摘要:为减少热处理智能化技术数据孤岛的状态，数字孪生的运用被广泛关注。数字孪生技术是智能化制造领域的先进智能技术，也是解决数据孤岛的重要方法之一。本文介绍了数字孪生技术与基于数字孪生的热处理研究现状。以车间数字孪生框架为基础，从物理车间、虚拟车间、车间服务系统、孪生数据4个方面介绍数字孪生的研究现状，分析了各部分中存在的主要问题。针对基于数字孪生为基础的热处理技术，结合传统热处理技术与特殊热处理的智能化研究进展，分析数字孪生技术在热处理中的应用与进展。

摘要:爬行作为动物的一种有节律的运动行为，众多学者对其潜在机理的研究已经持续了一百多年。随着计算机集成技术、材料科学、空气动力学、微纳制造与人工智能技术的不断进步，对仿生爬行机器人的研究正朝着微型化和智能化的方向发展。本文对昆虫级微型爬行机器人的前沿动态发展进行了综合评述，并结合当前发展态势给出了微型爬行机器人未来发展的建设性意见。首先介绍了微型爬行机器人的研究背景和基本概念，对微型爬行机器人的运动机理和稳定性判据进行了简单分析。然后分析了微型爬行机器人的驱动方式并比较了各种微型爬行机器人的性能。最后，从供能、制造和设计3方面对微型爬行机器人的关键技术进行了总结，探讨了微型爬行机器人研究面临的问题，并提出了微型爬行机器人未来的应用前景和发展方向。

摘要:蛇形机器人由于其狭长的机械臂和超冗余自由度，在复杂极端环境中具有优越的灵活性。本文在欠驱动蛇形臂机器人的结构基础上，提出了基于等效杆长和等效虚拟关节的两种轨迹跟踪算法，实现蛇形臂机器人对目标曲线的跟踪，满足蛇形臂机器人的运动控制需求。最后，设计了臂长1 075 mm 包含7关节单元的蛇形机器人样机，并进行了轨迹跟踪实验，结果表明蛇形机器人可轻松穿过直径90 mm以上的狭小管道。运动过程平稳、无振动，验证了轨迹控制算法的正确性和结构设计的合理性。

摘要:通过拓扑重构，可以提高并联机器人的静刚度、故障修复等性能，但机器人重构之后能否到达任意指定的位姿且不经过奇异位形，尚无定论。为此，以可重构3-转动副转动副转动副（3-revolute-joint，revolute-joint，revolute-joint，3-RRR）并联机器人为研究对象，提出了一种能够实现“点对点”路径跟踪的规划算法。首先，建立了机构重构之前的反向运动学模型，据此确定了6组重构序列。接着，构建了一种“四步”规划算法，适用于任意自由度的可重构并联机器人的“点对点”路径跟踪，具有直观的几何解释，并且能够消除全部的奇异位形；通过算例验证了规划算法的有效性。然后，基于螺旋理论，计算出各组参量下的输入、输出和局部传递指标值，据此，确定了重构序列下的最优输入参量。最后，将“点对点”路径规划算法推广至连续路径规划的情形。

摘要:相比地面环境，太空环境中机器人系统暴露在宇宙射线中更容易受到外部干扰，且因难以维护和燃料消耗等原因带来的质量和惯性等系统参数变化使得其更容易存在系统不确定性。针对载体位置不受控的漂浮基空间机器人系统存在系统不确定性和外部干扰的问题，提出了一种基于变论域模糊控制的轨迹跟踪控制方法。在使用计算力矩控制器求解标称系统控制力矩的基础上，使用变论域模糊控制对系统不确定性和外界干扰带来的误差进行补偿。论域范围的实时变化使变论域模糊控制可以适用于不同时刻的不同误差范围，从而有效提高了系统的响应速度，减小了系统的稳态跟踪误差。最后通过李雅普诺夫方法证明控制方案的稳定性，并通过数值仿真证明了控制方法的有效性。

