元模型对双柱悬索拉线塔的宏观响应指标的影响较小,对杆件内力的影响较大.
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    基于形态反演的小尺度磁性目标三维重建方法
    尹刚,张林
    2019,53 (9):  1074-1083.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.009
    摘要 ( 733 )   PDF(3451KB) ( 153 )  
    本文以小尺度磁性目标的三维重建方法为研究对象,首先利用磁梯度张量数据估计磁性目标的近似水平边界、垂向边界和磁化方向,在此基础上确定待反演空间的范围、网格化反演空间、选定磁性目标初始反演模型和待增长模块集;然后基于模块选择函数在待增长模块集中选择最优的增长模块,迭代更新磁性目标的反演模型和待增长模块集,直至达到迭代目标函数的终止阈值;最终得到的反演模型即为小尺度磁性目标的三维重建结果.模拟结果表明:小尺度磁性目标的三维重建结果与真实目标具有较高的相似性,可用于磁性目标的识别应用.
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    近水面低速工况下的潜航器深度复合控制
    庄鹏,冯正平,毕安元,郑天海,潘万钧,赵硕
    2019,53 (9):  1084-1090.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.010
    摘要 ( 726 )   PDF(1122KB) ( 157 )  
    由于低速航行时舵效较低,潜航器水平控制面产生的升力不足以抵消其在近水面时所受的波吸力扰动,所以引入压载水机构改进深度控制系统的性能,从而使其具有过驱动特征.本文提出了适用于这种过驱动控制系统的复合控制策略,其中前馈控制器输入为由扰动观测器估计的不平衡力,输出为压载水质量;反馈控制器输入为深度偏差,输出为水平舵偏转角.水下压载试验结果表明,扰动观测器可以精确地估计潜航器所受的不平衡力.水池自航试验结果表明,基于复合控制策略的潜航器深度控制系统具有较好的控制性能.
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    基于支持向量机的雷达电子支援措施系统点迹-航迹关联算法
    王江卓,徐文聪,李建勋,贺丰收,曹兰英,缪礼锋
    2019,53 (9):  1091-1099.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.011
    摘要 ( 846 )   PDF(1436KB) ( 191 )  
    概率数据关联是多源信息融合算法中的关键问题,本文主要对基于雷达和电子支援措施(ESM)双传感器融合的数据关联问题展开研究.由于雷达和ESM传感器方位角数据分布近似相同,可以通过对ESM数据的分析得到判别函数,使用相应的判决规则对点迹和航迹进行关联,这本质上可以看作是一个模式识别问题.本文考虑到支持向量机(SVM)模型在模式分类中的良好表现,建立了基于SVM的雷达ESM系统的点迹-航迹关联模型,使用ESM传感器航迹数据训练SVM模型,对雷达点迹数据进行分类,获得关联结果.最终模拟结果表明:与经典的多假设跟踪算法相比,所提出的算法可有效提高关联准确率.
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    基于多重节点的结构动力学显式异步长并行计算方法
    马志强,楼云锋,李俊杰,金先龙
    2019,53 (9):  1100-1106.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.012
    摘要 ( 745 )   PDF(1034KB) ( 179 )  
    局部精细化网格会导致结构有限元动力学分析的计算时间大幅增加.为了提高计算效率,结合域分解法与子循环方法,提出一种基于多重节点的结构动力学显式异步长并行计算方法.该方法采用节点分割将模型划分为若干子分区,子分区采用显式Newmark时间积分格式并根据分区单元特性选用时间步长;相邻分区通过多重节点构成耦合区域,小步长分区子循环过程中不涉及边界数据的插值过程.“天河二号”超算平台上的算列表明:采用显式异步长并行方法计算结构动力学问题,在提高计算效率的同时可以保持较高的计算精度.
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    考虑动态性能退化的生产系统预防维护和缓存配置策略
    郭闻雨,张秀芳,修玉皎,夏唐斌,潘尔顺
    2019,53 (9):  1107-1114.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.013
    摘要 ( 581 )   PDF(1018KB) ( 135 )  
    以带缓存双机系统为研究对象,结合随机波动的加工能力指标与可靠度,动态描述设备的综合性能退化程度,并进一步研究了维护规划与缓存配置的联合优化方法.针对带缓存双机系统的生产形式和运行特征,分阶段进行缓存动态建模,基于全局构建了系统的缓存和缺货成本模型,以总平均运行成本最低为目标,对系统的预防维护和缓存配置进行联合决策.通过案例分析获得最佳维护策略,论证了合理配置缓存对降低长期成本具有显著作用.
