摘要：针对动态运动基元方法(DMP)在轨迹规划时忽略关节运动学约束,导致机械臂灵活度下降、轨迹跟踪精度低的问题,提出一种基于可操作性的改进版DMP(M-DMP)。该方法首先通过数值解确定冗余机械臂当前的可操作性梯度,并分别从末端速度分量和零空间分量调整动态运动基元的外力耦合项。然后设计了动态参数,能够自适应调节外力耦合项大小,保证机械臂运行时的灵活度。其次为解决原方法无法避障,以及避障过程中可能出现灵活度降低的问题,利用指数函数优化势力场后,将其与M-DMP结合实现避障。通过理论分析证明了M-DMP的稳定性。最后在多种场景下进行仿真和实物实验,结果表明M-DMP方法在避开障碍物的同时,降低了53.56%的轨迹跟踪误差,并将可操作性提高了27.69%。

摘要：高通量表征技术在金属材料分析领域具有重要应用价值,它能够实现对金属材料进行跨尺度的全域分析,评价材料表面宏观特性、微观不均匀性及局部缺陷。辉光放电溅射可沿样品表面的纵深方向,以大尺寸、平坦且快速的方式逐层剥蚀样品,再将暴露出真实显微组织的样品送至多种分析仪器中进行成分、性能、组织结构的分析,从而作为金属材料的高通量表征样品前处理环节的关键设备。在传统Grimm型辉光溅射源的基础上,本研究搭建了一种专为高通量实验设计的辉光放电溅射系统,该系统将辉光溅射尺度由mm级扩展至cm级,同时实验发现了大尺寸溅射会导致辉光放电强度及溅射速率降低这一现象。针对这一现象,结合通过COMSOL Multiphysics仿真计算的辉光放电电子运动轨迹、电子密度以及化学反应速率等结果,该研究提出了一种通过施加扫描磁场来增强辉光放电光谱(GD-OES)强度以及溅射速率的方法。实验选用T2紫铜样品来探究扫描磁场的增强效果,结果表明,应用扫描磁场增强装置可获得更强的光谱信号强度及更快的溅射速率。在保持放电电压和电流不变的前提下,Mo、Cu元素的光谱强度分别增至无磁场时的1.43~11.97倍和1.13~26.50倍。其中,Mo元素光谱强度最大值可达53421 Cts,Cu元素光谱强度最大值可达76948 Cts,分别是无磁场时的6.86倍、4.32倍。此外,该方法可以显著地提高溅射速率,当阳极筒孔径为?15 mm时,T2紫铜样品的溅射速率提高了4.35倍,最高可达2662.09 nm·min^(-1)。使用白光干涉仪和金相显微镜对溅射坑表面的平整度和显微组织图像进行了采集,结果显示磁场引入对溅射坑表面粗糙度未产生显著影响,同时能清晰地呈现样品的真实显微组织特征。综上,实验结果证实,应用扫描磁场增强装置可在确保溅射平整度不受影响的前提下,实现光谱信号强度和溅射速率的提升,为解决大尺寸溅射引起的低溅射速率问题提供了新方法。

摘要：螺栓连接装配式墙板结构体系具有建造快速、施工便捷、连接可靠、可拆卸和可修复等优势,适合低多层乡村住宅建筑,近年来工程应用逐渐增多。该体系预制墙板之间采用离散的干式螺栓连接,受力时接缝处产生滑移变形,与传统的现浇剪力墙结构或湿法连接的剪力墙结构存在本质区别,为了分析结构体系的整体性,建立适合该结构体系的“非等同现浇”的抗震设计方法具有重要意义。本文结合已进行的螺栓连接节点轴向拉伸试验和剪切试验,提出螺栓连接节点拉伸和剪切的本构模型。在此基础上,将单个螺栓连接节点简化为3个平动自由度(x、y、z)的非线性弹簧,模拟连接节点的力学行为,建立简化计算模型。借助螺栓连接预制墙板的拟静力试验结果验证了螺栓连接节点简化模型的有效性,显示可用于分析结构体系的抗震性能。基于节点简化模型,依托Midas Gen软件,提出了螺栓连接装配式墙板结构体系的建模方法。以实际工程为例,建立了该结构的设计模型,并进行在小震、中震作用下的弹性分析及大震作用下的弹塑性时程分析。结果表明:在各地震工况下,螺栓连接装配式墙板结构体系侧向位移较小,层间位移角分别小于弹性位移角限值的1/1200和弹塑性层间位移角限值的1/120,符合规范要求,螺栓连接节点承载力满足抗震需求,墙板角部混凝土没有被压溃,说明螺栓连接装配式墙板结构体系抗震性能优越。研究成果可为螺栓连接装配式墙板结构体系的工程建设提供设计依据,为该新型结构体系的推广奠定理论基础。

