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2014年 33卷 第9期
2014, 33(9): 1281-1286.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0901
摘要
PDF 488KB
摘要:
板条状结构的设计域具有较大的长宽比,常规的拓扑优化方法无法获得清晰的、易于加工的拓扑形式或求解困难。提出了一种刚度约束条件下基于变密度理论固体各向同性微结构材料惩罚模型(SIMP)的周期性拓扑优化的方法。建立了以结构的体积作为目标函数,单元相对密度为设计变量的周期性拓扑优化问题的数学模型。为了保证优化结构可以获得周期性的拓扑形式,在数学模型中设置额外的约束条件。通过优化准则法推导出虚拟子域设计变量的迭代公式,利用刚度约束计算出拉格朗日乘子。引入过滤函数解决拓扑优化容易出现数值计算不稳定,导致棋盘格、网格依赖性等问题。利用所提出的方法,对平面矩形悬臂梁结构进行拓扑优化研究,获得清晰的、易于加工的周期性拓扑形式。结果表明:当子域数目取值不同时,均可获得清晰的、易于加工的周期性拓扑形式,且具有良好的一致性。通过该典型算例验证了利用变密度理论SIMP插值模型实现周期性拓扑优化的可行性和有效性。
板条状结构的设计域具有较大的长宽比,常规的拓扑优化方法无法获得清晰的、易于加工的拓扑形式或求解困难。提出了一种刚度约束条件下基于变密度理论固体各向同性微结构材料惩罚模型(SIMP)的周期性拓扑优化的方法。建立了以结构的体积作为目标函数,单元相对密度为设计变量的周期性拓扑优化问题的数学模型。为了保证优化结构可以获得周期性的拓扑形式,在数学模型中设置额外的约束条件。通过优化准则法推导出虚拟子域设计变量的迭代公式,利用刚度约束计算出拉格朗日乘子。引入过滤函数解决拓扑优化容易出现数值计算不稳定,导致棋盘格、网格依赖性等问题。利用所提出的方法,对平面矩形悬臂梁结构进行拓扑优化研究,获得清晰的、易于加工的周期性拓扑形式。结果表明:当子域数目取值不同时,均可获得清晰的、易于加工的周期性拓扑形式,且具有良好的一致性。通过该典型算例验证了利用变密度理论SIMP插值模型实现周期性拓扑优化的可行性和有效性。
2014, 33(9): 1287-1292.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0902
摘要:
起重机桁架臂焊缝数量多、受力状况复杂,K节点的疲劳寿命采用线性Palmgren-Miner(PM)法则进行计算的精度较差。提出了基于虚拟样机技术的"实测+仿真+比对+统计"组合策略的载荷谱获取方法,可以极大幅度降低实测应力谱的工作量和成本。首次将Huffman非线性累积损伤理论应用于桁架臂K节点疲劳寿命分析,通过设定焊接构件不同的初始损伤,得到了使计算疲劳寿命趋于适度保守的初始损伤建议值。疲劳试验结果表明:此方法比PM法则计算精度更高,由于只需要循环应力-应变曲线和常幅应变寿命曲线等少量的材料性能数据,计算简单,工程应用价值较大。
起重机桁架臂焊缝数量多、受力状况复杂,K节点的疲劳寿命采用线性Palmgren-Miner(PM)法则进行计算的精度较差。提出了基于虚拟样机技术的"实测+仿真+比对+统计"组合策略的载荷谱获取方法,可以极大幅度降低实测应力谱的工作量和成本。首次将Huffman非线性累积损伤理论应用于桁架臂K节点疲劳寿命分析,通过设定焊接构件不同的初始损伤,得到了使计算疲劳寿命趋于适度保守的初始损伤建议值。疲劳试验结果表明:此方法比PM法则计算精度更高,由于只需要循环应力-应变曲线和常幅应变寿命曲线等少量的材料性能数据,计算简单,工程应用价值较大。
2014, 33(9): 1293-1297.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0903
摘要:
建立利用位移和速度的多项式来表示输出力的油气悬架模型。针对传统的最小二乘法在多项式形式的模型辨识中无法确定模型中的有效项的问题,提出了用误差减小比率的结构选择技术,来选择油气悬架模型多项式结构中的有效项并确定这些有效项的系数。以某型车辆的油气悬架为应用对象,结果表明利用这种基于误差减少比例的结构选择技术的模型辨识方法,能够用简洁的多项式结构和准确的系数表示油气悬架模型。
建立利用位移和速度的多项式来表示输出力的油气悬架模型。针对传统的最小二乘法在多项式形式的模型辨识中无法确定模型中的有效项的问题,提出了用误差减小比率的结构选择技术,来选择油气悬架模型多项式结构中的有效项并确定这些有效项的系数。以某型车辆的油气悬架为应用对象,结果表明利用这种基于误差减少比例的结构选择技术的模型辨识方法,能够用简洁的多项式结构和准确的系数表示油气悬架模型。
2014, 33(9): 1298-1303.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0904
