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关键词： 25%小偏置碰撞   数学模型   碰撞策略   碰撞区域   测试评估  

摘要： 随着汽车事故的增加,且小重叠碰撞事故死亡率居高不下,小偏置碰撞试验逐渐成为焦点。基于IIHS公布的最新车辆碰撞试验结果,统计超过100余款不同类型的25%小偏置碰撞车辆,建立碰撞转角与碰撞区域的数学模型,将25%小偏置碰撞归结为三种不同的碰撞策略,分别是吸能策略、掠过策略和掠过与吸能策略;并进行试验验证,对三种策略的优缺点进行分析。结果表明,小偏置碰撞试验可运用合理的碰撞策略达到法规要求,对25%小偏置碰撞试验具有一定的参考价值。

关键词： 施工技术   大体积混凝土   水利水电   物理特性   裂缝种类  

摘要： 为了探究大体积混凝土在水利水电工程中的施工应用,笔者首先阐述了大体积混凝土的物理特性,分析其容易出现的裂缝种类,发现:大体积混凝土容易在水化热的作用下出现收缩裂缝和安定性裂缝,也会因为原材料性能出现结构形式的裂缝。因此笔者建议,应该采用精细化管理措施,在施工过程中做好原材料的选择,控制好混凝土配比,改进施工工艺,做好后续保养维护。

关键词： 收获机   仿生铲   木薯块根   数学模型   Design-Expert  

摘要： 针对目前木薯块根收获机挖掘铲存在入土困难、碎土及排土效果不理想及工作强度不足等问题,基于工程仿生学理论,结合动力学知识,提出并设计了一种模仿犬爪趾形状的仿生铲。基于Design-Expert软件中的试验设计方法,以作业速度、土壤含水率及挖掘铲类型为试验因素,以挖薯率、伤薯率为试验指标,对挖掘铲的工作参数进行试验研究,建立了影响因素与响应指标之间的二次正交回归模型,并分析了各影响因素对各响应指标的影响规律。对所有影响因素进行了综合优化处理,确定了最佳的田间工作参数组合为:当选用仿生铲作业速度为1.5m/s、土壤含水率为17%时,整个机具的收获效果达到最佳,挖薯率高达96.1%,伤薯率低至2.48%,满足木薯块根收获的作业要求。以经过前期处理的木薯植株为试验对象进行田间试验验证,得到实际的挖薯率为95.7%,伤薯率为2.57%,相比于软件分析值(96.1%、2.48%)分别下降0.42%、上升3.50%,验证了软件分析的准确性。研究数据可为木薯块根机械化收获提供参考,对木薯块根的挖掘作业具有重要意义。

关键词： 美国国防部   高性能计算   工程建设   基础支撑   子项目   采办   现代化   物理特性  

摘要： 美国国防部于2008年启动“计算研究和工程采办工具与环境项目”,是美军高性能计算现代化设计的子项目。该项目致力于开发和部署基于物理特性的高性能计算软件,用于支撑美军的数字工程建设。美国国防部为革新国防系统采办理念,并降低采办费用、时间和风险,于2008年正式启动了“计算研究和工程采办工具与环境项目”(CREATE)。

