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2013年 32卷 第1期
2013, 32(1): 1-5.
摘要
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摘要:
对于欠驱动连杆机构,混沌的控制和反控制研究是避免或利用其混沌运动的关键问题。在欠驱动平面五杆机构中加装一个线性弹簧,改变了机构的受力状况,从而实现了对机构混沌运动的控制与反控制。以弹簧安装位置为参数的分叉图显示,不同的弹簧安装位置可以使机构呈现出混沌运动、周期运动等多种运动形式,弹簧的安装位置可以通过螺旋机构进行调节,这样就形成了一种简单、有效的机构混沌运动控制和反控制的方法。机构运动的相图和最大Lyapunov指数验证了方法的有效性。
对于欠驱动连杆机构,混沌的控制和反控制研究是避免或利用其混沌运动的关键问题。在欠驱动平面五杆机构中加装一个线性弹簧,改变了机构的受力状况,从而实现了对机构混沌运动的控制与反控制。以弹簧安装位置为参数的分叉图显示,不同的弹簧安装位置可以使机构呈现出混沌运动、周期运动等多种运动形式,弹簧的安装位置可以通过螺旋机构进行调节,这样就形成了一种简单、有效的机构混沌运动控制和反控制的方法。机构运动的相图和最大Lyapunov指数验证了方法的有效性。
2013, 32(1): 6-10.
摘要:
结合有限转动张量、敏度分析和多岛遗传算法,对三轴类菱形车转向机构进行优化设计。基于有限转动张量,建立三轴类菱形车转向机构的运动学数值理论模型,并对其相关硬点作敏度分析。以敏度分析得到的结果为优化变量,以三轴类菱形车的前后轮转向同步性表征值最小为优化目标,利用多岛遗传算法对其进行优化。优化后目标值从初始的7.789°降到了1.210°,降低了三轴类菱形车在转向时的轮胎磨损。
结合有限转动张量、敏度分析和多岛遗传算法,对三轴类菱形车转向机构进行优化设计。基于有限转动张量,建立三轴类菱形车转向机构的运动学数值理论模型,并对其相关硬点作敏度分析。以敏度分析得到的结果为优化变量,以三轴类菱形车的前后轮转向同步性表征值最小为优化目标,利用多岛遗传算法对其进行优化。优化后目标值从初始的7.789°降到了1.210°,降低了三轴类菱形车在转向时的轮胎磨损。
2013, 32(1): 11-15.
摘要:
为了提高大变形曲梁多体系统数值仿真的计算精度和计算效率,引入弧线坐标,采用曲梁单元,从非线性应变关系式出发,用绝对节点坐标法建立了大变形曲梁多体系统的动力学模型,该方法的特点是不需要引入单元转换矩阵,收敛性好。用曲梁单元模型对曲梁单摆进行数值仿真计算,将计算结果与将曲梁细化为若干个直梁单元的动力学模型的计算结果进行对比,验证了曲梁单元动力学模型的准确性和有效性。在此基础上用曲梁单元模型实现了四连杆曲梁多体系统的动力学仿真。
为了提高大变形曲梁多体系统数值仿真的计算精度和计算效率,引入弧线坐标,采用曲梁单元,从非线性应变关系式出发,用绝对节点坐标法建立了大变形曲梁多体系统的动力学模型,该方法的特点是不需要引入单元转换矩阵,收敛性好。用曲梁单元模型对曲梁单摆进行数值仿真计算,将计算结果与将曲梁细化为若干个直梁单元的动力学模型的计算结果进行对比,验证了曲梁单元动力学模型的准确性和有效性。在此基础上用曲梁单元模型实现了四连杆曲梁多体系统的动力学仿真。
2013, 32(1): 16-21.
摘要:
研究模糊作业车间调度问题(FJSSP),用三角模糊数表示模糊加工时间,用半梯形模糊数表示模糊交货期,以最大化最小客户满意度为调度目标,建立了模糊环境下Job-shop调度问题的模型。提出了一种自适应遗传算法,该算法采用基于优先列表的编码方式,提高了编码效率;在进化过程中对种群采用精英保留策略,确保最优个体不被破坏;并对自适应交叉变异算子进行了改进,使种群最优个体参与进化。仿真结果证明所提算法在寻优能力及收敛性能方面均有所改善。
研究模糊作业车间调度问题(FJSSP),用三角模糊数表示模糊加工时间,用半梯形模糊数表示模糊交货期,以最大化最小客户满意度为调度目标,建立了模糊环境下Job-shop调度问题的模型。提出了一种自适应遗传算法,该算法采用基于优先列表的编码方式,提高了编码效率;在进化过程中对种群采用精英保留策略,确保最优个体不被破坏;并对自适应交叉变异算子进行了改进,使种群最优个体参与进化。仿真结果证明所提算法在寻优能力及收敛性能方面均有所改善。
2013, 32(1): 22-27.