摘要:
对人-椅界面体压分布指标、计算方法及其表征进行阐述,将体压分布指标分为基本指标、静态指标和动态指标3类。其中静态指标包括座椅压力分布SPD%、圆型压力梯度GC以及线型压力梯度GT,动态指标包括动态座椅压力分布DSPD%、压力变化率均方根Pcrms以及区域压力变化率aPcrms。通过不同曲面造型及不同硬度坐垫的体压分布实验研究,结果表明:GC、GT以及SPD%与座椅舒适度成线性关系,GC与GT值越小,坐骨结节处越舒适,SPD%值越小则座椅整体舒适度评价越高;曲面下凹适中的坐垫比平坦的坐垫较舒适;最大压力Pm以及SPD%可以明显的表征坐垫材料的软硬度,硬坐垫的Pm、SPD%值较大,但是当被试体重过大,超过一定的阈值后,SPD%表征材料软硬度的能力失效。
对人-椅界面体压分布指标、计算方法及其表征进行阐述,将体压分布指标分为基本指标、静态指标和动态指标3类。其中静态指标包括座椅压力分布SPD%、圆型压力梯度GC以及线型压力梯度GT,动态指标包括动态座椅压力分布DSPD%、压力变化率均方根Pcrms以及区域压力变化率aPcrms。通过不同曲面造型及不同硬度坐垫的体压分布实验研究,结果表明:GC、GT以及SPD%与座椅舒适度成线性关系,GC与GT值越小,坐骨结节处越舒适,SPD%值越小则座椅整体舒适度评价越高;曲面下凹适中的坐垫比平坦的坐垫较舒适;最大压力Pm以及SPD%可以明显的表征坐垫材料的软硬度,硬坐垫的Pm、SPD%值较大,但是当被试体重过大,超过一定的阈值后,SPD%表征材料软硬度的能力失效。
2014, 33(9): 1304-1308.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0905
摘要:
现代加工业对压力机加工精度的要求越来越高,为了探索多连杆压力机运动副间隙对精度的影响,基于ADAMS计算机仿真软件平台建立多连杆压力机动力学模型,采用冲击函数理论模拟间隙接触的碰撞,研究含间隙的运动副对刚性多连杆机构下死点重复精度的影响。结果表明:间隙的存在影响下死点的重复精度,随着转速的提高下死点波动值增大,且下死点位置的平均值向下漂移。与试验测量数据对比分析,确定出运动副间隙是影响下死点波动值的重要因素,而间隙引起的下死点漂移量占实际漂移量比例很小。
现代加工业对压力机加工精度的要求越来越高,为了探索多连杆压力机运动副间隙对精度的影响,基于ADAMS计算机仿真软件平台建立多连杆压力机动力学模型,采用冲击函数理论模拟间隙接触的碰撞,研究含间隙的运动副对刚性多连杆机构下死点重复精度的影响。结果表明:间隙的存在影响下死点的重复精度,随着转速的提高下死点波动值增大,且下死点位置的平均值向下漂移。与试验测量数据对比分析,确定出运动副间隙是影响下死点波动值的重要因素,而间隙引起的下死点漂移量占实际漂移量比例很小。
2014, 33(9): 1309-1313.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0906
摘要:
为了提高油墨预置精度,优化墨键结构,并依此精确控制输出墨量,对墨斗系统在不同条件下油墨运动流场建立数学模型和仿真计算,分析了油墨出口处油墨的流动速度分布情况,并对墨斗辊变转速、墨键变开度条件下墨斗流场的速度和压力的变化规律以及与油墨流量的关系进行了阐述。结果证明该方法能更准确地确定墨键开度、墨辊转速和墨量的关系。
为了提高油墨预置精度,优化墨键结构,并依此精确控制输出墨量,对墨斗系统在不同条件下油墨运动流场建立数学模型和仿真计算,分析了油墨出口处油墨的流动速度分布情况,并对墨斗辊变转速、墨键变开度条件下墨斗流场的速度和压力的变化规律以及与油墨流量的关系进行了阐述。结果证明该方法能更准确地确定墨键开度、墨辊转速和墨量的关系。
2014, 33(9): 1314-1318.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0907
摘要:
通过反应-扩散模型和有限元方法的耦合建立了骨重建数学模型。通过像素单元的添加和删除准则,把骨重建过程转化为材料形成和材料被吸收过程,对连续体结构提出仿生拓扑优化计算方法。再次对连续体结构拓扑优化中广泛被应用的Michell型结构进行拓扑优化计算,以及将其结果与其它几种拓扑优化方法进行比较,验证了文中方法的有效性。最终在两种不同边界条件下对长悬臂梁模型进行拓扑优化计算,获得规则性和对称性的拓扑形式。
通过反应-扩散模型和有限元方法的耦合建立了骨重建数学模型。通过像素单元的添加和删除准则,把骨重建过程转化为材料形成和材料被吸收过程,对连续体结构提出仿生拓扑优化计算方法。再次对连续体结构拓扑优化中广泛被应用的Michell型结构进行拓扑优化计算,以及将其结果与其它几种拓扑优化方法进行比较,验证了文中方法的有效性。最终在两种不同边界条件下对长悬臂梁模型进行拓扑优化计算,获得规则性和对称性的拓扑形式。
