最新刊期
2021年第55卷第2期
- 摘要：针对精密操控中人-机之间缺乏信息双向交互,以及人的精神状态变化会严重影响肢体操控的精度和安全性等问题,提出了一种引入深度强化学习思想的脑-机协作精密操控方法。首先,结合人在上层规划与机器在精细控制上的各自优势,建立由主动操控和被动调控组成的双环路人-机信息交互机制; 其次,引入深度强化学习思想,从蒙特卡罗采样原理出发,以表征精神状态的脑电信号(EEG)作为模型的输入,以机器人速度指令作为模型的输出,推导出脑-机协作方法的数学模型; 再次,建立具有3个全连接层的精神状态感知网络,从脑-机接口系统的实时监测计算机内存中提取最后1 000 ms的EEG作为输入信号,设计开发脑-机协作精密操控算法。最后,创建轨迹跟踪虚拟环境和任务场景,对脑-机协作精密操控方法进行了实验验证,结果表明:该方法在轨迹跟踪任务的控制精度和完成时间指标上均得到了提高; 相较于传统方法,该方法的平均轨迹跟踪精度和完成时间指标分别提高了36.55%和22.81%。关键词：脑-机协作;深度强化学习;脑-机接口;轨迹跟踪;精密操控248|4|3更新时间：2025-07-09
- 摘要：为解决传统水下机器人功耗大、噪声大、机电特征易被探测的缺点,受河鲀应激防御时体型变化的启发,设计并制造了一种基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人(简称悬停机器人)。机器人基体由柔性硅橡胶材料制成,内部预设一腔体,腔体内封装低沸点驱动液体(3MTM NovecTM 7000,沸点35 ℃),通过加热驱动液体使其发生液气相变,作用在内腔壁面上的饱和蒸气压使悬停机器人的体积发生变化从而改变悬停机器人的浮力; 通过控制驱动温度实现悬停机器人的上浮下潜运动与定深悬停。实验表明:悬停机器人在自封装15 mL驱动液体时的驱动温度范围为50～100 ℃,最大可提供约为自重1.95倍的浮力; 在驱动温度为53 ℃时,可实现定深悬停; 在驱动温度范围内,浮力测量值误差小于5%。基于液气相变驱动的柔性水下悬停机器人回避了传统的机电驱动传动,自带工质,尺寸小质量轻,适合水下复杂环境作业; 工作功耗小,驱动过程无噪声。关键词：水下监测;悬停机器人;液气相变驱动;定深悬停154|3|2更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了筛选先进超超临界电站锅炉的候选材料,以先进超超临界电站锅炉候选合金材料Inconel 617、Inconel 740、HR6W和Sanicro 25为研究对象,研究了4种候选材料在700 ℃、25 MPa超临界水中氧化320 h后的氧化行为,分析了4种材料的氧化膜二维、三维形貌、微观结构及化学成分,测量了氧化增重,并将实验结果与文献结果进行了对比。结果表明:氧化320 h后,含铁量较高的HR6W和Sanicro 25合金表面形成了内层富铬、外层富铁的双层膜结构,含镍量较高的Inconel 617和Inconel 740合金形成了单层尖晶石结构氧化层; 环境温度、环境压力的增加对于合金在超临界水中的氧化增重均有促进作用; 超临界水与合金表面的铁元素反应生成氢,对于合金表面连续性铬氧化层的形成具有抑制作用。4种候选材料的氧化增重及氧化膜厚度由大到小排序均为:Sanicro 25、HR6W、Inconel 740、Inconel 617。关键词：镍基合金;铁基合金;电站锅炉;超临界水;高温氧化113|4|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：以正辛烷(n-C8H18)、异辛烷(i-C8H18)、甲基环己烷(CH3cyC6)和正丁基苯(A1C4H9)4类大分子碳氢燃料为对象,探究了简化建模方法对含不同官能团的碳氢化合物燃烧反应动力学的适用性。