摘要:
为提高机构的刚度,在机构内部常会附加一些过约束结构,这些过约束结构在提高机构的刚度的同时会带来其力学分析时的静不定问题。对一种新型结构的肘杆式压力机进行了动态静力学分析,针对分析中存在的静不定问题,将机构分解为静定与静不定两个子机构,并通过将静不定子机构转化为一种等效机构,利用其运动约束方程最终确定出系统的变形协调方程。较之一般求解静不定问题的方法,该方法获得的变形协调方程形式上更加简洁且为线性方程,更加易于求解。
为提高机构的刚度,在机构内部常会附加一些过约束结构,这些过约束结构在提高机构的刚度的同时会带来其力学分析时的静不定问题。对一种新型结构的肘杆式压力机进行了动态静力学分析,针对分析中存在的静不定问题,将机构分解为静定与静不定两个子机构,并通过将静不定子机构转化为一种等效机构,利用其运动约束方程最终确定出系统的变形协调方程。较之一般求解静不定问题的方法,该方法获得的变形协调方程形式上更加简洁且为线性方程,更加易于求解。
2013, 32(1): 28-31.
摘要:
3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。
3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。
2013, 32(1): 32-36.
摘要:
运载火箭模块化设计带来了"组合爆炸"的难题,为了提高气动外形设计和仿真的效率,开展了数字化集成设计技术研究。首先,规划了系统总体架构,设计了开放的四层软件体系架构,并定制了软件工作流程。然后,对气动设计参数进行分类,建立了设计模板库。对Pro/E进行了二次开发,实现了几何建模参数化和模型干涉检查等功能。基于Python语言,编写了参数化网格生成脚本,综合应用CFD-GEOM、Gambit、Fluent等工具软件,实现了仿真分析自动化。基于VC++6.0开发了图形用户界面,实现了设计过程、研制数据和应用工具的系统集成。最后,通过某型运载火箭的应用实例,验证了系统的正确性和有效性。
运载火箭模块化设计带来了"组合爆炸"的难题,为了提高气动外形设计和仿真的效率,开展了数字化集成设计技术研究。首先,规划了系统总体架构,设计了开放的四层软件体系架构,并定制了软件工作流程。然后,对气动设计参数进行分类,建立了设计模板库。对Pro/E进行了二次开发,实现了几何建模参数化和模型干涉检查等功能。基于Python语言,编写了参数化网格生成脚本,综合应用CFD-GEOM、Gambit、Fluent等工具软件,实现了仿真分析自动化。基于VC++6.0开发了图形用户界面,实现了设计过程、研制数据和应用工具的系统集成。最后,通过某型运载火箭的应用实例,验证了系统的正确性和有效性。
2013, 32(1): 37-41.
摘要:
针对新建工艺知识库系统与企业已有工艺设计系统的集成应用,分析了工艺知识的特性,在对集成应用过程解析的基础上,基于工艺知识服务总线和公共数据平台建立了一种松耦合的工艺知识集成应用模式。以新建制造指令设计知识库系统与企业CAPP系统集成为例,描述了集成应用方案,分析表明该方法可以实现松耦合的知识集成,有效利用已有和新开发的知识,实现制造指令的快速、规范化设计。
针对新建工艺知识库系统与企业已有工艺设计系统的集成应用,分析了工艺知识的特性,在对集成应用过程解析的基础上,基于工艺知识服务总线和公共数据平台建立了一种松耦合的工艺知识集成应用模式。以新建制造指令设计知识库系统与企业CAPP系统集成为例,描述了集成应用方案,分析表明该方法可以实现松耦合的知识集成,有效利用已有和新开发的知识,实现制造指令的快速、规范化设计。
2013, 32(1): 42-46.
摘要:
研究动态环境下移动机器人路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行建模,在使用蚁群算法进行全局路径搜索过程中引入人工势场的概念,使蚂蚁对最优路径更加敏感;机器人针对动态环境中可能出现的不同类型障碍物分别执行不同的避障策略;同时提出一种最优路径预测模型用于预测在避障过程中是否出现新的最优路径。算法结合人工势场法和蚁群算法的特点,将全局路径规划与局部路径规划相融合以提高路径搜索的效率。仿真结果验证了该算法的有效性。
研究动态环境下移动机器人路径规划问题,采用栅格法对机器人工作空间进行建模,在使用蚁群算法进行全局路径搜索过程中引入人工势场的概念,使蚂蚁对最优路径更加敏感;机器人针对动态环境中可能出现的不同类型障碍物分别执行不同的避障策略;同时提出一种最优路径预测模型用于预测在避障过程中是否出现新的最优路径。算法结合人工势场法和蚁群算法的特点,将全局路径规划与局部路径规划相融合以提高路径搜索的效率。仿真结果验证了该算法的有效性。
2013, 32(1): 47-50.
