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2012年 31卷 第11期
2012, 31(11): 1721-1725.
摘要
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摘要:
基于综合集成技术,利用iSIGHT优化设计平台集成流体力学数值仿真软件Fluent,探索了V型减阻肋条最优夹角设计方法。采用雷诺平均N-S方程+RNGk-ε湍流模型的方法对V型减阻肋条进行数值模拟研究,在数值模拟过程中,针对V型减阻肋条的流场特性,对其计算模型、计算网格及其边界条件进行了合理化的处理。基于最小阻力建立了减阻肋条夹角的优化设计模型,采取自适应模拟退火算法全局搜索和序列二次规划局部寻优的二阶段组合优化方案,对V型减阻肋条夹角进行优化设计。结果表明:优化设计后,V型减阻肋条表面阻力减小,相对减阻量达到5.5%,减阻效果相对初始值有了很大改善,为V型减阻肋条最优夹角设计提供了一个新的方法。
基于综合集成技术,利用iSIGHT优化设计平台集成流体力学数值仿真软件Fluent,探索了V型减阻肋条最优夹角设计方法。采用雷诺平均N-S方程+RNGk-ε湍流模型的方法对V型减阻肋条进行数值模拟研究,在数值模拟过程中,针对V型减阻肋条的流场特性,对其计算模型、计算网格及其边界条件进行了合理化的处理。基于最小阻力建立了减阻肋条夹角的优化设计模型,采取自适应模拟退火算法全局搜索和序列二次规划局部寻优的二阶段组合优化方案,对V型减阻肋条夹角进行优化设计。结果表明:优化设计后,V型减阻肋条表面阻力减小,相对减阻量达到5.5%,减阻效果相对初始值有了很大改善,为V型减阻肋条最优夹角设计提供了一个新的方法。
2012, 31(11): 1726-1730.
摘要:
根据岩石的物理力学特性和截齿的破岩机理,建立了单个镐型截齿破岩时受力的数学模型;在此基础上,对安装12个镐型截齿的短螺旋钻头进行整体受力分析,并建立钻头扭矩的数学模型,结合旋挖钻机恒功率钻进的特点,得到钻头转速的数学表达式,从而求得钻头钻进速度关于切削厚度和岩石接触强度的关系式。针对几种不同接触强度的岩层,运用Matlab程序分别求得钻机在不同切削厚度下的钻进速度,并与同等条件下的实验数据相比较。结果表明:若切削厚度过小,钻机钻速达不到最大,钻进效率偏低;若切削厚度过大,钻机提供的扭矩因无法克服负载(即钻速为零),导致钻机损伤。
根据岩石的物理力学特性和截齿的破岩机理,建立了单个镐型截齿破岩时受力的数学模型;在此基础上,对安装12个镐型截齿的短螺旋钻头进行整体受力分析,并建立钻头扭矩的数学模型,结合旋挖钻机恒功率钻进的特点,得到钻头转速的数学表达式,从而求得钻头钻进速度关于切削厚度和岩石接触强度的关系式。针对几种不同接触强度的岩层,运用Matlab程序分别求得钻机在不同切削厚度下的钻进速度,并与同等条件下的实验数据相比较。结果表明:若切削厚度过小,钻机钻速达不到最大,钻进效率偏低;若切削厚度过大,钻机提供的扭矩因无法克服负载(即钻速为零),导致钻机损伤。
2012, 31(11): 1731-1734.
摘要:
针对叶轮机的两种典型轴向力平衡装置-平衡鼓和平衡盘,建立了系统模型,它包括普通的数学模型,还包括典型平衡鼓和平衡盘的基本结构以及功能参数特征。定义了3个参数来提取这两个轴向力平衡装置的共性规律,分别是边界条件系数比、液阻系数比和流量对压力变化的敏感度。通过模拟4种典型应用对模型进行分析,包括流道2的边界条件对平衡鼓平衡力、流量敏感度k2的影响;流道1处密封性能对平衡鼓平衡力、流量的影响;流道3封闭时平衡盘平衡力、流量敏感度k1与边界条件系数比的关系;流道4处密封性能对平衡盘平衡力、流量的影响。
针对叶轮机的两种典型轴向力平衡装置-平衡鼓和平衡盘,建立了系统模型,它包括普通的数学模型,还包括典型平衡鼓和平衡盘的基本结构以及功能参数特征。定义了3个参数来提取这两个轴向力平衡装置的共性规律,分别是边界条件系数比、液阻系数比和流量对压力变化的敏感度。通过模拟4种典型应用对模型进行分析,包括流道2的边界条件对平衡鼓平衡力、流量敏感度k2的影响;流道1处密封性能对平衡鼓平衡力、流量的影响;流道3封闭时平衡盘平衡力、流量敏感度k1与边界条件系数比的关系;流道4处密封性能对平衡盘平衡力、流量的影响。
2012, 31(11): 1735-1739.
摘要:
在高速铣削过程中,切削力对刀具的寿命具有重要影响,因此切削力的预测显得尤为重要。首先按照斜角切削模型,将平底立铣刀侧刃沿轴向进行微分,基于铣刀真实切削刃轨迹,计算出单齿瞬时切削厚度,并以角度积分确定积分限的方法建立了侧刃的切削力模型。然后根据直角切削模型,将横刃沿垂直切削刃方向上微分,计算得到微元切削力,通过积分法建立了横刃切削力模型。合并二者建立切削合力模型。最后将切削力解析模型通过Matlab程序化,获得不同切削参数下的切削力仿真曲线。仿真结果表明:解析切削力曲线与实测切削力曲线吻合较好,仿真值与实测值的最大误差为7.14%。
在高速铣削过程中,切削力对刀具的寿命具有重要影响,因此切削力的预测显得尤为重要。首先按照斜角切削模型,将平底立铣刀侧刃沿轴向进行微分,基于铣刀真实切削刃轨迹,计算出单齿瞬时切削厚度,并以角度积分确定积分限的方法建立了侧刃的切削力模型。然后根据直角切削模型,将横刃沿垂直切削刃方向上微分,计算得到微元切削力,通过积分法建立了横刃切削力模型。合并二者建立切削合力模型。最后将切削力解析模型通过Matlab程序化,获得不同切削参数下的切削力仿真曲线。仿真结果表明:解析切削力曲线与实测切削力曲线吻合较好,仿真值与实测值的最大误差为7.14%。
2012, 31(11): 1740-1743.
