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当期目录

    2019年, 第53卷, 第10期 刊出日期:2019-10-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    微型肠道机器人扩张机构与能量接收线圈的设计与实验
    蒲鹏先,颜国正,王志武,韩玎,柯全,汪炜,李达伟
    2019,53 (10):  1143-1150.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.001
    摘要 ( 834 )   PDF(3428KB) ( 284 )  
    研究并设计了一种新型扩张方式的能在肠道中运动和驻留的微型肠道机器人.该肠道机器人的扩张机构采用阿基米德螺线腿的方式进行扩张,扩张直径可达32mm,变径比达到 2.13.设计减速比为489的减速器,保证较大的输出转矩.对扩张机构的扩张臂进行力学分析,并通过实验测试了扩张机构的扩张力.进而,对能量接收线圈进行建模分析.结果表明:扩张机构扩张力的实验测试值与理论分析的整体趋势基本一致,最小扩张力为 1.5N,满足肠道扩张力的需求;优化线圈磁芯厚度、绕组层数以及绞线规格可以提高无线供能系统性能;当发射线圈驱动电流为 1.4A时,该接收线圈相应的传输功率为812mW,能量传输效率为 8.3%,能满足肠道机器人的功率要求.
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    仿生人工肛门括约肌假体的机构设计和实验验证
    鲁姗,王志武,颜国正,周泽润
    2019,53 (10):  1151-1158.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.002
    摘要 ( 1245 )   PDF(23291KB) ( 115 )  
    为模仿耻骨直肠肌牵引直肠形成肛肠角以实现控便,设计了一款基于三环式结构的仿生人工肛门括约肌假体.采用高度集成的减速器将电动机驱动由内向外输出,使用O型圈实现旋转部件的动密封;自制密封性良好的传感器来测量肠壁受力;进行力学性能测试、防水实验和动物实验以验证假体功能.结果表明:假体的总传动效率为49%~59%,输出转矩为 2.04~2.51N·m,单个行程响应时间为10s;柔性压力传感器的输出和其所受压力之间具有良好的线性度;当假体对肠道径向的闭合压力为 6.6kPa时,可在直肠腔内维持98cm高度的水柱不渗漏;假体在经历 4050 次开关运动后仍不发生渗漏;植入假体可有效避免肠吻合术,并可在动物体内进行有效控便、排便.实验结果验证了所设计的仿生人工肛门括约肌假体是一种能有效控便且整体防水性能良好的机电一体化机构.
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    面向汽车入厂物流系统的订单量协同模型及其算法
    张璇,陈峰
    2019,53 (10):  1159-1164.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.003
    摘要 ( 809 )   PDF(702KB) ( 292 )  
    针对汽车入厂物流中的订单协同问题,建立了混合整数规划模型,提出了启发式算法和分支定界法,并采用数值实验验证了模型和算法的可行性.结果表明:启发式算法和分支定界法的计算速度和结果均优于CPLEX求解数学模型;协同订单量可有效降低总成本.
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    面向时变复杂环境的救护车布置和重定位
    虎慧泽,杨之涛,陈尔真,刘冉
    2019,53 (10):  1165-1172.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.004
    摘要 ( 807 )   PDF(894KB) ( 195 )  
    院前急救对于挽救紧急危重病人的生命非常重要,科学合理地选择救护车站址可以减少救护车对紧急需求的响应时间,对于提升院前急救的质量至关重要.针对时变环境中救护车的布置和定位问题,建立面向时变系统的混合整数规划模型,并设计遗传算法求解该问题.通过数值实验验证了所提模型和算法对于院前急救管理的有效性.