摘要：针对当前热态H型钢断面全尺寸测量需求,设计了一种基于线结构光的热态H型钢断面尺寸测量系统。测量系统由4个线结构光子系统、H型钢、电机等组成,通过各侧相机对H型钢进行图像采集,并将测量数据拼接实现热态H型钢断面全尺寸测量。为实现热态H型钢断面轮廓信息的精确提取,提出一种基于法线的高斯滤波线结构光中心线提取方法,分析高斯滤波对线结构光截面灰度分布对称均匀程度的影响规律,利用几何矩构建高斯截面灰度分布模型;在构建的模型基础上,设计一种基于法线的线结构光中心线提取方法,根据初提取中心线法线方向进行中心坐标计算和插值优化,实现热态H型钢线结构光图像中心线快速高精度提取。设计一种基于特征点检测的热态H型钢断面尺寸测量算法,分析热态H型钢轮廓形状特点和数学特征,拾取尺寸特征点,实现热态H型钢断面全尺寸测量。结果表明,与考虑膨胀系数后的热态H型钢尺寸相比,高度、宽度和翼缘的最大相对误差分别为0.06%、1.8%和1.76%;腹板厚度最大绝对误差为0.23 mm。提出的测量算法满足测量需求,能够实现热态H型钢断面尺寸测量。

摘要：冶金行业中,转炉烟气的在线分析普遍采用激光吸收光谱法等单组分气体分析技术,实践中需使用多传感器的组合以同时监测CO、CO_(2)、O_(2)、H_(2)等多组分,分析系统整体的复杂程度和成本高,响应速度慢,逐个传感器的日常校正维护工作量大。为简化在线分析系统的复杂度,提高分析效率,实现炼钢流程的降本增效,首创性的建立了一种转炉烟气中多组分气体实时在线分析的拉曼光谱方法,并首次研制了专用于炉气检测的多组分气体分析系统。通过检测CO、CO_(2)、N_(2)、O_(2)、H_(2)五组分的拉曼光谱特征峰强,对五组分含量进行同时定量分析。检测范围0.1%~100%,检测精密度RSD值均≤0.1%。分析系统中,样气处理模块采用耐高温探头和大功率抽气泵,快速、有效去除进入分析仪的样气中水分和灰尘,保证测试条件稳定;分析模块采用窄线宽532 nm激光器和透射式光谱仪,并通过空间光路设计以提高检测灵敏度,满足气体检测需求。相比于现有的单组分在线分析技术,所提出的多组分检测方法可同时给出五组分的定量结果,不受样气压力、测试条件变化影响,样气前处理难度低,检测准确度高,系统维护简单。N_(2)标准气体的拉曼散射信号特征峰强在24 h内波动≤0.48%。经标准样品验证,该方法检测误差≤0.3%,达到转炉烟气实时检测的需求。该方法不仅在冶金行业有广阔应用前景,还可通过模型扩展以拓展到其他多组分气体实时在线分析监测领域。

摘要：针对交流牵引电机存在电磁噪声过大的问题，提出一种交流牵引电机定子齿部开槽降噪优化设计方法。分析了交流牵引电机产生电磁噪声的根本原因，阐述了交流牵引电机定子齿部开槽降噪的具体设计方法，并对其开槽位置与槽口尺寸参数进行了优化研究，最后采用有限元法对其开槽处理前后的效果进行了对比分析，结果表明：交流牵引电机定子齿部在采用本文提出的开槽降噪优化设计方法处理后，在保持其效率基本不受影响的前提下，其电磁噪声得到了显著下降，取得了较好的降噪效果。