关键词： 激光切割   数学模型   工艺参数   熔融速度   切割质量  

摘要： 激光切割技术是激光加工过程中应用最为广泛的工艺工程。激光切割技术凭借其切割速度快、切割范围广、切割质量高、热影响区小、效率高等优点已经成为激光加工领域中最常用的加工方法。激光切割加工应用日益广泛,但揭示激光切割机理的激光切割数学模型尚不完善。为此,本文首先建立离轴式激光熔化切割数学模型,以惰性气体为辅助气体的激光熔化切割金属板为研究对象,将激光熔化切割过程简化成切缝内切割前沿熔化过程、熔化形成熔融层过程、辅助气体与熔融层力的伴随过程。其次以辅助气体种类、辅助气压、切割速度、离轴量为主要影响参数对离轴式激光熔化切割数学模型进行气流速度与熔融物速度的数值模拟分析。将数值分析设置参数代入进行模拟激光切割过程的仿真,研究气流场结构的变化,通过计算气流速度、气流压力得到气体参数在气流场的变化规律。通过气流场的仿真分析得到的结果与数值模拟分析的结果误差不大,为后续的实验验证提供工艺参数理论依据。最后对数值分析和仿真模拟的结果进行实验验证。本文提出通过高速摄像机拍摄捕捉熔融物掉落的方法来采集熔融速度,以辅助气体种类、气压、切割速度、离轴量为激光切割影响参数,对工件进行数据采集和表面形貌观测,分析熔融速度、切缝宽度、断面粗糙度来进行切割质量的分析,得到数值分析结果与实验验证结果误差在20%以内,进而验证了数学模型的有效性。通过响应曲面优化设计对切割参数和响应值预测得到优化后的结果,同时进行实验验证。数值分析的结果和优化后的结果误差较小,优化结果与实验结果相符,对参数设置提供理论基础。

关键词： 孔轴间隙配合   数学模型   配合误差   随机性分析   可靠性分析  

摘要： 随着现代产品结构的集成化和复杂化,对机械产品整体运行性能的可靠性和可持续性提出了更高的要求。在零部件的加工精度达到工艺要求的条件下,提高零件的配合质量和接触质量成为现代机械装配中的一个主要问题。孔轴配合是机械产品最基础的装配结构之一,配合间隙对产品的性能优劣和安全、有效运行起着决定性作用。在孔轴配合存在间隙的情况下,可以通过可靠性分析和优化设计提高机械系统的使用性能,降低配合误差,减小振动,提高产品工作可靠性,避免产品功能失效。 本论文研究了孔轴的加工方式和基本配合原理,依据孔轴配合接触特点,提出了其间隙配合约束方程和基于相对坐标的间隙配合数学模型;采用随机性参数来描述孔轴类零部件间隙配合的影响因素,构建了几何参数和初始接触参数随机性分析模型,通过BP神经网络分析了各随机参数对孔轴间隙配合误差的影响。根据包容性原则,寻找孔轴间隙配合的接触位置,进行了孔轴间隙配合的简化配合模型的研究,以孔轴间隙配合的配合误差为评定指标,研究了孔轴间隙配合数学规划评定模型,在随机性分析的基础上,采用设计验算点进行了孔轴间隙配合的可靠性预测和可靠性优化设计。 以车床尾座套筒配合为研究对象,分别确定以套筒行程、加工随机性和接触随机性为影响因素,建立以尾座套筒配合误差为判别依据的BP神经网络模型,分析其影响因素对配合误差的影响效果。通过设计验算点对尾座套筒配合进行了可靠性预测,依据加工随机性和接触随机性对配合误差的影响,对尾座套筒配合进行可靠性优化,并取得了满意的结果。 最后,以某型号车床尾座套筒为例,对尾座套筒配合误差进行了测量试验。依据孔轴类零件加工精度指标要求,对尾座体和套筒误差进行测量,通过试验与分析数据对比,进一步验证了数值分析及可靠性分析的有效性。

