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2022年  第36卷  第3期

现代交通工程
车内声品质主动控制算法研究综述
吴雪纯, 王岩松, 郭辉, 郑立辉, 黄双
2022, 36(3): 231-237. doi: 10.12299/jsues.21-0239
摘要:

随着经济水平的提高和汽车技术的发展,车内噪声控制要求在降低声压级的基础上,通过调整声音特性改善声品质. 为满足此目标,对声品质控制目标、控制系统建模、算法改进、算法仿真分析以及试验验证等方面进行研究,其中声品质主动控制算法是控制系统的核心,也是研究重点之一. 为进一步提高控制算法有效性、实时性和自适应性,重点综述主动噪声均衡(ANE )、滤波误差最小均方(FELMS)、神经网络3类声品质主动控制算法,详细阐述各类算法的实现原理、发展情况以及优劣势对比分析,同时对声品质主动控制算法存在的问题以及未来发展前景进行展望,为研究者提供理论基础.

米勒循环与EGR耦合对增压柴油机性能的影响
韩雷, 任洪娟
2022, 36(3): 238-242. doi: 10.12299/jsues.22-0007
摘要:

以某6缸四冲程两级增压船用柴油机为研究对象,建立两级增压柴油机米勒循环与废气再循环(Exhaust Gas Recirculation, EGR)耦合仿真模型,研究米勒循环和EGR耦合对两级增压柴油机燃油消耗率和NOx排放的影响. 结果表明,当米勒度为−40°CA时,燃油消耗率相对原机降低3.5%,NOx排放相对原机降低25.5%;EGR率为30%时,燃油消耗率相对原机增加5.0%,NOx排放降低98.7%;当米勒度为−30°CA与EGR率为20%时,燃油消耗率相对原机仅增加0.1%,NOx排放降低92.7%.

福斯罗W300扣件系统组装状态下刚度特性试验研究
吴昊, 王安斌, 高晓刚
2022, 36(3): 243-248. doi: 10.12299/jsues.21-0199
摘要:

利用高频疲劳动刚度试验平台,结合高速铁路实际运行状况,对福斯罗W300扣件系统组装状态下刚度特性进行研究,得到以下结果. 1)不同预压荷载下,静态和动态刚度有相同增长趋势,20 kN(40 kN)预压荷载下静刚度值比无预压荷载下增大17.7% (59.5%),40 kN下静刚度值明显超出扣件系统静刚度设计限值. 20 kN(40 kN)预压荷载下动态刚度比0 kN下增大4 dB(10 dB). 2)扣件系统静态和动态刚度均表现出低温敏感性,当温度低于20 ℃时,静刚度值随温度降低而上升,特别是在−30 ℃到−60 ℃时静刚度值急剧上升,−50 ℃(−60 ℃)时静刚度是20 ℃时的1.4(4.4)倍. −30 ℃下,其动态刚度比30 ℃时增大8~10 dB,弹性单元体丧失弹性,直接影响扣件系统减振效果. 3)扣件系统刚度在5~1000 Hz时有明显频变特性,预载一定时,动态刚度随频率增大而增大,1000 Hz下动态刚度值比国家标准5 Hz下增大15 dB.

碳中和目标情景下中国燃料电池车总拥有成本研究
王艳红, 符钢战
2022, 36(3): 249-260. doi: 10.12299/jsues.22-0029
摘要:

以碳中和目标为情景,建立燃料电池车总拥有成本(Total Cost of Ownership, TCO)计算模型;应用学习曲线理论预测构成燃料电池车的关键部件的成本变化趋势;讨论当下主流制氢技术路径的未来制氢成本;通过TCO反映我国燃料电池车未来成本趋势、竞争力及关键影响因素.

