为了系统梳理碳纳米管增强复合材料细观尺度的力学性能研究方法,综述了细观尺度分析方法(Mori-Tanaka方法、胞元模型法和均匀化方法)和有限元模拟法(渐进展开均匀化、Voronoi单元有限元法和细胞力学有限元法),并重点阐述了代表性体积元(representative volume element,RVE)的随机顺序吸附(random sequential adsorption,RSA)与随机序列展开(random sequential expansion,RSE)算法及其改良。结果表明,细观尺度有限元法能有效获取材料的应力-应变场,揭示其宏细观性能关联;引入碳纳米管可显著提升环氧树脂及碳纤维复合材料的界面强度和层间性能,为复合材料的性能优化与工程应用提供了重要的理论依据。
为探究GH4151合金超声喷丸强化表层状态,分析其强化机理,通过超声喷丸表征试验和数值模拟分析,分别探究了0.15 A与0.25 A喷丸强度下,弹丸直径对GH4151合金的表面形貌、微观组织、显微硬度分布状态的影响。粗糙度模拟值与试验数据最终评估值的差异小于10%,证实了仿真预测的可靠性。在0.15 A喷丸强度下,与1.5 mm弹丸相比,采用2.5 mm弹丸,粗糙度Ra降低约10.9%,粗糙度Rz降低约10.4%。结果表明,采用较高的喷丸强度,可以提升对波峰波谷的削弱作用,增加弹丸直径可以提高表面宏观形貌一致性。超声喷丸处理后,塑性变形层明显,表层沿深度方向硬度值离散程度降低,表面显微硬度及层深显著增加,硬化层的一致性提高。
为了使某型四座电动飞机驾驶舱除雾系统满足适航要求,依据CCAR23.773(b)条款,给出了驾驶舱除雾系统的初始设计方案。根据条款的符合性验证思路,设计了除雾地面试验方法和试验步骤。通过开展除雾系统的符合性验证工作,依据试验结果对除雾系统的初始方案进行改进,并对除雾系统的试验方案进行优化,最终得到满足适航要求的验证结果,完成了适航验证工作。该驾驶舱除雾系统和验证过程不仅为后续其他型号的设计和适航提供了参考,还为从事相关工作的设计人员和适航审查人员提供借鉴。
针对海洋大气环境下航空发动机压气机的盐雾沉积问题,采用数值模拟方法系统研究了盐雾粒子运动沉积规律及热清洗效果。通过离散相模型(discrete phase model,DPM)分析了不同粒径盐雾的沉积特性,并利用VOF-to-DPM耦合模型与欧拉壁膜模型模拟了清洗液雾化、撞击及成膜过程。研究发现,盐雾沉积主要集中于叶盆、叶根区域,总覆盖率最高达31.38%;热清洗后叶片表面总清洗覆盖率为32.32%,其中大叶片叶盆区域覆盖率最高,达63.18%,而叶背及叶根区域清洗效果较差。试验验证表明,仿真中清洗液滴覆盖位置在试验中均被清洗,证明了所建立的热清洗方法的有效性,研究结果为优化在线清洗方案提供了理论依据。
为解决发动机高压转子停车后抱轴的问题,采用基于Isograph的故障树分析方法,对发动机高压转子抱轴原因进行排查。通过分析实物复测结果和典型封严间隙部位的变形协调计算,得到抱轴问题的原因,制定相应解决措施并经试车验证有效,进一步提高了整机试车效率。可为其他抱轴问题提供解决思路和方法,在设计初期采取针对性预防措施,从工程应用角度完善变形协调理论。
为了完善涡扇发动机空中风车起动控制规律,提高风车起动性能和可靠性,以某型采用油气比控制方式进行风车起动的航空涡扇发动机为研究对象,根据高空台风车起动试验结果,分析环境温度、冷热起动、飞行高度和飞行速度对风车起动性能的影响。结果表明,飞行速度降低对起动时间增加的影响最为显著,使起动时间增加89%;飞行高度的增加影响次之,使起动时间增加21%;冷天及冷起动的影响相对较小。根据试验结果设计与大气压力、马赫数和温度相关的起动油气比修正系数,当高度增加、飞行速度降低、环境温度降低和冷起动时,增加风车起动油气比,以缩短起动时间。
针对填充结构拓扑优化问题,对比研究了连续与离散变量设计方法的性能差异。基于局部体积约束,构建了基于最优准则的固体各向同性材料惩罚模型(solid isotropic material with penalization,SIMP)连续变量优化模型和基于正则松弛算法的序列近似整数规划(sequential approximate integer programming,SAIP)离散变量优化模型。首先,通过理论推导介绍了两类方法应用于填充结构拓扑优化的基本列式。然后,利用数值算例从优化结果的性能、结构拓扑设计的清晰程度和计算效率三方面开展对比研究。最后,通过引入相同初始化策略、移动限制策略与收敛准则,消除算法外因干扰。结果表明,基于SIMP法的优化耗时约为基于SAIP法的50%,但其生成的拓扑设计结构边界存在灰度区域;SAIP法能够获得边界清晰、结构形态更优的拓扑设计,其优化结果目标函数值降低了4.2%。研究结果为填充结构拓扑设计优化提供了理论参考和依据。
