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2022年 第43卷 第8期    刊出日期：2022-08-26

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论文

基于高斯混合-隐半马尔可夫模型的双侧独立电驱动无人履带机动平台纵向决策方法

刘庆霄， 唐泽月， 张超朋， 刘海鸥， 陈慧岩

2022, 43(8):  1733-1743.  doi:10.12382/bgxb.2021.0680

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基于运动学和动力学模型的电驱动无人履带机动平台纵向决策研究存在自适应能力差、难以获得精确的模型参数等问题。针对无人履带机动平台直驶遇到障碍物并接近障碍物的行驶工况，根据驾驶数据提出一种驾驶员纵向决策机理，使用高斯混合-隐半马尔可夫模型对熟练驾驶员纵向决策过程进行建模。使用高斯混合模型对驾驶员在直驶接近障碍物过程中的意图进行辨识，并对驾驶行为进行聚类和量化；通过隐半马尔可夫模型描述驾驶员决策转移过程与相同决策的持续时间；进行不同地面条件下的实车验证。试验结果表明：所提出的驾驶员模型可以很好地模仿驾驶员纵向决策机理，使得最大加速度小于3.5 m/s²,最大减速度大于-4.5 m/s²，决策边界平均加速度绝对值趋近于0.8 m/s²；通过对不同地面条件下的决策持续时间分布进行再训练，该方法可以不依赖地面参数从而适应不同环境条件。

具有环境适应性的柴油机最小压缩比设计方法

黎一锴， 彭靖， 史中杰， 檀丽宏， 李耀宗

2022, 43(8):  1744-1752.  doi:10.12382/bgxb.2021.0400

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为保证柴油机在低温与高原环境下能够顺利启动，基于热力学理论与柴油机试验，提出一种具有环境适应性的柴油机最小压缩比设计方法。通过光学测试确定柴油喷雾自燃的临界着火温度，获得临界着火温度关于喷雾背景密度的拟合关系式；通过整机倒拖试验得到柴油机压缩终了状态随转速的变化关系；结合光学诊断和整机倒拖试验，基于热力学理论，建立柴油机最小压缩比与环境温度、海拔高度间的数学关系。试验结果与理论研究表明：随着环境密度的增加，柴油喷雾的临界着火温度先快速下降然后缓慢下降，最后稳定在700 K左右；随转速的增加，压缩冲程缸内漏气量的减少导致缸内压缩终了压力和温度均增加；对于采用进气预热的柴油机，0 m海拔高度下，环境温度从273 K降低到238 K时，柴油机最小压缩比需从13.8增加到18.0；进气温度263 K时，海拔高度从500 m增加到4 400 m，柴油机最小压缩比需从12增加到17；基于光学诊断和热力学分析确定最小压缩比有利于极端条件下柴油机冷起动性能的提升。

重载车辆进气中冷管振动特性及设计改进

刘宇航， 刘鑫， 张生， 李洪彪

2022, 43(8):  1753-1762.  doi:10.12382/bgxb.2021.0449

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某重载车辆的进气系统由左右两侧进气中冷钢管以及中冷器组成，在车辆交付使用过程中发现左侧进气中冷管常发生失效现象，右侧则未发生过失效。为考察中冷钢管的失效原因，对两侧管路的振动情况进行试验，分别在车辆原地取力和行驶工况下收集了进气系统不同测点的振动加速度数据。通过分析试验数据发现：左侧管路在车辆原地取力、发动机1 700 r/min工况下会发生共振，右侧管路受到发动机的激振加速度相比左侧管路更大；在0~200 Hz内左右两侧管路振动的主频成分相差不大，对左侧中冷钢管进行频响计算发现共振频率主要发生在138 Hz，该频率下钢管根部的最大应力为74.2 MPa。通过对比左右两侧中冷管设计参数，对左侧进气中冷管的结构进行设计改进，并对改进后的结构再次进行仿真计算和试验。研究结果表明，该改进结构成功避开了激振的主频成分，同时也有效改善了不同工况下的管路振动情况。