先进制造与智能控制
基于动态滑模的微定位平台轨迹跟踪控制
宋季强, 张爱华, 杨凌耀
2022, 36(3): 261-266. doi: 10.12299/jsues.21-0193
摘要:

音圈电机驱动的微定位平台作为高精密度运动平台,被广泛应用于精密加工、微机电等领域. 针对音圈电机驱动的微定位平台的高精度平稳跟踪控制问题,结合归一法和理论建模的参数建立具有参数不确定性的二阶微分方程数学模型,以柔性机构实际位移作为输入,平台控制率作输出;鉴于模型参数不确定的特点,通过建立误差的二阶滑模面,提出基于动态滑模的微定位平台跟踪控制,通过李雅普诺夫稳定性理论获得系统稳定的结论. 通过平台试验对比分析提出的控制算法,结果表明提出的动态滑模控制算法在保证较小抖振的前提下,都能完成轨迹跟踪,跟踪精度比传统滑模提高13.4%和4%,且跟踪更平稳,具有良好的工程前景.

考虑轴倾斜的滑动轴承流固耦合瞬态分析
朱希玲, 李学慧
2022, 36(3): 267-271. doi: 10.12299/jsues.22-0018
摘要:

考虑轴受力产生变形引起的轴倾斜,采用流固耦合方法,直接求解Navier−Stokes方程,对滑动轴承系统中轴和润滑油膜进行三维瞬态分析,同时求解流场和固体域,得到油膜动态压力分布、轴心的运动轨迹和不同转速下油膜厚度分布. 结果表明,轴倾斜使油膜压力分布和轴心轨迹变化明显,最小油膜厚度减小,流场压力峰值增大. 通过对滑动轴承的三维瞬态分析可以预测轴承工作过程中实时的轴心轨迹、压力分布、油膜厚度等润滑特性,为滑动轴承的优化设计提供参考.

基于二阶矩误差模型的五轴机床精度分配优化设计
信世豪, 张立强, 李宇昊
2022, 36(3): 272-277. doi: 10.12299/jsues.21-0274
摘要:

在机床精度优化设计过程中,传统精度分配中往往将误差视为常量,而忽略误差的分布情况. 针对此问题,在分析传统精度分配方法基础上,提出一种基于二阶矩误差模型的五轴数控机床精度优化设计方法. 定义二阶矩阵运算规则,用二阶矩阵表达机床精度指标,建立带分布的五轴数控机床误差模型,应用遗传算法对精度指标进行多目标优化求解,得到Pareto最优解集. 以C100P五轴数控机床为例,验证本优化设计方法的可行性. 与传统精度分配方法相比,在保证机床精度要求前提下,新方法能够降低机床装配成本.

高精度点云模型畸变补偿方法
杨皓, 宁业衍, 方宇, 李皓宇, 杨蕴杰
2022, 36(3): 278-283. doi: 10.12299/jsues.21-0249
摘要:

点云模型的准确获取与畸变补偿是三维激光扫描技术检测零部件的关键. 提出一种通过畸变补偿获得高精度三维点云模型方法. 利用线激光重构零部件三维点云模型,对模型中存在的夹角误差进行畸变补偿,实现高精度的点云数据获取. 搭建试验平台,选取仪表部件、双层孔件及栅极组件等不同材质及结构的试验对象,通过对比分析发现,畸变补偿后的均方根差分别减少0.009、0.036、0.024 mm. 结果表明点云模型畸变补偿方法有效,同时具有很好的通用性.

工作空间噪声主动控制ChFxLMS算法
李飞, 黄双
2022, 36(3): 284-289. doi: 10.12299/jsues.22-0013
摘要:

为改善滤波x最小均方(Filter-x Least Mean Square,FxLMS)算法不能同时兼顾稳态误差与收敛速度的不足,提出一种基于cosh函数的变步长FxLMS(Cosh-FxLMS,ChFxLMS)算法. 通过cosh函数建立误差信号与步长因子间的联系,使得步长因子按照cosh函数特性实时调整;分析不同参数对ChFxLMS算法性能的影响,为算法参数选取作指导;分别将正弦信号和实测织机信号作为输入信号,对ChFxLMS算法性能进行验证,并与FxLMS算法、基于sigmoid函数的变步长FxLMS(Sigmoid-FxLMS,SFFxLMS)算法进行对比. 仿真结果表明,ChFxLMS算法性能在时域和频域上都取得较好的控制效果. 分析结果表明,该算法能较大地降低稳态误差和提高收敛速度. 该研究成果可为工作空间噪声主动控制提供一种新思路.

