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2016年 35卷 第4期
2016, 35(4): 493-500.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0401
摘要
PDF 1029KB
摘要:
数控系统技术是机械制造和控制技术相结合的产物,是当今高端装备制造业的核心技术之一。本文主要从数控机床产业角度阐述了国内外数控系统技术发展现状,概述了主流数控系统在性能、体系架构等方面的最新研发成果,分析了数控系统技术的高速、高精度、复合化、智能化、开放性等发展趋势,提出了提高国产数控系统技术水平的具体措施,为我国数控系统技术的研究发展提供参考。
数控系统技术是机械制造和控制技术相结合的产物,是当今高端装备制造业的核心技术之一。本文主要从数控机床产业角度阐述了国内外数控系统技术发展现状,概述了主流数控系统在性能、体系架构等方面的最新研发成果,分析了数控系统技术的高速、高精度、复合化、智能化、开放性等发展趋势,提出了提高国产数控系统技术水平的具体措施,为我国数控系统技术的研究发展提供参考。
2016, 35(4): 501-506.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0402
摘要:
为分析电网电压跌落对风力机塔架振动的影响,利用二节点梁对风力机塔架进行离散化建模,分析了塔架振动的模态。建立了塔架动力学运动方程,考虑风切变,分析了塔架所受的载荷。基于某风场某型1.5MW风机低电压穿越测试的数据,计算了塔架所受的载荷,并利用模态综合法求解塔架动力学方程,得到对称与不对称电压跌落风力机塔架的瞬态响应。结果表明,电压跌落会对塔架产生冲击效应,冲击的大小与机组工况,电压跌落形式,跌落幅值以及跌落时间相关。
为分析电网电压跌落对风力机塔架振动的影响,利用二节点梁对风力机塔架进行离散化建模,分析了塔架振动的模态。建立了塔架动力学运动方程,考虑风切变,分析了塔架所受的载荷。基于某风场某型1.5MW风机低电压穿越测试的数据,计算了塔架所受的载荷,并利用模态综合法求解塔架动力学方程,得到对称与不对称电压跌落风力机塔架的瞬态响应。结果表明,电压跌落会对塔架产生冲击效应,冲击的大小与机组工况,电压跌落形式,跌落幅值以及跌落时间相关。
2016, 35(4): 507-513.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0403
摘要:
为了研究汽油机曲轴系统扭振特性,以某新型1.8L汽油机为研究对象,首先应用多体动力学软件AVL-EXCITE Designer建立曲轴系统模型,利用三维制图软件得出系统的参数,分析曲轴系统的自由振动与强迫振动;应用CATIA软件和Spectra LAB软件得出减振器的转动惯量及固有频率,从而分析加装减振器后轴系的扭振特性。利用LMS Test.lab噪声振动测量系统进行扭振测试,并对试验测试结果与仿真结果进行对比分析,两者吻合得较好,证明本文提供的仿真方法能有效预测实际发动机轴系扭振情况。
为了研究汽油机曲轴系统扭振特性,以某新型1.8L汽油机为研究对象,首先应用多体动力学软件AVL-EXCITE Designer建立曲轴系统模型,利用三维制图软件得出系统的参数,分析曲轴系统的自由振动与强迫振动;应用CATIA软件和Spectra LAB软件得出减振器的转动惯量及固有频率,从而分析加装减振器后轴系的扭振特性。利用LMS Test.lab噪声振动测量系统进行扭振测试,并对试验测试结果与仿真结果进行对比分析,两者吻合得较好,证明本文提供的仿真方法能有效预测实际发动机轴系扭振情况。
2016, 35(4): 514-522.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0404
摘要:
高性能复杂整体模锻件要求模锻液压机必须具备多缸同步以及稳定运行的能力,但巨大运动惯量、复杂多变的负载以及锻件材质不均、形状不对称导致该装备运行时极易出现速度不稳定和活动横梁倾斜现象。针对这一问题,在考虑液压机液压非线性与复杂多变负载的基础上,建立了模锻液压机整体运动模型,并提出了驱动与同步过程联合控制的方法。通过对驱动过程采用多因子自调整模糊控制,对同步过程采用模糊解耦控制,使系统不仅实现了锻压速度的平稳控制,同时也保证了系统的同步性能。最后通过仿真和实验验证了该控制的有效性,为控制大惯量模锻液压机平稳运行提供了理论基础与保证。
