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2013年 32卷 第5期
2013, 32(5): 625-630.
摘要
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摘要:
为了提高卫星总体设计的自动化程度,本文以航天卫星型号研制为研究对象,提出了一种模型驱动的卫星总体设计方法。首先分析了模型驱动的卫星总体设计流程;接着,构建了卫星总体设计本体知识库,实现相关模型的形式化描述;然后,分别论述了需求分析、功能分析及结构分析的建模过程。该方法以用户需求为输入,在相关本体知识库及实例库的支撑下,能够智能化地实现需求分析、功能分析及结构分析,为基于模型的系统工程提供一种智能化的建模工具。最后,以某型号卫星为例,验证了本方法的有效性。
为了提高卫星总体设计的自动化程度,本文以航天卫星型号研制为研究对象,提出了一种模型驱动的卫星总体设计方法。首先分析了模型驱动的卫星总体设计流程;接着,构建了卫星总体设计本体知识库,实现相关模型的形式化描述;然后,分别论述了需求分析、功能分析及结构分析的建模过程。该方法以用户需求为输入,在相关本体知识库及实例库的支撑下,能够智能化地实现需求分析、功能分析及结构分析,为基于模型的系统工程提供一种智能化的建模工具。最后,以某型号卫星为例,验证了本方法的有效性。
2013, 32(5): 631-635.
摘要:
为研究数控机床丝杠副性能退化机理,对丝杠副性能进行评估。首先采用小波包对丝杠副螺母座、轴承座的振动信号进行分解,提取小波包分解后的各阶功率谱作为特征参数,分析丝杠进给速度、切削深度对丝杠副振动特性的影响。利用BP神经网络建立丝杠副性能退化评估模型。通过振动信号、电机驱动电流信号、进给速度、切削深度以及加工方案等评估丝杠副性能退化状态,实验证明该性能退化评估模型准确率较高。
为研究数控机床丝杠副性能退化机理,对丝杠副性能进行评估。首先采用小波包对丝杠副螺母座、轴承座的振动信号进行分解,提取小波包分解后的各阶功率谱作为特征参数,分析丝杠进给速度、切削深度对丝杠副振动特性的影响。利用BP神经网络建立丝杠副性能退化评估模型。通过振动信号、电机驱动电流信号、进给速度、切削深度以及加工方案等评估丝杠副性能退化状态,实验证明该性能退化评估模型准确率较高。
2013, 32(5): 636-640.
摘要:
以整车八自由度振动模型为对象,建立某车行驶平顺性的MATLAB/SMULINK模型,根据仿真结果构建了Kriging模型。以座椅加权加速度均方根值为目标函数,以悬架的刚度和非线性阻尼系数、座椅的刚度和阻尼为设计变量,以簧上质量、轮胎的刚度和阻尼为不确定模糊变量,运用模糊理论和多种群遗传算法对该仿真模型进行双层嵌套的不确定性优化。对比表明:不确定性量在一定范围变化时,确定性优化的目标函数恶化到2.0 m/s2,远远大于不确定性优化时目标函数的最小值(1.5 m/s2),即不确定性优化的结果对行驶过程中的不确定性量变化更加不敏感,适应性更好。
以整车八自由度振动模型为对象,建立某车行驶平顺性的MATLAB/SMULINK模型,根据仿真结果构建了Kriging模型。以座椅加权加速度均方根值为目标函数,以悬架的刚度和非线性阻尼系数、座椅的刚度和阻尼为设计变量,以簧上质量、轮胎的刚度和阻尼为不确定模糊变量,运用模糊理论和多种群遗传算法对该仿真模型进行双层嵌套的不确定性优化。对比表明:不确定性量在一定范围变化时,确定性优化的目标函数恶化到2.0 m/s2,远远大于不确定性优化时目标函数的最小值(1.5 m/s2),即不确定性优化的结果对行驶过程中的不确定性量变化更加不敏感,适应性更好。
2013, 32(5): 641-646.
摘要:
在现代航空发动机中,广泛使用双转子加中介轴承的设计方案,以达到减轻发动机重量而提高推重比的目标。这种结构型式使发动机高、低压转子的振动特性具有很强的耦合性,而中介轴承是关键部件,也是薄弱部件。运用解析方法,分析了采用中介轴承的双转子系统振动特性,发现中介轴承刚度的各向异性会产生"重力临界"现象,而机动飞行的惯性载荷会加剧转子的"重力响应"。除此之外,转子不平衡会激起组合频率振动成分。
在现代航空发动机中,广泛使用双转子加中介轴承的设计方案,以达到减轻发动机重量而提高推重比的目标。这种结构型式使发动机高、低压转子的振动特性具有很强的耦合性,而中介轴承是关键部件,也是薄弱部件。运用解析方法,分析了采用中介轴承的双转子系统振动特性,发现中介轴承刚度的各向异性会产生"重力临界"现象,而机动飞行的惯性载荷会加剧转子的"重力响应"。除此之外,转子不平衡会激起组合频率振动成分。
2013, 32(5): 647-651.
