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2013年 32卷 第10期
2013, 32(10): 1406-1411.
摘要
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摘要:
液体火箭推进流体系统动特性分析是POGO振动研究主要内容之一,为深入细致开展POGO振动研究,在液路全参数下研究液体火箭推进流体系统固有频率以及传递函数已成为必要。本文采用LRC等效电路分析法,将流体系统的各元件等效成电感L、电阻R、电容C元件,并组成电路,对液体火箭推进流体系统数学模型进行了完善,并利用网络函数法,推导出液体火箭推进流体系统传递函数表达式,进而可以对流体系统固有频率进行精确求解。最后从统计学的角度,运用相关系数方法研究了液路参数对系统固有频率的影响,确定了对液体火箭推进流体系统固有频率影响较大的主要液路参数。
液体火箭推进流体系统动特性分析是POGO振动研究主要内容之一,为深入细致开展POGO振动研究,在液路全参数下研究液体火箭推进流体系统固有频率以及传递函数已成为必要。本文采用LRC等效电路分析法,将流体系统的各元件等效成电感L、电阻R、电容C元件,并组成电路,对液体火箭推进流体系统数学模型进行了完善,并利用网络函数法,推导出液体火箭推进流体系统传递函数表达式,进而可以对流体系统固有频率进行精确求解。最后从统计学的角度,运用相关系数方法研究了液路参数对系统固有频率的影响,确定了对液体火箭推进流体系统固有频率影响较大的主要液路参数。
2013, 32(10): 1412-1416.
摘要:
水压电磁溢流阀是高精度控制和深海远程控制的关键元件之一,本文在充分考虑海水介质理化特性分析的前提下给出了先导式纯水液压电磁溢流阀的结构,针对纯水液压溢流阀的关键技术(气蚀问题、密封与润滑、腐蚀、)提出设计要点及解决方案,并根据介质水的物理性质及摩擦磨损试验初步选取溢流阀关键部位的所需材料。在油压溢流阀试验系统的基础上设计出水压溢流阀的试验系统,然后对水压电磁溢流阀进行静、动态性能试验分析。本文设计的溢流阀具有压力超调量小,动态响应较好等特点,其调压范围是0.5 MPa~9 MPa。
水压电磁溢流阀是高精度控制和深海远程控制的关键元件之一,本文在充分考虑海水介质理化特性分析的前提下给出了先导式纯水液压电磁溢流阀的结构,针对纯水液压溢流阀的关键技术(气蚀问题、密封与润滑、腐蚀、)提出设计要点及解决方案,并根据介质水的物理性质及摩擦磨损试验初步选取溢流阀关键部位的所需材料。在油压溢流阀试验系统的基础上设计出水压溢流阀的试验系统,然后对水压电磁溢流阀进行静、动态性能试验分析。本文设计的溢流阀具有压力超调量小,动态响应较好等特点,其调压范围是0.5 MPa~9 MPa。
2013, 32(10): 1417-1421.
摘要:
航空齿轮轮体振动是航空齿轮结构失效的一个重要原因,利用附加阻尼碗提供外摩擦抑制轮体振动是一项有意义的尝试。利用等效线性化方法,将干摩擦作用转化为对系统特性参数的修正,通过在接触面间添加等效弹簧单元和等效阻尼单元建立附加阻尼碗组合结构等效分析模型;利用APDL编程实现动载荷在弧齿锥齿轮节锥上循环加载,应用ANSYS软件求解了组合结构等效模型的动态响应,得到了阻尼碗对结构动态响应的影响。
航空齿轮轮体振动是航空齿轮结构失效的一个重要原因,利用附加阻尼碗提供外摩擦抑制轮体振动是一项有意义的尝试。利用等效线性化方法,将干摩擦作用转化为对系统特性参数的修正,通过在接触面间添加等效弹簧单元和等效阻尼单元建立附加阻尼碗组合结构等效分析模型;利用APDL编程实现动载荷在弧齿锥齿轮节锥上循环加载,应用ANSYS软件求解了组合结构等效模型的动态响应,得到了阻尼碗对结构动态响应的影响。
2013, 32(10): 1422-1427.
摘要:
为解决三维空间中圆度误差的精确评定问题,针对三坐标测量机检测圆度误差时因存在测量误差而使各实际测点不是精确地位于同一理想截平面上的特点,根据计算几何学和误差理论,提出了基于空间测点集算术平均中心点的最小二乘平面拟合方法,推导了其数学模型;并对国家标准中圆度误差评定的最小外接圆法、最大内接圆法和最小区域圆法进行了三维扩展;还对前两种方法作了改进,建立了此3种方法的数学模型和算法流程。最后的数字实验表明:以上3种算法是有效的。
为解决三维空间中圆度误差的精确评定问题,针对三坐标测量机检测圆度误差时因存在测量误差而使各实际测点不是精确地位于同一理想截平面上的特点,根据计算几何学和误差理论,提出了基于空间测点集算术平均中心点的最小二乘平面拟合方法,推导了其数学模型;并对国家标准中圆度误差评定的最小外接圆法、最大内接圆法和最小区域圆法进行了三维扩展;还对前两种方法作了改进,建立了此3种方法的数学模型和算法流程。最后的数字实验表明:以上3种算法是有效的。
2013, 32(10): 1428-1432.
