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2014年 33卷 第7期
2014, 33(7): 953-956.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0701
摘要
PDF 260KB
摘要:
针对硬岩掘进机(TBM)破岩掘进过程中基础振动对非对称推进液压缸动态性能的影响,建立了非对称液压缸在基础振动下的动态响应数学模型,利用AMEsim仿真分析了不同基础振动参数下液压缸动态特性的变化规律。结果表明:基础振动降低液压缸动态稳定性,当基础振动幅值和频率组合为(3 mm,50 Hz)、(5 mm,40 Hz)、(8 mm,30 Hz)时,液压缸压力波动值约为无基础振动时无杆腔压力稳定值20 MPa的10%,达到液压缸正常工作允许的压力波动临界幅值;活塞位移波动趋势与压力波动趋势一致,波动幅值与振幅或振频成正相关,为降低基础振动对液压缸动态特性影响提供依据。
针对硬岩掘进机(TBM)破岩掘进过程中基础振动对非对称推进液压缸动态性能的影响,建立了非对称液压缸在基础振动下的动态响应数学模型,利用AMEsim仿真分析了不同基础振动参数下液压缸动态特性的变化规律。结果表明:基础振动降低液压缸动态稳定性,当基础振动幅值和频率组合为(3 mm,50 Hz)、(5 mm,40 Hz)、(8 mm,30 Hz)时,液压缸压力波动值约为无基础振动时无杆腔压力稳定值20 MPa的10%,达到液压缸正常工作允许的压力波动临界幅值;活塞位移波动趋势与压力波动趋势一致,波动幅值与振幅或振频成正相关,为降低基础振动对液压缸动态特性影响提供依据。
2014, 33(7): 957-960.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0702
摘要:
研究了一种新型无级调速传动系统,行星轮系与导叶可调式液力变矩器耦合形成了该无级调速传动系统。运用流体力学能头理论建立风电机组新型传动系统的非线性动态数学模型。本系统采用自适应模糊PID控制器,此控制器是基于模糊理论和PID控制原理建立的,并应用MATLAB/SIMULINK建立系统仿真模型,与常规PID控制器进行仿真结果的对比。结果表明:其控制效果强于常规PID,其具有更高的控制精度,更小的超调量。仿真结果表明:该控制器能够实现传动系统的无级调速,并具有好的稳定性和可靠性,传动效率较高。
研究了一种新型无级调速传动系统,行星轮系与导叶可调式液力变矩器耦合形成了该无级调速传动系统。运用流体力学能头理论建立风电机组新型传动系统的非线性动态数学模型。本系统采用自适应模糊PID控制器,此控制器是基于模糊理论和PID控制原理建立的,并应用MATLAB/SIMULINK建立系统仿真模型,与常规PID控制器进行仿真结果的对比。结果表明:其控制效果强于常规PID,其具有更高的控制精度,更小的超调量。仿真结果表明:该控制器能够实现传动系统的无级调速,并具有好的稳定性和可靠性,传动效率较高。
2014, 33(7): 961-964.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0703
摘要:
超声振动珩磨时单空化泡动力学的分析有助于深入研究超声振动珩磨磨削机理,故以磨削液为液体介质,研究了超声振动珩磨环境下单个气泡的动力学特性。将气泡大于初始半径的运动过程看作是等温过程,而气泡小于初始半径的运动过程看作是绝热过程,在rayleigh-Plesset方程的基础上,建立超声珩磨环境下单空化泡的动力学模型。应用4~5阶runge-Kutta法,对单空化泡动力学模型进行了数值求解,并与传统超声空化的空化泡运动特性进行了比较。结果表明:超声珩磨的环境下,磨削区空化泡膨胀的幅值较大,但频率较慢,气泡的运动规律比较稳定。
超声振动珩磨时单空化泡动力学的分析有助于深入研究超声振动珩磨磨削机理,故以磨削液为液体介质,研究了超声振动珩磨环境下单个气泡的动力学特性。将气泡大于初始半径的运动过程看作是等温过程,而气泡小于初始半径的运动过程看作是绝热过程,在rayleigh-Plesset方程的基础上,建立超声珩磨环境下单空化泡的动力学模型。应用4~5阶runge-Kutta法,对单空化泡动力学模型进行了数值求解,并与传统超声空化的空化泡运动特性进行了比较。结果表明:超声珩磨的环境下,磨削区空化泡膨胀的幅值较大,但频率较慢,气泡的运动规律比较稳定。
2014, 33(7): 965-970.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0704
摘要:
针对肌电控制假手的结构特点,分析影响肌电控制假手抓握可靠性的因素。借助MSC/Nastran软件平台,建立该假手系统的有限元模型,以结构系统应变能最小作为优化的目标函数,以结构系统的体积和质量约束作为优化约束函数,对肌电控制假手进行结构拓扑优化。在此基础上分析研究其动力特性、力能耦合关系、以及在以传动系统动态响应作为外部冲击载荷作用下的瞬态响应。研究结果表明:优化后的肌电控制假手的振动冲击减小,反应时间缩短,抓握可靠性得到显著提高。
针对肌电控制假手的结构特点,分析影响肌电控制假手抓握可靠性的因素。借助MSC/Nastran软件平台,建立该假手系统的有限元模型,以结构系统应变能最小作为优化的目标函数,以结构系统的体积和质量约束作为优化约束函数,对肌电控制假手进行结构拓扑优化。在此基础上分析研究其动力特性、力能耦合关系、以及在以传动系统动态响应作为外部冲击载荷作用下的瞬态响应。研究结果表明:优化后的肌电控制假手的振动冲击减小,反应时间缩短,抓握可靠性得到显著提高。
2014, 33(7): 971-974.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0705