混合信息熵约束下的电源车传感器优化配置方法

蒋栋年， 李炜

2022, 43(8):  1763-1771.  doi:10.12382/bgxb.2021.0478

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为提升电源车系统的故障可诊断性能，提出一种基于混合信息熵指标约束的电源车传感器优化配置方法。故障可诊断性低是导致电源车故障难以排除的主要原因之一，而测点传感器配置不均衡则是难以迅速、可靠检测电源车故障的本征所在。为此，利用信息值熵理论，借助贝叶斯定理获取电源车系统满足常见故障可诊断性所需的传感器配置集合；考虑到不同传感器之间可能存在冗余，会使得传感器在数量和位置上的配置难以达到最优，进一步借助传递熵方法量化传感器间的冗余度，并将传感器的优化配置问题归结为求解信息值和传递熵的多目标优化问题，以此来获取最佳的传感器配置集合。仿真实验表明，混合信息熵方法对于明确和解析传感器在故障诊断过程中最大的覆盖空间和最小的配置集合具有明显优势。

不同机械约束下压装PBX炸药反应演化行为

姚奎光， 王淑娟， 樊星， 聂少云， 王翔， 代晓淦

2022, 43(8):  1772-1778.  doi:10.12382/bgxb.2021.0445

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为研究机械约束下炸药反应演化行为，加深对武器装药意外点火后反应烈度演化影响因素及机制的认识，对压装PBX炸药反应演化过程进行实验研究。设计一种机械约束装药点火实验装置，采用激光干涉仪和压力传感器分别测量壳体膨胀速度和内部压力，分析不同约束下两种HMX基压装PBX炸药装药的反应演化行为；结合空气冲击波超压测试结果和装置、炸药残骸回收分析，表征装药的反应烈度。研究结果表明：2 MPa机械约束下，PBX-1和PBX-2装药反应最高压力不超过200 MPa，壳体膨胀速度在70 m/s左右，装药反应烈度为爆燃；50 MPa机械约束下，PBX-1和PBX-2装药在百微秒甚至几十微秒内压力超过1 GPa，壳体膨胀速度达到500 m/s，装药发生爆炸反应；不同炸药的力学性能会造成装药反应演化过程存在一定差异，但机械约束影响更明显，新装置2 MPa和50 MPa机械约束装药反应压力和约束壳体速度相差接近1个数量级。

双基推进剂/包覆层界面脱粘敲击检测的策略

段仕轩， 李艳军， 曹愈远， 张兴成， 宋甫成， 柯宇航

2022, 43(8):  1779-1791.  doi:10.12382/bgxb.2021.0573

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针对双基推进剂/包覆层界面脱粘敲击检测中存在的精度低、效率差、混乱无序等问题，提出一套基于敲击检测原理的策略，并对检测流程作出指导。基于敲击检测的基本特性，分别对被检测的柱体和球头两种特殊曲面进行网格划分，并对网格划分中可能出现的精度敏感性问题进行实验分析。由Barlow检测策略数学模型，提出双基推进剂/包覆层界面检测效率数学模型，该模型分别对顺序检测时间成本和定期检测时间间隔进行了定量分析。提出基于箱型图的波动范围识别方法，可以在缺陷云图中直观显示缺陷位置和恶劣程度。通过完整的工艺流程与案例实验分析表明，所提策略对敲击检测流程与检测后处理措施有一定指导意义。