摘要:
针对某牵引机车齿轮常出现齿面胶合、点蚀等问题,采用遗传算法,以重合度,齿面接触应力和齿根弯曲应力为优化目标,对齿轮的啮合参数进行了优化。为节省计算成本,在齿轮参数化有限元模型仿真计算的基础上,建立了齿面接触应力和齿根弯曲应力的代理模型。结果表明:遗传算法在多维区域内能快速有效的搜索Pareto解集,实现多目标的优化。以优化的结果对齿轮进行重新设计后,经有限元仿真验证,轮齿齿面接触应力及齿根弯曲应力均得到有效降低。
针对某牵引机车齿轮常出现齿面胶合、点蚀等问题,采用遗传算法,以重合度,齿面接触应力和齿根弯曲应力为优化目标,对齿轮的啮合参数进行了优化。为节省计算成本,在齿轮参数化有限元模型仿真计算的基础上,建立了齿面接触应力和齿根弯曲应力的代理模型。结果表明:遗传算法在多维区域内能快速有效的搜索Pareto解集,实现多目标的优化。以优化的结果对齿轮进行重新设计后,经有限元仿真验证,轮齿齿面接触应力及齿根弯曲应力均得到有效降低。
2013, 32(1): 51-53.
摘要:
通过制备Cu-Al-O薄膜并对其进行退火处理,研究了退火时间对薄膜形貌、结构以及紫外-可见透过率、带隙、中红外透过率的影响。研究结果表明:随着退火时间的增加,薄膜开始晶化,5.0 h时薄膜中出现裂纹,同时出现AlCu合金相;紫外-可见透过率随退火时间的增加而降低;中红外透过率随退火时间的增加先增加后降低;Cu-Al-O薄膜的直接带隙随退火时间的增加而降低。
通过制备Cu-Al-O薄膜并对其进行退火处理,研究了退火时间对薄膜形貌、结构以及紫外-可见透过率、带隙、中红外透过率的影响。研究结果表明:随着退火时间的增加,薄膜开始晶化,5.0 h时薄膜中出现裂纹,同时出现AlCu合金相;紫外-可见透过率随退火时间的增加而降低;中红外透过率随退火时间的增加先增加后降低;Cu-Al-O薄膜的直接带隙随退火时间的增加而降低。
2013, 32(1): 54-58.
摘要:
为了优化轮式机器人三维路径,进行了特殊三维空间有效路径设计,提出了自适应蚁群算法(AACS)。并将该算法应用于三维空间机器人路径规划中,将轮式机器人所处位置与目的点之间的空间划分成带有坡度角的立体网格,定义其有效路径,形成TSP模式。自适应蚁群按TSP模式搜索从原点到目的点之间的最短路径。实验表明:自适应蚁群优化方法克服了传统蚁群算法易陷于局部极值、搜索质量差和精度不高的缺点,提高了收敛速度和精度,输出稳定性好,可以解决轮式机器人在三维实际工作环境中的路径优化问题。
为了优化轮式机器人三维路径,进行了特殊三维空间有效路径设计,提出了自适应蚁群算法(AACS)。并将该算法应用于三维空间机器人路径规划中,将轮式机器人所处位置与目的点之间的空间划分成带有坡度角的立体网格,定义其有效路径,形成TSP模式。自适应蚁群按TSP模式搜索从原点到目的点之间的最短路径。实验表明:自适应蚁群优化方法克服了传统蚁群算法易陷于局部极值、搜索质量差和精度不高的缺点,提高了收敛速度和精度,输出稳定性好,可以解决轮式机器人在三维实际工作环境中的路径优化问题。
2013, 32(1): 59-62.
摘要:
基于材料模型,断裂准则,刀具与工件以及切屑的接触关系等建立了分析直角切削过程中应变的有限元模型。根据有限元分析结果分析了正常切削过程中3个变形区和两侧方向应变以及应变造成的主要影响,两侧方向应变形成了两侧方向毛刺;第一变形区和第三变形区的应变使工件表面产生了变质层;第一变形区和第二变形区形成切屑并影响切屑的应变分布。
基于材料模型,断裂准则,刀具与工件以及切屑的接触关系等建立了分析直角切削过程中应变的有限元模型。根据有限元分析结果分析了正常切削过程中3个变形区和两侧方向应变以及应变造成的主要影响,两侧方向应变形成了两侧方向毛刺;第一变形区和第三变形区的应变使工件表面产生了变质层;第一变形区和第二变形区形成切屑并影响切屑的应变分布。
2013, 32(1): 63-66.