关键词： 无人机   数学模型   双闭环仿人智能PID   PIXHAWK   ROS  

摘要： 由于四旋翼无人机具有低成本、高灵活等特点,在巡检、农业、快递等领域被广泛应用,但目前无人机的控制系统普遍存在控制精度差、抗干扰能力弱等缺点。本文以PIXHAWK飞行控制器作为无人机主控系统,针对四旋翼无人机跟踪控制问题进行研究,考虑四旋翼无人机控制系统中欠驱动性、非线性,以及外部干扰对控制性能的影响,提出一套控制方案以提高控制器的控制精度,主要研究内容如下:首先,根据飞行原理构建了四旋翼无人机的数学模型:动力系统模型、控制系统模型、姿态动力学模型和位置动力学模型,并对模型中的参数进行了辨识。以此为基础,研究仿人智能和串级PID相结合的控制算法,另将误差变化率引入到串级PID控制器的输入中,以误差与误差变化率作为无人机控制系统的特征变量,并利用双曲正切函数改进控制器的外环控制,创新提出了双闭环仿人智能PID(Double closed loop intelligence,DCLIPID)控制算法。其次,在MATLAB中构建了四旋翼无人机以及DCLIPID控制器的Simulink模型,进行仿真试验分析,并与串级PID算法对比,试验结果表明,DCLIPID算法的上升时间减少0.50s,震荡次数减少2次。然后,设计四旋翼无人机系统:挑选飞行模块,组装、调试无人机,并设计了图形化显示界面,为飞行试验奠定了基础。最后,进行了飞行试验,试验1:编写圆形轨迹代码,进行圆形轨迹跟踪试验,试验目的:验证DCLIPID算法跟踪轨迹的性能,结果表明,与串级PID算法对比,无人机在X、Y、Z方向上误差分别减少0.10m,0.23m,0.04m。试验2:编写指点飞行代码,进行自主规划轨迹试验,试验目的:验证DCLIPID算法自主规划轨迹的性能,结果表明,与串级PID算法对比,无人机在X、Y、Z方向上误差分别减少0.22m,0.21m,0.31m。试验3:编写无人机悬停代码,进行外加人工风场的悬停试验,试验目的:验证DCLIPID算法的抗干扰能力,试验结果表明,与串级PID算法对比,在人工风约3.6m·s的情况下,串级PID控制器已逐步发散,DCLIPID控制器还能保持悬停,此时无人机在X、Y、Z方向上悬停误差分别0.24m,0.42m,0.27m。综上所述,结合仿人智能和串级PID的控制方法能够提升无人机的实时性、控制精度与抗干扰能力,该方法对无人机控制领域的研究具有一定的参考价值。

关键词： 气磁轴承   转子系统   数学模型   PID控制   协同控制  

摘要： 目前高速电主轴支承主要有气体轴承和主动磁轴承。静压气体轴承具有承载能力高、高速度、速度范围广、摩擦损耗低以及温升低等优点,主动磁轴承具有高精度、损耗低、无需润滑以及轴承系统具有可控性等优点。但各自又存在着缺点:如静压气体轴承刚度小,高速运转时稳定性差,容易失稳;主动磁轴承承载能力低,体积较大。基于气体静压轴承可提供较大承载能力和主动磁轴承具有良好的可控性性,提出了一种新型的超精密气磁悬浮混合轴承,将两者结合成一体,简化了传统气磁轴承的复杂模型,并且其性能比两者单独应用有了显著地提升。但两者结合之后控制系统较为复杂,传统的PID控制已经无法满足要求,本文拟采用协同控制算法。协同控制适用于高度耦合、非线性系统,抗干扰能力强,系统完整性好,响应速度快。本文将协同控制应用到气磁轴承系统上并与传统PID控制对比分析。首先,设计主轴系统模型,主要设计了径向气磁轴承,包括工作原理、材料选择以及结构参数设计,并建立径向气磁轴承数学模型,包括质量流量方程、气膜力分布方程、承载能力方程、电磁力方程及驱动电压方程。然后采用ANSYSCFX和Maxwell对气磁轴承进行静态分析,计算出偏心率及电流与气磁轴承承载力及主轴变形量之间的关系。又对气磁轴承受力分析,指出气磁悬浮力与电流大小、轴承间隙及节流孔直径等参数密切相关。然后,根据第二章主轴系统为模型,建立了主轴转子系统单自由度和径向四自由度动力学模型并对其求解,研究气体力单独承载、电磁力单独承载及气体力和电磁力共同承载下的主轴质心振动模型,仿真结果表明,在气体力和电磁力共同承载的情况下,主轴质心的振幅小,回转精度高,轴承系统比较稳定;又根据转子动力学方程模型,建立转子系统模型框图、气磁轴承系统模型框图以及转子系统状态空间方程,为后续气磁轴承仿真实验奠定基础。接着,将协同控制理论应用到气磁轴承系统上,先阐述了协同控制中的基本原理,包括协同控制的数学描述及协同控制器设计流程,而后建立了气磁轴承转子系统宏函数,根据宏函数构建气磁轴承转子系统控制模型,然后利用MATLAB/Simulink对气磁轴承转子系统进行仿真,并对比了 PID控制与协同控制下的转子位移响应特性、转子质心位移响应特性、转速响应特性、负载响应特性以及质心轨迹分析。仿真结果表明:不论气磁轴承系统是否存在干扰,PID控制下的响应速度、稳定性及跟随特性均不如协同控制。与PID控制相比,协同控制能够平稳、无超调的到达给定值且响应速度快,系统的抗干扰能力强,高速运转下的稳定好,具有良好的稳态特性和动态特性。最后,在协同控制的理论和仿真基础上,完成控制系统的硬件与软件设计,进行气磁轴承转子控制系统实验,完成实验平台的测试并记录数据。对比分析了协同控制与PID控制下转子在启动悬浮、稳定运转以及受到干扰时响应曲线。实验结果表明:协同控制下气磁轴承系统具有更高的回转精度和控制精度,更好的鲁棒性以及静态和动态性能。

