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2023年 42卷 第10期
2023, 42(10): 1575-1582.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220136
摘要
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摘要:
针对非高斯随机路面条件开展了八轮重型装甲车辆悬架的减振控制策略研究。当前随机路面通常采用基于功率谱密度法的高斯信号进行表征, 难以准确描述装甲车辆行驶的复杂路面工况。建立了八轮重型装甲车的整车悬架模型, 实现了对起伏路面非高斯性能的准确表征, 提出了针对非高斯随机路面的模糊自适应悬架振动控制策略。仿真结果表明: 所提出的控制策略可在装甲车所行驶的实际路面工况下对整车起到良好的减振效果, 为八轮装甲车辆的减振控制奠定了理论基础。
针对非高斯随机路面条件开展了八轮重型装甲车辆悬架的减振控制策略研究。当前随机路面通常采用基于功率谱密度法的高斯信号进行表征, 难以准确描述装甲车辆行驶的复杂路面工况。建立了八轮重型装甲车的整车悬架模型, 实现了对起伏路面非高斯性能的准确表征, 提出了针对非高斯随机路面的模糊自适应悬架振动控制策略。仿真结果表明: 所提出的控制策略可在装甲车所行驶的实际路面工况下对整车起到良好的减振效果, 为八轮装甲车辆的减振控制奠定了理论基础。
2023, 42(10): 1583-1591.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220121
摘要:
为了研究不同米勒循环对大功率沼气发动机在额定工况的燃烧和性能的影响, 基于一台1.15 MW增压型沼气发动机及其仿真模型, 通过变化进气门关闭正时, 将沼气发动机由奥托循环改为不同米勒循环。仿真研究结果表明: 在沼气发动机输出目标功率相同的情况下, 随着早米勒的提前和晚米勒的推后, 其缸内最大燃烧压力、最高燃烧温度、单缸排气温度、燃油消耗率及氮氧化物排放均降低明显, 这表明早米勒循环和晚米勒循环对沼气发动机的燃烧和性能提升有较好的效果; 随着早米勒的提前和晚米勒的推后, 为了保证输出相同的功率, 其增压压力需要提高, 但其充气效率明显下降; 随着晚米勒的加强, 进气门关闭时刻进气倒流现象明显, 容易出现进气回火现象, 早米勒在进气门关闭时刻未发生任何进气倒流现象; 相比晚米勒, 早米勒更好的适宜预混增压型沼气发动机进气混合需求; 所研究机型在ML-70时刻比原ML0时刻, 其优点是爆发压力、燃气消耗率、氮氧化物排放分别下降3.74 %、2.49 %、23.58 %, 达到了降低爆震、提高效率、减小排放的目标。
为了研究不同米勒循环对大功率沼气发动机在额定工况的燃烧和性能的影响, 基于一台1.15 MW增压型沼气发动机及其仿真模型, 通过变化进气门关闭正时, 将沼气发动机由奥托循环改为不同米勒循环。仿真研究结果表明: 在沼气发动机输出目标功率相同的情况下, 随着早米勒的提前和晚米勒的推后, 其缸内最大燃烧压力、最高燃烧温度、单缸排气温度、燃油消耗率及氮氧化物排放均降低明显, 这表明早米勒循环和晚米勒循环对沼气发动机的燃烧和性能提升有较好的效果; 随着早米勒的提前和晚米勒的推后, 为了保证输出相同的功率, 其增压压力需要提高, 但其充气效率明显下降; 随着晚米勒的加强, 进气门关闭时刻进气倒流现象明显, 容易出现进气回火现象, 早米勒在进气门关闭时刻未发生任何进气倒流现象; 相比晚米勒, 早米勒更好的适宜预混增压型沼气发动机进气混合需求; 所研究机型在ML-70时刻比原ML0时刻, 其优点是爆发压力、燃气消耗率、氮氧化物排放分别下降3.74 %、2.49 %、23.58 %, 达到了降低爆震、提高效率、减小排放的目标。
2023, 42(10): 1592-1601.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220063
摘要:
为提升管绞车筒体的抗振性能，开展了三孔筒体振动特性分析，并基于响应面法对筒体进行动力学优化研究。首先基于三孔筒体有限元模型，通过预应力加载及模态分析和谐响应分析，得出筒体的固有频率、振型以及频率与振幅之间的关系。对比模态分析与谐响应分析结果，发现前两阶固有频率对筒体的影响较大，易引起共振；通过探究开孔数量对筒体的影响，发现两孔筒体固有频率更高。借助灵敏度分析筛选设计变量，并运用面心复合设计获取样本点，构建Kriging响应面模型进行结构和材料参数优化。结果显示：优化后的筒体相比于原三孔筒体，其前两阶固有频率分别提升了189%和359.7%，其质量也降低了39%。