横向过载下气-粒两相流对固体火箭发动机点火过程影响

官典， 郭亚雯， 李世鹏， 唐嘉宁， 王宁飞

2022, 43(8):  1792-1807.  doi:10.12382/bgxb.2021.0321

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固体火箭高速自旋诱发的过载环境会引起燃烧室内流动、传热和燃烧耦合关系的改变，致使发动机点火特性区别于常规点火，对点火可靠性和弹体安全产生潜在威胁。为了研究过载下固体火箭发动机点火过程特性，建立耦合颗粒惯性过载场、颗粒碰撞推进剂增强传热、推进剂侵蚀/过载耦合燃烧、流场惯性过载场效应的综合点火模型。对不同横向过载方向、大小以及颗粒粒径下点火过程进行计算，给出了动态气-粒分布特征，分析了颗粒粒径与过载大小对点火峰值压力p_max、点火滞后时间ξ₁、火焰传播时间ξ₂和火焰填充时间ξ₃的影响规律。研究结果表明：点火过程中过载方向引发气-粒分布规律存在明显差异，进而影响推进剂传热与内弹道在时域的缩短规律；相同过载环境下，粒径减小，点火滞后时间ξ₁和火焰传播时间ξ₂缩短，而对火焰填充时间ξ₃的影响基本可以忽略；在大长径比发动机中，点火颗粒粒径不变，点火延迟时间ξ随过载增加而缩短。

钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标临界跳飞角计算模型

金文， 门建兵， 蒋建伟， 彭嘉诚， 李梅

2022, 43(8):  1808-1815.  doi:10.12382/bgxb.2021.0439

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针对钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标的跳飞问题，通过简化目标和分析变量构造弹目交汇物理模型，采用LS-DYNA3D显式动力学软件建立有限元仿真模型并进行校验，开展长杆弹以着速1 000~2 200 m/s、命中偏移角0°~40°多工况撞击厚壁柱形目标的仿真计算，得到不同着靶条件下长杆弹的临界跳飞角β_c。通过对着速v、命中偏移角γ对临界跳飞角β_c的影响进行量化分析，经数据拟合获取修正因子，建立基于Rosenberg临界跳飞角β_c的修正计算模型。与数值模拟结果对比结果表明，该模型对确定钨合金长杆弹撞击厚壁柱形目标跳飞边界具有较好的适用性。

氟聚物基活性材料动态压剪实验研究

葛超， 曲卓君， 王晋， 胡蝶， 王海福

2022, 43(8):  1816-1822.  doi:10.12382/bgxb.2021.0482

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针对典型聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)（质量分数73.5%/26.5%）氟聚物基活性材料，开展不同应变率、不同温度下的准静态、动态压缩实验；基于不同预设剪切带宽度的帽状试样，开展不同应变率下的动态压剪实验。准静态（应变率10^-3 s^-1）及不同应变率（3×10³~7×10³ s^-1）、不同温度（20 ℃，100 ℃，150 ℃，200 ℃）条件下的动态压缩实验表明，PTFE/Al活性材料是一种典型的弹塑性材料，具有显著应变硬化、应变率强化和热软化效应。不同宽度（500 μm，300 μm，100 μm）预设剪切带帽状试样动态压剪实验表明，剪切带宽度不同导致的局部温升和热效应对材料动态压剪力学响应及材料参数影响显著。

Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观机制

熊玮， 张先锋， 陈海华， 刘闯， 谈梦婷

2022, 43(8):  1823-1834.  doi:10.12382/bgxb.2021.0488

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为阐明含能结构材料冲击反应机理，开展以Al/Ni粉末复合材料为代表的含能结构材料冲击反应细观模拟研究。基于Al/Ni粉末复合材料的扫描电镜照片建立细观有限元模型，并结合Mie-Grüneisen状态方程描述Al/Ni粉末复合材料冲击压缩行为。在此基础上，基于反应扩散模型建立考虑多组分固相反应的Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观模型，分析细观尺度上物质输运过程、冲击反应演化规律及冲击波传播特性。研究结果表明：Al/Ni粉末复合材料在冲击压缩速度(即粒子速度)为400 m/s时仅发生了微弱的化学反应，且化学反应程度随着冲击压缩速度的增大的加剧；化学反应最初发生于Al-Ni界面处，然后垂直于界面发展；冲击反应将引起材料冲击温度和压力的增高，同时对冲击波的传播起到强化作用。

