摘要：多晶材料是一类广泛应用于超精密切削加工的工件材料。在超精密切削中,每转进给量、切削深度等工艺参数与多晶材料的平均晶粒尺寸接近,而不同晶粒之间的力学性能存在显著差异,因此晶粒对超精密切削加工过程有重要影响,甚至成为影响多晶材料超精密切削表面加工质量的关键因素。围绕该问题,针对多晶材料超精密切削加工中晶粒的影响进行综述。首先评述了晶粒对表面粗糙度影响的研究进展,重点介绍了晶界台阶现象及其影响因素;其次评述了晶粒对切削力影响的研究进展,分析了几种考虑晶粒影响的切削力模型;最后总结了超精密切削中控制晶粒影响的方法,并简要分析了相关领域的发展趋势。上述研究进展对提高多晶材料超精密切削的加工质量具有参考意义。

摘要：针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合性能优化及其方法研究。首先,基于相关离体生物力学实验数据,构建人体腰椎仿生等效复合刚度力学模型,进而于人体矢状面内搭建人机穿戴并联系统多刚-柔体正动力学模型;其次,旨在腰部外骨骼机器人性能优化综合的有效实现,提出一种新型动力学综合性能评价指标——仿生承载舒适度;再次,相对于柔性逆动力学频域法求解的非因果复杂性,提出一种通过正动力学线性优化迭代逼近多刚-柔体动力学逆解的等效方法,以实现外骨骼机器人穿戴前后人体胸椎运动轨迹的一致性;最后,深入开展人机穿戴并联多刚-柔体系统仿生综合性能优化研究,进而得到外骨骼机器人最优设计参数组。仿真结果表明:外骨骼机器人穿戴前后,在保障人体胸椎在矢状面内弯曲角度轨迹误差极小(4.5×10^(-6)(^(o)))工况下,人体等效受力较穿戴前得到明显改善;优化后的外骨骼机器人穿戴舒适性指标明显提升,从而证明了腰部外骨骼机器人具有较好的动力学仿生综合性能,以及所采用研究方法的合理有效性。同时,优化后的系统设计参数对后续腰部外骨骼机器人物理样机的建造及相关实验的开展具有重要意义。

摘要：主成分分析网络(PCANet)是一个基于简化的卷积神经网络的深度子空间学习模型。针对PCANet算法应用于焊缝缺陷检测时无法体现数据完整结构信息、对噪声较敏感等问题,在PCANet的基础上提出一种鲁棒非贪婪双向二维PCANet(RNG-BDPCANet)焊缝缺陷在线检测方法。RNG-BDPCANet在范数距离度量标准下,利用双向二维主成分分析作卷积核,并采用非贪婪策略得到目标函数最优的整体投影矩阵,对离群值具有较强的鲁棒性。最后,在自建的焊缝人工数据集、ORL和Yale B人脸数据集上分别进行实验。结果表明,所提出的算法在分类性能方面得到显著提高,具有较强的鲁棒性能。

摘要：三周期极小曲面(TPMS)可以通过公式精确地控制多孔支架的形态而被广泛应用。本文构建一种I型包装(I-WP)型多孔支架,采用有限元法研究壁厚和周期与支架形态和力学性能的关系,并进行压缩和流体性能的研究。研究发现,不同壁厚(0.1~0.2 mm)、不同周期(I-WP 1~I-WP 5)的I-WP型支架孔隙率在68.01%~96.48%范围内,等效弹性模量为0.655~18.602 GPa;随着周期和壁厚的增加,支架应力分布趋于均匀;拓扑优化后I-WP型支架等效弹性模量基本不变,渗透性提升52.3%。综上,对于I-WP型支架可以先调控周期参数,后调控壁厚参数,结合拓扑优化来达到设计要求。本文构建的I-WP型支架具有良好的力学性能,且满足修复人体骨组织的需求,为人工骨小梁支架的设计提供一种新选择。

摘要：预测细颗粒污染物浓度是制定防污减排措施的主要途径之一.针对传统的用于预测的大规模数值模拟需要在超级计算机上计算数小时乃至数天,成本高、效率低,甚至影响实效性的问题,提出一种基于卷积门控循环单元(ConvGRU)的细颗粒物污染预测方法.首先设计一个全面损失函数(C-Loss),综合考虑预测结果与实况之间的绝对误差和相对误差,通过与常用的均方损失函数对比,证明C-Loss可以使预测模型更适合细颗粒物;然后根据领域专家需求,设计一个可交互的可视分析系统,领域专家可以高效地获取一系列时刻的预测结果,从而交互式地深入探索大气污染的形成过程与气象因素之间的相关性,为进一步制定防污减排方案提供了科学依据.通过一系列应用示例全面地分析了污染物的形成原因,并验证了预测模型的有效性.