摘要:
提出两种近似计算结构系统可靠性的新方法。以随机事件表示结构系统各失效模式的极限状态,利用事件概率计算方法,推导出计算系统可靠性的逐步累积计算法。通过对组成结构系统的功能函数的逐次等效替代,构建系统的等效线性功能函数,提出计算结构系统可靠性的逐次等效失效模式法。两种近似算法直接将系统可靠性复杂计算归结为低维标准正态分布概率积分累积计算,极大提高了计算效率,且具有较好的计算精度。算例表明两种方法均有效可行,简单实用。
提出两种近似计算结构系统可靠性的新方法。以随机事件表示结构系统各失效模式的极限状态,利用事件概率计算方法,推导出计算系统可靠性的逐步累积计算法。通过对组成结构系统的功能函数的逐次等效替代,构建系统的等效线性功能函数,提出计算结构系统可靠性的逐次等效失效模式法。两种近似算法直接将系统可靠性复杂计算归结为低维标准正态分布概率积分累积计算,极大提高了计算效率,且具有较好的计算精度。算例表明两种方法均有效可行,简单实用。
2014, 33(7): 975-981.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0706
摘要:
将在汽轮机叶片上经常采用的阻尼拉金减振方法借鉴应用到TrT叶片,设计了多种圆柱阻尼拉金结构并建立分析模型,通过分析获得各自的力学性能,依据力学性能选取性能最为理想的阻尼结构。对每个模型进行了静态分析,并重点对拉金孔处、过渡曲面处、一二级榫齿槽面等应力敏感区域进行切片分析;对计算结果采用最小二乘法拟合出应力与拉金孔直径和位置之间的变化规律曲线;综合考虑各种阻尼结构的力学特性,采用分级加权评价方法,得出了力学性能最优的叶片阻尼结构。
将在汽轮机叶片上经常采用的阻尼拉金减振方法借鉴应用到TrT叶片,设计了多种圆柱阻尼拉金结构并建立分析模型,通过分析获得各自的力学性能,依据力学性能选取性能最为理想的阻尼结构。对每个模型进行了静态分析,并重点对拉金孔处、过渡曲面处、一二级榫齿槽面等应力敏感区域进行切片分析;对计算结果采用最小二乘法拟合出应力与拉金孔直径和位置之间的变化规律曲线;综合考虑各种阻尼结构的力学特性,采用分级加权评价方法,得出了力学性能最优的叶片阻尼结构。
2014, 33(7): 982-986.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0707
摘要:
以提高某型加工中心立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上,利用折衷规划法和功效函数法对各目标进行处理,建立静刚度最大化和前两阶固有频率最大化的多目标拓扑优化数学模型;运用ANSYS对立柱进行多目标拓扑优化分析,依据分析得到的立柱结构材料最佳分布和立柱的设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证。结果表明:改进后的立柱质量有所减小,动静态特性也得到显著改善。
以提高某型加工中心立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上,利用折衷规划法和功效函数法对各目标进行处理,建立静刚度最大化和前两阶固有频率最大化的多目标拓扑优化数学模型;运用ANSYS对立柱进行多目标拓扑优化分析,依据分析得到的立柱结构材料最佳分布和立柱的设计经验,改进原立柱结构,再将改进后的立柱进行有限元分析验证。结果表明:改进后的立柱质量有所减小,动静态特性也得到显著改善。
2014, 33(7): 987-991.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0708
摘要:
针对传动系统激励与响应不同步问题,不计传动部件阻尼因素,在只考虑构件柔性的前提下,对1.5MW风电齿轮箱内悬浮支撑的低速中间轴激起的系统动态误差进行了研究。采用达朗贝尔原理建立动态误差数值递推模型,应用MATLAB对模型进行模拟和分析,并利用等效系统对比验证。分析结果表明:齿轮箱动态误差不仅同系统固有参数相关,其幅值还受到外载荷的影响;同步误差分量和自由振动误差分量线性叠加构成了系统动态误差,其中自由振动误差分量会引起齿轮啮合的随机波动,若增大低速中间轴刚度,可补偿部分同步误差,进而提高传动系统稳定性和传动精度。
针对传动系统激励与响应不同步问题,不计传动部件阻尼因素,在只考虑构件柔性的前提下,对1.5MW风电齿轮箱内悬浮支撑的低速中间轴激起的系统动态误差进行了研究。采用达朗贝尔原理建立动态误差数值递推模型,应用MATLAB对模型进行模拟和分析,并利用等效系统对比验证。分析结果表明:齿轮箱动态误差不仅同系统固有参数相关,其幅值还受到外载荷的影响;同步误差分量和自由振动误差分量线性叠加构成了系统动态误差,其中自由振动误差分量会引起齿轮啮合的随机波动,若增大低速中间轴刚度,可补偿部分同步误差,进而提高传动系统稳定性和传动精度。
2014, 33(7): 992-995.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0709
摘要:
建立了多支承转子系统的力学模型,考虑了扭矩激励及联轴器刚度对多支承转子系统的影响,利用传递矩阵法推导了转子系统各支承轴承负荷对扭矩激励的敏感性方程,求解了轴承负荷对扭矩激励的敏感度矩阵。以线性扭矩激励为例,研究了扭矩激励在多支承转子系统中的传递特性。结果表明:多支承转子系统各轴承负荷X和Y方向的变化不同;越靠近扭矩激励加载位置,轴承负荷的变化越大;在远离加载位置的支承中,部分支承变化较小,而部分支承出现突然增大现象。