高性能复杂整体模锻件要求模锻液压机必须具备多缸同步以及稳定运行的能力,但巨大运动惯量、复杂多变的负载以及锻件材质不均、形状不对称导致该装备运行时极易出现速度不稳定和活动横梁倾斜现象。针对这一问题,在考虑液压机液压非线性与复杂多变负载的基础上,建立了模锻液压机整体运动模型,并提出了驱动与同步过程联合控制的方法。通过对驱动过程采用多因子自调整模糊控制,对同步过程采用模糊解耦控制,使系统不仅实现了锻压速度的平稳控制,同时也保证了系统的同步性能。最后通过仿真和实验验证了该控制的有效性,为控制大惯量模锻液压机平稳运行提供了理论基础与保证。
2016, 35(4): 523-530.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0405
摘要:
针对船用离心风机内部非定常流动诱发蜗壳结构振动响应,发展了一种数值计算方法,该方法首先通过风机内部非定常流场计算获得振动激励源,其次采用流固弱耦合算法实现节点的插值和载荷加载,最后基于有限元的模态叠加法得到蜗壳结构动力响应。流场压力脉动和振动计算结果和实验测试结果分别做了对比,结果吻合较好,表明本文的方法能较准确地模拟叶轮机械内部流动诱发外部壳体的振动响应。从流场和振动响应两个方面阐述了流动诱发振动的机理:基频的非定常气动力是流固耦合振动的主要激励源,基频分量在振动的频率响应函数中占据主导地位,蜗壳的最大振动响应是基频下的非定常气动力和基频振动模态共同作用的结果。
针对船用离心风机内部非定常流动诱发蜗壳结构振动响应,发展了一种数值计算方法,该方法首先通过风机内部非定常流场计算获得振动激励源,其次采用流固弱耦合算法实现节点的插值和载荷加载,最后基于有限元的模态叠加法得到蜗壳结构动力响应。流场压力脉动和振动计算结果和实验测试结果分别做了对比,结果吻合较好,表明本文的方法能较准确地模拟叶轮机械内部流动诱发外部壳体的振动响应。从流场和振动响应两个方面阐述了流动诱发振动的机理:基频的非定常气动力是流固耦合振动的主要激励源,基频分量在振动的频率响应函数中占据主导地位,蜗壳的最大振动响应是基频下的非定常气动力和基频振动模态共同作用的结果。
2016, 35(4): 531-534.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0406
摘要:
以单自由度含双侧约束碰撞振动系统为研究对象,数值仿真了系统1-1-1周期运动经周期倍化分岔和Grazing分岔向混沌转迁的路径;给出了OGY控制方法的原理和步骤。利用混沌运动对参数微小扰动的敏感性和混沌轨道的遍历性质,选择嵌入混沌吸引子中的一个不稳定不动点作为控制目标,当系统状态访问目标不动点的微小邻域时,给系统参数施加微小扰动,把混沌控制到期望的目标轨道。仿真结果表明,在极短的时间内系统的混沌得到了抑制。
以单自由度含双侧约束碰撞振动系统为研究对象,数值仿真了系统1-1-1周期运动经周期倍化分岔和Grazing分岔向混沌转迁的路径;给出了OGY控制方法的原理和步骤。利用混沌运动对参数微小扰动的敏感性和混沌轨道的遍历性质,选择嵌入混沌吸引子中的一个不稳定不动点作为控制目标,当系统状态访问目标不动点的微小邻域时,给系统参数施加微小扰动,把混沌控制到期望的目标轨道。仿真结果表明,在极短的时间内系统的混沌得到了抑制。
2016, 35(4): 535-538.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0407
摘要:
提出了一种基于A*算法的移动机械臂无碰抓取方法。根据机械臂的初始姿态和目标物体的空间位置以及障碍物的约束,利用A*算法规划出机械臂末端无碰的轨迹,进而利用冗余度机械臂多解的特性,结合逆运动学,给出障碍物约束下基于最小关节角偏移量优化指标的关节角优化方法。同时,机械臂可根据当前环境的变化更新其末端轨迹,并相应调整姿态以提高适应性。仿真验证了该算法的有效性。
提出了一种基于A*算法的移动机械臂无碰抓取方法。根据机械臂的初始姿态和目标物体的空间位置以及障碍物的约束,利用A*算法规划出机械臂末端无碰的轨迹,进而利用冗余度机械臂多解的特性,结合逆运动学,给出障碍物约束下基于最小关节角偏移量优化指标的关节角优化方法。同时,机械臂可根据当前环境的变化更新其末端轨迹,并相应调整姿态以提高适应性。仿真验证了该算法的有效性。
2016, 35(4): 539-544.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0408
摘要:
运用旋量方法建立工业机器人运动学模型,提出一类子问题以求解通用的逆解算法。利用仿真软件DELMIA的机器人模型库,给出一种"特殊位形法"来求解机器人连杆参数。将机器人前三个关节运动定义为一类新的子问题,即已知点绕两个平行轴线和一个与前两个轴垂直的轴线旋转至定点的问题。结合经典的Paden-Kahan子问题,推导出机器人8组逆解的解析算式。以IRB1400弧焊机器人为例,验证算法正确性。仿真结果显示算法误差在10-12数量级,耗时不到0.12 ms,能够满足机器人控制系统高精度和实时性要求。