摘要：针对车身用铝合金板内部铆钉缺陷特征提取难度大、缺陷类型与程度识别准确率低的问题,提出一种基于高斯卷积深度信念网络与双向长短期记忆网络相结合的铆钉失效缺陷诊断模型与检测方法。首先,面向5种铆钉断裂缺陷设计试件并搭建自动检测系统,通过规划和调整探头姿态有效地降低提离效应对检测信号的影响。其次,设计双网络融合诊断模型提取和学习多维度缺陷特征信息,解决检测曲线中由时序变化特性和空间分布状态表征的缺陷信息提取难题。实验结果表明,与传统卷积网络及单一深度信念网络相比,优化后算法诊断模型的平均准确率为99.85%,相比提升了14.54%,且具有良好的通用性和鲁棒性,可实现铆钉内部缺陷的在线诊断。

摘要：目的分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响。方法构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell 1~4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用有限元仿真方法,计算支架的等效弹性模量、等效屈服强度和渗透率。结果8种支架的弹性模量为5.1~10.4 GPa,屈服强度为69~110 MPa,4种晶体支架的渗透率为0.015~0.030 mm^(2)。结论随着孔隙率的增加,支架的弹性模量和屈服强度逐渐降低,渗透率逐渐升高;cell 2型支架因其较高的弹性模量和屈服强度,适合用于承重骨部位缺损的修复;cell 3型支架应力分布均匀,且线弹性阶段较长,可能适用于膝关节假体的多孔胫骨平台设计。

摘要：为了探究有效扩大轴流泵稳定运行范围的方法,针对轴流泵进行自循环机匣处理的单通道定常数值模拟,分析周向覆盖比例、抽吸口位置和喉部高度对水泵扩稳性能的影响规律,并揭示自循环机匣对轴流泵扩稳的改善机理.结果表明,抽吸口位置保持不变,扩大周向覆盖比例和喉部高度都可以增大流量裕度,但设计点效率降低;喉部高度为1.8 mm的自循环机匣流量裕度随着抽吸口位置的后移先增加后降低,效率先降低后增加,说明在叶顶上方存在一个最佳位置.在研究的范围内,流量裕度最大达到5.93%,设计点的效率最低降低1.12%.通过自循环机匣处理,使叶顶泄漏流与主流在叶顶上方相互作用形成的堵塞区面积有所减小,从而可以扩大轴流泵流量范围和提升小流量工况效率.该研究可为轴流泵在自循环机匣的端壁处理方式下扩稳提供参考.

摘要：软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分为五组:对照组(正常软骨组)、糜蛋白酶浸泡组、糜蛋白酶擦拭组、电摩擦笔去除10%组、电摩擦笔去除20%组。使用激光光谱共聚焦显微镜和环境场扫描电子显微镜对五组样本进行表面形貌及结构表征,并开展拉伸实验评估每组样本力学性能。研究表明,对照组的表面算术平均高度最小、断裂强度最小、断裂应变最大;电摩擦笔去除20%组的表面算术平均高度最大、断裂强度最大、断裂应变最小,其余三组表面算术平均高度、断裂强度和断裂应变值均介于上述两组之间,其中电摩擦笔去除10%组、糜蛋白酶擦拭组、糜蛋白酶浸泡组表面算术平均高度和断裂强度依次降低,断裂应变依次增大。此外,课题组对不同组弹性模量展开研究,结果表明,对照组弹性模量最小,电摩擦笔去除20%组弹性模量最大。以上研究发现,软骨浅表区的缺损改变了其表面形貌和结构,降低了其力学性能。本文研究成果或对软骨损伤预防及缺损修复具有重要意义。

摘要：为了提升传统纯立方吸振器的吸振效果并避免由高分支响应造成的失效,在纯立方吸振器的质量块两侧安装由碰撞板和弹簧组成的小型装置,构造出一种新型的碰弹强化吸振器。首先,设计并加工了由单自由度线性主振子和该吸振器构成的试验平台;其次,对比研究了在简谐激励下连接碰弹强化吸振器与连接纯立方吸振器的主振子加速度响应的差异;最后,试验分析了吸振器的弹簧刚度和碰弹间隙两个参数对主振子加速度响应的影响。结果表明:碰弹强化吸振器具有优越的减振性能,可以改变整个系统的稳定性,并且能够抑制分岔的发生,消除系统在较大激励下的高分支响应;通过合理控制两个参数,碰弹强化吸振器可以得到更好的振动抑制效果。