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重庆大学学报

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2025年04期

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材料工程 | 后屈曲张拉整体超材料的建模和优化设计

材料工程 | 后屈曲张拉整体超材料的建模和优化设计

摘要：如何在获得低频带隙的同时实现较高的负载能力是超材料设计中值得关注的问题。通过利用杆件的后屈曲变形，提出了一种新型张拉整体超材料。后屈曲的引入使结构刚度发生软化，在有较高承载能力的同时，实现了低频隔振功能。利用椭圆积分法计算杆件后屈曲变形可以快速得到张拉整体单元的刚度。结合弹簧-质量双原子链模型，在周期性边界条件下利用Bloch定理对带隙进行计算。为了平衡带隙和负载能力，通过基于数据驱动的双目标优化方法获得了极限载荷和带隙下限的帕累托边界。经过优化设计后的超材料带隙频率可以低至 3Hz ，承载能力超过100N 。与其他低频隔振超材料相比，在相同带隙频率下可以将极限承载能力提高3.6倍以上。
材料工程 | 相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为

材料工程 | 相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为

摘要：表面活性剂可以降低流体界面的表面张力，显著改变固体表面的润湿特性，在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性，基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法，引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi动态接触角模型，建立了一种考虑可溶性表面活性剂流动的移动接触线模型。根据控制方程独立开发计算程序，并采用并行化处理提高计算效率。在此基础上，研究了线性剪切作用下液滴的动态过程，分析了有效毛细数和固体表面润湿性对纯净液滴和载表面活性剂液滴变形的影响规律。结果表明：有效毛细数增大会促进液滴变形，当其增大到一定程度时液滴会产生破裂，载表面活性剂液滴相对于纯净液滴有更大的变形量和移动速度。当液滴附着于亲水性固体表面时，在相同剪切作用下，载活性剂液滴相对于纯净液滴有更长的相对弧长和相对润湿长度；且液滴在亲水表面比其在中性表面变形的相对弧长和相对润湿长度值亦更大。而当液滴附着于疏水性固体表面时,液滴则会在剪切作用下脱离固体表面;在相同的毛细数下，载表面活性剂液滴相对于纯净液滴先脱离固体表面且移动速度更快。研究结果表明可溶性表面活性剂的存在会对液滴剪切运动和变形产生较大影响，可以促进液滴变形，增大液滴移动速度。本文的数值方法可用于计算载有可溶性活性剂液滴的移动接触线问题。
材料工程 | Ti60合金疲劳蠕变交互作用下蠕变应力门槛值预测

材料工程 | Ti60合金疲劳蠕变交互作用下蠕变应力门槛值预测

摘要：在 550°高温环境下，对Ti60合金试件开展疲劳-蠕变交互试验，在疲劳应力 450MPa 应力比 R=0.1 的试验条件下，研究不同蠕变应力对钛合金疲劳蠕变行为的影响。根据试验数据，基于Norton模型提出一种能在样本有限的情况下，仅通过短时间的试验来预测较长时间的蠕变应力门槛值的预测模型。将该模型预测结果与最大轴向应力法计算结果进行对比，并将两者预测结果均与升降法所得试验结果进行了对比，相对误差均在 2% 以内，表明该预测模型能较为准确地预测疲劳蠕变试验条件下蠕变应力门槛值。
材料工程 | 双材料含椭圆热夹杂的平面应变问题解析解

材料工程 | 双材料含椭圆热夹杂的平面应变问题解析解

摘要：以含椭圆热夹杂的结合双材料为研究对象，对其平面应变问题进行解析求解和算例讨论。根据Eshelby提出的夹杂分析方法，推导了椭圆夹杂受热本征应变作用引起的弹性场封闭解析解。受Dundurs参数启发，当前解析解引入了1个新的材料参数（范围-1\~1)和5个类张量表达式来简洁表达，使之便于实际应用。针对典型的圆形夹杂问题，解析解在形式上可以得到极大简化，且根据得到的解析解给出了双材料界面上位移、应变和应力的跳跃条件。通过调整双材料的杨氏模量和泊松比，当前解可以退化为全平面或半平面含椭圆热夹杂的解析解。本文的数值解与已发表文献中的数值解的一致性证实了所推导解析解的正确性。
材料工程 | 热处理试板模拟大型过程设备现场热处理工艺

材料工程 | 热处理试板模拟大型过程设备现场热处理工艺

摘要：为确定设备局部热处理工艺，建立了可提供破坏性检测的热处理试板，通过边界条件分析，确定了热处理试板与过程设备等效的边界条件，采用经过实验验证的ANSYS热分析数值模拟方法对热处理试板和对应的过程设备热处理过程进行分析，发现二者加热和保温后的温度场分布基本一致，可通过对热处理试板进行热处理实验确定热处理工艺，进而得到过程设备的热处理工艺。热处理试板制作工艺复杂，利用范围窄，为提高其利用率，建立不同材料和不同厚度热处理试板热处理工艺的计算公式，经过等效，使得一种材料和厚度的热处理试板可模拟多种材料和厚度试板的热处理工艺。研究结果表明，热处理试板壁厚方向温差随壁厚的增加而增加，当壁厚超过120mm ，若采用单面加热，内外壁温差过大，可能导致热处理失败；不同材料热处理试板存在比热容和导热系数差异，也存在热处理温度差异，比热容越大、热导率越低及热处理温度越高的材料需要越长的热处理时间，同时消耗更多能量。
材料工程 | 基于WENO格式有限体积法的铁磁流体两相流相场方法