基于姿态反馈实现过载跟踪的飞行器控制方法

姜丽敏， 刘海亮， 陈曙暄

2022, 43(8):  1835-1844.  doi:10.12382/bgxb.2021.0111

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针对依靠气动力提供控制力和控制力矩的飞行器，在构建俯仰-偏航通道非线性数学模型的基础上，提出一种兼顾机动能力和姿态稳定性能的飞行器控制系统设计方法。基于飞行器过载与姿态的等效转换，将制导律计算的过载指令转化为姿态角指令，进而通过以姿态角反馈为主、过载补偿为辅的控制系统设计实现对过载指令的精确跟踪。通过频域相对稳定性分析，验证该方法的稳定性；通过飞行器6自由度仿真，验证该方法在各项随机误差下既能够实现制导对过载的跟踪要求，又达到对飞行器姿态进行鲁棒稳定控制的目的。研究结果表明，该方法简单可靠，具有良好的动态特性和很强的鲁棒性，已得到工程应用验证。

紧凑折反式仿生复眼及图像快速拼接识别算法

曹昭睿， 郝永平， 刘万成， 白帆， 孙颢洋， 张慧， 李宇海

2022, 43(8):  1845-1857.  doi:10.12382/bgxb.2021.0393

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针对多相机阵列复眼质量大与图像数据生成量高的问题，开展多通道-单探测器构型的大视场仿生复眼成像系统及其图像快速拼接识别算法的研究。通过光路折反与光程归一的方式，实现多视角子眼共像面与分区成像。根据折反式复眼成像特征，提出特征图级下基于区域结构相似性的图像快速拼接算法。配合目标识别卷积神经网络，实现紧凑空间下大视场全局图像的快速重建与目标识别。所提出的复眼系统有效光学视场角为138°×75°、光学尺寸为29.78 mm×19.74 mm× 6.86 mm、全局图像拼接速度为0.011 s。紧凑型折反式仿生复眼具有体积小、视场大、计算开销少的特点，能够为载荷与算力受限的小型无人设备与低速弹箭提供广域视觉成像与快速图像拼接识别能力。

异构多基地雷达直线栅栏覆盖的布站优化方法

李海鹏， 冯大政， 陈少锋

2022, 43(8):  1858-1867.  doi:10.12382/bgxb.2021.0406

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在多基地雷达布站位置受限的情况下，为构建直线栅栏覆盖，提出一种使用异构多基地雷达的布站优化方法。通过研究异构与同构多基地雷达之间布站模式的关系，证明了最优直线栅栏覆盖序列的构成特点。以此为基础建立优化模型，同时将布站位置的限制作为模型的约束条件。针对模型中目标函数的非凸性和非解析性，采用整数线性规划与枚举法相结合的优化算法。该算法根据布站位置的受限情况，分层分段求解优化问题，基于最小布站成本准则确定最优栅栏覆盖序列。仿真实验结果表明：雷达发射器的性能和成本是影响优化结果的主要因素；该方法可以在多基地雷达布站位置受限的约束下取得优化布站结果。

基于抛物线包络反演的距离选通三维成像方法

孙磊， 金东东， 纪春恒， 裴崇雷， 安鸿波

2022, 43(8):  1868-1873.  doi:10.12382/bgxb.2021.0528

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距离选通三维成像技术在三维测绘、远距离侦查、导航、水下目标探测等应用领域具有重要意义。介绍了距离选通超分辨率三维成像技术目前的发展现状和常用的三维反演算法。在此基础上研究了基于抛物线包络的距离选通三维成像方法。在实际测距精度、三维成像景深、实时性和系统实现的难易程度等方面，与目前常用的三角形和梯形能量相关算法进行了对比分析和实验验证。实验结果表明：基于抛物线包络的三维反演算法降低了系统硬件指标要求，提高了实际测距精度，同时实现了大景深实时三维成像的要求，具有良好的应用前景。