摘要:
通过对转子动力学模型的分析,推导出了影响系数矩阵的数学公式,证明了影响系数矩阵的条件数可以动平衡的精度。通过ANSYS软件建立了转子-轴承系统的动平衡模型,分别用全矢动平衡方法和基于单通道的传统影响系数法进行转子动平衡。结果表明:全矢动平衡方法的条件数小于单通道的,从而证明全矢动平衡方法精度高。在BENTLY转子实验台进行了双圆盘不平衡实验,其实验结果也证实了该结论。
通过对转子动力学模型的分析,推导出了影响系数矩阵的数学公式,证明了影响系数矩阵的条件数可以动平衡的精度。通过ANSYS软件建立了转子-轴承系统的动平衡模型,分别用全矢动平衡方法和基于单通道的传统影响系数法进行转子动平衡。结果表明:全矢动平衡方法的条件数小于单通道的,从而证明全矢动平衡方法精度高。在BENTLY转子实验台进行了双圆盘不平衡实验,其实验结果也证实了该结论。
2012, 31(11): 1744-1747.
摘要:
针对某轴系的弹性环式柔性支撑径向等效刚度分析问题,利用Ansys参数化语言APDL建立了考虑弹性环与内外支撑接触因素的非线性有限元模型,分析了弹性环环段数目、凸台弧度、弹性环厚度等参数对等效刚度的影响规律,并得到了等效刚度的分布规律。根据使用要求,综合考虑加工、安装、稳定性等因素,对其进行了详细的参数选择,提出了4种优选的结构参考方案。
针对某轴系的弹性环式柔性支撑径向等效刚度分析问题,利用Ansys参数化语言APDL建立了考虑弹性环与内外支撑接触因素的非线性有限元模型,分析了弹性环环段数目、凸台弧度、弹性环厚度等参数对等效刚度的影响规律,并得到了等效刚度的分布规律。根据使用要求,综合考虑加工、安装、稳定性等因素,对其进行了详细的参数选择,提出了4种优选的结构参考方案。
2012, 31(11): 1748-1753.
摘要:
设计并制作了一种三自由度柔索驱动太空舱外平面搬运机器人。建立了该机器人的运动学模型,利用Matlab软件解算了相应的模型。在此基础上,对其进行了轨迹规划,仿真分析了沿运动轨迹运动时,驱动柔索长度的变化规律。基于正交补的方法分析了该机器人的工作空间,避免了通常采用广义逆求解工作空间时由于向量z的任意性引入的求解问题。通过实验验证了所构建机器人运动学模型的正确性及其运动的连续可控性。研究表明:该机器人沿轨迹运动时,柔索长度连续变化,保证了搬运机器人在整个作业过程运行平稳、连续;该机器人的定位精度、工作空间能满足太空舱外的搬运操作要求。
设计并制作了一种三自由度柔索驱动太空舱外平面搬运机器人。建立了该机器人的运动学模型,利用Matlab软件解算了相应的模型。在此基础上,对其进行了轨迹规划,仿真分析了沿运动轨迹运动时,驱动柔索长度的变化规律。基于正交补的方法分析了该机器人的工作空间,避免了通常采用广义逆求解工作空间时由于向量z的任意性引入的求解问题。通过实验验证了所构建机器人运动学模型的正确性及其运动的连续可控性。研究表明:该机器人沿轨迹运动时,柔索长度连续变化,保证了搬运机器人在整个作业过程运行平稳、连续;该机器人的定位精度、工作空间能满足太空舱外的搬运操作要求。
2012, 31(11): 1754-1759.
摘要:
转移机构的功能是将月面巡视器安全地转移至月面,并为巡视器启动自主探测提供初始条件。转移机构能否将巡视器成功转移至月面,决定着一次探月计划的成功与否。综述了国外已经成功应用的巡视器转移机构范例及其构型特点与适用条件,同时也对国内月面巡视器转移机构原理方案的技术特点进行了概述。在此基础上,结合整个探月工程任务目标,针对我国月球着陆探测器与巡视探测器的结构特点和技术要求,提出了摆臂式的转移机构原理方案,并对整个转移机构系统进行了可靠性分析与实验研究。其转移过程完全可控,可预见性好;结构简单,可靠性高等。
转移机构的功能是将月面巡视器安全地转移至月面,并为巡视器启动自主探测提供初始条件。转移机构能否将巡视器成功转移至月面,决定着一次探月计划的成功与否。综述了国外已经成功应用的巡视器转移机构范例及其构型特点与适用条件,同时也对国内月面巡视器转移机构原理方案的技术特点进行了概述。在此基础上,结合整个探月工程任务目标,针对我国月球着陆探测器与巡视探测器的结构特点和技术要求,提出了摆臂式的转移机构原理方案,并对整个转移机构系统进行了可靠性分析与实验研究。其转移过程完全可控,可预见性好;结构简单,可靠性高等。
2012, 31(11): 1760-1766.