基于正交试验设计的铝/钢激光深熔点焊参数优化
肖睿, 杨瑾, 刘红兵, 赵一璇, 邓沛然
2022, 36(3): 290-294, 323. doi: 10.12299/jsues.21-0087
摘要:

通过激光匙孔点焊技术实现铝与钢的焊接. 通过正交试验方法对铝/钢进行激光匙孔点焊试验,研究时间、功率和离焦量对接头力学性能的影响程度. 结果表明,激光功率对铝/钢激光匙孔点焊接头的力学性能影响最大,离焦量次之,焊接时间影响最少,最优参数为激光功率2.85 kW、离焦量22 mm、持续时间3 s,拉伸载荷达到1470 N. 焊缝处生成锥形熔化区,界面处无裂纹,生成包含Fe3Al、FeAl和FeAl2等金属间化合物(IMCs),最大显微硬度(HV)达到810.

纺织化工与环境
基于分子对接和药效团的磷脂酶PLA2G1B抑制剂的虚拟筛选
王玉婷, 刘霞, 彭媛媛, 王潇婕, 赵琳静
2022, 36(3): 295-300. doi: 10.12299/jsues.22-0051
摘要:

磷脂酶PLA2G1B 与饮食诱导肥胖及相关代谢紊乱密切联系,研究表明一些天然类黄酮化合物对磷脂酶有抑制作用. 采用整合分子对接和药效团策略筛选PLA2G1B靶向小分子抑制剂. 对5种类黄酮化合物与PLA2G1B靶标进行分子模拟对接,分析其相互作用,建立基于配体分子共同特征(HipHop)的药效团模型,应用该模型对ZINC数据库中小分子化合物进行筛选,并对匹配评分良好的化合物进行类药性和药代动力学性质(ADME)预测分析. 结果表明,山柰酚、木犀草素、槲皮素、杨梅素和表没食子儿茶素没食子酸酯与PLA2G1B均能较好结合,结合能为−7.17~−6.17 kJ/mol;所构建的药效团模型含有3个氢键供体和1个氢键受体4个特征元素;通过对ZINC数据库中10 897个小分子的筛选,共得到722个分子,命中率为6.6%. 其中匹配评分>2.5的29个化合物均满足Lipinski规则,大部分化合物的ADME参数良好. 研究结果为PLA2G1B抑制剂设计及先导化合物发现提供了参考数据.

N−苯基萘酰亚胺聚集诱导发光分子用于细胞成像
黄文灵, 蒋娜, 朱颖, 黄婉玲, 瞿祎
2022, 36(3): 301-308. doi: 10.12299/jsues.21-0237
摘要:

聚集诱导发光分子在有机光电功能材料领域有着重要的应用价值. 利用常见的ACQ−活性萘酰亚胺染料, 通过典型的铃木偶联反应,在萘酰亚胺荧光团的4位引入一个去平面化苯环,设计并合成两个新的聚集诱导发光(Aggregation-Induced Emission, AIE)分子NIRF2和NIRF6. 通过1H、13C NMR和HRMS谱对其进行结构表征. 通过紫外−可见光谱、荧光发射光谱和动态激光散射测试研究二者结构与聚集诱导发光的构效关系. 最后,NIRF2和NIRF6成功应用于Hela细胞的细胞质成像. 研究表明,提出的优化设计策略可以实现萘酰亚胺基AIE活性分子的构建.