基于滑模变结构控制的光电稳定平台控制策略研究

郭擘， 柯芳， 余潇， 高歆杨， 孙爱鲜

2022, 43(8):  1874-1880.  doi:10.12382/bgxb.2021.0727

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光电跟踪系统在载体运动的过程中会受到各种扰动，对系统的跟踪性能产生不利影响。滑模控制拥有较好的鲁棒性，在工程上容易实现，可考虑运用在这类系统中。使用摩擦反馈并将速度环滑模控制与跟踪环PID控制相结合，可得到一种应用于光电跟踪系统的滑模变结构控制策略，它提升了光电稳定平台的稳定精度，同时具有一定的鲁棒性，能使运行中的系统在外界环境变化时对变化的扰动有一定的适应能力。以二维伺服转台为被控对象设计了滑模控制器，进行仿真实验并与现有基于PID方法的控制方案对比。对比结果表明：在给定扰动下，基于滑模变结构控制策略的光电稳定平台将速度环稳定误差从72″/s降低到了12″/s，均方根从37.0″/s降低到了1.46″/s，提出的滑模变结构控制器对提升光电稳定平台的稳定精度有一定作用。

混合型加载下钢纤维混凝土损伤过程的声发射参数分析

宋水舟， 任会兰， 宁建国

2022, 43(8):  1881-1891.  doi:10.12382/bgxb.2021.0468

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结合声发射技术，开展Ⅰ-Ⅱ混合型载荷作用下钢纤维混凝土带预制中心裂纹巴西圆盘(BDCN)破坏特性的实验研究，得到试件破坏过程中声发射特征参数的演化过程。运用机器学习算法，对声发射参数进行分析，揭示钢纤维混凝土的损伤机理。结果表明：依据累积声发射强度曲线及时间-载荷曲线的变化，BDCN试件破坏全过程可以划分为3个阶段：前两个阶段损伤的主要来源是混凝土基体中微裂纹的起裂和大量微裂纹汇聚扩展，最后一个阶段声发射源的主要机制则是钢纤维的脱粘及拉拔。运用高斯混合聚类算法,可以将损伤源划分为拉伸型裂纹和剪切型裂纹。其中，拉伸型裂纹主导了每个阶段的损伤，而剪切型裂纹对损伤起到了促进作用。使用支持向量机求得的两类裂纹的分界线方程表明，拉伸型裂纹与剪切型裂纹的分界线并不总是一条过原点的直线。

三维光子晶体红外隐身材料特性

李仁玢， 郭炅， 乔宇， 孟子晖

2022, 43(8):  1892-1901.  doi:10.12382/bgxb.2021.0816

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随着红外探测技术的飞速发展，红外隐身材料的研制与应用在世界各国受到强烈关注。光子晶体凭借其带隙的可调控性脱颖而出。利用带隙处于红外波段的光子晶体作为表面涂层材料能够有效改变目标的红外辐射特性，实现红外隐身。利用理论和实验验证相结合的方法，对基于胶体基元自组装技术制备蛋白石型光子晶体红外隐身材料进行研究，为新型红外隐身材料的发展提供理论指导和技术支持。根据布拉格衍射定律分别确定带隙处于红外探测仪和红外夜视仪的检测波段（3～5 μm和8～14 μm）的光子晶体胶体基元直径范围，并通过分散聚合法合成1～2.21 μm单分散性良好的聚苯乙烯胶体基元。对垂直自组装法、重力沉降法和层层自组装法3种常用的胶体基元自组装方法进行研究，提出一种恒温水浴烘培法。研究结果表明，采用该方法得到的光子晶体结构规整，带隙范围内红外透射率从80%可降至25%，红外热成像仪测试显示对60 ℃的背景材料红外隐身效果好；该方法具有实验设备和工艺简便、耗时较短（仅3 h）、适用微球种类多、阵列规整有序等优点。