建立了上述4类碳氢燃料的简化反应动力学模型,包含124个化学组分和854个基元反应; 采用热解反应和氧化反应过程的主要中间产物分布、点火延时时间、层流燃烧速率等基础燃烧数据对该模型进行验证; 分析了4类燃料中间产物的碳分布及对宏观燃烧特性的影响; 以n-C8H18为例,采用误差传播直接关系图谱法对所建简化模型进行进一步简化,简化后的模型包含56个化学组分和387个基元反应。结果表明:本简化建模方法不仅对直链烷烃和支链烷烃有较好描述,同时适用于环烷烃和烷基芳香烃的燃烧化学; 不同官能团的大分子碳氢燃料裂解中间产物的不同决定了其宏观燃烧特性; 该建模方法通过进一步简化,可有效与先进计算流体力学CFD软件或代码耦合,用于对真实发动机系统的仿真模拟。关键词：碳氢燃料;动力学简化建模;模型缩减;高温氧化化学146|4|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：基于非线性显式动力学软件ANSYS LS-DYNA,采用光滑粒子流体动力学和有限元耦合算法(FEM-SPH)建立了汽轮机典型末级叶片基材17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)的高速水柱射流撞击模型,并进行了网格无关性验证,模拟了高速射流与靶材的撞击过程,研究了射流角度、射流速度和表面粗糙度对靶材水蚀特性的影响。结果表明:相同靶材表面结构下,射流角度越大,靶材水蚀越严重; 表面粗糙度对水蚀影响较大,10 μm凹槽试样的质量损失平均为2 μm凹槽试样的1.6倍,2 μm凹槽试样的质量损失约为光滑表面试样的1.4倍; 提高靶材表面光洁度,能促进水滴压力波的自由扩展,显著降低撞击压力,从而提高材料的抗水蚀性能; 射流速度越大,材料水蚀质量损失越多,靶材的水蚀累积质量损失与射流速度成指数关系,拟合得到速度指数约为3.83。关键词：叶片;液固冲击;水蚀;表面粗糙度;数值模拟138|4|3更新时间：2025-07-09
- 摘要：为实现航空发动机高压转子零件快速且精确装配,通过智能算法对转子零件装配偏心进行预测进而进行相位优化。首先,运用前30阶傅里叶级数的方法模拟形貌误差并生成误差数据。其次,添加误差数据到有限元模型中计算出装配偏心。再次,搭建BP人工神经网络模型,提取傅里叶级数的幅值和相位作为神经网络的输入,装配偏心作为网络输出,在神经网络中加入衰减学习率、正则化、滑动平均算法,使计算装配偏心更加精确、稳定,使用200组数据完成神经网络训练,并用训练好的网络对3组测试数据进行验证。最后,分别使用神经网络计算得到的不同装配零件每个相位的偏心作为粒子群算法需要优化的目标,通过误差传递计算,得到优化后的零件装配相位。研究结果表明:使用神经网络模型计算装配偏心可以充分考虑止口形貌特征和装配变形,并明显提高计算效率,再运用粒子群算法对不同相位进行最优选择,达到满足航空发动机高压转子装配同轴度要求,提高服役性能。关键词：航空发动机高压转子;人工神经网络;偏心预测;粒子群算法;相位优化127|5|6更新时间：2025-07-09
- 摘要：为解决传统特征提取方法处理轴承高维监测数据时会造成部分有用信息损失及现有轴承性能退化状态指标难以精确表征实际运行状态的问题,提出了一种随机矩阵理论(RMT)和主成分分析(PCA)相融合的滚动轴承性能退化评估方法(RMT-PCA)。首先,通过平移时间窗对滚动轴承监测数据进行信息锁定,并构造出随机矩阵模型;其次,利用随机矩阵理论中的单环定理及M-P定律进行矩阵特征分解与提取,构造出14个特征指标;最后,基于PCA算法对多个特征指标进行融合,提取贡献率较大的主成分构造出融合特征指标用于轴承性能退化评估。采用美国IMS轴承全寿命数据进行实验研究,结果表明:与基于最大最小特征值之比指标的异常检测算法相比,RMTPCA方法可提前12.5h检测出轴承的早期异常;与分层狄利克雷过程-连续隐马尔可夫模型相比,RMT-PCA方法在对早期异常点和严重故障点的检测结果与前者基本相同,但其融合指标能够更清晰地反映出轴承在中期和严重退化阶段"愈合现象"的发生。