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    多飞行模式垂直起降无人机过渡飞行控制策略
    刘志豪,闵荣,方成,易超,鹿存跃,马艺馨
    2019,53 (10):  1173-1181.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.005
    摘要 ( 934 )   PDF(5557KB) ( 288 )  
    垂直起降无人机飞行模式转换时的飞行控制策略对于保证无人机安全可靠地飞行至关重要.对尾座式垂直起降无人机过渡模式的飞行控制策略进行了深入研究,提出了最快模式转换定高控制策略,并利用模拟分析和实验的手段对比了该策略、经典比例-积分-微分(PID)控制策略和最快模式转换控制策略的飞行效果.最快模式转换定高策略优化了转换速度和高度变化两个飞行参数,同步了俯仰角达到巡航攻角的时间和飞行速度达到巡航速度的时间,保持了无人机在模式转换过程中竖直方向的受力平衡.模拟结果表明:最快模式转换定高控制策略比经典PID控制策略和最快模式转换控制策略的时间分别缩短了 0.98 和 0.48s,高度变化量分别减小了 2.27 和 0.91m;最快模式转换定高控制策略的飞行控制效果明显优于经典PID控制策略和最快模式转换控制策略.所提出的控制策略解决了尾座式垂直起降无人机飞行模式转换时的掉高问题,能够保证无人机在过渡模式下快速平稳地实现飞行模式转换.
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    一种复材层合板低速冲击后压缩强度估算方法
    盛鸣剑,陈普会,钱一彬
    2019,53 (10):  1182-1186.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.006
    摘要 ( 791 )   PDF(608KB) ( 189 )  
    低速冲击后压缩强度是复合材料层合板的重要性能指标.在分析CCF300/5428复合材料层合板遭受不同能量等级低速冲击后压缩强度试验数据的基础上,提出一种基于广义回归神经网络技术的低速冲击后压缩强度估算模型.该模型以冲击能量、凹痕深度以及损伤面积为输入参数,以高斯函数为隐含层激励函数,使用部分试验数据训练,寻找最优光滑因子.此外,以最优光滑因子对所提模型进行重构并采用部分试验数据对该模型进行验证.结果表明:基于广义回归神经网络的模型具有较好的试验数据泛化能力,可用于估算低速冲击后复合材料的压缩强度.
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    PAO基润滑油对柴油机颗粒排放性能的影响
    田强,高深,赵磊,王志宇,张武高
    2019,53 (10):  1187-1193.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.007
    摘要 ( 678 )   PDF(1236KB) ( 127 )  
    在增压中冷高速柴油机上,利用DMS500快速响应颗粒分析仪,比较研究了包括聚α-烯烃(PAO)基全合成润滑油在内的多种润滑油对柴油机颗粒数量排放性能的影响,在不同负荷与转速下进行考察,并重点分析了润滑油工作温度和灰分含量影响,从而概括出PAO润滑油典型工况下的颗粒排放特征.结果表明:发动机负荷增加,发动机颗粒数排放峰值降低;转速增加,颗粒数排放峰值升高.较高的工作温度有利于降低PAO润滑油的颗粒排放峰值;润滑油的灰分含量越低,颗粒排放量越少,尤其在小负荷工况下;润滑油的基础油成分对发动机颗粒排放影响显著,PAO基润滑油在高工作温度、高发动机负荷下的颗粒排放性能优异.
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    圆柱型直通表冷器数字化设计模型
    曾炜杰,谷波,李强林
    2019,53 (10):  1194-1202.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.008
    摘要 ( 752 )   PDF(1431KB) ( 166 )  
    建立了基于分排参数模型的数字化设计算法,以实现圆柱型直通表冷器的数字化设计与计算分析.模型在热力学、传热学的基础上,采用二分法进行迭代计算.利用建立的算法模型对不同制冷工况下的圆柱型直通表冷器进行设计计算,并与平面翅片管表冷器(总换热面积相等)的试验数据进行了比对分析.结果表明,对于循环风量和进出水温差一定的设计模式,标准工况下的圆柱型直通表冷器能提供更大的冷量;减小进水温度对换热影响作用不明显,而当提高进风温度,平面翅片管表冷器有更好的换热效果.计算同时得到了各排换热管的冷量分布规律,靠近进风、圆弧直径较小的换热管其换热性能更好,冷量更大.
