摘要：针对一类具有外部扰动和传感器故障的非线性系统,本文研究了其自适应预设性能有界H_(∞) 容错控制问题.本文提出一种新的预设性能控制设计方法,使得预设性能函数的选择与系统被约束变量的初始状态完全无关,用一种全新的方式解决了传统预设性能方法的控制效果依赖被约束变量初始条件的问题.基于该设计方法和有界H_(∞) 控制方法,在未知系统初始条件的情况下获得了系统的自适应预设性能有界H_(∞) 控制器.本文所设计的控制器能够保证系统中的所有信号都是有界稳定的,系统的输出变量能够被预设性能函数约束,并且对于外部干扰具有很好的抑制作用.最后,仿真结果验证了该控制器的可行性及有效性.

摘要：颗粒系统堆积的休止角是颗粒学中一个基础性的科学问题,深入认识其影响因素和变化规律对于土木、化工等工程优化具有重要意义.目前基于实验测量的研究受限于可用的颗粒种类和测量手段,难以完备地揭示各种物理参数对休止角的影响规律.离散元(Discrete element method,DEM)是一种可直接对复杂的大型颗粒系统的运动进行仿真的数值方法.本文借助DEM方法对颗粒系统的休止角问题开展了高精度数值研究,揭示了影响颗粒堆积休止角的重要颗粒物性参数.在DEM建模方面,为了表征非球形度对仿真的影响,本研究采用了滚动摩擦系数,并利用既有的实验数据进行了模型验证.同时,本文利用堆积体在垂直平面内投影的二值化图像来合理计算休止角.仿真结果表明,滑动和滚动摩擦系数均与休止角的大小呈正相关,滑动摩擦系数的增加可将休止角提升一倍,而滚动摩擦系数对休止角的影响存在一个上限阈值,达到该阈值后将不能继续增加休止角的大小;颗粒的杨氏模量、回弹系数对休止角的影响不显著.此外,本文利用DEM方法研究了堆积体的传热特性,发现在加热过程中,堆积体内部具有最高热流率的区域从堆积体的底部迁移到上部.

摘要：为了探究倾斜厚煤层坚硬顶板的运动失稳规律,基于PFC^(2D)离散元颗粒流分析软件建立倾斜厚煤层采动覆岩的数值模型,并针对倾斜厚煤层坚硬顶板大面积悬露问题进行水力弱化方案设计,分析不同压裂参数对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化效果的影响,并提出一种水力弱化参数优选方法。研究表明:倾斜厚煤层的坚硬顶板初次来压以一种“堤坝体”的岩块结构破断,采空区上覆岩层垂向应力表现出非对称特征,在纵向上随工作面推进呈阶梯状垮落;针对倾斜厚煤层大面积悬露提出4种不同压裂角度,3种不同压裂高度的水力弱化方案,结果表明压裂角度为“直角”,压裂高度为基本顶厚度一半的弱化方案可以达到预期弱化效果,坚硬顶板水力弱化影响区域来压强度整体降低,来压峰值压力降低约42%,来压步距降低约52%;综合考虑施工难度和成本,基于弱化程度和压裂角度、高度之间的关系,对倾斜厚煤层坚硬顶板水力弱化参数进行优化,提出一种倾斜厚煤层坚硬顶板非充分定向水力弱化参数的优选方法,于1E201工作面进行工业性试验并取得了良好的顶板弱化效果。