摘要:
为确保航空薄壁锥齿轮工作可靠,运行平稳,其工作转速范围内不应当有振动应力很大的危险共振存在。因此需要调整轮体结构参数,使其在工作转速范围内避开行波共振转速,同时尽可能不使质量增加。本文中用正交试验法安排结构参数取值,建立了参数化轮体截面模型,用AN-SYS参数化设计语言APDL计算了各样本的动频。建立双隐层BP神经网络,经过训练使其映射结构参数与动频间的非线性关系,采用混合遗传算法得到一组结构参数,使新的轮体结构避开共振,且轮体重量减轻。
为确保航空薄壁锥齿轮工作可靠,运行平稳,其工作转速范围内不应当有振动应力很大的危险共振存在。因此需要调整轮体结构参数,使其在工作转速范围内避开行波共振转速,同时尽可能不使质量增加。本文中用正交试验法安排结构参数取值,建立了参数化轮体截面模型,用AN-SYS参数化设计语言APDL计算了各样本的动频。建立双隐层BP神经网络,经过训练使其映射结构参数与动频间的非线性关系,采用混合遗传算法得到一组结构参数,使新的轮体结构避开共振,且轮体重量减轻。
2013, 32(5): 652-655.
摘要:
采用有限元分析方法,使用ANSYS Workbench建立了柔性轴承的参数化接触模型。对不同沟曲率半径系数的柔性轴承进行静力学接触分析,得到了不同参数的柔性轴承内外圈的变形、应力的分布规律。结果表明:内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的钢球与内外滚道接触的区域;内外圈最大等效应力、钢球与沟道的最大接触压力随内外圈沟曲率半径的增加呈线性增大趋势。用该方法能准确得到柔性轴承最大的接触应力,可以用来对柔性轴承进行优化设计。
采用有限元分析方法,使用ANSYS Workbench建立了柔性轴承的参数化接触模型。对不同沟曲率半径系数的柔性轴承进行静力学接触分析,得到了不同参数的柔性轴承内外圈的变形、应力的分布规律。结果表明:内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的钢球与内外滚道接触的区域;内外圈最大等效应力、钢球与沟道的最大接触压力随内外圈沟曲率半径的增加呈线性增大趋势。用该方法能准确得到柔性轴承最大的接触应力,可以用来对柔性轴承进行优化设计。
2013, 32(5): 656-659.
摘要:
由于插补的离散化特性,微线段内很难实现梯形速度控制,并存在最后一个插补点与线段终点不重合问题。提出一种新的算法,以连续微线段为研究对象,从两端向中间进行线段端点速度前瞻,然后在预定点进行速度衔接处理。速度前瞻通过正向规划和反向验证使拐点速度达到最大,从而规划出微线段端点速度。根据微线段的端点速度和长度调用基于变插补周期的线段内速度规划,完成整个速度处理。仿真结果表明:该算法能够实现离散插补过程的梯形加减速并消除了插补残余长度。
由于插补的离散化特性,微线段内很难实现梯形速度控制,并存在最后一个插补点与线段终点不重合问题。提出一种新的算法,以连续微线段为研究对象,从两端向中间进行线段端点速度前瞻,然后在预定点进行速度衔接处理。速度前瞻通过正向规划和反向验证使拐点速度达到最大,从而规划出微线段端点速度。根据微线段的端点速度和长度调用基于变插补周期的线段内速度规划,完成整个速度处理。仿真结果表明:该算法能够实现离散插补过程的梯形加减速并消除了插补残余长度。
2013, 32(5): 660-664.
摘要:
提出了一种基于有限元的橡胶减振器动刚度预测方法,对方法中的材料本构模型、有限元模型、动刚度预测流程进行了分析和研究。利用此方法对某惯导减振器进行预测,获得减振器动刚度和阻尼值,代入单自由度分析模型后预报出的动响应结果与试验结果基本一致。用该方法能捕捉到由于减振器刚度变化而引入的高频率共振峰,表明该方法具有更高的精度。
提出了一种基于有限元的橡胶减振器动刚度预测方法,对方法中的材料本构模型、有限元模型、动刚度预测流程进行了分析和研究。利用此方法对某惯导减振器进行预测,获得减振器动刚度和阻尼值,代入单自由度分析模型后预报出的动响应结果与试验结果基本一致。用该方法能捕捉到由于减振器刚度变化而引入的高频率共振峰,表明该方法具有更高的精度。
2013, 32(5): 665-669.
摘要:
改进了独立于单元的共旋(EICR)二维梁列式,使得不必再重新推导局部共旋标架下的单元材料刚阵,该列式可直接将现有性能良好的线性梁单元扩展用于二维梁结构任意大转动的几何非线性分析,同时推导了随动压强载荷作用引起的载荷刚度项,确保了高效的收敛速率。基于二维EICR梁列式将一种工程中实用的铁摩辛柯梁单元扩展用于几何非线性分析,数值算例表明文中所提共旋列式的铁摩辛柯梁单元计算精度高、计算效率高,可用于二维梁结构的几何非线性优化。
改进了独立于单元的共旋(EICR)二维梁列式,使得不必再重新推导局部共旋标架下的单元材料刚阵,该列式可直接将现有性能良好的线性梁单元扩展用于二维梁结构任意大转动的几何非线性分析,同时推导了随动压强载荷作用引起的载荷刚度项,确保了高效的收敛速率。基于二维EICR梁列式将一种工程中实用的铁摩辛柯梁单元扩展用于几何非线性分析,数值算例表明文中所提共旋列式的铁摩辛柯梁单元计算精度高、计算效率高,可用于二维梁结构的几何非线性优化。
2013, 32(5): 670-674.
