摘要：多孔金属是一种兼具结构与功能的材料,得益于其低密度、高孔隙率、可控渗透性的优点,在许多领域都有广泛应用。本文综述了多孔金属在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场中的研究进展,相较于传统流道流场,高开孔率(>70%)的多孔金属具有相互连通的三维立体结构,可以增加气体分布均匀性、并加强气体传质、增强电子和热的传导及水的排出,从而对电池性能有较大提升。同时探讨多孔金属参数、流场结构设计、服役参数目和多孔材料本身对多孔金属流场在PEMFC应用中的影响。目前阻碍多孔金属在PEMFC应用的最大问题是腐蚀,且多孔金属内部结构复杂对涂层制备工艺提出更大挑战,因此如何有效解决多孔金属在PEMFC两极环境中的腐蚀问题,对推进多孔金属在燃料电池领域中的应用意义重大。

摘要：针对棉花中异性纤维检测精度低、异性纤维隐藏或边角位置不易识别等原因导致检测效果不佳的问题,提出一种基于残差结构的棉花异性纤维检测算法。首先,针对异性纤维检测目标,提出一种棉花异性纤维在线检测方案;其次,针对异性纤维颜色、纹理、位置等特征,构建深浅层混合数据集;在此基础上设计了残差结构的异性纤维检测网络模型算法,解决了现有检测算法精度低、异性纤维隐藏或边角位置的问题;最后,将该算法与传统经典算法对比实验。结果表明:在深浅层混合数据集下,与经典算法对比,该算法具有较高的准确性和实时性,其平均检测准确率达到88.48%,1张图像的检测速度为0.019 s,满足工业现场实时检测需求,为棉花中异性纤维检测提供了一种新方法。

摘要：为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。

摘要：为指导钛合金叶片抗外物打伤激光冲击强化工艺设计,根据真实叶片叶型特征设计了刃口型模拟叶片,采用两种激光冲击强化工艺对模拟叶片进行预处理,并采用空气炮系统进行外物打伤模拟试验,最后通过疲劳试验和应力场预测进行疲劳性能影响规律及机理分析。试验结果表明:模拟叶片外物打伤后疲劳强度由518.45 MPa降为290.72 MPa,而激光能量为5 J和7 J强化工艺下疲劳强度分别提升至344.49、374.93 MPa。激光冲击引入高数值残余压应力场,大大改善了外物打伤区域的局部应力场分布,在显著提高外物打伤模拟叶片疲劳强度的同时,可承受更大的应力集中,也增大了疲劳缺口系数偏差。两种强化工艺中激光能量越大,产生的残余压应力场数值和深度越大,更加有效地降低裂纹扩展过程中的等效应力强度因子幅值,外物打伤模拟叶片疲劳强度和疲劳缺口系数偏差提高程度越大。

摘要：针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题,提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准,以此确定定位的初始坐标,得到初始姿态转换矩阵;利用捷联惯导独立完成机器人位置解算,同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算,再次得到机器人的位置信息;为了减少累积误差对捷联惯导的影响,使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统,采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法,选择误差作为系统状态,经过滤波计算和校正,可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明,该方法可实现机器人实时定位,有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高,机器人在Y向运动4.3m,Z向运动0.25m后,Y向定位误差为0.25m,Z向定位误差为0.005m。

摘要：针对恶劣工况环境下复杂矿用设备状态监测与预测性维护困难等问题,结合状态监测、故障预警和预测维护等多种综合建模与分析预测技术,提出了一种基于数字孪生的预测性维护系统。首先,介绍了复杂矿用设备数字孪生体的设计流程与构建原理,并在搭建数字孪生体的过程中实现了预测性维护系统的功能;然后,研究了基于LabVIEW、MySQL和Unity3D的状态数据获取方法,利用Unity3D开发引擎搭建了三维可视化复杂矿用设备状态监测平台,并通过虚拟空间可视化展示设备当前状态;最后,分析了优化BP(back propagation,反向传播)神经网络在复杂矿用设备故障预警中的适用性,同时利用MATLAB软件建立了复杂矿用设备关键零部件的预测性维护模型,并将预警结果通过MySQL数据库传输至Unity3D开发引擎,以驱动和部署预设维护流程,实现设备状态实时监测下的关键零部件故障预警。根据采煤机液压系统的实际维修流程,制定了混合现实(mixed reality, MR)预测性维护策略,并以采煤机摇臂部液压柱塞泵为实验对象开展有效性验证。结果表明,所构建的预测性维护系统的故障预测准确率高于90%,且故障预警结果可驱动HoloLens眼镜实现虚拟指导的维修交互,验证了该系统预测性维护功能的有效性。研究结果可为复杂矿用设备的预测性维护提供新思路。