2014, 33(9): 1319-1323.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0908
摘要:
利用加速度传感器可以测试振动的加速度信号,再通过数值积分方法可以获得振动速度、位移,但随着测试时间增加数值积分存在积分误差迅速增大问题,致使速度、位移信号严重偏离实际结果。对数值积分误差进行分析,设计一种基于经验模态分解(EMD)的积分误差分离方法,可以有效解决这类问题,通过仿真和实验验证了本方法的有效性。
利用加速度传感器可以测试振动的加速度信号,再通过数值积分方法可以获得振动速度、位移,但随着测试时间增加数值积分存在积分误差迅速增大问题,致使速度、位移信号严重偏离实际结果。对数值积分误差进行分析,设计一种基于经验模态分解(EMD)的积分误差分离方法,可以有效解决这类问题,通过仿真和实验验证了本方法的有效性。
2014, 33(9): 1324-1328.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0909
摘要:
构建了一种考虑相关性的证据理论高效求解模型,讨论了该模型在结构可靠性中的应用。为了提高证据理论进行结构可靠性分析的准确性和效率,引入了非概率凸模型中的椭球模型和一种高效分析方法。通过把非概率凸模型中的椭球模型应用到证据理论中,考虑每对变量的相关系数,把变量的边缘基本可信度分配(BPA)转化为联合基本可信度分配。提出了一种高效计算方法,通过寻找最可能失效点(MPP)将不确定域划分可靠域和待确定域,结构可靠性的求解只需要在待确定域中进行。该方法减少了需要计算的焦元数,提高了证据理论模型求解结构可靠性的效率。
构建了一种考虑相关性的证据理论高效求解模型,讨论了该模型在结构可靠性中的应用。为了提高证据理论进行结构可靠性分析的准确性和效率,引入了非概率凸模型中的椭球模型和一种高效分析方法。通过把非概率凸模型中的椭球模型应用到证据理论中,考虑每对变量的相关系数,把变量的边缘基本可信度分配(BPA)转化为联合基本可信度分配。提出了一种高效计算方法,通过寻找最可能失效点(MPP)将不确定域划分可靠域和待确定域,结构可靠性的求解只需要在待确定域中进行。该方法减少了需要计算的焦元数,提高了证据理论模型求解结构可靠性的效率。
2014, 33(9): 1329-1334.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0910
摘要:
为研究某薄煤层采煤机截割部截割煤岩时的动态特性,建立了该型采煤机截割部的刚柔耦合模型,根据采煤机主要技术参数及其工作机构截齿排列方式,基于实际工况计算出截割韧性煤时采煤机截齿受到的瞬时冲击载荷,并将其作为外部激励施给模型进行仿真。通过仿真得到截割部的动态响应,发现了采煤机截割部设计上存在的问题:如滚筒在垂直方向上振动较为剧烈,摇臂壳体伸出端颈部动应力较大等;识别出系统的主要模态参数以及容易被激发的振型,发现滚筒及壳体模态动能较大。根据仿真结果对壳体进行了局部结构改进,改进后壳体的力学性能得到显著改善,提高了壳体工作的可靠性。
为研究某薄煤层采煤机截割部截割煤岩时的动态特性,建立了该型采煤机截割部的刚柔耦合模型,根据采煤机主要技术参数及其工作机构截齿排列方式,基于实际工况计算出截割韧性煤时采煤机截齿受到的瞬时冲击载荷,并将其作为外部激励施给模型进行仿真。通过仿真得到截割部的动态响应,发现了采煤机截割部设计上存在的问题:如滚筒在垂直方向上振动较为剧烈,摇臂壳体伸出端颈部动应力较大等;识别出系统的主要模态参数以及容易被激发的振型,发现滚筒及壳体模态动能较大。根据仿真结果对壳体进行了局部结构改进,改进后壳体的力学性能得到显著改善,提高了壳体工作的可靠性。
2014, 33(9): 1434-1438.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0931
摘要:
利用基础运动的航空发动机双转子模型实验台分别模拟飞机在进行俯仰运动、横滚运动和偏航运动时系统的振动,研究了机动飞行对双转子系统的动力学特性的影响。实验结果表明,飞机作横滚匀速运动、俯仰匀速运动时在内外转子上产生的瞬态附加离心力和附加陀螺力矩对系统振动瞬态幅值有很大的影响,总结了不同机动飞行条件对航空发动机双转子的动力学响应的影响特点。
2014, 33(9): 1423-1427.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0929
摘要:
针对水冲压发动机燃烧过程中不同喷水位置和喷水量两种主要影响因素,以金属/水冲压发动机为物理模型,以N-S方程为数学模型,以数值模拟方法为研究手段,湍流采用重整化的k-ε湍流模型,燃烧采用Eddy-Dissipation模型,模拟了不同条件下补燃室内燃烧两相湍流流动,以燃烧效率为评价准则计算了不同条件下补燃室燃烧效率,得到了优化的二次进水位置和一次进水分配比。