摘要:
高端装备高性能关键零件以性能要求为主,具有性能与几何参数一体化的加工要求。由于其形面复杂、材料难加工特征,零件材料变形抗力大,组织性能对热加工时间、温度、强度等参数极为敏感,因此,在实现高性能零件成形同时,其性能受材料、热处理、几何形状等多因素作用,零件组织性能难以保证,生产中废品率高。提出了建立高性能零件质量信息集成的全生命周期信息模型,从分散的质量信息处理转向面向制造过程的质量信息集成管理,研究质量数据与质量检验标准的映射、集成,通过质量检测数据的实时采集、管理、分析与评判,实现成形过程中成性质量管理与控制。
高端装备高性能关键零件以性能要求为主,具有性能与几何参数一体化的加工要求。由于其形面复杂、材料难加工特征,零件材料变形抗力大,组织性能对热加工时间、温度、强度等参数极为敏感,因此,在实现高性能零件成形同时,其性能受材料、热处理、几何形状等多因素作用,零件组织性能难以保证,生产中废品率高。提出了建立高性能零件质量信息集成的全生命周期信息模型,从分散的质量信息处理转向面向制造过程的质量信息集成管理,研究质量数据与质量检验标准的映射、集成,通过质量检测数据的实时采集、管理、分析与评判,实现成形过程中成性质量管理与控制。
2013, 32(10): 1433-1436.
摘要:
为了实现对具有声学对称特性的消声器传声损失的快速测量,结合其声传递矩阵内部各元素之间的数学关系,提出了一种能够消除消声器下游透射反射波对上游声场耦合的四传声器单载传声损失测量的新方法。以赫姆霍兹共振式消声器为例,基于边界元法对其传声损失进行虚拟测量,虚拟实验结果与理论结果吻合良好,验证了其正确性。该方法通过一次测量即可获得传声损失,具有测量设备简单、速度快、精度高、更易于使用等诸多优点。
为了实现对具有声学对称特性的消声器传声损失的快速测量,结合其声传递矩阵内部各元素之间的数学关系,提出了一种能够消除消声器下游透射反射波对上游声场耦合的四传声器单载传声损失测量的新方法。以赫姆霍兹共振式消声器为例,基于边界元法对其传声损失进行虚拟测量,虚拟实验结果与理论结果吻合良好,验证了其正确性。该方法通过一次测量即可获得传声损失,具有测量设备简单、速度快、精度高、更易于使用等诸多优点。
2013, 32(10): 1437-1440.
摘要:
研究了在振动环境下,基于计算机视觉技术实现显示设备显示性能客观分析的方法。给出了系统的硬件组成与软件原型的总体结构,说明了硬件系统设计和设备选型的方法;阐述了视频运动补偿、图像中线检测与定位等关键技术的实现方法。软件模型由C++编程实现,实验结果表明该系统能够采集清晰的图像,能够实现亚像素级的目标图像检测分析,并输出检测结果。
研究了在振动环境下,基于计算机视觉技术实现显示设备显示性能客观分析的方法。给出了系统的硬件组成与软件原型的总体结构,说明了硬件系统设计和设备选型的方法;阐述了视频运动补偿、图像中线检测与定位等关键技术的实现方法。软件模型由C++编程实现,实验结果表明该系统能够采集清晰的图像,能够实现亚像素级的目标图像检测分析,并输出检测结果。
2013, 32(10): 1441-1445.
摘要:
数控机床进给系统位置精度影响因素的多层次、多因素,且定性与定量同时存在的特点,为了提高其传动系统的精度可靠性,运用五标度的模糊层次分析法对多种影响因素进行了综合考虑。根据影响程度大小为每种因素分配相应的权重,同时使用模糊评判矩阵表达不确定信息,综合专家经验和实验信息,建立了层次分析结构模型。以某重型数控车床为例,进行了纵向进给系统可靠性分配。
数控机床进给系统位置精度影响因素的多层次、多因素,且定性与定量同时存在的特点,为了提高其传动系统的精度可靠性,运用五标度的模糊层次分析法对多种影响因素进行了综合考虑。根据影响程度大小为每种因素分配相应的权重,同时使用模糊评判矩阵表达不确定信息,综合专家经验和实验信息,建立了层次分析结构模型。以某重型数控车床为例,进行了纵向进给系统可靠性分配。
2013, 32(10): 1446-1450.