建立了多支承转子系统的力学模型,考虑了扭矩激励及联轴器刚度对多支承转子系统的影响,利用传递矩阵法推导了转子系统各支承轴承负荷对扭矩激励的敏感性方程,求解了轴承负荷对扭矩激励的敏感度矩阵。以线性扭矩激励为例,研究了扭矩激励在多支承转子系统中的传递特性。结果表明:多支承转子系统各轴承负荷X和Y方向的变化不同;越靠近扭矩激励加载位置,轴承负荷的变化越大;在远离加载位置的支承中,部分支承变化较小,而部分支承出现突然增大现象。
2014, 33(7): 996-999.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0710
摘要:
定位点的布置会在很大程度上影响薄板焊接装配在法向的变形。针对传统定位点布置优化仅仅研究薄板在外力作用下的变形,利用有限元分析理论,构建了考虑薄板在外力作用的变形和定位点位置两方面影响的薄板装配模型。采用影响系数法构建了偏差源对装配误差的影响系数矩阵,并创建以影响系数的绝对值最小为目标函数的数学优化模型。利用遗传算法求解模型最优解,提出了考虑边界与夹紧点的新型抽样方法来提高该算法初始点的均布性,计算结果表明偏差源对装配误差的影响系数与优化前相比减小了90%。
定位点的布置会在很大程度上影响薄板焊接装配在法向的变形。针对传统定位点布置优化仅仅研究薄板在外力作用下的变形,利用有限元分析理论,构建了考虑薄板在外力作用的变形和定位点位置两方面影响的薄板装配模型。采用影响系数法构建了偏差源对装配误差的影响系数矩阵,并创建以影响系数的绝对值最小为目标函数的数学优化模型。利用遗传算法求解模型最优解,提出了考虑边界与夹紧点的新型抽样方法来提高该算法初始点的均布性,计算结果表明偏差源对装配误差的影响系数与优化前相比减小了90%。
2014, 33(7): 1000-1007.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0711
摘要:
半主动动力吸振器因其低能耗和宽的适用范围在许多振动控制中得到应用,通常采用的变刚度技术是决定其振动控制性能的关键。就现有的各种技术实现方式的原理、刚度变化范围、刚度相应速度和适用性等性能进行了分析和比较,特别是对其中重要性能进行了比较深入的分析,给出了综合评价,并提出的一种容易实现的变刚度装置。
半主动动力吸振器因其低能耗和宽的适用范围在许多振动控制中得到应用,通常采用的变刚度技术是决定其振动控制性能的关键。就现有的各种技术实现方式的原理、刚度变化范围、刚度相应速度和适用性等性能进行了分析和比较,特别是对其中重要性能进行了比较深入的分析,给出了综合评价,并提出的一种容易实现的变刚度装置。
2014, 33(7): 1008-1012.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0712
摘要:
测量不确定度是产品几何量技术规范(GPS)不确定度的重要组成部分,位于规范限附近存在一个不确定区,位于不确定区的测量结果会出现一定概率的误判现象。在测量不确定度基础上,提出了将ISO/TS 14253-1制定的按规范检验合格与不合格的判定规则应用于自动检测分选技术中。与传统的极限判定原则相比,本文给位于不确定区的测量结果提供了一个合理有效的判定原则,误判现象得到明显改善。本文以自主研制的活塞环自动分选仪作为实验平台,分别按照极限判定原则与按规范检验合格与不合格的判定规则对活塞环闭口间隙进行自动检测分选。结果表明:将测量不确定度应用于自动检测分选技术中,可以明显改善由于存在测量不确定度所引起的对测量结果误判的现象。
测量不确定度是产品几何量技术规范(GPS)不确定度的重要组成部分,位于规范限附近存在一个不确定区,位于不确定区的测量结果会出现一定概率的误判现象。在测量不确定度基础上,提出了将ISO/TS 14253-1制定的按规范检验合格与不合格的判定规则应用于自动检测分选技术中。与传统的极限判定原则相比,本文给位于不确定区的测量结果提供了一个合理有效的判定原则,误判现象得到明显改善。本文以自主研制的活塞环自动分选仪作为实验平台,分别按照极限判定原则与按规范检验合格与不合格的判定规则对活塞环闭口间隙进行自动检测分选。结果表明:将测量不确定度应用于自动检测分选技术中,可以明显改善由于存在测量不确定度所引起的对测量结果误判的现象。
2014, 33(7): 1013-1017.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0713
摘要:
为快速、精确的进行空间直线度误差评定,提出了一种最小二乘算法与人工鱼群算法相结合的混合优化算法解决该问题。首先利用改进的最小二乘算法获取过测点集合算术平均中心的最小二乘拟合直线,然后在该直线向量邻域内均匀生成人工鱼群算法的初始解,进而基于旋转逼近策略应用改进后的人工鱼群算法搜索最小包容圆柱的轴线参数。通过在经典人工鱼群算法中引入变异和淘汰机制,对传统鱼群算法中的聚群、觅食等行为加以改进,有效提高了鱼群算法的优化效率和稳定性。实验及仿真结果表明:文中算法与遗传算法、粒子群算法等其它多种算法相比具有更高的正确度,非常适合空间直线度误差的精确评定。
为快速、精确的进行空间直线度误差评定,提出了一种最小二乘算法与人工鱼群算法相结合的混合优化算法解决该问题。首先利用改进的最小二乘算法获取过测点集合算术平均中心的最小二乘拟合直线,然后在该直线向量邻域内均匀生成人工鱼群算法的初始解,进而基于旋转逼近策略应用改进后的人工鱼群算法搜索最小包容圆柱的轴线参数。通过在经典人工鱼群算法中引入变异和淘汰机制,对传统鱼群算法中的聚群、觅食等行为加以改进,有效提高了鱼群算法的优化效率和稳定性。实验及仿真结果表明:文中算法与遗传算法、粒子群算法等其它多种算法相比具有更高的正确度,非常适合空间直线度误差的精确评定。
2014, 33(7): 1018-1022.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0714
摘要:
陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。