运用旋量方法建立工业机器人运动学模型,提出一类子问题以求解通用的逆解算法。利用仿真软件DELMIA的机器人模型库,给出一种"特殊位形法"来求解机器人连杆参数。将机器人前三个关节运动定义为一类新的子问题,即已知点绕两个平行轴线和一个与前两个轴垂直的轴线旋转至定点的问题。结合经典的Paden-Kahan子问题,推导出机器人8组逆解的解析算式。以IRB1400弧焊机器人为例,验证算法正确性。仿真结果显示算法误差在10-12数量级,耗时不到0.12 ms,能够满足机器人控制系统高精度和实时性要求。
2016, 35(4): 545-550.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0409
摘要:
对大马力拖拉机进行运动学和动力学分析,根据性能参数,设计一种等比式双行星排汇流液压机械无级变速器,包括换挡机构齿轮、双行星齿轮传动比的设计,发动机、离合器和液压调速机构的选择。通过对变速器无级调速特性曲线试验值和理论值的比较,进行了误差分析,证明设计方案的合理性。模拟拖拉机3种作业模式,对液压机械无级变速器和发动机进行匹配试验,验证了变速器的无级调速性和动态响应特性。
对大马力拖拉机进行运动学和动力学分析,根据性能参数,设计一种等比式双行星排汇流液压机械无级变速器,包括换挡机构齿轮、双行星齿轮传动比的设计,发动机、离合器和液压调速机构的选择。通过对变速器无级调速特性曲线试验值和理论值的比较,进行了误差分析,证明设计方案的合理性。模拟拖拉机3种作业模式,对液压机械无级变速器和发动机进行匹配试验,验证了变速器的无级调速性和动态响应特性。
2016, 35(4): 551-556.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0410
摘要:
在分析现有可靠性强化试验加速应力选择不足的基础上,通过对液压缸故障物理的研究,由雷诺方程推导出液压缸活塞往复运动过程中液压油薄膜的厚度,得出其漏油量与载荷和液压油压力之间的关系;通过对比分析液压缸在有无缺陷下的漏油量,证明液压缸漏油可靠性强化试验中加速应力选择的正确性;以某加工中心端齿盘分度式数控转台中的升降液压缸为例进行分析,通过选择不同水平的加速应力进行对比试验,得出其结果和用故障物理法进行可靠性强化试验加速应力分析具有一致性。
在分析现有可靠性强化试验加速应力选择不足的基础上,通过对液压缸故障物理的研究,由雷诺方程推导出液压缸活塞往复运动过程中液压油薄膜的厚度,得出其漏油量与载荷和液压油压力之间的关系;通过对比分析液压缸在有无缺陷下的漏油量,证明液压缸漏油可靠性强化试验中加速应力选择的正确性;以某加工中心端齿盘分度式数控转台中的升降液压缸为例进行分析,通过选择不同水平的加速应力进行对比试验,得出其结果和用故障物理法进行可靠性强化试验加速应力分析具有一致性。
2016, 35(4): 557-561.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0411
摘要:
以3PUS-S(P)球面变胞并联机构为研究对象。机构由动平台、静平台、3条PUS支链和1条中间S(P)变胞支链组成,具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。构态1时,动平台相对静平台具有3个转动自由度,等效于三自由度球面机构;构态2时,动平台具有1个额外的径向移动自由度。首先,运用矢量代数法,建立机构运动学位置逆解模型;其次,在位置逆解模型的基础上,建立求解机构工作空间的约束条件;最后,以实物样机为研究对象,采用边界搜索法确定该机构的工作空间,为机构进一步的分析与应用奠定基础。
以3PUS-S(P)球面变胞并联机构为研究对象。机构由动平台、静平台、3条PUS支链和1条中间S(P)变胞支链组成,具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。构态1时,动平台相对静平台具有3个转动自由度,等效于三自由度球面机构;构态2时,动平台具有1个额外的径向移动自由度。首先,运用矢量代数法,建立机构运动学位置逆解模型;其次,在位置逆解模型的基础上,建立求解机构工作空间的约束条件;最后,以实物样机为研究对象,采用边界搜索法确定该机构的工作空间,为机构进一步的分析与应用奠定基础。
2016, 35(4): 562-567.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0412
摘要:
