摘要：针对建筑施工现场涉及的越障、攀爬等复杂非结构化场景,为提升机器人的整机性能,提出了一种基于轮履切换的建筑移动机器人。首先,在传统单履带基础上设计了子母履带辅助攀爬机构,基于激光雷达、惯性测量单元等多传感融合的空间定位与建图,利用基于运动学约束的信息树扩展算法对随机环境中的机器人进行了路径规划;然后,建立了含重心偏移、滑移等非线性扰动的运动学和动力学方程,综合考虑了实际作业过程中的强耦合、非线性、建模误差等不确定性因素,设计了一种基于自适应模糊分数阶的PID控制方法;最后,根据仿真分析与实验,验证了机器人的整机灵活性、高可靠性及多场景适应能力。研究结果表明:基于轮履切换的机械结构对复杂场景具有良好的适应能力;路径规划平均缩短路径长度9.08%,缩减行程时间39.83%;控制系统可在保障运动稳定性、动作协调性的同时减小位置误差,实现对机器人的精确控制目的,满足复杂施工环境下机器人的作业需求。

摘要：陀螺在工作时,会受到由环境温度变化产生的热应力的影响,破坏谐振子的振动稳定性。本文基于应力集中理论,提出了一种新型水滴状的导向结构,通过有限元仿真,研究了六波腹杯形谐振子在不同环境温度下的热力学特性。仿真结果表明:在相同条件下,水滴形比经典的圆形导向结构对谐振子刚性轴稳定性的优化效果更佳。最后,利用温控箱对具有两种导向结构的六波腹杯形谐振子进行零偏稳定性测试,实验结果表明,具有水滴形导向结构的六波腹杯形谐振子在不同温度下具有更好的振动稳定性。

摘要：随着我国油气资源探测重心不断向深层、超深层迈进,油气勘探难度不断增大,且深层硬地层岩石强度高及研磨性强,可钻性变差,导致整体机械钻速偏低。为提高深层硬岩的钻头破岩性能,锥形齿被广泛应用于混合布齿PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头设计,但锥形齿的破岩体积较小,其布齿方法需要更全面的理论支撑。为此,以破岩比功为目标函数,通过明确不同类型PDC齿在切削破岩过程中的切削力与切削能耗等物理参数,利用最大岩屑粒径和岩屑粒径分形维数建立了基于岩屑形貌分形特征的PDC齿破岩比功评估模型。同时,通过与常规平面形PDC齿对比,探究了锥形PDC齿的破岩性能,并分析了切削深度、切削角度与切削速度对PDC齿破岩性能的影响规律。结果表明,锥形PDC齿适用于大切削深度低能耗破岩,而常规PDC齿适用于高速小切削深度破岩,且2种PDC齿的工作角度均推荐为20°左右。锥形PDC齿适合布置在混合布齿PDC钻头的中心顶点和冠顶区域,而常规PDC齿适合加密布置在钻头的鼻部至肩部区域。研究结果可为揭示PDC齿破岩生成的岩屑粒径分布规律和指导混合布齿PDC钻头设计提供理论依据。

摘要：为降低高速列车的车内噪声水平,基于传递矩阵声学模型,对碳纤维层合板进行优化设计;首先,采用Sobol灵敏度方法,研究板的厚度、材料密度、杨氏模量和泊松比对层合板隔声量的影响,灵敏度分析表明,厚度对传声损失的影响最大;其次,以层合板各层厚度作为优化变量,以隔声量和面密度作为优化目标,采用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ)对层合板进行双目标优化,pareto解集表明,层合板厚度分别是1.5、61和2.5 mm时,质量和声学性能的平衡状态最佳;最后,建立声固耦合模型,对优化结构进行声学仿真和试验测试,并对比高速列车内地板隔声数据。结果表明,传递矩阵和声固耦合模型的预测精度都满足工程要求;相比于高速列车内地板,碳纤维层合板的计权隔声量提高15.6 dB(A),单位面积质量下降3 kg。

摘要：为提升钢纤维在海洋环境中长期性能,基于铁-邻苯二酚仿生络合反应对钢纤维进行表面处理,提升其抗锈蚀能力.采用不同浸泡时间(1 d、3 d、7 d)、不同单宁酸溶液浓度(25 g/L、50 g/L、150 g/L)和不同处理温度(25℃和55℃)对钢纤维进行表面处理,并通过拉伸强度和表面形貌分析研究了抗锈蚀提升效果和机制.结果表明,仿生络合反应通过在钢纤维表面构建一层致密保护膜,可以有效增强钢纤维的抗氯离子腐蚀能力,并提升其长期拉伸强度.通过模拟暴露试验,研究了表面处理后钢纤维在海水海砂砂浆中长期性能演变规律.结果表明,铁-邻苯二酚络合层在碱性砂浆环境中仍能有效保护钢纤维,提升其长期抗拉强度.同时,单宁酸表面处理能有效提升钢纤维海水海砂砂浆试件的长期抗折承载能力和断裂韧性.本研究可为钢纤维海水海砂砂浆试件的耐久性提升提供新的设计思路,可用于海洋工程建设.

