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2015年 34卷 第11期
2015, 34(11): 1641-1647.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1101
摘要
PDF 1099KB
摘要:
针对流体动压型指尖密封结构和工作特点,建立了具有周向收敛靴和轴上人字槽组合结构特征的指尖密封(简称组合型指尖密封)结构形式,采用流固耦合数值分析方法,分析了不同结构和工况条件下组合型指尖密封的泄漏率、气膜承载力及气膜流场特征,详细讨论了密封各结构参数变化对组合型指尖密封性能的影响。结果表明:在通常工况范围内,压力流对组合型指尖密封性能的影响占主导地位;楔形气膜膜厚比、楔形气膜径向最小厚度对组合型密封泄漏率影响最大;人字槽偏离高压片的距离、槽纵向间距和槽宽对组合型指尖密封的性能影响较为明显。与现有人字槽型指尖密封和周向收敛型指尖密封的性能相比,组合型指尖密封气膜承载力明显高于人字槽型指尖密封;其泄漏率与周向收敛型指尖密封相当而气膜承载力较大,具有较好的综合性能优势。
针对流体动压型指尖密封结构和工作特点,建立了具有周向收敛靴和轴上人字槽组合结构特征的指尖密封(简称组合型指尖密封)结构形式,采用流固耦合数值分析方法,分析了不同结构和工况条件下组合型指尖密封的泄漏率、气膜承载力及气膜流场特征,详细讨论了密封各结构参数变化对组合型指尖密封性能的影响。结果表明:在通常工况范围内,压力流对组合型指尖密封性能的影响占主导地位;楔形气膜膜厚比、楔形气膜径向最小厚度对组合型密封泄漏率影响最大;人字槽偏离高压片的距离、槽纵向间距和槽宽对组合型指尖密封的性能影响较为明显。与现有人字槽型指尖密封和周向收敛型指尖密封的性能相比,组合型指尖密封气膜承载力明显高于人字槽型指尖密封;其泄漏率与周向收敛型指尖密封相当而气膜承载力较大,具有较好的综合性能优势。
2015, 34(11): 1648-1652.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1102
摘要:
为推进海洋可再生能源的发展与利用,提高海洋能捕获机构的效率,以水平轴式海洋能捕获机构为对象,结合计算流体力学原理,利用RNG k-ε来模拟机构流场的湍流流动,给出了机构有限元网格划分方式,通过计算机仿真模拟分析优化机构叶片布置数量。在此基础上,以不同来流攻角方向对机构叶片特性进行分析,分析了不同攻角情况下的流场状态,给出了攻角变化范围,并讨论给出了分析结果。
为推进海洋可再生能源的发展与利用,提高海洋能捕获机构的效率,以水平轴式海洋能捕获机构为对象,结合计算流体力学原理,利用RNG k-ε来模拟机构流场的湍流流动,给出了机构有限元网格划分方式,通过计算机仿真模拟分析优化机构叶片布置数量。在此基础上,以不同来流攻角方向对机构叶片特性进行分析,分析了不同攻角情况下的流场状态,给出了攻角变化范围,并讨论给出了分析结果。
2015, 34(11): 1653-1658.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1103
摘要:
为满足工业设计过程中用户对产品形态的感性需求,减小用户和设计师对产品形态方案的认知差异,研究了用户需求模型,建立了产品形态设计约束空间,通过交互式遗传算法使用户和设计师共同参与寻优过程。为降低交互评价疲劳度,借助神经网络模拟用户和设计师的评价意图,以实现产品形态方案的自动求解,生成满足用户需求和设计师设计意图的方案。以家用轿车前脸形态设计为例,验证了方法的有效性。
为满足工业设计过程中用户对产品形态的感性需求,减小用户和设计师对产品形态方案的认知差异,研究了用户需求模型,建立了产品形态设计约束空间,通过交互式遗传算法使用户和设计师共同参与寻优过程。为降低交互评价疲劳度,借助神经网络模拟用户和设计师的评价意图,以实现产品形态方案的自动求解,生成满足用户需求和设计师设计意图的方案。以家用轿车前脸形态设计为例,验证了方法的有效性。
2015, 34(11): 1659-1663.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1104
摘要:
阐明了工况传递路径分析方法(Operational Transfer Path Analysis, OTPA)的基本原理和分析流程;基于单路径隔振系统进行传递函数计算和精度分析;利用OTPA方法对3路径隔振系统的每条路径进行振动传递能力分析,并利用路径的振动传递贡献量确定出振动传递的关键路径。分析方法和流程能为机械系统振动或噪声源定位、传递机理分析、振动或噪声控制提供研究基础。
