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2014年 33卷 第6期
2014, 33(6): 789-791.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0601
摘要
PDF 369KB
摘要:
针对双柱式锻造液压机工作缸球铰结构缺乏准确理论分析的问题,建立了球铰支承的力学分析模型,研究了球铰支承的摩擦阻力矩和球铰结构的摩擦圆半径,确定了双球铰和单球铰连接对活动件的侧向推力,阐述了球铰转动的条件和球铰侧向推力对工作缸受力分析的重要性,分析了影响球铰侧向推力的因素和双球铰、单球铰结构的适用范围。
针对双柱式锻造液压机工作缸球铰结构缺乏准确理论分析的问题,建立了球铰支承的力学分析模型,研究了球铰支承的摩擦阻力矩和球铰结构的摩擦圆半径,确定了双球铰和单球铰连接对活动件的侧向推力,阐述了球铰转动的条件和球铰侧向推力对工作缸受力分析的重要性,分析了影响球铰侧向推力的因素和双球铰、单球铰结构的适用范围。
2014, 33(6): 792-795.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0602
摘要:
根据不平衡磁拉力作用机理,在电主轴动力学建模时将其等效为具有"负刚度"的支承元件;基于传递矩阵法建立计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴的动力学模型,利用MATLAB7.0软件对最高工作转速为25×104r/min空气静压高速电主轴动力学特性进行计算。结果表明:计入磁拉力后电主轴的前3阶临界转速有一定程度的降低,且该电主轴工作转速远远高于1阶临界转速,属于挠性轴范畴。可以看出:1阶振型脆弱点在主轴前端,2阶振型脆弱点在主轴前端和转子轴段。
根据不平衡磁拉力作用机理,在电主轴动力学建模时将其等效为具有"负刚度"的支承元件;基于传递矩阵法建立计及不平衡磁拉力的高速空气静压电主轴的动力学模型,利用MATLAB7.0软件对最高工作转速为25×104r/min空气静压高速电主轴动力学特性进行计算。结果表明:计入磁拉力后电主轴的前3阶临界转速有一定程度的降低,且该电主轴工作转速远远高于1阶临界转速,属于挠性轴范畴。可以看出:1阶振型脆弱点在主轴前端,2阶振型脆弱点在主轴前端和转子轴段。
2014, 33(6): 796-801.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0603
摘要:
利用静力学平衡方程研究了一种含局部自由度的4-SPS/CU无过约束并联机构的受力分析。写出了该机构的静力学平衡方程并得出其方程组中方程个数大于未知量的个数,采用局部转换矩阵去掉了该机构中局部自由度对应的力矩平衡方程使原来的超定方程变为静定方程。说明了对机构中局部自由度的预处理提高了静力学平衡方程的求解效率。为了系统的研究过约束和局部自由度对机构静力学平衡方程的影响,分别讨论了2阶至5阶过约束机构静力学平衡方程的可解性与机构中过约束与局部自由度的关系,制定了机构中局部自由度和过约束的判定方法。证明了机构中过约束与局部自由度对机构静力学平衡方程的可解性影响具有一般性,为机构的关节约束反力求解提供了理论基础。
利用静力学平衡方程研究了一种含局部自由度的4-SPS/CU无过约束并联机构的受力分析。写出了该机构的静力学平衡方程并得出其方程组中方程个数大于未知量的个数,采用局部转换矩阵去掉了该机构中局部自由度对应的力矩平衡方程使原来的超定方程变为静定方程。说明了对机构中局部自由度的预处理提高了静力学平衡方程的求解效率。为了系统的研究过约束和局部自由度对机构静力学平衡方程的影响,分别讨论了2阶至5阶过约束机构静力学平衡方程的可解性与机构中过约束与局部自由度的关系,制定了机构中局部自由度和过约束的判定方法。证明了机构中过约束与局部自由度对机构静力学平衡方程的可解性影响具有一般性,为机构的关节约束反力求解提供了理论基础。
2014, 33(6): 802-806.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0604
摘要:
针对早期研究的步行机构不能独立稳定行走的缺点,通过增加平衡装置以及一定的控制策略以实现双足步行机构的稳定行走。在介绍类双足步行机构基本构型及其行走原理的基础上,详细分析了单足支撑和双足支撑时步行机构的ZMP动态位置,并通过平衡重块的规律移动控制ZMP位置使得步行机构在整个行走过程中处于稳定状态;给出了平衡重块在平衡托盘上的相对运动路径和相对运动规律。最后通过仿真实例验证了行走稳定控制分析的有效性和正确性。
针对早期研究的步行机构不能独立稳定行走的缺点,通过增加平衡装置以及一定的控制策略以实现双足步行机构的稳定行走。在介绍类双足步行机构基本构型及其行走原理的基础上,详细分析了单足支撑和双足支撑时步行机构的ZMP动态位置,并通过平衡重块的规律移动控制ZMP位置使得步行机构在整个行走过程中处于稳定状态;给出了平衡重块在平衡托盘上的相对运动路径和相对运动规律。最后通过仿真实例验证了行走稳定控制分析的有效性和正确性。