摘要:
针对汽车前部纵梁结构的耐撞性要求,设计了在矩形空心管内部填充成组圆管的组合梁结构,研究了组合直梁在轴向冲击载荷下的能量吸收与变形特性,并进一步研究了填充圆管直径和长度等参数变化对组合梁的性能影响。结果发现,矩形薄壁梁内部填充圆管以后,结构的碰撞吸能特性得到较大程度的提高;通过合理的改变填充圆管的数量和长度,可以较好地调整结构压溃过程中的碰撞力峰值载荷和均值载荷。
针对汽车前部纵梁结构的耐撞性要求,设计了在矩形空心管内部填充成组圆管的组合梁结构,研究了组合直梁在轴向冲击载荷下的能量吸收与变形特性,并进一步研究了填充圆管直径和长度等参数变化对组合梁的性能影响。结果发现,矩形薄壁梁内部填充圆管以后,结构的碰撞吸能特性得到较大程度的提高;通过合理的改变填充圆管的数量和长度,可以较好地调整结构压溃过程中的碰撞力峰值载荷和均值载荷。
2013, 32(1): 67-70.
摘要:
为了研究板壳结构采用橡胶垫板弹性连接下的隔振性能,应用有限元计算软件ANSYS分别对橡胶垫板连接和刚性连接板壳耦合模型进行了仿真计算,比较了两种连接方式下壳体的振动响应,并分析了橡胶垫板参数变化对其的影响。对比了阻尼橡胶垫板和沟槽型橡胶垫板两种连接元件,对采用不同连接元件时壳体的振动响应进行了对比研究。仿真结果表明:与刚性连接相比,橡胶垫板连接能有效抑制板壳振动传递;与阻尼橡胶垫板相比,沟槽型橡胶垫板的隔振效果更好。
为了研究板壳结构采用橡胶垫板弹性连接下的隔振性能,应用有限元计算软件ANSYS分别对橡胶垫板连接和刚性连接板壳耦合模型进行了仿真计算,比较了两种连接方式下壳体的振动响应,并分析了橡胶垫板参数变化对其的影响。对比了阻尼橡胶垫板和沟槽型橡胶垫板两种连接元件,对采用不同连接元件时壳体的振动响应进行了对比研究。仿真结果表明:与刚性连接相比,橡胶垫板连接能有效抑制板壳振动传递;与阻尼橡胶垫板相比,沟槽型橡胶垫板的隔振效果更好。
2013, 32(1): 71-76.
摘要:
为了评价6自由度交叉杆型并联机床中铰链间隙对刀具空间位置与姿态(简称位姿)的影响,提出了一种"分解、求交"方法,确定铰链间隙引起刀具平台位姿的可达空间,进而分析铰链间隙对刀具位姿的影响。基于旋量理论,采用指数坐标法推导了该机床各支链的正向运动学指数式解析表达式,并分别求取单支链单独约束下铰链间隙引起刀具平台的可达空间。对6个空间进行求交处理,获得6支链同时约束下的可达空间,即为间隙引起的误差空间。实验结果证明了该"分解、求交"方法的正确性和有效性。
为了评价6自由度交叉杆型并联机床中铰链间隙对刀具空间位置与姿态(简称位姿)的影响,提出了一种"分解、求交"方法,确定铰链间隙引起刀具平台位姿的可达空间,进而分析铰链间隙对刀具位姿的影响。基于旋量理论,采用指数坐标法推导了该机床各支链的正向运动学指数式解析表达式,并分别求取单支链单独约束下铰链间隙引起刀具平台的可达空间。对6个空间进行求交处理,获得6支链同时约束下的可达空间,即为间隙引起的误差空间。实验结果证明了该"分解、求交"方法的正确性和有效性。
2013, 32(1): 77-80.
摘要:
利用散射矩阵把弹性波在相邻介质层中的前向波和后向波联系起来。利用散射矩阵法计算一维完整和缺陷声子晶体的透射和反射特性,得到与传输矩阵法完全相同的结果。用该方法研究了弹性波在含两个子声子晶体:相同介质不同周期常数,不同介质相同周期常数的异质结声子晶体中的传输特性。结果表明:在异质结的声子晶体的带隙内出现强烈的局域谐振模,其数目由后一个声子晶体的周期数决定。
利用散射矩阵把弹性波在相邻介质层中的前向波和后向波联系起来。利用散射矩阵法计算一维完整和缺陷声子晶体的透射和反射特性,得到与传输矩阵法完全相同的结果。用该方法研究了弹性波在含两个子声子晶体:相同介质不同周期常数,不同介质相同周期常数的异质结声子晶体中的传输特性。结果表明:在异质结的声子晶体的带隙内出现强烈的局域谐振模,其数目由后一个声子晶体的周期数决定。
2013, 32(1): 81-85.
