摘要：地震和车辆振动等荷载易对路基粉土的强度造成破坏,通常使用水泥和石灰等传统材料对粉土进行改良,但对环境造成了不可逆的损害,研究环境友好型生物聚合物——黄原胶改良粉土动强度特性及机理显得非常必要.通过改变黄原胶的掺量,采用扫描电镜和动三轴仪对黄原胶改良粉土进行一系列的微观分析和动强度试验.试验结果表明:动强度曲线符合幂函数关系,且随着黄原胶掺量的增加而上移.动黏聚力随着黄原胶掺量的增加而增大,强化效果在掺量较大时趋于平稳;而动内摩擦角受黄原胶掺量的影响较小.由微观分析可知,随着黄原胶掺量的增加,黄原胶有效填充了土颗粒间的孔隙并附着在土颗粒表面,形成纤维状和网状结构,从而增强了土颗粒间的联结能力,并导致了改良土的动强度和动黏聚力的提高.上述研究成果可为相关岩土工程的设计和施工提供科学依据,同时满足了黄河流域生态保护和高质量发展战略的需求.

摘要：结合电火花线切割加工绿色、精密、高效的发展趋势,提出面向加工性能与放电能耗的电火花线切割加工工艺建模与多目标优化方法。针对电火花线切割加工GH4169高温合金材料开展正交试验设计,以脉冲宽度、放电间隙、管数、加工限速为输入,以放电能耗EEV、表面粗糙度Ra和材料去除率MRR为输出,构建了电火花线切割加工性能与放电能耗多目标优化响应面模型,并采用改进的狼群算法对模型进行优化求解。优化结果与实验结果对比表明,Ra、EEV和MRR的平均误差均不高于10%,且随机优化实验结果优于75%以上的正交试验设计的实验结果,验证了优化模型及求解方法的有效性。

摘要：为提高码垛机器人的控制精度,并保证系统在存在建模误差及扰动时的鲁棒性,设计了一种基于幂次指数趋近律的变结构控制算法。建立了二连杆机械臂数学模型,分析了三种趋近律的缺点,比较并提出了幂次指数趋近律。提出了使用求解微分方程的办法分三个阶段来研究算法的鲁棒性。分析了有界综合扰动极限值与控制器参数之间的关系。使用新算法得出了机器人在不含扰动时的仿真结果,解出了变结构控制三个阶段的微分方程,得出了机械臂在存有建模误差及扰动时的仿真结果。幂次指数趋近律变结构控制算法提高了码垛机器人的控制精度,在系统存在各种误差及扰动条件下具有极强鲁棒性并依然可以保证很高的控制精度。

摘要：在大功率直驱式风力发电机设计中,针对轴向磁通永磁发电机径向尺寸大、后期维护成本高的问题,文章将轴向磁通永磁发电机设计为大功率半直驱式风力发电机。以2 MW半直驱轴向磁通永磁发电机为研究对象,研究其参数设计原则和方法。通过探究不同极对数对发电机输出性能的影响,确定满足设计目标的发电机优选方案。采用3D有限元分析法对发电机空载和额定负载工况下的气隙磁密、电压、电流波形以及输出功率、损耗和效率进行分析,验证发电机电磁设计的正确性,发电机效率可以达到97.79%,具有损耗小、效率高的优点。通过与现有发电机进行对比,文章所提出的半直驱MW级轴向磁通永磁发电机径向尺寸显著减小,且在轴向尺寸和齿槽转矩方面比现有径向磁通结构的大功率半直驱永磁发电机表现更优。

摘要：采用分子力学方法,从理论上设计了五种具有lta拓扑结构的高价态硼磷共价有机骨架(BP-COFs)材料。研究结果表明五种材料均具备有利于储氢应用的结构特性,如低密度(0.52~1.17 g·cm^(-3))、大比表面积(1274.12~4033.95 m^(2)·g^(-1))和高孔隙率(0.55%~0.78%)等。使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法预测298和77 K温度下五种材料对氢气分子的物理吸附性能,并分析了材料结构与氢吸附性能之间的构效关系,结果表明五种BP-COFs材料具有较强的氢气吸附能力。尤其是在77 K时,BP-COF-10和BP-COF-11在储氢性能方面的表现最为优异,BP-COF-10具有最高的体积储氢量52.86 g·L^(-1),BP-COF-11具有最高的质量储氢量9.90%,而且随着压强的增加,BP-COF-11的质量储氢量仍然保持较好的上升趋势,这表明本文所设计材料具有优异的储氢应用潜力。本研究将为实验上开发新型高性能储氢材料提供一定的理论参考。