摘要:
本文发现了脉动风速方差模拟值与设定值存在着误差,分析了引起误差的原因。得到了在不同的湍流尺度与风速比值L/U的情况下,截止频率和初始频率对模拟风速方差的影响,给出了截止频率和初始频率的推荐值,并对Kaimal谱进行了修正。运用修正后的Kaimal谱及平稳随机过程方法,得到了模拟脉动风速时程数据。实例数据表明:模拟脉动风速数据的标准差符合工程应用要求,模拟功率谱与目标风谱吻合得很好。
本文发现了脉动风速方差模拟值与设定值存在着误差,分析了引起误差的原因。得到了在不同的湍流尺度与风速比值L/U的情况下,截止频率和初始频率对模拟风速方差的影响,给出了截止频率和初始频率的推荐值,并对Kaimal谱进行了修正。运用修正后的Kaimal谱及平稳随机过程方法,得到了模拟脉动风速时程数据。实例数据表明:模拟脉动风速数据的标准差符合工程应用要求,模拟功率谱与目标风谱吻合得很好。
2013, 32(10): 1451-1455.
摘要:
硬脆材料加工过程中极易产生崩边断裂现象,会严重影响硬脆材料零件的质量,甚至会导致零件报废。通常采用调整加工参数减小切削力的方法来控制,但控制效果并不十分理想,反而会降低加工效率。本文通过对诱导崩边断裂机理的深入研究,构建出了对其影响因素的三层次分析模型,并提出了相应的控制方法。通过K9玻璃零件的加工验证了分析模型的合理性及控制方法的有效性。重点分析了硬脆材料钻孔过程中发生崩边断裂的形成机理,采用增加辅助支撑的方法来优化加工过程中工件的应力分布,探讨了增加辅助支撑需要注意的一些基本原则。最后,把此基本思想扩展到硬脆性材料复杂零件的加工中,取得了较好的效果。
硬脆材料加工过程中极易产生崩边断裂现象,会严重影响硬脆材料零件的质量,甚至会导致零件报废。通常采用调整加工参数减小切削力的方法来控制,但控制效果并不十分理想,反而会降低加工效率。本文通过对诱导崩边断裂机理的深入研究,构建出了对其影响因素的三层次分析模型,并提出了相应的控制方法。通过K9玻璃零件的加工验证了分析模型的合理性及控制方法的有效性。重点分析了硬脆材料钻孔过程中发生崩边断裂的形成机理,采用增加辅助支撑的方法来优化加工过程中工件的应力分布,探讨了增加辅助支撑需要注意的一些基本原则。最后,把此基本思想扩展到硬脆性材料复杂零件的加工中,取得了较好的效果。
2013, 32(10): 1456-1460.
摘要:
飞轮转子是飞轮储能系统(FESS)中的重要部件。飞轮转子的材料、几何形状和制造工艺等关键因素都会对FESS的性能产生直接的影响。采用三维有限元方法,分析了金属轮毂与纤维缠绕成型的复合材料轮缘结构的飞轮转子,在16 000 r/min的转速下,转子材料、轮毂与轮缘的安装方式以及缠绕角对金属轮毂Von Mises等效应力分布和复合材料轮缘径向应力分布的影响。根据分析结果,确定了复合材料飞轮转子的制造工艺:T800H碳纤维复合材料轮缘在7050铝合金轮毂上直接缠绕成型,飞轮转子能够正常工作。
飞轮转子是飞轮储能系统(FESS)中的重要部件。飞轮转子的材料、几何形状和制造工艺等关键因素都会对FESS的性能产生直接的影响。采用三维有限元方法,分析了金属轮毂与纤维缠绕成型的复合材料轮缘结构的飞轮转子,在16 000 r/min的转速下,转子材料、轮毂与轮缘的安装方式以及缠绕角对金属轮毂Von Mises等效应力分布和复合材料轮缘径向应力分布的影响。根据分析结果,确定了复合材料飞轮转子的制造工艺:T800H碳纤维复合材料轮缘在7050铝合金轮毂上直接缠绕成型,飞轮转子能够正常工作。
2013, 32(10): 1461-1465.
摘要:
针对某型外圆磨床的床身结构,根据有限元分析的结构分析结果改进其结构缺陷,采取降低导轨过渡壁高度、设计独立液压箱、改变支承位置等措施,在提高床身刚度的同时减轻了床身质量。对于改进后的床身结构,以多工况下加权应变能之和最小为目标进行拓扑优化设计,得到床身内部加强筋板的最佳分布形式,再以试验设计(DOE)作为灵敏度分析的方法筛选出对床身质量和应变能影响关键的尺寸变量,构建以床身质量最小为目标的尺寸优化数学模型,以序列二次规划算法(SQP)完成最终的尺寸优化。优化结果显示,优化后新床身的刚度较原床身提高了2.49倍,质量减少22.14%,实现了高刚度、轻质量的床身优化设计。
针对某型外圆磨床的床身结构,根据有限元分析的结构分析结果改进其结构缺陷,采取降低导轨过渡壁高度、设计独立液压箱、改变支承位置等措施,在提高床身刚度的同时减轻了床身质量。对于改进后的床身结构,以多工况下加权应变能之和最小为目标进行拓扑优化设计,得到床身内部加强筋板的最佳分布形式,再以试验设计(DOE)作为灵敏度分析的方法筛选出对床身质量和应变能影响关键的尺寸变量,构建以床身质量最小为目标的尺寸优化数学模型,以序列二次规划算法(SQP)完成最终的尺寸优化。优化结果显示,优化后新床身的刚度较原床身提高了2.49倍,质量减少22.14%,实现了高刚度、轻质量的床身优化设计。
2013, 32(10): 1466-1470.
