摘要：随着天然气管网互联互通成环成网,需要利用仿真技术模拟各种工况下的管网运行状态,以提升管网的供气能力,进而降低管网运行成本。现有的智能化仿真方法过于依赖数据驱动,忽略了天然气流动机理,导致精度与稳定性较差且结果不可解释。为此,从机理角度分析了天然气流动基本控制方程与管网拓扑结构,将机理信息耦合至深度学习的损失函数指导结构设计与训练,形成了天然气管网物理信息神经网络PINN(Physics-Informed Neural Network)仿真模型;然后描述了输入输出变量之间的耦合关系,设计边界条件嵌入训练硬约束模式,建立了硬约束和物理信息神经网络结合BHC-PINN(Boundary Hard-Constraint Physics-Informed NeuralNetwork)的模型,实现了天然气管网全时空状态的仿真监测。研究结果表明:(1) PINN模型将管道与拓扑结构的机理信息耦合进损失函数以提高模型的可解释性,并借助管网进出口冗余数据提高了准确性,实现了对管网压力流量的准确监测;(2)建立的边界硬约束模式,使神经网络的输出强制满足边界条件,得到的流量和压力仿真误差分别从2.1%和0.32%下降低至1.5%和0.082%,训练的效率和速度分别提高了48.5%和55.9%;(3) BHC-PINN能实现管网任意位置气体流动状态的观测,对于中间阀室压力的仿真最大误差为0.2%。结论认为,该新方法能准确仿真天然气管网内流动状态,增强了数据驱动模型的可解释性,并为天然气管网瞬态仿真提供了数据加机理混合驱动的新思路。

摘要：以人体足部关节为仿生模本,研制了具有仿生距下关节(矢状面内关节轴倾角为45°)和跖趾关节(添加脚趾)的新型完全被动步行机,并实现了稳态行走。通过单因素试验确定了步行机的最佳高度;采用多因素混合正交试验设计,分析了步行机高度、有无足趾、腿间距3个因素对步行机行走性能的影响。结果表明:研究范围内,对步行机行走性能(稳定行走距离和行走速度)影响最大的因素为腿间距;足部有、无脚趾对行走速度具有次要影响,而步行机高度则对行走最大距离具有次要影响。

摘要：针对蜘蛛生物液压驱动原理的研究进行了综述,对蜘蛛步足液压原理进行了分析,尝试建立生物液压与工程液压难题的联系。首先,以海南捕鱼蜘蛛作为研究对象,通过电镜扫描、组织切片、Micro-CT等多种观测扫描实验得到其内流道模型,并基于该模型使用CFD软件对流动机理进行了研究。然后,根据CFD后处理得到的血淋巴流动轨迹,设计了一种仿生液压系统,为工程液压系统的设计提供一种新的思路。最后,针对蜘蛛步足的液压系统进行了功能仿生探索,设计了一种仿蜘蛛一体化双向运动关节,解决了现有仿蜘蛛关节不能实现驱动一体化、驱动精度得不到保证的问题,并高度再现了蜘蛛的生物驱动过程。

摘要：无人海洋探测器作为开发海洋资源的重要装备,普遍缺乏高效可靠的供电方式。波浪能作为一种分布广泛的可再生海洋能,有望成为探测器的理想供电能源。波浪能的高能量密度特性有利于装置小型化,使其便于作为供电模块集成到无人海洋探测器。提出了一种基于反转自适应机理的新型波浪能点吸收器。该点吸收器可以实现叶片对水流的自适应偏转,并自动平衡装置的整体转矩。通过数值分析发现,点吸收器的功率和效率特性受吸收器叶片倾角、相对流速、转速及双层吸收器相互作用的影响很大,合理选择系统参数有助于优化装置的整体性能。试验桶及造波池试验分别验证了数值分析的准确性和工作原理的可行性。

摘要：介绍了钢框架结构火灾下鲁棒性的背景知识,建议对于非常重要的建筑结构,抗火安全设计必须包括通常设计中尚未考虑到的意外破坏模式。文章辨识了结构意外破坏的不同模式,并提出了保证结构安全性的可行方法。本文主要介绍了如何利用梁的悬链线效应,使荷栽从受损结构重新分配到相邻结构,该效应是梁受弯承载力状态的一种转变。为确保钢梁中悬链线效应的充分发展,最重要的是要保证节点具有足够的抗拉承栽力与转动能力。本文提出了一种节点转动能力需求的量纲分析方法,并根据一些试验结果,介绍了英国常用的梁柱节点可到达的转动能力。虽然一些延性较好的节点在升温时能够达到10°的转动能力,但当钢的温度非常高时,其仍不能满足使悬链线效应充分形成时所需要的转动能力(>15°)。随后,讨论了如何提高节点的转动能力,包括:采用具有较好延性的节点(例如开反向槽口的节点),改进节点的细部构造(如将节点的受拉区移近至受压区,并为螺栓开槽型孔)和采用更强的、延性更好的由耐火钢制成的螺栓。这些提出的节点技术需要与节点在其他设计要求下的性能要求相协调(如刚度),为满足不同的结构性能要求,找到最优的节点设计方法,仍需要更深入的研究。