摘要：借鉴大数据思想,充分利用岩土工程勘察数据,实现岩土参数精细化表征和建模,是岩土工程数字孪生的重要组成部分。通过收集深圳市75个工程项目的岩土工程勘察报告,建立了深圳黏性土及风化残积土8个土工试验参数数据库SZ-SOIL/8/11369,分析了深圳黏性土及风化残积土土工试验参数的分布特征和规律。进一步利用该数据库,提出了基于生成对抗网络(generative adversarial network,简称GAN)的土工试验物理力学参数概率分布及预测模型,并将提出的方法应用于深圳某项目,针对单组土工试验样本利用物理参数成功预测了其力学参数,并利用少量样本正确预测了该工程场地的土工试验参数的分布。结果表明,所提方法能够对缺失参数样本进行合理预测,并实现了通过大范围地区勘察数据降低局部工程场地岩土参数不确定性的目的,可为深圳岩土与地下工程结构韧性设计和风险评价提供参数保障。

摘要：【目的】为提高油茶果采净率和采收效率,针对我国南方丘陵地带规范栽植油茶林,设计一种振动式油茶果采收执行器。【方法】完成CZC40RY油茶果采收机采收执行器的采收头、采收臂和液压控制系统设计。建立振动装置−油茶树体振动系统力学模型、油茶果−油茶枝单摆动力学模型;运用COMSOL、ANSYS软件完成油茶树三维模型自由模态响应与谐响应分析;采用Box-Behnken试验方法,以振动频率、振幅、振动时间为试验因素,以采净率、落花率为试验指标,确定采收执行器最优作业参数。【结果】确定树体受简谐激振力时的振动频率和影响振幅的主要因素,得出油茶果脱落加速度为947.63 m/s^(2)、振动装置频率为15~25 Hz。林间采收试验验证表明,振动频率为21 Hz、振幅为10 mm、振动时间为10 s时,采收执行器平均采净率为95.5%,落花率为2.1%。与现有振动式油茶果采收机采收参数对比分析得出,不同地区、不同品种乃至同株油茶树油茶果脱落频率、大小、成熟度存在明显的差异,提出了分阶振动采收方法,并给出振动频率−振动时间关系图。【结论】该采收执行器能够满足油茶果机械化采收需求。

摘要：生物乙醇是重要的生物质平台分子,全球年产能约9000万吨,且乙醇分子化学键丰富,是化学键构成最具代表性的最小的含氧化合物分子,为其高值化转化提供了丰富的反应路径,近年来,引起科学界的广泛关注.本文对乙醇经O-H键定点活化、α-C-H键定点活化,O-H键/α-C-H键同时活化制备高附加值化学品的催化剂设计进行了介绍;对乙醇催化转化在催化剂理性设计、催化剂机理研究以及未来规模化放大等方面进行了展望.

摘要：气体润滑轴承由于其低摩擦、无污染、回转精度高等优点在超高速、精密仪器设备得到了日益广泛的应用,但较低的承载力严重制约了其发展和应用。表面织构设计是提升气体润滑轴承承载能力的有效途径之一,但其作用机理和影响规律尚不清晰。本文基于求解N-S方程分析了表面织构对于气体润滑承载的作用机理,并研究了表面织构尺寸参数和底部形状对于承载力的影响规律。通过数值实验发现,随着摩擦面的高速运动,当气体流过矩形织构时,由于惯性的存在,在织构处会产生非对称涡流。合理的涡流大小与位置是提升承载力的关键,且随着织构深度、壁面移动速度增加,非对称涡流在气膜发散处从无到有,再逐渐增大并向收敛处移动,承载力则先增大后减小,存在最佳设计尺寸。壁面移动速度越大、气膜厚度越小,对应的最佳织构深度越小。同时,对于织构底部形状的研究发现非对称三角形底部形状会获得更利于提升承载力的涡流,且对于固定织构最大深度,壁面移动速度越大,最优三角形底部形状的顶点越向收敛处移动,拓扑优化的形状也进一步验证了这一结果。本文的研究结果将为气体润滑性能提升与织构设计提供参考。