摘要：风致振动是自然界中普遍存在的一种现象,并且蕴藏着巨大的可利用能源.如何充分利用风致振动引起的结构大幅值响应进行能量俘获,为微电子器件供电是能量俘获领域的一个难题.为了高效俘获风致振动能量,文章提出了一种磁力滑动式翼型颤振能量俘获器.基于半经验非线性空气动力学模型并考虑与磁铁位置相关的机电耦合系数,建立了该能量俘获器的动力学模型,搭建了风洞实验平台,制作了实验样机.通过增加风速和降低风速的方式为能量俘获器提供两种不同的初始状态,发现其具有两个临界风速(5.2 m/s和8.3 m/s),降风速实验中在8.3 m/s风速下出现突跳现象.在数值仿真中,在6.8 m/s和8.2 m/s风速下出现了两个突跳点,和一段多解区域.分析了沉浮位移和电压响应,发现沉浮位移以正弦形式响应,输出电压以非正弦形式响应,并出现明显的偶次谐波.仿真的沉浮位移和电压输出波形与实验波形吻合较好,验证了模型的准确性.能量俘获器的均方根电压随电阻的增加而增加,平均功率随电阻增加呈现先增加后降低的趋势.分析了负载电阻对能量俘获性能的影响,在8.6 m/s风速下,实验中能量俘获器的负载电阻接近线圈内阻值时平均功率达到最大值7.5 mW.文章为高效颤振式能量俘获器的设计提供了一种新方案,可为驰振、涡振等其他形式的风致振动能量俘获器的设计提供参考.

摘要：纤维增强树脂基复合材料在航空航天航海等领域受到广泛应用,湿热环境下长时间循环载荷的作用是复合材料结构设计必须面对的问题,对复合材料结构的强度和刚度有显著的影响。本文首先简要介绍复合材料的水分扩散机理,阐述湿热环境对其力学性能的退化机制。然后着重介绍了湿热环境下纤维增强树脂基复合材料疲劳性能的研究进展,梳理了影响纤维增强树脂基复合材料疲劳性能的湿热因素,总结归纳了存在的主要问题和挑战,为纤维增强树脂基复合材料未来的发展提供了思路。

摘要：为保障涡轮轴在多种不确定性因素影响下的可靠性和寿命性能,建立了涡轮轴低周疲劳寿命可靠性分析与优化设计方法。搭建了涡轮轴结构分析、可靠性分析和可靠性优化设计的参数化平台,实现了设计参数的不同访问值处结构分析和可靠性分析的自主调用。提出了改进Monte Carlo结合自适应Kriging的算法(A-MCS-AK),通过多点加点和样本池缩减大幅提高了可靠性分析效率。针对极大化涡轮轴低周疲劳寿命均值和极小化涡轮轴低周疲劳寿命失效概率的可靠性优化模型,建立了基于自适应协作代理策略的类序列解耦算法。对选定涡轮轴的分析结果表明,搭建的参数化平台实现了分析数据的自主流动,提出的A-MCS-AK算法较传统的自适应Kriging结合MCS方法计算效率更高,建立的类序列解耦法实现了两种优化模型的高效求解,得到的优化方案显著提高了某型涡轮轴的寿命均值并降低了失效概率。

摘要：为研究热障涂层热冲击后损伤行为,设计并完成了陶瓷基热障涂层(TBC)的热冲击试验,研究了热障涂层损伤规律,分析了热冲击温度对损伤的影响。基于近场动力学(PD)理论,推导了热障涂层的热力耦合计算列式,编程计算了热障涂层的温度响应和裂纹扩展过程,分析了冲击温度对热障涂层损伤的影响。结果表明:纵向裂纹从陶瓷层表面萌生,沿厚度方向扩展到陶瓷层/粘结层界面附近,部分裂纹出现分叉和转向的现象,形成了与界面平行的横向裂纹;随热冲击温度提高,涂层中纵向裂纹萌生时间提前且数量增加,纵向裂纹数量在0.50 s时达到峰值。近场动力学方法可较好地捕捉热障涂层内部纵向裂纹和横向裂纹的萌生与扩展现象,且裂纹位置、裂纹形式及不同参数对涂层损伤的影响规律与试验符合较好。

摘要：针对海上漂浮式风力机在风浪激励下产生较大振动响应的问题,采用混合质量阻尼器(Hybrid mass damper, HMD)主动控制系统抑制风力机的结构振动。基于拉格朗日能量方程建立Spar式风力机的气动-水动-结构-调谐质量阻尼器(Tunedmass damper, TMD)-HMD耦合动力学模型,并采用遗传算法优化TMD的刚度和阻尼系数;在机舱TMD上施加主动控制力,设计了变增益状态反馈H∞控制器,将控制器的求解问题转化为线性矩阵不等式的优化问题,从而得到最优主动控制力;研究了不同工况下HMD主动控制系统对风力机的减振效果。结果表明,相对于TMD被动控制系统,HMD主动控制系统能够进一步降低风力机的平台纵摇(Platform pitch, PFPI)运动和塔顶纵向(Tower top fore-aft, TTFA)挠度。

