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2013年 32卷 第8期
2013, 32(8): 1093-1097.
摘要
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摘要:
使用PVD-TiAlN涂层硬质合金刀片进行高温合金GH4169的高速车削正交试验,建立了表面完整性特征中表面粗糙度、表面残余应力、显微硬度的经验公式,分析了车削参数对表面完整性各特征量的影响规律,并观测了高速车削加工的表面形貌。结果表明:表面粗糙度随车削速度的增加而减小,随进给量和切削深度的增加而增大,进给量是影响表面粗糙度的最主要因素;随着进给量的增加,表面形貌变差;轴向残余应力表现为压应力,切向残余应力表现为拉应力,减小进给量,降低车削速度可减小车削加工的残余应力,轴向残余应力对进给量最敏感,切向残余应力对切削深度最敏感;显微硬度随车削速度的增大而增加,车削速度是影响显微硬度的主要因素。
使用PVD-TiAlN涂层硬质合金刀片进行高温合金GH4169的高速车削正交试验,建立了表面完整性特征中表面粗糙度、表面残余应力、显微硬度的经验公式,分析了车削参数对表面完整性各特征量的影响规律,并观测了高速车削加工的表面形貌。结果表明:表面粗糙度随车削速度的增加而减小,随进给量和切削深度的增加而增大,进给量是影响表面粗糙度的最主要因素;随着进给量的增加,表面形貌变差;轴向残余应力表现为压应力,切向残余应力表现为拉应力,减小进给量,降低车削速度可减小车削加工的残余应力,轴向残余应力对进给量最敏感,切向残余应力对切削深度最敏感;显微硬度随车削速度的增大而增加,车削速度是影响显微硬度的主要因素。
2013, 32(8): 1098-1102.
摘要:
为了提高计算精度和扩大计算尺寸,克服分子动力学模拟方法计算效率低、模拟尺寸小、边界条件影响大等特点,本文采用多尺度准连续介质力学数值方法对单晶铜纳米切削过程进行仿真,探究单晶铜的纳米切削机理。验证了不同的刀具前角、切削厚度对切削过程中的位错、切削力和残余应力的影响。实验结果表明,当采用同一把刀具时,随着切削厚度的增加切削过程中的切削比能逐渐减小而位错深度、残余应力均相应增加。当采用同一个切削厚度,不同的刀具前角时发现,采用负前角切削过程中的切削力波动范围最大。
为了提高计算精度和扩大计算尺寸,克服分子动力学模拟方法计算效率低、模拟尺寸小、边界条件影响大等特点,本文采用多尺度准连续介质力学数值方法对单晶铜纳米切削过程进行仿真,探究单晶铜的纳米切削机理。验证了不同的刀具前角、切削厚度对切削过程中的位错、切削力和残余应力的影响。实验结果表明,当采用同一把刀具时,随着切削厚度的增加切削过程中的切削比能逐渐减小而位错深度、残余应力均相应增加。当采用同一个切削厚度,不同的刀具前角时发现,采用负前角切削过程中的切削力波动范围最大。
2013, 32(8): 1103-1107.
摘要:
为控制爆胎车辆的稳定性,基于UA-Tire理论模型建立了爆胎轮胎模型,并通过修改该轮胎模型参数建立了轮辋触地模型,将此两种模型载入CarSim构建爆胎车辆模型。结合传统稳定性控制方法,设计了模糊控制器,对爆胎车辆模型的附加横摆力矩进行非线性控制。以100 km/h直线、弯道行驶爆胎及爆胎急转向工况为例,利用CarSim与Simulink进行了联合仿真,结果表明:建立的轮辋触地模型能够模拟触地时车轮的力学性能;设计的控制器有效控制了爆胎车辆的侧向位移、横摆角速度与车身侧倾角等,并防止了轮辋触地。
为控制爆胎车辆的稳定性,基于UA-Tire理论模型建立了爆胎轮胎模型,并通过修改该轮胎模型参数建立了轮辋触地模型,将此两种模型载入CarSim构建爆胎车辆模型。结合传统稳定性控制方法,设计了模糊控制器,对爆胎车辆模型的附加横摆力矩进行非线性控制。以100 km/h直线、弯道行驶爆胎及爆胎急转向工况为例,利用CarSim与Simulink进行了联合仿真,结果表明:建立的轮辋触地模型能够模拟触地时车轮的力学性能;设计的控制器有效控制了爆胎车辆的侧向位移、横摆角速度与车身侧倾角等,并防止了轮辋触地。
2013, 32(8): 1108-1112.