2014, 33(6): 807-810.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0605
摘要:
采用二进制编码方法对连续域设计变量进行离散化处理,对每代蚁群进行交叉、变异和复制等操作。对蚁群算法路径信息素更新方法应用了新的改进方式。应用这种二进制改进蚁群算法,对典型的10杆平面桁架及72杆空间桁架结构进行了结构分析与优化。采用改进方法的10杆最优设计方案比目前最优结果,略高0.18%;72杆最优设计方案优于目前最优设计结果,相对优化了2.8%。
采用二进制编码方法对连续域设计变量进行离散化处理,对每代蚁群进行交叉、变异和复制等操作。对蚁群算法路径信息素更新方法应用了新的改进方式。应用这种二进制改进蚁群算法,对典型的10杆平面桁架及72杆空间桁架结构进行了结构分析与优化。采用改进方法的10杆最优设计方案比目前最优结果,略高0.18%;72杆最优设计方案优于目前最优设计结果,相对优化了2.8%。
2014, 33(6): 811-814.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0606
摘要:
基于可拓学的可拓策略生成方法,提出了机械运动方案设计中,机构选型的确定方法。建立问题的可拓模型和核模型,通过拓展分析、可拓变换,生成解决矛盾问题的多种策略,并建立评价标准,对生成的各策略进行优度评价。以实现刨床刨刀往复运动机构的选型过程为例证明该方法的有效性。
基于可拓学的可拓策略生成方法,提出了机械运动方案设计中,机构选型的确定方法。建立问题的可拓模型和核模型,通过拓展分析、可拓变换,生成解决矛盾问题的多种策略,并建立评价标准,对生成的各策略进行优度评价。以实现刨床刨刀往复运动机构的选型过程为例证明该方法的有效性。
2014, 33(6): 815-819.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0607
摘要:
基于SIMPLE算法,采用rNG k-ε湍流模型,结合有限体积法对流场的控制方程进行离散,运用ANSYS Workbench软件中的CFX模块和Static Structure模块进行流固耦合模拟,在考虑风力机机舱与塔架的影响下对风力机整机在4种不同风速下的流场特性和风力机运行过程中结构的应力应变进行模拟仿真,与无机舱和塔架情况下的流场特性进行了对比。结果表明:机舱和塔架的存在对流场的特性有明显的影响;叶片的风压分布在叶尖部位比较明显;风力机整机最大应力集中在叶片上距叶根2/3处;在风速增加的情况下,叶根与轮毂连接处的应力有比较明显的增加。
基于SIMPLE算法,采用rNG k-ε湍流模型,结合有限体积法对流场的控制方程进行离散,运用ANSYS Workbench软件中的CFX模块和Static Structure模块进行流固耦合模拟,在考虑风力机机舱与塔架的影响下对风力机整机在4种不同风速下的流场特性和风力机运行过程中结构的应力应变进行模拟仿真,与无机舱和塔架情况下的流场特性进行了对比。结果表明:机舱和塔架的存在对流场的特性有明显的影响;叶片的风压分布在叶尖部位比较明显;风力机整机最大应力集中在叶片上距叶根2/3处;在风速增加的情况下,叶根与轮毂连接处的应力有比较明显的增加。
2014, 33(6): 820-824.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0608
摘要:
对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了rrrP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。
对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了rrrP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。
2014, 33(6): 825-828.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0609
摘要:
煤矿钢芯输送带缺陷电磁检测信号易受到煤矿工况中非平稳强噪声影响,因此,提出一种改进阈值小波的变步长LMS自适应滤波算法对缺陷信号非平稳强噪声进行滤波。该方法首先运用改进阈值小波多尺度分解后的高频信号作为自适应滤波的参考噪声信号,然后运用变步长LMS自适应滤波方法对缺陷信号进行滤波。该方法克服了小波软、硬阈值的缺陷和固定步长LMS自适应滤波中收敛速度和稳态误差对步长因子要求不一致的矛盾。并与改进阈值小波滤波方法进行了对比,结果表明:该方法具有更好的滤波效果,能有效地滤除缺陷信号中的非平稳强噪声。