阐明了工况传递路径分析方法(Operational Transfer Path Analysis, OTPA)的基本原理和分析流程;基于单路径隔振系统进行传递函数计算和精度分析;利用OTPA方法对3路径隔振系统的每条路径进行振动传递能力分析,并利用路径的振动传递贡献量确定出振动传递的关键路径。分析方法和流程能为机械系统振动或噪声源定位、传递机理分析、振动或噪声控制提供研究基础。
2015, 34(11): 1664-1669.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1105
摘要:
提出了一种基于并联机构的划线装置。按运动学方程微分法和误差独立原理,建立单一影响因素下末端划线头的位置综合误差模型,并利用蒙特卡洛法对两种误差模型进行了模拟分析。结果表明:装置划线综合位置误差范围为0~7.5×10-3 mm,其中,仅考虑杆长误差时,综合位置误差范围为0~4×10-4 mm;仅考虑转动副间隙误差时,综合位置误差范围为6×10-5 mm~9.5×10-5 mm。划线综合位置误差受多个因素影响,但以驱动杆杆长误差影响较大,且并非简单地为各个因素的叠加;同时两种误差建模方法相结合的分析方法可全面系统地分析机构末端的综合误差。
提出了一种基于并联机构的划线装置。按运动学方程微分法和误差独立原理,建立单一影响因素下末端划线头的位置综合误差模型,并利用蒙特卡洛法对两种误差模型进行了模拟分析。结果表明:装置划线综合位置误差范围为0~7.5×10-3 mm,其中,仅考虑杆长误差时,综合位置误差范围为0~4×10-4 mm;仅考虑转动副间隙误差时,综合位置误差范围为6×10-5 mm~9.5×10-5 mm。划线综合位置误差受多个因素影响,但以驱动杆杆长误差影响较大,且并非简单地为各个因素的叠加;同时两种误差建模方法相结合的分析方法可全面系统地分析机构末端的综合误差。
2015, 34(11): 1670-1674.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1106
摘要:
为提高机器人喷涂大曲率曲面的效果,首先基于曲面特性建立大曲率曲面数学表达模型,对其进行分片造型,并生成面片喷枪轨迹,最后建立优化目标函数实现轨迹优化;为了解决大曲率曲面分片后面片间的轨迹组合问题,降低算法中参数的使用,消除相应的除梯度信息,运用粒子群优化算法的思想,制定了算法程序技术路线,并依此编写了优化喷枪轨迹的算法程序。实验证明了该算法的高效性和适用性,达到了提高大曲率曲面喷涂效果的目的。
为提高机器人喷涂大曲率曲面的效果,首先基于曲面特性建立大曲率曲面数学表达模型,对其进行分片造型,并生成面片喷枪轨迹,最后建立优化目标函数实现轨迹优化;为了解决大曲率曲面分片后面片间的轨迹组合问题,降低算法中参数的使用,消除相应的除梯度信息,运用粒子群优化算法的思想,制定了算法程序技术路线,并依此编写了优化喷枪轨迹的算法程序。实验证明了该算法的高效性和适用性,达到了提高大曲率曲面喷涂效果的目的。
2015, 34(11): 1675-1681.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1107
摘要:
为解决传统室内定位方式定位精度低的问题,提出采用定距双球作为定位标志物,设计并实现了一个基于单目视觉的室内自动运输车定位系统。由OpenCV2.4.4和VS2010的平台完成了对定距双球的识别、位置定位及姿态测量的上位机设计,再通过nRF24L01芯片与STM8S105主控制芯片完成自动运输车的通信及控制的硬件设计。测试结果表明:定距双球标志物的引入,使得该系统不仅硬件结构简单、成本低、能同时实现位置和方向定位,且稳定性好,精度高,可完成复杂环境下的定位。一般情况下位置定位的相对误差保持在1.5%以内,在距离系统3 m范围的短距离定位的绝对误差小于1 cm,适用于工业上室内运输车对定位精度要求较高的场合。
为解决传统室内定位方式定位精度低的问题,提出采用定距双球作为定位标志物,设计并实现了一个基于单目视觉的室内自动运输车定位系统。由OpenCV2.4.4和VS2010的平台完成了对定距双球的识别、位置定位及姿态测量的上位机设计,再通过nRF24L01芯片与STM8S105主控制芯片完成自动运输车的通信及控制的硬件设计。测试结果表明:定距双球标志物的引入,使得该系统不仅硬件结构简单、成本低、能同时实现位置和方向定位,且稳定性好,精度高,可完成复杂环境下的定位。一般情况下位置定位的相对误差保持在1.5%以内,在距离系统3 m范围的短距离定位的绝对误差小于1 cm,适用于工业上室内运输车对定位精度要求较高的场合。