关键词：滚动轴承;随机矩阵理论;主成分分析;性能退化评估;融合特征指标140|4|6更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了准确、高效地对直线导轨多自由度运动误差进行测量,提升精密机械装配效率与质量,提出了一种运用光学与倾角传感器组合方式实现直线导轨系统五自由度运动误差同时测量的方法。首先对所提出的测量系统各测量模块进行光路分析,建立直线度测量模型,并提出了基于共光路的激光漂移分离检测与补偿方法。其次基于直线度测量模型,进一步分析了角度与平移误差串扰及解耦方法,消除由移动部件姿态变化和阿贝误差引起的误差串扰。最后,针对激光漂移的补偿方案进行了实验验证,并通过与激光干涉仪、电子水平仪的测量对比实验,俯仰角、偏摆角、滚转角误差最大偏差分别为5.55″、4.28″、2.21″,水平和竖直平移误差最大偏差分别为2.47、1.92μm,验证了组合测量系统的测量精度,为直线导轨准确、高效测量提供了一种结构简单、成本低的测量系统与方法。关键词：直线导轨;多自由度;组合测量;激光漂移补偿138|3|4更新时间：2025-07-09
- 摘要：为研究多源多工序加工过程波动扩散的特点,针对多源多工序加工过程质量演变规律的多源性与非线性,基于对加工过程波动传递原理的分析,构建以波动贡献度为基础的网络加权方法。利用复杂网络建模理论,建立面向多源多工序加工过程的波动扩散加权网络模型,通过采用网络特性分析手段和加权半局部中心性节点重要度排序算法,实现网络关键节点识别,提出基于广度优先搜索(BFS)策略的波动扩散路径搜索方法,实现针对关键节点的波动源辨识。最后,以汽轮机叶片加工过程为研究对象,对叶片加工质量波动扩散过程进行建模分析,通过分析得到粗铣叶根进汽侧平面、重打顶针孔、精铣叶根型线、粗铣叶根下平面等关键加工工序,其中以重打顶针孔工序为例,进行基于BFS算法的波动扩散路径的求解,搜索结果显示钻床、钻头设备的状态波动水平以及磨叶根出汽侧平面定位基准的加工精度对该工序加工质量将产生直接显著的影响,属于需要重点监控的质量波动源,同时对通过波动扩散路径进行波动传递的其他重要波动源也需要进行质量控制,将有助于进一步提升关键特征——顶针孔特征的加工质量。以上分析辨识的重要波动源和扩散路径符合实际加工过程和工况,表明波动源辨识方案的有效性。关键词：多源多工序加工;波动扩散;复杂网络;关键节点;波动源辨识96|4|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了克服传统铝合金点连接技术存在裂纹、气孔、成形力大和气密性差等不足,实现铝合金板材的高性能点连接,提出了搅拌摩擦铆焊塑性连接新工艺原理,通过理论分析和试验研究,针对不等厚铝合金板材论证了新工艺原理的可行性。首先研究了铝合金板材搅拌摩擦铆焊工艺过程中材料流动行为和温度场分布,重点讨论了转速和持续加热时间对温度变化的影响规律,然后通过控制铆焊热输入量进行了工艺参数优化,并开展了螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊试验研究,最后验证了连接样件横截面材料组织分区与温度场分布的一致性,确定了该工艺的塑性连接机理。结果表明:转速和持续加热时间是影响搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键因素; 3 mm和4 mm厚6061-T6铝合金板材搅拌摩擦铆焊的最优转速范围为1 000～1 400 r·min-1,持续加热时间为3～15 s; 上下板材之间形成冶金结合,塑化材料与螺纹铆钉之间形成机械结合。因此,铝合金板材搅拌摩擦铆焊塑性连接机理符合预期,该新工艺原理有效可行。关键词：搅拌摩擦铆焊;温度场;材料流动;工艺参数优化;焊接热输入量200|5|3更新时间：2025-07-09
