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          目錄信息
          第48卷,第12期
          刊出日期:2020年12月
          • 自動化技術
          • 作者 王書亭, 景 偉, 蔣立泉, 謝遠龍
            doi 10.13245/j.hust.201201 頁碼 1-7 全文下載(962.63 KB)
            針對柔性作業多移動機器人調度面臨的任務分配難以滿足多屬性需求、路徑規劃難以解決多機無沖突協同作業等問題,提出了基于多機自律協同的調度方法.一方面,根據自動換料、充電等常規任務與非均衡突發任務約束,提出了基于機床、任務和多機狀態域的動態加權指派法,實現了多屬性自趨優的靈活應變機制;另一方面,考慮位置、時間雙維度沖突特征,設計了基于離散時間步的帶權有向流網絡,利用改進A*尋優算法完成了無碰撞路徑搜索,繼而設計了基于離散時間窗的在線沖突檢測策略.測試結果表明:所提出的動態加權指派法具有更優越的任務分配綜合評價性能,同時改進的路徑規劃算法能解決多移動機器人路徑沖突檢測問題.
          • 作者 張為璽, 張永德, 梁德縣
            doi 10.13245/j.hust.201202 頁碼 8-12 全文下載(1.33 MB)
            針對前列腺粒子植入治療存在的粒子植入精度低、效率低、人機交互不自然和操作復雜等問題,提出一種基于動態規劃的粒子植入規劃算法來提高粒子植入效率,通過仿真將其與貪婪算法、蟻群算法等啟發式算法進行對比,指出該算法更加穩定,滿足臨床需求.提出了前列腺粒子植入機器人的人機交互控制方法,建立了操縱桿與機器人運動的增量式映射關系,醫生通過操縱桿實時控制機器人運動,從而實現在良好的人機交互操作下精準、高效地完成粒子植入手術.搭建了前列腺粒子植入機器人實驗平臺,實驗結果驗證了粒子植入規劃方法的有效性,且人機交互控制映射和控制延遲均滿足臨床手術要求.
          • 作者 梁 藝, 汪步云, 陳友東, 許德章
            doi 10.13245/j.hust.201203 頁碼 13-19 全文下載(1.35 MB)
            針對截石位臨床手術特點和介入性機器人干預系統的嚴苛要求,設計了懸臂關節式靶向放療機器人系統.根據機器人結構約束條件,提出了定位機構的尺寸優化算法和重力矩補償機制,以改善懸臂關節驅動能耗和運動平穩性;設計了末端力感知粒子植入機構及硬件電路,采集信號用于進針過程力反饋.根據介入性靶向置針“醫師在環”要求,設計了機器人控制系統,提出了融合粒子植入規劃、虛擬安全平面進針控制、粒子植入自動循環的人機交互方法.進行了機器人懸臂關節力矩補償效果及假體模型的半自主植入實驗驗證,實驗結果表明該機器人系統具有較好的粒子植入精度和效率以及人機協作特性.
          • 作者 李 煒, 王成文
            doi 10.13245/j.hust.201204 頁碼 20-26 全文下載(813.17 KB)
            針對執行器退化監測數據存在測量誤差的閉環控制系統壽命預測與延壽控制問題,首先,以帶測量誤差的非線性Wiener模型描述了不確定測量值與執行器隱含退化狀態之間的關系,并基于卡爾曼濾波技術估計出實際退化狀態;其次,通過定義因執行器隱含退化而驅使控制系統退化的三個階段,結合動態與穩態性能約束集確定系統退化失效閾值,并據此及執行器退化狀態的估計值得到控制系統剩余壽命預測分布的解析解;然后,將執行器退化狀態納入線性二次調節器(LQR)控制器設計中,提出了基于執行器實時退化狀態的自適應延壽控制策略,通過折衷平衡系統性能與控制作用來延緩執行器的退化,從而實現延長控制系統生命周期的目的;最后,通過雙容水箱液位系統驗證了所提出方法的有效性.
