摘要：碳纤维增强复合材料(CFRP)具有强度高、耐腐蚀性好等特点,将工字形CFRP型材内置于钢管混凝土结构中形成新型组合构件,不仅可以提高构件的力学性能,还可以减少材料用量、降低结构自重、减小构件截面尺寸,更适用于超高层、大跨度、重载荷等建筑结构。钢管混凝土柱作为建筑结构中的主要抗侧力构件,在经受地震作用时往往决定着整体结构的抗震性能,直接关系到人们的生命及财产安全。目前国内外相关设计规范及标准均不适用于新型组合构件的抗震设计,因此,亟需对其抗震性能展开深入研究。采用有限元分析软件ABAQUS对往复荷载作用下内置CFRP型材方钢管混凝土纯弯构件进行滞回性能研究。首先,基于现有文献对建模过程进行验证,确认所建模型的准确性和适用性,进而建立大量精细化的内置工字形CFRP型材方钢管混凝土纯弯构件的数值分析模型;然后在此基础上,以典型构件为例,进行受力全过程分析及各部件在特征点处的应力分析;最后,研究不同混凝土抗压强度、钢材屈服强度和含钢率等因素作用下,内置CFRP型材对方钢管混凝土纯弯构件的抗弯承载力和耗能能力的影响。结果表明:内置CFRP型材方钢管混凝土纯弯构件的荷载-位移骨架曲线可定义为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段。通过对典型构件进行受力全过程分析可知,构件处于弹性阶段与弹塑性阶段时,相比于核心混凝土和工字形CFRP型材,钢管主要承担荷载作用;在下降阶段时,CFRP型材承担荷载比例有所提高,说明内置CFRP型材可有效提高构件在加载后期的承载力及延性,故与普通钢管混凝土构件相比,CFRP型材较好的抗拉性能使得新型组合构件的抗弯性能得到明显的改善。基于大量参数分析结果可知:含钢率对内置CFRP型材方钢管混凝土柱的承载力及耗能能力均有显著影响,当钢管壁厚由4~7 mm每增加1 mm时,其抗弯承载力分别提高13.83%、8.99%、9.10%,由此可见,钢管壁厚为5 mm时最为经济,累积耗能平均提高约16.57%;钢管作为受力全过程中主要承担纯弯荷载的部件,其强度的改变对构件滞回性能的影响也较大,当钢材强度由Q235提高至Q420时,构件的抗弯承载力提高约30.13%、累积耗能提高约12.45%,并且抗弯承载力随强度的提高呈线性增长;核心混凝土的抗压强度对构件承载力及耗能能力影响均较小,随着混凝土强度的提高,其抗弯承载力提高的幅度逐渐减小,当由C30提高至C60时,其累积耗能仅提高约3.44%。因此,内置CFRP型材的方钢管混凝土构件相比于普通钢管混凝土构件具有更好的抗震性能,且建议通过改变钢材屈服强度和含钢率的方式来提高新型组合构件的承载能力,这是最为经济的。

摘要：对带有执行器故障及饱和影响下的三阶非线性自主车队控制问题进行研究。首先,建立了考虑时变执行器故障、执行器饱和及集总扰动的三阶非线性自主车队模型。其次,在所建立的模型基础上,设计新的PID型耦合滑模面,提出了一种结合扰动观测器的耦合滑模控制算法,并证明了该控制器能够同时实现单车稳定性和车队队列稳定性的控制目标。最后,为了验证所提出控制算法的有效性,通过MATLAB仿真工具箱,对由5辆车组成的自主车队进行数字仿真,并与PID类型的控制器进行比较,验证了所提控制算法的有效性和优越性。

摘要：[目的]为解决无人帆船在开阔水域的多船避碰问题,对基于改进快速行进平方(IFMS)法的局部动态避碰算法进行研究。[方法]考虑到帆船的速度不可控,将其避碰行为转化为航向控制问题,并以总势场梯度下降方向为期望避碰航向。当帆船没有碰撞危险或顺风航行时,仅通过构造时间势场来避开所有静止不规则障碍并到达目标点;而当帆船存在航行约束时,根据《国际海上避碰规则》(COLREGS)为特定会遇场景设计高斯似然函数用以动态地构建障碍势场。同时,考虑到帆船的航行死区,引入局部风势场,实现帆船动态避碰与“之”字形航行策略相结合的应用需求。[结果]结果显示,所提算法可以使无人帆船在遵守避碰规则和避免航行死区的同时,成功地在各种会遇场景下实现与其他帆船、受限机动船的避碰操作,相比原始快速行进平方(FMS)算法,逆风航行时间大大缩短,避碰航迹也更加合理、安全。[结论]所提方法符合帆船运动特性及避碰规则,在复杂环境下具有较高的安全性和鲁棒性,对无人帆船自主避障技术发展具有一定的科学价值。