在理论分析的基础上,提出利用改进Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应的钻柱纵向振动问题。根据钻柱实际工作情况,以钻柱整体为研究对象,假设钻柱为能被分成若干个有阻尼特性的Rayleigh-Love杆,以及钻柱内外的钻井液为性质相同的弹性层,据此建立其力学模型和振动微分方程;利用模型中的边界条件和参数之间的关系,得到钻柱底部复阻抗的求解方法,求出钻柱底部动刚度的具体表达式;并分析了不同相关参数对钻柱动刚度的影响。研究结果表明:钻柱动刚度随着频率的增大呈现振幅逐渐增大的周期性变换规律;其他相关参数保持不变,频率相同时,动刚度的绝对值与钻柱长度成反比,与钻柱横截面面积成正比;阻尼系数越大,导致井底对钻柱的作用力也越大,钻柱动刚度的振幅反而越小;钻柱的泊松比越大,随着频率的增加,动刚度的变化周期越长。
在理论分析的基础上,提出利用改进Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应的钻柱纵向振动问题。根据钻柱实际工作情况,以钻柱整体为研究对象,假设钻柱为能被分成若干个有阻尼特性的Rayleigh-Love杆,以及钻柱内外的钻井液为性质相同的弹性层,据此建立其力学模型和振动微分方程;利用模型中的边界条件和参数之间的关系,得到钻柱底部复阻抗的求解方法,求出钻柱底部动刚度的具体表达式;并分析了不同相关参数对钻柱动刚度的影响。研究结果表明:钻柱动刚度随着频率的增大呈现振幅逐渐增大的周期性变换规律;其他相关参数保持不变,频率相同时,动刚度的绝对值与钻柱长度成反比,与钻柱横截面面积成正比;阻尼系数越大,导致井底对钻柱的作用力也越大,钻柱动刚度的振幅反而越小;钻柱的泊松比越大,随着频率的增加,动刚度的变化周期越长。
2016, 35(4): 568-572.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0413
摘要:
往复压缩机现有报警方式单一,多采用"单特征值报警"与"门限报警"的方式,经常导致设备盲目停车而影响生产,无法综合分析设备当前运行状态是否异常并提前预警。针对该问题,提出一种基于状态子空间的往复压缩机自动预警方法。该方法提取设备运行状态信号的特征参数,构造多维特征矩阵,利用核主元分析(kernel principal component analysis,KPCA)方法对多维特征矩阵进行降维,构建状态子空间,计算正常状态和当前状态子空间之间的差异度,并通过故障案例数据自学习得到差异度指标的报警阈值。经实际故障案例验证,该方法能大幅提前往复压缩机典型故障报警时间点,提高在线状态监测系统的故障预警能力。
往复压缩机现有报警方式单一,多采用"单特征值报警"与"门限报警"的方式,经常导致设备盲目停车而影响生产,无法综合分析设备当前运行状态是否异常并提前预警。针对该问题,提出一种基于状态子空间的往复压缩机自动预警方法。该方法提取设备运行状态信号的特征参数,构造多维特征矩阵,利用核主元分析(kernel principal component analysis,KPCA)方法对多维特征矩阵进行降维,构建状态子空间,计算正常状态和当前状态子空间之间的差异度,并通过故障案例数据自学习得到差异度指标的报警阈值。经实际故障案例验证,该方法能大幅提前往复压缩机典型故障报警时间点,提高在线状态监测系统的故障预警能力。
2016, 35(4): 573-579.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0414
摘要:
利用UG软件建立模拟人类咀嚼机构的仿生咀嚼机器人的6-PSS三维模型;利用齐次变换矩阵描述动平台在运动过程中的位姿状态,建立运动学模型进而进行位置逆解的分析计算;确定工作空间搜索范围及影响因素,采用边界搜索法进行工作空间的边界求解,并分析比较了不同咀嚼姿态下的工作空间;通过分析工作空间与咀嚼机构尺寸参数的相关性分析,确定了工作空间优化模型的设计变量、目标函数及约束条件,利用坐标轮换法对球副支柱向量和杆长进行了优化,进而获得了运动性能良好的工作空间区域。仿生咀嚼机器人工作空间的优化对其运动路径规划、动态特性分析及系统的精确控制都具有重要的指导意义。
利用UG软件建立模拟人类咀嚼机构的仿生咀嚼机器人的6-PSS三维模型;利用齐次变换矩阵描述动平台在运动过程中的位姿状态,建立运动学模型进而进行位置逆解的分析计算;确定工作空间搜索范围及影响因素,采用边界搜索法进行工作空间的边界求解,并分析比较了不同咀嚼姿态下的工作空间;通过分析工作空间与咀嚼机构尺寸参数的相关性分析,确定了工作空间优化模型的设计变量、目标函数及约束条件,利用坐标轮换法对球副支柱向量和杆长进行了优化,进而获得了运动性能良好的工作空间区域。仿生咀嚼机器人工作空间的优化对其运动路径规划、动态特性分析及系统的精确控制都具有重要的指导意义。