          • 作者 丁芝俠, 陳 沖, 胡 蝶
            doi 10.13245/j.hust.201205 頁碼 27-31 全文下載(686.91 KB)
            相比于傳統的整數階基因調控網絡,通過引入分數階微分算子構建了一類新型的分數階時滯基因調控網絡,精確地描述了基因mRNA(信使核糖核酸)和蛋白質之間的關系.針對mRNA和蛋白質之間的復雜動態行為,通過利用Caputo分數階微積分的性質和不等式的放縮技巧,結合所構建的向量范數,給出了系統一致穩定性的充分判據;此外,運用Brower不動點定理證明系統平衡點的存在性和唯一性.所得結論可作為已有文獻的一種推廣,便于實際工程應用.最后,通過仿真實例驗證了所得結論的有效性和正確性.
          • 作者 黃羿博, 王 勇, 張秋余, 陳騰飛
            doi 10.13245/j.hust.201206 頁碼 32-37 全文下載(1.09 MB)
            為了解決現存語音檢索系統中明文數據的泄露問題,提高語音檢索性能、生物特征模板的安全性和隱私性,提出了一種基于混沌測量矩陣的生物哈希密文語音檢索算法.首先,用戶端對語音進行分類,再分發與類為單一映射的密鑰,通過密鑰生成358位的Rossler混沌測量矩陣,并使用該矩陣對語音特征進行特征變換,進一步二值化生成語音的哈希索引;然后,通過改進的sha256算法對語音文件進行加密;最后,將哈希索引和加密語音送至云端.實驗結果表明:提出的算法不僅能防止明文泄露,而且具有良好的魯棒性、區分性和檢索性能;與此同時,生物特征模板具備良好的多樣性、可撤銷性、安全性和隱私性.
          • 機械工程
          • 作者 宋 霖, 宿 磊, 李 可, 蘇文勝
            doi 10.13245/j.hust.201207 頁碼 38-43 全文下載(1.65 MB)
            針對滾動軸承故障診斷中振動信號易受強背景噪聲干擾,出現非平穩、非線性的特性,導致故障診斷精度較低等問題,提出了一種基于奇異譜分解(SSD)和一維卷積神經網絡(1DCNN)的滾動軸承故障診斷方法.首先,利用SSD將原始振動信號分解成若干個頻率尺度的奇異譜(SSC)分量,并根據峭度準則選取有效SSC分量對信號進行重構;然后,構建一維卷積神經網絡結構,先將重構后的信號輸入模型進行訓練,充分提取信號的特征,再由輸出層輸出診斷結果;最后,進行滾動軸承故障診斷實驗,結果表明:提出的診斷方法診斷準確率達到98.9%,比傳統方法具有更高的準確性和穩定性.
          • 作者 李樹勛, 沈恒云, 張萬年, 趙玉龍
            doi 10.13245/j.hust.201208 頁碼 44-48 全文下載(1.49 MB)
            針對管路系統中活塞式流量調節閥內非定常流動時所產生的空化現象和共振問題,基于Schnerr-Sauer空化模型和標準k-ε湍流模型,進行非定??栈鲌鲇嬎?,以三個典型開度為例分析活塞式流量調節閥空化特性以及壓力脈動的響應.通過對調節閥內部流場仿真模擬及壓力脈動特性分析可知:活塞式流量調節閥防空化能力較強,但在節流處附近容易發生小范圍的空化現象;流道內壓力脈動主要集中于閥后高流速區域,近壁面壓力脈動主要集中在節流處,并且沿流動方向衰減;調節閥在工作過程中壓力脈動主要集中在較低頻率,近壁面壓力脈動頻率集中在20 Hz以內,隨著開度增大壓力脈動閾值與振幅會有所上升.
          • 作者 汪若塵, 王英杰, 丁仁凱, 孫 東
            doi 10.13245/j.hust.201209 頁碼 49-54 全文下載(1.91 MB)
            考慮磁流變阻尼器磁飽和特性這一非線性因素,設計了一種基于微分幾何理論的反饋線性化卡爾曼觀測器(FLKO),進行了磁流變阻尼器力學試驗并建模,進而設計了非線性懸架系統卡爾曼觀測器,開展了觀測器仿真分析.FLKO對懸架控制算法所需狀態變量的估計精度都超過85%,能夠滿足懸架控制器使用要求.為驗證FLKO實際工作效果,開發了懸架電子控制單元(ECU),搭建了1/4懸架臺架進行臺架試驗.試驗結果表明:C級隨機路面下,帶有FLKO的磁流變半主動懸架車身加速度和懸架動撓度相比被動懸架降低了12.57%和7.32%,車輛乘坐舒適性明顯改善.