煤矿钢芯输送带缺陷电磁检测信号易受到煤矿工况中非平稳强噪声影响,因此,提出一种改进阈值小波的变步长LMS自适应滤波算法对缺陷信号非平稳强噪声进行滤波。该方法首先运用改进阈值小波多尺度分解后的高频信号作为自适应滤波的参考噪声信号,然后运用变步长LMS自适应滤波方法对缺陷信号进行滤波。该方法克服了小波软、硬阈值的缺陷和固定步长LMS自适应滤波中收敛速度和稳态误差对步长因子要求不一致的矛盾。并与改进阈值小波滤波方法进行了对比,结果表明:该方法具有更好的滤波效果,能有效地滤除缺陷信号中的非平稳强噪声。
2014, 33(6): 829-833.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0610
摘要:
基于弹性接触理论,建立了双列角接触球轴承弹性接触模型,利用Neton-raphson法计算了轴承钢球和滚道的接触载荷,分析了径向载荷、轴向载荷与力矩载荷作用下的接触载荷分布和接触角的变化。结果表明:受纯径向力时,两列轴承的承载情况相同;受纯中心轴向力时,仅单列轴承受载;当外载荷考虑力矩时,两列轴承同时受载,且载荷主要作用在一列轴承上;钢球与内滚道的接触载荷会随着外载荷的增大而增大,但接触角变化情况与它们的接触载荷大小并不直接相关。
基于弹性接触理论,建立了双列角接触球轴承弹性接触模型,利用Neton-raphson法计算了轴承钢球和滚道的接触载荷,分析了径向载荷、轴向载荷与力矩载荷作用下的接触载荷分布和接触角的变化。结果表明:受纯径向力时,两列轴承的承载情况相同;受纯中心轴向力时,仅单列轴承受载;当外载荷考虑力矩时,两列轴承同时受载,且载荷主要作用在一列轴承上;钢球与内滚道的接触载荷会随着外载荷的增大而增大,但接触角变化情况与它们的接触载荷大小并不直接相关。
2014, 33(6): 834-839.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0611
摘要:
利用无网格重构核粒子法(rKPM)建立了动载荷径向滑动轴承润滑分析的计算模型,采用罚函数法施加Dirichlet本质边界条件,详细推导了基于无网格rKPM的动态reynolds方程的离散形式,并联立轴心轨迹运动方程,计算了油膜压力和非线性轴心轨迹。通过算例编程讨论了rKPM节点数及节点分布方式对油膜压力精度的影响,同时给出了罚因子的最佳取值范围为1.0×102~1.0×104,并进行了误差估计。结果表明:基于无网格rKPM的润滑计算模型无论节点规则分布还是随机分布,都能取得较高的精度,且计算精度随节点数增加而增大。
利用无网格重构核粒子法(rKPM)建立了动载荷径向滑动轴承润滑分析的计算模型,采用罚函数法施加Dirichlet本质边界条件,详细推导了基于无网格rKPM的动态reynolds方程的离散形式,并联立轴心轨迹运动方程,计算了油膜压力和非线性轴心轨迹。通过算例编程讨论了rKPM节点数及节点分布方式对油膜压力精度的影响,同时给出了罚因子的最佳取值范围为1.0×102~1.0×104,并进行了误差估计。结果表明:基于无网格rKPM的润滑计算模型无论节点规则分布还是随机分布,都能取得较高的精度,且计算精度随节点数增加而增大。
2014, 33(6): 840-844.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0612
摘要:
通过理论分析得到与温度相关的油膜厚度表达式,同时建立油封工作的二维轴对称模型,考虑润滑油膜厚度与黏温效应,分析了旋转轴转速和油封周向载荷对油封唇口温度分布、最高温度和温升的影响,以及唇口温度对油封润滑失效的影响。结果表明:油封唇口附近温度梯度较大,油封与旋转轴之间产生的摩擦热主要通过旋转轴和润滑油散失;油封唇口最高温度和唇口温升随转速增加而增加,随周向载荷增加而增加;唇口温升增加导致润滑油黏度降低,使得油膜厚度减小,当油膜厚度小于临界膜厚时油封会出现润滑失效。
通过理论分析得到与温度相关的油膜厚度表达式,同时建立油封工作的二维轴对称模型,考虑润滑油膜厚度与黏温效应,分析了旋转轴转速和油封周向载荷对油封唇口温度分布、最高温度和温升的影响,以及唇口温度对油封润滑失效的影响。结果表明:油封唇口附近温度梯度较大,油封与旋转轴之间产生的摩擦热主要通过旋转轴和润滑油散失;油封唇口最高温度和唇口温升随转速增加而增加,随周向载荷增加而增加;唇口温升增加导致润滑油黏度降低,使得油膜厚度减小,当油膜厚度小于临界膜厚时油封会出现润滑失效。
2014, 33(6): 845-848.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0613
摘要:
针对球轴承高速运转时的热生成及热边界条件问题,建立轴承拟静力学模型分析其受力状态,根据Palmgren经验公式计算轴承摩擦产热,并应用传热学理论,建立考虑热阻抗影响的脂润滑轴承热传递网络模型;研制轴承-转子系统,测量不同工况条件下的轴承外圈温度,试验结果表明:理论模型能准确预测脂润滑球轴承运转时的温升状况,误差在10%以内;轴承启动时其温度上升速度最快,轴承转速和预紧力对其最终稳态温度影响较大,需要加以合理控制。