摘要:
分析了目前混合动力汽车常用的储能方式的特点及其存在的问题,指出飞轮电池在混合动力汽车中具有良好的前景。通过对比分析认为在20 000 r/min转速下,超高强度钢飞轮转子相比复合材料飞轮转子有较好的综合性优势。建立了超高强度钢飞轮优化设计的数学模型,利用该模型并借助Matlab计算了飞轮基本参数,进一步基于Abaqus有限元分析软件,优化出储能1 kW.h的飞轮转子的机械结构;优化后的结果满足混合动力汽车应用的要求。
分析了目前混合动力汽车常用的储能方式的特点及其存在的问题,指出飞轮电池在混合动力汽车中具有良好的前景。通过对比分析认为在20 000 r/min转速下,超高强度钢飞轮转子相比复合材料飞轮转子有较好的综合性优势。建立了超高强度钢飞轮优化设计的数学模型,利用该模型并借助Matlab计算了飞轮基本参数,进一步基于Abaqus有限元分析软件,优化出储能1 kW.h的飞轮转子的机械结构;优化后的结果满足混合动力汽车应用的要求。
2013, 32(5): 675-678.
摘要:
通过四球试验机、环块试验机和万能摩擦磨损试验机,考察了制备的新型无硫磷含氮杂环润滑添加剂在液体石蜡基础油中的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌及典型元素的化学状态。结果表明:该添加剂能显著增加基础油的承载能力,降低长磨实验的磨斑直径和环块实验的摩擦系数,并在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,在摩擦表面形成了以氧化亚铁、有机氮化物和含氮金属配合物等为主要成分的摩擦反应膜,从而有效提高了基础油的摩擦学性能。
通过四球试验机、环块试验机和万能摩擦磨损试验机,考察了制备的新型无硫磷含氮杂环润滑添加剂在液体石蜡基础油中的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌及典型元素的化学状态。结果表明:该添加剂能显著增加基础油的承载能力,降低长磨实验的磨斑直径和环块实验的摩擦系数,并在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,在摩擦表面形成了以氧化亚铁、有机氮化物和含氮金属配合物等为主要成分的摩擦反应膜,从而有效提高了基础油的摩擦学性能。
2013, 32(5): 679-682.
摘要:
以某装卸机械中的铰链四杆机构为例,提出了一种运动可靠性的计算方法。将原始杆长尺寸误差、铰链间隙误差及磨损量误差均视为随机变量,基于诸影响因素均服从正态分布的假设,对机构进行了运动可靠性分析数学模型及计算机编程计算。对"有效长度模型"理论进行改进,建立了连续接触的"有效长度模型"。根据Archard磨损理论,对机构进行运动及受力分析,建立新的运动副磨损模型。使用Matlab软件对实例进行编程计算,定量对比分析了上述因素对机构装卸手臂输出位移可靠度的影响程度。此方法不仅结果更加精确且更接近工程实际。
以某装卸机械中的铰链四杆机构为例,提出了一种运动可靠性的计算方法。将原始杆长尺寸误差、铰链间隙误差及磨损量误差均视为随机变量,基于诸影响因素均服从正态分布的假设,对机构进行了运动可靠性分析数学模型及计算机编程计算。对"有效长度模型"理论进行改进,建立了连续接触的"有效长度模型"。根据Archard磨损理论,对机构进行运动及受力分析,建立新的运动副磨损模型。使用Matlab软件对实例进行编程计算,定量对比分析了上述因素对机构装卸手臂输出位移可靠度的影响程度。此方法不仅结果更加精确且更接近工程实际。
2013, 32(5): 683-687.
摘要:
阐述了汽车转向器综合试验台系统多余力产生的原因。构建了试验台的物理模型,依据试验台负载加载系统的液压控制原理,建立了以伺服放大器、电液伺服阀、伺服缸、力传感器等的系统数学模型;采用结果不变性原理设置前馈补偿器的方法消除负载加载系统中所产生的多余力,將补偿前后的数学模型在Matlab中进行时域和频域的仿真和对比分析,加入前馈补偿后系统满足性能指标;实际采样力曲线实验结果对比说明多余力有效地得到抑制。
阐述了汽车转向器综合试验台系统多余力产生的原因。构建了试验台的物理模型,依据试验台负载加载系统的液压控制原理,建立了以伺服放大器、电液伺服阀、伺服缸、力传感器等的系统数学模型;采用结果不变性原理设置前馈补偿器的方法消除负载加载系统中所产生的多余力,將补偿前后的数学模型在Matlab中进行时域和频域的仿真和对比分析,加入前馈补偿后系统满足性能指标;实际采样力曲线实验结果对比说明多余力有效地得到抑制。
2013, 32(5): 688-692.
