1 中国工程物理研究院 总体工程研究所，四川绵阳62999
2 中国工程物理研究院，四川绵阳61999
为了实现动态加速度与时变振动环境的综合模拟，研制了一套适应动态加速度场的轻量宽频激振装置。首先提出了压电-液压串联复合激振方法和装置构型，解决了传统激振方法“宽频不轻量、轻量不宽频”的难题。设计了六单元并联压电激振模块，建立了精密装调工艺，并联激振效率达到74.2%。为满足动态加速度环境下的宽频激振需求，提出液压内嵌式定中方案，研制了具有“缸中缸”构型的液压激振模块。基于分频器，提出了串联复合激振系统的分频控制方法，实现了压电、液压激振模块的协调工作、均衡出力。以力平衡控制结合零位移反馈补偿控制，提出了液压激振模块定中控制方法，实现了动态加速度环境下的精确定中。提出了变增益、长时波形再现两种时变振动控制方法，研制了一体化的控制系统。测试结果表明，串联复合激振装置在离心加速度不低于60 g、加速度变化率不低于15 g/s工况下，分别实现了50 kg负载下的6 grms振动加速度、10~2 000 Hz频率范围的宽频激振。该装置已应用于多项惯性器件、组件和系统的环境试验考核，载荷控制效果良好。相比飞行试验，本文成果为飞行器制导、控制系统功能性能考核提供了高效经济的实验室手段，特别在大样本数据获取方面具有优势。
压电激振 液压激振 柔性机构 微位移放大 离心机 hydraulic excitation piezoelectric excitation compliant mechanism micro-displacement amplification centrifuge 光学 精密工程
2023, 31(22): 3318
1 中国人民解放军陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京 100072
2 中国人民解放军火箭军工程大学作战保障学院，西安 710000
碳化硅陶瓷在磨削加工中极易产生崩碎损伤，在碳化硅陶瓷磨削层实时涂覆增韧剂是降低崩碎损伤的新方法。以E51双酚A型环氧树脂、无水乙醇、651型低相对分子质量聚酰胺树脂和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU）为主要成分制备了一种增韧剂，通过测量增韧剂在碳化硅陶瓷表层的接触角、浸润深度与固化时间，探究了增韧剂各组分的添加量与碳化硅陶瓷表面粗糙度对增韧剂润湿性能与固化速率的影响规律，优化出一种润湿性能好、固化速率快的增韧剂。结果表明：增韧剂的最佳质量配比为m(E51双酚A型环氧树脂)∶m(无水乙醇)∶m(651型低相对分子质量聚酰胺树脂)∶m(DBU)=1∶0.9∶0.5∶0.02，该增韧剂在碳化硅陶瓷表层的浸润时间约为160 s，浸润深度约为40 μm，可使碳化硅陶瓷的表层硬度降低约25%；增韧剂的润湿性能随着溶剂的增加或碳化硅表面粗糙度的增大而提高，促进剂添加量的改变对增韧剂的润湿性能几乎无影响；增韧剂的固化速率随溶剂的增加而降低，随促进剂的增加而提高，但当促进剂达到饱和时，固化速率不再提高。
碳化硅陶瓷 崩碎损伤 环氧树脂 增韧剂 配制工艺 性能表征 SiC ceramics edge chipping epoxy resin toughening agent preparation craft performance characterization
山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000
为了在水导激光去除不锈钢表面漆层试验中获得能够不损伤基体表面且完全除漆的加工参数，基于材料热物理性参数与温度变化的关系，运用Ansys建立了水导激光对不锈钢基体表面除漆的三维瞬态模型。在仿真加工过程中进行数值模拟研究，得到了加工过程中温度场的分布情况。通过单因素仿真试验找到了激光峰值功率、脉冲宽度和加工速度对温度场分布的影响规律。仿真结果表明，最高温度集中在热源中心，且随着激光峰值功率和脉冲宽度的增大而增大，随着加工速度的增大而减小。根据316 L不锈钢基体最高使用温度及氟碳漆层熔化温度结合仿真温度场分布确定了较优工艺参数，并进行试验，发现仿真预测值与试验结果相近，证明了水导激光对不锈钢基体表面除漆有限元仿真的可行性。
水导激光 316 L不锈钢 氟碳 温度场 除漆 water-guided laser 316 L stainless steel fluorocarbon temperature field paint removal
1 中国工程物理研究院 总体工程研究所, 四川 绵阳 621999
2 西安交通大学 机械工程学院, 陕西 西安 710000
研究了压电位移放大机构的运动学和动力学建模问题。基于能量守恒原理和弹性梁弯曲理论推导了桥式位移放大机构的位移放大比等静力学解析模型; 在此基础上, 通过拉格朗日方程建立了桥式位移放大机构的固有频率解析模型。通过有限元计算验证和分析了提出的解析模型的可行性和优越性, 并与国内外典型的位移放大比数学模型进行了比较。结果表明: 由于本文提出的模型考虑了位移放大机构的拉伸和弯曲变形, 并且摒弃了国内外普遍采用近似几何关系进行数学推导的思路, 因此所建立的位移放大比解析模型精度更高; 固有频率解析计算结果与有限元模态分析结果的相对误差约为5%。得到的结果显示: 本文给出的建模方法以及位移放大比、固有频率等解析模型可为柔性机构的优化设计和研制提供依据和参考。
压电执行器 微位移放大 柔性机构 柔性铰链 力学解析 有限元分析 piezoelectric actuator displacement amplification compliant mechanism flexure hinge mechanical analysis finite element analysis
1 装甲兵工程学院 装备再制造技术国防科技重点实验室, 北京 100072
2 装甲兵工程学院 全军装备表面工程重点实验室, 北京 100072
针对工程陶瓷的崩碎损伤,应用单颗粒划痕实验系统研究了切向载荷作用下Si3N4陶瓷的崩碎损伤特征和机理.比较了损伤位置、切入深度、切向速度和金刚石磨粒磨损等因素对陶瓷崩碎损伤的影响,应用3D激光测量显微镜观测了崩碎损伤表面的三维形貌,应用扫描电镜分析了崩碎损伤机理.结果表明:出口崩碎损伤是陶瓷崩碎损伤的主要形式;切入深度越大,切向速度越小,金刚石颗粒磨损越多,崩碎损伤就越严重.出口崩碎损伤的中心剖面线具有显著的阶梯形分形特征,其扩展演化规律可由逾渗理论和裂纹扩展的最小阻力原理解释.在切向载荷作用下,入口崩碎损伤在金刚石磨粒的碰撞下主要以穿晶断裂为主;内部崩碎损伤在金刚石磨粒的挤压和切割下主要以破碎和铲除的形式发生断裂;而出口崩碎损伤主要以沿晶断裂为主.