摘要:
装载机液压缸输出功率是分析液压系统能量分配规律、计算液压系统效率、评价液压系统元件匹配是否合理的重要参数之一。本文以动臂缸为例,研究了其输出功率变化特性的测定方法。在分析建立动臂缸输出功率数学模型基础上,选用了动臂缸工作参数测试用传感器与数据采集仪,并实机测试了装载机铲装小石方时动臂缸无杆腔、有杆腔油压及活塞位移,应用Vib'SYS和nSoft软件对实测油压和位移数据进行了分析处理,制取了单次典型作业循环动臂缸无杆腔与有杆腔油压及活塞位移变化历程;应用MATLAB对制取的单次典型作业循环不同作业段的动臂缸油压和位移进行了拟合,通过编程处理获得了动臂缸不同作业段的功率波形,将各作业段功率波形按作业时间顺序进行了合并,获取了铲装小石方时动臂缸输出功率变化特性曲线,分析结果表明,文中提出的动臂缸输出功率测定方法是可行的。
装载机液压缸输出功率是分析液压系统能量分配规律、计算液压系统效率、评价液压系统元件匹配是否合理的重要参数之一。本文以动臂缸为例,研究了其输出功率变化特性的测定方法。在分析建立动臂缸输出功率数学模型基础上,选用了动臂缸工作参数测试用传感器与数据采集仪,并实机测试了装载机铲装小石方时动臂缸无杆腔、有杆腔油压及活塞位移,应用Vib'SYS和nSoft软件对实测油压和位移数据进行了分析处理,制取了单次典型作业循环动臂缸无杆腔与有杆腔油压及活塞位移变化历程;应用MATLAB对制取的单次典型作业循环不同作业段的动臂缸油压和位移进行了拟合,通过编程处理获得了动臂缸不同作业段的功率波形,将各作业段功率波形按作业时间顺序进行了合并,获取了铲装小石方时动臂缸输出功率变化特性曲线,分析结果表明,文中提出的动臂缸输出功率测定方法是可行的。
2013, 32(8): 1113-1117.
摘要:
针对惯性导航平台隔离振动的要求,在分析惯性导航平台振源基础上,结合减振理论,设计了该平台的减振系统。基于复刚度模型的橡胶减振系统理论,实验测试得到橡胶减振器多种工况下的参数-刚度、损耗因子。建立了减振系统的有限元模型,通过模态分析获得减振系统的前12阶固有频率,并通过谐响应分析方法分别获得发动机怠速激励和陀螺仪抖动激励下的位移响应,结果表明所设计的减振系统固有频率远离发动机怠速激励和陀螺仪抖动激励频率、位移响应幅值小,具有良好的减振效果。
针对惯性导航平台隔离振动的要求,在分析惯性导航平台振源基础上,结合减振理论,设计了该平台的减振系统。基于复刚度模型的橡胶减振系统理论,实验测试得到橡胶减振器多种工况下的参数-刚度、损耗因子。建立了减振系统的有限元模型,通过模态分析获得减振系统的前12阶固有频率,并通过谐响应分析方法分别获得发动机怠速激励和陀螺仪抖动激励下的位移响应,结果表明所设计的减振系统固有频率远离发动机怠速激励和陀螺仪抖动激励频率、位移响应幅值小,具有良好的减振效果。
2013, 32(8): 1118-1123.
摘要:
砂轮振动将会使得光学元件表面产生周期性波动,从而降低后续抛光工序的加工效率,增加光学元件表面的中频误差成分,影响光学元件的使用性能。本文针对平行磨削方式,研究了砂轮周期性强迫振动下的工件表面形貌特征,分析了砂轮与工件表面的干涉现象,以及加工参数对加工表面波纹度特征的影响。研究结果表明:加工参数满足一定的条件下,工件表面振纹小于砂轮本身振动振幅,通过合理选择加工参数有利于改善工件表面波纹度,提高加工表面质量。
砂轮振动将会使得光学元件表面产生周期性波动,从而降低后续抛光工序的加工效率,增加光学元件表面的中频误差成分,影响光学元件的使用性能。本文针对平行磨削方式,研究了砂轮周期性强迫振动下的工件表面形貌特征,分析了砂轮与工件表面的干涉现象,以及加工参数对加工表面波纹度特征的影响。研究结果表明:加工参数满足一定的条件下,工件表面振纹小于砂轮本身振动振幅,通过合理选择加工参数有利于改善工件表面波纹度,提高加工表面质量。
2013, 32(8): 1124-1129.
摘要:
利用包含SoftMotion运动控制模块的LabVIEW软件和具有机械建模功能的SolidWorks软件建立了环片叠装系统的虚拟样机。在完成系统设计之后,搭建硬件设备之前,在Labview环境中利用SoftMotion模块编写系统控制程序,对所设计的系统进行性能仿真,并提出了基于布尔控件"属性-值"节点的程序执行方法,实现了对重复动作任务的运行仿真。本文以环片叠装系统为例进行了基于NI虚拟样机技术的研究,实现了对环片叠装虚拟样机系统的仿真控制,并把优化后的虚拟样机转化为物理样机。运用机械设计与控制仿真相结合的技术,加快了由虚拟样机到物理样机的转化,缩短了设计周期,降低了设计风险。
利用包含SoftMotion运动控制模块的LabVIEW软件和具有机械建模功能的SolidWorks软件建立了环片叠装系统的虚拟样机。在完成系统设计之后,搭建硬件设备之前,在Labview环境中利用SoftMotion模块编写系统控制程序,对所设计的系统进行性能仿真,并提出了基于布尔控件"属性-值"节点的程序执行方法,实现了对重复动作任务的运行仿真。本文以环片叠装系统为例进行了基于NI虚拟样机技术的研究,实现了对环片叠装虚拟样机系统的仿真控制,并把优化后的虚拟样机转化为物理样机。运用机械设计与控制仿真相结合的技术,加快了由虚拟样机到物理样机的转化,缩短了设计周期,降低了设计风险。
2013, 32(8): 1130-1133.