摘要:
从地铁轮轨之间的相互作用分析了激振源以及激振力表达模型和施加方式,在阐述浮置板轨道隔振原理、分析橡胶支承浮置板和钢弹簧支承浮置板基本结构的基础上,剖析了基于集总参数模型、连续弹性支承模型、连续弹性点支承模型的浮置板轨道隔振系统动力学建模方法。从动力学性能、模态分析、隔振性能3个方面阐明了浮置板轨道的动态响应性能。针对浮置板轨道隔振存在的主要问题,指出基于可调刚度、阻尼的隔振器参数优化与(半)主动隔振控制技术是其发展的方向。
从地铁轮轨之间的相互作用分析了激振源以及激振力表达模型和施加方式,在阐述浮置板轨道隔振原理、分析橡胶支承浮置板和钢弹簧支承浮置板基本结构的基础上,剖析了基于集总参数模型、连续弹性支承模型、连续弹性点支承模型的浮置板轨道隔振系统动力学建模方法。从动力学性能、模态分析、隔振性能3个方面阐明了浮置板轨道的动态响应性能。针对浮置板轨道隔振存在的主要问题,指出基于可调刚度、阻尼的隔振器参数优化与(半)主动隔振控制技术是其发展的方向。
2012, 31(11): 1767-1771.
摘要:
机床温度测点优化是热误差补偿技术的难点之一,采用模糊聚类与偏相关分析相结合的方法对温度测点优化。首先利用模糊聚类和F统计量对温度变量进行分类,再根据温度变量与热误差之间的偏相关系数确定每类中的关键温度变量,最后采用关键温度变量建立热误差线性回归模型。此方法在精密卧式加工中心MCH63上进行了验证。结果表明,该方法有效地减少了温度测点的数量,机床轴向热误差由45μm左右减少到7μm。此外,利用F统计量对阈值进行优化,可以快速准确地确定温度变量的分类。
机床温度测点优化是热误差补偿技术的难点之一,采用模糊聚类与偏相关分析相结合的方法对温度测点优化。首先利用模糊聚类和F统计量对温度变量进行分类,再根据温度变量与热误差之间的偏相关系数确定每类中的关键温度变量,最后采用关键温度变量建立热误差线性回归模型。此方法在精密卧式加工中心MCH63上进行了验证。结果表明,该方法有效地减少了温度测点的数量,机床轴向热误差由45μm左右减少到7μm。此外,利用F统计量对阈值进行优化,可以快速准确地确定温度变量的分类。
2012, 31(11): 1772-1775.
摘要:
针对类菱形整体底盘通过性,提出了其铰接式底盘。利用ADAMS软件建立类菱形铰接式底盘的动力学模型,通过大量的动力学仿真分析,得出了整车的最大越障高度和最大爬坡度。通过实验样车试验验证了菱形车的爬坡、越障等路面自适应能力和仿真结果。
针对类菱形整体底盘通过性,提出了其铰接式底盘。利用ADAMS软件建立类菱形铰接式底盘的动力学模型,通过大量的动力学仿真分析,得出了整车的最大越障高度和最大爬坡度。通过实验样车试验验证了菱形车的爬坡、越障等路面自适应能力和仿真结果。
2012, 31(11): 1776-1780.
摘要:
300MN模锻水压机是我国国防和基础建设的关键设备,液压缸作为液压机重要组成部分,其可靠性的高低直接影响到液压机的生产效率。选取液压缸材料杨氏模量、强度极限以及其所受载荷为非概率区间设计变量。采用拉丁方试验设计方法,采样选取采样点,运用最小二乘二阶响应面模型拟合出模型的响应面方程。依据非概率凸模型理论,得到模型的可靠性指标为2.054 7,从而证明液压缸可靠。
300MN模锻水压机是我国国防和基础建设的关键设备,液压缸作为液压机重要组成部分,其可靠性的高低直接影响到液压机的生产效率。选取液压缸材料杨氏模量、强度极限以及其所受载荷为非概率区间设计变量。采用拉丁方试验设计方法,采样选取采样点,运用最小二乘二阶响应面模型拟合出模型的响应面方程。依据非概率凸模型理论,得到模型的可靠性指标为2.054 7,从而证明液压缸可靠。
2012, 31(11): 1781-1785.
摘要:
研究了弧线齿面齿轮的齿面展成原理,给出了内半径、外半径的求解方法,以及弧线齿面齿轮在普通多轴联动数控机床上的加工实现。基于假想齿轮的概念,推导弧线齿面齿轮的齿面方程;依据面齿轮内径处根切,外径处齿顶变尖条件,确定弧线齿面齿轮的齿宽界限值;以坐标变换为工具,建立了弧线齿面齿轮在数控机床上的加工方法,确定了各运动轴的多项式表达式,以方便数控编程。通过算例,分析产形齿轮齿数、刀盘半径、刀倾角等加工参数对弧线齿面齿轮齿宽的影响;根据运动轴多项式,建立面齿轮的三维实体模型,验证在数控机床加工的可行性。
研究了弧线齿面齿轮的齿面展成原理,给出了内半径、外半径的求解方法,以及弧线齿面齿轮在普通多轴联动数控机床上的加工实现。基于假想齿轮的概念,推导弧线齿面齿轮的齿面方程;依据面齿轮内径处根切,外径处齿顶变尖条件,确定弧线齿面齿轮的齿宽界限值;以坐标变换为工具,建立了弧线齿面齿轮在数控机床上的加工方法,确定了各运动轴的多项式表达式,以方便数控编程。通过算例,分析产形齿轮齿数、刀盘半径、刀倾角等加工参数对弧线齿面齿轮齿宽的影响;根据运动轴多项式,建立面齿轮的三维实体模型,验证在数控机床加工的可行性。
2012, 31(11): 1786-1789.