摘要:
人体外骨骼结构由整体刚性部件和众多液压作动筒组成,为使人体外骨骼具有更好的减震和缓冲功能,在外骨骼结构中还增加了许多弹性阻尼部件。将整个人体外骨骼结构视为刚性部件与众多柔性部件的耦合结构。以60 kg为负重载荷,在ANSYS中创造性地利用刚柔耦合方式建立人体外骨骼结构有限元模型,并分析该外骨骼结构在行走过程中的受力情况和振动模态,获得各姿态应力值及各阶振型、自振频率。经分析得,外骨骼结构除踝关节结构需加强外,其余部件满足静力学强度要求,模态分析结果显示该外骨骼结构避开了人体运动时前后摆动的频率,但易于在左右摆动时产生共振。
人体外骨骼结构由整体刚性部件和众多液压作动筒组成,为使人体外骨骼具有更好的减震和缓冲功能,在外骨骼结构中还增加了许多弹性阻尼部件。将整个人体外骨骼结构视为刚性部件与众多柔性部件的耦合结构。以60 kg为负重载荷,在ANSYS中创造性地利用刚柔耦合方式建立人体外骨骼结构有限元模型,并分析该外骨骼结构在行走过程中的受力情况和振动模态,获得各姿态应力值及各阶振型、自振频率。经分析得,外骨骼结构除踝关节结构需加强外,其余部件满足静力学强度要求,模态分析结果显示该外骨骼结构避开了人体运动时前后摆动的频率,但易于在左右摆动时产生共振。
2013, 32(5): 693-698.
摘要:
针对滚动轴承接触的特点,在轴承边界元法中采用赫兹接触理论对滚动体与轴承内、外圈的接触宽度进行修正。编制了三维有摩擦弹性接触的专用轴承边界元法计算程序,对轧机圆锥滚子轴承的载荷分布进行了数值模拟。采用轴承座直接测量法对轧机圆锥滚子轴承的径向和轴向载荷进行测试,并与数值模拟的结果进行了对比,实验测试结果与数值模拟的轴承载荷的分布规律基本一致,证明了边界元方法求解轴承载荷分布的正确性和有效性。
针对滚动轴承接触的特点,在轴承边界元法中采用赫兹接触理论对滚动体与轴承内、外圈的接触宽度进行修正。编制了三维有摩擦弹性接触的专用轴承边界元法计算程序,对轧机圆锥滚子轴承的载荷分布进行了数值模拟。采用轴承座直接测量法对轧机圆锥滚子轴承的径向和轴向载荷进行测试,并与数值模拟的结果进行了对比,实验测试结果与数值模拟的轴承载荷的分布规律基本一致,证明了边界元方法求解轴承载荷分布的正确性和有效性。
2013, 32(5): 699-703.
摘要:
针对运输类飞机复合材料机身段适坠性设计的需要,研究了复合材料蒙皮对典型机身段适坠性能的影响。利用HyperMesh建立机身段模型,采用LS-DYNA设置复合材料蒙皮铺层角度和铺层数,分析模型在6.67 m/s坠撞速度时的动态响应特性。仿真结果得到了机身段结构的变形、位移、应变和应力等数据,给出了座椅与地板连接处的加速度-时间历程曲线和机身段的破坏模式。仿真结果表明选取合适的蒙皮铺层角度和铺层数,可显著降低座椅处的过载峰值,有效提高复合材料机身段适坠性能。
针对运输类飞机复合材料机身段适坠性设计的需要,研究了复合材料蒙皮对典型机身段适坠性能的影响。利用HyperMesh建立机身段模型,采用LS-DYNA设置复合材料蒙皮铺层角度和铺层数,分析模型在6.67 m/s坠撞速度时的动态响应特性。仿真结果得到了机身段结构的变形、位移、应变和应力等数据,给出了座椅与地板连接处的加速度-时间历程曲线和机身段的破坏模式。仿真结果表明选取合适的蒙皮铺层角度和铺层数,可显著降低座椅处的过载峰值,有效提高复合材料机身段适坠性能。
2013, 32(5): 704-708.
摘要:
针对二冲程汽油发动机改燃烧航空煤油后,初始点火提前角需重新标定的问题,利用GT-Power对以煤油为燃料的二冲程发动机进行整机建模。通过数值计算分析了转速、负荷、进气压力、进气温度和空燃比对点火提前角的影响,得出除转速和负荷外,进气温度对点火提前角的大小影响明显。针对不同的工况条件,充分考虑动力性而忽略经济性与排放性的前提下,通过计算获取了发动机初始点火提前角;通过仿真数据与实验结果对比验证了其一致性。
针对二冲程汽油发动机改燃烧航空煤油后,初始点火提前角需重新标定的问题,利用GT-Power对以煤油为燃料的二冲程发动机进行整机建模。通过数值计算分析了转速、负荷、进气压力、进气温度和空燃比对点火提前角的影响,得出除转速和负荷外,进气温度对点火提前角的大小影响明显。针对不同的工况条件,充分考虑动力性而忽略经济性与排放性的前提下,通过计算获取了发动机初始点火提前角;通过仿真数据与实验结果对比验证了其一致性。
2013, 32(5): 709-713.
