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2018, 39(5):379-385. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05001
摘要:数控机床可用性是可靠性、维修性和维修保障性的综合反映,是用户最为关心的一个特性。它不仅受数控机床功能故障的影响,也受诸如精度退化、性能波动、漏油等性能故障的影响,因此,孤立地研究国产数控机床的可靠性(功能故障)不足以维持产品的“可用好用状态”。分析了国产数控机床可用性的现状及研究意义,对数控机床可用性建模方法和数控机床维修决策方法的国内外研究现状进行了阐述,总结了数控机床可用性研究存在的问题和发展动态,对基于元动作单元的数控机床可用性系统化建模和以可用性为中心的数控机床主动维修决策两个亟需解决的关键科学问题提出了见解,以期为数控机床可用性研究提供思路。
2018, 39(5):386-393. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05002
摘要:利用变可信度近似模型进行设计优化,可以发挥不同可信度分析模型的优势和特点,大幅减少复杂工程产品设计过程中的计算量,提高计算效率,是解决复杂工程产品设计优化计算复杂度难题的有效途径之一。分析和阐述了基于变可信度近似的设计优化方法的基本思想, 总结归纳了主要研究内容和关键技术,并对适用于变可信度近似的实验设计方法、变可信度近似模型构建方法及设计优化策略进行了综述,指出了今后的主要研究方向:结合自适应采样的变可信度近似模型实验设计,CoKriging类带有误差信息的变可信度近似模型建构,基于空间映射的变可信度近似模型建构,以及变可信度近似模型在多学科设计优化、不确定性优化等各个领域的应用。
2018, 39(5):394-400. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05003
摘要:针对货车整车质量辨识问题,分别对基于车辆纵向动力学和基于运动学的两种整车质量辨别方法进行仿真和实车试验研究。阐述了两种整车质量辨识方法的原理,在TruckSim软件平台上建立车辆模型并在多种工况下基于这两种方法进行仿真分析。根据仿真结果进行实车试验,提出了一种车速冗余计算和加速度计算的方法,利用带时变遗忘因子的递推最小二乘法(RLS)对实车质量进行估计。研究结果表明,所提出的车速冗余计算方法和加速度计算方法准确有效,同时减少换挡次数能够显著提高辨识算法的收敛速度。相比于运动学整车质量辨识算法,基于车辆纵向动力学整车质量辨识算法能够有效地估计货车整车质量,鲁棒性好,估计准确,收敛速度快,具有很好的工程应用价值。
2018, 39(5):401-408. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05004
摘要:针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明:叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。
2018, 39(5):409-415. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05005
摘要:为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型声子晶体中的传播特性,给出了二维三组元局域共振型声子晶体的振动机制,并以原胞为基础构建了三角形阵列的声学超材料模型,探究声波与该模型内原胞间的局域共振特性。仿真结果表明,从三角阵列模型底边入射的平面点状及线状激励声源在受到模型的调控后都会重新在顶角处汇聚成焦点;通过入射由三角阵列构成的矩形模型能实现点源的低损耗搬移效果;将两至三个相同的三角阵列组合成平行四边形和梯形模型后会产生平面声波的变向传输。模拟结果显示,此种以原胞为基础的三角形声学超材料阵列模型,在共振频率下会产生反常声学现象,并且随着模型构造的改变,其共振特性也会随之变化,产生不同的反常声学现象。研究结果可为声隐身、声探测及声波低损耗定向传输等研究提供新思路。
2018, 39(5):416-421. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05006
摘要:为了进一步研究含苯并咪唑有机配体与Zn(Ⅱ)的配位反应规律和性质,利用双齿配体2-氨甲基-1H-苯并咪唑(AMBI)和ZnSO4·7H2O在甲醇-水体系中进行反应,得到了一维链状结构配位聚合物{[Zn(AMBI)(H2O)SO4]·0.5H2O}<sub>n,测定了晶体结构,采用元素分析、红外光谱、紫外光谱法对配合物进行了表征,并对其热稳定性进行了研究。X射线衍射单晶结构表明:配合物属于单斜晶系,C2/c空间群,Zn(Ⅱ)与来自AMBI的2个氮原子、硫酸根的2个氧原子和水分子的1个氧原子配位,形成一个空间扭曲的四方锥结构;配位聚合物通过硫酸根形成一维链状结构,并进一步通过氢键和π…π堆积形成了三维超分子结构。通过对配合物超分子体系的结构研究,进一步认识了氢键和π…π堆积等非共价作用和配体结构对超分子拓扑结构的影响,对于合理选择有机配体、合成结构新颖的配位聚合物具有重要的参考价值。
2018, 39(5):422-429. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05007