摘要:
为了使用紫外纳米压印法制备出亚波长结构,研究了在石英衬底上采用光刻和反应离子刻蚀技术制备出紫外纳米压印模板,以及模板制备过程中工艺参数对光刻胶和刻蚀速率的影响。利用激光共聚焦显微镜(LSCM)及原子力显微镜(AFM)对光刻和刻蚀图形的表面形貌进行了观察,获得了工艺参数对光刻胶掩膜图形和刻蚀图形的影响规律;在最优工艺参数条件下,所制紫外纳米压印模板整齐、规则,并利用紫外可见近红外光谱仪对其紫外透过率进行了表征,反应离子刻蚀后石英模板的透过率在365 nm处仍大于90%。
为了使用紫外纳米压印法制备出亚波长结构,研究了在石英衬底上采用光刻和反应离子刻蚀技术制备出紫外纳米压印模板,以及模板制备过程中工艺参数对光刻胶和刻蚀速率的影响。利用激光共聚焦显微镜(LSCM)及原子力显微镜(AFM)对光刻和刻蚀图形的表面形貌进行了观察,获得了工艺参数对光刻胶掩膜图形和刻蚀图形的影响规律;在最优工艺参数条件下,所制紫外纳米压印模板整齐、规则,并利用紫外可见近红外光谱仪对其紫外透过率进行了表征,反应离子刻蚀后石英模板的透过率在365 nm处仍大于90%。
2012, 31(11): 1790-1795.
摘要:
为对车辆施加合适的制动力以实现车辆极限工况下的稳定,设计了基于模糊算法的稳定性控制器。控制器目标是使横摆角速度和质心侧偏角跟随具有理想操纵特性的二自由度车辆模型输出。直接横摆力矩对横摆角速度具有直接校正作用,在模糊规则设计中着重考虑横摆角速度的控制。采用8自由度整车模型进行换道及J-转向试验表明,该控制器能减小质心侧偏角和横摆角速度与参考模型输出之间的偏差及响应滞后。通过使用Carsim软件,搭建了虚拟试验平台,并进行了双移线道路试验。结果表明:设计的模糊控制器能够提高车辆的操纵稳定性。
为对车辆施加合适的制动力以实现车辆极限工况下的稳定,设计了基于模糊算法的稳定性控制器。控制器目标是使横摆角速度和质心侧偏角跟随具有理想操纵特性的二自由度车辆模型输出。直接横摆力矩对横摆角速度具有直接校正作用,在模糊规则设计中着重考虑横摆角速度的控制。采用8自由度整车模型进行换道及J-转向试验表明,该控制器能减小质心侧偏角和横摆角速度与参考模型输出之间的偏差及响应滞后。通过使用Carsim软件,搭建了虚拟试验平台,并进行了双移线道路试验。结果表明:设计的模糊控制器能够提高车辆的操纵稳定性。
2012, 31(11): 1796-1800.
摘要:
钢包是炼钢冶炼炉和连铸机之间的主要衔接设备,对连铸顺行起着重要的作用。钢包的保温性能直接影响着冶炼炉出钢温度、铸坯质量、包壁散热、钢包内衬使用寿命、以及生产成本等。通过对现有钢包进行保温性能研究,提出了一种新型的钢包内衬结构,并基于传热学理论应用有限元技术建立了钢包三维有限元模型,对新型钢包和传统钢包保温性能进行了模拟分析。在相同条件下,新型钢包烤包时间要短,节省时间和能源;从钢包外壳温度和钢水温降速度两个方面来验证钢包的保温性能,钢包外壳表征平均温度降低45℃左右,钢包内钢水温度下降速度平均降低了0.27℃/min。
钢包是炼钢冶炼炉和连铸机之间的主要衔接设备,对连铸顺行起着重要的作用。钢包的保温性能直接影响着冶炼炉出钢温度、铸坯质量、包壁散热、钢包内衬使用寿命、以及生产成本等。通过对现有钢包进行保温性能研究,提出了一种新型的钢包内衬结构,并基于传热学理论应用有限元技术建立了钢包三维有限元模型,对新型钢包和传统钢包保温性能进行了模拟分析。在相同条件下,新型钢包烤包时间要短,节省时间和能源;从钢包外壳温度和钢水温降速度两个方面来验证钢包的保温性能,钢包外壳表征平均温度降低45℃左右,钢包内钢水温度下降速度平均降低了0.27℃/min。
2012, 31(11): 1801-1805.
摘要:
行星传动系统的性能对风力发电机的效率及可靠性都有重要影响。对1.5 MW风力发电传动系统的结构进行了分析,以体积最小和重合度最大为目标函数,考虑传动系统的几何参数约束、性能约束、可靠性强度约束等约束条件,建立了风力发电行星传动系统的多目标优化数学模型。对优化模型进行模糊处理,使优化更接近工程实际应用。应用遗传算法对多目标模糊优化模型求解,避免了局部寻优,从而获得全局最优解。实例分析结果表明:在保证系统可靠性的同时,系统的体积、稳定性和承载能力都得到了明显改善。
行星传动系统的性能对风力发电机的效率及可靠性都有重要影响。对1.5 MW风力发电传动系统的结构进行了分析,以体积最小和重合度最大为目标函数,考虑传动系统的几何参数约束、性能约束、可靠性强度约束等约束条件,建立了风力发电行星传动系统的多目标优化数学模型。对优化模型进行模糊处理,使优化更接近工程实际应用。应用遗传算法对多目标模糊优化模型求解,避免了局部寻优,从而获得全局最优解。实例分析结果表明:在保证系统可靠性的同时,系统的体积、稳定性和承载能力都得到了明显改善。
2012, 31(11): 1806-1811.