摘要:
研究一种4-RRUR并联机构,这种机构速度快,刚度大。利用螺旋理论建立各分支的运动螺旋系,在此基础上计算出该机构的自由度数为4,并对驱动输入做出选择。从支链入手,应用矢量的矩阵表示方法,根据虚设机构的思想,建立4-RRUR并联机构各运动副的螺旋与机构输入、输出之间的关系。进而取各分支中只与主运动副有关的方程,建立广义速度、加速度的输入和输出的映射关系,并分别以广义坐标的1阶、2阶影响系数的形式表示,速度和加速度分析以显式表达出来。
研究一种4-RRUR并联机构,这种机构速度快,刚度大。利用螺旋理论建立各分支的运动螺旋系,在此基础上计算出该机构的自由度数为4,并对驱动输入做出选择。从支链入手,应用矢量的矩阵表示方法,根据虚设机构的思想,建立4-RRUR并联机构各运动副的螺旋与机构输入、输出之间的关系。进而取各分支中只与主运动副有关的方程,建立广义速度、加速度的输入和输出的映射关系,并分别以广义坐标的1阶、2阶影响系数的形式表示,速度和加速度分析以显式表达出来。
2013, 32(5): 714-717.
摘要:
海上风力机塔筒身处复杂多变的海洋环境中,其受到风载荷、波浪载荷和海水腐蚀等多方因素影响。为了保证塔筒在其寿命周期内可靠运行,针对南通沿海2.5 MW海上风力机塔筒,根据特定海区的服役工况,研究了其结构形状和单一工况下的风波联合载荷特征,设计疲劳试验方案并获得了塔筒材料Q345D在海水腐蚀下的S-N曲线,在ANSYS Workbench中对塔筒进行了结构瞬态分析和疲劳寿命预测。仿真结果表明:2.5 MW海上风力机塔筒的预计服役寿命为46年,超过了其设计寿命20年,保证了海上风力机工作可靠。
海上风力机塔筒身处复杂多变的海洋环境中,其受到风载荷、波浪载荷和海水腐蚀等多方因素影响。为了保证塔筒在其寿命周期内可靠运行,针对南通沿海2.5 MW海上风力机塔筒,根据特定海区的服役工况,研究了其结构形状和单一工况下的风波联合载荷特征,设计疲劳试验方案并获得了塔筒材料Q345D在海水腐蚀下的S-N曲线,在ANSYS Workbench中对塔筒进行了结构瞬态分析和疲劳寿命预测。仿真结果表明:2.5 MW海上风力机塔筒的预计服役寿命为46年,超过了其设计寿命20年,保证了海上风力机工作可靠。
2013, 32(5): 718-720.
摘要:
旋转机械是石化生产中的核心设备,维修是保障其正常运行的重要手段。为了有效地降低维修成本,以单位时间内设备管理费用最低为目标,建立了适用于各种寿命分布的基于几何过程维修优化模型,对机械设备的最佳寿命周期进行预测。在模型中,首先以单调的几何过程为基础,得到了设备管理费用率的数学模型,然后引入蒙特卡罗仿真方法,最后编制了相应的MATLAB程序。为了验证该模型的有效性,以服从二参数威布尔分布的离心泵作为分析实例。
旋转机械是石化生产中的核心设备,维修是保障其正常运行的重要手段。为了有效地降低维修成本,以单位时间内设备管理费用最低为目标,建立了适用于各种寿命分布的基于几何过程维修优化模型,对机械设备的最佳寿命周期进行预测。在模型中,首先以单调的几何过程为基础,得到了设备管理费用率的数学模型,然后引入蒙特卡罗仿真方法,最后编制了相应的MATLAB程序。为了验证该模型的有效性,以服从二参数威布尔分布的离心泵作为分析实例。
2013, 32(5): 721-725.
摘要:
沉积层均匀性控制影响叠层模板电铸成形的关键问题。本文中提出了一种辅助磨削脉冲电沉积成形技术,设计了基于其原理的工艺设备。试验方法即将硬质陶瓷粒子引入于电极之间,通过电铸阴极的旋转带动,硬质粒子(陶瓷珠)在电沉积过程中不断摩擦、撞击阴极表面,以期即时消除沉积层表面由于电流分布不均引起的边缘效应。通过表面形貌观察及铸层高度的测量统计,将传统与新型微电铸工艺制备的试样进行了对比。结果表明:硬质粒子可有效阻止杂质的吸附,避免毛刺、积瘤等表面缺陷的产生,能够获得良好的铸层均匀性,表面粗糙度可达0.253μm。表明硬质粒子摩擦在叠层电铸成形中具有较好的实用价值。
沉积层均匀性控制影响叠层模板电铸成形的关键问题。本文中提出了一种辅助磨削脉冲电沉积成形技术,设计了基于其原理的工艺设备。试验方法即将硬质陶瓷粒子引入于电极之间,通过电铸阴极的旋转带动,硬质粒子(陶瓷珠)在电沉积过程中不断摩擦、撞击阴极表面,以期即时消除沉积层表面由于电流分布不均引起的边缘效应。通过表面形貌观察及铸层高度的测量统计,将传统与新型微电铸工艺制备的试样进行了对比。结果表明:硬质粒子可有效阻止杂质的吸附,避免毛刺、积瘤等表面缺陷的产生,能够获得良好的铸层均匀性,表面粗糙度可达0.253μm。表明硬质粒子摩擦在叠层电铸成形中具有较好的实用价值。
2013, 32(5): 726-728.