          • 作者 龔京風, 江致遠, 袁興軍, 宣領寬
            doi 10.13245/j.hust.201210 頁碼 55-60 全文下載(1.4 MB)
            為了分析利用換熱器管程降低上游流噪聲的可行性,試驗分析管殼式換熱器的消聲性能,基于頻域有限元法建立了管殼式換熱器管程聲學性能數值預報方法.對比基于純聲場模型和聲-結構耦合模型計算得到的結果,分析換熱器管程傳遞損失及聲-結構耦合效應的影響,通過在進口設置插入管嘗試改善換熱器管程消聲性能.結果表明:管殼式換熱器管程具備消聲能力,在1階通過頻率前消聲量較小,在1階通過頻率后具有明顯的消聲效果;聲-結構耦合效應使得傳遞損失曲線向低頻方向移動;通過合理設置插入管長度,可以有效提高1階和2階通過頻率處的消聲量.
          • 作者 鞠洪玲, 卞釩全, 魏明銳
            doi 10.13245/j.hust.201211 頁碼 61-65 全文下載(1.34 MB)
            以排氣管內碳煙顆粒為模擬對象,基于流體-軌道模型,采用拉格朗日方法追蹤每個顆粒的運動軌跡,考慮顆粒之間的碰撞、凝并等動力學過程,構建了顆粒動力學演變過程的模型.在柴油機轉速為1 800 r/min條件下,計算不同平均有效制動壓力(0.38,0.63,0.88,1.13 MPa)下排氣管內碳煙顆粒的動力學演變過程,獲得碳煙顆粒的形貌并統計出分形維數.結果表明:構建的模型可以很好地計算顆粒碰撞后的形貌和分形維數,顆粒最終形貌呈現出枝狀和簇狀,分形維數與實驗結果相符合;隨著負荷的增加,分形維數增加.此外,構建的模型可以很好地觀察到顆粒的生長過程,有助于更深入地研究碳煙形成.
          • 作者 王經天, 張明路, 李滿宏, 王 哲
            doi 10.13245/j.hust.201212 頁碼 66-71 全文下載(1.8 MB)
            針對現有檢測裝置與方法普遍存在形變適應性欠佳、檢測精度不足等突出問題,融合形變自適應機構與串并混聯測量機構,設計了一款新型核燃料棒變形檢測裝置,旨在利用形變自適應機構四自由度被動調整解決裝置與變形燃料棒緊密貼合問題,通過構建串聯檢測、并聯校正閉環測量回路,實現誤差動態補償.在此基礎上引入基于類撓度變換的微量鉸接間隙補償機制,提出一種用于抑制機械間隙干擾的測量誤差協同補償方法.樣機測量試驗結果表明裝置可自適應貼合各向隨機變形核燃料棒,配合提出的補償方法能夠實現核燃料棒高精度變形檢測.
          • 船舶工程
          • 作者 陳岱岱, 李玩幽, 包雄關, 朱克強
            doi 10.13245/j.hust.201213 頁碼 72-77 全文下載(1.14 MB)
            針對帶有拖曳線列陣的水面無人艇避障問題,提出了基于速度障礙法的無人艇避障方法.對帶拖曳線列陣無人艇進行建模,分析了帶有拖曳線列陣的水面無人艇避障問題,通過設計改進人工勢場法和速度障礙法,實現帶有拖線陣的水面無人艇整體有效避障.仿真結果表明:速度障礙法能降低無人艇避障時拖線陣的有效張力峰值,保持良好的陣形形態,更好地保障陣列的時空安全.
          • 作者 夏勁松, 劉俊杰, 董海波
            doi 10.13245/j.hust.201214 頁碼 78-82 全文下載(1.39 MB)
            根據艦船原型結構板架模型,提出了新型抗冰結構板架模型,采用凍結冰模擬冰體,對兩種板架結構在相同冰體撞擊下的結構動響應開展模型試驗,并建立相應的光滑粒子流體動力學-有限元法(SPH-FEM)數值模型.通過對試驗結果和數值仿真結果的對比分析,驗證了提出的新型抗冰結構型式的抗冰效果,相同工況下結構最大變形數值計算結果與模型試驗結果的最大偏差為8.65%,冰體最大撞擊力數值計算結果與模型試驗結果的最大偏差為5.11%,表明SPH-FEM數值仿真方法具有良好的工程適用性.