摘要:
对某发动机总装车间充分调研,导入和实施拉动式看板生产系统,并进行仿真优化,解决该车间传统推动式生产系统存在生产效率低下,设备利用率低,订单平均等待时间长等问题。对导入看板后的生产系统仿真设计,可得出平均订单延迟时间大大减少,设备利用率提高,产品产量大幅增加,车间综合生产效益得到明显改善。进一步仿真优化,研究安全系数和变异系数对看板生产系统的系统产出量,在制品库存,订单平均等待时间,设备稼动率等绩效指标的影响,为实施方案参数选取提供参考。
对某发动机总装车间充分调研,导入和实施拉动式看板生产系统,并进行仿真优化,解决该车间传统推动式生产系统存在生产效率低下,设备利用率低,订单平均等待时间长等问题。对导入看板后的生产系统仿真设计,可得出平均订单延迟时间大大减少,设备利用率提高,产品产量大幅增加,车间综合生产效益得到明显改善。进一步仿真优化,研究安全系数和变异系数对看板生产系统的系统产出量,在制品库存,订单平均等待时间,设备稼动率等绩效指标的影响,为实施方案参数选取提供参考。
2012, 31(11): 1812-1815.
摘要:
防喷阀在实际工作中受到油井井口液体的高压随机冲击作用,常常因阀体疲劳而失效。针对大型单闸板防喷阀,实地采集和记录了防喷阀的工作压力和冲击次数等数据,记录观测了阀体疲劳裂纹的扩展过程,并讨论了阀体疲劳机理。考虑到阀体的工作载荷为随机载荷,将随机有限元方法引入阀体结构的疲劳寿命分析中,提出了随机载荷作用下的阀体疲劳寿命计算方法,实现了阀体总体寿命评估和阀体各部位疲劳寿命分布计算。
防喷阀在实际工作中受到油井井口液体的高压随机冲击作用,常常因阀体疲劳而失效。针对大型单闸板防喷阀,实地采集和记录了防喷阀的工作压力和冲击次数等数据,记录观测了阀体疲劳裂纹的扩展过程,并讨论了阀体疲劳机理。考虑到阀体的工作载荷为随机载荷,将随机有限元方法引入阀体结构的疲劳寿命分析中,提出了随机载荷作用下的阀体疲劳寿命计算方法,实现了阀体总体寿命评估和阀体各部位疲劳寿命分布计算。
2012, 31(11): 1816-1819.
摘要:
物料清单是离散制造企业核心的生产数据,为物料需求计划编制提供了计算依据,但是现有BOM模型过于简单,不能表达物料需求计划中所需的不确定时间特性。基于加权有向图建立BOM的数学模型,提供自约束和互约束不确定时间特性的支持;基于时间距离图建立物料需求的时间约束模型,并给出BOM模型向物料需求时间约束模型映射的方法;最后通过实例对所提出的方法进行了验证。
物料清单是离散制造企业核心的生产数据,为物料需求计划编制提供了计算依据,但是现有BOM模型过于简单,不能表达物料需求计划中所需的不确定时间特性。基于加权有向图建立BOM的数学模型,提供自约束和互约束不确定时间特性的支持;基于时间距离图建立物料需求的时间约束模型,并给出BOM模型向物料需求时间约束模型映射的方法;最后通过实例对所提出的方法进行了验证。
2012, 31(11): 1820-1823,1830.
摘要:
由于外界环境及设计制造等因素影响,空间飞行器货舱门锁机构各构件间的运动尺寸会产生变形和误差,引起锁机构运动规律改变,导致锁机构失效。建立了基于各构件尺寸误差的货舱门锁机构运动精度模型,研究了实际工作情况中6个构件尺寸及输入角度误差对机构输出位置的误差影响,给出了货舱门锁机构的运动精度。结果表明:在锁钩工作范围内,锁机构杆1和杆3的尺寸误差对锁钩的理想工作位置影响最大,制造时需对其误差加以控制。
由于外界环境及设计制造等因素影响,空间飞行器货舱门锁机构各构件间的运动尺寸会产生变形和误差,引起锁机构运动规律改变,导致锁机构失效。建立了基于各构件尺寸误差的货舱门锁机构运动精度模型,研究了实际工作情况中6个构件尺寸及输入角度误差对机构输出位置的误差影响,给出了货舱门锁机构的运动精度。结果表明:在锁钩工作范围内,锁机构杆1和杆3的尺寸误差对锁钩的理想工作位置影响最大,制造时需对其误差加以控制。
2012, 31(11): 1824-1830.
摘要:
轮毂是风电机组重要的受力和传力部件,其强度严重影响到风力机的使用寿命。依据德国劳埃德(GL)风力发电机组认证规范,运用大型通用有限元分析软件MSC.Marc,对某MW级直驱型风电机组轮毂进行极限强度分析,提出了一种能有效模拟风电机组轮毂真实受力的载荷加载方式,并采用修正的雨流计数法和Palmgren-Miner线性累积损伤理论对轮毂疲劳强度进行分析,结果表面,轮毂的极限强度和疲劳寿命均满足20年的工作要求。本文中探索出了基于GL规范的MW级直驱型风力发电机组关键零部件分析的新方法。
轮毂是风电机组重要的受力和传力部件,其强度严重影响到风力机的使用寿命。依据德国劳埃德(GL)风力发电机组认证规范,运用大型通用有限元分析软件MSC.Marc,对某MW级直驱型风电机组轮毂进行极限强度分析,提出了一种能有效模拟风电机组轮毂真实受力的载荷加载方式,并采用修正的雨流计数法和Palmgren-Miner线性累积损伤理论对轮毂疲劳强度进行分析,结果表面,轮毂的极限强度和疲劳寿命均满足20年的工作要求。本文中探索出了基于GL规范的MW级直驱型风力发电机组关键零部件分析的新方法。
2012, 31(11): 1831-1834,1840.