摘要:
汽车制动性能直接关系到行车安全,是汽车的主要性能指标之一,它很大程度上取决于制动器性能的好坏。制动器实验台是测试制动器性能和质量的重要装置,对其进行结构精简,使其设计和制造成本降低、检测精度提高,始终是相关研发人员追求的目标。目前,国内外制动器试验台实现形式有机械惯量和电惯量两种,但其各有相应的缺点。为了克服这些缺点,研究了惯量模拟的液压实现方式,分析了其可行性及重要意义,提出了"液惯量"的概念用于制动器试验台的研发。
汽车制动性能直接关系到行车安全,是汽车的主要性能指标之一,它很大程度上取决于制动器性能的好坏。制动器实验台是测试制动器性能和质量的重要装置,对其进行结构精简,使其设计和制造成本降低、检测精度提高,始终是相关研发人员追求的目标。目前,国内外制动器试验台实现形式有机械惯量和电惯量两种,但其各有相应的缺点。为了克服这些缺点,研究了惯量模拟的液压实现方式,分析了其可行性及重要意义,提出了"液惯量"的概念用于制动器试验台的研发。
2013, 32(5): 729-732.
摘要:
探讨了经典概率神经网络(PNN)作为模式分类器时的相关原理,针对传统PNN采用相同平滑因子而导致识别率低的问题,提出了一种改进概率神经网络(IPNN),其平滑因子根据模式类别的不同而自适应变化,从而使隐含层的神经元具有更高的适应性,更好地表征了特征向量与模式状态的关联性,反映了输入特征向量对于正确分类结果的实际作用,并将该IPNN应用于滚动轴承的故障诊断中。实验结果表明:IPNN能够有效提高滚动轴承故障分类的准确性,比经典PNN和常用的误差反向传播神经网络(BPNN)具有更高的识别率。
探讨了经典概率神经网络(PNN)作为模式分类器时的相关原理,针对传统PNN采用相同平滑因子而导致识别率低的问题,提出了一种改进概率神经网络(IPNN),其平滑因子根据模式类别的不同而自适应变化,从而使隐含层的神经元具有更高的适应性,更好地表征了特征向量与模式状态的关联性,反映了输入特征向量对于正确分类结果的实际作用,并将该IPNN应用于滚动轴承的故障诊断中。实验结果表明:IPNN能够有效提高滚动轴承故障分类的准确性,比经典PNN和常用的误差反向传播神经网络(BPNN)具有更高的识别率。
2013, 32(5): 733-738.
摘要:
对厚煤层、倾斜煤层的开采,液压支架的稳定性问题显得越来越突出。采用梁板构件对液压支架实体进行简化,与实体模型对比,从质量和重心位置验证了简化模型的正确性。研究支架纵横向稳定性,提出了描述支架纵横向倾倒和滑移的稳定系数。以ZY10800/28/63D型大采高液压支架为实例,分析了几何参数、荷载参数对稳定系数的影响,指出了导致支架失稳的原因。
对厚煤层、倾斜煤层的开采,液压支架的稳定性问题显得越来越突出。采用梁板构件对液压支架实体进行简化,与实体模型对比,从质量和重心位置验证了简化模型的正确性。研究支架纵横向稳定性,提出了描述支架纵横向倾倒和滑移的稳定系数。以ZY10800/28/63D型大采高液压支架为实例,分析了几何参数、荷载参数对稳定系数的影响,指出了导致支架失稳的原因。
2013, 32(5): 739-743.
摘要:
针对发动机凸轮轴在数控磨削时产生弹性变形与振动的问题,提出了凸轮轮廓曲线相邻三点逐次样条拟合方法。并利用该方法在ANSYS有限元软件中对某凸轮轴进行了APDL参数化建模,对凸轮轴磨削时不同位置和不同转角下凸轮轴的弹性变形量进行了计算公式推导和有限元分析,对凸轮轴的固有频率和磨削约束条件下的振型、谐响应进行了分析。应用三点拟合方法可以快速、准确地建立凸轮轴的有限元模型,而适当选取磨削参数可以减小凸轮轴的弹性变形与振动,从而提高凸轮轴的轮廓精度和升程精度。
针对发动机凸轮轴在数控磨削时产生弹性变形与振动的问题,提出了凸轮轮廓曲线相邻三点逐次样条拟合方法。并利用该方法在ANSYS有限元软件中对某凸轮轴进行了APDL参数化建模,对凸轮轴磨削时不同位置和不同转角下凸轮轴的弹性变形量进行了计算公式推导和有限元分析,对凸轮轴的固有频率和磨削约束条件下的振型、谐响应进行了分析。应用三点拟合方法可以快速、准确地建立凸轮轴的有限元模型,而适当选取磨削参数可以减小凸轮轴的弹性变形与振动,从而提高凸轮轴的轮廓精度和升程精度。
2013, 32(5): 744-746,750.