针对球轴承高速运转时的热生成及热边界条件问题,建立轴承拟静力学模型分析其受力状态,根据Palmgren经验公式计算轴承摩擦产热,并应用传热学理论,建立考虑热阻抗影响的脂润滑轴承热传递网络模型;研制轴承-转子系统,测量不同工况条件下的轴承外圈温度,试验结果表明:理论模型能准确预测脂润滑球轴承运转时的温升状况,误差在10%以内;轴承启动时其温度上升速度最快,轴承转速和预紧力对其最终稳态温度影响较大,需要加以合理控制。
2014, 33(6): 849-853.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0614
摘要:
在实际刀具状态监测的过程中,通过传感器所直接测得的数据都包含了大量的噪声信号,因此难以从中获取刀具磨损状态的变化规律,这样显然不利于进行模式识别。应用近似联合对角化下的集合经验模态分解(J-EEMD)对观测信号进行处理,基于信号本身特征,自适应地将切削加工中检测得到的振动和声发射信号分解为多个内蕴模式函数(IMF),然后根据各个IMF之间的能量比对变换,提取出了不同磨损状态下的刀具状态特征。实验证明:在该方法对测得数据进行处理的基础上,能够很好地识别出刀具磨损程度的不同状态。
在实际刀具状态监测的过程中,通过传感器所直接测得的数据都包含了大量的噪声信号,因此难以从中获取刀具磨损状态的变化规律,这样显然不利于进行模式识别。应用近似联合对角化下的集合经验模态分解(J-EEMD)对观测信号进行处理,基于信号本身特征,自适应地将切削加工中检测得到的振动和声发射信号分解为多个内蕴模式函数(IMF),然后根据各个IMF之间的能量比对变换,提取出了不同磨损状态下的刀具状态特征。实验证明:在该方法对测得数据进行处理的基础上,能够很好地识别出刀具磨损程度的不同状态。
2014, 33(6): 854-857.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0615
摘要:
回转误差对于定日镜精密蜗杆传动副精度影响极大,研究分析回转误差精度可以有效地评价其传动特性是否满足要求。利用几何分析法得出了蜗杆传动副的常值侧隙和变值侧隙的表达式,为了预测其侧隙的特性值,利用统计分析法对蜗杆传动副回差进行综合计算,得到了圆周侧隙的计算表达式。通过定日镜中精密蜗杆传动副的实例计算,验证了该方法计算所得回转误差精度与实际实验所测范围基本一致。
回转误差对于定日镜精密蜗杆传动副精度影响极大,研究分析回转误差精度可以有效地评价其传动特性是否满足要求。利用几何分析法得出了蜗杆传动副的常值侧隙和变值侧隙的表达式,为了预测其侧隙的特性值,利用统计分析法对蜗杆传动副回差进行综合计算,得到了圆周侧隙的计算表达式。通过定日镜中精密蜗杆传动副的实例计算,验证了该方法计算所得回转误差精度与实际实验所测范围基本一致。
2014, 33(6): 858-863.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0616
摘要:
功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。
功率超声珩磨技术在发动机缸套的精密加工中能够得到较好的表面质量,其中珩磨力的大小与超声振动特点有关,是影响工件材料去除、磨削热及表面质量的重要因素之一。基于超声珩磨材料去除机理,考虑了油石表面磨粒分布规律,建立了包括材料切屑变形和磨粒与工件摩擦两种情况的超声珩磨力学模型。由力学模型仿真结果可知:功率超声珩磨磨削力与加工参数及加工过程中材料物理变化均有关,特别是材料应变率效应更加明显;在相同加工条件下,超声珩磨磨削力比普通珩磨平均降低50%以上,并且法向力与切向力比值增大,有利于材料的去除;超声振动能够减小磨粒与工件的平均动态摩擦系数,从而减小平均切向摩擦力大小,有利于提高工件表面质量;珩磨深度较主轴转速对珩磨力影响更大,当主轴转速高于620 r/min时,珩磨力开始逐渐减小。
2014, 33(6): 864-869.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0617
摘要:
为提取小波包频带中的有效故障信息,基于Fisher线性测度提出一种新的特征矢量优化方法。轴承振动信号经小波包分解后,各子频带数据片段的能量值作为参数构建特征矢量。使用差异性和相似性优化相结合方法,分别选出不同轴承状态下Fisher距离较大的小波包频带,以及同种轴承状态下Fisher距离最小的频带,提取出易于区分不同轴承状态的故障信息。故障辨识使用连续型隐马尔可夫模型,在3种故障程度下实现了轴承正常状态、滚动体故障、内圈和外圈故障的有效判别,辨识精度大于94%。比较实验表明文中方法的辨识精度优于文献方法。
为提取小波包频带中的有效故障信息,基于Fisher线性测度提出一种新的特征矢量优化方法。轴承振动信号经小波包分解后,各子频带数据片段的能量值作为参数构建特征矢量。使用差异性和相似性优化相结合方法,分别选出不同轴承状态下Fisher距离较大的小波包频带,以及同种轴承状态下Fisher距离最小的频带,提取出易于区分不同轴承状态的故障信息。故障辨识使用连续型隐马尔可夫模型,在3种故障程度下实现了轴承正常状态、滚动体故障、内圈和外圈故障的有效判别,辨识精度大于94%。比较实验表明文中方法的辨识精度优于文献方法。