陶瓷球轴承作为电主轴的核心部件,其结构参数对电主轴的静刚度有着重要的影响。基于角接触球轴承径向刚度计算公式,通过仿真分析研究了接触角和预紧力对电主轴静刚度的影响。通过建立的主轴-轴承系统三维有限元模型,仿真获得了不同接触角和预紧力下主轴前端径向变形及主轴静刚度,进而根据有限元仿真结果拟合得到了主轴静刚度关于接触角和预紧力的拟合方程及拟合曲线。
2014, 33(7): 1023-1026.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0715
摘要:
针对可变功能机械,首先定义了可变功能机械关键行为状态的概念,其次建立了可变功能机械功能转换行为过程的赋权有向图模型。在该模型基础上,构建了可变功能机械关键行为状态识别矩阵,提出了最快响应度准则、最大舒适度准则和最大度准则,用以识别可变功能机械关键行为状态,同时还总结了可变功能机械关键行为状态识别的一般过程。最后通过对多功能组合刀钳的实例分析,说明关键行为状态的意义和识别关键行为状态方法的可行性。
针对可变功能机械,首先定义了可变功能机械关键行为状态的概念,其次建立了可变功能机械功能转换行为过程的赋权有向图模型。在该模型基础上,构建了可变功能机械关键行为状态识别矩阵,提出了最快响应度准则、最大舒适度准则和最大度准则,用以识别可变功能机械关键行为状态,同时还总结了可变功能机械关键行为状态识别的一般过程。最后通过对多功能组合刀钳的实例分析,说明关键行为状态的意义和识别关键行为状态方法的可行性。
2014, 33(7): 1027-1030.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0716
摘要:
利用自制的抛光液对蓝宝石晶片进行化学机械抛光,研究化学机械抛光过程中抛光压力、抛光液pH值、SiO2浓度、络合剂种类及其浓度等参数对抛光速率的影响,采用MicroNano D-5A扫描探针显微镜观察抛光前后蓝宝石晶片的表面形貌。结果表明:在抛光条件为压力7psi、转速为50 r/min、抛光液流量为60 mL/min,抛光液组成为pH值12、SiO2浓度5%、络合剂Ⅰ及其浓度为1.25%时,得到最大抛光速率为35.30 nm/min,蓝宝石晶片表面质量较好,表面粗糙度ra达到0.1 nm。
利用自制的抛光液对蓝宝石晶片进行化学机械抛光,研究化学机械抛光过程中抛光压力、抛光液pH值、SiO2浓度、络合剂种类及其浓度等参数对抛光速率的影响,采用MicroNano D-5A扫描探针显微镜观察抛光前后蓝宝石晶片的表面形貌。结果表明:在抛光条件为压力7psi、转速为50 r/min、抛光液流量为60 mL/min,抛光液组成为pH值12、SiO2浓度5%、络合剂Ⅰ及其浓度为1.25%时,得到最大抛光速率为35.30 nm/min,蓝宝石晶片表面质量较好,表面粗糙度ra达到0.1 nm。
2014, 33(7): 1031-1035.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0717
摘要:
为验证外啮合椭圆齿轮插削模型并分析比较多方案插削齿面精度,基于非圆齿轮啮合原理,建立椭圆齿轮插削啮合数学模型及插齿刀数学模型,构建平面内齿坯等弧长转动、齿坯等转角转动、齿坯等极角转动及轴向无附加运动、齿坯附加运动、插齿刀附加运动多个仿真方案,仿真各方案的插削刀位轨迹。结果显示:插削啮合数学模型及仿真技术正确可行;相同效率下,齿坯等弧长运动精度最高;插齿刀冲程速度相同下,齿面精度仅决定于平面运动方式。
为验证外啮合椭圆齿轮插削模型并分析比较多方案插削齿面精度,基于非圆齿轮啮合原理,建立椭圆齿轮插削啮合数学模型及插齿刀数学模型,构建平面内齿坯等弧长转动、齿坯等转角转动、齿坯等极角转动及轴向无附加运动、齿坯附加运动、插齿刀附加运动多个仿真方案,仿真各方案的插削刀位轨迹。结果显示:插削啮合数学模型及仿真技术正确可行;相同效率下,齿坯等弧长运动精度最高;插齿刀冲程速度相同下,齿面精度仅决定于平面运动方式。
2014, 33(7): 1036-1039.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0718
摘要:
基于有限元技术的三维铣削仿真对于改善工艺参数、实现高效高质加工具有重要意义。以Ti6Al4V为工件材料,建立了接近实际铣削加工的有限元模型,成功模拟了切屑的形成过程,模拟的切屑形态与真实切屑形态相似;根据应力与温度分布云图对工件的应力场和温度场进行了分析;应用所建模型模拟了不同铣削速度时的3个方向切削力,分析了模拟结果,并进行了与模拟同样条件的测铣削力实验。通过对比切削力的模拟值与实验值,验证了铣削模型的正确性,此模型可用于优化铣削参数。
基于有限元技术的三维铣削仿真对于改善工艺参数、实现高效高质加工具有重要意义。以Ti6Al4V为工件材料,建立了接近实际铣削加工的有限元模型,成功模拟了切屑的形成过程,模拟的切屑形态与真实切屑形态相似;根据应力与温度分布云图对工件的应力场和温度场进行了分析;应用所建模型模拟了不同铣削速度时的3个方向切削力,分析了模拟结果,并进行了与模拟同样条件的测铣削力实验。通过对比切削力的模拟值与实验值,验证了铣削模型的正确性,此模型可用于优化铣削参数。
2014, 33(7): 1040-1044.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0719
摘要:
根据对置式液压自由活塞发动机的需求,开发了大流量快速响应电磁阀,并对其动态响应影响因素进行了研究和分析。利用Ansoft Maxwell建立了电磁阀的三维有限元仿真模型,搭建了电磁阀响应速度实验测量装置,通过仿真数据与实验数据的对比得出开启时间最大偏差为0.38 ms,关闭时间最大偏差为0.67 ms,验证了该模型的准确性。仿真结果表明:隔磁垫、铁磁材料、弹簧预紧力是低压电磁阀动态响应的主要影响因素,自由升程对开启响应影响较大,而与关闭响应无关联,运动件质量的影响最小。