2016, 35(4): 580-583.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0415
摘要:
计算机辅助编程中,不同CAD/CAM软件的后处理器是不同的。借助于UG后处理构造器,根据FANUC 18i系统极坐标编程和圆柱坐标编程原理,分别针对轴向端面加工和径向圆周加工两种工况,研制了两套适用于FANUC 18i系统的车铣复合加工后处理。为了考证后处理器的可行性和可靠性,针对一中等复杂程度的车铣复合零件,在UG CAM环境下进行了前处理、计算机加工仿真和后处理,在Spinner PD型车铣机床上进行了铝合金切削实验。考证试验表明,针对FANUC系统开发的后处理器可靠性好,在轴向端面加工和径向圆周加工两种不同工况下能够无差错的进行NC代码转换,特别适合实际生产中复杂零件的计算机辅助编程,有应用推广价值。
计算机辅助编程中,不同CAD/CAM软件的后处理器是不同的。借助于UG后处理构造器,根据FANUC 18i系统极坐标编程和圆柱坐标编程原理,分别针对轴向端面加工和径向圆周加工两种工况,研制了两套适用于FANUC 18i系统的车铣复合加工后处理。为了考证后处理器的可行性和可靠性,针对一中等复杂程度的车铣复合零件,在UG CAM环境下进行了前处理、计算机加工仿真和后处理,在Spinner PD型车铣机床上进行了铝合金切削实验。考证试验表明,针对FANUC系统开发的后处理器可靠性好,在轴向端面加工和径向圆周加工两种不同工况下能够无差错的进行NC代码转换,特别适合实际生产中复杂零件的计算机辅助编程,有应用推广价值。
2016, 35(4): 584-588.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0416
摘要:
提出了用公法线长度和正交误差两个参数描述实际AB轴机构主要误差的方法,引入6套坐标系的连续变换,导出了包含公法线长度和正交误差在内的实际AB轴的运动方程。按照这一运动方程,可使有误差的AB轴机构仍指向期望的目标点。通过算例分析了产生指点误差的主要参数,为研制高精度AB轴机构奠定了理论基础。
提出了用公法线长度和正交误差两个参数描述实际AB轴机构主要误差的方法,引入6套坐标系的连续变换,导出了包含公法线长度和正交误差在内的实际AB轴的运动方程。按照这一运动方程,可使有误差的AB轴机构仍指向期望的目标点。通过算例分析了产生指点误差的主要参数,为研制高精度AB轴机构奠定了理论基础。
2016, 35(4): 589-593.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0417
摘要:
对日益增长的废旧矿冶零部件废弃物进行剩余寿命预测是对其再制造循环利用的前提和基础。由于矿冶废旧零部件灰尘多、腐蚀大、磨损快的特殊工况,传统寿命预测方法往往存在预测不准确的难题。据此,在综合了加权最小二乘及平均秩次优点基础上,提出一种采用垂直残差平方和与水平残差平方和对两参数威布尔分布进行参数估计的新方法,建立了两参数威布尔分布下再制造废旧部件剩余寿命预测模型,为特殊工况的废旧零部件寿命预测提供了一种新的解决途径。以电动轮自卸车曲轴为例,验证了上述方法的可行性。
对日益增长的废旧矿冶零部件废弃物进行剩余寿命预测是对其再制造循环利用的前提和基础。由于矿冶废旧零部件灰尘多、腐蚀大、磨损快的特殊工况,传统寿命预测方法往往存在预测不准确的难题。据此,在综合了加权最小二乘及平均秩次优点基础上,提出一种采用垂直残差平方和与水平残差平方和对两参数威布尔分布进行参数估计的新方法,建立了两参数威布尔分布下再制造废旧部件剩余寿命预测模型,为特殊工况的废旧零部件寿命预测提供了一种新的解决途径。以电动轮自卸车曲轴为例,验证了上述方法的可行性。
2016, 35(4): 594-600.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0418
摘要:
为揭示40Cr高速冷滚打成形机理,依据金属材料塑性变形机理,进行高速冷滚打条件下的40Cr击打试验,得到了40Cr在高速、大变形条件下应力应变曲线;基于冷滚打成形高速大变形的塑形变形特点,结合40Cr在高速、大变形下的应力应变曲线,应用Deform 仿真软件进行了不同变形区域、不同温度、不同应变速率下高速冷滚打成形的分析,揭示了高速冷滚打成形的应力、应变、温度、金属流动变化规律,进一步解释了冷滚打成形的规律,为深入研究高速冷滚打成形奠定基础。