摘要:
针对现有的齿廓数值获取方法过于复杂、不易掌握以及通用性不强的情况,提出了一种简便高效的齿廓数值获取方法:在已知非圆齿轮节曲线的情况下,根据展成法原理提炼出了非圆齿轮加工中隐藏的成齿规律:即可利用齿轮刀一个轮齿包络出非圆齿轮的所有齿廓;在此基础上开发了一套高效简便的非圆齿轮齿廓数值算法,该算法能够不断逼近真实的非圆齿轮齿廓数值,并最终得到全部真实齿廓数值。最后利用MATLAB编程,验证了算法的可行性和准确性。
针对现有的齿廓数值获取方法过于复杂、不易掌握以及通用性不强的情况,提出了一种简便高效的齿廓数值获取方法:在已知非圆齿轮节曲线的情况下,根据展成法原理提炼出了非圆齿轮加工中隐藏的成齿规律:即可利用齿轮刀一个轮齿包络出非圆齿轮的所有齿廓;在此基础上开发了一套高效简便的非圆齿轮齿廓数值算法,该算法能够不断逼近真实的非圆齿轮齿廓数值,并最终得到全部真实齿廓数值。最后利用MATLAB编程,验证了算法的可行性和准确性。
2013, 32(8): 1134-1138.
摘要:
为了改善柴油机D6114喷油嘴291 DLLA150 FC PV01内部燃油流动状况,使喷入气缸内的燃油达到较好的雾化质量,在原有喷嘴基础上,针对喷嘴结构参数长径比、喷嘴入口过渡圆角及喷孔锥角设计了9种方案。在CFD(计算流体动力学)软件中建立了喷嘴内部流场的三维模型,对整个流场区域进行了流体动力学模拟计算。分析了喷嘴结构参数对喷孔内部空化程度、湍动能及流速的影响,得出:随着长径比(L/D)的减小,燃油在喷孔中的空化程度增强,湍动能减小,流速增加;随着过渡圆角与直径比(r/D)的增大,喷孔内部流体空化程度增强,流速增大,湍动能减弱;随着喷孔锥角(θ)的增大,喷孔内燃油空化程度加强,湍动能减弱。
为了改善柴油机D6114喷油嘴291 DLLA150 FC PV01内部燃油流动状况,使喷入气缸内的燃油达到较好的雾化质量,在原有喷嘴基础上,针对喷嘴结构参数长径比、喷嘴入口过渡圆角及喷孔锥角设计了9种方案。在CFD(计算流体动力学)软件中建立了喷嘴内部流场的三维模型,对整个流场区域进行了流体动力学模拟计算。分析了喷嘴结构参数对喷孔内部空化程度、湍动能及流速的影响,得出:随着长径比(L/D)的减小,燃油在喷孔中的空化程度增强,湍动能减小,流速增加;随着过渡圆角与直径比(r/D)的增大,喷孔内部流体空化程度增强,流速增大,湍动能减弱;随着喷孔锥角(θ)的增大,喷孔内燃油空化程度加强,湍动能减弱。
2013, 32(8): 1139-1143.
摘要:
针对传统控制方法鲁棒性不强以及配置极点复杂的问题,本文中提出了一种基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制方法,将T-S模型、线性二次型最优控制器设计以及多模型切换控制三者结合起来。该方法首先对每个T-S模糊模型的线性子系统设计LQR控制器,再把每个控制器乘以其权重求和得到全局LQR控制器,满足线性二次型性能指标最小的条件下,获得状态反馈矩阵,即提高了系统的鲁棒性,且避免了配置极点的复杂工作。在模糊规则数相同的情况下,多模型切换由于模糊论域的变小而提高了线性逼近精度,实现对整体非线性系统的逼近与控制。仿真实验结果验证了这种方法的有效性。
针对传统控制方法鲁棒性不强以及配置极点复杂的问题,本文中提出了一种基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制方法,将T-S模型、线性二次型最优控制器设计以及多模型切换控制三者结合起来。该方法首先对每个T-S模糊模型的线性子系统设计LQR控制器,再把每个控制器乘以其权重求和得到全局LQR控制器,满足线性二次型性能指标最小的条件下,获得状态反馈矩阵,即提高了系统的鲁棒性,且避免了配置极点的复杂工作。在模糊规则数相同的情况下,多模型切换由于模糊论域的变小而提高了线性逼近精度,实现对整体非线性系统的逼近与控制。仿真实验结果验证了这种方法的有效性。
2013, 32(8): 1144-1148.
摘要:
基于现代控制和机械动力学的相关理论,以有阻尼双质量弹簧系统为研究对象,根据系统遵循的物理规律建立系统的状态空间模型并绘制系统的模拟结构图,全面反映系统各状态变量间的关系及变量的变化情况,揭示了系统的内部特征。应用状态空间分析法判定了系统既能控又能观,实现了对系统内在性质的深化认识。采用振型叠加法定量研究了系统的动态特性,计算了系统低阶固有频率、主振型及系统在简谐激励力作用下的位移响应,进一步认识了系统的运动特性。
基于现代控制和机械动力学的相关理论,以有阻尼双质量弹簧系统为研究对象,根据系统遵循的物理规律建立系统的状态空间模型并绘制系统的模拟结构图,全面反映系统各状态变量间的关系及变量的变化情况,揭示了系统的内部特征。应用状态空间分析法判定了系统既能控又能观,实现了对系统内在性质的深化认识。采用振型叠加法定量研究了系统的动态特性,计算了系统低阶固有频率、主振型及系统在简谐激励力作用下的位移响应,进一步认识了系统的运动特性。
2013, 32(8): 1149-1152.