面向无人机作战的虚拟孪生系统设计方案

纪广， 郝建国， 张振伟

2022, 43(8):  1902-1912.  doi:10.12382/bgxb.2021.0408

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针对无人机在作战仿真过程中模型精度较低、虚实交互运行较难，指挥员作战体验较弱等情况，基于虚拟孪生技术提出作战仿真系统设计方案，用于无人机实际作战与仿真推演同步运行，并根据战场态势实时输出智能化辅助决策。在数字孪生的基础上提出虚拟孪生技术的内涵，结合人工智能的先进手段，设计面向无人机作战的虚拟孪生系统框架。以单兵作战四旋翼无人机的作战过程为案例，设计其硬件与软件架构，分析其运行流程。案例研究结果表明，虚拟孪生系统下的模型运行较为精准，能够实现虚实同步，交互运行，可视化界面和智能化决策实时输出让指挥员参与感增强，提升了作战指挥效率。

基于机动单元库的TSO-GRU-Ada机动轨迹预测

唐上钦， 魏政磊， 谢磊， 周欢， 张卓然

2022, 43(8):  1913-1925.  doi:10.12382/bgxb.2021.0417

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机动轨迹预测是自主空战中的一个重要组成部分。针对无人战斗机机动轨迹预测精度低且时耗过长的问题，提出一种基于机动单元库的自适应集成三角优化门控循环神经网络预测方法。建立无人战斗机3自由度模型，解决轨迹数据来源问题；通过4种轨迹特征，将轨迹分为平面机动、空间左转弯机动和空间右转弯机动三类，构建21种基本机动单元；介绍门控循环神经网络，为避免网络梯度优化陷入局部最优，引入三角搜索优化算法更新网络内部权值和偏置。为提高预测精度，采用自适应增强算法构建强预测器；通过实验选取预测器最优参数，在不同机动单元情况下进行预测，预测精度较高且均能满足时耗要求；为检验在机动轨迹上的预测性能，从空战训练测量仪中选取一段轨迹，与5种不同预测模型进行对比。研究结果表明，所提模型的预测精度最佳。

基于参数估计的四旋翼无人机自适应鲁棒路径跟随控制器

修杨， 邓宏彬， 危怡然， 李东方

2022, 43(8):  1926-1938.  doi:10.12382/bgxb.2021.0444

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为提高四旋翼无人机的路径跟随精度和飞行鲁棒性，提出一种基于参数估计的四旋翼无人机自适应鲁棒路径跟随控制器。该控制器能够自适应估计无人机模型中的陀螺效应因子和风阻系数，利用估计值补偿系统的控制输入，设计抗干扰项抵消外界环境的负面影响，提高了四旋翼无人机的路径跟随性能和抗干扰能力。建立四旋翼无人机的非线性力学模型，将无人机的路径跟随目标划分为姿态角目标和运动位置目标。利用反步滑模方法和自适应控制方法设计无人机的控制输入方程和估计值更新律。根据Lyapunov方法验证无人机姿态系统和运动位置系统的渐进稳定性。仿真实验和样机实验结果验证了所提控制器的有效性与优越性。

基于PSO-NTSMC的UUV有限时间路径跟踪控制

于浩淼， 刘承蔚， 郭晨， 贾兆岩

2022, 43(8):  1939-1946.  doi:10.12382/bgxb.2021.0491

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针对欠驱动水下无人航行器（UUV）的路径跟踪问题，提出一种基于粒子群优化-非奇异终端滑模（PSO-NTSMC）的路径跟踪控制策略。利用视线法和Serret-Frenet坐标系，构建直线路径跟踪制导律。引入非奇异终端滑模面，设计路径跟踪控制器，实现路径跟踪误差的镇定。通过引入粒子群优化算法优化控制器参数，获得更良好的控制性能。数值仿真结果表明：所设计的控制器能够在有限时间内精确地完成水平面直线路径跟踪任务，并且可以有效地克服恒定未知海流和模型参数摄动的影响。