为揭示40Cr高速冷滚打成形机理,依据金属材料塑性变形机理,进行高速冷滚打条件下的40Cr击打试验,得到了40Cr在高速、大变形条件下应力应变曲线;基于冷滚打成形高速大变形的塑形变形特点,结合40Cr在高速、大变形下的应力应变曲线,应用Deform 仿真软件进行了不同变形区域、不同温度、不同应变速率下高速冷滚打成形的分析,揭示了高速冷滚打成形的应力、应变、温度、金属流动变化规律,进一步解释了冷滚打成形的规律,为深入研究高速冷滚打成形奠定基础。
2016, 35(4): 601-605.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0419
摘要:
针对机床类设备加速度传感器安装不便的实际情况,以机床电机负荷电流为分析对象,提出了应用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)能量值的摩擦特征提取方法,间接分析摩擦振动和摩擦磨损状态特性。设计对比实验获取4组传动链电流信号,利用EMD分解电流信号获得系列IMF,计算各阶IMF分量单位时间内能量值,提取摩擦振动对应的边频带和摩擦特征值E(IMF3)。实验表明,通过摩擦特征值E(IMF3)变化曲线可以观察出导轨磨损状态经历的4个时期,实现在线监测导轨磨损状态的目的。
针对机床类设备加速度传感器安装不便的实际情况,以机床电机负荷电流为分析对象,提出了应用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)能量值的摩擦特征提取方法,间接分析摩擦振动和摩擦磨损状态特性。设计对比实验获取4组传动链电流信号,利用EMD分解电流信号获得系列IMF,计算各阶IMF分量单位时间内能量值,提取摩擦振动对应的边频带和摩擦特征值E(IMF3)。实验表明,通过摩擦特征值E(IMF3)变化曲线可以观察出导轨磨损状态经历的4个时期,实现在线监测导轨磨损状态的目的。
2016, 35(4): 606-613.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0420
摘要:
为了有效的控制其对冷滚打成形件表面质量的影响,对鳞纹的表征参数进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因;对不同滚打方式下鳞纹高度和鳞纹间宽进行理论解析,获得了其与滚打轮公转速度和工件水平进给速度之间的关系表达式;由于理论解析过程中没有考虑应变速率、滚打轮自转等因素的影响,计算结果误差较大,应用ABAQUS软件进行冷滚打成形仿真,根据仿真结果对鳞纹高度的表达式进行修正,使其能够更加准确地反映出不同工艺状态下的鳞纹高度。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,对工件表面产生的鳞纹进行测量,获得了鳞纹二维截面形状和鳞纹高度,与理论计算结果相互比较,验证了修正后鳞纹高度表达式的正确性,可为冷滚打成形技术中工件表面质量的控制和工艺参数的选择提供参考。
为了有效的控制其对冷滚打成形件表面质量的影响,对鳞纹的表征参数进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因;对不同滚打方式下鳞纹高度和鳞纹间宽进行理论解析,获得了其与滚打轮公转速度和工件水平进给速度之间的关系表达式;由于理论解析过程中没有考虑应变速率、滚打轮自转等因素的影响,计算结果误差较大,应用ABAQUS软件进行冷滚打成形仿真,根据仿真结果对鳞纹高度的表达式进行修正,使其能够更加准确地反映出不同工艺状态下的鳞纹高度。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,对工件表面产生的鳞纹进行测量,获得了鳞纹二维截面形状和鳞纹高度,与理论计算结果相互比较,验证了修正后鳞纹高度表达式的正确性,可为冷滚打成形技术中工件表面质量的控制和工艺参数的选择提供参考。
2016, 35(4): 614-619.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0421
摘要:
基于响应面法对水下机器人耐压壳体结构优化,以耐压壳体结构5个尺寸为优化变量,借助ANSYS求解结构应力响应数值,利用组合试验缩小优化变量范围后进行响应面试验设计,优化约束条件为耐压壳体强度和稳定性满足要求,目标函数为壳体质量最小,利用Design-Expert试验设计软件进行响应面优化求解,将结果与利用1stOpt数值计算软件得到优化数值对比,最终优化结果为耐压壳体质量降低15.52%,且壳体满足强度和稳定性要求,达到优化目的。
基于响应面法对水下机器人耐压壳体结构优化,以耐压壳体结构5个尺寸为优化变量,借助ANSYS求解结构应力响应数值,利用组合试验缩小优化变量范围后进行响应面试验设计,优化约束条件为耐压壳体强度和稳定性满足要求,目标函数为壳体质量最小,利用Design-Expert试验设计软件进行响应面优化求解,将结果与利用1stOpt数值计算软件得到优化数值对比,最终优化结果为耐压壳体质量降低15.52%,且壳体满足强度和稳定性要求,达到优化目的。