摘要:
针对电力拖动系统中工业设备的状态监测、故障诊断以及节能控制的需要,研制了基于霍尔传感器和LabVIEW的三相电信号实时监测系统,通过信号采集电路与NI-PXI工控机配合,完成电信号的实时获取。工控机设计了基于LabVIEW的信号采集程序,并通过全周波傅氏算法实现了采样信号基频特征的快速提取,解决了电力拖动系统实时信号采集与检测的问题。实验证明该采集系统具有较宽的测量范围和良好的隔离作用,检测精度高且能够快速、准确、稳定获取电机的三相电信号,符合工业现场检测要求,为研究和开发电力拖动系统的状态监测及故障诊断提供了软硬件支持。
针对电力拖动系统中工业设备的状态监测、故障诊断以及节能控制的需要,研制了基于霍尔传感器和LabVIEW的三相电信号实时监测系统,通过信号采集电路与NI-PXI工控机配合,完成电信号的实时获取。工控机设计了基于LabVIEW的信号采集程序,并通过全周波傅氏算法实现了采样信号基频特征的快速提取,解决了电力拖动系统实时信号采集与检测的问题。实验证明该采集系统具有较宽的测量范围和良好的隔离作用,检测精度高且能够快速、准确、稳定获取电机的三相电信号,符合工业现场检测要求,为研究和开发电力拖动系统的状态监测及故障诊断提供了软硬件支持。
2013, 32(8): 1153-1158.
摘要:
为了提高盾构液压系统的可靠性水平和智能化程度,根据基于状态维修的国际标准,本文阐述一种故障特征提取方法,即基于变量加权的有源自回归(variable-weighted-autoregressive exoge-nous,VW-ARX)。首先本文引入VW算法,对传统算法进行改进,并给出数学推导公式。接着以拼装机液压系统为仿真对象,从整体角度出发,讨论ARX模型的输入、输出变量。最后,给出四种故障状态,仿真结果显示改进算法比传统ARX更有效。
为了提高盾构液压系统的可靠性水平和智能化程度,根据基于状态维修的国际标准,本文阐述一种故障特征提取方法,即基于变量加权的有源自回归(variable-weighted-autoregressive exoge-nous,VW-ARX)。首先本文引入VW算法,对传统算法进行改进,并给出数学推导公式。接着以拼装机液压系统为仿真对象,从整体角度出发,讨论ARX模型的输入、输出变量。最后,给出四种故障状态,仿真结果显示改进算法比传统ARX更有效。
2013, 32(8): 1159-1162.
摘要:
簇绒地毯织机轴系的动不平衡是影响织机工作质量的一个因素。为了降低轴系的振动,提高织机的工作质量,本文以织机主轴模型为研究对象,采用影响系数法对簇绒地毯织机耦联主轴进行了动平衡校正。首先利用三维建模软件建立主轴模型,再经有限元软件对主轴进行柔性处理,最后结合动力学仿真软件和影响系数法对主轴的振动特性进行仿真分析。通过比较主轴校正前后的振动曲线以及轴心轨迹图,仿真结果说明了影响系数法能够明显减小主轴的振动。
簇绒地毯织机轴系的动不平衡是影响织机工作质量的一个因素。为了降低轴系的振动,提高织机的工作质量,本文以织机主轴模型为研究对象,采用影响系数法对簇绒地毯织机耦联主轴进行了动平衡校正。首先利用三维建模软件建立主轴模型,再经有限元软件对主轴进行柔性处理,最后结合动力学仿真软件和影响系数法对主轴的振动特性进行仿真分析。通过比较主轴校正前后的振动曲线以及轴心轨迹图,仿真结果说明了影响系数法能够明显减小主轴的振动。
2013, 32(8): 1163-1168.
摘要:
针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了一种新型非线性PID姿态控制器。针对传统PID的不足,通过引入两个跟踪微分器以及误差反馈的非线性组合构成非线性PID,并结合简化的小型四旋翼飞行器数学模型,提出了一种基于新型非线性PID姿态控制方法。仿真结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性、抗干扰性以及良好的滤波性能,系统具有良好的动态和稳态性能。由于保留了传统PID优点,设计简单,对实际工程具有较大的指导价值。
针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,设计了一种新型非线性PID姿态控制器。针对传统PID的不足,通过引入两个跟踪微分器以及误差反馈的非线性组合构成非线性PID,并结合简化的小型四旋翼飞行器数学模型,提出了一种基于新型非线性PID姿态控制方法。仿真结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性、抗干扰性以及良好的滤波性能,系统具有良好的动态和稳态性能。由于保留了传统PID优点,设计简单,对实际工程具有较大的指导价值。
2013, 32(8): 1167-1171.