针对水冲压发动机燃烧过程中不同喷水位置和喷水量两种主要影响因素,以金属/水冲压发动机为物理模型,以N-S方程为数学模型,以数值模拟方法为研究手段,湍流采用重整化的k-ε湍流模型,燃烧采用Eddy-Dissipation模型,模拟了不同条件下补燃室内燃烧两相湍流流动,以燃烧效率为评价准则计算了不同条件下补燃室燃烧效率,得到了优化的二次进水位置和一次进水分配比。
2014, 33(9): 1428-1433.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0930
摘要:
针对提高复杂机电液一体化产品-飞机电静液EHA可靠性的问题,研究了基于GO法的EHA可靠性计算方法,提出了一种电静液作动器EHA可靠性的GO分析设计方法,完成了具有多组件余度参数的EHA作动器GO图和GO运算,推导了其可靠度计算公式,得出了高可靠性EHA设计的相关理论,给出了GO法应用于EHA余度设计的新思路。设计算例表明,这种基于GO法的EHA可靠性分析设计方法计算精确,能很快得出较优余度设计参数,是一种可行的系统性分析设计方法。
针对提高复杂机电液一体化产品-飞机电静液EHA可靠性的问题,研究了基于GO法的EHA可靠性计算方法,提出了一种电静液作动器EHA可靠性的GO分析设计方法,完成了具有多组件余度参数的EHA作动器GO图和GO运算,推导了其可靠度计算公式,得出了高可靠性EHA设计的相关理论,给出了GO法应用于EHA余度设计的新思路。设计算例表明,这种基于GO法的EHA可靠性分析设计方法计算精确,能很快得出较优余度设计参数,是一种可行的系统性分析设计方法。
2014, 33(9): 1439-1444.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0932
摘要:
研究了一种三自由度飞行模拟器驱动平台的尺度综合方法。该驱动平台由动平台、静平台、3条UPS无约束主动支链和1条PU恰约束从动支链组成,并提出从动支链由气动支撑单元构成,通过压缩气体承载主要负载,以提高驱动平台的模拟性能。基于Rayleigh商和向量的性质,提出了基于向量2范数的模拟性能评价指标,通过单调性分析讨论了各尺度参数对驱动平台刚度、操作性能和模拟性能的影响规律,并通过该影响规律寻求评价函数的最优解。最后通过算例验证了该方法的有效性。
研究了一种三自由度飞行模拟器驱动平台的尺度综合方法。该驱动平台由动平台、静平台、3条UPS无约束主动支链和1条PU恰约束从动支链组成,并提出从动支链由气动支撑单元构成,通过压缩气体承载主要负载,以提高驱动平台的模拟性能。基于Rayleigh商和向量的性质,提出了基于向量2范数的模拟性能评价指标,通过单调性分析讨论了各尺度参数对驱动平台刚度、操作性能和模拟性能的影响规律,并通过该影响规律寻求评价函数的最优解。最后通过算例验证了该方法的有效性。
2014, 33(9): 1335-1339.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0911
摘要:
为提高磨齿机金刚滚轮转动系统的可靠性,将集对分析理论引入到金刚滚轮转动系统故障树分析过程中,建立了集对分析理论与故障树相结合的集对故障树模型,推导了该模型中常用的逻辑门集对算子并给出了模型的基本分析流程,计算了金刚滚轮转动系统故障发生的可能性区间,提出了其失效的改进措施。该方法有效降低了系统转动失效的可能性,提高了数控磨齿机的可靠性。
为提高磨齿机金刚滚轮转动系统的可靠性,将集对分析理论引入到金刚滚轮转动系统故障树分析过程中,建立了集对分析理论与故障树相结合的集对故障树模型,推导了该模型中常用的逻辑门集对算子并给出了模型的基本分析流程,计算了金刚滚轮转动系统故障发生的可能性区间,提出了其失效的改进措施。该方法有效降低了系统转动失效的可能性,提高了数控磨齿机的可靠性。
2014, 33(9): 1340-1344.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0912
摘要:
为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过LMD将非平稳的原始轴承故障信号分解为若干个PF(product function)分量,由于背景噪声的影响,难以从PF分量准确得到故障频率,对PF分量进行Hankel矩阵重构和奇异值分解,相应的得到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个PF分量进行消噪和重构,然后再求重构后PF分量的包络谱,便能准确地得到故障频率。仿真分析和滚动轴承内圈故障实例很好地验证了提出的改进方法的有效性。