摘要:
齿轮泵的振动信号中含有大量噪声,在对其进行应用之前必须降噪处理。传统的小波阈值降噪法在信号的奇异点附近会产生振荡现象,为此研究了一种新的小波阈值函数,把新的阈值函数和平移不变量相结合,提出了改进小波阈值法的平移不变量降噪方法。该方法克服了软、硬阈值的缺陷,同时抑制阈值法降噪时产生的伪吉布斯(Pseudo-Gibbs)现象。利用该方法对仿真信号和实测齿轮泵振动信号进行降噪处理,并与小波软、硬阈值法及新阈值法进行了对比。结果表明:该方法具有更好的降噪效果,可应用于齿轮泵振动信号降噪处理。
齿轮泵的振动信号中含有大量噪声,在对其进行应用之前必须降噪处理。传统的小波阈值降噪法在信号的奇异点附近会产生振荡现象,为此研究了一种新的小波阈值函数,把新的阈值函数和平移不变量相结合,提出了改进小波阈值法的平移不变量降噪方法。该方法克服了软、硬阈值的缺陷,同时抑制阈值法降噪时产生的伪吉布斯(Pseudo-Gibbs)现象。利用该方法对仿真信号和实测齿轮泵振动信号进行降噪处理,并与小波软、硬阈值法及新阈值法进行了对比。结果表明:该方法具有更好的降噪效果,可应用于齿轮泵振动信号降噪处理。
2013, 32(1): 86-90.
摘要:
为研究汽车转向系统的转向性能,在对其进行动力学分析的基础上,采用多领域统一建模语言Modelica在仿真平台Dymola环境下建立转向系统模块、整车模块、轮胎模块及力矩计算模块,并将以上模块连接综合为转向系统整体仿真模型。针对某商用车的液压助力转向系统搭建了"汽车转向系统参数测量试验台"。通过台架试验测出模型中待定参数,将所得参数输入模型中进行仿真计算,结果表明:原地转向工况下仿真模型能较准确地反映车辆的转向性能。
为研究汽车转向系统的转向性能,在对其进行动力学分析的基础上,采用多领域统一建模语言Modelica在仿真平台Dymola环境下建立转向系统模块、整车模块、轮胎模块及力矩计算模块,并将以上模块连接综合为转向系统整体仿真模型。针对某商用车的液压助力转向系统搭建了"汽车转向系统参数测量试验台"。通过台架试验测出模型中待定参数,将所得参数输入模型中进行仿真计算,结果表明:原地转向工况下仿真模型能较准确地反映车辆的转向性能。
2013, 32(1): 91-95.
摘要:
针对齿轮泵信号具有复杂性和模糊性的特点,提出了一种基于多传感器信息融合的贝叶斯网络故障诊断方法。分析了齿轮泵振动和压力信号特点,以此为基础提取了振动信号的能量特征、分形特征和压力信号的高频压力脉动3种特征属性,构建了多故障贝叶斯网络对特征进行融合,设计了贝叶斯分类器,通过最大后验概率准则识别故障类型。两次融合结果表明:多传感器信息完备了特征空间,提高了诊断正确率,能够有效实现齿轮泵多种故障的诊断,具有较好的应用价值。
针对齿轮泵信号具有复杂性和模糊性的特点,提出了一种基于多传感器信息融合的贝叶斯网络故障诊断方法。分析了齿轮泵振动和压力信号特点,以此为基础提取了振动信号的能量特征、分形特征和压力信号的高频压力脉动3种特征属性,构建了多故障贝叶斯网络对特征进行融合,设计了贝叶斯分类器,通过最大后验概率准则识别故障类型。两次融合结果表明:多传感器信息完备了特征空间,提高了诊断正确率,能够有效实现齿轮泵多种故障的诊断,具有较好的应用价值。
2013, 32(1): 96-99.
摘要:
针对风电机组传动链系统振动信号非高斯、非平稳性的特点,提出了一种基于混合时频分析的风电机组故障诊断方法。该方法首先采用参数优化Morlet小波消噪方法对原始振动信号进行分析,滤除强大的背景噪声干扰;进而通过自项窗方法抑制时频面的干扰项,增强信号特征成分,提取故障特征以实现故障诊断。在Morlet小波参数优化过程中,采用交叉验证法优化波形参数及连续小波变换的尺度参数;在自项窗的设计过程中,采用基于平滑伪魏格纳分布的函数进行设计,并通过两次阈值处理以减少运算量、提高运算效率。通过对风电机组监测振动数据分析,证明了该方法可以有效地实现背景噪声的消除和故障诊断。
针对风电机组传动链系统振动信号非高斯、非平稳性的特点,提出了一种基于混合时频分析的风电机组故障诊断方法。该方法首先采用参数优化Morlet小波消噪方法对原始振动信号进行分析,滤除强大的背景噪声干扰;进而通过自项窗方法抑制时频面的干扰项,增强信号特征成分,提取故障特征以实现故障诊断。在Morlet小波参数优化过程中,采用交叉验证法优化波形参数及连续小波变换的尺度参数;在自项窗的设计过程中,采用基于平滑伪魏格纳分布的函数进行设计,并通过两次阈值处理以减少运算量、提高运算效率。通过对风电机组监测振动数据分析,证明了该方法可以有效地实现背景噪声的消除和故障诊断。
2013, 32(1): 100-104.