摘要:
利用小波多尺度特性提取图像边缘是目前研究热点之一。铁谱图像磨粒边缘作为铁谱图像中最基本的特征,为铁谱图像特征提取提供了非常有价值的重要特征参数,在基于铁谱分析的机器故障诊断技术中有着重要的地位。将第二代提升小波算法应用于铁谱图像边缘检测:首先将彩色铁谱图像分解为R、G、B单通道图像,对三通道图像分别进行预处理,并利用直方图处理和图像深度转换实现磨粒和背景的分离;然后对各个通道图像进行D4提升小波变换,在小波域中,通过阈值判断提取高频子图中的边缘像素;最后通过或运算将各个通道的边缘进行融合得到最终的磨粒边缘图像。本文结果与Sobel算子和Canny算子的结果进行比较表明:本文中算法能有效的抑制噪声,较好地再现铁谱图像的磨粒边缘信息,是一种有效的铁谱图像边缘检测算法。
利用小波多尺度特性提取图像边缘是目前研究热点之一。铁谱图像磨粒边缘作为铁谱图像中最基本的特征,为铁谱图像特征提取提供了非常有价值的重要特征参数,在基于铁谱分析的机器故障诊断技术中有着重要的地位。将第二代提升小波算法应用于铁谱图像边缘检测:首先将彩色铁谱图像分解为R、G、B单通道图像,对三通道图像分别进行预处理,并利用直方图处理和图像深度转换实现磨粒和背景的分离;然后对各个通道图像进行D4提升小波变换,在小波域中,通过阈值判断提取高频子图中的边缘像素;最后通过或运算将各个通道的边缘进行融合得到最终的磨粒边缘图像。本文结果与Sobel算子和Canny算子的结果进行比较表明:本文中算法能有效的抑制噪声,较好地再现铁谱图像的磨粒边缘信息,是一种有效的铁谱图像边缘检测算法。
2013, 32(10): 1471-1475.
摘要:
分析主动转向系统(active front steering system,AFS)传动机构的工作原理,建立AFS传动机构的数学模型,根据汽车二自由度模型确定汽车的系统稳态横摆角速度增益曲线,选取合适的系统横摆角速度增益值设计转向传动比曲线以及转向轴叠加角曲面,建立装备AFS整车的联合仿真模型,依据转向轴叠加角曲面控制转角电机实现转向系统的主动转向。仿真结果表明:AFS传动比曲线设计方法合理有效。
分析主动转向系统(active front steering system,AFS)传动机构的工作原理,建立AFS传动机构的数学模型,根据汽车二自由度模型确定汽车的系统稳态横摆角速度增益曲线,选取合适的系统横摆角速度增益值设计转向传动比曲线以及转向轴叠加角曲面,建立装备AFS整车的联合仿真模型,依据转向轴叠加角曲面控制转角电机实现转向系统的主动转向。仿真结果表明:AFS传动比曲线设计方法合理有效。
2013, 32(10): 1476-1480.
摘要:
针对隐式极限状态方程结构的混合可靠性分析,引入支持向量机回归理论,获得高精度的近似极限状态方程,结合概率-非概率混合可靠性模型和改进一次二阶矩法,提出了一种基于支持向量机回归的结构混合可靠性分析方法。最后通过对悬臂梁和平面桁架结构的混合可靠性分析验证了该方法的可行性和正确性。算例结果表明:当结构中同时含有概率参数和非概率参数时,该方法的计算结果最接近蒙特卡洛法的结果,计算精度高。
针对隐式极限状态方程结构的混合可靠性分析,引入支持向量机回归理论,获得高精度的近似极限状态方程,结合概率-非概率混合可靠性模型和改进一次二阶矩法,提出了一种基于支持向量机回归的结构混合可靠性分析方法。最后通过对悬臂梁和平面桁架结构的混合可靠性分析验证了该方法的可行性和正确性。算例结果表明:当结构中同时含有概率参数和非概率参数时,该方法的计算结果最接近蒙特卡洛法的结果,计算精度高。
2013, 32(10): 1481-1483.
摘要:
拓扑优化可以大大改善结构的性能或减轻结构的重量。按照渐进结构优化(Evolutionary Structural Optimization,ESO)思想,以应力为约束,提出了基于选择逻辑去除单元的ESO模型。基于ANSYS软件工作平台,阐述了优化软件实现的过程,用APDL命令编制了结构优化程序。用二维结构经典算例验证了方法的可行性,用三维结构优化算例验证了方法的通用性。
拓扑优化可以大大改善结构的性能或减轻结构的重量。按照渐进结构优化(Evolutionary Structural Optimization,ESO)思想,以应力为约束,提出了基于选择逻辑去除单元的ESO模型。基于ANSYS软件工作平台,阐述了优化软件实现的过程,用APDL命令编制了结构优化程序。用二维结构经典算例验证了方法的可行性,用三维结构优化算例验证了方法的通用性。
2013, 32(10): 1484-1487.