摘要:为使再生纤维和造纸行业生产过程中产生的带碱半纤维素废液得到有效利用,解决传统高吸水树脂成本高、耐盐性差、凝胶强度低等问题,以半纤维素、部分中和的丙烯酸、膨润土为原料,过硫酸铵-亚硫酸氢钠为氧化还原引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,引入聚乙烯醇(PVA),在微波辐射条件下合成了聚乙烯醇改性半纤维素-g-丙烯酸/膨润土半互穿网络高吸水树脂,采用FTIR,TG和SEM对产物结构和性能进行表征和测试,考察PVA的引入及其与黏土的协同作用对树脂网络结构和吸液、保水性能的影响。结果表明:在半纤维素-g-丙烯酸/膨润土基础上引入适量的PVA,可以成功制得聚乙烯醇改性半纤维素-g-丙烯酸/膨润土复合高吸水树脂;当PVA质量分数为3%时,树脂的吸水率和吸盐水率分别提高了40.6%和34.7%;改性后树脂的三维网络结构得到有效改善,表现出良好的吸液性能和保水性能。在纤维素综合利用中,利用半纤维素废碱液制备高吸水树脂,可以变废为宝,经济效益和社会效益明显。
2018, 39(5):430-437. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05008
摘要:飞机控制系统作为典型的多输入多输出(MIMO)非线性系统,具有很强的耦合性和不确定性,导致控制难度大幅度提高。针对这一情况,研究了一类飞机姿态控制系统的跟踪控制问题。首先,将飞机姿态控制系统进行坐标变换,并且考虑输入不确定性的存在情况,提出了一种新的高阶微分滑模面,证明了滑模面的稳定性,然后,基于此高阶微分滑模面和神经网络的逼近能力,设计了光滑的自适应滑模控制器。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所设计的控制器既保证了飞机姿态控制系统具有很好的跟踪性能,又避免了传统滑模控制器抖振现象的出现。最后,通过仿真验证了所设计控制器的有效性。与传统的滑模控制器对比,所设计的控制器是光滑的,在实际飞机姿态控制领域中具有很好的应用前景。
2018, 39(5):438-446. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05009
摘要:针对采用传统PI和比例谐振PR控制的并网逆变器对电网干扰信号的抑制能力较弱问题,提出了一种基于准PR控制策略的单相并网逆变器控制方案,并针对自行研制的一种可大规模用于家庭供电的体积小、成本低的单相非隔离5 kW逆变器进行了仿真研究和并网实验。从硬件和软件两方面阐述了逆变器的设计原理;采用Matlab软件中的S-Function函数进行了仿真分析,控制策略为准PR控制,将其与传统的PI和PR控制器进行了对比,并在仿真基础上用实验样机进行了实验验证。研究结果表明,所提出的准PR控制策略在消除稳态误差、提高网侧电流品质和抗电网干扰等方面,相较于PI和PR控制具有很大的优越性,不仅可以更好地实现无静差控制,且具有可扩展性。凭借准PR控制器的无静差特性,单相非隔离5 kW逆变器在家用供电系统中将具有广阔的应用前景。
2018, 39(5):447-454. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05010
摘要:基于LSTM的中文文本分类方法能够正确地识别文本所属类别,但是其主要关注于学习与主题相关的文本片段,往往缺乏利用词语其他方面的信息,特别是词性之间的隐含的特征信息。为了有效地利用词语的词性信息以便学习大量的上下文依赖特征信息并提升文本分类效果,提出了一种结合词性信息的中文文本分类方法,其能够方便地从词语及其词性中学习隐式特征信息。利用开源数据并设计一系列对比实验用于验证方法的有效性。实验结果表明,结合词性信息的基于注意力机制的双向LSTM模型,在中文文本分类方面的分类效果优于常见的一些算法。因此识别文本的类别不仅与词语语义信息高度相关,而且与词语的词性信息有很大关系。
2018, 39(5):455-461. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05011
摘要:为了解决内容中心网络(CCN)中存在的缓存问题,在内容中心网络和软件定义网络(SDN)的融合架构下,充分利用控制层全局感知和集中控制的优势,提出了一种软件定义下的CCN缓存决策方法。考虑了中介中心度、内容流行度、节点边缘度和缓存节点存储容量的有限性,引入了控制节点和通信节点的概念,通过控制器缓存决策,使得请求内容在不同的节点进行合理缓存。同时,根据控制节点距离缓存节点和服务器的跳数,找到返回用户请求的最短路径,采用ndnSIM进行仿真实验。结果表明,相比ALWAYS,LCD两种传统缓存决策策略,该方案可以明显提高缓存命中率,降低路径延展率和缓存替换数,达到了提高CCN缓存效率的目的,有利于内容中心网络及未来网络的发展。
2018, 39(5):462-469. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05012
摘要:针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。
孙 宝 , 苏子亭 , 张 赛 , 郝彦忠 , 裴 娟 , 李英品
2018, 39(5):470-476. DOI: 10.7535/hbkd.2018yx05013
摘要:为了提高CdS光敏层在TiO2一维纳米棒阵列中的填充率,在TiO2种子层的基础上,采用水热法于FTO导电玻璃表面生长了棒长较短、棒间距较大的低密度TiO2一维纳米棒阵列膜,通过化学浴沉积在TiO2纳米棒表面包覆CdS种子层,以此为基底采用水热法于TiO2一维纳米阵列中生长CdS光敏层。采用SEM,XRD及紫外-可见吸收光谱对不同CdS水热生长时间的TiO2/CdS复合膜结构进行了表征,并对其光电性能进行了研究。结果表明,低密度TiO2纳米棒阵列有利于CdS生长液在阵列中渗入形成完全包覆的CdS种子层,CdS光敏层通过水热过程在整个TiO2纳米棒表面均匀生长,逐渐形成CdS对TiO2纳米棒阵列的完全填充和包覆,并在阵列顶端形成由CdS纳米短棒组成的花状修饰层;CdS的修饰将TiO2一维纳米阵列膜的光吸收拓展至可见光区,水热生长7 h所得到的TiO2/CdS复合膜具有最高光电流。所制备的CdS修饰低密度TiO2纳米棒复合膜在太阳电池器件中具有很好的应用前景。