2014, 33(6): 870-874.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0618
摘要:
针对分段注射/雕刻复合快速成型工艺的三维分段要求,提出一种STL三角网格模型的三维分段方法。以改进的翼边数据结构为基础,基于边界扩展法将STL模型分解为多个子模型,各子模型只包含相同类型面片或者垂直类型面片;以边对为基础来识别各子模型中的被遮挡边界线,由此生成垂直扫描面来分割子模型,进一步获得Z轴方向上无干涉的子模型。实例证明算法能有效实现STL三角网格模型的三维分段以满足工艺要求。
针对分段注射/雕刻复合快速成型工艺的三维分段要求,提出一种STL三角网格模型的三维分段方法。以改进的翼边数据结构为基础,基于边界扩展法将STL模型分解为多个子模型,各子模型只包含相同类型面片或者垂直类型面片;以边对为基础来识别各子模型中的被遮挡边界线,由此生成垂直扫描面来分割子模型,进一步获得Z轴方向上无干涉的子模型。实例证明算法能有效实现STL三角网格模型的三维分段以满足工艺要求。
2014, 33(6): 875-880.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0619
摘要:
针对C-Bézier曲线的降阶逼近问题,提出了一种将1条n次C-Bézier曲线降阶为1条m(mn)次C-Bézier曲线的方法。该方法从最优化思想出发,把C-Bézier曲线的降阶问题转化为求解函数的优化问题,并结合智能计算中的小生境遗传算法,实现了C-Bézier曲线在端点无约束和G0约束条件下的一次性近似降多阶逼近。同时给出了一些具体的C-Bézier曲线降阶实例与降阶误差,并估计了该曲线的降阶误差界。结果表明:该方法不仅提高了C-Bézier曲线降阶算法的精度,且获得了较好的降阶逼近效果。
针对C-Bézier曲线的降阶逼近问题,提出了一种将1条n次C-Bézier曲线降阶为1条m(mn)次C-Bézier曲线的方法。该方法从最优化思想出发,把C-Bézier曲线的降阶问题转化为求解函数的优化问题,并结合智能计算中的小生境遗传算法,实现了C-Bézier曲线在端点无约束和G0约束条件下的一次性近似降多阶逼近。同时给出了一些具体的C-Bézier曲线降阶实例与降阶误差,并估计了该曲线的降阶误差界。结果表明:该方法不仅提高了C-Bézier曲线降阶算法的精度,且获得了较好的降阶逼近效果。
2014, 33(6): 881-885.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0620
摘要:
提出了一种利用图像自然圆特征实现增强现实三维注册的方法:在摄像机已经完成标定的情况下,利用在目标平面中预定义的平面坐标系和一个圆特征实现位姿估算。根据绝对二次曲线与平面圆之间的虚交点估算出目标平面的旋转矩阵;在图像平面内确定圆心的像后,估算出平移向量,实现增强现实三维注册;并将其应用到产品装配过程的虚实融合中,将装配引导信息叠加到产品装配视频中,引导用户实现装配操作。本算法与PnP法三维注册对比实验说明了本算法的正确性和可行性;以减速箱输出轴上的齿轮装配为例,分析和说明了增强现实装配引导环境下产品的装配过程。
提出了一种利用图像自然圆特征实现增强现实三维注册的方法:在摄像机已经完成标定的情况下,利用在目标平面中预定义的平面坐标系和一个圆特征实现位姿估算。根据绝对二次曲线与平面圆之间的虚交点估算出目标平面的旋转矩阵;在图像平面内确定圆心的像后,估算出平移向量,实现增强现实三维注册;并将其应用到产品装配过程的虚实融合中,将装配引导信息叠加到产品装配视频中,引导用户实现装配操作。本算法与PnP法三维注册对比实验说明了本算法的正确性和可行性;以减速箱输出轴上的齿轮装配为例,分析和说明了增强现实装配引导环境下产品的装配过程。
2014, 33(6): 886-893.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0621
摘要:
针对顾客需求竞争性评价和顾客对竞争性产品的偏好的模糊性,提出了基于三角模糊数的顾客需求竞争性评价矩阵的确定方法和基于三角模糊数的互反偏好矩阵估计方法。根据相应于每一位顾客基于三角模糊数的顾客需求竞争性评价矩阵和基于三角模糊数的互反偏好矩阵,通过规范化、一致化模糊信息,利用偏差最小化原理构建基于确定顾客需求竞争性重要度的模糊多目标规划模型以确定相应于每一位顾客的顾客需求竞争性重要度。采用加性加权法集结综合顾客需求竞争性重要度,以实现顾客需求模糊竞争性评价和顾客对竞争性产品的模糊偏好的集成分析。
针对顾客需求竞争性评价和顾客对竞争性产品的偏好的模糊性,提出了基于三角模糊数的顾客需求竞争性评价矩阵的确定方法和基于三角模糊数的互反偏好矩阵估计方法。根据相应于每一位顾客基于三角模糊数的顾客需求竞争性评价矩阵和基于三角模糊数的互反偏好矩阵,通过规范化、一致化模糊信息,利用偏差最小化原理构建基于确定顾客需求竞争性重要度的模糊多目标规划模型以确定相应于每一位顾客的顾客需求竞争性重要度。采用加性加权法集结综合顾客需求竞争性重要度,以实现顾客需求模糊竞争性评价和顾客对竞争性产品的模糊偏好的集成分析。