摘要:
针对动静压轴承用小孔节流和毛细节流结构受应用空间尺寸限制问题,提出了一种尺寸介于两种典型节流器之间以满足涡轮泵空间要求的非典型长小孔节流结构,并对该结构进行了试验建模。通过分析动静压轴承小孔节流和毛细节流两种节流结构及流量数学模型,提出了一种与典型小孔节流器相近的长小孔节流器;给出了一种不直接利用整个轴承而利用孔板的试验建模可行方案,测量了节流孔长径比在4～10、压差1.5 MPa～5.5 MPa时力水润滑介质节流器的流量,得到了长小孔节流器的试验模型。研究结果表明:非典型结构的节流器需要试验建模,给出的非典型节流器流动规律近似于典型小孔模型,其节流模型大致属于紊流模型。
针对动静压轴承用小孔节流和毛细节流结构受应用空间尺寸限制问题,提出了一种尺寸介于两种典型节流器之间以满足涡轮泵空间要求的非典型长小孔节流结构,并对该结构进行了试验建模。通过分析动静压轴承小孔节流和毛细节流两种节流结构及流量数学模型,提出了一种与典型小孔节流器相近的长小孔节流器;给出了一种不直接利用整个轴承而利用孔板的试验建模可行方案,测量了节流孔长径比在4～10、压差1.5 MPa～5.5 MPa时力水润滑介质节流器的流量,得到了长小孔节流器的试验模型。研究结果表明:非典型结构的节流器需要试验建模,给出的非典型节流器流动规律近似于典型小孔模型,其节流模型大致属于紊流模型。
2012, 31(11): 1835-1840.
摘要:
针对国产汽车高速行驶安全性的需求,提出了利用最优控制方法,针对高速下的紧急避让(双移线)和多次避让(蛇形线)工况,进行汽车操纵逆动力学的研究。对3自由度角输入汽车模型,高速下以汽车转向盘转角输入为控制变量,精确跟踪所期望的路径为控制目标,利用状态变量的转换,将该最优控制问题转变为非线性规划问题,运用序列二次规划(SQP)进行求解。结果表明:该方法能够使汽车在高速下很好地跟踪所期望的避让路径,比较不同汽车跟踪同一路径的操纵性能,为高速汽车操纵动力学优化设计提供了一定的参考和理论依据。
针对国产汽车高速行驶安全性的需求,提出了利用最优控制方法,针对高速下的紧急避让(双移线)和多次避让(蛇形线)工况,进行汽车操纵逆动力学的研究。对3自由度角输入汽车模型,高速下以汽车转向盘转角输入为控制变量,精确跟踪所期望的路径为控制目标,利用状态变量的转换,将该最优控制问题转变为非线性规划问题,运用序列二次规划(SQP)进行求解。结果表明:该方法能够使汽车在高速下很好地跟踪所期望的避让路径,比较不同汽车跟踪同一路径的操纵性能,为高速汽车操纵动力学优化设计提供了一定的参考和理论依据。
2012, 31(11): 1841-1844,1850.
摘要:
S管阀是一种广泛用于混凝土喷射机的关键部件,它的性能直接影响混凝土喷射机这类混凝土机械的使用性能。为减少混凝土在混凝土喷射机S管阀中的流动阻力和阻塞管道,利用量纲分析理论,建立了适用于计算液体力学Fluent软件的S管阀仿真数学模型,在给定条件下对所建立的模型进行了多次仿真,得到了S管阀各段长度的最佳比例关系,并确定S管阀最优的抛物线方程。
S管阀是一种广泛用于混凝土喷射机的关键部件,它的性能直接影响混凝土喷射机这类混凝土机械的使用性能。为减少混凝土在混凝土喷射机S管阀中的流动阻力和阻塞管道,利用量纲分析理论,建立了适用于计算液体力学Fluent软件的S管阀仿真数学模型,在给定条件下对所建立的模型进行了多次仿真,得到了S管阀各段长度的最佳比例关系,并确定S管阀最优的抛物线方程。
2012, 31(11): 1845-1850.
摘要:
对于处于恶劣振动环境中的工程结构,为了控制结构振动水平,需要准确地分析、预测结构的动力学特性,对结构进行动态设计。进行环境振动试验,需要试验夹具能够反映或模拟实际结构的动力学边界条件,是一个结构动力学边界设计问题。针对结构边界的动力学设计,开展在固有频率和振型要求下的结构边界动力学拓扑优化研究。数值算例采用的原型结构是一机翼刚架模型,通过对边界板进行拓扑优化,采用遗传算法来实现其优化过程。结果表明:基于结构的拓扑优化来模拟动力学边界条件是可行的。
对于处于恶劣振动环境中的工程结构,为了控制结构振动水平,需要准确地分析、预测结构的动力学特性,对结构进行动态设计。进行环境振动试验,需要试验夹具能够反映或模拟实际结构的动力学边界条件,是一个结构动力学边界设计问题。针对结构边界的动力学设计,开展在固有频率和振型要求下的结构边界动力学拓扑优化研究。数值算例采用的原型结构是一机翼刚架模型,通过对边界板进行拓扑优化,采用遗传算法来实现其优化过程。结果表明:基于结构的拓扑优化来模拟动力学边界条件是可行的。
2012, 31(11): 1851-1854,1859.