摘要:飞机壁板类零件在装配阶段需要进行精加工以满足装配精度要求，为了保证得到精确的加工路径和加工余量，需要将具有相互装配关系的零件进行虚拟配准。本文提出一种面向定位孔定位的飞机壁板类零件修整装配的多约束配准算法。首先根据零件实际装配情况，提出3项约束准则，包括定位孔位置约束、配合面距离最小约束和配合面距离均匀约束，并转换成相应的目标函数；然后将目标函数中待求参数进行微分变换并通过交替迭代梯度下降算法求得待求参数可行解。模拟实验验证和实际加工应用表明，本文方法针对零件配合面不同姿态的点云都能精确配准，并基于配准结果，可得到精确加工轨迹和余量，提升零件装配质量。

摘要:利用结构耐久性分析技术可以在保证飞机结构可靠性的同时，有效提高飞机结构的经济性。应用结构耐久性分析技术，对某型飞机飞行载荷谱作用下一种7B04-T651高强铝合金典型疲劳结构的原始疲劳质量（Initial fatigue qualit， IFQ）进行了研究。开展了3级不同应力水平下的飞行载荷谱疲劳试验研究；利用极大似然估计法处理基于三参数Weibull分布的裂纹萌生时间分布的参数估计问题，利用蒙特卡罗法对比验证了该方法的正确性，提出使用对数样本矩处理当量初始缺陷尺寸（Equivalent initial flaw size， EIFS）分布以获取通用当量初始缺陷尺寸分布模型；建立描述该典型结构的原始疲劳质量模型，验证其当量初始缺陷尺寸小于许用规定的0.125 mm；最后通过对该典型结构的原始疲劳质量分析，验证了通用化方法的正确性和实用性，并且建立了结构在不同应力区、不同指定裂纹尺寸和不同可靠度下的寿命估计模型。

摘要:为进一步实现砂型3D打印高效率和高精度成形，开展砂型输出立体光刻（Stereolithography， STL）模型法向量和单位化预处理研究，提取复杂结构多轮廓砂型内部轮廓，提出砂型3D打印每层三角面片单位法向量|Z|最大值的自适应分层厚度准则，实现兼顾沿打印方向和水平方向不同曲率轮廓STL模型高精度分层，最后基于MATLAB开发平台编写砂型多轮廓自适应测试程序，对复杂泵壳砂型/砂芯STL模型进行切片测试。实验结果表明，采用自适应切片算法可以显著提高砂型打印成形精度的同时提高成形效率，对砂型3D打印具有重要理论价值和工程意义。

摘要:增材制造 （Additive manufacturing， AM） 技术制备的钛合金部件在航空航天领域具有广泛的用途，对增材制造钛合金精密零部件而言，铣削、抛光等后处理加工是必不可少的工序。本文选用聚晶金刚石 （Polycrystalline diamond， PCD） 微铣刀对锻造钛合金、激光选区熔化（Selective laser melting， SLM） 技术制备的未经过热处理和经过热处理的钛合金进行微铣削试验，研究了3种不同制造工艺的钛合金材料的微铣削加工性能。结果表明：SLM-热处理钛合金的铣削力最大，这与其材料硬度最高有关。微铣削过程中，所有钛合金材料的逆铣侧顶端毛刺尺寸均要大于顺铣侧顶端毛刺尺寸。在不同制造工艺的钛合金材料中，SLM-钛合金生成的顶端毛刺宽度最小，这与其塑性最差有关。SLM-热处理钛合金获得的表面质量最好，这不仅与材料的硬度和塑性有关，同时还受到孔隙度的影响。

摘要:为研究复合材料开孔板在拉伸载荷下的失效行为，基于开孔板的拉伸试验建立了高精度的有限元仿真模型，并批量生成了拉伸载荷-位移曲线的数据集。提出了一种双长短时记忆（Long short-term memory，LSTM）神经网络模型用于预测载荷-位移曲线，其中第1个LSTM模型进行输入特征的提取，第2个LSTM模型直接给出载荷-位移曲线的预测。结果表明：这一模型能够高效、准确地预测开孔板的拉伸载荷-位移曲线，在测试集上的决定系数R²可以达到0.975 5，关键特征如初始刚度E₀的预测误差仅为1.85%，极限载荷F_max的预测误差仅为2.16%。