摘要:
为了解决涡轮叶片曲面不光顺而造成的数控加工刀轨生成失败的问题,本文针对叶片曲面截面线进行光顺拟合,提出了一种三次非均匀B样条曲线整体光顺逼近算法。该算法建立了一个由最小二乘法、型值点曲率和、型值点曲率变化和三项组成的目标函数,并利用高斯消元法求出最优控制顶点坐标序列。该算法可以使曲线在给定的逼近误差范围内,实现型值点曲率和降低的同时,曲率变化也更加均匀。最后将算法程序嵌入UG5.0二次开发程序中实现自动光顺拟合模块的开发,并通过与已存在的算法进行光顺效果对比实验,验证了本文算法更有效。
为了解决涡轮叶片曲面不光顺而造成的数控加工刀轨生成失败的问题,本文针对叶片曲面截面线进行光顺拟合,提出了一种三次非均匀B样条曲线整体光顺逼近算法。该算法建立了一个由最小二乘法、型值点曲率和、型值点曲率变化和三项组成的目标函数,并利用高斯消元法求出最优控制顶点坐标序列。该算法可以使曲线在给定的逼近误差范围内,实现型值点曲率和降低的同时,曲率变化也更加均匀。最后将算法程序嵌入UG5.0二次开发程序中实现自动光顺拟合模块的开发,并通过与已存在的算法进行光顺效果对比实验,验证了本文算法更有效。
2013, 32(8): 1172-1175.
摘要:
针对传统边界元法在求解外部声学问题时存在非唯一解的缺点,本文利用Burton-miller公式有效解决这一问题。对于Burton-miller公式引入的超奇异积分算子,采用奇异性减少技术进行弱奇异积分规划,有效避免了计算超奇异积分的困难,数值处理变得十分有效。此外,在算法中还采用有效的块对角预处理迭代求解器加速求解线性方程系统,全面提高算法的计算效率。数值算例验证了算法计算三维声散射问题的准确性、有效性及潜在的工程应用价值。
针对传统边界元法在求解外部声学问题时存在非唯一解的缺点,本文利用Burton-miller公式有效解决这一问题。对于Burton-miller公式引入的超奇异积分算子,采用奇异性减少技术进行弱奇异积分规划,有效避免了计算超奇异积分的困难,数值处理变得十分有效。此外,在算法中还采用有效的块对角预处理迭代求解器加速求解线性方程系统,全面提高算法的计算效率。数值算例验证了算法计算三维声散射问题的准确性、有效性及潜在的工程应用价值。
2013, 32(8): 1176-1181.
摘要:
在ICA基础上发展起来的约束独立分量分析(cICA)方法,可根据一定的先验知识生成参考信号以提取选定的独立分量,解决了原ICA算法的次序不确定性问题。将cICA用于滚动轴承故障诊断,能够根据被监测滚动轴承的特征频率等先验信息建立参考信号并实现对其故障振动特征信号的提取。本文将该方法与针对旋转机械变速过程的阶比跟踪技术和滚动轴承包络分析技术相结合,提出了基于cICA的旋转机械变速工作过程滚动轴承早期故障分析方法。该方法首先通过包络提取技术在共振带获得包含故障信息的包络信号,再通过阶比分析中的等角度采样将包络信号转换到角域,在角域建立参考信号,并用cICA实现旋转机械变速过程下滚动轴承故障对应冲击性信号成分的有效提取。仿真和测试试验表明,所提出方法适合于旋转机械升降速等变速过程中的滚动轴承初期故障特征信息提取。
在ICA基础上发展起来的约束独立分量分析(cICA)方法,可根据一定的先验知识生成参考信号以提取选定的独立分量,解决了原ICA算法的次序不确定性问题。将cICA用于滚动轴承故障诊断,能够根据被监测滚动轴承的特征频率等先验信息建立参考信号并实现对其故障振动特征信号的提取。本文将该方法与针对旋转机械变速过程的阶比跟踪技术和滚动轴承包络分析技术相结合,提出了基于cICA的旋转机械变速工作过程滚动轴承早期故障分析方法。该方法首先通过包络提取技术在共振带获得包含故障信息的包络信号,再通过阶比分析中的等角度采样将包络信号转换到角域,在角域建立参考信号,并用cICA实现旋转机械变速过程下滚动轴承故障对应冲击性信号成分的有效提取。仿真和测试试验表明,所提出方法适合于旋转机械升降速等变速过程中的滚动轴承初期故障特征信息提取。
2013, 32(8): 1182-1185.
摘要:
设计了一种针对竖直管道,依靠履带运动的PGZX-1型炉管爬行机器人,该机器人主要应用于加热炉炉管检测,可解决细长管小间隙单向排布管群检测难题。本文着重研究机器人履带行走装置,首先运用SolidWorks进行机体建模,再通过ADAMS进行仿真分析,利用宏命令添加约束及载荷,对履带块与带轮、管柱之间的压力、速度和加速度等进行仿真,分析了履带爬行的特点,明确履带受力情况及运动状态,并得出相应曲线,为履带式机器人爬升竖直管道的研究提供参考依据。
设计了一种针对竖直管道,依靠履带运动的PGZX-1型炉管爬行机器人,该机器人主要应用于加热炉炉管检测,可解决细长管小间隙单向排布管群检测难题。本文着重研究机器人履带行走装置,首先运用SolidWorks进行机体建模,再通过ADAMS进行仿真分析,利用宏命令添加约束及载荷,对履带块与带轮、管柱之间的压力、速度和加速度等进行仿真,分析了履带爬行的特点,明确履带受力情况及运动状态,并得出相应曲线,为履带式机器人爬升竖直管道的研究提供参考依据。
2013, 32(8): 1186-1189.