摘要:
为利用起落架位置参数计算收放机构运动副间隙,基于连续接触模型,建立了含收放机构运动副间隙的起落架位置计算模型。针对计算模型中,理想状态下的起落架位置参数未知而无法求解的问题,提出了以理想状态下的起落架位置参数为优化变量,以收放机构运动副间隙的两组计算值之差最小为优化目标建立多目标优化数学模型,求出其最优解并作为已知条件,计算收放机构运动副间隙的方法。计算实例表明,起落架收放机构运动副间隙计算方法可行有效。
为利用起落架位置参数计算收放机构运动副间隙,基于连续接触模型,建立了含收放机构运动副间隙的起落架位置计算模型。针对计算模型中,理想状态下的起落架位置参数未知而无法求解的问题,提出了以理想状态下的起落架位置参数为优化变量,以收放机构运动副间隙的两组计算值之差最小为优化目标建立多目标优化数学模型,求出其最优解并作为已知条件,计算收放机构运动副间隙的方法。计算实例表明,起落架收放机构运动副间隙计算方法可行有效。
2013, 32(10): 1488-1491.
摘要:
对导航中存在碰撞危险和影响导航性能的情况进行分析,并提出解决办法。针对线速度控制受限仅能以低速行驶的问题,利用几何描述法分析航向角和线速度之间约束关系,揭示线速度受限的原因,提出航向角跟随控制。行为动力学方法在增加了航向角跟随控制后,可以克服线速度控制受限的问题,保证在提高线速度的情况下机器人仍能安全导航。
对导航中存在碰撞危险和影响导航性能的情况进行分析,并提出解决办法。针对线速度控制受限仅能以低速行驶的问题,利用几何描述法分析航向角和线速度之间约束关系,揭示线速度受限的原因,提出航向角跟随控制。行为动力学方法在增加了航向角跟随控制后,可以克服线速度控制受限的问题,保证在提高线速度的情况下机器人仍能安全导航。
2013, 32(10): 1492-1498.
摘要:
在风力发电机组的结构动力学设计中,整机自振频率和振型是重要的设计参数。作者根据风力发电机组结构特点将其简化为带扭转变形的无质量梁单元和集中质量惯量单元的有序组合,并根据单元受力特点建立了梁单元和集中质量惯量单元的传递矩阵。以叶尖为输入,塔架底部为输出,根据多体系统传递矩阵模型构建原理,建立了风力发电机组整机传递矩阵模型,并使用该模型对NREL 5MW风力发电机组模型进行了模态分析。结果表明:传递矩阵法所得分析结果准确可靠,相对于有限元法,传递矩阵还具有建模灵活、计算效率高、无需建立系统总体运动方程等优点,非常适合风力发电机组的设计和优化。
在风力发电机组的结构动力学设计中,整机自振频率和振型是重要的设计参数。作者根据风力发电机组结构特点将其简化为带扭转变形的无质量梁单元和集中质量惯量单元的有序组合,并根据单元受力特点建立了梁单元和集中质量惯量单元的传递矩阵。以叶尖为输入,塔架底部为输出,根据多体系统传递矩阵模型构建原理,建立了风力发电机组整机传递矩阵模型,并使用该模型对NREL 5MW风力发电机组模型进行了模态分析。结果表明:传递矩阵法所得分析结果准确可靠,相对于有限元法,传递矩阵还具有建模灵活、计算效率高、无需建立系统总体运动方程等优点,非常适合风力发电机组的设计和优化。
2013, 32(10): 1499-1504.
摘要:
针对高速列车轴承性能退化过程缓慢、退化轨迹较为平稳的特点,本文采用随机性能退化过程建模,将Wiener过程的未知参数看作随机变量,根据轴承相对温度性能退化幅度的大小以及工程经验确定出合理的退化轨迹模型,最终得出轴承寿命的可靠度函数。通过对某型号轴承试验数据的实例分析,表明文中的方法能够在极小样本无失效数据情况下充分利用性能退化数据,完成产品寿命的可靠性评估。
针对高速列车轴承性能退化过程缓慢、退化轨迹较为平稳的特点,本文采用随机性能退化过程建模,将Wiener过程的未知参数看作随机变量,根据轴承相对温度性能退化幅度的大小以及工程经验确定出合理的退化轨迹模型,最终得出轴承寿命的可靠度函数。通过对某型号轴承试验数据的实例分析,表明文中的方法能够在极小样本无失效数据情况下充分利用性能退化数据,完成产品寿命的可靠性评估。
2013, 32(10): 1505-1508.