摘要:
在我国城市生活垃圾中选出了3种主要废塑料薄膜聚乙烯、聚氯乙烯和聚酯塑料作为研究对象。研究了利用雷诺数的不同确定塑料颗粒直径取值范围的方法,得出符合实际颗粒直径的悬浮速度公式,估算出它们的悬浮速度。在分选室中将破碎的废塑料薄膜视为质点,建立了相对精确地运动学和动力学方程。利用MATLAB软件编程,对塑料薄膜运动轨迹进行优化分析,得出影响塑料落点的各个参数的优化值,分别为塑料初始速度为0.122 0 m/s,角度为9.407 0°,气流速度为1.784 7 m/s,角度为6.219 7°。
在我国城市生活垃圾中选出了3种主要废塑料薄膜聚乙烯、聚氯乙烯和聚酯塑料作为研究对象。研究了利用雷诺数的不同确定塑料颗粒直径取值范围的方法,得出符合实际颗粒直径的悬浮速度公式,估算出它们的悬浮速度。在分选室中将破碎的废塑料薄膜视为质点,建立了相对精确地运动学和动力学方程。利用MATLAB软件编程,对塑料薄膜运动轨迹进行优化分析,得出影响塑料落点的各个参数的优化值,分别为塑料初始速度为0.122 0 m/s,角度为9.407 0°,气流速度为1.784 7 m/s,角度为6.219 7°。
2013, 32(5): 747-750.
摘要:
为了在提高HEV动态特性的同时,有效限制系统所需动力输出,保证HEV控制策略节能目标的实现,提出面向动态过程的HEV多能源动力系统控制方法(DPCM方法)。建立以DPCM方法为控制理论基础的实验系统,通过试验对该控制方法的控制效果进行验证。在车辆传动试验台上进行了加减载试验,验证了HEV系统不同的加载规律对HEV动态特性的影响,试验证明,DPCM方法既能保证HEV动态特性良好,又能有效控制HEV动力源输出,使HEV节能目标得以真正实现。
为了在提高HEV动态特性的同时,有效限制系统所需动力输出,保证HEV控制策略节能目标的实现,提出面向动态过程的HEV多能源动力系统控制方法(DPCM方法)。建立以DPCM方法为控制理论基础的实验系统,通过试验对该控制方法的控制效果进行验证。在车辆传动试验台上进行了加减载试验,验证了HEV系统不同的加载规律对HEV动态特性的影响,试验证明,DPCM方法既能保证HEV动态特性良好,又能有效控制HEV动力源输出,使HEV节能目标得以真正实现。
2013, 32(5): 751-755,761.
摘要:
为提高干式离合器的起步接合品质,建立了2自由度干式离合器传动系统动力学模型,对起步接合时干式离合器的同步冲击进行了分析。理论分析及实验验证结果表明,干式离合器同步冲击的大小取决于同步前摩擦扭矩与发动机扭矩、负载扭矩的关系。与发动机扭矩和负载扭矩相比,当同步前的摩擦扭矩过大时,会导致同步冲击增大。在离合器接合同步前,根据发动机扭矩和负载扭矩的大小适当减小摩擦扭矩可以有效降低干式离合器接合时的同步冲击。
为提高干式离合器的起步接合品质,建立了2自由度干式离合器传动系统动力学模型,对起步接合时干式离合器的同步冲击进行了分析。理论分析及实验验证结果表明,干式离合器同步冲击的大小取决于同步前摩擦扭矩与发动机扭矩、负载扭矩的关系。与发动机扭矩和负载扭矩相比,当同步前的摩擦扭矩过大时,会导致同步冲击增大。在离合器接合同步前,根据发动机扭矩和负载扭矩的大小适当减小摩擦扭矩可以有效降低干式离合器接合时的同步冲击。
2013, 32(5): 756-761.
摘要:
为阐明进气方式对气力提升特性的作用规律,以普通河沙模拟井下矿层,利用小型输沙系统实验研究在恒定浸入率和供沙量下气孔数量与进气角度对扬水量、扬沙量及总效率的影响。结果表明:任一进气方式下扬水量、扬沙量及总效率并不随气量值增加呈现单调特性,前两者峰值所处位置大致接近,且较总效率峰值对应点右移。气孔数量和进气角度对扬水量及扬沙量影响较小,对总效率影响程度稍大。就整体而言,对应气孔数量和进气角度分别为4和90°时其扬沙量与总效率较其它进气方式上扬。另外,实验测得最高扬沙效率所对气相佛汝德数大致相同,约为2.5,且最佳扬沙效率所对应的气相佛汝德数随管径递增。
为阐明进气方式对气力提升特性的作用规律,以普通河沙模拟井下矿层,利用小型输沙系统实验研究在恒定浸入率和供沙量下气孔数量与进气角度对扬水量、扬沙量及总效率的影响。结果表明:任一进气方式下扬水量、扬沙量及总效率并不随气量值增加呈现单调特性,前两者峰值所处位置大致接近,且较总效率峰值对应点右移。气孔数量和进气角度对扬水量及扬沙量影响较小,对总效率影响程度稍大。就整体而言,对应气孔数量和进气角度分别为4和90°时其扬沙量与总效率较其它进气方式上扬。另外,实验测得最高扬沙效率所对气相佛汝德数大致相同,约为2.5,且最佳扬沙效率所对应的气相佛汝德数随管径递增。
2013, 32(5): 762-765.
