摘要：船舶与海洋工程结构中由于材料本身缺陷或服役过程中产生的细小裂纹,使结构不可避免地产生裂纹损伤,造成应力集中而破坏。为了研究含裂纹缺陷低合金钢构件的裂纹扩展行为,以应用广泛的Q345钢为研究对象,基于近场动力学(Peridynamics,PD)理论提出一种改进的双参数PD方法。首先考虑PD力的非局部长程力特性,推导对应的键刚度系数;其次,根据含裂纹缺陷Q345钢拉伸破坏的线性和非线性的力学行为,构建双参数PD本构力函数的基本形式。通过研究不同双裂纹间距、长度和角度的Q345钢裂纹扩展行为,与试验结果对比验证本文改进的双参数PD方法的准确性,并且给出交变荷载情形下疲劳裂纹扩展的计算方法。结果可为船舶钢构件的优化设计和断裂预防提供参考。

摘要：智能网联汽车的快速发展为道路基础设施服役性能的监测提供了更加便捷、高效的全新解决方案。为发挥智能网联车辆优势,提高车载响应类路面平整度检测的便捷性和准确性,首先提出了一种基于车辆振动响应信号的路面纵断面高程反演及平整度估计方法,该方法通过对车辆垂向动力学的合理建模及模型参数辨识,以车身振动响应信号作为测量值,借助增广卡尔曼滤波算法,对路面断面高程进行反演估计,进而求解国际平整度指数。随后,采用高斯过程模型对多车估计结果进行拟合以实现多车结果的融合解析。考虑到智能网联汽车可实现车车互联通信的优势,进一步将前车融合结果纳入当前车辆估计算法,并将其作为伪测量量,实现多车协同估计以提高当前车辆估计结果的准确性。借助数值仿真及实测数据对前述方法进行验证,实测结果表明:所提出的单车估计方法所得国际平整度指数的估计值与实测值相关性可达87%,均方根误差约为0.26 m·km-1;多部车辆的重复性测试验证了该方法的准确性和可重复性;多车结果融合及协同估计策略不仅可降低单车估计结果的误差,且可在一定程度上提高单车估计算法的稳定性。在算法验证基础上,设计了一套可实现路面平整度在线评估的原型系统,并提出了智能网联环境下路面平整度评估框架,进而对该系统及框架进行了离线验证。基于该框架,不仅可实现路面平整度的单车在线估计,还可对多车感知结果进行融合,并将平台端融合结果用于终端计算中,实现云-端协同估计,从而提高终端反演的准确性和鲁棒性。

摘要：基于高掺氘DKDP晶体的光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术是实现百拍瓦(100 PW)超强超短激光脉冲放大的主要技术路线之一。基于SEL-100 PW激光装置OPCPA高能主放大系统的设计,研究了高能量泵浦光的空间近场分布和相位分布对高能量、超宽带OPCPA过程中信号光空间相位演变特性的影响。仿真计算结果表明:在非共线OPCPA过程中,信号光空间相位分布的变化主要由泵浦光空间强度分布和相位分布引起;在严格的相位匹配条件下,泵浦光光强呈6阶超高斯分布,当低阶相位畸变为1λ时,放大信号光的空间相位畸变为10^(-2)~10^(-4)rad,该值可以忽略,而且信号光相位空间分布与泵浦光相位空间分布梯度线性相关;在相位失配条件下,泵浦光光强将严重影响信号光的空间相位分布。本研究结果为基于高能、超宽带OPCPA技术路线的100 PW激光放大和波前优化提供了理论支持。

摘要：质子交换膜燃料电池可以通过扩大电堆的活性区域反应面积来获得更高的功率,但电堆反应面积扩大后,容易导致膜电极应力分布的不均匀性增加,从而引起燃料电池电化学性能的下降.为此,本研究设计了4种不同结构尺寸的燃料电池电堆,结合等效刚度模型法和有限元软件,分析了扩大反应面积的电堆结构对膜电极应力分布均匀性的影响,并进一步优化电堆内钢带的安装位置,以提升电堆内部接触压力分布均匀性.研究结果表明,膜电极接触压力分布的均匀性对反应区域宽度的变化较为敏感,当活性区域尺寸加宽,电堆内部活性区域的平均应力标准差增加了23.2%.而当活性区域加长,或同时加长和加宽时,相应增加一根捆扎钢带使电堆内部活性区域的平均应力标准差分别减小了8.6%和8.7%,表明适当增加捆扎钢带的数量可以提高电堆内部接触压力分布的均匀性.此外,钢带位置优化结果显示,电堆外侧钢带越靠近端板侧面时,电堆内部活性区域的应力分布越均匀.