2015, 34(11): 1682-1685.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1108
摘要:
为了解决水射流蓄能器筒体因承受高压而屈服失效的问题,采用了预应力复合结构设计,并运用等强度理论,确定了蓄能器复合筒体的内筒、外筒半径,分层半径及最佳过盈量等相关参数。然后利用ANSYS对该筒体模型进行有限元分析,通过路径提取的方法,得到了仿真模型沿壁厚有效节点的等效应力值, 并得到了不同内压时的等效应力沿壁厚方向的分布曲线。由仿真结果可知,筒体设计参数满足预期强度要求。
为了解决水射流蓄能器筒体因承受高压而屈服失效的问题,采用了预应力复合结构设计,并运用等强度理论,确定了蓄能器复合筒体的内筒、外筒半径,分层半径及最佳过盈量等相关参数。然后利用ANSYS对该筒体模型进行有限元分析,通过路径提取的方法,得到了仿真模型沿壁厚有效节点的等效应力值, 并得到了不同内压时的等效应力沿壁厚方向的分布曲线。由仿真结果可知,筒体设计参数满足预期强度要求。
2015, 34(11): 1686-1692.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1109
摘要:
针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。
针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。
2015, 34(11): 1693-1698.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1110
摘要:
首先分析了基于有限元模态分析和冲击载荷作用动力学响应的动力学理论基础。以液压挖掘机回转装置系统为研究对象,利用动力学理论和有限元分析相结合的方法对液压挖掘机回转装置进行动力学分析。建立了液压挖掘机回转装置系统动力学模型,利用有限元装配和单元连接技术建立回转装置转台-回转支撑-回转机构耦合的有限元模型,对有限元模型进行模态分析,对回转装置系统的抗冲击动力学性能进行评定,采用模态加速度法对回转装置有限元模型进行冲击载荷作用动力学响应分析。研究结果为液压挖掘机回转装置系统结构动力学及抗冲击性能研究提供依据。
首先分析了基于有限元模态分析和冲击载荷作用动力学响应的动力学理论基础。以液压挖掘机回转装置系统为研究对象,利用动力学理论和有限元分析相结合的方法对液压挖掘机回转装置进行动力学分析。建立了液压挖掘机回转装置系统动力学模型,利用有限元装配和单元连接技术建立回转装置转台-回转支撑-回转机构耦合的有限元模型,对有限元模型进行模态分析,对回转装置系统的抗冲击动力学性能进行评定,采用模态加速度法对回转装置有限元模型进行冲击载荷作用动力学响应分析。研究结果为液压挖掘机回转装置系统结构动力学及抗冲击性能研究提供依据。
2015, 34(11): 1699-1704.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1111
摘要:
针对工程结构失效准则不确定性的时变可靠度问题,构造了一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法,可处理模糊失效准则下抗力和荷载随时间变化的可靠性计算问题。该方法首先将模糊失效准则下的时变功能函数随机过程进行离散,然后应用模糊集基本理论,引入新的随机变量,得到不同时间段的等效功能函数,最终将模糊失效准则下的时变可靠性问题转化为常规的可靠性问题,通过一次二阶矩方法求解获得时变可靠度和失效概率。最后以某机械零件和齿轮传动为例,分别得出模糊失效准则下的时变可靠度曲线和失效概率曲线,验证了该方法的有效性。
针对工程结构失效准则不确定性的时变可靠度问题,构造了一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法,可处理模糊失效准则下抗力和荷载随时间变化的可靠性计算问题。该方法首先将模糊失效准则下的时变功能函数随机过程进行离散,然后应用模糊集基本理论,引入新的随机变量,得到不同时间段的等效功能函数,最终将模糊失效准则下的时变可靠性问题转化为常规的可靠性问题,通过一次二阶矩方法求解获得时变可靠度和失效概率。最后以某机械零件和齿轮传动为例,分别得出模糊失效准则下的时变可靠度曲线和失效概率曲线,验证了该方法的有效性。
2015, 34(11): 1705-1709.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1112
摘要:
机床导轨是机床各运动部件相互运动的基准,导轨误差改变了机床各部件的相对位置,破坏了各部件相对运动的准确性,造成了工作台运动误差,最终影响被加工零件的加工精度。研究了直线滚动导轨平行度误差对机床工作台运动误差的影响,根据赫兹接触理论分析了滚珠受力与接触变形的关系,基于齐次坐标变换和最小余能原理定量分析了工作台的运动误差。最后通过算法举例、仿真及计算结果的对比,表明该算法能准确计算出工作台的运动误差。
机床导轨是机床各运动部件相互运动的基准,导轨误差改变了机床各部件的相对位置,破坏了各部件相对运动的准确性,造成了工作台运动误差,最终影响被加工零件的加工精度。研究了直线滚动导轨平行度误差对机床工作台运动误差的影响,根据赫兹接触理论分析了滚珠受力与接触变形的关系,基于齐次坐标变换和最小余能原理定量分析了工作台的运动误差。最后通过算法举例、仿真及计算结果的对比,表明该算法能准确计算出工作台的运动误差。
2015, 34(11): 1710-1716.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1113
摘要:
针对某轻工机械多轴转角位置同步控制精度问题,对多轴同步控制结构和控制策略进行了研究。在分析传统同步控制策略的基础上,针对研究对象转角位置同步误差要求,同时为了解决系统轴数较多时造成控制器在线计算量大的问题,改进了传统的交叉耦合同步结构,提出基于一种模糊补偿相邻耦合多轴同步控制结构。在相邻偏差补偿模块采用模糊PI(比例积分)控制算法,使得系统在负载扰动的情况下仍能保持良好的同步稳定性。仿真和实验对比结果表明,该同步策略控制精度较高、收敛速度快、满足稳定性要求,很好地实现了研究对象的同步控制要求。
针对某轻工机械多轴转角位置同步控制精度问题,对多轴同步控制结构和控制策略进行了研究。在分析传统同步控制策略的基础上,针对研究对象转角位置同步误差要求,同时为了解决系统轴数较多时造成控制器在线计算量大的问题,改进了传统的交叉耦合同步结构,提出基于一种模糊补偿相邻耦合多轴同步控制结构。在相邻偏差补偿模块采用模糊PI(比例积分)控制算法,使得系统在负载扰动的情况下仍能保持良好的同步稳定性。仿真和实验对比结果表明,该同步策略控制精度较高、收敛速度快、满足稳定性要求,很好地实现了研究对象的同步控制要求。
2015, 34(11): 1717-1722.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1114
摘要:
采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同旋转速度和旋转方向下,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用进行了研究分析。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,但气旋流动与射流冲击的耦合作用均使得加热表面的对流换热能力相对圆盘静止时得到增强;盘缘在射流冲击喷嘴附近的切向速度与射流冲击方向协调时,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用有利于改善磨削弧区的对流换热,随着转盘旋转速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。
采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同旋转速度和旋转方向下,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用进行了研究分析。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,但气旋流动与射流冲击的耦合作用均使得加热表面的对流换热能力相对圆盘静止时得到增强;盘缘在射流冲击喷嘴附近的切向速度与射流冲击方向协调时,旋转盘诱导的气旋运动和射流冲击的耦合作用有利于改善磨削弧区的对流换热,随着转盘旋转速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。
2015, 34(11): 1723-1727.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1115
摘要:
根据同轴监测系统采集到的熔池和小孔的同轴视觉传感原始图像特点,分析了数字图像处理的方法并提出相应图像处理的流程。通过监测沿垂直速度方向熔池灰度分布实现了对熔宽的监测,通过对小孔顶部和底部尺寸的监测实现对熔透状态的监测。经过图像处理后的焊接区域同轴监测图像可以清晰的获得熔池轮廓及小孔尺寸,为实现焊接过程中熔池宽度和小孔的穿透状态的监测做准备。针对激光对接焊,提出焊缝跟踪的处理算法,不仅实现了焊接质量包括熔宽与熔透状态的监测,还实现焊接质量与焊缝跟踪一体化监测。