摘要：准确预测隧道上覆土压力对隧道支护结构的设计和开挖方式的选择具有重要意义.Terzaghi土拱效应理论是基于滑移面为垂直面这一假设建立的,但实际情况中由于受到地层扰动的影响,滑移面呈现出曲面形状.为研究粘性土层滑移面演化规律及松动土压力分布规律,首先,采用数值模拟软件计算隧道开挖后上覆土压力,并分析粘性土下土拱效应演化规律;其次,根据隧道拱的破裂面规律,从椭球体理论出发,并考虑粘性土层中主应力轨迹线为圆弧对Terzaghi松动土压力进行修正;最后,将理论计算结果与已有的实验数据及有限元计算结果进行对比,验证了本文公式在粘性土层中应用的合理性,并进一步研究了地层损失率S_(L)、内摩擦角φ、黏聚力c与隧道松动土压力的关系.研究结果表明:相较于无粘性土层,粘性土层滑移面的破坏程度更大,但两者滑移面变化规律基本一致.当隧道埋深比H/D≤1.5,出现三角形状滑移面,随着隧道埋深的持续增大,地层逐渐向内形成剪切面,最终形成塔形状滑移面;松动区内部侧土压力系数K_(v)在任意位置处都是不同的,且在Terzaghi建议的1.0上下浮动.对比浅埋隧道,深埋隧道的松动土压力受地层损失率S_(L)的影响更大.粘性土层隧道上覆荷载呈“半葫芦形”分布,表现为从拱顶附近向拱腰逐渐减小;同时,在内摩擦角φ较小的地层中,提高黏聚力c有利于减小隧道上覆土压力.

摘要：采用Fluent软件中的RANS模型求解N-S方程以模拟光伏场区流场,开展沙漠地区光伏电站内光伏阵列对流场和地表切应力分布研究.分析了不同风向下多排光伏阵列的流场及地表切应力分布规律,进而讨论了光伏阵列形成保护区的特征及沙漠光伏电站内须加强抗风蚀区域.结果表明:不同风向对应的光伏场内的流场显著不同,±90º风向时的不同主要体现在光伏电场周围区域,保护区面积较大;±45º风向时光伏板阻风效应明显降低,且保护区范围缩小.可根据当地主要风向确定防沙的重点区,为沙漠光伏电站防风固沙高效低成本设计提供参考.

摘要：针对精密铸造数值模拟中存在工艺参数操作繁琐、仿真效率低、系统性总结匮乏的问题,构建了基于浇注面定位技术和自动化仿真流程技术的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台。该平台集成了从CAD设计到CAE仿真的过程,融合了浇注系统参数化、铸造工艺参数设计、仿真结果动态显示和仿真报告下载等功能,建立了10类仿真模版和237套模型库,实现了自动化快速仿真。以某动力涡轮机匣为例,利用该平台构建仿真模型、参数设计变量和结果预测优化指标进行仿真计算。模拟结果与实际生产一致,仿真效率大幅提高。

摘要：以前期研究成果盾粉为研究对象,采用熔融共混与热压相结合的工艺,将不同化学成分的盾粉替代50%滑石粉与聚乙烯复合制备盾粉/木塑复合材料。利用X射线射仪(XRD),傅里叶红外光谱仪(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)进行表征分析,同时使用熵权-灰色关联分析法分析盾粉化学成分对盾粉/木塑复合材料力学性能的影响。研究结果表明,具有多孔结构的盾粉,其比表面积大,吸附性好,使其被马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)包裹,马来酸酐基团能够与盾粉表面的—OH发生酯化反应,生成稳定的化学键,增强了界面相容性。盾粉化学成分对盾粉/木塑复合材料拉伸强度的综合关联度排序为CaO(氧化钙)>Fe_(x)O_(y)(铁氧化合物)>MnO(氧化锰)>P_(2)O_(5)(五氧化二磷)>SiO_(2)(二氧化硅)>MgO(氧化镁)>Al_(2)O_(3)(三氧化二铝)>SO_(3)(三氧化硫);盾粉化学成分对盾粉/木塑复合材料弯曲强度的综合关联度排序为CaO>Fe_(x)O_(y)>MnO>P_(2)O_(5)>SiO_(2)>MgO>Al_(2)O_(3)>SO_(3);盾粉化学成分对盾粉/木塑复合材料冲击强度的综合关联度排序为CaO>Fe_(x)O_(y)>P_(2)O_(5)>MnO>SiO_(2)>Al_(2)O_(3)>MgO>SO_(3)。说明盾粉中CaO,Fe_(x)O_(y)是提高盾粉/木塑复合材料力学性能的主要成分,而SO_(3)则对性能提高起负面影响。为盾粉的配方设计提供了明确的优化方向,即提高CaO和Fe_(x)O_(y)含量,并减少SO_(3)含量,以提升木塑复合材料的整体力学性能。

摘要：磁耦合谐振双向无线电能传输(BD-WPT)系统的参数多,导致系统影响程度不一致和参数配置困难,为此结合灰色关联度分析(GRA)和多目标粒子群优化(MOPSO)算法提出分数阶磁耦合谐振BD-WPT系统多目标参数优化方法.在分析系统传输特性和线圈参数解析式的基础上,采用GRA进行系统各个参数的影响评估,确定了5个核心参数.为了提高系统传输效率和线圈功率密度,采用MOPSO算法优化系统参数,结果表明通过GRA有选择性地优化核心参数,可使算法输出的解集优于未采用GRA的解集.结合电动汽车实际需求,选取最优解用于BD-WPT系统的设计参考.仿真结果显示,相校于国标参数对称系统,BD-WPT系数的传输效率提高了4.5个百分点,线圈功率密度提高了0.42 kW/m^(2).