- 摘要：为了优化烟气挡板的工作开度区间以提高锅炉热效率和适应调峰的能力,在烟气速度为18 m/s的条件下,分别模拟了某烟气挡板在开度10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°和90°下的速度云图、压力云图、流阻系数和流量系数,并评价了烟气挡板的流动特性。研究结果表明:随着挡板开度的增大,下游烟气的速度场和压力场的均匀性逐渐变好,流阻系数先快速后缓慢地减小,而流量系数则先缓慢后快速地增加; 当挡板全开时,挡板的阻力小于100 Pa,流阻系数小于1.08; 在余热利用装置的引风机全压为1 000 Pa,挡板开度介于17°～80°范围内时,烟气流量随挡板开度的变化特性良好。综合考虑挡板的流阻系数特性,建议该挡板的常用工作开度区间为40°～80°。关键词：烟气挡板;数值模拟;流动特性81|5|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：为探究气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)盆式绝缘子振动模态与表面污秽状况之间的关联关系,采用模态分析方法对盆式绝缘子表面污秽状况进行了检测分析。通过三维有限元软件进行了数值仿真,研究了污秽质量、面积、位置、材料特性对盆式绝缘子模态特性的影响,并在220 kV GIS模型上进行盆式绝缘子的模态试验,对其表面污秽状况检测技术进行了相关研究。研究结果表明:污秽质量是影响盆式绝缘子模态特性的关键因素,污秽面积、位置、材料特性对其模态特性的影响较小; 当盆式绝缘子表面污秽质量增加时,相关系数会明显减小,在2 000～3 000 Hz信号频段,污秽累加值显著增加,2 000～4 000 Hz信号频段内污秽指数明显增大。本文的研究结果为GIS盆式绝缘子表面污秽状况的带电检测提供了一种可现场实施的方法。关键词：盆式绝缘子;表面污秽检测;模态分析65|4|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：本文搭建了液滴对流燃烧实验平台,利用飞滴法进行燃料液滴对流燃烧实验,得到液滴燃烧的火焰结构图像和不同火焰阶段火焰与液滴的距离,同时还对蒸气爆发现象进行了探究,阐明了单次蒸气爆发与连续蒸气爆发的产生机理。研究结果表明:随着液滴速度的增大,液滴燃烧的火焰结构从全包火焰转变成边界层火焰,边界层火焰形成后会产生2种类型的转变:边界层火焰不稳定熄灭和边界层火焰转变成倒锥形火焰; 在形成边界层火焰前,所有工况下液滴的火焰结构转变点基本相同; 蒸气爆发现象是由火焰接触液滴引起的,火焰接触液滴后液滴温度突然升高,短时间内液滴大量蒸发,进而形成蒸气爆发燃烧; 连续蒸气爆发的频率与液滴绕流卡门涡街频率相当,连续蒸气爆发的产生主要受液滴绕流卡门涡街效应的影响。关键词：燃料液滴;对流燃烧;火焰;蒸气爆发66|7|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：为解决传统蜂窝网络中边缘用户上行通信链路质量较差且容易遭到窃听的问题,提出了一种移动无人机辅助的流量卸载和保密传输方案。首先根据空地视距信道特性,建立了基于接收信号强度阈值的信道接入机制,解决了用户传输模式选择问题; 其次,根据空地信道接入时延、无人机飞行高度和速度,确定了任意时刻无人机链路的覆盖范围; 然后,利用随机几何理论,给出了平均可达速率解析式和安全容量评估方法; 最后,通过仿真实验验证所提方案和理论结果的有效性,并给出关键参数的最优化配置方案。仿真结果表明,与传统蜂窝网络相比,所提出的基于移动无人机的组网方案能够在保证用户公平性的基础上,使网络上行通信速率提高约40%,安全容量提高约70%。关键词：无人机;蜂窝网络;流量卸载;保密传输98|4|2更新时间：2025-07-09