为了从复杂的轴承振动信号中提取微弱的故障信息,提出了一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和奇异值差分谱的轴承故障诊断方法。首先通过LMD将非平稳的原始轴承故障信号分解为若干个PF(product function)分量,由于背景噪声的影响,难以从PF分量准确得到故障频率,对PF分量进行Hankel矩阵重构和奇异值分解,相应的得到奇异值差分谱,根据奇异值差分谱理论对某个PF分量进行消噪和重构,然后再求重构后PF分量的包络谱,便能准确地得到故障频率。仿真分析和滚动轴承内圈故障实例很好地验证了提出的改进方法的有效性。
2014, 33(9): 1345-1349.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0913
摘要:
为在强噪声背景下利用振动信号中隐含的冲击特征成分来反映轴承性能退化趋势,提出一种基于Morlet小波变换和时域特征参数提取相结合的轴承状态监测方法。通过引入谱峭度评估Morlet小波滤波的去噪效果,再从信号滤波结果构建的组合信息中提取时域特征参数。对轴承全寿命数据的应用结果表明,特征参数的变化趋势能够监测轴承状态的劣化过程,伴随的早期故障检测可以提高轴承使用的安全性。
为在强噪声背景下利用振动信号中隐含的冲击特征成分来反映轴承性能退化趋势,提出一种基于Morlet小波变换和时域特征参数提取相结合的轴承状态监测方法。通过引入谱峭度评估Morlet小波滤波的去噪效果,再从信号滤波结果构建的组合信息中提取时域特征参数。对轴承全寿命数据的应用结果表明,特征参数的变化趋势能够监测轴承状态的劣化过程,伴随的早期故障检测可以提高轴承使用的安全性。
2014, 33(9): 1350-1353.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0914
摘要:
针对目前超声导波管道检测中缺陷成像研究较少现状,提出了一种基于改进PSO算法的LSSVM的缺陷二维轮廓重构方法。利用试验和有限元软件,获得不同尺度缺陷的回波信号。采用最小二乘网络学习方法,以回波信号数据为输入,二维轮廓数据为输出,建立非线性映射,实现了管道缺陷轴向宽度和径向深度的二维轮廓重构,并与径向基神经网络算法重构结果和一般PSO算法的LS-SVM算法进程进行对比。结果表明:该方法具有更强的泛化能力,是缺陷可视化检测的参考方法。
针对目前超声导波管道检测中缺陷成像研究较少现状,提出了一种基于改进PSO算法的LSSVM的缺陷二维轮廓重构方法。利用试验和有限元软件,获得不同尺度缺陷的回波信号。采用最小二乘网络学习方法,以回波信号数据为输入,二维轮廓数据为输出,建立非线性映射,实现了管道缺陷轴向宽度和径向深度的二维轮廓重构,并与径向基神经网络算法重构结果和一般PSO算法的LS-SVM算法进程进行对比。结果表明:该方法具有更强的泛化能力,是缺陷可视化检测的参考方法。
2014, 33(9): 1354-1358.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0915
摘要:
为了研究聚合物的激光熔融塑化效果,在分析CO2激光对聚合物的光热作用基础上,建立激光融化聚合物理论模型,依据能量守恒和热物理原理,计算推导了激光参数与温度变化的数学关系表达式,并以CO2激光融化典型聚合物为例,数值计算和实验分析激光参数对融化深度的影响。结果表明:聚合物呈现出浅表面融化和深度融化两种特征,选择合适激光参数能够实现由表及里的聚合物整体融化,理论计算的融化深度与实验测量结果较为吻合,利用所建立的理论模型及其相关分析公式,可为探索CO2激光辐照的聚合物塑化成型加工提供理论依据。
为了研究聚合物的激光熔融塑化效果,在分析CO2激光对聚合物的光热作用基础上,建立激光融化聚合物理论模型,依据能量守恒和热物理原理,计算推导了激光参数与温度变化的数学关系表达式,并以CO2激光融化典型聚合物为例,数值计算和实验分析激光参数对融化深度的影响。结果表明:聚合物呈现出浅表面融化和深度融化两种特征,选择合适激光参数能够实现由表及里的聚合物整体融化,理论计算的融化深度与实验测量结果较为吻合,利用所建立的理论模型及其相关分析公式,可为探索CO2激光辐照的聚合物塑化成型加工提供理论依据。
2014, 33(9): 1359-1363.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0916
摘要:
利用空间Φ=span{sint,cost,t2,t1,1}上一组正规B基,构造了一种新的含多形状参数的四次广义C-Bézier曲面。这种曲面不仅保留了传统Bézier曲面的性质,而且具有优良的形状可调性,特别当所有形状参数趋于0时其极限曲面就是四次Bézier曲面。此外,为了解决造型设计中复杂曲面难以用单一曲面表示的问题,进一步研究了该曲面的拼接技术,推导了两相邻四次广义CBézier曲面片间G0和G1光滑拼接的几何条件,并给出了光滑拼接的具体步骤与几何造型实例。