摘要:
为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。
为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。
2013, 32(8): 1190-1194.
摘要:
为了研究多工况下静态刚度和动态振动频率为目标函数的拓扑优化结构设计,提出了一种连续体结构多目标拓扑优化的研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数(SIMP)的插值模型,采用满意协调法把多目标问题转化为单目标问题,从而避免因单目标拓扑优化而不能满足车体结构性能要求的缺点,同时通过一些变换,规避了满意协调法中不含等式约束这一条件。运用OptiSt-ruct平台,以发动机盖为实例进行多目标拓扑优化,并与已经用于生产的成熟的发动机盖模型进行对比,验证了优化方案的可行性。
为了研究多工况下静态刚度和动态振动频率为目标函数的拓扑优化结构设计,提出了一种连续体结构多目标拓扑优化的研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数(SIMP)的插值模型,采用满意协调法把多目标问题转化为单目标问题,从而避免因单目标拓扑优化而不能满足车体结构性能要求的缺点,同时通过一些变换,规避了满意协调法中不含等式约束这一条件。运用OptiSt-ruct平台,以发动机盖为实例进行多目标拓扑优化,并与已经用于生产的成熟的发动机盖模型进行对比,验证了优化方案的可行性。
2013, 32(8): 1195-1199.
摘要:
基于ADAMS仿真软件平台,对酒瓶装箱机构进行了建模仿真,并以抓头加速度最小为目标函数对机构进行了结构优化。基于间隙矢量模型,考虑运动副间隙和杆件柔性的影响对酒瓶装箱机构重建模型,并基于非线性碰撞接触力模型建立了构件接触处的碰撞接触力与位移关系,得到了运动副间隙和杆件柔性对机构运动特性及动力学特性的影响规律。结果表明:当同时考虑运动副间隙和连杆柔性时,柔性杆对轴销和轴套的碰撞有一定的缓冲作用,从一定程度上消减了运动副间隙对目标点运动特性的不利影响。
基于ADAMS仿真软件平台,对酒瓶装箱机构进行了建模仿真,并以抓头加速度最小为目标函数对机构进行了结构优化。基于间隙矢量模型,考虑运动副间隙和杆件柔性的影响对酒瓶装箱机构重建模型,并基于非线性碰撞接触力模型建立了构件接触处的碰撞接触力与位移关系,得到了运动副间隙和杆件柔性对机构运动特性及动力学特性的影响规律。结果表明:当同时考虑运动副间隙和连杆柔性时,柔性杆对轴销和轴套的碰撞有一定的缓冲作用,从一定程度上消减了运动副间隙对目标点运动特性的不利影响。
2013, 32(8): 1200-1206.
摘要:
采用统一强度理论分析了厚壁圆筒自增强中的一些关键问题,得出了非自增强厚壁圆筒弹性极限载荷和塑性极限载荷的统一解的形式,以及弹塑性界面上当量应力最小时的弹塑性界面半径,并导出了当材料拉、压强度不同,及考虑中间主应力的情况下,自增强处理不发生反向屈服时的圆筒径比。另外,利用统一强度理论公式比较了现有的几种强度理论在自增强分析中所得的结果。
采用统一强度理论分析了厚壁圆筒自增强中的一些关键问题,得出了非自增强厚壁圆筒弹性极限载荷和塑性极限载荷的统一解的形式,以及弹塑性界面上当量应力最小时的弹塑性界面半径,并导出了当材料拉、压强度不同,及考虑中间主应力的情况下,自增强处理不发生反向屈服时的圆筒径比。另外,利用统一强度理论公式比较了现有的几种强度理论在自增强分析中所得的结果。
2013, 32(8): 1207-1210.
摘要:
采用ISIGHT软件对某大微客动力总成悬置系统进行解耦优化。建立了悬置系统6自由度模型,以悬置系统6自由度解耦率最大为优化目标,各悬置的刚度、位置参数为设计变量,建立了悬置系统鲁棒优化模型。采用一阶泰勒级数展开方法计算目标函数和约束条件的统计特性,组合修正可行性方法和混合整数最适法算法求解6σ鲁棒优化问题。将优化解视为具有正态分布的随机变量,应用蒙特卡洛法对悬置系统进行鲁棒性分析,验证了鲁棒优化结果更加稳定。
采用ISIGHT软件对某大微客动力总成悬置系统进行解耦优化。建立了悬置系统6自由度模型,以悬置系统6自由度解耦率最大为优化目标,各悬置的刚度、位置参数为设计变量,建立了悬置系统鲁棒优化模型。采用一阶泰勒级数展开方法计算目标函数和约束条件的统计特性,组合修正可行性方法和混合整数最适法算法求解6σ鲁棒优化问题。将优化解视为具有正态分布的随机变量,应用蒙特卡洛法对悬置系统进行鲁棒性分析,验证了鲁棒优化结果更加稳定。
2013, 32(8): 1211-1214.