- 摘要：为提高癫痫脑电信号特征分类的准确率,基于残差网络结构的深度学习,提出了一种频域注意力机制下的癫痫脑电信号分类(FDAM)算法。首先分析所提取的脑电信号特征,然后根据信号特征主要分布在时频域的幅值中的特点,通过残差网络对时频域幅值特征进行二次提取,最后为了使残差网络提取的特征集中在与分类结果相关性较大的频域,设计了一种频域注意力机制,在深度学习过程中增强该类频域的幅值特征,有效提高了癫痫脑电信号的分类准确率。采用公开数据库PhysioNet中的CHB-MIT Scalp EEG Database数据库对算法的分类性能进行了验证,实验结果表明,FDAM算法对正常状态和癫痫发作状态的脑电信号分类准确率达到98.05%,特异性为99.34%,灵敏度为96.12%。关键词：频域注意力机制;残差网络;时频域特征;癫痫;脑电信号168|4|2更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对线性调频(LFM)相参雷达抗自卫式欺骗干扰问题,提出2种利用回波时频相关差异的雷达欺骗干扰识别方法——经典时频相关移频干扰识别方法和尺度时频相关移频干扰识别方法。经典时频相关法首先对回波进行脉压相参积累,同时对回波进行去斜相参积累,最后根据目标峰值差异识别真假目标;尺度时频相关法首先同样对回波进行脉压相参积累,同时计算回波二维简明分数阶傅里叶变换(2D-CFRFT),以解决经典时频相关法中回波加窗问题,最后同样根据目标峰值差异识别真假目标。试验结果表明:当干信比大于0dB、干扰移频量大于雷达带宽15%时,经典时频相关法和尺度时频相关法干扰识别准确率均接近100%;相比中心频率测量法和调频斜率捷变法,经典时频相关法真实目标识别准确率接近100%的临界信噪比分别降低了8dB和4dB,尺度时频相关法分别降低了4dB和2dB。关键词：雷达;欺骗干扰;干扰识别;去斜处理;分数阶傅里叶变换83|3|5更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对卫星网络中存在信道感知误差使得传统基于理想信道感知的功率控制算法性能下降的问题,提出一种基于认知无线电的能效优先的鲁棒功率控制算法。首先考虑卫星网络中距离感知的不确定性,通过分析推导与距离相关的路径损耗和阴影效应的信道增益分布,建立星地认知功率控制模型,从而将功率控制问题转化为约束条件下的最优化求解问题,同时引入概率约束,利用分式规划与拉格朗日对偶理论,达到认知用户最优的功率控制。仿真结果表明:该算法具有较快的收敛速度和较低的复杂度; 与非能效优先的功率控制算法相比,在感知误差存在情况下网络能量效率最大可提高50%。关键词：卫星通信;认知无线电;能量效率;鲁棒功率控制;分式规划84|4|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对配备1 bit模数转换器(ADC)的大规模多输入多输出(MIMO)上行信道估计精度差的问题,提出了一种三维信道模型约束下的大规模MIMO信道估计方法。首先,结合所选定的适用于面天线阵的三维空间信道模型,建立了带有信道模型约束的大规模MIMO信道估计优化问题,并在优化目标函数的接收信号误差项中引入随机白噪声扰动,以提升方法的抗噪能力; 其次,采用交替迭代式算法对优化问题进行求解,推导了信道模型参数的更新过程; 最后,通过采用信道模型空间结构并使用噪声功率来恢复低精度接收信号的振幅,进而实现更准确的信道参数提取。仿真结果表明:与最小二乘估计和基于Bussgang分解的线性最小均方误差估计相比,所提方法可有效降低量化噪声和白噪声的影响,提高信道估计精度; 当信噪比为10 dB时,采用所提方法估计信道的均方误差比基于Bussgang分解的线性最小均方误差估计方法减小了75%。