摘要:
针对中小企业设计能力薄弱的实际情况,对三叶罗茨风机转子啮合情况进行了详细分析,建立了一种便捷的转子叶型设计方法:首先根据转子外圆半径R和中心距a,确定节圆压力角α,确定转子渐开线啮合起始点和终止点,进而确定渐开线发生线在基圆上的滚动角(α+α'),确定转子渐开线位置α'。在此基础上根据R0=2Z(R-a)ξ/π(0.787 8≤ξ≤0.927 7),基于最佳面积利用系数,利用现代优化算法确定最优R0,最后以工厂实例3L4系列罗茨风机渐开线转子叶型为例,详细介绍了转子设计和优化求解的过程。
针对中小企业设计能力薄弱的实际情况,对三叶罗茨风机转子啮合情况进行了详细分析,建立了一种便捷的转子叶型设计方法:首先根据转子外圆半径R和中心距a,确定节圆压力角α,确定转子渐开线啮合起始点和终止点,进而确定渐开线发生线在基圆上的滚动角(α+α'),确定转子渐开线位置α'。在此基础上根据R0=2Z(R-a)ξ/π(0.787 8≤ξ≤0.927 7),基于最佳面积利用系数,利用现代优化算法确定最优R0,最后以工厂实例3L4系列罗茨风机渐开线转子叶型为例,详细介绍了转子设计和优化求解的过程。
2013, 32(1): 105-110,115.
摘要:
为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。
为了提高多关节机器人轨迹跟踪控制性能,提出了一种反馈线性化双模糊滑模控制方法。该方法在对机器人非线性动力学模型反馈线性化的基础上,设计了一种双模糊滑模控制器。通过设计一个模糊控制器,根据跟踪误差和误差变化率自适应地调整滑模面的斜率,从而加快响应速度。通过设计另一个模糊控制器,根据滑模面自适应地调整滑模控制的切换控制部分,从而减弱抖振。利用李亚普诺夫定理证明了控制系统的稳定性。针对空间三关节机器人进行了仿真实验,结果表明了所提方法的有效性。
2013, 32(1): 111-115.
摘要:
提出一种由气缸驱动的柔性机械手关节,关节采用板弹簧作为骨架。板弹簧的变形等效于自由端受特殊变载荷作用的弹性悬臂梁的大变形,其特殊变载荷是一个方向和大小都随气缸压力而变化的载荷。建立了悬臂梁静态变形的微分方程,采用简单的微分计算方法得出不同气缸压力下板弹簧任意位置的变形倾角、变形位移及应力的数值解。绘制其变形曲线和应力曲线,分析板弹簧的变形和应力分布情况,并校核了板弹簧最大应力处的强度。
提出一种由气缸驱动的柔性机械手关节,关节采用板弹簧作为骨架。板弹簧的变形等效于自由端受特殊变载荷作用的弹性悬臂梁的大变形,其特殊变载荷是一个方向和大小都随气缸压力而变化的载荷。建立了悬臂梁静态变形的微分方程,采用简单的微分计算方法得出不同气缸压力下板弹簧任意位置的变形倾角、变形位移及应力的数值解。绘制其变形曲线和应力曲线,分析板弹簧的变形和应力分布情况,并校核了板弹簧最大应力处的强度。
2013, 32(1): 116-119,125.
摘要:
针对含轮毂、腹板、轮缘的齿轮结构特点,将其简化为一阶梯变厚度环板,应用Mindlin中厚板理论推导了他横向弯曲振动的频率方程,求得了固有频率,计算结果与有限元模态分析结果非常吻合。并通过大量算例分析了影响计算精度的主要因素是齿轮的厚径比和轮毂与腹板的厚度之比,在中厚板理论适用范围内(厚径比小于0.5)及轮毂与腹板厚度比小于2的情况下,本文理论计算可以获得很高精度。
针对含轮毂、腹板、轮缘的齿轮结构特点,将其简化为一阶梯变厚度环板,应用Mindlin中厚板理论推导了他横向弯曲振动的频率方程,求得了固有频率,计算结果与有限元模态分析结果非常吻合。并通过大量算例分析了影响计算精度的主要因素是齿轮的厚径比和轮毂与腹板的厚度之比,在中厚板理论适用范围内(厚径比小于0.5)及轮毂与腹板厚度比小于2的情况下,本文理论计算可以获得很高精度。
2013, 32(1): 120-125.