          • 作者 王建東, 莊佳園, 羅 靖, 蘇玉民
            doi 10.13245/j.hust.201215 頁碼 83-88 全文下載(1.34 MB)
            為實現滑行艇水動力優化設計過程中艇型的自動生成,提出一種曲線曲面自動生成的滑行艇參數化建模方法.以艇型關鍵特征點和型線角為設計基礎,基于均勻B樣條曲線和型線約束條件實現滑行艇龍骨線、弦線和舭緣線等關鍵型線的二維投影定義,采用等數弧長均分方式得到廣義型值點,并結合貝塞爾曲線插值得到滑行艇三維曲線,對相鄰三維曲線間進行B樣條曲線插值和坐標變換得到廣義站面.最后通過曲面放樣法得到均勻B樣條曲面片并對各站段進行插值,獲得完整的放樣曲面.利用該方法對帶有防濺條的尖舭型、細長型和休閑型滑行艇進行編程繪制,均得到完整光順的滑行艇曲面,證明了該設計方法的可行性.
          • 作者 李笑晨, 尹 勇
            doi 10.13245/j.hust.201216 頁碼 89-95 全文下載(1000.61 KB)
            針對現有游艇模擬器中無法模擬游艇靜水“海豚運動”的問題,基于游艇高速航行受力本質進行分析,結合平板滑行理論和Savitsky關于棱柱形滑行艇的相關研究,對游艇幾何模型進行合理簡化,求解游艇靜水中滑行運動姿態.基于高頻自由面假設和切片理論計算游艇垂蕩、縱搖水動力系數,采用Routh-Hurwitz線性穩定性判據尋找游艇發生“海豚運動”閾值.提出引入人工干預的方法激勵處于不穩定運動狀態的游艇,使其發生“海豚運動”并進行數值仿真試驗.試驗結果表明當且僅當游艇處于不穩定運動狀態時人工干預可以誘導游艇進行“海豚運動”,數值仿真結果與模型試驗結果符合良好.將算法與游艇模擬器相結合進行工程應用試驗,游艇模擬器運行穩定、效果良好,實現了游艇模擬器中游艇“海豚運動”的仿真.
          • 土木工程
          • 作者 鄭俊杰, 景 丹, 謝明星, 邵安迪
            doi 10.13245/j.hust.201217 頁碼 96-101 全文下載(1.73 MB)
            基于模型試驗和數值模擬對設置聚苯乙烯泡沫(EPS)墊層的剛性擋土墻受力特性進行分析,首先驗證了EPS墊層的減壓作用,其次討論了EPS墊層的彈性模量及厚度對EPS墊層減壓效果的影響,最后提出了剛性擋土墻后EPS墊層的設計方法.結果表明:在擋土墻后設置EPS墊層可降低擋土墻土壓力,EPS墊層的減壓效果隨墊層彈性模量的減小和厚度的增加而增加,提出的EPS墊層設計方法能夠同時滿足減壓效果、路面沉降和經濟性要求.
          • 作者 苗晨曦, 李 杰, 朱孝振, 趙建斌
            doi 10.13245/j.hust.201218 頁碼 102-107 全文下載(2.57 MB)
            為分析格柵-道砟界面力學響應以及網孔形狀對格柵加筋性能的影響,采用顆粒流軟件對三向和雙向土工格柵拉拔過程進行了仿真分析,揭示了剪切帶形成演化機制和剪切帶內粒間接觸力細觀組構特征;同時,從格柵原材料用量角度入手,比較兩種網孔形式土工格柵加筋性能.結果表明:界面強度不單受控于網孔有效面積,格柵拉拔力呈現出法向應力高度敏感性,實際工程中應根據荷載工況合理選擇土工格柵網孔形狀.