根据同轴监测系统采集到的熔池和小孔的同轴视觉传感原始图像特点,分析了数字图像处理的方法并提出相应图像处理的流程。通过监测沿垂直速度方向熔池灰度分布实现了对熔宽的监测,通过对小孔顶部和底部尺寸的监测实现对熔透状态的监测。经过图像处理后的焊接区域同轴监测图像可以清晰的获得熔池轮廓及小孔尺寸,为实现焊接过程中熔池宽度和小孔的穿透状态的监测做准备。针对激光对接焊,提出焊缝跟踪的处理算法,不仅实现了焊接质量包括熔宽与熔透状态的监测,还实现焊接质量与焊缝跟踪一体化监测。
2015, 34(11): 1728-1732.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1116
摘要:
针对静态二维环境下的全局路径规划问题,提出了一种基于变参数萤火虫算法和Maklink图的全局路径规划方法。将定参数的连续型萤火虫算法改进为变参数的离散型萤火虫算法;根据全局路径规划问题的特点,定义了变参数萤火虫算法的编码规则及萤火虫之间的距离表征方法;以含有多个任意形状障碍物的环境为例,在Maklink图的基础上采用变参数萤火虫算法对路径进行优化,改进后的萤火虫算法能够较好的解决离散路径规划问题。实验表明:变参数萤火虫算法的性能不仅优于标准萤火虫算法,而且在收敛速度、算法稳定性等方面优于粒子群算法。
针对静态二维环境下的全局路径规划问题,提出了一种基于变参数萤火虫算法和Maklink图的全局路径规划方法。将定参数的连续型萤火虫算法改进为变参数的离散型萤火虫算法;根据全局路径规划问题的特点,定义了变参数萤火虫算法的编码规则及萤火虫之间的距离表征方法;以含有多个任意形状障碍物的环境为例,在Maklink图的基础上采用变参数萤火虫算法对路径进行优化,改进后的萤火虫算法能够较好的解决离散路径规划问题。实验表明:变参数萤火虫算法的性能不仅优于标准萤火虫算法,而且在收敛速度、算法稳定性等方面优于粒子群算法。
2015, 34(11): 1733-1737.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1117
摘要:
主要针对数控立车液体静压转台油膜发热控制难题,采用CFD(computational fluid dynamics)仿真软件Fluent数值模拟油膜温度场分布。讨论了转速及黏度对油膜温度场的影响,得到油膜温升最大点主要集中在沿径向封油边外侧。利用MATLAB对其黏度因素进行优化得到最小功耗下的油膜黏度,得到在黏度为0.061 7 Pa·s时,可使静压系统功耗最低,同时油膜温升也小的预测结论。仿真结果为工程实际油膜温度控制提供了理论依据。
主要针对数控立车液体静压转台油膜发热控制难题,采用CFD(computational fluid dynamics)仿真软件Fluent数值模拟油膜温度场分布。讨论了转速及黏度对油膜温度场的影响,得到油膜温升最大点主要集中在沿径向封油边外侧。利用MATLAB对其黏度因素进行优化得到最小功耗下的油膜黏度,得到在黏度为0.061 7 Pa·s时,可使静压系统功耗最低,同时油膜温升也小的预测结论。仿真结果为工程实际油膜温度控制提供了理论依据。
2015, 34(11): 1738-1743.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1118
摘要:
在大客车前碰撞中,由于前围产生较大侵入变形,极易造成驾驶员下肢损伤。为减少驾驶员下肢损伤风险,设计了一种驾驶员膝部安全气囊,并采用计算机仿真方法对气囊进行了优化分析研究。首先,利用Hypermesh建立12 m大客车的有限元模型,并对其进行正面碰撞模拟,验证了客车模型的可行性,且得到驾驶员座椅下方加速度曲线。然后,用MADYMO动力学软件建立了该大客车驾驶员约束系统的前碰撞模型,模型包含客车驾驶舱、驾驶员座椅、三点式安全带、转向系统、和膝部安全气囊。进而将有限元客车整车正面碰撞模拟获得的加速度曲线作为MADYMO碰撞模型的输入载荷条件,分析了安全带和膝部气囊的八个设计参数对驾驶员下肢损伤的影响。最后得到膝部气囊点火时刻、膝部气囊拉带长度、膝部气囊排气孔面积系数三个主效应影响因子,并基于多目标遗传算法对其进行优化分析,优化结果使驾驶员下肢损伤风险得到了很大程度的降低。