摘要:
针对回流焊工艺过程中输入参数难以设定的问题,对多重质量特征值间非线性映射关系进行分析,提出一种基于改进遗传算法的输入参数设定方法。采用实数编码形式,直接表达了各基因表示的意义。应用改进的遗传算子和染色体重启机制,提高了搜索准确程度,避免了早熟现象和陷入局部最优的可能。再结合神经网络预测方案建立完整的参数设置与生产预测模型。以某公司实际生产数据为例,MAPE评估显示预设参数满足企业生产误差精度要求,因此所提出的设定方法可以有效地进行回流焊生产,为企业回流焊生产工艺规划提供指导。
针对回流焊工艺过程中输入参数难以设定的问题,对多重质量特征值间非线性映射关系进行分析,提出一种基于改进遗传算法的输入参数设定方法。采用实数编码形式,直接表达了各基因表示的意义。应用改进的遗传算子和染色体重启机制,提高了搜索准确程度,避免了早熟现象和陷入局部最优的可能。再结合神经网络预测方案建立完整的参数设置与生产预测模型。以某公司实际生产数据为例,MAPE评估显示预设参数满足企业生产误差精度要求,因此所提出的设定方法可以有效地进行回流焊生产,为企业回流焊生产工艺规划提供指导。
2013, 32(8): 1215-1220,1214.
摘要:
为探讨应力和电偶双重因素对2E12-T3铝合金腐蚀行为的影响,采用应力腐蚀试验,电偶腐蚀试验以及电化学阻抗技术、金相技术、扫描电镜分析技术,研究了应力和电偶双重因素对铝合金腐蚀行为的作用机理。研究结果表明:2E12-T3在NaCl-H2O2溶液中具有很高的应力腐蚀敏感性。未偶接不锈钢时,随着所受外加拉应力水平的提高,铝合金表面阻抗略有降低,合金抗腐蚀能力下降,外加拉应力提高了铝合金的腐蚀敏感程度。偶接不锈钢后,同应力条件下的阻抗值较偶接前低很多,并且相同应力水平下的断裂时间缩短为未偶接时的1/3,电偶因素起到了很大的作用。在应力因素和电偶因素的共同作用下,铝合金腐蚀敏感性非常高。
为探讨应力和电偶双重因素对2E12-T3铝合金腐蚀行为的影响,采用应力腐蚀试验,电偶腐蚀试验以及电化学阻抗技术、金相技术、扫描电镜分析技术,研究了应力和电偶双重因素对铝合金腐蚀行为的作用机理。研究结果表明:2E12-T3在NaCl-H2O2溶液中具有很高的应力腐蚀敏感性。未偶接不锈钢时,随着所受外加拉应力水平的提高,铝合金表面阻抗略有降低,合金抗腐蚀能力下降,外加拉应力提高了铝合金的腐蚀敏感程度。偶接不锈钢后,同应力条件下的阻抗值较偶接前低很多,并且相同应力水平下的断裂时间缩短为未偶接时的1/3,电偶因素起到了很大的作用。在应力因素和电偶因素的共同作用下,铝合金腐蚀敏感性非常高。
2013, 32(8): 1221-1224.
摘要:
灵敏度分析在结构优化设计和可靠性分析中起着至关重要的作用。针对特征值敏度的解析法在有限元分析中不足,本文提出了一种基于半解析的伴随变量特征值敏度分析方法,用有限差分法代替了常规的解析求导。另外,针对导数矩阵稀疏性的特点提出了一种新颖的存储方法,并将这种方法应用于伴随变量法涉及到的导数矩阵存储,节省了存储空间。最后将本文提出的伴随变量方法与常见的解析法敏度分析方法进行对比,证实本文方法在精确性和计算效率上得到了较大的提高,且非常适合于大型结构的敏度分析。
灵敏度分析在结构优化设计和可靠性分析中起着至关重要的作用。针对特征值敏度的解析法在有限元分析中不足,本文提出了一种基于半解析的伴随变量特征值敏度分析方法,用有限差分法代替了常规的解析求导。另外,针对导数矩阵稀疏性的特点提出了一种新颖的存储方法,并将这种方法应用于伴随变量法涉及到的导数矩阵存储,节省了存储空间。最后将本文提出的伴随变量方法与常见的解析法敏度分析方法进行对比,证实本文方法在精确性和计算效率上得到了较大的提高,且非常适合于大型结构的敏度分析。
2013, 32(8): 1225-1229,1224.
摘要:
针对基于二级半转机构的轮腿式月球车,建立其虚拟样机模型,通过典型路况下的动力学仿真获得月球车轮腿行星机构各轴系的力学数据。在此基础上,建立轮腿行星机构各轴系的有限元分析模型,并进行应力分析计算。基于ANSYS参数化设计语言APDL,基于最小二乘逼近优化方法对轮腿行星机构轴系进行了优化设计。优化后的轴系不仅满足强度要求,而且质量比原来降低约30%,这为优化月球车轮腿结构提供了一种新的有效途径和方法。
针对基于二级半转机构的轮腿式月球车,建立其虚拟样机模型,通过典型路况下的动力学仿真获得月球车轮腿行星机构各轴系的力学数据。在此基础上,建立轮腿行星机构各轴系的有限元分析模型,并进行应力分析计算。基于ANSYS参数化设计语言APDL,基于最小二乘逼近优化方法对轮腿行星机构轴系进行了优化设计。优化后的轴系不仅满足强度要求,而且质量比原来降低约30%,这为优化月球车轮腿结构提供了一种新的有效途径和方法。
2013, 32(8): 1230-1234,1238.