切向载荷 工程陶瓷 氮化硅陶瓷 崩碎损伤 单颗粒划痕 逾渗 sliding load engineering ceramics Si3N4 ceramics edge chipping single diamond grit scratching percolation
1 华中科技大学生命科学与技术学院生物医学光子学教育部重点实验室, 湖北 武汉 430074
2 华中农业大学作物遗传与改良国家重点实验室, 湖北 武汉 430070
3 华中农业大学农业部长江中游作物生理生态与耕作重点实验室, 湖北 武汉 430070
在单株水稻表型测量研究中,为了实现绿叶面积和茎叶相关表型参数的准确计算提供技术保障,茎叶的分割是非常重要的一步.传统的人工测量方法费时费力,且主观性较强,而基于普通相机拍摄的彩色图像进行分割效果很差.本研究介绍了一种使用可见光-近红外高光谱成像系统自动区分单株盆栽水稻茎叶的方法.首先将各波长下的图像从原始二进制数据中提取出来,接着使用主成分分析所有波长下的图像,并提取出主要的主成分图像,再基于数字图像处理技术将茎叶区分开.实验结果表明,本系统以及文中所用方法对分蘖盛期的水稻茎叶有很好的分割效果,这为后续水稻茎叶表型性状高通量、数字化、无损准确提取提供了重要的技术保障,并进一步促进植物表型组学的发展.
高光谱成像 图像分割 主成分分析 hyperspectral imaging image process principal component analysis
华中科技大学 武汉光电国家实验室(筹), Britton Chance生物医学光子学研究中心, 武汉 430074
基于“中国数字人男一号”高分辨人体结构数据集，通过最小包围盒方法获取中国数字人体男性体素模型各器官空间位置和尺寸信息，建立了中国数字人体男性数学模型，并通过变形实现了不同身高模型的构建。采用蒙特卡罗方法进行了不同能量下光子中子的外部辐射模拟。通过结果对比发现，数学模型与体素模型模拟结果趋势一致，但器官位置和质量对剂量影响较大，低能级下尤为明显。对于不同身高模型，小型个体剂量大于大型个体，深层器官剂量较浅层器官对器官尺寸更为敏感。数学模型定义简单，存储空间小，有利于人体辐射剂量的快速计算。
数字人体 数学模型 蒙特卡罗方法 剂量计算 digital human mathematical model Monte Carlo method dose calculation
1 武汉光电国家实验室(筹)—华中科技大学 Britton Chance 生物医学光子学研究中心，武汉 430074
2 华中科技大学 生命科学与技术学院
3 生物医学光子学教育部重点实验室，武汉 430074
谷物粒型是决定谷粒品质和产量的重要参数之一。传统人工测量粒型的方法耗时、工作量大、主观性强。本文首先介绍一种基于线阵列采集技术和工业输送技术的谷物粒型自动测量系统。为提高系统测量效率，文章中应用了图形处理器(GPU)并行处理技术，在统一计算设备架构(CUDA)下对测量算法进行优化。实验结果表明，基于GPU 的并行加速算法，能有效提高测量效率，当图像中谷粒数近2 000 颗时，优化后的算法速度为中央处理器(CPU)下算法运行速度的400 多倍，且随着采集图像中谷粒数的增多，优化测量算法的加速效果更显著。
谷物粒型 图形处理器 并行处理技术 加速算法 grain shape graphics processing unit parallel processing acceleration algorithm
1 湖南商务职业技术学院 信息系, 长沙 410205
2 湖南大学 计算机与通信学院, 长沙 410082
为了实现有线信号和无线信号的同时传输, 采用将有线信号和无线信号分别在两个正交的偏振态中构造混合网络的方法, 用非对称输入的双臂马赫-曾德尔调制器来产生无线信号中的毫米波; 利用相位调制器实现差分相位键控调制格式, 以便在上行链路中实现载波重用有线信号, 分别将调制后两个正交偏振态信号耦合到同一光波长上经过光纤传输至基站。在基站处将两个正交偏振态的信号分离, 携带无线信号光载波经光电检测放大后由天线传输出去, 而携带有线信号光载波分为两路, 一路经过平衡检测器检测得到有线信号, 另外一路应用到上行链路中实现载波重用。通过OPTICSYSTEM软件进行了理论分析和实验验证, 得到了10Gbit/s有线信号和60GHz无线信号通过光纤传输50km后的眼图。结果表明, 该方案传输效果很好。
光通信 有线无线混合通信 偏振复用 平衡检测器 optical communication wired and wirless hybrid network polarization multiplexing balanced detection