材料工程 | 基于WENO格式有限体积法的铁磁流体两相流相场方法

摘要：采用基于WENO格式的有限体积法，发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动，利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动，并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时，在流体流动控制方程中加入开尔文力和表面张力以实现磁场对界面动力学行为的描述。将四阶Cahn-Hilliard方程拆分为2个Helmholtz类型方程，从而克服四阶非线性项的离散和高精度计算带来的难题。采用五阶WENO格式对控制方程的对流项进行统一离散处理，从而提高数值计算的精度性，同时避免产生数值振荡。Zalesak's圆盘问题数值模拟的结果表明，本文方法的相界面捕捉精度高于参考文献中所报道的离散方法，与高精度相场方法的精度相当；对剪切流中的液滴变形问题的数值模拟揭示本文数值方法可以更真实地捕捉到更多个卫星液滴。此外，针对磁场影响下，较低毛细数条件的铁磁流体液滴剪切变形研究显示，当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向一致时，磁场的作用会放大液滴变形，进一步增加磁场强度会诱发液滴分裂；而当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向垂直时，较低强度的磁场作用能够改变液滴变形方向，而较高强度的磁场则会使液滴直接呈现出沿磁场方向变形。
通信·计算机·自动化 | 基于方位信息的轮式机器人动态编队控制

通信·计算机·自动化 | 基于方位信息的轮式机器人动态编队控制

摘要：针对非完整约束的多机器人动态编队中，各机器人只能获取相邻机器人方位信息的情况，提出一种纯方位角信息的分布式PID(proportion integration derivative）编队控制算法。考虑领航机器人易受风向或路面平整度等扰动影响，带来无法保持编队队形的问题，算法通过引入跟随机器人的相对位置和相对速度反馈，有效消除稳态误差，抑制干扰的影响，改善系统的动态性能，保证系统的全局稳定性。然后，利用Routh-Hurwitz稳定性判据进行分析，验证编队系统的全局稳定性。最后，通过仿真实验比较所提控制律与基于纯比例和比例积分的控制律在收敛速度、抗干扰能力等方面的性能。仿真结果表明：所提控制律使领航者受到干扰后依然形成期望编队，实现对领航者轨迹的快速跟踪，总方位角误差的相对最大偏差下降了 5.4% 0
通信·计算机·自动化 | 电动汽车电驱系统电磁兼容性能优化研究

通信·计算机·自动化 | 电动汽车电驱系统电磁兼容性能优化研究

摘要：随着电动汽车的普及，功率器件高频开关带来的电磁兼容性(electromagneticcompatibility,EMC)问题也愈发被公众重视，研究对噪声干扰传递路径进行机理分析，搭建电机驱动系统的传导干扰仿真模型，基于实车控制策略（spacevector pulsewidth modulation，SVPWM）。实现闭环控制；在电磁屏蔽室内搭建电机驱动系统传导及辐射干扰实验测试平台，通过优化滤波、屏蔽、接地和回路设计，实现对电驱系统电磁兼容性能的优化。研究结果表明，优化后的电驱系统在辐射发射、传导电流和传导电压等方面的电磁兼容性能得到显著提升。该研究对于改善电驱电磁兼容性能提供有力数据支撑具有重要的指导意义。
通信·计算机·自动化 | 基于XGB-KF模型的农业温室温度预测

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摘要：针对农业温室大棚温度测量受噪声影响不易直接预测的问题，提出一种将XGBoost(extreme gradient boosting）和 Kalman filter 相结合的集成预测模型 XGB-KF（extreme gradientboosting withKalman filter）。该模型首先基于XGBoost对温室内部当前时刻的温度值进行初步估计，使用卡尔曼滤波(Kalmanfilter)对得到的估计结果进行动态修正，得到最终的预测结果。基于涿州地区农业温室大棚的传感器数据进行了数值实验，以均方根误差(root mean square error，RMSE)作为主要指标对模型进行性能评估。与XGBoost、Bi-LSTM和Bi-LSTM-KF方法相比较，XGB-KF的RMSE分别降低 5.22%,10.85%,7.45% Q
通信·计算机·自动化 | 回归拟合NR函数及GPDR先验的图像雾浓度检测

通信·计算机·自动化 | 回归拟合NR函数及GPDR先验的图像雾浓度检测

摘要：针对图像去雾领域缺乏有效雾浓度的检测方法，通过引入Naka-Rushton(NR)拟合函数，提出基于广义灰度差-比散点图先验的图像雾浓度检测算法。首先，提取不同条件下标准图像集灰度散点图的广义灰度差-比先验（generalized pixeldifference ratio,GPDR）；其次，引入符合先验约束的Naka-Rushton拟合函数，通过计算标准图像集拟合NR函数的参数 (n,k) ，建立 (n,k) 与视场雾浓度对应的查找表；再次，采用回归分析法计算真实有雾图像拟合参数，并计算标准参数 (n,k) 与真实拟合参数间的综合相关系数，通过搜索 (n,k) 查找表2评定雾浓度等级。通过不同浓度有雾图像测试，证明算法测试结果符合浓度变化趋势：经过同场景不同浓度、不同场景不同浓度样本测试，算法测试结果与 PM2.5 相关系数达0.95，表明算法能够作为视场雾浓度等级评定；经过横向对比测试表明研究算法测试误差小于 4.8% ，可以用于视场雾浓度检测。

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材料工程 | 后屈曲张拉整体超材料的建模和优化设计

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材料工程 | 相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为

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