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    电预热多孔介质燃烧器内柴油燃烧的实验研究
    刘宏升,王松祥,刘林,姜霖松,解茂昭
    2019,53 (10):  1203-1209.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.009
    摘要 ( 630 )   PDF(3586KB) ( 179 )  
    通过建立电预热式多孔介质燃烧实验系统,在不需二次点火情况下,实现了液体燃料的预蒸发自维持燃烧.在确定电预热温度场稳定性基础上,分析了柴油在多孔介质内预蒸发燃烧的火焰特征与温度场变化规律,讨论了当量比和空气流量对燃烧特性的影响.结果表明:电预热系统具有很强的稳定性,维持稳定燃烧所需的最低预热温度约为750℃;实验观察到液体预蒸发燃烧过程中出现了稳定火焰和过滤燃烧火焰两种火焰形态;稳定火焰与气体预混合燃烧火焰类似,火焰区最高温度可达 1140.2℃,过滤燃烧火焰传播速度约为1m/s;随着空气流量的增加,火焰面向下游移动且燃烧更加完全;当量比对温度分布影响较大,但其对火焰传播的影响相对较小.
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    GPS/INS延时估计与基于残差重构的延时补偿算法
    付廷强,马太原,王亚飞,殷承良
    2019,53 (10):  1210-1217.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.010
    摘要 ( 783 )   PDF(2653KB) ( 265 )  
    传感器采样延时是多传感器信息融合过程中面临的一个重要问题,全球定位系统/惯性导航系统(GPS/INS)的组合导航系统是智能汽车常用定位方式,但常面对GPS采样延时的问题, 因而会造成对INS误差状态的错误估计,影响定位定速的精度.本文针对该问题,在传统的GPS/INS松耦合组合导航模型的基础上提出一种延时估计和补偿的算法.首先建立延时估计模型,估计时间同步误差,然后构建残差传播方程,利用残差重构的方式进行延时补偿,实现基于软件的时间同步.根据试验中对速度、位置误差及均方根误差的分析,改进的滤波算法有效地降低了GPS采样延时引入的误差,提高了定位和定速的精度.
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    基于人工蜂群的硬件木马测试向量生成方法
    王晓晗,王韬,李雄伟,张阳,黄长阳
    2019,53 (10):  1218-1224.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.99.001
    摘要 ( 661 )   PDF(806KB) ( 187 )  
    针对已有测试向量生成方法对以电路惰性节点作为输入的硬件木马触发覆盖率低的问题,提出了一种基于人工蜂群的测试向量生成方法.首先分析了用于触发惰性节点组合的测试向量的分布规律,并构建数学模型对其进行描述;然后利用人工蜂群算法生成测试向量,结合其分布规律对局部区域进行高效搜索以发现能触发更多惰性节点组合的测试向量,同时对全局进行快速搜索,有效避免了“早期收敛”问题.实验结果表明:使用本文方法生成的测试向量测试电路,对电路中惰性节点组合的平均触发覆盖率达到95.86%,与已有方法相比提高了22.43%,具有更好的硬件木马激活效果.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于损伤累积模型的可靠度保守估计方法
    丁然,李强
    2019,53 (10):  1225-1229.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.012
    摘要 ( 621 )   PDF(559KB) ( 174 )  
    提出一种通过代数和计算可靠度保守估计的方法,导出了损伤服从不同分布时可靠度保守估计的条件.结合应用实例,对比本文计算结果和 Monte-Carlo 模拟结果,验证了本文所提方法的可行性与合理性.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    独立不同分布不确定变量中心极限定理证明及其应用
    孟祥飞,王瑛,李超,亓尧,孙贇
    2019,53 (10):  1230-1237.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.013
    摘要 ( 1747 )   PDF(651KB) ( 292 )  
    针对不确定变量分布函数的问题,提出了两个不确定中心极限定理.定义了不确定变量的特征函数并基于期望计算法则提出了特征函数的计算方法.分析了不确定变量特征函数的性质.将随机理论中的正态分布引入到不确定理论中,证实了该分布在形式上为一种正则不确定分布.通过新型坦克射击测试的案例验证了所提定理的可行性和有效性.