摘要:
由于剑杆织机在高速运转时不可避免的产生柔性,只考虑曲柄的柔性,通过改变曲柄的材料,在ANSYS中生成相应曲柄的中性文件,采用ANSYS-ADAMS联合仿真的方法,把中性文件导入ADAMS中分别进行仿真。在仿真得到不同曲柄材料下剑带的运动特性曲线后,通过分析比较,发现改变曲柄材料对剑带运动特性曲线的影响。仿真结果表明:在考虑构件柔性的情况下,合理选择曲柄的材料,可以大大的减少柔性件对空间四杆引纬机构的影响,从而提高织物的质量。
由于剑杆织机在高速运转时不可避免的产生柔性,只考虑曲柄的柔性,通过改变曲柄的材料,在ANSYS中生成相应曲柄的中性文件,采用ANSYS-ADAMS联合仿真的方法,把中性文件导入ADAMS中分别进行仿真。在仿真得到不同曲柄材料下剑带的运动特性曲线后,通过分析比较,发现改变曲柄材料对剑带运动特性曲线的影响。仿真结果表明:在考虑构件柔性的情况下,合理选择曲柄的材料,可以大大的减少柔性件对空间四杆引纬机构的影响,从而提高织物的质量。
2013, 32(10): 1509-1513.
摘要:
在转盘式磨损试验装置上进行了环境压力对冲蚀和空蚀交互磨损影响的试验,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,模拟水轮机工况,数值研究了试件表面汽液固三相流场及特性,以及环境压力对交互磨损的影响。结果表明:在4种环境压力参数下,交互磨损失重量随着环境压力的增大呈线性递减,即环境压力越大交互磨损程度越轻微;数值计算的转盘表面总压等值线、汽相体积比等值线两者的叠加区域与试验结果中试件的交互磨损表面形貌基本一致,即数值计算结果和试验结果吻合得较好。
在转盘式磨损试验装置上进行了环境压力对冲蚀和空蚀交互磨损影响的试验,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,模拟水轮机工况,数值研究了试件表面汽液固三相流场及特性,以及环境压力对交互磨损的影响。结果表明:在4种环境压力参数下,交互磨损失重量随着环境压力的增大呈线性递减,即环境压力越大交互磨损程度越轻微;数值计算的转盘表面总压等值线、汽相体积比等值线两者的叠加区域与试验结果中试件的交互磨损表面形貌基本一致,即数值计算结果和试验结果吻合得较好。
2013, 32(10): 1514-1517.
摘要:
管道清灰机器人变径机构尺度影响机构的运动性能及驱动性能,变径机构尺度优化可有效解决尺寸综合问题。提出了变径机构多目标尺度综合,以变径机构关键零件受力和驱动件运动范围为优化目标建立优化模型,基于快速含有精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解多目标优化Pareto最优解。计算结果表明:多目标优化后的变径机构在力学性能和运动范围上优于经验设计,不需重复计算可根据设计要求和工程经验权衡选取满足不同要求的优化结果。
管道清灰机器人变径机构尺度影响机构的运动性能及驱动性能,变径机构尺度优化可有效解决尺寸综合问题。提出了变径机构多目标尺度综合,以变径机构关键零件受力和驱动件运动范围为优化目标建立优化模型,基于快速含有精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解多目标优化Pareto最优解。计算结果表明:多目标优化后的变径机构在力学性能和运动范围上优于经验设计,不需重复计算可根据设计要求和工程经验权衡选取满足不同要求的优化结果。
2013, 32(10): 1518-1523.
摘要:
对于平台的六自由度微隔振,采用橡胶和压电材料复合的作动器作为平台隔振的动力元件,橡胶被动隔离高频外扰,压电堆主动隔离低频扰动。针对现有压电微隔振平台的鲁棒控制器很少综合考虑外扰存在不确定性和作动器输出存在摄动这两种情况,从而导致隔振的仿真效果与实际试验差距较大的现实。基于Riccati不等式,采用鲁棒控制器的状态反馈控制方法,将两种摄动归结为模型中各参数的摄动,基于此,设计了一种新的鲁棒控制器算法,用于低频外扰振动的隔离。仿真和试验结果表明:利用设计的控制器,仿真的振幅降低了97.4%,实际平台扰动的振幅降低了93.9%,优于一般鲁棒控制器。
对于平台的六自由度微隔振,采用橡胶和压电材料复合的作动器作为平台隔振的动力元件,橡胶被动隔离高频外扰,压电堆主动隔离低频扰动。针对现有压电微隔振平台的鲁棒控制器很少综合考虑外扰存在不确定性和作动器输出存在摄动这两种情况,从而导致隔振的仿真效果与实际试验差距较大的现实。基于Riccati不等式,采用鲁棒控制器的状态反馈控制方法,将两种摄动归结为模型中各参数的摄动,基于此,设计了一种新的鲁棒控制器算法,用于低频外扰振动的隔离。仿真和试验结果表明:利用设计的控制器,仿真的振幅降低了97.4%,实际平台扰动的振幅降低了93.9%,优于一般鲁棒控制器。
2013, 32(10): 1524-1527.