摘要:
油样光谱分析是航空发动机磨损状态监测与故障诊断的重要技术,基于光谱数据的航空发动机状态预测有利于发现航空发动机的早期磨损故障。根据光谱数据特征,选取AR模型、BP神经网络模型以及GM(1,1)预测模型作为基础模型,建立了基于最小二乘支持向量机的组合预测模型,同时,用粒子群算法对LSSVM的正则化参数以及核函数参数进行了优化。最后利用两组实际的航空发动机光谱分析数据对模型进行了验证,与基础模型的对比结果充分表明,提出的带粒子群优化的最小二乘支持向量机(the Least Squares Support Vector Machines with Particle SwarmOptimization-PSO-LSSVM)的非线性变权重组合预测模型具有更好的预测精度。
油样光谱分析是航空发动机磨损状态监测与故障诊断的重要技术,基于光谱数据的航空发动机状态预测有利于发现航空发动机的早期磨损故障。根据光谱数据特征,选取AR模型、BP神经网络模型以及GM(1,1)预测模型作为基础模型,建立了基于最小二乘支持向量机的组合预测模型,同时,用粒子群算法对LSSVM的正则化参数以及核函数参数进行了优化。最后利用两组实际的航空发动机光谱分析数据对模型进行了验证,与基础模型的对比结果充分表明,提出的带粒子群优化的最小二乘支持向量机(the Least Squares Support Vector Machines with Particle SwarmOptimization-PSO-LSSVM)的非线性变权重组合预测模型具有更好的预测精度。
2013, 32(1): 126-129,135.
摘要:
依据噪声特点以及图像的像素关联性,提出了一种有效的数字图像混合噪声滤波算法。该算法首先对图像像素进行检测,依据受脉冲噪声污染的图像像素与其周围邻域多数像素在亮度上具有显著差异的特点准确检测出脉冲噪声,然后以检测到的脉冲噪声为被处理像素,用其邻域内未被脉冲噪声污染的图像像素对其进行中值滤波,由于当前脉冲噪声点以及邻域脉冲噪声点均未参与滤波运算,从而较好地保护了图像的细节。对图像中的高斯噪声,提出了一种改进的加权均值滤波算法,该算法在定义相关度函数时,既考虑了像素的灰度相关性,又考虑了像素的位置相关性。实验结果表明:提出的混合噪声滤波算法不仅可以有效滤除图像中的混合噪声,而且还可以较好地保护图像的细节。
依据噪声特点以及图像的像素关联性,提出了一种有效的数字图像混合噪声滤波算法。该算法首先对图像像素进行检测,依据受脉冲噪声污染的图像像素与其周围邻域多数像素在亮度上具有显著差异的特点准确检测出脉冲噪声,然后以检测到的脉冲噪声为被处理像素,用其邻域内未被脉冲噪声污染的图像像素对其进行中值滤波,由于当前脉冲噪声点以及邻域脉冲噪声点均未参与滤波运算,从而较好地保护了图像的细节。对图像中的高斯噪声,提出了一种改进的加权均值滤波算法,该算法在定义相关度函数时,既考虑了像素的灰度相关性,又考虑了像素的位置相关性。实验结果表明:提出的混合噪声滤波算法不仅可以有效滤除图像中的混合噪声,而且还可以较好地保护图像的细节。
2013, 32(1): 130-135.
摘要:
利用CATIA 3D建模软件,建立DL503型装载机工作装置三维模型,通过转化文件格式导入ADAMS环境中,进行工作装置连杆系统的仿真研究。确定模型关键点为参数化设计变量,以铲斗平移性为目标函数,同时建立边界约束函数和性能约束函数。进行模型的优化分析,求解出工作装置连杆机构最优设计方案,得到铲斗平动性的优化曲线,大大降低铲斗摆动角度,改善铲斗平移性指标。
利用CATIA 3D建模软件,建立DL503型装载机工作装置三维模型,通过转化文件格式导入ADAMS环境中,进行工作装置连杆系统的仿真研究。确定模型关键点为参数化设计变量,以铲斗平移性为目标函数,同时建立边界约束函数和性能约束函数。进行模型的优化分析,求解出工作装置连杆机构最优设计方案,得到铲斗平动性的优化曲线,大大降低铲斗摆动角度,改善铲斗平移性指标。
2013, 32(1): 136-139,145.