在大客车前碰撞中,由于前围产生较大侵入变形,极易造成驾驶员下肢损伤。为减少驾驶员下肢损伤风险,设计了一种驾驶员膝部安全气囊,并采用计算机仿真方法对气囊进行了优化分析研究。首先,利用Hypermesh建立12 m大客车的有限元模型,并对其进行正面碰撞模拟,验证了客车模型的可行性,且得到驾驶员座椅下方加速度曲线。然后,用MADYMO动力学软件建立了该大客车驾驶员约束系统的前碰撞模型,模型包含客车驾驶舱、驾驶员座椅、三点式安全带、转向系统、和膝部安全气囊。进而将有限元客车整车正面碰撞模拟获得的加速度曲线作为MADYMO碰撞模型的输入载荷条件,分析了安全带和膝部气囊的八个设计参数对驾驶员下肢损伤的影响。最后得到膝部气囊点火时刻、膝部气囊拉带长度、膝部气囊排气孔面积系数三个主效应影响因子,并基于多目标遗传算法对其进行优化分析,优化结果使驾驶员下肢损伤风险得到了很大程度的降低。
2015, 34(11): 1744-1749.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1119
摘要:
针对轮边驱动电动汽车非簧载质量显著增大对车辆乘坐舒适性和操稳性造成的影响,采用功率流方法从能量传递角度进行了分析。仿真结果表明:非簧载质量的增大增加了悬架的能量消耗,影响车辆乘坐舒适性,同时也增加了车轮的能量消耗,影响轮胎接地性能,降低了车辆操稳性。为此,提出了车身型吸振器结构,避免了车轮型吸振器在人体敏感频段容易引发的共振。对吸振器的刚度、阻尼和电机定子质量进行了优化设计,使得车辆垂向振动的能量消耗降低,改善了车辆的乘坐舒适性和操稳性。
针对轮边驱动电动汽车非簧载质量显著增大对车辆乘坐舒适性和操稳性造成的影响,采用功率流方法从能量传递角度进行了分析。仿真结果表明:非簧载质量的增大增加了悬架的能量消耗,影响车辆乘坐舒适性,同时也增加了车轮的能量消耗,影响轮胎接地性能,降低了车辆操稳性。为此,提出了车身型吸振器结构,避免了车轮型吸振器在人体敏感频段容易引发的共振。对吸振器的刚度、阻尼和电机定子质量进行了优化设计,使得车辆垂向振动的能量消耗降低,改善了车辆的乘坐舒适性和操稳性。
2015, 34(11): 1750-1755.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1120
摘要:
翼子板是车身覆盖件中成形难度最大的零件之一,其结构特点决定了成形工艺,而冲压工序数又直接影响产品的生产成本和成形精度。研究了各种翼子板的结构特点和冲压工艺,提出了基于冲压工艺正交试验的翼子板产品结构优化设计方法。此外,以某车翼子板开发为例,采用本优化方法对该翼子板零件进行优化,并研究了翼子板四序冲压成形工艺的关键技术。借助于本优化分析方法,可以在车型车身结构设计阶段,指导其翼子板产品满足四工序冲压的结构设计。
翼子板是车身覆盖件中成形难度最大的零件之一,其结构特点决定了成形工艺,而冲压工序数又直接影响产品的生产成本和成形精度。研究了各种翼子板的结构特点和冲压工艺,提出了基于冲压工艺正交试验的翼子板产品结构优化设计方法。此外,以某车翼子板开发为例,采用本优化方法对该翼子板零件进行优化,并研究了翼子板四序冲压成形工艺的关键技术。借助于本优化分析方法,可以在车型车身结构设计阶段,指导其翼子板产品满足四工序冲压的结构设计。
2015, 34(11): 1756-1760.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1121
摘要:
混合动力汽车控制策略参数的选取对系统性能有重大的影响。为此,建立了以动力性能为约束指标、以燃油消耗率和排放为评价指标的混合动力汽车控制策略参数优化模型,并对控制策略参数进行优化。利用加权系数法整合评价指标,结合遗传算法工具箱GATBX对控制策略参数进行多目标优化,并利用ADVISOR对优化前后的性能进行仿真。仿真结果表明:在保证动力性的前提下有效降低了混合动力汽车燃料消耗量和排放,其中油耗和NOx降低了17%,HC和CO降低了大约7%。
混合动力汽车控制策略参数的选取对系统性能有重大的影响。为此,建立了以动力性能为约束指标、以燃油消耗率和排放为评价指标的混合动力汽车控制策略参数优化模型,并对控制策略参数进行优化。利用加权系数法整合评价指标,结合遗传算法工具箱GATBX对控制策略参数进行多目标优化,并利用ADVISOR对优化前后的性能进行仿真。仿真结果表明:在保证动力性的前提下有效降低了混合动力汽车燃料消耗量和排放,其中油耗和NOx降低了17%,HC和CO降低了大约7%。
2015, 34(11): 1761-1768.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1122
摘要:
为了提高电动叉车势能回收效率,给出了势能回收系统各部件的数学模型及势能回收效率的数学模型,研究了电动叉车势能回收效率的影响因素。利用AMESim和Virtual.lab Motion软件进行了电动叉车势能回收系统仿真分析,最后通过实验来检验仿真模型的有效性和仿真结果的正确性。研究结果表明:电动叉车势能回收效率随着门架负载及液压马达排量的增大而增大,随着货叉下降速度、货叉下降加速度、液压马达转动惯量、升降油缸活塞面积及升降油缸运动部件质量的减小而增大。
为了提高电动叉车势能回收效率,给出了势能回收系统各部件的数学模型及势能回收效率的数学模型,研究了电动叉车势能回收效率的影响因素。利用AMESim和Virtual.lab Motion软件进行了电动叉车势能回收系统仿真分析,最后通过实验来检验仿真模型的有效性和仿真结果的正确性。研究结果表明:电动叉车势能回收效率随着门架负载及液压马达排量的增大而增大,随着货叉下降速度、货叉下降加速度、液压马达转动惯量、升降油缸活塞面积及升降油缸运动部件质量的减小而增大。
2015, 34(11): 1769-1773.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1123
摘要:
提出接地压力非对称指数的概念,利用轮胎环模型来定量研究接地压力分布的不对称性,分析了物理参数对非对称指数的非线性影响规律。结果发现影响轮胎接地压力分布非对称性的主次因素依次为:角速度、阻尼、带束层有效密度、充气压力、垂向载荷、侧壁径向弹簧参数、带束层径向弹簧参数及带束层有效抗弯刚度。在参数±40%变化范围内,垂向载荷、充气压力和侧壁径向弹簧参数对接地压力分布非对称指数的影响最大。
提出接地压力非对称指数的概念,利用轮胎环模型来定量研究接地压力分布的不对称性,分析了物理参数对非对称指数的非线性影响规律。结果发现影响轮胎接地压力分布非对称性的主次因素依次为:角速度、阻尼、带束层有效密度、充气压力、垂向载荷、侧壁径向弹簧参数、带束层径向弹簧参数及带束层有效抗弯刚度。在参数±40%变化范围内,垂向载荷、充气压力和侧壁径向弹簧参数对接地压力分布非对称指数的影响最大。
2015, 34(11): 1774-1778.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1124
摘要:
汽车碰撞测试用Q6儿童假人结构较复杂、没有公开几何及材料参数,难以对其进行深入研究和改进。因此,利用CT技术,对Q6假人无金属反光几何边界进行反求;设计并制作了质心测量仪,采用试错法,基于质心一致进行金属件反求,并用转动惯量校正。设计了新型排水法,应用于髋部和锁骨的材料密度反求;设计并利用矩阵方程法进行多材料组合部件的密度反求。通过以上方法获得了Q6假人主要部件的几何模型及材料参数。
汽车碰撞测试用Q6儿童假人结构较复杂、没有公开几何及材料参数,难以对其进行深入研究和改进。因此,利用CT技术,对Q6假人无金属反光几何边界进行反求;设计并制作了质心测量仪,采用试错法,基于质心一致进行金属件反求,并用转动惯量校正。设计了新型排水法,应用于髋部和锁骨的材料密度反求;设计并利用矩阵方程法进行多材料组合部件的密度反求。通过以上方法获得了Q6假人主要部件的几何模型及材料参数。
2015, 34(11): 1779-1783.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1125
摘要:
为探究激光冲击对AZ31镁合金腐蚀疲劳性能的影响,采用钕玻璃激光器激光冲击处理AZ31镁合金表面,采用透射电子显微镜观察激光冲击后镁合金表层的微观组织,分别在3.5%(wt)氯化钠溶液和空气中测试其三点弯曲腐蚀疲劳性能。微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层产生超高应变速率塑性变形,晶粒内部存在与孪晶相互交叉、相互缠结的高密度位错而导致晶粒细化;腐蚀疲劳曲线表明激光冲击试样疲劳寿命高于冲击前试样,在空气中疲劳寿命提高约38.25%,在溶液中疲劳寿命提高约183.47%,激光冲击AZ31镁合金所产生的微观组织和残余应力是降低其裂纹扩展速率的主要因素。
为探究激光冲击对AZ31镁合金腐蚀疲劳性能的影响,采用钕玻璃激光器激光冲击处理AZ31镁合金表面,采用透射电子显微镜观察激光冲击后镁合金表层的微观组织,分别在3.5%(wt)氯化钠溶液和空气中测试其三点弯曲腐蚀疲劳性能。微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层产生超高应变速率塑性变形,晶粒内部存在与孪晶相互交叉、相互缠结的高密度位错而导致晶粒细化;腐蚀疲劳曲线表明激光冲击试样疲劳寿命高于冲击前试样,在空气中疲劳寿命提高约38.25%,在溶液中疲劳寿命提高约183.47%,激光冲击AZ31镁合金所产生的微观组织和残余应力是降低其裂纹扩展速率的主要因素。