针对无人车在视觉退化环境中视觉同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)重定位失效的问题,提出一种轮式里程计(wheel odometry,WO)辅助视觉里程计(visual odometry,VO)的自适应协同重定位算法。该算法构建了基于误差状态卡尔曼滤波(error-state Kalman filter,ES-KF)的WO/VO融合模型,提升无人车路径规划的定位精度。针对无人车运行中存在视觉特征点不足导致的难以重定位的问题,提出了一种WO/VO自适应协同重定位算法,通过设计WO/VO系统与WO的切换机制,提升无人车的定位连续性和路径规划的可靠性。利用搭建的无人车平台,在不同情况下对算法进行实验验证与对比。研究结果表明,基于ES-KF的WO/VO融合方法提升了无人车定位性能,绝对轨迹误差(absolute trajectory error,ATE)较单一VO和单一WO分别降低了39.1%和59.2%,路径重合度分别提高了9.2%和11.5%;并在视觉退化场景下实现了WO辅助的自适应协同重定位。ES-KF相较扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)与无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)在轨迹精度与位姿估计稳定性方面均表现更优,显著增强了路径融合效果与系统鲁棒性。
针对传统位置控制忽略人机交互的问题,以新型全方位移动式下肢康复机器人为对象,提出一种基于模糊导纳控制的自适应交互控制策略。首先,介绍机器人结构,其主要由下肢外骨骼和全方位移动平台组成。然后,建立下肢外骨骼运动学模型、全方位移动平台动力学模型及外骨骼与移动平台间的运动协调模型,用于后续控制。接着设计滑模控制器,与外骨骼运动学和运动协调模型相结合实现机器人轨迹跟踪,并设计模糊导纳控制器来根据人机交互调整步态速度。最后,以健康受试者为对象进行轨迹跟踪实验和交互实验。结果表明,交互控制策略具有良好的轨迹跟踪性能,并能根据受试者的运动意图自适应地调整步态速度。
为有效评价不同航空涂料的防火性能,从而为航空涂料的选型提供依据,以650低分子聚酰胺固化环氧树脂涂料、2-酚基丙烷环氧树脂涂料、2-乙基-4-甲基咪唑固化环氧树脂涂料、双马来酰亚胺树脂涂料等4类航空用高性能涂料为分析对象,通过实验获取其热稳定性、燃烧特性和烟毒特性3个方面的14个参数指标。利用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)建立航空涂料防火性能评价的综合指标体系,并基于可变模糊优选理论,对4种航空涂料的防火性能优劣进行评价。研究结果表明,针对所研究的4类涂料而言,其防火性能优劣的顺序为双马来酰亚胺树脂涂料、650低分子聚酰胺固化环氧树脂涂料、2-乙基-4-甲基咪唑固化环氧树脂涂料、2-酚基丙烷环氧树脂涂料。
为解决传统单一配送工具资源利用率低、成本高及碳排放量大的问题,提出双层无人机-电动车联合配送路径规划问题(2E-VRPD),充分考虑了车辆及无人机在不同配送阶段的能源消耗和碳排放等因素,建立以固定成本、能耗成本、碳排放成本之和最小为目标,以客户时间窗、车机容量和车机电池容量等为约束的混合整数线性规划模型。基于此模型,设计了混合遗传算法,根据贪婪法则生成初始种群,将大规模邻域搜索中的破坏和修复思想与遗传算法结合进行求解。实验结果表明,该混合算法能够有效解决2E-VRPD问题,能优化配送路径,提升车机协同配送效率,降低配送成本。
本研究旨在揭示微观层面数字化转型影响企业新质生产力的作用机制。采用2012—2022年A股上市制造业企业数据,从内部控制与外部监督的视角实证讨论了数字化转型影响新质生产力的微观机制。研究发现,总体上企业数字化转型有利于促进新质生产力的发展;内部控制与外部监督正向调节数字化转型推动新质生产力发展的过程;企业科技程度越高,内部控制与外部监督的调节作用越强;大规模企业外部监督的调节性强于内部控制,而中小企业两者调节作用均不显著;行业竞争越激烈,内部控制的调节作用越强,且外部监督仅在高竞争度行业发挥作用。对于深刻理解数字化转型在微观企业层面促进新质生产力发展的内在逻辑具有重要意义,为企业制定合理发展策略提供了依据。