关键词：大规模多输入多输出;1 bit模数转换器;信道估计;三维信道模型约束74|4|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对现有软件定义卫星网络(SDSN)多控制器部署算法忽略处理时延、导致控制器负载不均衡及现有算法网络可靠性差的问题,提出了一种SDSN多控制器可靠部署算法(MCRDA)。该算法首先根据卫星网络节点处理能力及节点、链路失效概率等参量定义了控制时延、控制链路可靠性、节点吸引度等多控制器可靠部署评价指标; 然后在网络中均匀地挑选吸引度高的节点作为控制器部署位置,待控制器位置确定后,评估每个控制器-交换机组合的控制时延及控制链路可靠性,为最优的控制器-交换机组合构建控制关系,完成多控制器部署; 最后采用人工鱼群算法优化多控制器部署效果,同时引入步长更新函数以提高人工鱼群算法的收敛速度和计算精度。仿真结果表明,相较于k-均值算法、NSGA-Ⅱ算法及SoftLEO策略,MCRDA算法将控制器负载标准差降低了25%,同时将控制时延降低了17%,并使网络可靠性提升30%以上。关键词：卫星网络;软件定义;控制器部署;可靠性;人工鱼群算法99|4|2更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对现有红外传感器对各种挥发性有机化合物响应系数不同,导致难以对特定空间的挥发性有机化合物的气相浓度进行定量监测的难题,通过构建在线测试系统,用气相色谱仪测定结果对红外传感器测试数据进行校正,以获得挥发性有机化合物在传感器上的响应系数,用于校正传感器对特定有机物的定量监测值。分别利用气相色谱和红外传感器同时在线测试了核电安全壳检修期间主要的乙醇、异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯和十一烷6种挥发性有机物的气相浓度,并使用气相色谱测定值与传感器测定值进行计算,获得了各挥发性有机物的红外传感器校正系数,所得校正系数在不同的浓度下对同一物质恒定。在应用中,将相应有机化合物的校正系数乘以红外传感器测试值即可得到该有机化合物在气相中的真实浓度值,同时根据各挥发性有机化合物的爆炸下限值,得出红外传感器监测的密闭空间内挥发性有机物安全浓度的监测范围。关键词：挥发性有机物;浓度检测;红外传感器;核电安全壳77|4|0更新时间：2025-07-09
- 摘要：针对变几何涡轮导叶端区复杂二次流动和传热问题,采用数值模拟方法对某型燃气轮机高低压两级涡轮进行了三维计算,分析了存在进口热斑旋流时,变几何导叶弯曲对高压涡轮级端区流动及传热特性的影响。结果表明:静叶正弯引起气流的径向流动,从而有效抑制了泄漏涡的形成,降低了静叶端壁载荷及端区二次流强度,有效削弱了变几何导叶带来的端区附加损失,且随着正弯角度的增加效果愈明显;静叶正弯抑制了热斑高温核心的径向扩散,但在旋流的带动作用下使得静叶端区温度增加;相比于静叶,动叶叶顶的平均温度和平均传热系数受旋流方向的影响更大,且反向旋流始终大于正向旋流。变几何导叶的大角度正弯设计虽然增加了静叶端区的平均温度,但有效降低了静叶端区的传热系数和动叶叶顶平均温度,降低了端区热负荷。关键词：热斑;旋流;变几何导叶;弯曲;气热特性231|3|1更新时间：2025-07-09
- 摘要：《西安交通大学学报》是西安交通大学主办的自然科学综合性学术理论刊物,它以马克思列宁主义、毛泽东思想和邓小平理论为指导,以促进科学技术发展、培育科技人才、为社会主义现代化建设服务为宗旨,坚持以"出精品、创名牌、办一流学报,争时效、促交流、举科技人才"为目标,主要登载机械、能源、动力、工程力学、电气、材料、电子、信息与控制、计算机等主学科,以及化学工程、生物医学工程、建筑、管理工程、数学、物理等学科方向的最新研究成果,重点突出机电特色.本刊为月刊,国际标准开本,国内外公开发行,为了保证刊物的质量,根据国家的有关标准和本刊的实际,特制定本简则.1|2|0更新时间：2025-07-09
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