2014, 33(6): 894-900.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0622
摘要:
小型轴流风扇为电脑CPU等的重要散热器件。为改善其气动及声学性能,提出了一种新型改进结构。对于原型和改进型,首先应用rNG k-ε湍流模型模拟了稳态流场,进行了静态特性的计算;然后以稳态流场为初始解,运用非稳态大涡模拟模型结合FH-W声学模型、傅里叶变换,计算了风扇进口、出口及内部的监测点噪声;并进行了静态特性和声学性能的实验研究。数值计算与实验结果表明:改进结构在提高静态特性及降噪两个方面效果良好,可在生产实践中加以应用推广。
小型轴流风扇为电脑CPU等的重要散热器件。为改善其气动及声学性能,提出了一种新型改进结构。对于原型和改进型,首先应用rNG k-ε湍流模型模拟了稳态流场,进行了静态特性的计算;然后以稳态流场为初始解,运用非稳态大涡模拟模型结合FH-W声学模型、傅里叶变换,计算了风扇进口、出口及内部的监测点噪声;并进行了静态特性和声学性能的实验研究。数值计算与实验结果表明:改进结构在提高静态特性及降噪两个方面效果良好,可在生产实践中加以应用推广。
2014, 33(6): 901-904.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0623
摘要:
分析了自激脉冲喷嘴的工作原理和自激振荡产生的机理,建立了自激喷嘴的数学模型;利用Fluent仿真软件,研究不同结构参数喷嘴的脉冲射流特性;通过模拟仿真分析,得出了喷嘴的最佳结构参数。结果表明:上、下喷嘴直径和腔长对出流频率、振幅以及流速峰值都有着较为关键的影响;由于涡旋和空化对入口流速的阻碍,以及气体体积分数的不同,出口流速比进口流速大。
分析了自激脉冲喷嘴的工作原理和自激振荡产生的机理,建立了自激喷嘴的数学模型;利用Fluent仿真软件,研究不同结构参数喷嘴的脉冲射流特性;通过模拟仿真分析,得出了喷嘴的最佳结构参数。结果表明:上、下喷嘴直径和腔长对出流频率、振幅以及流速峰值都有着较为关键的影响;由于涡旋和空化对入口流速的阻碍,以及气体体积分数的不同,出口流速比进口流速大。
2014, 33(6): 905-908.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0624
摘要:
设备故障定量风险分析和绩效指标评估面临缺少客观的可靠性和维修数据来建立实际故障概率和故障后果分布模型,参照国内外同类装置设备故障概率数据库进行风险分析具有局限性。为了提高设备风险管理和维修决策水平,研究开发了设备可靠性和维修数据采集和维修决策系统应用于风险评估、剩余工作寿命预测和维修任务优化。实践表明:研制的数据采集和维修决策系统能够积累设备可靠性和维修数据、量化风险分析结果和优化维修任务,从而提高设备运行的可靠性、可用性和安全性。
设备故障定量风险分析和绩效指标评估面临缺少客观的可靠性和维修数据来建立实际故障概率和故障后果分布模型,参照国内外同类装置设备故障概率数据库进行风险分析具有局限性。为了提高设备风险管理和维修决策水平,研究开发了设备可靠性和维修数据采集和维修决策系统应用于风险评估、剩余工作寿命预测和维修任务优化。实践表明:研制的数据采集和维修决策系统能够积累设备可靠性和维修数据、量化风险分析结果和优化维修任务,从而提高设备运行的可靠性、可用性和安全性。
2014, 33(6): 909-912.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0625
摘要:
双E型弹性体六维力传感器采用组合梁结构对空间6个方向的力和力矩信息进行探测,但其输出信号中不可避免地混合了噪声信号,譬如:电阻应变片通过电流后产生的热噪声,放大电路中电磁元件干扰,高温下弹性体蠕变产生的干扰等,严重地影响传感器的测量精度。为了有效地滤除系统量测噪声,提高传感器分辨率,以六维力传感器矩形梁为研究对象,根据正弦激励力响应与应变之间的关系,构建了系统量测方程。基于时间序列分析法,设计了有色系统干扰白化滤波器,建立了有色噪声系统状态空间模型,推导出有色噪声Kalman滤波公式。实例表明:滤波效果明显,稳定性强,减小了实际的滤波误差,有效地提高滤波精度。
双E型弹性体六维力传感器采用组合梁结构对空间6个方向的力和力矩信息进行探测,但其输出信号中不可避免地混合了噪声信号,譬如:电阻应变片通过电流后产生的热噪声,放大电路中电磁元件干扰,高温下弹性体蠕变产生的干扰等,严重地影响传感器的测量精度。为了有效地滤除系统量测噪声,提高传感器分辨率,以六维力传感器矩形梁为研究对象,根据正弦激励力响应与应变之间的关系,构建了系统量测方程。基于时间序列分析法,设计了有色系统干扰白化滤波器,建立了有色噪声系统状态空间模型,推导出有色噪声Kalman滤波公式。实例表明:滤波效果明显,稳定性强,减小了实际的滤波误差,有效地提高滤波精度。