利用空间Φ=span{sint,cost,t2,t1,1}上一组正规B基,构造了一种新的含多形状参数的四次广义C-Bézier曲面。这种曲面不仅保留了传统Bézier曲面的性质,而且具有优良的形状可调性,特别当所有形状参数趋于0时其极限曲面就是四次Bézier曲面。此外,为了解决造型设计中复杂曲面难以用单一曲面表示的问题,进一步研究了该曲面的拼接技术,推导了两相邻四次广义CBézier曲面片间G0和G1光滑拼接的几何条件,并给出了光滑拼接的具体步骤与几何造型实例。
2014, 33(9): 1364-1367.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0917
摘要:
针对目前齿轮箱故障诊断存在的检测难度大、主观性强、准确性不高等问题,提出了一种基于粒子群算法和支持向量机的故障诊断方法。运用时域频域分析法对振动信号进行分析获取特征值,利用支持向量机(SVM)技术对齿轮箱特征参数进行模式识别和故障分类,并引入粒子群算法(PSO)用于优化支持向量机参数,建立了齿轮箱典型故障诊断模型。实验结果表明:该方法可以对齿轮箱不同故障类型进行准确的分类,有效的提高了齿轮箱故障诊断的可靠性。
针对目前齿轮箱故障诊断存在的检测难度大、主观性强、准确性不高等问题,提出了一种基于粒子群算法和支持向量机的故障诊断方法。运用时域频域分析法对振动信号进行分析获取特征值,利用支持向量机(SVM)技术对齿轮箱特征参数进行模式识别和故障分类,并引入粒子群算法(PSO)用于优化支持向量机参数,建立了齿轮箱典型故障诊断模型。实验结果表明:该方法可以对齿轮箱不同故障类型进行准确的分类,有效的提高了齿轮箱故障诊断的可靠性。
2014, 33(9): 1368-1372.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0918
摘要:
介绍了一个基于Labview的挖掘机多路阀全电液综合测试系统。根据相关多路阀测试标准要求以及挖掘机多路阀的特点完成测试系统的液压系统原理和数据采集控制系统的设计。系统采用电液比例技术完成液压系统的控制包括系统压力、流量、多路阀的动作以及负载模拟,并利用Labview软件完成测试系统软件设计实现数据的自动采集、处理、显示以及打印等功能,因此系统具有很高的自动化程度能有效提高挖掘机多路阀的测试效率。以完成的测试系统为基础对某挖掘机多路阀进行相关的测试试验,从结果表面设计的综合测试系统功能完善、操作简单。
介绍了一个基于Labview的挖掘机多路阀全电液综合测试系统。根据相关多路阀测试标准要求以及挖掘机多路阀的特点完成测试系统的液压系统原理和数据采集控制系统的设计。系统采用电液比例技术完成液压系统的控制包括系统压力、流量、多路阀的动作以及负载模拟,并利用Labview软件完成测试系统软件设计实现数据的自动采集、处理、显示以及打印等功能,因此系统具有很高的自动化程度能有效提高挖掘机多路阀的测试效率。以完成的测试系统为基础对某挖掘机多路阀进行相关的测试试验,从结果表面设计的综合测试系统功能完善、操作简单。
2014, 33(9): 1373-1376.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0919
摘要:
已有的便携式汽车车轮检测仪夹紧定位装置存在着检测周期长、费时、费力、效率低,夹紧力受人为因素影响的不足,针对以上便携式汽车车轮检测仪夹紧定位装置的缺点,进行了便携式汽车车轮检测仪磁力夹紧定位装置的结构设计。该装置利用磁力发生机构产生的磁力夹紧车轮,使被测车轮受力均匀基本无变形且夹紧力不受人为因素干扰,对检测精度影响很小。对设计要求的夹紧力进行了理论研究和计算,验证了设计的可行性。
已有的便携式汽车车轮检测仪夹紧定位装置存在着检测周期长、费时、费力、效率低,夹紧力受人为因素影响的不足,针对以上便携式汽车车轮检测仪夹紧定位装置的缺点,进行了便携式汽车车轮检测仪磁力夹紧定位装置的结构设计。该装置利用磁力发生机构产生的磁力夹紧车轮,使被测车轮受力均匀基本无变形且夹紧力不受人为因素干扰,对检测精度影响很小。对设计要求的夹紧力进行了理论研究和计算,验证了设计的可行性。
2014, 33(9): 1377-1381.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0920
摘要:
因外啮合齿轮泵高速化下的困油卸荷需要,提出能够实现卸荷面积最大化且形状与齿廓一致的卸荷槽新的渐开线型式。针对现有的矩形卸荷槽型式,以小侧隙为例,通过所建立且被验证的困油模型,就困油压力峰值和困油本身的有效利用率两指标,进行渐开线型式和矩形型式下的仿真运算与分析比较。结果表明:案例参数下,渐开线型卸荷槽下的卸荷面积是矩形下的1.19~31.59倍;能极大地降低困油压力峰值和缓解困油现象,且提高了困油本身的有效利用率和泵的容积效率等。得出渐开线卸荷槽能够满足泵高速化下困油的卸荷需要。