摘要：为提高电池储能系统在不同工况下的调频效果,提出一种考虑调频死区的电池储能系统自适应频率控制策略。首先,构建含储能的电力系统一次调频模型,分析调频死区、虚拟惯性系数与虚拟下垂系数对储能系统调频能力的影响。其次,设计考虑调频死区的电池储能系统自适应频率控制策略,根据频率变化率与荷电状态设置调频死区范围,引入模糊理论自适应调节控制环节的输入系数与反馈系数,优化控制储能系统的输出功率。最后,在Matlab/Simulink下对不同控制策略效果进行对比分析。结果表明,所提控制策略在不同工况下均能有效改善电网频率质量。

摘要：为了解决水下机器人(UUV)在受海流等复杂干扰力影响时的轨迹跟踪问题,设计了一种基于改进灰狼算法的模型预测控制(IGWO-MPC)和基于非线性干扰观测器的积分滑模控制(NDO-ISMC)级联的轨迹跟踪控制器。基于MPC方法设计了运动学控制器,提出利用在GWO算法中引入非线性收敛因子,基于个体经验和权重更新灰狼位置,以及反向学习策略所设计出的IGWO算法,来优化MPC的滚动优化求解过程,使机器人以期望的最优速度对给定位姿进行跟踪。基于IGWO-MPC运动学控制器得到的期望速度指令,设计了NDO-ISMC动力学控制器,该控制器利用NDO对干扰力进行估计,并对ISMC动力学输出控制律进行补偿以抑制扰动对跟踪精度的影响,同时输出扰动条件下机器人能够稳定跟踪上期望速度的控制推力。最后,利用MATLAB进行三维空间环境仿真,验证文章提出的将IGWO-MPC与NDO-ISMC算法级联的轨迹跟踪控制器能够使UUV在复杂水下环境下实现精确且稳定的轨迹跟踪。

摘要：为满足结构在震中安全且震后可修复使用的目的,设计了一种锚栓屈服型可抬升柱脚节点,该节点是一种半刚性节点,将柱脚锚栓的一部分作为节点的阻尼器,阻尼器为柱脚提供抗弯能力和可抬升能力,在地震时柱脚节点塑性变形主要集中在阻尼器上,震后通过更换阻尼器即可完成柱脚节点的修复。为此,设计一组普通外露式柱脚节点和锚栓屈服型可抬升柱脚节点进行对比试验,并通过拟静力试验,研究它们在低周往复荷载下的滞回特性、抗弯承载力、刚度退化、耗能能力等抗震性能,同时研究柱脚节点在更换阻尼器前后的抗震性能。研究结果表明:对比普通外露式柱脚节点,锚栓屈服型可抬升柱脚具有更好的耗能能力和变形能力,试件的损伤基本集中在可更换的阻尼器上,耗能模式和损伤机制较为合理。在进行修复后,除初期转动刚度略低于修复前试件外,整体抗震性能基本可恢复至震前水平。另外,该新型柱脚的阻尼器拆卸和更换较为简便。

摘要：类比推理是指从熟悉的领域或先前的经验中提取元素,并将该元素运用到新的概念中,是设计师在产品外观造型设计阶段最常用的设计方法之一。以汽车外观设计作为载体,从设计的逻辑思维过程与三维生成式对抗模型特点入手,提出了基于类比推理设计的模型自动生成的思路与方法,将隐式场解码器(IM-NET)嵌入到生成对抗网络(GAN)得到IM-GAN,实现类推式快速建模。首先,运用公共数据集ShapeNet中的汽车、飞机模型,构建设计对象、启发源数据集。其次,使用IM-GAN对数据集中的模型进行训练。然后,在模型训练完毕后,通过在生成器的隐空间进行插值,得到任意两种已有生成物之间的任意程度的中间插值样式,探求产品三维造型的类推设计创新方案。最终,从设计师的角度,将隐函数表征与点云、体素表征方式进行比较,探讨不同的几何表征方式在辅助设计师进行造型设计时的优缺点。实验结果表明:基于隐函数表征的模型可以得到较好的辅助设计效果,并且启发设计师更多的产品造型创意,为其他工业产品的设计开发提供了经验参考。

摘要：为了循序渐进地恢复脊髓损伤患者受损部分神经及下肢运动功能，在已有早期减重步行训练的基础上，增加减重模式下空间运动功能。构建可根据患者下肢运动功能损伤程度实现不同模式康复训练、状态监测和助行功能的系统，进行包括减重、助行装置、移动平台和控制模块的结构设计。集成平地行走和上下楼梯训练步态轨迹模型，通过对比正常髋、膝关节的运动角度数据，验证应用该轨迹的可行性与合理性，并进行了设定行走路线的社区任务导向性训练轨迹规划试验。研究结果表明，助行系统支持患者自主设定模拟社区任意行走模式，有助于帮助患者恢复部分肢体运动功能，以尽快融入社会。

摘要：电力系统运行在非理想状态时,容易产生短暂的电压波动,此时并联有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)采用无源控制策略无法高效、精确地调节电能质量,而常规滑模控制又容易引起抖振。针对上述情况,将无源控制和抗干扰能力更强的超螺旋二阶滑模控制相结合,提出了一种无源超螺旋二阶滑模控制策略。首先,根据有源电力滤波器的数学模型建立基于正负序分离的欧拉−拉格朗日模型;其次,对系统的模型进行了无源性分析,且根据其无源性设计了无源控制器,同时采用超螺旋二阶滑模控制对无源控制器进一步优化,提高了系统整体的鲁棒性和抗干扰能力;最后,在理想状态和负载突变、负载不平衡、电网电压不平衡、单相电压突变4种非理想状态下,通过仿真实验验证了无源超螺旋二阶滑模控制策略的有效性和优越性。