摘要：为探讨钢框架结构中柱子移除后,框架节点对梁的绑定约束力计算方法,分析了英国结构设计规范(BR2000和BSI 2000)中的钢结构抗连续倒塌设计要求及名义值,并对若干H-型柱以及钢管柱节点的计算绑定约束力和实测节点断裂强度以及规范名义值进行对比,计算时考虑梁柱线刚度相互影响,并考虑钢框架结构中柱子移除后梁的悬臂作用,以防止结构的连续倒塌。研究表明,当内柱拆除后新的绑定约束力要求,可能远远高于目前英国结构设计规范BSI2000中的名义值,因此需完善绑定约束力方法中的相关量之间的关系,以使其应用于柱子拆除后的抗连续倒塌设计。

摘要：针对功能梯度材料矩形板问题,基于三维弹性理论,将位移和应力分量作为基本变量,通过双三角级数将其控制微分方程转化为常微分方程组的边值问题。采用插值矩阵法直接对常微分方程组边值问题进行求解,得到了功能梯度材料矩形板三维位移、应力场的半解析解。通过算例给出了材料参数按指数形式和幂函数形式变化情况下的功能梯度板的弯曲问题。对比有限元法和状态空间法,结果表明:本文提出的状态空间与插值矩阵法相结合的半解析法能有效地分析材料参数按任意形式连续变化的功能梯度矩形板问题,且具有良好的精度,精度可达10-4量级,能够满足工程需要;与其他方法相比,本文方法具有实施便捷、计算量小等优点,根据其力学场分析结果可设计出满足各种不同需求的功能梯度材料。

摘要：为研究初始攻角对斜侵彻混凝土弹道偏转的影响规律,对带攻角斜侵彻混凝土的非正侵彻弹道进行了计算和比较分析。侵彻弹道模型为基于刚性弹假设的混凝土侵彻弹体三维运动模型,并结合了混凝土靶体自由表面的修正方法。计算和比较了同一着角,不同初速,不同正、负攻角时侵彻弹道的偏转特性。研究表明:负攻角对斜侵彻的弹道偏转具有一定的抑制作用,而正攻角对斜侵彻的弹道偏转具有放大作用。对斜侵彻存在一个初始负攻角使弹道偏转位移量最小。侵彻过程中,弹体攻角呈现近似波动和回复至0的过程,攻角最大值与初始攻角值呈现近似线性关系。研究结果可为侵彻弹的结构设计、侵彻弹道的偏转和稳定性研究提供理论依据。

摘要：为了提高摩托车头盔防护性能降低头部损伤风险,本文引入功能梯度仿生泡沫结构替代传统头盔的均匀密度泡沫衬垫.通过头盔耦合生物力学头部有限元模型,获取撞击过程中头部质心加速度、生物力学响应和头盔结构响应,综合分析不同密度梯度方案对头盔防护能力的影响.结果表明,功能梯度泡沫结构在中高速冲击下有更明显的优势.相比传统头盔吸能缓冲层的均匀泡沫密度方案和新型头盔的正/负密度梯度方案,最大密度为80 kg/m3的负密度梯度泡沫设计方案可以更有效改善头盔结构碰撞响应并降低碰撞过程中头部损伤,且随着密度差的增大,负密度梯度头盔的防护性能得到了进一步提高.

摘要：医疗垃圾中存在大量的病毒和细菌,为解决医疗垃圾源头智能分类问题,开发了基于机器视觉和Delta机构的智能分拣平台样机,并提出一种三阶段的多目标医疗垃圾识别分拣(medical waste recognition-indexes-sorting,MWRIS)算法。第1阶段提出数据增强扩容的IE-YOLOv4算法建立起医疗垃圾识别模型,与Faster R-CNN、RetinaNet、CenterNet等5种模型比较;第2阶段索引分类模型用于管理分类规则;第3阶段定位分拣算法指导目标定位分拣。在集成了MWRIS算法的分拣样机上,采集14种,2217张医疗样本图像,完成医疗垃圾分拣实验。结果表明,使用IE-YOLOv4的MWRIS算法对医疗垃圾识别准确率显著提升至99.30%,分拣实验对目标定位准确率达到96.17%,最终分类正确率为86.67%,验证了多目标医疗垃圾识别分拣系统的有效性。