摘要:
通过有限元的方法,对大型TRT蜗壳式焊接机壳在热稳态运行条件下的温度场、应力场以及变形场的分布情况进行了数值模拟。计算结果表明,整个TRT蜗壳在热稳态运行条件下,机壳由于温度载荷的作用产生了热膨胀,机壳上的等效应力值均不大,大部分区域应力在100 MPa以下,在上机壳筋板附近,等效应力值比较集中,筋板上的等效应力值在70 MPa左右,最大值为117 MPa,出现在筋板的局部尖角处。整个机壳最大等效应力为168 MPa,远小于其屈服强度,因此满足强度要求。整体机壳的轴向收缩量较大,机壳在排气室与端板处收缩1.711 mm,变形并不大。因此,在稳态运行过程中,蜗壳的刚度足够。
通过有限元的方法,对大型TRT蜗壳式焊接机壳在热稳态运行条件下的温度场、应力场以及变形场的分布情况进行了数值模拟。计算结果表明,整个TRT蜗壳在热稳态运行条件下,机壳由于温度载荷的作用产生了热膨胀,机壳上的等效应力值均不大,大部分区域应力在100 MPa以下,在上机壳筋板附近,等效应力值比较集中,筋板上的等效应力值在70 MPa左右,最大值为117 MPa,出现在筋板的局部尖角处。整个机壳最大等效应力为168 MPa,远小于其屈服强度,因此满足强度要求。整体机壳的轴向收缩量较大,机壳在排气室与端板处收缩1.711 mm,变形并不大。因此,在稳态运行过程中,蜗壳的刚度足够。
2013, 32(1): 140-145.
摘要:
航空发动机气路静电传感器的结构参数直接影响着传感器的性能。采用有限元的方法,分析了传感器的结构参数对静电传感器特性的影响规律。分析结果表明:增加传感器的感应探极,传感器的灵敏度有所提高,灵敏度分布空间也增大;随着绝缘材料的介电常数增加,灵敏度值有所增加;而绝缘材料厚度的增加将会导致灵敏度下降,且随着轴向位置增加,绝缘层厚度对灵敏度值的影响逐渐减小。对于给定结构参数的传感器,采用数据拟合的方法,获得传感器的灵敏度分布函数,基于拟合系数的变化特点来确定传感器的安装布局;最后通过模拟实验对本文的方法进行了有效性验证。
航空发动机气路静电传感器的结构参数直接影响着传感器的性能。采用有限元的方法,分析了传感器的结构参数对静电传感器特性的影响规律。分析结果表明:增加传感器的感应探极,传感器的灵敏度有所提高,灵敏度分布空间也增大;随着绝缘材料的介电常数增加,灵敏度值有所增加;而绝缘材料厚度的增加将会导致灵敏度下降,且随着轴向位置增加,绝缘层厚度对灵敏度值的影响逐渐减小。对于给定结构参数的传感器,采用数据拟合的方法,获得传感器的灵敏度分布函数,基于拟合系数的变化特点来确定传感器的安装布局;最后通过模拟实验对本文的方法进行了有效性验证。
2013, 32(1): 146-149,156.
摘要:
针对电子元件结构尺寸较小,采用传统方法设计其成形模具效率低且很难保证质量,基于LS-DYNA接触碰撞算法,建立了工件、凸凹模的冲压成形有限元模型,定义了成形条件。在分析过程中通过创建接触界面来实现凸凹模与工件之间力和运动的传递。分析得到了工件应力应变分布图和成形性能图。采用接触碰撞算法可根据节点的时间-位移图来判断工件成形质量,并通过调整分析输入参数来获得最佳成形条件:凸凹模间隙和冲压速度。将仿真分析结果应用到模具设计和冲压工艺参数的拟订定中,实际生产表明仿真分析数据合理可靠。
针对电子元件结构尺寸较小,采用传统方法设计其成形模具效率低且很难保证质量,基于LS-DYNA接触碰撞算法,建立了工件、凸凹模的冲压成形有限元模型,定义了成形条件。在分析过程中通过创建接触界面来实现凸凹模与工件之间力和运动的传递。分析得到了工件应力应变分布图和成形性能图。采用接触碰撞算法可根据节点的时间-位移图来判断工件成形质量,并通过调整分析输入参数来获得最佳成形条件:凸凹模间隙和冲压速度。将仿真分析结果应用到模具设计和冲压工艺参数的拟订定中,实际生产表明仿真分析数据合理可靠。
2013, 32(1): 150-156.
摘要:
针对某型号汽车起重机,根据多体系统传递矩阵法,建立了包含柔性臂的多刚柔体系统动力学模型,研究了起重机系统的频率响应,分析了起重机在起升过程中的冲击载荷特点,计算了起重机系统的冲击响应。根据弹性形变与应力的关系,推导出了动应力计算公式,求出了柔性吊臂在起升冲击载荷作用下的动应力分布并与试验结果对比。研究了不同衰减系数的电机对吊臂最大动应力的影响。
针对某型号汽车起重机,根据多体系统传递矩阵法,建立了包含柔性臂的多刚柔体系统动力学模型,研究了起重机系统的频率响应,分析了起重机在起升过程中的冲击载荷特点,计算了起重机系统的冲击响应。根据弹性形变与应力的关系,推导出了动应力计算公式,求出了柔性吊臂在起升冲击载荷作用下的动应力分布并与试验结果对比。研究了不同衰减系数的电机对吊臂最大动应力的影响。