基于强化学习补偿的地面无人战车行进间跟瞄自适应控制

魏连震, 龚建伟, 陈慧岩, 李子睿, 龚乘

2022, 43(8):  1947-1955.  doi:10.12382/bgxb.2021.0786

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针对底盘运动和路面起伏对地面无人战车行进间跟瞄带来的非线性干扰问题，提出一种 基于强化学习补偿的地面无人战车行进间跟瞄自适应控制方法。该跟瞄控制方法由主控制器与补偿控制器两部分构成，主控制器利用PID控制算法结合当前跟瞄误差得到主控制量，补偿控制器利用Dueling Q 网络强化学习算法对战车当前状态和局部规划路径附近的路面起伏信息进行处理得到补偿控制量。建立地面无人战车一体化运动学模型，对基于强化学习的补偿控制算法进行阐述；基于V-REP动力学软件在三维场景中进行仿真验证。实验结果表明：基于强化学习补偿的跟瞄控制方法对底盘运动和路面起伏具备较好的自适应能力，有效地提升了无人战车行进间跟瞄的准确性与稳定性。

静电电磁脉冲诱发航天器绝缘材料闪络特性

张岩, 赵鑫, 刘尚合, 钱禹行, 张路, 盖祥虎

2022, 43(8):  1956-1965.  doi:10.12382/bgxb.2021.0396

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为探究静电电磁脉冲诱发不同绝缘材料闪络特性，利用静电电磁脉冲诱发闪络实验系统，根据二次电子发射雪崩理论和场叠加原理，结合实验研究了静电电磁脉冲场辐照条件下，有机玻璃、聚四氟乙烯、环氧树脂3种航天器常用绝缘材料表贴指型金属电极的闪络规律。研究结果表明：静电放电(ESD)模拟器对垂直金属耦合板接触式放电产生静电电磁脉冲辐射场，与电极两端直流电场叠加构成合成场诱发闪络，当合成场在两个电极间产生的感应电压小于绝缘材料闪络电压时不会产生诱发闪络，当接近材料闪络电压时，诱发闪络存在概率问题，提升ESD输出电压使合成场产生的感应电压越大，诱发绝缘材料闪络概率增大；3种绝缘材料介电强度越强，在同等强度的静电电磁脉冲条件下，诱发闪络的概率越小，诱发闪络时电极间形成贯穿放电通道所需时间会增加，时延变长，诱发闪络电流随之增大。

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

张杜江， 赵振宇， 贺良， 任建伟， 强鹭升， 周贻来

2022, 43(8):  1966-1976.  doi:10.12382/bgxb.2021.0409

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具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为，开展基于Johnson-Cook（J-C）本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验，同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型，拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究，分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算，并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明：该装甲钢具有应变率强化效应，且温度软化效应显著；采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%，残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。

基于铣削系统动力学响应的球头铣刀铣削表面形貌建模

董永亨， 李淑娟， 张倩， 李鹏阳， 李旗， 贾祯， 李言

2022, 43(8):  1977-1989.  doi:10.12382/bgxb.2021.0472

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基于系统动力学响应完成弱刚度球头铣刀铣削系统中铣削表面形貌建模，对于提高表面质量具有重要的理论价值。为此，借助齐次坐标变换原理建立球头铣刀刀齿的运动学轨迹，按照机械建模法提出铣削力的求解方法，根据再生振动理论建立柔性刀具-柔性工件铣削系统的动力学模型，基于全离散法提出考虑变时滞效应的工艺系统动态位移求解方法，并采用线性插值法修正刀齿运动轨迹；综合Z-MAP法和数值法提出球头铣刀铣削表面形貌仿真方法，在完成加工轨迹驱动的表面形貌几何仿真的基础上，实现考虑振动诱导下工艺系统动态位移的表面形貌物理仿真；以硬质合金球头铣刀铣削7050-T6进行验证性实验。实验和仿真结果具有较高的一致性，表明该仿真方法是有效的，可以为实际加工参数的选择和优化提供理论依据。