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    二维开缝圆柱环流动力特性
    朱睿,李尚,陈子煜,刘锦生,鲍锋,刘志荣
    2019,53 (10):  1238-1248.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.99.002
    摘要 ( 695 )   PDF(13276KB) ( 112 )  
    使用粒子图像测速(PIV)技术对各二维开缝圆柱环流流场的动力特性进行定性及定量研究,揭示雷诺数(Re)、开缝位置角、开缝倾角及相对缝宽(s/d,s为缝隙宽度,d为圆柱直径)对环流动力特性的影响规律.获取瞬态流场、时均流场以及斯特劳哈尔数(Sr)等关键流场信息,研究开缝圆柱环流流场的结构及演变规律.结果表明:脱落涡与圆柱表面环流的此消彼长,引起120° 以及180° 开缝圆柱的吹吸效应,显著提前圆柱尾流脱落涡的耦合时间;240° 开缝圆柱的缝隙位置接近圆柱后缘,流体未达到缝隙位置时已经发生流动分离,不会形成有效吹吸效应;120° 以及180° 开缝圆柱的尾流脱落涡运动轨迹振幅较大,其流阻系数大于基准圆柱以及240° 开缝圆柱的尾流流阻系数;狭缝角α为180° ,相对缝宽为0.15开缝圆柱的尾流Sr在0.218~0.225范围内波动最小,具备最优的线性稳定性.
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    基于Hermite组合核EMD-WT-LSSVM的非平稳非高斯风压预测
    李春祥,裴杨从琪,殷潇
    2019,53 (10):  1249-1258.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.015
    摘要 ( 731 )   PDF(4819KB) ( 202 )  
    运用经验模态分解(EMD)将某大跨度膜结构测点非平稳风压分解为一系列相对平稳的固有模态函数和一个剩余分量.为消除实测风压中噪声对固有模态函数的影响,使用小波变换对每个固有模态函数进行去噪,将去噪后的固有模态函数及剩余分量作为样本输入.分别将径向基核函数、Hermite核函数及Hermite组合核与最小二乘支持向量机结合(LSSVM),运用粒子群算法(PSO)对3种算法的正则化参数及核参数进行智能寻优,建立基于径向基核函数、Hermite核函数及Hermite组合核的PSO-LSSVM风压预测算法,并基于超高层建筑实测风压验证了组合模型的鲁棒性.单点预测结果表明,基于Hermite组合核的PSO-LSSVM的预测算法较其余两种算法具有更高预测精度及泛化能力;空间点预测结果进一步证明了该方法对于非平稳非高斯风压预测的有效性.
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    异形盾构管片原型试验混凝土裂缝宽度预测与可视化
    朱叶艇,朱雁飞,张子新,庄欠伟,郑宜枫
    2019,53 (10):  1259-1268.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.016
    摘要 ( 652 )   PDF(19658KB) ( 78 )  
    预测和可视化监测异形盾构管片混凝土裂缝宽度和开展规律对站立式原型异形盾构管片加载系统的研发以及后续的异形盾构管片优化设计至关重要.通过梁荷载试验完善了体积率为2%的CF50钢锭铣削型钢纤维混凝土最大裂缝宽度理论公式,同时创新性地在原型管片结构试验领域引入非接触式应变光学测量系统,对管片拱顶内弧面关键区域进行裂缝实时监测.研究结果表明,基于三维数字图像技术(DIC-3D)可定义管片裂缝出现时机判定和裂缝宽度计算方法.管片裂缝宽度经历了初始、稳定和加速等三阶段发展过程,最终确定出异形盾构衬砌结构极限覆土深度为18.5m.梁荷载试验所获最大裂缝宽度理论公式中的相关设计参数是有效的,未来可结合壳-弹簧模型计算管片内力结果进行异形盾构管片裂缝宽度的科学预测.
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