摘要:
为研究动态电磁关系对随机变刚度电磁支撑装置支撑特性的影响,建立了电磁支撑装置支撑特性的数学模型,采用类比推理方法分析了动态附加支撑刚度和阻尼参数对电磁支撑刚度特性的影响,得到了随机电流与偏置电流合理匹配关系和随机电流变化频率的合理取值范围。数值仿真计算表明只要电磁支撑装置的工作参数取值合理,完全可以忽略附加支撑刚度和阻尼参数对电磁支撑刚度特性的影响,满足支撑刚度参数随机变化特征的要求。
为研究动态电磁关系对随机变刚度电磁支撑装置支撑特性的影响,建立了电磁支撑装置支撑特性的数学模型,采用类比推理方法分析了动态附加支撑刚度和阻尼参数对电磁支撑刚度特性的影响,得到了随机电流与偏置电流合理匹配关系和随机电流变化频率的合理取值范围。数值仿真计算表明只要电磁支撑装置的工作参数取值合理,完全可以忽略附加支撑刚度和阻尼参数对电磁支撑刚度特性的影响,满足支撑刚度参数随机变化特征的要求。
2013, 32(10): 1528-1531.
摘要:
制动踏板运动信号是驾驶员表达制动需求的唯一方式,再生制动与液压制动联合制动系统中,存在机械制动与电制动之间的过渡产生的波动,反映到制动踏板上造成不良的制动踏板感觉。本文以传统纯液压制动踏板特性为目标,采用轨迹跟踪的控制策略,建立再生制动集成系统制动踏板控制模型,并进行了仿真试验。结果表明:采用这种踏板感觉模拟控制模型,可以实现设定目标车辆制动踏板感觉,并且在再生制动集成系统中可以通过对制动踏板运动状态进行解析制动需求及制动过程中踏板感觉需求。
制动踏板运动信号是驾驶员表达制动需求的唯一方式,再生制动与液压制动联合制动系统中,存在机械制动与电制动之间的过渡产生的波动,反映到制动踏板上造成不良的制动踏板感觉。本文以传统纯液压制动踏板特性为目标,采用轨迹跟踪的控制策略,建立再生制动集成系统制动踏板控制模型,并进行了仿真试验。结果表明:采用这种踏板感觉模拟控制模型,可以实现设定目标车辆制动踏板感觉,并且在再生制动集成系统中可以通过对制动踏板运动状态进行解析制动需求及制动过程中踏板感觉需求。
2013, 32(10): 1532-1536.
摘要:
压电材料的机电耦合特性使其在智能结构和振动控制中得到了广泛的应用。本文中以压电材料作为传感器和作动器,选用飞机壁板为控制对象,在Patran中对控制对象建立了有限元模型,利用Nastran对建立的模型数据进行了计算,分析出了壁板各阶模态的最大应变位置。根据分析结果在壁板合理位置上粘贴多片压电陶瓷片,运用基于Filter-X LMS(Least Means Squares)自适应算法对壁板进行了单模态和多模态的主动控制试验并取得了良好的控制效果,1阶模态降低了约10 dB,2阶模态降低了约5 dB。
压电材料的机电耦合特性使其在智能结构和振动控制中得到了广泛的应用。本文中以压电材料作为传感器和作动器,选用飞机壁板为控制对象,在Patran中对控制对象建立了有限元模型,利用Nastran对建立的模型数据进行了计算,分析出了壁板各阶模态的最大应变位置。根据分析结果在壁板合理位置上粘贴多片压电陶瓷片,运用基于Filter-X LMS(Least Means Squares)自适应算法对壁板进行了单模态和多模态的主动控制试验并取得了良好的控制效果,1阶模态降低了约10 dB,2阶模态降低了约5 dB。
2013, 32(10): 1537-1541.
摘要:
针对粮食气力输送的固相流量与其影响因素之间存在复杂的非线性关系使输出产量难以实现精确控制的问题,建立了基于BP(Back Propagation)神经网络的流量预测模型。该模型能够根据管道中压损和风速的变化来预测气力输送系统的固相颗粒流量,通过MATLAB软件进行仿真,并与实验数据相比对。结果表明:该预测方案简便易行、预测准确。
针对粮食气力输送的固相流量与其影响因素之间存在复杂的非线性关系使输出产量难以实现精确控制的问题,建立了基于BP(Back Propagation)神经网络的流量预测模型。该模型能够根据管道中压损和风速的变化来预测气力输送系统的固相颗粒流量,通过MATLAB软件进行仿真,并与实验数据相比对。结果表明:该预测方案简便易行、预测准确。
2013, 32(10): 1542-1545.