因外啮合齿轮泵高速化下的困油卸荷需要,提出能够实现卸荷面积最大化且形状与齿廓一致的卸荷槽新的渐开线型式。针对现有的矩形卸荷槽型式,以小侧隙为例,通过所建立且被验证的困油模型,就困油压力峰值和困油本身的有效利用率两指标,进行渐开线型式和矩形型式下的仿真运算与分析比较。结果表明:案例参数下,渐开线型卸荷槽下的卸荷面积是矩形下的1.19~31.59倍;能极大地降低困油压力峰值和缓解困油现象,且提高了困油本身的有效利用率和泵的容积效率等。得出渐开线卸荷槽能够满足泵高速化下困油的卸荷需要。
2014, 33(9): 1382-1386.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0921
摘要:
介绍了近场声全息(NAH)技术的基本原理及基于Helmholtz方程最小二乘法(HELS)的声学重构算法。利用基于HELS算法的近场声全息测试系统对某直列四缸汽油机的整车发动机噪声进行测量与分析,得到不同工况下整车发动机表面辐射噪声的近场全息图。通过对噪声峰值频率下的声压、声强以及表面粒子速度等声场信息的可视化测量结果进行评价,确定该发动机的主要内部噪声激励源与外部近场噪声辐射特性,实现噪声源识别与定位,为其进一步降噪提供依据。
介绍了近场声全息(NAH)技术的基本原理及基于Helmholtz方程最小二乘法(HELS)的声学重构算法。利用基于HELS算法的近场声全息测试系统对某直列四缸汽油机的整车发动机噪声进行测量与分析,得到不同工况下整车发动机表面辐射噪声的近场全息图。通过对噪声峰值频率下的声压、声强以及表面粒子速度等声场信息的可视化测量结果进行评价,确定该发动机的主要内部噪声激励源与外部近场噪声辐射特性,实现噪声源识别与定位,为其进一步降噪提供依据。
2014, 33(9): 1387-1392.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0922
摘要:
基于8自由度人椅动力学模型和31自由度车辆模型建立人-车-桥耦合系统,车辆与轨道桥梁通过轮轨接触力及位移协调条件耦合,建立人-车-桥耦合振动方程,采用Newmark-β法对方程组进行求解。对国产300 km/h动力分散式列车的过桥行走过程进行分析,采用乘坐舒适度指标对人体振动舒适性进行评价,并讨论了轨道不平顺等级、车速、乘客数量以及乘客位置对人体舒适程度的影响。
基于8自由度人椅动力学模型和31自由度车辆模型建立人-车-桥耦合系统,车辆与轨道桥梁通过轮轨接触力及位移协调条件耦合,建立人-车-桥耦合振动方程,采用Newmark-β法对方程组进行求解。对国产300 km/h动力分散式列车的过桥行走过程进行分析,采用乘坐舒适度指标对人体振动舒适性进行评价,并讨论了轨道不平顺等级、车速、乘客数量以及乘客位置对人体舒适程度的影响。
2014, 33(9): 1393-1396.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0923
摘要:
提出了一种基于反求理论的汽车碰撞安全性优化方法。为了提高有限元仿真在汽车安全性分析方面的准确性,通过有限元仿真与试验验证相结合的方法,利用反求技术求出材料的特性参数。将得到的特性参数应用于某种卡车驾驶室的相同材料,对驾驶室的结构参数进行优化。选取卡车翻滚时对驾驶员安全影响较大的参数作为优化目标,利用遗传算法对构造的多目标优化模型进行计算。通过计算结果可知,有限元仿真中默认的材料特性参数与试验结果有一定的差别,将试验得出的数据应用于优化中可以得到更准确的结果。
提出了一种基于反求理论的汽车碰撞安全性优化方法。为了提高有限元仿真在汽车安全性分析方面的准确性,通过有限元仿真与试验验证相结合的方法,利用反求技术求出材料的特性参数。将得到的特性参数应用于某种卡车驾驶室的相同材料,对驾驶室的结构参数进行优化。选取卡车翻滚时对驾驶员安全影响较大的参数作为优化目标,利用遗传算法对构造的多目标优化模型进行计算。通过计算结果可知,有限元仿真中默认的材料特性参数与试验结果有一定的差别,将试验得出的数据应用于优化中可以得到更准确的结果。
2014, 33(9): 1397-1402.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0924
摘要:
赛车的空气动力学特性决定着赛车的设计优劣和性能,其中气动阻力系数和气动负升力系数是决定气动特性的两个关键系数。采用数值模拟方法对赛车的空气动力性能有重要影响的后定风翼进行了翼型、攻角、离地间隙等结构参数下的气动分析和对比,根据阻力系数和负升力系数的变化规律以及匹配原则,确定了最佳的定风翼方案。结果表明:曲率较大、翼身较厚的翼型会产生较大的升力,攻角45°为最佳攻角方案,离地间隙的最佳值为88 mm。
赛车的空气动力学特性决定着赛车的设计优劣和性能,其中气动阻力系数和气动负升力系数是决定气动特性的两个关键系数。采用数值模拟方法对赛车的空气动力性能有重要影响的后定风翼进行了翼型、攻角、离地间隙等结构参数下的气动分析和对比,根据阻力系数和负升力系数的变化规律以及匹配原则,确定了最佳的定风翼方案。结果表明:曲率较大、翼身较厚的翼型会产生较大的升力,攻角45°为最佳攻角方案,离地间隙的最佳值为88 mm。