摘要:复合材料格栅结构已大量应用于航空航天飞行器中，探究其力学性能具有重要的工程研究价值。为提高复合材料格栅结构的承载效率，提出一种基于“断筋”处理的纤维形态改善方法，通过有限元分析与试验验证的手段，研究了不同断筋比例对复合材料格栅结构节点处纤维形态和拉伸性能的影响。利用建立的有限元模型分析了断筋处理的复合材料格栅结构拉伸失效机理，仿真与试验结果误差均小于10%。结果表明：在成型过程中适当进行断筋处理，能够显著降低节点处纤维弯曲角度，提高拉伸性能。相较于不进行断筋处理，断筋比例为30%时，拉伸极限载荷提高了24.4%。

摘要:为考核层合结构复材风扇叶片在1.5倍离心载荷下的低周疲劳寿命，制备一批风扇叶片，在薄弱部位取样。通过建立层合结构风扇叶片有限元模型，模拟榫头的应力状态，从而确定拉伸载荷水平，开展拉-拉载荷低周疲劳测试。在相邻铺层间引入内聚力单元，并考虑榫头试样单向带面内损伤，模拟损伤变量随循环数累积的过程，增加虚拟拉伸载荷，得到榫头低周疲劳失效时刻的损伤状态。试验结果说明榫头元件形成分层裂纹的平均寿命为17 207 次循环，首次出现分层裂纹的位置基本一致。数值仿真结果表明榫头单向带基体和层间损伤累积引起裂纹扩展，导致低周疲劳失效。本研究可为建立层合结构复材风扇叶片低周疲劳寿命试验流程和疲劳失效判据提供支撑。

摘要:P型橡胶卡箍是航空发动机外部管路系统中连接管路与支架、机匣之间的重要连接件，其主要的失效形式为机体振动和管内高压液体脉动共同作用下的疲劳断裂。卡箍的疲劳性能极大地制约了管路系统的性能，因此对于卡箍的疲劳性能研究具有重要意义。本文首先设计并进行了卡箍的拉压疲劳试验，得到了不同加载位移下的疲劳寿命。后续的断口分析表明卡箍疲劳破坏呈现出两种不同的形式：一是卡箍的金属箍带发生由外侧向内侧扩展的疲劳断裂，二是卡箍的橡胶垫圈严重的磨损现象。其次，结合卡箍疲劳试验的加载过程，建立了对应的有限元模型，并通过与贴片位置的应变对比验证了构建模型的预测精度。针对卡箍箍带疲劳断裂的失效形式，通过卡箍箍带所采用的不锈钢材料的疲劳试验结果，建立了卡箍的SWT（Smith-Watson-Topper）、FS（Fatemi-Socie）以及WB（Wang-Brown）临界平面疲劳寿命模型。最后，结合有限元分析得到的最大应力应变以及卡箍拉压疲劳试验得到的疲劳寿命结果，验证了提出的寿命模型均处于3倍分散带内，对于卡箍的疲劳寿命具有良好的估计精度。

摘要:引入了一种基于特征点约束的飞机外翼对接位姿拟合粒子群优化方法，用于解决外翼对接时位姿拟合误差大的问题，以提高外翼对接精度。首先，通过建立外翼对接时的空间坐标系，分析外翼作为移动部件时位姿拟合误差产生的原因以及减小误差的关键点。然后，使用最小二乘法解算位姿调整参数，通过对特征点约束条件的分析，建立合适的目标函数建立数学模型。再次，引入粒子群算法对位姿调整参数进行优化解算，提高参数精度，从而减小了位姿拟合误差。最后实验验证了本文方法的可行性和有效性。

摘要:鱼骨柔性翼（Fish bone active camber， FishBAC）是一种依靠结构变形实现机翼弯度变化的结构形式，相较于传统的离散式控制面和增升装置，可以在实现机翼弯度变化的同时保持气动表面的连续与光滑。然而，其依靠结构弹性变形实现机翼变弯度的基本特征可能引发潜在气动弹性问题。针对柔性翼潜在的气动弹性问题，本文从结构特性和气动弹性特性两方面进行了研究。在结构特性方面，基于欧拉梁理论和逐段刚化法建立等效结构模型，经有限元验证发现简化模型在计算非均质梁结构保持精度的同时提高了计算效率。在气动弹性特性分析方面，基于等效刚柔耦合翼型模型和非定常气动理论完成了气动弹性特性分析。结果表明，FishBAC建模时需考虑结构柔性，忽略结构柔性会对气动弹性特性的预测存在一定偏差。在驱动力矩低于1.5 N·m时，本文简化的等效结构模型可较好地预测考虑静气动弹性特性的机翼结构形变。使用本文提出的翼型模型考虑结构存在刚柔耦合特性，并预测柔性段所发生的弯度颤振，简化模型与MSC Nastran相比在颤振速度预测上保持了一致性。