摘要：横坡垄作是一种常见的水土保持耕作措施,它通过增大坡面拦蓄和入渗能力,进而影响坡面土壤侵蚀过程。为揭示黄土坡耕地养分流失特征,通过人工模拟降水试验,利用投影面积为4.5 m×1.5 m的径流小区,设计降雨强度(90 mm·h-1)、5个地表坡度(3°、5°、10°、15°、20°)以及横坡垄作和平整坡面两种坡面处理,探究横坡垄作对不同坡度坡耕地产流产沙特性及其携带的氮磷养分流失情况。结果表明:(1)坡面坡度小于20°时,横坡垄作能明显降低降雨过程中坡面的产流产沙量,产流量和产沙量最大分别可降低95%和99%;而当坡度增大至20°时,横坡垄作坡面发生断垄,横坡垄作对径流和泥沙的控制效应随之减弱,产流和产沙量会接近或大于平整坡面。(2)横坡垄作对养分流失浓度的影响较小,但对养分流失量具有明显影响。坡面坡度小于20°时,横坡垄作具有较好的控制坡面养分流失量的效果;当坡度增大至20°时,横坡垄作控制养分流失的作用减弱。径流中全氮的流失量始终大于全磷的流失量;除横坡垄作10°坡面外,泥沙中全磷的流失量均大于全氮的流失量。(3)坡面养分流失量主要由坡面径流量和泥沙量决定。径流养分流失率和产流速率、泥沙养分流失率和产沙速率满足线性正相关关系。横坡垄作对径流和泥沙中养分减少效益分别可以达到45%~100%、59%~100%。整体而言,横坡垄作是控制坡面土壤侵蚀及减少养分流失的一种有效方法。

摘要：强间断是爆炸冲击波的典型特征之一,如何高效且高分辨率地求解爆炸冲击波强间断是实现爆炸冲击问题精确数值模拟的关键.本文基于传统5阶加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory,WENO)格式提出一种具有更高分辨率、更低耗散的5阶WENO格式.通过引入一种紧凑形式的局部光滑度量对子模板的光滑度进行定量表征,并设计新的全局光滑度量以衡量整体模板的光滑度,能够充分利用各子模板的光滑信息,有效降低强间断附近的耗散.针对现有格式的权值调控系数受网格步长直接限制的缺陷,提出一种能够摆脱网格步长依赖的自适应权值调控系数,使得非线性权值能够随流场变化自动调控.此外,该权值调控系数适当地提高欠光滑模板的权重,避免在网格较粗糙的情况下将欠光滑部分误识别为强间断,从而提高格式分辨率.最后,通过精度测试与典型的具有强间断特性的数值算例表明新计算方法可明显降低强间断附近的耗散,提高传统WENO格式的分辨率,从而实现对爆炸冲击波的锐利捕捉以及冲击波碰撞后复杂流场旋涡结构的高分辨率识别,为爆炸冲击问题的数值模拟仿真和冲击波强间断面的预测提供支撑.

摘要：目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在TC4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能,采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与TC4钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果Ni50和NiCr涂层的硬度分别为680HV0.3和438HV0.3,低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层硬度1120HV0.3。在高载荷作用下,由于Ni50和NiCr涂层的硬度较低,导致其颗粒界面出现裂纹,断裂韧性测试表现低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层。3种涂层的摩擦系数及波动均大于TC4钛合金基材。Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层对TC4的切削和NiCr涂层对TC4的黏着导致了TC4对磨副的严重磨损。中等硬度的Ni50涂层对TC4的切削和黏着作用分别弱于Cr_(3)C_(2)-NiCr和NiCr涂层,TC4对磨副的磨损损失最低。结论采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50涂层可以降低TC4钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失,本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案。

摘要：转/定子间动态接触过程决定行波旋转超声电机(TRUM)的输出性能,但是柔性转子弹性在以往界面接触特性研究中常被忽略.本文中基于建立的考虑柔性转子和摩擦层三维弹性的转-定子动力学耦合模型,从接触界面的接触状态、速度、接触应力、摩擦应力驱动和阻碍子区等空间分布角度,研究了柔性转子弹性对TRUM摩擦界面的动态接触行为和摩擦损耗的影响.结果表明:柔性转子在轴向、径向和切向均呈现出一定的振动速度,且在接触界面沿圆周方向与定子各向速度形成一定的相位关系,显著影响界面动态接触特性、摩擦特性和摩擦损耗;柔性转子与定子轴向位移分布的相位一致性表明,定子与摩擦层的接触界面具有类齿轮啮合机制;与以往中间驱动两端阻碍的分布结果不同,考虑转/定子动力学耦合的接触区摩擦应力分布为一端驱动和一端阻碍的新机制.计算结果表明在建模过程中忽略柔性转子弹性得到的界面摩擦损耗要比考虑柔性转子弹性获得的摩擦损耗大得多,主要原因:(1)柔性转子径向刚度小,摩擦力作用下接触区的运动方向与定子相同,从而减小了径向速度差和径向摩擦损耗;(2)柔性转子界面的切向振动特性,改变了接触界面黏-滑子区分布,使得行波远离端的摩擦应力阻碍子区消失,且摩擦层界面切向剪切变形长度增大,从而减小了切向滑动和摩擦损耗.研究结果将有助于更好地理解TRUM中的动态接触特性,并指导摩擦界面的设计.