摘要：含水层内水压以能量的形式传递,其传递速率远大于水质点的迁移速率,水压传递速率对高压水体下工程安全施工及灾害预测预报具有重要意义。以无黏性土承压含水层为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场试验及室内物理模型试验等方法对水压传递速率变化规律进行探讨。结果表明:含水层中水压变化传递具有明显的滞后性,传递速率并不是无限大或接近声速,且存在随传递距离增加逐渐衰减的现象,水压径向传递的滞后时间t与水压传递距离r呈二次幂函数关系;稳定边界压力水头越大,在承压含水层中同等水压变量的传递速率越快,渗透系数越大水压传递速率越快;当渗透系数一定时,水压传递滞后时间与传播距离的拟合系数C随边界稳定压力水头的增加呈一阶指数函数减小;现场试验表明,边界稳定压力水头差异性不大时,在传输距离较远的条件下,其水压传递平均速率基本相当;室内试验表明,瞬态脉冲水压力随传递距离增加,波形发生明显变异,峰值压力逐渐减小、脉冲压力波波长变大、峰值压力传递速率减小,随传输距离的增加其传递速率呈指数函数衰减,说明瞬态脉冲水压力能量随传输距离增加快速衰减;瞬态脉冲压力值越大其初始阶段的传递速率越快,但随传输距离的增加其传递速率衰减幅度更大。研究成果对水压传递速率变化规律的影响机制及其应用于地下工程突水灾害预测及防治具有重要的理论及实践指导意义。

摘要：为解决传统Halbach永磁阵列无铁芯轴向磁通永磁发电机(AFPMG)由于磁极永磁体用量增加而导致功率密度降低的问题,提出了一种变辅助磁极参数(极角和充磁夹角)的新型三段Halbach永磁阵列无铁芯AFPMG.采用三维有限元法,对新型三段Halbach永磁阵列辅助磁极极角和充磁夹角进行了多目标优化设计,从而确定了最佳辅助磁极参数.最后对比了无铁芯AFPMG中采用不同磁极结构对发电机电压波形质量和功率密度的影响.结果表明:新型永磁发电机可以使发电机电压正弦波畸变率由2.40%下降为0.44%;相较传统两段Halbach和传统三段Halbach永磁阵列的无铁芯AFPMG,新型永磁发电机功率密度得到显著提高;新型永磁发电机的永磁体用量减少了16.68%,进而减轻了转子盘质量,使发电机更加适于低风速下稳定发电.

摘要：土-结构相互作用对结构动力学特性的影响是一种具有非线性能量汇特征的效应。利用考虑土体质量的Winkler地基梁理论,将有限深度弹性介质等效为非线性能量汇系统的附加质量,建立简谐激励下弹性介质上简支梁系统的非线性动力学模型。采用Galerkin方法和增量谐波平衡法分析了弹性介质上简支梁的非线性动力响应。利用数值计算方法验证了理论结果的正确性,并分析了非线性能量汇的有效性。通过参数优化和分析,揭示了不同参数范围内Winkler地基的减振效果,讨论了其最佳参数范围。研究结果表明:在合理的参数范围内,弹性介质对其支承梁的动力响应有良好的抑制作用,能够快速有效地吸收共振条件下的振动能量,并具有良好的鲁棒性。优化后的非线性能量汇可使梁的共振幅值降低超95%,且具有较宽的减振频带。研究成果从非线性能量汇的角度展现了土-结构相互作用效应的减振机理,为基于弹性地基设计的结构振动抑制提供了理论依据。

摘要：针对滚动轴承可靠性低、缺乏设计依据等问题,提出一种应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法。考虑滚动轴承实际承载当量动载荷和规定当量动载荷的随机特性,假设两者为服从对数正态分布的随机变量,建立滚动轴承可靠性评估与设计模型。其次,对多型号多工况下的深沟球轴承和角接触球轴承进行仿真验证,结果表明:本文提出的滚动轴承可靠性评估与设计方法,通过分析当量动载荷的许用范围,结合轴承设计公式可以使优化后的轴承满足在该工况下的目标可靠性寿命,准确有效的实现滚动轴承的可靠性评估与设计。

摘要：针对工程机械优化目标函数隐性化和求解效率低的问题,文中提出了一种集成参数化有限元与响应面的优化设计方法,并以矿用螺旋输送机带式螺旋轴轻量化设计为例,说明了该方法的思路与实现过程。为提高有限元建模效率,开发了基于APDL的带式螺旋轴参数化有限元模型,实现了不同尺寸带式螺旋轴的快速有限元分析。通过析因试验筛选出对带式螺旋轴受力分布和疲劳寿命影响显著的设计变量,并以结构强度和疲劳寿命为约束建立带式螺旋轴轻量化设计模型。采用优化的拉丁超立方采样并结合有限元仿真结果建立响应面模型,来拟合设计变量与目标函数之间的隐式关系,最后通过Minitab响应优化器进行寻优求解,实现带式螺旋轴减重15.4%。求解及验证结果表明:所提出的方法不仅轻量化效果明显,而且可以在保证计算精度前提下缩短设计周期,提高整体优化效率。