关键词： 实际污水   脱氮除磷   ASM1   数学模型   参数优化  

摘要： 本文采用的是生物絮凝吸附-水解酸化-UCT组合工艺处理实际污水。将生物絮凝吸附作为污水的强化一级处理工艺,降低后续UCT工艺处理污水的难度,水解酸化池为UCT工艺处理污水提供足够的碳源,强化脱氮除磷。组合工艺的启动顺序是依次启动UCT工艺、生物絮凝吸附工艺、水解酸化工艺。组合工艺稳定运行后在活性污泥1号（ASM1）基础上和活性污泥2号（ASM2）中三个水解过程、污泥的吸附过程,运用校正后的组合工艺模型对组合工艺进行动态模拟分析及寻找在运行过程中最优运行工况。***工艺的污泥培养,先间歇培养一段时间后,再使用连续培养方案。当间歇培养一周以后,当污泥浓度达到1500 mg/L时,便开始连续培养驯化污泥。在驯化污泥期间,将进水流量调至15 L/h,UCT工艺连续进出水与连续回流,回流比均为100%。每天监测出水中污染物的指标,达到排放标准时,表明驯化成功。当污泥培养与驯化成功后,再分别启动运行生物絮凝工艺、水解酸化工艺。2.组合工艺稳定运行后,组合工艺对污水中的COD、NH3-N、TP、TN的平均去除率分别为83%、86.48%、97.63%、63.14%,相对于仅运行UCT工艺时,对污染物的去除效果更好。3.组合工艺模型以ASM1模型为基础,加上好氧、厌氧、缺氧三个水解过程,用矩阵的形式对组合工艺模型进行表示,并组合工艺内部进行物料平衡计算。并以AQUASIM 2.0作为软件模拟平台进行编程与求解。为了使模型的模拟与实际运行的真实值更加接近,分别对敏感度较高参数进行参数分析,依照参数敏感性分析的结果,对于参数敏感性较高的进行参数估计。4.运用数学模型对组合工艺参数优化,分别对控制调节硝化液回流比、污泥回流比、缺氧液回流比三个不同因素。模拟结果表明:在控制硝化液回流比为100%～300%时,组合工艺去除污染物与回流比成正相关,但当回流达到300%时,组合工艺脱氮效果较差;控制污泥回流比时,组合工艺去除污染物的效果相差不大。仅仅控制缺氧液回流比为100%～300%时,若组合工艺回流比的增加,组合工艺对总氮的去除率逐渐增加,若继续增大回流比,污染物的去除率并未提高。5.对组合工艺进行了正交实验模拟分析,发现组合工艺的最优工况为缺氧液回流比为300%、硝化液回流比为300%、污泥回流比为80%。图[48]表[16]参[91]

关键词： 问题意识   数学模型   知识结构  

摘要： “双减”背景下《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》），更注重学生应用意识、创新思维和综合素质的培养。综合素质的形成又有赖于“四基”的培养，其中基本能力的培养要求学生要具备一定的问题解决能力，同时新课标中的“四能”也指出要培养学生发现、提出、分析和解决问题的能力，可见培养学生问题解决能力的重要性。因此在素养导向下，如何进行学生问题解决能力的培养将成为我们教学过程中的热点问题。