2016, 35(4): 620-625.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0422
摘要:
运用逆向工程方法获得Q6儿童假人头部几何模型并对其进行合理的网格划分,保证该模型具有良好细节和较高精度,同时赋予合理的材料模型。以真实假人头部标定试验结果为基准,采用基于纵坐标的曲线匹配法,对该头部有限元模型头部皮肤材料模型参数进行正面和侧面标定试验两种工况的多目标优化,通过空间缩减序列的响应面法经多次迭代获得优化结果,作为头部皮肤的材料参数。仿真结果显示该有限元模型较好地满足了Q6儿童假人头部标定要求。
运用逆向工程方法获得Q6儿童假人头部几何模型并对其进行合理的网格划分,保证该模型具有良好细节和较高精度,同时赋予合理的材料模型。以真实假人头部标定试验结果为基准,采用基于纵坐标的曲线匹配法,对该头部有限元模型头部皮肤材料模型参数进行正面和侧面标定试验两种工况的多目标优化,通过空间缩减序列的响应面法经多次迭代获得优化结果,作为头部皮肤的材料参数。仿真结果显示该有限元模型较好地满足了Q6儿童假人头部标定要求。
2016, 35(4): 626-629.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0423
摘要:
针对飞机装配过程中零件刚度低、易变形的特点,提出了一种飞机弱刚性件定位策略优化设计方法。该方法以 "N-2-1"定位原理为基础,以自重等外载引起的最大变形量最小为目标函数,通过有限元仿真计算不同定位方案下的最大变形量,并采用萤火虫算法实现了定位点布局的迭代优化。最后以飞机典型结构件为例,验证了该方法的可行性和有效性。
针对飞机装配过程中零件刚度低、易变形的特点,提出了一种飞机弱刚性件定位策略优化设计方法。该方法以 "N-2-1"定位原理为基础,以自重等外载引起的最大变形量最小为目标函数,通过有限元仿真计算不同定位方案下的最大变形量,并采用萤火虫算法实现了定位点布局的迭代优化。最后以飞机典型结构件为例,验证了该方法的可行性和有效性。
2016, 35(4): 630-635.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0424
摘要:
超越弹簧离合器可用于高速直升机传动系统,具有简单、可靠、质轻的特点。离合器依靠弹簧和输入、输出壳体的摩擦来传递扭矩,在正向传递动力过程中要满足的自锁条件下,分析了超越弹簧离合器接触条件下的最小摩擦系数,同时研究了弹簧离合器用材料4Cr5MoSiV钢的摩擦系数随表面粗糙度的变化规律,结果表明摩擦系数随着表面粗糙度的增加,先减小后增大,Ra存在一最佳值,在此Ra值下,摩擦系数最小;由于在反向超越过程中,磨损是超越离合器一直存在的问题,基于Archard磨损计算模型,利用组合磨损计算方法,得出了超越弹簧离合器的磨损寿命。
超越弹簧离合器可用于高速直升机传动系统,具有简单、可靠、质轻的特点。离合器依靠弹簧和输入、输出壳体的摩擦来传递扭矩,在正向传递动力过程中要满足的自锁条件下,分析了超越弹簧离合器接触条件下的最小摩擦系数,同时研究了弹簧离合器用材料4Cr5MoSiV钢的摩擦系数随表面粗糙度的变化规律,结果表明摩擦系数随着表面粗糙度的增加,先减小后增大,Ra存在一最佳值,在此Ra值下,摩擦系数最小;由于在反向超越过程中,磨损是超越离合器一直存在的问题,基于Archard磨损计算模型,利用组合磨损计算方法,得出了超越弹簧离合器的磨损寿命。
2016, 35(4): 636-640.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0425
摘要:
建立了民用运输类飞机持续适航阶段的风险评估方法,给出了事件风险类型的分类、事件后果严重度等级的划分、事件概率水平的确定方法,通过风险矩阵和冈斯顿方法分别确定事件风险水平和高风险事件纠正措施的实施时间。采用所建立的风险评估方法对某型飞机机翼油箱超压损坏的危险事件进行了风险评估,确定了该事件的风险水平,给出了适当的纠正措施。
建立了民用运输类飞机持续适航阶段的风险评估方法,给出了事件风险类型的分类、事件后果严重度等级的划分、事件概率水平的确定方法,通过风险矩阵和冈斯顿方法分别确定事件风险水平和高风险事件纠正措施的实施时间。采用所建立的风险评估方法对某型飞机机翼油箱超压损坏的危险事件进行了风险评估,确定了该事件的风险水平,给出了适当的纠正措施。