摘要:
采用Adams和AMESim分别建立打包头的机械系统和液压控制系统模型,并在AMESim中将两子系统模型根据参数关联有机集成为机电液一体化模型,最终实现打包头机械、液压和控制系统的联合仿真。联合仿真结果表明:打包头不同阶段的运动与设定目标一致,从而验证了打包头机械系统模型以及液压回路和参数设置的正确性。
采用Adams和AMESim分别建立打包头的机械系统和液压控制系统模型,并在AMESim中将两子系统模型根据参数关联有机集成为机电液一体化模型,最终实现打包头机械、液压和控制系统的联合仿真。联合仿真结果表明:打包头不同阶段的运动与设定目标一致,从而验证了打包头机械系统模型以及液压回路和参数设置的正确性。
2013, 32(10): 1546-1550.
摘要:
针对碳化硅材料在较高切削压力的微切削条件下具有脆塑性转变机制,利用专用切削仿真软件Advantedge V5.6,对金刚石刀具微切削碳化硅陶瓷材料的脆塑性转变机制进行了有限元模拟分析,研究了刀具前角、切削速度、切削深度和材料初始温度的变化对材料切削变形、刀-屑接触面最大切削压力、切削力、切削温度的影响变化规律,并与权威文献的实际实验的切削力数据进行了对比,验证了仿真的有效性,获得了较好的模拟结果。研究结果表明:-45°负前角刀具、较小的刀尖圆弧半径、较高的切削速度、较小的切削深度更利于有效的实现碳化硅陶瓷塑性域切削。
针对碳化硅材料在较高切削压力的微切削条件下具有脆塑性转变机制,利用专用切削仿真软件Advantedge V5.6,对金刚石刀具微切削碳化硅陶瓷材料的脆塑性转变机制进行了有限元模拟分析,研究了刀具前角、切削速度、切削深度和材料初始温度的变化对材料切削变形、刀-屑接触面最大切削压力、切削力、切削温度的影响变化规律,并与权威文献的实际实验的切削力数据进行了对比,验证了仿真的有效性,获得了较好的模拟结果。研究结果表明:-45°负前角刀具、较小的刀尖圆弧半径、较高的切削速度、较小的切削深度更利于有效的实现碳化硅陶瓷塑性域切削。
2013, 32(10): 1551-1560.
摘要:
设计量热法试验,测量了高速铣削镍基合金时切屑带走的热量,并对热量损失进行了补偿。通过测量切削力,得到主切削力的功率,并计算了不同切削速度下切屑与切削力的功率比。试验表明:随着切削速度的增加,切屑与切削力的热功率比也增加,切屑带走的热量增多;镍基高温合金切削时的切削热分配与碳钢切削时的切削热分配相比,其切屑带走的热量比例要小得多,相应地传入刀具的热量比例会比较高,这就会使得镍基高温合金在切削加工时会产生比较高的切削温度,刀具磨损也要严重的多。
设计量热法试验,测量了高速铣削镍基合金时切屑带走的热量,并对热量损失进行了补偿。通过测量切削力,得到主切削力的功率,并计算了不同切削速度下切屑与切削力的功率比。试验表明:随着切削速度的增加,切屑与切削力的热功率比也增加,切屑带走的热量增多;镍基高温合金切削时的切削热分配与碳钢切削时的切削热分配相比,其切屑带走的热量比例要小得多,相应地传入刀具的热量比例会比较高,这就会使得镍基高温合金在切削加工时会产生比较高的切削温度,刀具磨损也要严重的多。
2013, 32(10): 1556-1560.
摘要:
针对石英晶片的外观缺陷检测技术的不足,提出一种基于机器视觉开发软件对石英晶片外观缺陷检测方法,对石英晶片生产过程中出现的外观缺陷进行了分析,提出了缺陷检测的流程,建立了基于几何特征的模板定位算法和基于Blob算法的缺陷分析算法,实现了对图像的获取、边缘检测、定位、识别和斑点分析,在C#环境下对其图像处理技术利用机器视觉软件进行了开发,搭建了石英晶片的外观缺陷检测实验平台,通过摄像机实现了石英晶片的外观图像的捕获,利用视觉软件获得石英晶片的外观质量,最后对此系统进行了测试。实验表明:该石英晶片外观缺陷检测方法具有检测速度快、精确度达到99.7%、匹配误差小于0.3等优点,可满足现场使用的要求。
针对石英晶片的外观缺陷检测技术的不足,提出一种基于机器视觉开发软件对石英晶片外观缺陷检测方法,对石英晶片生产过程中出现的外观缺陷进行了分析,提出了缺陷检测的流程,建立了基于几何特征的模板定位算法和基于Blob算法的缺陷分析算法,实现了对图像的获取、边缘检测、定位、识别和斑点分析,在C#环境下对其图像处理技术利用机器视觉软件进行了开发,搭建了石英晶片的外观缺陷检测实验平台,通过摄像机实现了石英晶片的外观图像的捕获,利用视觉软件获得石英晶片的外观质量,最后对此系统进行了测试。实验表明:该石英晶片外观缺陷检测方法具有检测速度快、精确度达到99.7%、匹配误差小于0.3等优点,可满足现场使用的要求。