摘要:
针对一类微装配机器人的固定式手眼系统,提出了一种标定方法。采用P3P位姿测量原理获得空间点在摄像机坐标系中的坐标,从而建立机器人空间坐标系与手眼坐标系的位姿关系,给出了手眼系统标定的具体步骤,建立了标定方程组及其基于最小二乘法的求解方法。考虑到计算和测量误差等因素带来的旋转矩阵非单位正交矩阵的问题,采用了一种简单的校正算法进行修正。该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单,相关实验验证了该方法的标定精度和有效性。
针对一类微装配机器人的固定式手眼系统,提出了一种标定方法。采用P3P位姿测量原理获得空间点在摄像机坐标系中的坐标,从而建立机器人空间坐标系与手眼坐标系的位姿关系,给出了手眼系统标定的具体步骤,建立了标定方程组及其基于最小二乘法的求解方法。考虑到计算和测量误差等因素带来的旋转矩阵非单位正交矩阵的问题,采用了一种简单的校正算法进行修正。该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单,相关实验验证了该方法的标定精度和有效性。
2013, 32(5): 766-770,765.
摘要:
在某SUV车型的背门模态分析中,背门1阶固有频率与发动机及路面的激振频率过于接近,这种情况会导致在日常行驶工况中车门产生共振,影响车门的NVH性能。本文中以对车门质量及1阶固有频率的灵敏度较高的几个构件的材料厚度为设计变量,采用最优拉丁方试验设计方法获得样本数据,并用响应面法构建了背门质量及1阶固有频率的近似模型,利用序列二次规划法对该两个近似模型进行多学科并行优化,在保证背门质量不增加的情况下,显著提高了背门的1阶固有频率。
在某SUV车型的背门模态分析中,背门1阶固有频率与发动机及路面的激振频率过于接近,这种情况会导致在日常行驶工况中车门产生共振,影响车门的NVH性能。本文中以对车门质量及1阶固有频率的灵敏度较高的几个构件的材料厚度为设计变量,采用最优拉丁方试验设计方法获得样本数据,并用响应面法构建了背门质量及1阶固有频率的近似模型,利用序列二次规划法对该两个近似模型进行多学科并行优化,在保证背门质量不增加的情况下,显著提高了背门的1阶固有频率。
2013, 32(5): 771-774,780.
摘要:
为了进一步降低液压电机叶片泵样机的噪声、提高效率,运用有限元分析软件对研制出的液压电机叶片泵样机的部分部件进行应力应变与流场计算和结构改进,获得了改进样机的转子转速、输出流量、噪声声压级和效率随输出压力的变化规律。结果表明:改进后液压电机叶片泵样机有效地解决了内泄漏较大问题,消除了因内部流道狭窄引起的气穴现象;与电机油泵组相比,容积效率基本一致,在输出压力大于13 MPa时,总效率略低,约为2%,噪声声压级降低了11 dB以上。
为了进一步降低液压电机叶片泵样机的噪声、提高效率,运用有限元分析软件对研制出的液压电机叶片泵样机的部分部件进行应力应变与流场计算和结构改进,获得了改进样机的转子转速、输出流量、噪声声压级和效率随输出压力的变化规律。结果表明:改进后液压电机叶片泵样机有效地解决了内泄漏较大问题,消除了因内部流道狭窄引起的气穴现象;与电机油泵组相比,容积效率基本一致,在输出压力大于13 MPa时,总效率略低,约为2%,噪声声压级降低了11 dB以上。
2013, 32(5): 775-780.
摘要:
常规LQG控制器在车辆座椅主动悬架应用中,存在权值矩阵确定的问题。设计了一种基于遗传算法优化LQG权值矩阵的方法。该方法利用遗传算法的全局优化算法,以主动座椅悬架性能指标为目标函数对权值矩阵进行优化设计,并在Matlab/Simulink环境下建立了系统模型并进行仿真模拟。仿真结果表明:基于遗传算法优化的LQG控制器能够解决了最优控制器中存在的权值确定问题,提高悬架的设计效率,同时对于乘坐舒适性的改善有良好的效果。
常规LQG控制器在车辆座椅主动悬架应用中,存在权值矩阵确定的问题。设计了一种基于遗传算法优化LQG权值矩阵的方法。该方法利用遗传算法的全局优化算法,以主动座椅悬架性能指标为目标函数对权值矩阵进行优化设计,并在Matlab/Simulink环境下建立了系统模型并进行仿真模拟。仿真结果表明:基于遗传算法优化的LQG控制器能够解决了最优控制器中存在的权值确定问题,提高悬架的设计效率,同时对于乘坐舒适性的改善有良好的效果。