2016, 35(4): 641-645.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0426
摘要:
根据复合材料层合工字梁的结构特点,基于经典层合板理论和最大应力强度准则,用MATLAB软件编程设计了复合材料工字梁缘条和腹板的铺层结构。建立了基于工艺的3种工字梁铺层结构有限元模型,分析了静载荷作用下3种铺层结构的应力状态。给出了典型铺层的应力云图。计算了复合材料层合结构材料主方向应力,使用最大应力强度准则,给出了线性状态下3种不同铺层结构工字梁的极限载荷。有限元分析结果与经典层合板理论计算结果进行了对比。分析表明:1) 工字梁铺层采用内C形连接和L形连接时极限载荷高于理论设计载荷,外C形连接的极限载荷低于理论值,3种铺层方式极限载荷误差都在9%以内,与理论值基本吻合;2) 有限元分析结果显示初始损伤均发生在工字梁下缘条45°铺层中,损伤模式为基体断裂;3) 工字梁结构极限载荷主要取决于基体强度;4) 工字梁发生破坏的截面位于其固支端;5) 所建立的基于经典层合板理论的工字梁设计方法和工字梁有限元分析模型是正确可靠的。
根据复合材料层合工字梁的结构特点,基于经典层合板理论和最大应力强度准则,用MATLAB软件编程设计了复合材料工字梁缘条和腹板的铺层结构。建立了基于工艺的3种工字梁铺层结构有限元模型,分析了静载荷作用下3种铺层结构的应力状态。给出了典型铺层的应力云图。计算了复合材料层合结构材料主方向应力,使用最大应力强度准则,给出了线性状态下3种不同铺层结构工字梁的极限载荷。有限元分析结果与经典层合板理论计算结果进行了对比。分析表明:1) 工字梁铺层采用内C形连接和L形连接时极限载荷高于理论设计载荷,外C形连接的极限载荷低于理论值,3种铺层方式极限载荷误差都在9%以内,与理论值基本吻合;2) 有限元分析结果显示初始损伤均发生在工字梁下缘条45°铺层中,损伤模式为基体断裂;3) 工字梁结构极限载荷主要取决于基体强度;4) 工字梁发生破坏的截面位于其固支端;5) 所建立的基于经典层合板理论的工字梁设计方法和工字梁有限元分析模型是正确可靠的。
2016, 35(4): 646-651.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0427
摘要:
为改善海水环境中钛合金与增强型聚四氟乙烯摩擦副对磨时的摩擦学性能,采用离子渗氮、微弧氧化技术对Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。对比研究了Ti6Al4V合金基材与改性层在模拟海水环境中分别与两种增强型聚四氟乙烯配副材料对磨的摩擦学行为。结果表明:在海水介质环境中,Ti6Al4V钛合金及其表面渗氮、微弧氧化处理试样与两种增强型聚四氟乙烯配副对磨时摩擦系数均较低;Ti6Al4V钛合金基体不耐磨,且造成两种增强型聚四氟乙烯配副的严重磨损。上述两种表面处理均有效改善了钛合金表面的耐磨性能,其中表面离子渗氮处理钛合金耐磨性能更优,同时降低了增强型聚四氟乙烯配副的磨损程度,而微弧氧化处理则使增强型聚四氟乙烯配副的磨损加重。相同试验条件下,玻璃纤维增强聚四氟乙烯比锡青铜增强聚四氟乙烯的耐磨性能优。采用离子渗氮钛合金与玻璃纤维增强聚四氟乙烯组成配副材料应用于海水环境中服役的水压传动摩擦学元件有明显的优势。
为改善海水环境中钛合金与增强型聚四氟乙烯摩擦副对磨时的摩擦学性能,采用离子渗氮、微弧氧化技术对Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。对比研究了Ti6Al4V合金基材与改性层在模拟海水环境中分别与两种增强型聚四氟乙烯配副材料对磨的摩擦学行为。结果表明:在海水介质环境中,Ti6Al4V钛合金及其表面渗氮、微弧氧化处理试样与两种增强型聚四氟乙烯配副对磨时摩擦系数均较低;Ti6Al4V钛合金基体不耐磨,且造成两种增强型聚四氟乙烯配副的严重磨损。上述两种表面处理均有效改善了钛合金表面的耐磨性能,其中表面离子渗氮处理钛合金耐磨性能更优,同时降低了增强型聚四氟乙烯配副的磨损程度,而微弧氧化处理则使增强型聚四氟乙烯配副的磨损加重。相同试验条件下,玻璃纤维增强聚四氟乙烯比锡青铜增强聚四氟乙烯的耐磨性能优。采用离子渗氮钛合金与玻璃纤维增强聚四氟乙烯组成配副材料应用于海水环境中服役的水压传动摩擦学元件有明显的优势。
2016, 35(4): 652-656.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0428
摘要:
为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。
为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。