2014, 33(9): 1403-1407.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0925
摘要:
基于柔性多体系统动力学理论研究铁道集装箱平车动态响应。建立考虑车体弹性的刚柔耦合车辆系统动力学模型,并与多刚体模型的动态响应进行对比。仿真结果表明:弹性体模型的车体加速度均方根值(RMS)较刚性体模型大,最大差值为2.8 m/s2;频谱分析显示,车体1阶扭曲、1阶垂向弯曲和1阶横向弯曲模态对空车振动响应影响显著;加装集装箱会改变车体模态振型,主要表现为扭转弹性变形和局部的弹性振动,对车体端部垂向振动响应影响显著。
基于柔性多体系统动力学理论研究铁道集装箱平车动态响应。建立考虑车体弹性的刚柔耦合车辆系统动力学模型,并与多刚体模型的动态响应进行对比。仿真结果表明:弹性体模型的车体加速度均方根值(RMS)较刚性体模型大,最大差值为2.8 m/s2;频谱分析显示,车体1阶扭曲、1阶垂向弯曲和1阶横向弯曲模态对空车振动响应影响显著;加装集装箱会改变车体模态振型,主要表现为扭转弹性变形和局部的弹性振动,对车体端部垂向振动响应影响显著。
2014, 33(9): 1408-1412.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0926
摘要:
针对目前大多汽车厂商没有控制螺栓的摩擦系数,联接可靠性差的问题,通过对控制摩擦系数前后的微车常用的电镀锌高强度螺栓进行拧紧实验和不同摩擦系数的螺栓进行横向振动实验,并从控制扭矩系数稳定性、扭矩转化率、防松脱等方面分析了摩擦系数对螺栓联接性能的影响。结果表明:随着摩擦系数的散差减小,扭矩系数的散差减小;随着摩擦系数的增大,螺栓的防松性能越好,但是扭矩转化率越低。控制螺栓的摩擦系数能控制扭矩系数的稳定性,提高摩擦防松的稳定性。
针对目前大多汽车厂商没有控制螺栓的摩擦系数,联接可靠性差的问题,通过对控制摩擦系数前后的微车常用的电镀锌高强度螺栓进行拧紧实验和不同摩擦系数的螺栓进行横向振动实验,并从控制扭矩系数稳定性、扭矩转化率、防松脱等方面分析了摩擦系数对螺栓联接性能的影响。结果表明:随着摩擦系数的散差减小,扭矩系数的散差减小;随着摩擦系数的增大,螺栓的防松性能越好,但是扭矩转化率越低。控制螺栓的摩擦系数能控制扭矩系数的稳定性,提高摩擦防松的稳定性。
2014, 33(9): 1413-1418.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0927
摘要:
针对车身的侧面碰撞安全性与轻量化两学科相互制约的问题,建立某SUV侧面碰撞仿真模型进行研究,并对其仿真结果进行分析,分析得到对车身安全性有重要影响的关键构件并将其厚度作为设计变量;通过均匀试验设计获取试验数据,并用逐步回归方法构造整车侧碰安全性和轻量化等性能相关的响应面近似模型,然后运用序列二次规划法(SQP)结合基于自适应加权的多目标优化方法对车身结构进行多学科协同优化。在保证整车轻量化目标的同时,显著提高了车身侧面碰撞安全性。
针对车身的侧面碰撞安全性与轻量化两学科相互制约的问题,建立某SUV侧面碰撞仿真模型进行研究,并对其仿真结果进行分析,分析得到对车身安全性有重要影响的关键构件并将其厚度作为设计变量;通过均匀试验设计获取试验数据,并用逐步回归方法构造整车侧碰安全性和轻量化等性能相关的响应面近似模型,然后运用序列二次规划法(SQP)结合基于自适应加权的多目标优化方法对车身结构进行多学科协同优化。在保证整车轻量化目标的同时,显著提高了车身侧面碰撞安全性。
2014, 33(9): 1419-1422.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2014.0928
摘要:
以某客车盘式制动器为研究对象,在三维建模软件Pro-E中建立盘式制动器的三维模型,并在有限元分析软件OptiStruct中进行盘式制动器的模态分析,为了使制动盘和制动钳体不会由于共振而产生噪声,采用了变密度拓扑优化方法,建立了以质量最轻为优化目标,单元密度为变量,制动钳体的3阶模态为约束条件的拓扑优化。优化结果降低了制动钳体的3阶模态频率,并且给出了制动钳体的材料最优分布图,优化后的模态频率可以使制动钳体避免与制动盘产生共振而产生噪声。
以某客车盘式制动器为研究对象,在三维建模软件Pro-E中建立盘式制动器的三维模型,并在有限元分析软件OptiStruct中进行盘式制动器的模态分析,为了使制动盘和制动钳体不会由于共振而产生噪声,采用了变密度拓扑优化方法,建立了以质量最轻为优化目标,单元密度为变量,制动钳体的3阶模态为约束条件的拓扑优化。优化结果降低了制动钳体的3阶模态频率,并且给出了制动钳体的材料最优分布图,优化后的模态频率可以使制动钳体避免与制动盘产生共振而产生噪声。