根据对置式液压自由活塞发动机的需求,开发了大流量快速响应电磁阀,并对其动态响应影响因素进行了研究和分析。利用Ansoft Maxwell建立了电磁阀的三维有限元仿真模型,搭建了电磁阀响应速度实验测量装置,通过仿真数据与实验数据的对比得出开启时间最大偏差为0.38 ms,关闭时间最大偏差为0.67 ms,验证了该模型的准确性。仿真结果表明:隔磁垫、铁磁材料、弹簧预紧力是低压电磁阀动态响应的主要影响因素,自由升程对开启响应影响较大,而与关闭响应无关联,运动件质量的影响最小。
2014, 33(7): 1045-1048.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0720
摘要:
我国小型涡流室柴油机综合性能较差,特别是排放性能和低怠速稳定性能差是内燃机行业目前急待解决的问题。以170F柴油机为样机,通过对喷油系统的优化,改善整机性能。原机存在的主要问题是ZS4S1喷油嘴针阀升程和流动截面积过大,工作时针阀不能完全打开,嘴端压力低,造成燃油雾化不良。依据柴油机循环喷油量大小,应用HYDSIM工程软件模拟喷油过程,多方案优化,新设计了喷油嘴流通特性,确定了喷油嘴头部参数,用新喷油嘴和ZS4S1喷油嘴在样机上进行了试验,柴油机标定功率燃油耗下降约13%,烟度下降达80%;最低空载稳定转速从1 700 r/min下降到950 r/min。
我国小型涡流室柴油机综合性能较差,特别是排放性能和低怠速稳定性能差是内燃机行业目前急待解决的问题。以170F柴油机为样机,通过对喷油系统的优化,改善整机性能。原机存在的主要问题是ZS4S1喷油嘴针阀升程和流动截面积过大,工作时针阀不能完全打开,嘴端压力低,造成燃油雾化不良。依据柴油机循环喷油量大小,应用HYDSIM工程软件模拟喷油过程,多方案优化,新设计了喷油嘴流通特性,确定了喷油嘴头部参数,用新喷油嘴和ZS4S1喷油嘴在样机上进行了试验,柴油机标定功率燃油耗下降约13%,烟度下降达80%;最低空载稳定转速从1 700 r/min下降到950 r/min。
2014, 33(7): 1049-1052.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0721
摘要:
基于reynolds时均N-S方程,采用雷诺应力(reynolds stress equation model,rSM)湍流模型,对位于大气边界层中的平板天线表面风压进行了数值分析,分析了天线工作面风压的分布特性。系统研究了方位角、仰角变化对天线风载特性的影响规律,并与工业风洞试验结果进行比较。计算结果表明:大气边界层中天线动态风载特性的变化规律与工业风洞试验结果一致,但风剖面的不同使得两种方法得到的风力值并不相同;进一步研究了仰角变化对大气边界层中天线风载特性的影响规律。通过对天线风压和风载的数值计算,得到了转动过程中天线风载的变化规律。
基于reynolds时均N-S方程,采用雷诺应力(reynolds stress equation model,rSM)湍流模型,对位于大气边界层中的平板天线表面风压进行了数值分析,分析了天线工作面风压的分布特性。系统研究了方位角、仰角变化对天线风载特性的影响规律,并与工业风洞试验结果进行比较。计算结果表明:大气边界层中天线动态风载特性的变化规律与工业风洞试验结果一致,但风剖面的不同使得两种方法得到的风力值并不相同;进一步研究了仰角变化对大气边界层中天线风载特性的影响规律。通过对天线风压和风载的数值计算,得到了转动过程中天线风载的变化规律。
2014, 33(7): 1053-1057.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0722
摘要:
为提升超短基线水声定位系统的定位精度,设计了一种新型超短基线换能器的定位装置。该装置采用双出轴多排链结构进行动力传递,用直线导轨进行主轴导向和定位,并用大型自密封滑动轴承进行定向。采用ANSYS进行有限元分析,确定定位主轴在伸出船体3 m并且船体运动不大于6节航速时,其偏摆角在0.1°以内,远小于当前超短基线定位系统1°偏摆角的要求,并且垂直定位精度在0.2 mm以内。陆上模拟试验,也证实了设备的性能可靠,维修保养方便。实践证明:该设计方案定位精度的提升有利于提升超短基线整体系统定位精度。
为提升超短基线水声定位系统的定位精度,设计了一种新型超短基线换能器的定位装置。该装置采用双出轴多排链结构进行动力传递,用直线导轨进行主轴导向和定位,并用大型自密封滑动轴承进行定向。采用ANSYS进行有限元分析,确定定位主轴在伸出船体3 m并且船体运动不大于6节航速时,其偏摆角在0.1°以内,远小于当前超短基线定位系统1°偏摆角的要求,并且垂直定位精度在0.2 mm以内。陆上模拟试验,也证实了设备的性能可靠,维修保养方便。实践证明:该设计方案定位精度的提升有利于提升超短基线整体系统定位精度。
2014, 33(7): 1058-1061.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0723
摘要:
从大射电望远镜馈源舱AB轴机构转动装置的结构出发,分析目前AB轴机构设计中驱动力矩过大的原因,完成AB轴机构转动装置的优化设计。在目前AB轴机构的结构设计基础上,从A轴、B轴驱动的负载力矩出发,对A轴、B轴的转动装置进行了结构优化,重新设计了转动中心的位置,通过有限元仿真分析,得出了优化前后AB轴机构的结构变形。结果表明:优化后AB轴机构的最大变形量较改进前有所减小。