摘要:
针对整体叶盘叶栅通道电解加工中存在的成形精度较低、余量分布不足的问题,采用叶栅通道径向电解加工方法,建立了径向进给方式中加工间隙的数学模型,得到了通道成形过程中侧面间隙的影响规律。在此基础上,分析了电极侧面裸露端、电解液特性、脉冲电流参数以及进给速度等对通道成形的影响,并给出了优化结果。同时开展了叶栅通道径向电解加工实验研究,结果显示:采用优化后的各项参数,在高温镍基合金GH4169叶盘上稳定地加工出了具有较高成形精度的叶栅通道,其叶盆、叶背面的最小精加工余量从1.82 mm和1.56 mm分别提高至2.43 mm和2.41 mm。为后续叶片精加工提供了良好的加工基础。
针对整体叶盘叶栅通道电解加工中存在的成形精度较低、余量分布不足的问题,采用叶栅通道径向电解加工方法,建立了径向进给方式中加工间隙的数学模型,得到了通道成形过程中侧面间隙的影响规律。在此基础上,分析了电极侧面裸露端、电解液特性、脉冲电流参数以及进给速度等对通道成形的影响,并给出了优化结果。同时开展了叶栅通道径向电解加工实验研究,结果显示:采用优化后的各项参数,在高温镍基合金GH4169叶盘上稳定地加工出了具有较高成形精度的叶栅通道,其叶盆、叶背面的最小精加工余量从1.82 mm和1.56 mm分别提高至2.43 mm和2.41 mm。为后续叶片精加工提供了良好的加工基础。
2013, 32(8): 1235-1238.
摘要:
微小型元件在各种领域中都起着至关重要的作用,其加工过程就显得尤为重要。本文以高速微细铣削实验为基础,研究了微细铣削过程中刀具磨损的机理。验证了切削用量三要素中的切削速度这一单一要素的改变对刀具磨损产生的影响,根据实际实验获得的数据和现象进行分析,并得出结论:高速微铣削过程中,在不改变其他条件下,一定范围内切削速度对刀具的影响符合传统加工的规律,即切削速度越大,刀具磨损得越严重,刀具的寿命越短,而超过这一速度的上限值,刀具磨损就相当大。
微小型元件在各种领域中都起着至关重要的作用,其加工过程就显得尤为重要。本文以高速微细铣削实验为基础,研究了微细铣削过程中刀具磨损的机理。验证了切削用量三要素中的切削速度这一单一要素的改变对刀具磨损产生的影响,根据实际实验获得的数据和现象进行分析,并得出结论:高速微铣削过程中,在不改变其他条件下,一定范围内切削速度对刀具的影响符合传统加工的规律,即切削速度越大,刀具磨损得越严重,刀具的寿命越短,而超过这一速度的上限值,刀具磨损就相当大。
2013, 32(8): 1239-1242.
摘要:
涡旋压缩机的装配质量的好坏,最终由动静盘的装配间隙来体现,现有的装配方法无法同时满足轴向和径向的间隙要求,导致压缩机的装配率低,装配质量不佳。为了解决这一问题,将快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)应用于动盘与静盘的选择装配。根据各装配要求建立了多个目标函数,设计了动静盘选配算法。该算法能够实现多目标优化,运行一次可以得到多个分布均匀的Pareto最优解,决策者可以根据实际需要进行选择。实例证明:该方法实现了轴向间隙和径向间隙的同时优化,也能够使得剩余零件最小化,很好地完成各装配目标。
涡旋压缩机的装配质量的好坏,最终由动静盘的装配间隙来体现,现有的装配方法无法同时满足轴向和径向的间隙要求,导致压缩机的装配率低,装配质量不佳。为了解决这一问题,将快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)应用于动盘与静盘的选择装配。根据各装配要求建立了多个目标函数,设计了动静盘选配算法。该算法能够实现多目标优化,运行一次可以得到多个分布均匀的Pareto最优解,决策者可以根据实际需要进行选择。实例证明:该方法实现了轴向间隙和径向间隙的同时优化,也能够使得剩余零件最小化,很好地完成各装配目标。
2013, 32(8): 1243-1248.
摘要:
为了更加准确地预测轴承性能,提高轴承工作可靠性和寿命。基于弹性流体动力润滑理论,建立了卧式两缸柴油机连杆大头轴承的弹性流体动力润滑仿真模型。应用正交试验设计方法,以最大油膜压力、最小油膜厚度以及平均总摩擦功耗为考察指标,研究了轴承间隙、轴瓦宽度、油孔位置角和曲柄销油孔直径等因素对轴承润滑性能的影响。研究结果表明:最优方案与原方案相比,最小油膜厚度增加44.86%,最大油膜压力降低1.00%,平均总摩擦功耗增加4.84%。
为了更加准确地预测轴承性能,提高轴承工作可靠性和寿命。基于弹性流体动力润滑理论,建立了卧式两缸柴油机连杆大头轴承的弹性流体动力润滑仿真模型。应用正交试验设计方法,以最大油膜压力、最小油膜厚度以及平均总摩擦功耗为考察指标,研究了轴承间隙、轴瓦宽度、油孔位置角和曲柄销油孔直径等因素对轴承润滑性能的影响。研究结果表明:最优方案与原方案相比,最小油膜厚度增加44.86%,最大油膜压力降低1.00%,平均总摩擦功耗增加4.84%。