2014, 33(6): 913-917.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0626
摘要:
前向式仿真模型在车辆设计过程中不可缺少,考虑到当前混合动力SUV发展快速,以Advisor软件为基础,通过二次开发建立四驱型混合动力汽车前向仿真模型。模型的主控模块中包含驾驶员模型,驾驶员模型中包含PI控制模块、车辆需求纵向作用力预估模块,并且主控模块集成了制动力分配策略和能量分配策略,以此简化顶层模型。四驱车轮模块考虑了驱动防滑及纵向作用力前后合理分配的基本原理,从而较好地模拟扭距分配。针对某款混合动力SUV用此四驱前向仿真模型进行模拟工况分析。仿真结果表明:模型的有效性,可以用于前向性仿真分析。
前向式仿真模型在车辆设计过程中不可缺少,考虑到当前混合动力SUV发展快速,以Advisor软件为基础,通过二次开发建立四驱型混合动力汽车前向仿真模型。模型的主控模块中包含驾驶员模型,驾驶员模型中包含PI控制模块、车辆需求纵向作用力预估模块,并且主控模块集成了制动力分配策略和能量分配策略,以此简化顶层模型。四驱车轮模块考虑了驱动防滑及纵向作用力前后合理分配的基本原理,从而较好地模拟扭距分配。针对某款混合动力SUV用此四驱前向仿真模型进行模拟工况分析。仿真结果表明:模型的有效性,可以用于前向性仿真分析。
2014, 33(6): 918-923.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0627
摘要:
以轿车扭力梁后悬架的橡胶-钢衬套为对象,通过应变能密度函数确定Yeoh多项式为衬套的本构模型。进行结构试验并获取X,Y,Z轴向"位移-力"历程曲线的非完全试验信息,利用HyperStudy与ABAQUS进行初始试验仿真,分析试验与仿真曲线的一致性;设定Yeoh多项式的多参数C10,C20,C30、Di为优化变量并赋初始值,优化目标是"面积差"或"位移差"平方为零的6类函数。采用自适应响应面法,经过14次迭代,6类函数的总加权值收敛逼近于零,识别出一组能较准确模拟衬套力学行为的本构模型参数值。试验仿真结果发现Y向曲线拟合精度高,预紧模拟及网格歧异等导致X与Z向曲线拟合差,但瞬态刚度值误差均在8%内,在工程中属于可接受范围。
以轿车扭力梁后悬架的橡胶-钢衬套为对象,通过应变能密度函数确定Yeoh多项式为衬套的本构模型。进行结构试验并获取X,Y,Z轴向"位移-力"历程曲线的非完全试验信息,利用HyperStudy与ABAQUS进行初始试验仿真,分析试验与仿真曲线的一致性;设定Yeoh多项式的多参数C10,C20,C30、Di为优化变量并赋初始值,优化目标是"面积差"或"位移差"平方为零的6类函数。采用自适应响应面法,经过14次迭代,6类函数的总加权值收敛逼近于零,识别出一组能较准确模拟衬套力学行为的本构模型参数值。试验仿真结果发现Y向曲线拟合精度高,预紧模拟及网格歧异等导致X与Z向曲线拟合差,但瞬态刚度值误差均在8%内,在工程中属于可接受范围。
2014, 33(6): 924-928.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0628
摘要:
对汽车玻璃升降器中塑料导向轮的蠕变变形进行研究,基于材料的蠕变拉伸试验曲线,采用修正的时间硬化蠕变方程,并考虑绳轮接触影响,建立导向轮的蠕变有限元分析模型。计算获得了导向轮关键位置的应变、位移时间历程曲线及其变化规律,对比试验结果,吻合良好。分析接触情况对蠕变的影响,并与不考虑接触情况下的蠕变过程进行对比研究。结果表明:考虑接触的蠕变分析计算结果精度相对较高,能够反映出导向轮的形变和应力变化过程。
对汽车玻璃升降器中塑料导向轮的蠕变变形进行研究,基于材料的蠕变拉伸试验曲线,采用修正的时间硬化蠕变方程,并考虑绳轮接触影响,建立导向轮的蠕变有限元分析模型。计算获得了导向轮关键位置的应变、位移时间历程曲线及其变化规律,对比试验结果,吻合良好。分析接触情况对蠕变的影响,并与不考虑接触情况下的蠕变过程进行对比研究。结果表明:考虑接触的蠕变分析计算结果精度相对较高,能够反映出导向轮的形变和应力变化过程。
2014, 33(6): 929-933.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0629
摘要:
针对某款增程式电动汽车研发中的动力系统参数匹配问题,以整车动力性能和续驶里程要求为设计依据,系统分析了整车动力系统的参数匹配设计方法。从电机驱动系统动力特性与汽车驱动特性的合理匹配入手,由加速性能、爬坡性能、最高车速确定电动机的参数;采用固定速比减速器的单挡传动方案,以能量利用率最优为目标确定传动比参数;由续驶里程和输出功率需求确定蓄电池和增程器的参数。通过Matlab/Simulink和Advisor联合仿真,在NEDC下对车辆的动力系统进行了仿真验证。仿真结果表明:动力系统的设计和参数匹配合理,可以满足整车动力性和续驶里程的要求。