高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢焊接接头组织及性能

杨东青， 张建， 范霁康， 周赵， 王克鸿

2022, 43(8):  1990-1997.  doi:10.12382/bgxb.2021.0490

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高氮奥氏体不锈钢与603马氏体高强钢因优越的力学性能在装甲防护领域具有广阔的应用前景。根据“低强匹配”原则，采用ER307Mo奥氏体不锈钢焊丝对30 mm厚的高氮奥氏体不锈钢和603马氏体高强钢脉冲熔化极惰性气体保护焊对接焊接，并分析焊接接头微观组织及力学性能。研究结果表明：试验得到了表面成形良好、内部无裂纹、未熔合等缺陷的焊接接头；焊缝组织主要为奥氏体以及被奥氏体基体包围的铁素体树枝晶，高氮奥氏体不锈钢熔合线附近组织主要为奥氏体，603钢熔合线附近组织主要为条片状马氏体、贝氏体以及回火马氏体；接头的断裂形式以韧性断裂为主，存在少量的解理断裂特征，能谱仪点扫描结果表明，韧窝中心的第2相粒子为富Fe的碳化物；焊接接头的平均抗拉强度达722 MPa，平均断后延伸率达20.2%；焊缝金属的动态屈服强度为913 MPa，最大工程应力为2 045 MPa，抗冲击性能优于603钢母材。

d₃₁模式四悬臂梁压电MEMS加速度计

石树正， 耿文平， 刘勇， 毕开西， 李芬， 丑修建

2022, 43(8):  1998-2006.  doi:10.12382/bgxb.2021.0464

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针对高灵敏度无源加速度计的集成制造需求，提出一种d₃₁工作模式下四悬臂梁集成拾振微球的MEMS压电加速度计敏感结构。建立动力学振动和拾振理论模型，并使用COMSOL 5.0软件对传感器件结构进行建模仿真，通过优化确定满足拾振条件的微器件几何尺寸和结构。利用溶胶凝胶方法实现硅基高品质PZT压电薄膜的异质集成制造，使用MEMS工艺制造微器件并完成传感器的集成和组装。测试结果表明：该加速度计的输入加速度与输出电压的关系为V=1.881a-0.033，电压灵敏度在1 152 Hz时达到13.8 mV/g，表现出良好的灵敏度、线性度和抗干扰能力；新方法具有正确性和工艺方法的可行性，为高性能加速度传感器件提供了一种新的技术途径。

基于广义随机Petri网的混合冗余系统可靠性建模

孙晨峰， 吕卫民， 丛林虎， 徐鹏博

2022, 43(8):  2007-2016.  doi:10.12382/bgxb.2021.0473

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针对冗余系统动态性能难以描述、共因失效影响计算复杂的问题，提出考虑共因失效的广义随机Petri网络（GSPN）模型。在对典型冗余结构进行建模的过程中，引入冲击库所/变迁的概念拓展Petri网建模表示方法，并利用可达图验证了模型的可用性，有效描述了系统的动态失效行为。利用GSPN模型时间变迁特性，合理设计网络结构，实现单元以及系统的故障状态信息保持。在提出的GSPN模型基础上，运用蒙特卡洛仿真的可靠性评价方法生成系统寿命数据，计算系统的可靠性。以某型导弹PLC系统为例进行从单元到系统的模型搭建，实现多种冗余结构混合的系统可靠性求解。研究结果表明：所提方法与考虑共因失效的传统解析法的可靠性差值在0.02以内，验证了方法的可行性。