数理科学与应用
2UPR/UPS/UP并联机构的动力学建模与仿真
陈文波, 陈伟杰, 岳义, 韦宝琛, 崔国华, 潘颖
2022, 36(3): 309-314. doi: 10.12299/jsues.21-0265
摘要:

以一种具有空间三自由度的2UPR/UPS/UP冗余并联机构为研究对象,根据机构的约束条件建立各支链的闭环约束矢量方程,求得机构的位置反解并得到雅可比矩阵. 根据运动学分析,得到3个驱动支链的变化规律,方便实现对机构的位姿控制. 在此基础上,利用虚功原理对机构的动力学进行分析,建立该机构的动力学模型. 最后,在典型工况下对机构的运动学和动力学分别进行Matlab算例仿真与Adams样机仿真,通过对比仿真结果验证运动学和动力学模型的正确性. 该方法为并联机构的设计和控制奠定理论基础,同时适用于类似机构的研究与分析.

长三角城市群生态环境脆弱性评价指标体系构建与实证
刘惠敏, 郑中团, 耿鹏
2022, 36(3): 315-323. doi: 10.12299/jsues.21-0186
摘要:

考虑长三角城市群的地区差异性,基于可持续发展压力−状态−响应(Pressure-State-Response, PSR)模型,综合运用最大相关最小冗余(mRMR)算法、集对分析、熵权法等,构建长三角城市群生态环境脆弱性评价差异化指标体系,并对生态环境脆弱性水平进行综合测度与分析. 实证结果表明:1)该指标体系包含体现生态环境脆弱性的关键基础性指标和地域差异性特色指标,能反映长三角城市群脆弱性现状;2)整体上长三角城市群生态环境脆弱性指数水平分布比较均衡;3)区域内各省市空气污染、人口压力、环境保护层指数水平差异明显,其中,上海、合肥人口压力大;安徽空气污染严重;江苏环境保护比较薄弱.

面向移动端虚拟试衣系统的购买行为研究
郭香梅, 李沛, 曹春祥
2022, 36(3): 324-331. doi: 10.12299/jsues.21-0212
摘要:

虚拟试衣系统的出现为消费者提供了全新的购物体验. 为研究移动端虚拟试衣系统与购买行为之间的关系,检验感官体验、服务质量感知、技术感知与购买行为之间的关系,以态度忠诚度为中介变量构建理论模型. 通过使用因子分析、相关分析、回归分析以及Process中介检验法进行数据统计分析,并检验假设. 结果表明:感官体验、服务质量感知、技术感知对购买行为有显著的正向影响;态度忠诚度在感官体验、服务质量感知和技术感知影响购买行为的关系中,均起中介作用. 研究结果可为移动端虚拟试衣系统的感官体验、服务质量以及技术创新提供理论参考与实践依据.

基于SNA的新型城镇化背景下长三角城市群协调发展水平测度
黄艳秋, 郑中团
2022, 36(3): 332-340. doi: 10.12299/jsues.22-0026
摘要:

新型城镇化是长三角一体化高质量发展的重要组成部分,考虑新型城镇化水平的影响因素,构建人口−经济−生态−地理的改进引力模型,运用社会网络分析(Social Network Analysis, SNA)方法从网络密度、中心度、核心与边缘、凝聚子群以及高铁因素等方面探讨长三角城市群空间协调发展水平. 结果表明:1)长三角城市群新型城镇化空间关联网络,网络密度较低,上海和苏州的节点中心度最高,上海、杭州等8城市出入度的差值为正值,其城镇化发展对长三角其他城市有明显的空间溢出效应;2)以上海为核心城市,南京、苏州等为重要中介城市,总体呈现由内到外的圈层结构,发展联系度由核心向边缘城市圈层递减,上海、苏州、杭州等8个城市为核心子群,形成“全国经济中心+重要节点城市+强关联省会”城市组合;3)高铁因素对长三角城市群新型城镇化空间关联性影响显著,高铁通达性可促进城镇化区域协调发展. 基于分析,提出核心城市发挥辐射带动作用促进边缘城市发展,突破区域行政划分,完善都市圈布局,从人口、经济、生态等方面协调并进提升新型城镇化水平;优化提高长三角高铁网络密度,通过资源流通促进长三角新型城镇化一体化发展的结论建议.