摘要：代理优化方法可以大幅提升高精度数值优化的效率,而加点方法对于优化结果和效率非常重要。并行加点方法一次可以添加多个训练样本,从而可以充分发挥计算资源的利用率,并且提高效率。在包含子优化的紧密式代理优化框架上将预测值、预测方差和期望改善(EI)函数值两两结合作为子优化目标,构建3种多目标并行加点方法,提出基于非支配排序的并行加点样本的策略。以SC(six-hump camel back)函数和2维GN(Griewank)函数、5维Rosenbrock函数及10维HD1(high-dimension 1)函数作为无约束优化算例,以7维G9函数作为约束优化算例,将构建的3种多目标并行加点方法与混合并行加点方法进行对比分析,结果表明:多目标并行加点方法效果较好。采用多目标并行加点方法、混合并行加点方法及基于计算流体力学(CFD)的遗传算法开展了二维多段翼型起飞状态的升阻比优化。优化结果表明:在升力系数不减小的约束下,多目标并行加点方法经过少量CFD评估,得到的优化结果使升阻比提升了14%,证明多目标并行加点方法在工程问题中的适用性。

摘要：花键在机械传动领域占有不可替代的地位,其使用寿命直接影响着设备的可靠性。现有的花键疲劳寿命预测模型大多仅考虑外载荷和材料等参数的影响,忽视制造中所产生的加工误差。加工误差导致花键的各齿侧隙不同,使得分配到各齿上的力大小各异,受载大的齿产生的累计损伤更严重,降低花键的实际使用寿命。因此,为得到更准确的花键疲劳寿命,基于国标对花键各误差的要求,推导不同加工精度时的花键侧隙分布范围,考虑侧隙不确定性对花键啮合齿数和齿上载荷分配的影响,建立等效力学模型,得到啮合齿数不确定性时的花键疲劳寿命分布,并与按照传统方法计算的花键疲劳寿命进行了对比。案例结果表明,花键疲劳寿命的均值为10^(8)个载荷循环,花键在2×10^(7)~7×10^(8)个载荷循环内发生疲劳破坏的概率达到50%。提出的花键概率疲劳寿命预测方法能够进一步考虑间隙不确定性的影响,为花键的可靠性设计提供指导。

摘要：针对二阶线性多智能体系统的分群一致控制问题,考虑智能体通信拓扑同时包含协作和对抗关系,提出一种基于事件驱动控制的有限时间分布式领航跟随分群一致性算法,该算法可使多智能体系统在有限时间内实现分群一致,即各子组内的智能体实现状态一致,不同子组收敛至不同一致状态.采用事件驱动控制机制,设计事件驱动函数及事件触发条件,降低智能体控制器更新频率,减少系统能耗.基于代数图论和李雅普诺夫稳定性理论推导出系统的有限时间稳定性条件,通过巧妙构造Lyapunov函数,给出系统有限收敛时间的显式估计,同时证明在所提出的事件驱动机制下,每个智能体相邻触发时间间隔有严格的正下界,即避免了芝诺行为.仿真实验验证了所提出的有限时间事件驱动分群一致控制算法的有效性.

摘要：气动外形优化设计与飞行器性能分析中,直接运用数值模拟或风洞实验获取气动力的成本高,构建代理模型是提高外形优化和性能分析效率的重要途径.然而,构建模型的过程中,研究者只关注积分后的气动力和力矩信息.本文通过充分利用采样过程中所产生的压力分布信息,来提高建模的精度和泛化性,进而降低样本获取的成本.提出了一种小样本框架下融入压力分布信息的气动力建模方法,首先通过数值模拟或风洞试验获得不同流动参数状态下翼型表面的压力分布信息和气动系数,其次通过本征正交分解技术对压力分布信息进行特征提取,获取不同输入参数状态下压力分布信息对应的POD系数,之后结合输入参数通过Kriging算法对压力分布信息进行建模,将压力分布信息积分得到低精度气动系数的预测模型,最后低精度气动系数结合输入参数通过Kriging算法构造高精度的气动系数预测模型.通过同状态变翼型算例以及CAS350翼型变状态算例进行验证,该方法相比于传统的克里金模型直接预测气动力,有效提高了气动力的预测精度和模型的鲁棒性,同时缩小了学习样本的数据量.

摘要：针对传统基于文本的系统工程方法中存在设计文档变更难度大、工程模型可读性差、模型复用性不强等问题,提出了基于美国国防部体系架构(department of defense architecture framework, DoDAF)的基于模型的系统工程(model-based systems engineering, MBSE)建模方法,从两个维度共计10个模块,对设计建模过程进行了划分,结合DoDAF的多视图对复杂系统进行全面立体的描述,形成了一套逻辑性强、建模完备的MBSE建模方法。以民用飞机高度控制系统为例进行建模,使用系统建模语言SysML(systems modeling language)描述在不同的DoDAF视图下的模型并对该系统进行建模分析,验证了本建模方法能够很好地契合复杂系统设计要求,适合民机系统的研制。