针对某款增程式电动汽车研发中的动力系统参数匹配问题,以整车动力性能和续驶里程要求为设计依据,系统分析了整车动力系统的参数匹配设计方法。从电机驱动系统动力特性与汽车驱动特性的合理匹配入手,由加速性能、爬坡性能、最高车速确定电动机的参数;采用固定速比减速器的单挡传动方案,以能量利用率最优为目标确定传动比参数;由续驶里程和输出功率需求确定蓄电池和增程器的参数。通过Matlab/Simulink和Advisor联合仿真,在NEDC下对车辆的动力系统进行了仿真验证。仿真结果表明:动力系统的设计和参数匹配合理,可以满足整车动力性和续驶里程的要求。
2014, 33(6): 934-938.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0630
摘要:
对比2024铝合金在3种不同状态下的材料性能,确认了2024-W态铝合金的钣金成形优势。采用此状态材料进行实际零件成形,零件成形后底部出现不均匀鼓动。为此通过有限元软件模拟橡皮囊成形过程,研究鼓动成因。通过模拟发现板料大部分均未发生塑性变形,只处于弹性变形阶段,且成形内应力分布不均匀,造成材料压缩屈曲失稳形成鼓动。
对比2024铝合金在3种不同状态下的材料性能,确认了2024-W态铝合金的钣金成形优势。采用此状态材料进行实际零件成形,零件成形后底部出现不均匀鼓动。为此通过有限元软件模拟橡皮囊成形过程,研究鼓动成因。通过模拟发现板料大部分均未发生塑性变形,只处于弹性变形阶段,且成形内应力分布不均匀,造成材料压缩屈曲失稳形成鼓动。
2014, 33(6): 939-943.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0631
摘要:
通常在板料冲压成形中,通过成形极限图来预测板料成形时的缩颈、破裂现象。而采用增量成形技术成形板料时,板料的成形极限高于传统冲压成形。这一现象导致了从成形机理上研究板料增量成形极限为什么会高于传统冲压成形极限成为当前的研究热点。假定厚度方向的几何缺陷来表示局部弱化区,通过在板料厚度方向引入工具作用来研究局部材料的稳定性的影响。分别采用BAMMAN_DAMAGE模型和假定几何缺陷的方法来研究横向模具作用对板料成形均匀化的影响。通过数值模拟的方法研究了增量成形能提高成形极限的原因及机理,并考察在这个过程中板料应力和板料应变的变化情况。
通常在板料冲压成形中,通过成形极限图来预测板料成形时的缩颈、破裂现象。而采用增量成形技术成形板料时,板料的成形极限高于传统冲压成形。这一现象导致了从成形机理上研究板料增量成形极限为什么会高于传统冲压成形极限成为当前的研究热点。假定厚度方向的几何缺陷来表示局部弱化区,通过在板料厚度方向引入工具作用来研究局部材料的稳定性的影响。分别采用BAMMAN_DAMAGE模型和假定几何缺陷的方法来研究横向模具作用对板料成形均匀化的影响。通过数值模拟的方法研究了增量成形能提高成形极限的原因及机理,并考察在这个过程中板料应力和板料应变的变化情况。
2014, 33(6): 944-947.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0632
摘要:
针对联合式航空电子系统在地面仿真试验中总线信息流的测试问题,应用并行测试思想对该问题进行分析,并采用多远程终端仿真技术,设计实现显示控制设备仿真器。显示控制设备仿真器在一台PC机上仿真4个显示控制子系统(航电启动板、平显、多功能显示器和上前方控制板)的逻辑过程。仿真器将显示部分与控制部分分离开,显示部分与控制部分以特定的接口文件通过以太网相连,同时能接收来自以太网的模拟故障数据。经地面仿真试验验证,满足了设计要求。
针对联合式航空电子系统在地面仿真试验中总线信息流的测试问题,应用并行测试思想对该问题进行分析,并采用多远程终端仿真技术,设计实现显示控制设备仿真器。显示控制设备仿真器在一台PC机上仿真4个显示控制子系统(航电启动板、平显、多功能显示器和上前方控制板)的逻辑过程。仿真器将显示部分与控制部分分离开,显示部分与控制部分以特定的接口文件通过以太网相连,同时能接收来自以太网的模拟故障数据。经地面仿真试验验证,满足了设计要求。
2014, 33(6): 948-952.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0633
摘要:
运用LS-DYNA有限元软件对方形、三角形、正弦形和梯形4种金属波纹梁结构进行了准静态加载和动态冲击加载试验仿真分析。从其变形模式和吸能特性两个方面,对仿真结果的数据进行对比分析。仿真结果表明:正弦波纹梁和梯形波纹梁形状保持较好;正弦波纹梁比吸能最大,且其初始峰值载荷和平均压溃载荷明显最小。所以选取正弦波纹梁作为机身货舱地板以下吸能结构能够取得良好的吸能特性和缓冲效果。
运用LS-DYNA有限元软件对方形、三角形、正弦形和梯形4种金属波纹梁结构进行了准静态加载和动态冲击加载试验仿真分析。从其变形模式和吸能特性两个方面,对仿真结果的数据进行对比分析。仿真结果表明:正弦波纹梁和梯形波纹梁形状保持较好;正弦波纹梁比吸能最大,且其初始峰值载荷和平均压溃载荷明显最小。所以选取正弦波纹梁作为机身货舱地板以下吸能结构能够取得良好的吸能特性和缓冲效果。