摘要：湿式离合器是车辆传动系统核心元件,在高速分离状态下易出现摩擦片和钢片之间的碰撞摩擦,由此引起离合器带排转矩的急剧增大,影响其传动效率和可靠性。因此,本文以降低离合器高速段碰摩带排转矩为目标,对摩擦片表面微织构进行了优化设计。首先提出了摩擦片表面任意微织构形线参数化建模方法;然后选取了微织构的数量、深度、周向占比、径向占比和形线参数,构建了微织构优化的设计变量、约束条件和优化目标函数,通过将试验设计、模拟近似模型和搜索寻优相结合,建立了摩擦片表面微织构优化设计模型;最后进行了微织构优化前后的带排转矩对比试验。结果表明优化后的微织构可显著降低高速段碰摩带排转矩,并大幅推迟摩擦副高速碰摩现象出现的线速度。

摘要：混输叶片泵是多相混输过程中的关键设备,其综合性能的提高对系统的输运能力至关重要。为揭示动静叶间距对混输叶片泵气液固三相流动特性的影响,基于Euler多流体模型,对某气液固混输叶片泵动静叶间距分别为8、10、12、14、16 mm时的内部流体流动进行了数值模拟。结果表明,当动静叶间距由8 mm增加到16 mm,混输叶片泵的扬程和效率分别下降了0.47 m和1.38%,且下降趋势可分为骤降区Ⅰ、缓变区和骤降区Ⅱ。不同动静叶间距下,气液固混输叶片泵内压强、固体体积分数、气体体积分数等分布规律相似,但随着动静叶间距增加,气液固混输叶片泵叶轮和导叶进出口压强差降低,气体和固体的聚集程度增大,且液体撞击导叶叶片压力面最剧烈的位置逐渐前移,导叶内涡量增强,涡结构更加明显,从而导致混输叶片泵输运性能降低。研究成果可为气液固混输叶片泵设计过程中动静叶间距的选取提供参考。

摘要：可解释的准确预测PM_(2.5)浓度变化可以有助于人类规避暴露风险,对人类健康风险评估和政策实施具有重要意义。目前已有PM_(2.5)浓度预测模型过多专注于提升模型预测精度,但忽略了模型的可解释性,造成模型可复用性和可信任度较差。鉴于此,本文提出了一种兼顾模型预测精度与模型可解释性的注意力时空常微分方程模型(Attentional SpatioTemporal Ordinary Differential Equation,ASTODE)用于PM_(2.5)浓度预测任务。具体而言,本文将神经常微分方程集成至PM_(2.5)浓度预测任务中,以提升预测模型的可解释性。此外,针对传统神经常微分方程难以挖掘PM_(2.5)浓度数据中空间依赖关系的挑战,本文提出了一种新颖时空导数网络将传统神经常微分方程扩展到了时空常微分方程。针对传统神经常微分方程难以挖掘PM_(2.5)浓度数据中长期依赖关系的挑战,本文设计了一种时空注意力机制去融合多个时间节点的隐藏状态。本文采用真实的PM_(2.5)浓度数据集对提出的ASTODE模型进行了验证。实验结果表明,ASTODE模型不仅在预测精度上优于或逼近于存在的6个基线方法,并且在可视化的视角下具有良好的可解释性。