摘要:飞翼无人机可利用主动流动控制技术取代传统舵面，避免舵面偏转产生的雷达回波，能够获得更好的隐身性能。本文面向装载环量控制器的大展弦比飞翼无人机，提出了一种兼顾气动和隐身性能的飞翼翼型联合优化方法。针对包含环量控制（Circulation control， CC）机构的二维翼型建立了基于代理模型的联合优化框架，并通过寻优求解，获得了Pareto前沿解集。选择Pareto前沿中的3个点对应的二维翼型进行了气动与隐身性能评估，数值计算结果证实了本文提出的联合优化方法的可行性。

摘要:基于运动嵌套网格方法建立了一套针对直升机旋翼/机身/平尾非定常干扰流场的数值模拟方法，并通过ROBIN机身和Caradonna & Tung旋翼算例进行了验证。应用该方法计算了悬停和前飞状态下直-9直升机旋翼/机身/平尾干扰流场，并与孤立旋翼、孤立机身流场的数值模拟结果进行了对比，分析了不同前飞速度下的旋翼/机身/平尾非定常气动干扰规律。计算结果表明，机身对旋翼诱导速度的干扰具有很强的方向性，并且会导致旋翼桨尖涡涡管畸变，引起旋翼拉力系数波动峰峰值增加；在旋翼下洗流作用下，机身/平尾表面呈现出复杂的非定常压力分布；随前进比增大，旋翼尾流远离平尾区域，气动干扰显著减弱。

摘要:在多智能体系统的研究与实践中，编队路径规划尤为关键，不仅保障智能体的安全运行，也能提高系统执行任务的效率。本文提出了一种适应动态复杂环境的多智能体编队路径规划方法，确保系统在动态避障和编队形状保持方面的实时响应能力。开发了两种核心算法：一种致力于局部运动规划，另一种聚焦于全局路径规划。局部运动规划算法迭代应用半定规划和二次规划，求解得到智能体周围的无障碍凸区域，并通过连续凸优化技术优化编队参数。这一方法有效解决了多智能体编队在动态障碍物避让方面的问题，确保在遵守环境约束的同时实现编队的稳定保持。全局路径规划阶段进一步采用了这一思想，对自由空间中的无障碍凸区域进行采样，结合约束优化来计算起始编队和目标编队之间的过渡编队，并利用图搜索算法找到通往目标编队的最优路径。本文利用MATLAB搭建一个动态障碍物与静态障碍物并存的复杂仓储环境，验证了方法的有效性，并与虚拟结构法和概率路线图（Probabilistic roadmap，PRM）进行对比，展示了其在效率和准确性方面的优越性。

摘要:在工程应用中，作用于工程结构上的载荷多为分布载荷，因此分布载荷识别技术一直备受关注。动标定技术通过建立载荷与响应之间的关系识别载荷，传统动标定方法根据有限元仿真获得标定矩阵，识别结果受到模型误差影响。基于Gauss-Legendre积分将无限维的动标定转换为有限维的动标定，通过傅里叶逆变换和卷积积分得到时域标定矩阵，对施加于结构上的分布载荷进行时域识别，并用仿真验证了该方法的有效性和高精度。在响应中加入噪声，考察该方法的抗噪性，并与传统仿真标定方法进行对比，并讨论了不同高斯点总数对识别精度的影响。

摘要:医用氧化锆陶瓷（Y-TZP）是较好的齿科修复体材料，为了得到较好的齿科修复体性能对于其制造精度特别是表面粗糙度的要求比较高，但其是硬脆难加工材料，为了提高医用氧化锆陶瓷磨削加工表面质量和加工效率，在对医用氧化锆陶瓷磨削过程中的声发射信号分频段进行相关性分析的基础上，提取磨削声发射840~850 kHz敏感频段信号中与磨削表面粗糙度强相关的12组特征值，构建了具有较高预测精度的随机森林神经网络，最终医用氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度声发射预测最大相对误差低于8.37%，研究结果对医用氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度在线智能监测有较大的参考价值。