摘要:
推导出了压力机液压系统的传递函数,选定各液压元件,对控制系统传递函数进行了稳定性分析,设计出PID(比例、微分、积分)控制器。设计出了适合于伺服压力机液压系统的免疫粒子群控制方法,将该方法应用于PID控制,建立控制系统方框图,利用免疫算法的交叉、变异算子寻优出系统的新控制参数,采用新的寻优结果对系统进行优化仿真。仿真结果显示:通过免疫粒子群控制算法所获得的液压系统过渡时间比传统PID算法得到的过渡时间短,控制特性明显。
推导出了压力机液压系统的传递函数,选定各液压元件,对控制系统传递函数进行了稳定性分析,设计出PID(比例、微分、积分)控制器。设计出了适合于伺服压力机液压系统的免疫粒子群控制方法,将该方法应用于PID控制,建立控制系统方框图,利用免疫算法的交叉、变异算子寻优出系统的新控制参数,采用新的寻优结果对系统进行优化仿真。仿真结果显示:通过免疫粒子群控制算法所获得的液压系统过渡时间比传统PID算法得到的过渡时间短,控制特性明显。
2012, 31(11): 1855-1859.
摘要:
针对积分不变量不依赖网格拓扑结构的特性及体积积分不变量与平均曲率的内在联系,提出了一种基于平均曲率及体积积分不变量的散乱点云特征点提取方法。该算法采用4DShepard曲面估算点云曲率获得体积积分不变量,并基于体积积分不变量通过K-Means分类方法提取点云特征点。该算法只与点的个数和位置有关,实验结果表明,该算法不仅可以较快地提取特征点,而且表达点云边界特征点比较精确。
针对积分不变量不依赖网格拓扑结构的特性及体积积分不变量与平均曲率的内在联系,提出了一种基于平均曲率及体积积分不变量的散乱点云特征点提取方法。该算法采用4DShepard曲面估算点云曲率获得体积积分不变量,并基于体积积分不变量通过K-Means分类方法提取点云特征点。该算法只与点的个数和位置有关,实验结果表明,该算法不仅可以较快地提取特征点,而且表达点云边界特征点比较精确。
2012, 31(11): 1860-1863,1867.
摘要:
机床在多热源的综合作用下将产生热变形,破坏了刀具与工件的正确相互位置而造成加工误差。在机床各部件中,主轴箱直接与主轴配合,主轴箱的温升和变形将影响主轴温度的升高和刀具位置的改变。对机床主轴箱的主要热源(轴承、丝杠、导轨、电机)的发热量进行了分析计算,运用有限元方法建立了主轴箱的温度场,综合主轴箱在整机上装配的位置约束条件,获得其热变形。分析结果表明:机床主轴箱采用热对称结构,可以有效地避免外圆加工时的圆柱度误差,并通过试验对仿真结果进行了验证。
机床在多热源的综合作用下将产生热变形,破坏了刀具与工件的正确相互位置而造成加工误差。在机床各部件中,主轴箱直接与主轴配合,主轴箱的温升和变形将影响主轴温度的升高和刀具位置的改变。对机床主轴箱的主要热源(轴承、丝杠、导轨、电机)的发热量进行了分析计算,运用有限元方法建立了主轴箱的温度场,综合主轴箱在整机上装配的位置约束条件,获得其热变形。分析结果表明:机床主轴箱采用热对称结构,可以有效地避免外圆加工时的圆柱度误差,并通过试验对仿真结果进行了验证。
2012, 31(11): 1864-1867.
摘要:
针对单一形状特征对三维CAD模型描述能力不足的问题,提出了一种基于特征描述子推断能力进行多特征融合的三维CAD模型检索算法。首先,对三维模型使用不同的特征提取算法提取出相应的特征描述子;然后利用模型库中已有的模型分类信息对这些特征描述子的推断能力进行评估;根据评估结果,建立一个基于贝叶斯条件概率的特征融合框架进行特征融合;最后通过比较融合后所得到的模型多特征描述子,获得模型间的相似性评价,实现对模型的相似性检索。实验结果表明:本文算法对三维CAD模型的检索效果优于使用单一形状特征的检索算法和基于权值进行特征融合的检索算法。
针对单一形状特征对三维CAD模型描述能力不足的问题,提出了一种基于特征描述子推断能力进行多特征融合的三维CAD模型检索算法。首先,对三维模型使用不同的特征提取算法提取出相应的特征描述子;然后利用模型库中已有的模型分类信息对这些特征描述子的推断能力进行评估;根据评估结果,建立一个基于贝叶斯条件概率的特征融合框架进行特征融合;最后通过比较融合后所得到的模型多特征描述子,获得模型间的相似性评价,实现对模型的相似性检索。实验结果表明:本文算法对三维CAD模型的检索效果优于使用单一形状特征的检索算法和基于权值进行特征融合的检索算法。
2012, 31(11): 1868-1871,1875.
摘要:
水液压数字阀的阀芯工况恶劣,对材料的强度和耐磨性都有较高要求。针对水液压传动对数字阀元件的要求,从实用角度出发,采用氮化硅陶瓷材料制造阀芯,能够发挥其强度高、硬度大、耐磨性能好及不受腐蚀影响的优点,通过抗磨试验研究了氮化硅陶瓷阀芯的磨损情况,并通过Matlab/Simulink软件对装有陶瓷阀芯的水液压数字阀的动态性能及输入输出特性进行仿真分析。研究结果表明:用氮化硅陶瓷制造的水液压数字阀的阀芯耐磨性好、磨损率低;装有陶瓷阀芯的水液压数字阀具有良好的动态特性及输入输出特性。
水液压数字阀的阀芯工况恶劣,对材料的强度和耐磨性都有较高要求。针对水液压传动对数字阀元件的要求,从实用角度出发,采用氮化硅陶瓷材料制造阀芯,能够发挥其强度高、硬度大、耐磨性能好及不受腐蚀影响的优点,通过抗磨试验研究了氮化硅陶瓷阀芯的磨损情况,并通过Matlab/Simulink软件对装有陶瓷阀芯的水液压数字阀的动态性能及输入输出特性进行仿真分析。研究结果表明:用氮化硅陶瓷制造的水液压数字阀的阀芯耐磨性好、磨损率低;装有陶瓷阀芯的水液压数字阀具有良好的动态特性及输入输出特性。
2012, 31(11): 1872-1875.