摘要：振动能量收集技术有望解决无线传感节点自供电的难题。通过引入非线性磁力,本文设计了一种磁力耦合阵列式压电俘能器(MA-PEH)。基于磁偶极子法建立非线性磁力模型,利用有限元方法获取组合梁的恢复力模型,根据牛顿第二定律及基尔霍夫定律建立系统的动力学模型。仿真分析了激励幅值、激励频率对动力学响应的影响规律,并进行实验验证。研究结果表明:在非线性磁力作用下,系统在谐振频率附近出现混沌和阱间周期运动,这将有利于拓宽俘能器的工作频带;随着激励频率改变,各组合梁始终保持相同的运动状态,当系统处于阱间周期运动状态时,只存在一种类型的组合梁处于高能输出状态。当激励频率分别处于两个组合梁的谐振频率附近时,增大激励幅值,将导致一种类型的组合梁输出被提升,而另一种类型的组合梁输出被抑制。

摘要：目前掘进机远程截割控制方法大多基于视频监控与平面信息,巷道断面成形质量取决于人工操作经验,可靠性较低。针对该问题,研究了数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术,从数据感知、数据驱动、数据传输、远程自动截割控制等方面介绍了数字孪生驱动掘进机自动截割的实现过程。采用视觉测量技术获取掘进机位姿数据、气体传感器等获取掘进环境数据,构成数字孪生驱动的数据来源;建立掘进机虚拟模型和虚拟场景并完成虚拟模型动作编程及虚拟模型与虚拟场景的耦合,通过求解掘进机运动学正逆解,实现掘进机与虚拟模型交互;基于三次多项式方法进行巷道断面“S”形截割轨迹规划,设计反馈线性积分滑模控制器实现截割轨迹跟踪控制;采用MySQL数据库作为数据交互媒介,通过井下工业以太环网及矿用5G技术实现数据远程传输。实验结果表明,掘进机截割头能稳定跟随规划轨迹,且同一时刻虚拟界面显示的掘进机截割头位姿与实际位姿一致。

摘要：设计了闪烁法测量大气折射率结构常数C_(n)^(2)的实验系统,基于晴、阴、雾霾3种不同天气条件,在西安地区搭建了通信距离为2.5 km的外场试验,分析了西安城区夜间湍流变化趋势,及光束的光强闪烁统计特性。实验结果表明:在晴天、雾霾天和阴天下,随着天气情况依次变化,实验测量得到的光强闪烁指数对应的大气折射率结构常数C_(n)^(2)数值不断降低,光强起伏程度也按顺序减弱,但其整体变化趋势都相同,在晚上7时开始快速变化,并在大约半小时后,达到夜间的极小值;受孔径平均效应的影响,指数威布尔分布更接近实验条件下的光强闪烁概率分布,并且拟合优度均大于0.96。文中对夜间湍流变化趋势的分析和光强闪烁概率分布的讨论对研究该地区无线光通信系统的信道具有一定的参考价值。

摘要：光纤与平面光波导高效耦合是光波导器件互联设计中的重要环节,常用的倒锥波导已经解决了光纤与波导芯片之间的模式不匹配问题。然而,高折射率差波导与光纤耦合时通常需要较小的尖端尺寸(<180 nm),加工复杂且波导易坍塌。设计了一种宽波段(可见光和近红外波段)光纤-波导水平耦合器,通过引入聚合物SU-8锥形结构,提高了三端口分支波导的线宽,实现了850 nm波段超过300 nm的1 dB有效带宽。