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    冲裁工艺对无取向电工钢叠片磁性能的影响
    王心可,汪喆,崔荣高,李淑慧
    2019,53 (9):  1115-1121.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.014
    摘要 ( 786 )   PDF(5730KB) ( 191 )  
    为研究冲裁工艺对电动机定子铁芯的磁性能影响,采用不同的冲头和冲裁间隙,对无取向电工钢圆片进行冲裁加工,研究在不同冲裁工艺参数下所冲出的电工钢圆环叠片磁性能优劣.通过纳米压痕测试表征了无取向电工钢冲裁边缘的残余应力分布,研究了无取向电工钢磁性能劣化与残余应力分布的关系.结果表明:对比3种不同冲头加工,平冲头冲裁后无取向电工钢叠片磁性能劣化程度最小,凹冲头次之,斜冲头最严重.当冲裁间隙为板厚的5%~20%时,随着冲裁间隙不断增大,无取向电工钢叠片磁性能劣化程度先减小后增大,存在最佳间隙.无取向电工钢叠片的磁性能劣化程度主要与冲裁边缘的残余应力峰值有关,残余应力峰值越大,无取向电工钢叠片磁性能劣化越严重.本研究可为工业无取向电工钢冲裁加工提供参数优化指导.
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    不同搭接顺序下三层板电阻点焊接头力学性能
    朱强,秦飞,王武荣,韦习成
    2019,53 (9):  1122-1129.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.015
    摘要 ( 955 )   PDF(7354KB) ( 103 )  
    汽车侧撞区前围横梁及A柱斜支撑通常为热冲压成形零件,前围板则采用成形性极好的深冲软钢薄板冲压而成,此区域形成了典型的差强差厚三层板电阻点焊接头.前期研究中表明强强、强弱界面承载差异极大造成焊点整体承载能力严重下降,本文则侧重研究不同搭接顺序对焊点整体力学性能的影响.以B1500HS-1.4mm、B1500HS-1.6mm两种热成形钢和DC06-0.8mm软钢3种差强差厚材料为研究对象,对比强强弱和强弱强两种不同搭接顺序的电阻点焊接头不同界面下的接头力学性能,并对两种电阻点焊接头熔核形成过程、熔核区显微组织、界面熔核尺寸以及显微硬度进行了对比研究与分析.结果表明:不同搭接顺序下的点焊接头具有不同的接头抗剪峰值载荷和断裂能量,点焊接头熔核过程显微组织形成过程揭示了强弱强搭接顺序下的点焊接头承载能力提高机理.最后,给出A柱侧撞区域强弱强搭接的合理设计,从而提高车身整体耐撞性能.
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    焊接能量对铝镍超声波焊接接头性能的影响
    张威,敖三三,罗震,郝志壮,陈瑶,冯梦楠,解龑
    2019,53 (9):  1130-1135.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.016
    摘要 ( 803 )   PDF(20790KB) ( 409 )  
    铝镍作为重要的电极材料,研究其连接机理和接头优化工艺具有良好的应用前景. 对1A99铝合金和N4镍合金异种金属进行超声波焊接工艺研究,重点分析焊接能量对接头力学性能、宏观形貌、原子扩散和断裂模式的影响. 结果表明:在超声波焊机的高频振动作用下,能实现铝镍异种金属的有效连接. 当焊接能量为600J时,接头的拉伸载荷可达到1121N;超声波焊接过程中,铝侧发生软化,而镍侧硬度略微提高;铝侧的压痕深度随能量的提高而增加,当能量达到700J时,接头沿厚度方向发生变形. 扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表明,在优化的焊接参数下,铝镍界面接合区域存在厚度为 5.29μm的过渡层,发生了机械嵌合现象,没有金属间化合物的形成. 本研究解决了采用传统熔焊方法导致铝镍异质金属接头脆化的问题,为促进铝镍电极材料的发展奠定理论基础.
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    22MnB5硼钢裸板热成形中的高温摩擦
    高凯翔,王武荣,韦习成,孟华
    2019,53 (9):  1136-1142.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.09.017
    摘要 ( 800 )   PDF(3763KB) ( 135 )  
    采用自制高温摩擦试验机模拟实际热冲压工艺条件下22MnB5裸板的高温摩擦过程,分析初始摩擦温度、滑动速度和法向载荷对其摩擦行为的影响.结果表明:转移过程中试样表面形成氧化层,摩擦时氧化层起到保护和润滑作用,初始摩擦温度对裸板摩擦系数的影响不大;在较低的摩擦速度下,试样表面的氧化物形成厚度不均匀的小堆积块,试样表面凹凸不平并且无法良好支撑摩擦界面,摩擦系数增大;法向载荷较大时,试样表面氧化物被大量剥落,金属基体暴露,摩擦系数增大.
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