从大射电望远镜馈源舱AB轴机构转动装置的结构出发,分析目前AB轴机构设计中驱动力矩过大的原因,完成AB轴机构转动装置的优化设计。在目前AB轴机构的结构设计基础上,从A轴、B轴驱动的负载力矩出发,对A轴、B轴的转动装置进行了结构优化,重新设计了转动中心的位置,通过有限元仿真分析,得出了优化前后AB轴机构的结构变形。结果表明:优化后AB轴机构的最大变形量较改进前有所减小。
2014, 33(7): 1062-1066.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0724
摘要:
膨胀尾管悬挂器通过膨胀锥在本体内运动使其发生径向变形,依靠变形后本体与上层套管间的摩擦力,使膨胀悬挂器固定于上层套管实现尾管坐挂功能。膨胀力是膨胀锥驱动本体变形的关键、也是膨胀尾管悬挂器设计、现场施工的重要参数。采用LS-DYNA对影响膨胀力的多种因素进行研究,得到膨胀锥角、膨胀锥与本体间摩擦、膨胀本体结构对膨胀力的影响规律,并通过膨胀试验、金相观察进行验证分析。数据表明该方法能够较为准确的计算本体膨胀所需要的膨胀力及膨胀变形过程中本体的应力、应变。
膨胀尾管悬挂器通过膨胀锥在本体内运动使其发生径向变形,依靠变形后本体与上层套管间的摩擦力,使膨胀悬挂器固定于上层套管实现尾管坐挂功能。膨胀力是膨胀锥驱动本体变形的关键、也是膨胀尾管悬挂器设计、现场施工的重要参数。采用LS-DYNA对影响膨胀力的多种因素进行研究,得到膨胀锥角、膨胀锥与本体间摩擦、膨胀本体结构对膨胀力的影响规律,并通过膨胀试验、金相观察进行验证分析。数据表明该方法能够较为准确的计算本体膨胀所需要的膨胀力及膨胀变形过程中本体的应力、应变。
2014, 33(7): 1067-1070.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0725
摘要:
为解决游梁式抽油机能耗大、效率低、采油成本高,尤其是在下冲程时,抽油杆依靠自重下落出现能量倒流,而使电动机处于发电机运行状态等问题。运用机构创新和机构并联的理论,提出了抽油机联机配对使用的新方案。把其中一个抽油机产生的能量倒流,通过曲柄传递给另一个抽油机,实现了能量的正向转移和充分利用。曲柄旋转一周,实现了两个工作行程,提高了生产率。通过对联机配对抽油机进一步的理论分析,采用计算机求解,得到扭矩特性参数,与常规型、异相型抽油机相比较。联机配对抽油机较好地解决了普通抽油机存在的问题。而且不淘汰原有设备,不用重复投资,只需进行部分改造便可实现。
为解决游梁式抽油机能耗大、效率低、采油成本高,尤其是在下冲程时,抽油杆依靠自重下落出现能量倒流,而使电动机处于发电机运行状态等问题。运用机构创新和机构并联的理论,提出了抽油机联机配对使用的新方案。把其中一个抽油机产生的能量倒流,通过曲柄传递给另一个抽油机,实现了能量的正向转移和充分利用。曲柄旋转一周,实现了两个工作行程,提高了生产率。通过对联机配对抽油机进一步的理论分析,采用计算机求解,得到扭矩特性参数,与常规型、异相型抽油机相比较。联机配对抽油机较好地解决了普通抽油机存在的问题。而且不淘汰原有设备,不用重复投资,只需进行部分改造便可实现。
2014, 33(7): 1071-1073.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0726
摘要:
以表面颜色为冬枣生熟判别指标,建立了基于机器视觉技术的冬枣生熟检测系统。该系统包括一组可以自动上料、自动下料、光源、CCD摄像头、数据采集板、分枣器、控制器、计算机等硬件以及图像采集处理软件组成。系统的实现过程为:控制器控制步进电机的运转,由网格皮带将冬枣均匀地送到分枣器支架上,CCD摄像头每隔2 s采集一幅冬枣图像,当采集图像时电机停止运行,图像处理软件将采集到的rGB图像转化到HSI模型空间,用HIS模型中的H分量描述冬枣颜色特征。试验结果表明:该系统的分辨正确率为90.23%,可以满足自动分拣的要求。
以表面颜色为冬枣生熟判别指标,建立了基于机器视觉技术的冬枣生熟检测系统。该系统包括一组可以自动上料、自动下料、光源、CCD摄像头、数据采集板、分枣器、控制器、计算机等硬件以及图像采集处理软件组成。系统的实现过程为:控制器控制步进电机的运转,由网格皮带将冬枣均匀地送到分枣器支架上,CCD摄像头每隔2 s采集一幅冬枣图像,当采集图像时电机停止运行,图像处理软件将采集到的rGB图像转化到HSI模型空间,用HIS模型中的H分量描述冬枣颜色特征。试验结果表明:该系统的分辨正确率为90.23%,可以满足自动分拣的要求。
2014, 33(7): 1074-1078.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0727
摘要:
白车身焊点质量检测应用最为广泛的是超声波检测,传统超声波焊点检测效率较低,同时所检焊点选取仅凭路试和经验确定,耗时较长,并且缺乏相应的理论选定方法。针对某一车型,提出选取关键焊点区域的方法,对传统检测方法进行优化,并且阐述了焊点关键区域选取的具体思路。通过CAE工具,对车身性能进行了强度、碰撞性能分析,选取车身高应力和碰撞过程中高吸能区域进行焊点检测,满足了车身关键性能同时减少了待检焊点个数。
白车身焊点质量检测应用最为广泛的是超声波检测,传统超声波焊点检测效率较低,同时所检焊点选取仅凭路试和经验确定,耗时较长,并且缺乏相应的理论选定方法。针对某一车型,提出选取关键焊点区域的方法,对传统检测方法进行优化,并且阐述了焊点关键区域选取的具体思路。通过CAE工具,对车身性能进行了强度、碰撞性能分析,选取车身高应力和碰撞过程中高吸能区域进行焊点检测,满足了车身关键性能同时减少了待检焊点个数。
2014, 33(7): 1079-1082.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0728
摘要:
基于汽车散热器性能试验的相关标准及方法,研制一种高精度汽车散热器散热性能试验台,试验结果表明空气侧与介质侧换热量比值范围为0.96~1.00,满足并且优于散热器标准试验台的测试标准。根据试验结果和理论研究,建立百叶窗翅片散热器数学模型,在MATLAB环境下设计根据散热器计算长度确定出口状态的迭代算法,编写仿真程序,建立性能仿真模型,仿真结果与试验结果吻合较好,空气侧换热量相对误差<4.5%,介质侧换热量相对误差<4.7%,空气侧压降相对误差<7.6%,介质侧压降相对误差<9.5%。
基于汽车散热器性能试验的相关标准及方法,研制一种高精度汽车散热器散热性能试验台,试验结果表明空气侧与介质侧换热量比值范围为0.96~1.00,满足并且优于散热器标准试验台的测试标准。根据试验结果和理论研究,建立百叶窗翅片散热器数学模型,在MATLAB环境下设计根据散热器计算长度确定出口状态的迭代算法,编写仿真程序,建立性能仿真模型,仿真结果与试验结果吻合较好,空气侧换热量相对误差<4.5%,介质侧换热量相对误差<4.7%,空气侧压降相对误差<7.6%,介质侧压降相对误差<9.5%。
2014, 33(7): 1083-1086.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0729
摘要:
以考虑易损件的发动机斜支承减振系统为研究对象,建立了半正弦波脉冲激励下系统非线性动力学方程,利用龙格-库塔法对易损件冲击特性进行数值分析。以易损件加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为易损件在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统频率比作为变量,构建了易损件的三维冲击响应谱。讨论了脉冲激励幅值、系统支承角以及系统质量比等对冲击响应谱的影响规律。研究表明,脉冲激励幅值、系统支撑角、系统频率比等对易损件冲击响应峰值影响显著,增加系统频率比可使易损件加速度响应峰值明显降低,低频率比条件下增大质量比可抑制易损件加速度响应峰值。研究结论可为发动机斜支承减振系统的设计提供理论依据。
以考虑易损件的发动机斜支承减振系统为研究对象,建立了半正弦波脉冲激励下系统非线性动力学方程,利用龙格-库塔法对易损件冲击特性进行数值分析。以易损件加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为易损件在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统频率比作为变量,构建了易损件的三维冲击响应谱。讨论了脉冲激励幅值、系统支承角以及系统质量比等对冲击响应谱的影响规律。研究表明,脉冲激励幅值、系统支撑角、系统频率比等对易损件冲击响应峰值影响显著,增加系统频率比可使易损件加速度响应峰值明显降低,低频率比条件下增大质量比可抑制易损件加速度响应峰值。研究结论可为发动机斜支承减振系统的设计提供理论依据。
2014, 33(7): 1087-1090.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0730
摘要:
基于二次调节的车辆轮桥模拟加载系统,通过对控制系统的分析可知,由于其转速控制系统和转矩控制系统间存在较强耦合作用,主要包括机械耦合和液压耦合,如果不对系统进行解耦,这些耦合干扰会使系统的控制精度明显降低,严重地影响着系统的控制性能。为了消除子系统间的耦合干扰,本文提出了两种解耦方法。方法一是在系统中加入解耦元件,通过求解解耦元件实现系统的解耦控制;方法二是在系统中加入鲁棒补偿器,通过鲁棒控制进行解耦。仿真结果表明:利用解耦元件的解耦控制对机械耦合具有很好的解耦效果,但对液压耦合不起作用;鲁棒解耦控制,对机械耦合和液压耦合都具有很好的解耦效果。
基于二次调节的车辆轮桥模拟加载系统,通过对控制系统的分析可知,由于其转速控制系统和转矩控制系统间存在较强耦合作用,主要包括机械耦合和液压耦合,如果不对系统进行解耦,这些耦合干扰会使系统的控制精度明显降低,严重地影响着系统的控制性能。为了消除子系统间的耦合干扰,本文提出了两种解耦方法。方法一是在系统中加入解耦元件,通过求解解耦元件实现系统的解耦控制;方法二是在系统中加入鲁棒补偿器,通过鲁棒控制进行解耦。仿真结果表明:利用解耦元件的解耦控制对机械耦合具有很好的解耦效果,但对液压耦合不起作用;鲁棒解耦控制,对机械耦合和液压耦合都具有很好的解耦效果。
2014, 33(7): 1091-1094.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0731
摘要:
现有疲劳损伤模型寿命计算存在着经验数据,计算结果的准确性有待提高。在疲劳载荷谱技术的基础上,将疲劳加载区间长度进行虚拟等分,根据MINEr思想进行疲劳损伤寿命的计算。提出了基于区间长度虚拟等分的疲劳损伤寿命预测模型,并从理论层面和仿真分析试验两个方面加以证明和验证。算例表明:基于区间长度等分的疲劳损伤模型,寿命预测结果的准确与可信性得到了提高。
现有疲劳损伤模型寿命计算存在着经验数据,计算结果的准确性有待提高。在疲劳载荷谱技术的基础上,将疲劳加载区间长度进行虚拟等分,根据MINEr思想进行疲劳损伤寿命的计算。提出了基于区间长度虚拟等分的疲劳损伤寿命预测模型,并从理论层面和仿真分析试验两个方面加以证明和验证。算例表明:基于区间长度等分的疲劳损伤模型,寿命预测结果的准确与可信性得到了提高。
2014, 33(7): 1095-1097.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0732
摘要:
在某机翼颤振模型基础上,建立了挂架和外挂结构动力学模型,并组装成机翼/外挂颤振计算模型。与光机翼情况对比,对应基准设计参数状态的机翼/外挂颤振速度降低了近50%。为研究机翼/外挂颤振特性受设计参数的影响,分别改变机翼油箱燃油状态、挂架刚度、外挂弦向悬挂位置和外挂展向悬挂位置,获得了设计参数对该机翼/外挂模型颤振特性的影响规律,给出了提高机翼/外挂颤振特性的改进建议。
在某机翼颤振模型基础上,建立了挂架和外挂结构动力学模型,并组装成机翼/外挂颤振计算模型。与光机翼情况对比,对应基准设计参数状态的机翼/外挂颤振速度降低了近50%。为研究机翼/外挂颤振特性受设计参数的影响,分别改变机翼油箱燃油状态、挂架刚度、外挂弦向悬挂位置和外挂展向悬挂位置,获得了设计参数对该机翼/外挂模型颤振特性的影响规律,给出了提高机翼/外挂颤振特性的改进建议。
2014, 33(7): 1098-1100.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0733
摘要:
在SrVⅣ微动磨损试验机上对比研究了不同热处理技术对20CrMnTi钢滑动磨损行为的影响,并分析了磨损机理。结果表明:在试验条件下,耐磨性最好热处理技术是碳氮共渗+深冷处理+低温回火处理技术,其表面硬度最高,硬度值为842 HV0.2,试样的显微组织为回火马氏体+颗粒碳化物+极少量残留奥氏体,并采用该工艺解决了某减速机厂小模数齿轮过早磨损失效的问题。
在SrVⅣ微动磨损试验机上对比研究了不同热处理技术对20CrMnTi钢滑动磨损行为的影响,并分析了磨损机理。结果表明:在试验条件下,耐磨性最好热处理技术是碳氮共渗+深冷处理+低温回火处理技术,其表面硬度最高,硬度值为842 HV0.2,试样的显微组织为回火马氏体+颗粒碳化物+极少量残留奥氏体,并采用该工艺解决了某减速机厂小模数齿轮过早磨损失效的问题。
2014, 33(7): 1101-1104.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0734
摘要:
铸件中铸造缺陷破坏材料的连续性,易引起材料局部应力集中和易为疲劳裂纹扩展源。但由于铸造缺陷特征的表征十分复杂,使得目前无法构建含缺陷的力学模型。针对装载机摇臂铸件,采用了有限元网格模型传递及缺陷信息叠加算法,建立了包含铸造缺陷信息的非均质网格模型,在此基础上进行了无缺陷摇臂铸件与含铸造缺陷的摇臂铸件的结构及疲劳对比分析。结果表明:铸造缺陷会在铸件内形成局部应力集中,在相同的加载条件下时,含缺陷的摇臂铸件的应力集中度比无缺陷的摇臂铸件大,且铸造缺陷周围会出现明显的低疲劳寿命区域;在采用脉冲载荷历程情况下,铸件中的缺陷使得该部件疲劳寿命降低1/3以上。
铸件中铸造缺陷破坏材料的连续性,易引起材料局部应力集中和易为疲劳裂纹扩展源。但由于铸造缺陷特征的表征十分复杂,使得目前无法构建含缺陷的力学模型。针对装载机摇臂铸件,采用了有限元网格模型传递及缺陷信息叠加算法,建立了包含铸造缺陷信息的非均质网格模型,在此基础上进行了无缺陷摇臂铸件与含铸造缺陷的摇臂铸件的结构及疲劳对比分析。结果表明:铸造缺陷会在铸件内形成局部应力集中,在相同的加载条件下时,含缺陷的摇臂铸件的应力集中度比无缺陷的摇臂铸件大,且铸造缺陷周围会出现明显的低疲劳寿命区域;在采用脉冲载荷历程情况下,铸件中的缺陷使得该部件疲劳寿命降低1/3以上。
2014, 33(7): 1105-1110.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0735
摘要:
提出合成射流抑制机翼失速颤振的频率控制方法。建立了大展弦比轻质复合材料机翼的动力学方程,研究了复合材料机翼经典颤振特性,发现其临界颤振速度通常都高于大展弦比无人飞行器的巡航速度。着重讨论机翼失速颤振的幅频特性,基于合成射流可改变涡脱频率这一已有的试验事实,提出利用合成射流分段打乱机翼展向的涡脱频率,使其避开机翼结构固有频率,从而抑制机翼的失速颤振。以NACA0012翼型为例,数值验证了合成射流抑制颤振的效果。结果表明,此方法可显著降低颤振振幅。
提出合成射流抑制机翼失速颤振的频率控制方法。建立了大展弦比轻质复合材料机翼的动力学方程,研究了复合材料机翼经典颤振特性,发现其临界颤振速度通常都高于大展弦比无人飞行器的巡航速度。着重讨论机翼失速颤振的幅频特性,基于合成射流可改变涡脱频率这一已有的试验事实,提出利用合成射流分段打乱机翼展向的涡脱频率,使其避开机翼结构固有频率,从而抑制机翼的失速颤振。以NACA0012翼型为例,数值验证了合成射流抑制颤振的效果。结果表明,此方法可显著降低颤振振幅。
2014, 33(7): 1111-1116.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0736
摘要:
为了解决在没有数控程序的情况下快速准确的预测飞机结构件的数控加工工时,提出了一种基于特征与遗传神经网络的数控加工工时预测方法。提炼各类特征的加工工时影响因素并建立特征样本库,为每种加工特征构建BP神经网络;针对BP神经网络极易陷入局部极小值、收敛速度慢、网络参数难以确定等问题,结合遗传算法优化BP神经网络。建立了5种神经网络结构,通过调用相应的网络预测每一类加工特征的加工工时,进而形成每一工步的加工工时,累加零件所有工步的加工工时得到零件整体的加工工时。应用该方法预测零件整体的加工工时误差在5%以内。
为了解决在没有数控程序的情况下快速准确的预测飞机结构件的数控加工工时,提出了一种基于特征与遗传神经网络的数控加工工时预测方法。提炼各类特征的加工工时影响因素并建立特征样本库,为每种加工特征构建BP神经网络;针对BP神经网络极易陷入局部极小值、收敛速度慢、网络参数难以确定等问题,结合遗传算法优化BP神经网络。建立了5种神经网络结构,通过调用相应的网络预测每一类加工特征的加工工时,进而形成每一工步的加工工时,累加零件所有工步的加工工时得到零件整体的加工工时。应用该方法预测零件整体的加工工时误差在5%以内。