          • 作者 王新玲, 趙要康, 周擎威, 朱俊濤
            doi 10.13245/j.hust.201219 頁碼 108-113 全文下載(960.91 KB)
            為了研究高強不銹鋼絞線與水泥基復合材料(ECC)間的黏結滑移性能,以ECC抗拉強度、鋼絞線公稱直徑和相對錨固長度等為試驗參數,通過高強不銹鋼絞線在ECC立方體中的拉拔試驗,研究二者的黏結性能.試驗結果表明當ECC保護層足夠大時,主要發生鋼絞線的滑移和拉斷兩種破壞模式.對于發生鋼絞線滑移的試件,隨著相對錨固長度和鋼絞線公稱直徑的增大,其峰值拉拔荷載增大,但是二者平均黏結應力減??;隨著ECC抗拉強度的增大,其峰值拉拔荷載和平均黏結應力均增大,說明ECC抗拉強度對二者的黏結性能影響最大.基于改進的BPE模型,建立了高強不銹鋼絞線與ECC的黏結-滑移關系模型,提出了模型參數中峰值黏結應力和滑移量等表達式.經驗證分析,所提模型及模型參數計算公式與試驗結果符合良好,能較好地反映二者的黏結滑移特征.
          • 作者 蘇 凱, 王博士, 王文超, 朱洪澤
            doi 10.13245/j.hust.201220 頁碼 114-120 全文下載(2.17 MB)
            考慮水工隧洞初次充水加壓過程和溫度場演化的時差性,采用塑性-損傷-接觸特征的多裂縫混凝土本構模型,結合某發電引水隧洞實例,研究水工隧洞鋼筋混凝土襯砌結構在內水壓與溫度場聯合作用下的開裂特征;同時針對內水水溫與外圍圍巖的溫度傳導過程,對水工隧洞初次充水加壓過程中不同加壓和溫降的疊加作用下襯砌開裂特征進行對比分析.數值分析結果表明:水工隧洞初次充水運行時,溫降的同步作用導致襯砌結構開裂時機提前,致使裂縫寬度的普遍增大和裂縫條數的減少;水-溫聯合作用下,提高隧洞充水加壓速度將增加集中裂縫的最大寬度,并對襯砌結構裂縫分布有較大影響;襯砌-圍巖之間的熱傳遞并不改變襯砌最大裂縫產生的位置,而會降低襯砌裂縫的最大寬度.
          • 作者 龍 立, 賀金川, 鄭山鎖, 周 炎
            doi 10.13245/j.hust.201221 頁碼 121-126 全文下載(667.51 KB)
            為了適應大規模供水系統震后水力分析的需求,提出了基于中央處理單元-圖形處理單元(CPU-GPU)異構計算的供水系統震后水力分析算法.該算法結合對稱逐次超松弛-近似逆預處理(SSOR-AI)和共軛梯度法(CG)求解線性方程組,其中CPU負責供水管網系統節點及管段的基本數據輸入、迭代初值設定、收斂性判斷等步驟,GPU負責迭代雅可比矩陣、節點流量閉合差矢量生成及線性方程組求解.算例表明該算法與傳統牛頓-拉夫森方法計算所得的節點自由水壓及節點流量最大誤差分別為0.44%和0.51%,驗證了該方法的精確性.該算法預處理效果良好,當供水系統規模較大時,所生成線性方程組的時間較串行方法最高可獲得13倍加速效果;整體水力分析效率方面,與基于Cholesky分解的直接法相比可獲得6倍加速效果,能夠滿足大規模供水系統震后水力分析的需求.
          • 作者 趙西增, 童晨奕, 姚炎明
            doi 10.13245/j.hust.201222 頁碼 127-132 全文下載(1.48 MB)
            通過物理模型實驗和數值模擬相結合的方法,利用能量聚焦方式模擬產生極端波浪,開展極端波浪對跨海橋梁上部結構作用的模擬研究.重點分析不同淹沒狀態下橋梁上部結構受極端波浪作用時的波面變化、橋梁底部壓強及整體波浪力變化,探究橋梁上部結構發生損壞的可能原因.結果表明:未淹沒情況下,橋梁主要受波浪砰擊力作用,砰擊力是造成橋梁上部結構發生損壞的可能原因;半淹沒和全淹沒情況下,橋梁主要受動水壓力作用,傾覆力是造成橋梁上部結構發生損壞的可能原因;橋梁所受水平波浪力隨著凈空減小而逐漸增大,直至橋梁全淹沒后趨于穩定,所受豎直波浪力則在凈空為零時最大.

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          主辦:華中科技大學

          主編:李元元

          刊號:ISSN 1671-4512

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