摘要：损伤指标可以量化结构或构件在地震作用下的损伤程度,为震后结构损伤评估及结构抗震设计提供重要的理论依据。因此,开展了15个配置高强箍筋的约束混凝土柱抗震性能试验研究和累积损伤分析。试验结果表明:达到峰值点时,约束箍筋尚未屈服,约束箍筋拉应力为屈服强度的56%~91%,达到极限位移时,约束箍筋屈服但仍未被拉断;配置高强箍筋的约束混凝土在整个受力过程中展现出良好的承载力和变形能力。针对混凝土强度等级为C50、配置HRB500纵筋的高强箍筋约束混凝土柱,不同损伤模型的计算结果与试验结果表明:Chai模型能够较为准确地预测损伤程度。对于剪跨比为3、配筋率和配箍率较大的试件,在轻微破坏和中等破坏阶段,Kunnath模型计算的损伤指数稍微偏小。付国模型在各阶段均能较好地预测损伤程度,但损伤指数计算值大于1,计算结果不收敛。剪跨比较大的约束混凝土柱会降低其损伤发展速度,轴压比的增加会加剧约束混凝土的损伤程度。高配筋率和高体积配箍率的约束混凝土柱损伤发展速度较慢,相同循环次数下,损伤程度较低。在约束混凝土柱设计中,可通过合理配置纵向钢筋和约束箍筋,降低和延缓约束混凝土柱的累积损伤。

摘要：针对有源RIS辅助MISO系统中传统波束成形方法存在计算复杂度较高,且有源RIS热噪声抑制效果不佳问题,提出一种基于加权最小均方误差和粒子群的有源RIS辅助MISO系统联合波束成形优化算法。首先,利用交替优化思想,将非凸和速率优化问题转化为独立的基站波束成形和RIS相移凸优化问题;其次,采用具有较快收敛速度和较高估计精度的加权最小化均方误差算法,对基站波束成形进行优化设计;最后,通过引入混沌初始化和自适应惯性权重思想,对基于传统PSO的RIS相移设计进行优化,改善了容易陷入局部最优问题。仿真结果表明,与多种基准方案相比,所提方案可在有效降低计算量的情况下显著提高系统的和速率。

摘要：为了模拟象鼻的包络抓取动作,设计了基于绳索与记忆合金弹簧差动驱动的仿象鼻机器人。通过绳索驱动仿象鼻机器人关节模块弯曲,再通过象鼻模块间记忆合金弹簧等效刚度的控制,达到多种弯曲变形效果,实现对不同形状物体的包络抓取功能。采用D-H法建立了仿象鼻机器人的运动学模型,分析了机器人的工作空间。并经过样机实验验证了结构的可行性。此仿象鼻机器人在果蔬采摘、复杂物体抓取等领域有一定应用前景。

摘要：针对面向海底管道巡检任务的欠驱动自主水下航行器(AUV)三维路径跟踪控制问题进行研究。首先,在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型,为设计适宜运动控制的三维路径跟踪控制器,建立流体坐标系,并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型;其次,将可变前视距离引入传统视线(LOS)制导策略,提出一种自适应LOS制导策略以提高制导精度,并基于此设计面向海底管道巡检的AUV三维路径跟踪控制器,使得AUV可有效跟踪设定的参数化路径;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果验证了所提面向海底管道巡检的三维路径跟踪控制器的有效性。研究成果能够改善AUV的操纵性,可为面向海底管道巡检的无人水下航行器路径跟踪控制方法提供参考。

摘要：为了解决永磁直线同步电机(PMLSM)直驱伺服系统易受端部效应、非线性摩擦以及外部扰动等不确定因素影响的问题,提出一种将互补滑模控制(CSMC)与终端滑模控制(TSMC)相结合的终端互补滑模控制(TCSMC)方法。首先,建立具有不确定因素的PMLSM动态模型。其次,将广义滑模面与互补滑模面相结合,同时利用饱和函数替换切换函数设计CSMC,与传统的滑模控制相比,其跟踪误差减半,能有效削弱抖振。为了进一步提高系统的收敛速度,在互补滑模面中引入终端项,设计TCSMC,使得系统在CMSC减少系统误差的基础上,进一步提高控制性能。最后,通过理论分析,证明控制器的稳定性,系统实验表明,与CSMC和TSMC相比,TCSMC不但提高了系统收敛速度和控制精度,削弱了抖振现象,而且明显增强了系统的鲁棒性。

摘要：钢锭凝固过程中将不可避免地产生各类缺陷,严重制约了钢锭成材率,直接影响后续加工工艺和最终产品质量。抑制缺陷形成、探索创新并有效改进模铸工艺对提高钢锭成材率具有重要意义。通过探讨和分析关于提高钢锭成材率的研究现状和最新进展,包括锭型设计、工艺参数优化、先进铸造技术等,展望了多相流动控制、微观结构调控和冷却速率精准管理等未来模铸与凝固技术研究发展方向,为实现高成材率钢锭的稳定生产提供了合理化建议。

摘要：针对精密直驱XY运动平台在执行加工任务时,易受到系统不确定性动力学及双轴协调匹配性的影响而产生轮廓误差的问题,提出一种基于参考调整轮廓误差(RACE)模型和不确定性补偿器(UC)的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法。由于传统的将跟踪误差法向分量视作近似轮廓误差的方法并不适用于大曲率轮廓加工轨迹,因此,建立参考调整坐标系,通过坐标变换的方式计算得出更为精准的RACE模型。采用ANSMCC方法对轮廓误差进行控制,通过设计非线性滑模面可以有效提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差,设计UC对不确定性动力学进行补偿,从而提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该方法能够有效克服直驱XY平台系统中不确定性动力学的影响,提高轮廓加工精度。