摘要:
分析了变胞机构在变胞过程中构件数目减少的情况,将其分为构件脱离机构以及构件合并的两种情形。讨论了构件数目减少但构件间邻接关系未转移的情况,并给出了相应情况下的邻接矩阵描述方法。通过实例验证,使用提出的邻接矩阵对构件脱离机构情况的分析是正确的。
分析了变胞机构在变胞过程中构件数目减少的情况,将其分为构件脱离机构以及构件合并的两种情形。讨论了构件数目减少但构件间邻接关系未转移的情况,并给出了相应情况下的邻接矩阵描述方法。通过实例验证,使用提出的邻接矩阵对构件脱离机构情况的分析是正确的。
2012, 31(11): 1876-1879,1884.
摘要:
方案设计是产品设计过程中的关键阶段,为了有效地重用已有设计中蕴含的设计知识和设计经验,提出了可拓关联规则挖掘与重用的方法。引入了可拓学理论,通过基元对设计知识进行了形式化的描述,基于基元的蕴含性建立了产品设计过程的基元蕴含模型,提出了一种改进的FP-growth关联规则挖掘算法,对产品实例库进行了可拓关联规则挖掘,建立了基于可拓关联规则推理的知识重用模型。最后以某水轮机的选型方案设计为例验证了该方法的可行性和有效性。
方案设计是产品设计过程中的关键阶段,为了有效地重用已有设计中蕴含的设计知识和设计经验,提出了可拓关联规则挖掘与重用的方法。引入了可拓学理论,通过基元对设计知识进行了形式化的描述,基于基元的蕴含性建立了产品设计过程的基元蕴含模型,提出了一种改进的FP-growth关联规则挖掘算法,对产品实例库进行了可拓关联规则挖掘,建立了基于可拓关联规则推理的知识重用模型。最后以某水轮机的选型方案设计为例验证了该方法的可行性和有效性。
2012, 31(11): 1880-1884.
摘要:
射流管式伺服阀具有可靠性高、抗污染能力强的优势。以某射流管式伺服阀为研究对象,研究了阀体、马达壳体和马达螺钉组件的静强度。由于射流管式伺服阀的结构较复杂,使得强度试验中油压的加载位置难以精确控制,因此,采用CAD软件CATIA建立了阀组件的几何模型,然后利用Abaqus平台得到了不同工况下的静强度分析结果。分析了模型中各部件的应力和位移分布在不同的油压载荷下的变化规律。
射流管式伺服阀具有可靠性高、抗污染能力强的优势。以某射流管式伺服阀为研究对象,研究了阀体、马达壳体和马达螺钉组件的静强度。由于射流管式伺服阀的结构较复杂,使得强度试验中油压的加载位置难以精确控制,因此,采用CAD软件CATIA建立了阀组件的几何模型,然后利用Abaqus平台得到了不同工况下的静强度分析结果。分析了模型中各部件的应力和位移分布在不同的油压载荷下的变化规律。
2012, 31(11): 1885-1887,1892.
摘要:
目前,推移最优路径问题的讨论范围已经逐渐从静态图形转移到动态图形之上,而到现在为止能够有效的应用于动态最优路径的算法却非常少。本文中提出了一种高效的用于动态最优路径的算法—IAPLA算法,通过使用线性强化学习方案和新的更新算法,有效地减少了动态全局最优路径中不必要的更新操作,从而提高算法的收敛速度。该算法还利用阈值的思想,提出了一种可以控制最优路径精确程度的方法。实验结果表明:该算法在图形多次变化的环境下能大幅提高运算效率。
目前,推移最优路径问题的讨论范围已经逐渐从静态图形转移到动态图形之上,而到现在为止能够有效的应用于动态最优路径的算法却非常少。本文中提出了一种高效的用于动态最优路径的算法—IAPLA算法,通过使用线性强化学习方案和新的更新算法,有效地减少了动态全局最优路径中不必要的更新操作,从而提高算法的收敛速度。该算法还利用阈值的思想,提出了一种可以控制最优路径精确程度的方法。实验结果表明:该算法在图形多次变化的环境下能大幅提高运算效率。
2012, 31(11): 1887-1892.
摘要:
摄像机标定是机器人视觉应用中的重要问题。针对摄像机固定的机器人视觉系统,提出一种摄像机外参数的自标定方法。该方法的基本思想是控制机器人末端沿基坐标系的3个坐标轴做3次平移运动,利用摄像机获取的图像信息,依据摄像机和机器人末端相对于基坐标系之间的位姿关系来计算摄像机的外参数。进一步,考虑测量噪声和计算噪声的影响,采用一种坐标轴正交归一化的方法对标定坐标系的方位进行修正。实验结果表明:该算法具有较好的精度和鲁棒性,可用于在线标定。
摄像机标定是机器人视觉应用中的重要问题。针对摄像机固定的机器人视觉系统,提出一种摄像机外参数的自标定方法。该方法的基本思想是控制机器人末端沿基坐标系的3个坐标轴做3次平移运动,利用摄像机获取的图像信息,依据摄像机和机器人末端相对于基坐标系之间的位姿关系来计算摄像机的外参数。进一步,考虑测量噪声和计算噪声的影响,采用一种坐标轴正交归一化的方法对标定坐标系的方位进行修正。实验结果表明:该算法具有较好的精度和鲁棒性,可用于在线标定。