2015, 34(11): 1784-1788.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1126
摘要:
提出了基于CATIA参数化设计多孔材料孔型的方法,介绍了如何应用CATIA建立多孔材料孔型库,其中包括多孔材料孔型参数化建模、多孔材料孔型库生成、多孔材料孔型库使用。介绍了运用多孔材料孔型库快速设计并制造多孔材料的工作流程,并且采用电子束快速成形制造方法制备出了不同孔型的多孔材料。
提出了基于CATIA参数化设计多孔材料孔型的方法,介绍了如何应用CATIA建立多孔材料孔型库,其中包括多孔材料孔型参数化建模、多孔材料孔型库生成、多孔材料孔型库使用。介绍了运用多孔材料孔型库快速设计并制造多孔材料的工作流程,并且采用电子束快速成形制造方法制备出了不同孔型的多孔材料。
2015, 34(11): 1789-1793.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1127
摘要:
针对高可靠性航空柱塞泵现场故障数据稀少,难以准确确定数据分布类型的问题,提出采用Kriging方法建立部件故障不确定性的精确描述模型,挖掘部件可靠性信息,并基于不确定性描述的隐式Kriging模型进行蒙特卡洛抽样,产生与原始数据统计规律一致的大容量样本,为基于蒙特卡洛方法的结构系统可靠性分析奠定基础。此外,为衡量所提模型与原始数据统计分布特性的差异,提出基于累积分布函数的单位面积期望误差测度。测度分析结果表明,Kriging方法所建的部件故障不确定性模型比传统方法更准确。以航空柱塞泵为例,进行可靠性数据分析,验证所提方法的正确与高效。
针对高可靠性航空柱塞泵现场故障数据稀少,难以准确确定数据分布类型的问题,提出采用Kriging方法建立部件故障不确定性的精确描述模型,挖掘部件可靠性信息,并基于不确定性描述的隐式Kriging模型进行蒙特卡洛抽样,产生与原始数据统计规律一致的大容量样本,为基于蒙特卡洛方法的结构系统可靠性分析奠定基础。此外,为衡量所提模型与原始数据统计分布特性的差异,提出基于累积分布函数的单位面积期望误差测度。测度分析结果表明,Kriging方法所建的部件故障不确定性模型比传统方法更准确。以航空柱塞泵为例,进行可靠性数据分析,验证所提方法的正确与高效。
2015, 34(11): 1794-1799.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1128
摘要:
为了提高空间对接试验平台的对接精度,对其进行了误差分析及标定研究。在并联机构运动学正解和逆解的基础上,利用全微分法推导出了并联六自由度机构的运动学误差标定模型。为了更加有效地对各个误差源进行误差辨识,提出了一种基于遗传算法以矩阵条件数为优化目标、对并联机构的标定测量点进行优化筛选的方法,以降低测量噪声对标定结果的影响。当采用较少的测量数据时,仍然能够取得较好的标定效果,具有较好的抗干扰能力。最后,利用数值仿真算例验证了该方法的有效性。
为了提高空间对接试验平台的对接精度,对其进行了误差分析及标定研究。在并联机构运动学正解和逆解的基础上,利用全微分法推导出了并联六自由度机构的运动学误差标定模型。为了更加有效地对各个误差源进行误差辨识,提出了一种基于遗传算法以矩阵条件数为优化目标、对并联机构的标定测量点进行优化筛选的方法,以降低测量噪声对标定结果的影响。当采用较少的测量数据时,仍然能够取得较好的标定效果,具有较好的抗干扰能力。最后,利用数值仿真算例验证了该方法的有效性。
2015, 34(11): 1800-1804.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.1129
摘要:
研究了基于多点协调加载试验的机翼飞行载荷测量技术。在某型飞机机翼载荷校准试验中,使用了自动液压加载系统,并研制出新的飞机约束装置,从而实现了多点协调加载试验,其中试验数据由机载测试系统进行采集。提出了建立机翼载荷模型的方法,最后通过地面检验试验和飞行试验验证了机翼载荷模型的合理可靠性。结果表明:该方法能够建立更高精度的机翼载荷模型。
研究了基于多点协调加载试验的机翼飞行载荷测量技术。在某型飞机机翼载荷校准试验中,使用了自动液压加载系统,并研制出新的飞机约束装置,从而实现了多点协调加载试验,其中试验数据由机载测试系统进行采集。提出了建立机翼载荷模型的方法,最后通过地面检验试验和飞行试验验证了机翼载荷模型的合理可靠性。结果表明:该方法能够建立更高精度的机翼载荷模型。