为提升管绞车筒体的抗振性能，开展了三孔筒体振动特性分析，并基于响应面法对筒体进行动力学优化研究。首先基于三孔筒体有限元模型，通过预应力加载及模态分析和谐响应分析，得出筒体的固有频率、振型以及频率与振幅之间的关系。对比模态分析与谐响应分析结果，发现前两阶固有频率对筒体的影响较大，易引起共振；通过探究开孔数量对筒体的影响，发现两孔筒体固有频率更高。借助灵敏度分析筛选设计变量，并运用面心复合设计获取样本点，构建Kriging响应面模型进行结构和材料参数优化。结果显示：优化后的筒体相比于原三孔筒体，其前两阶固有频率分别提升了189%和359.7%，其质量也降低了39%。
2023, 42(10): 1602-1608.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220127
摘要:
提出了一种由水弹折纸为原理的轻量级折纸抓手。对水弹结构进行了介绍和几何分析，得到了形成水弹圆柱体可折叠条件，并介绍了抓取装置设计和制造方法。搭建了折纸抓手的抓取实验平台，对具有不同几何形状、质地和重量的物体进行了抓取和提升测试，测试了抓手轴向偏移抓取的能力，并分析了抓手负载能力随气压的变化关系。抓取实验表明该柔性抓手具有轴向偏移抓取、形状自适应抓取、抓力可控等优点。在食品、水果等质地柔软且质量较轻目标物的抓取及分拣领域具有的实用性。
提出了一种由水弹折纸为原理的轻量级折纸抓手。对水弹结构进行了介绍和几何分析，得到了形成水弹圆柱体可折叠条件，并介绍了抓取装置设计和制造方法。搭建了折纸抓手的抓取实验平台，对具有不同几何形状、质地和重量的物体进行了抓取和提升测试，测试了抓手轴向偏移抓取的能力，并分析了抓手负载能力随气压的变化关系。抓取实验表明该柔性抓手具有轴向偏移抓取、形状自适应抓取、抓力可控等优点。在食品、水果等质地柔软且质量较轻目标物的抓取及分拣领域具有的实用性。
2023, 42(10): 1609-1616.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220142
摘要:
由于摩擦会引起气动位置伺服系统的动态滞后，尤其是气缸活塞在换向过程中容易产生"平顶"现象，因此需要对气动系统进行摩擦补偿。但是由于气动系统本身的参数不确定性和强非线性会影响摩擦补偿的效果，同时气缸两腔耦合与流量饱和会导致控制系统的自由度不高且能量损失较大。针对以上问题，文中采用表征摩擦动态特性良好的LuGre模型来描述气缸摩擦并提出了一种自适应鲁棒控制器进行摩擦补偿，控制器的自适应部分用于控制参数不确定性，鲁棒控制部分用来处理系统的非线性。同时采用两个三位四通比例阀来提高控制自由度并降低能量耗散。仿真结果表明：该补偿策略有效改善了摩擦带来的动态滞后，提高了系统的响应速度与跟踪精度。
由于摩擦会引起气动位置伺服系统的动态滞后，尤其是气缸活塞在换向过程中容易产生"平顶"现象，因此需要对气动系统进行摩擦补偿。但是由于气动系统本身的参数不确定性和强非线性会影响摩擦补偿的效果，同时气缸两腔耦合与流量饱和会导致控制系统的自由度不高且能量损失较大。针对以上问题，文中采用表征摩擦动态特性良好的LuGre模型来描述气缸摩擦并提出了一种自适应鲁棒控制器进行摩擦补偿，控制器的自适应部分用于控制参数不确定性，鲁棒控制部分用来处理系统的非线性。同时采用两个三位四通比例阀来提高控制自由度并降低能量耗散。仿真结果表明：该补偿策略有效改善了摩擦带来的动态滞后，提高了系统的响应速度与跟踪精度。
2023, 42(10): 1617-1624.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220145
摘要:
为改善电池包箱体的耐冲击性能, 以某款物流车动力电池包为研究对象, 综合考虑电池包的跌落和挤压问题, 分析了不同跌落高度、跌落角度以及不同挤压方向工况下电池包箱体的动力学响应。根据分析结果, 以电池包箱体安全性能作为优化目的, 以电池包箱体尺寸参数作为设计变量, 对电池包箱体进行了多目标尺寸优化, 并通过跌落试验验证了优化效果。结果表明, 优化后电池包箱体的强度得到了提高, 动力学响应满足跌落和挤压工况的要求, 验证了本文电池包动力学分析与结构优化方法的正确性。
为改善电池包箱体的耐冲击性能, 以某款物流车动力电池包为研究对象, 综合考虑电池包的跌落和挤压问题, 分析了不同跌落高度、跌落角度以及不同挤压方向工况下电池包箱体的动力学响应。根据分析结果, 以电池包箱体安全性能作为优化目的, 以电池包箱体尺寸参数作为设计变量, 对电池包箱体进行了多目标尺寸优化, 并通过跌落试验验证了优化效果。结果表明, 优化后电池包箱体的强度得到了提高, 动力学响应满足跌落和挤压工况的要求, 验证了本文电池包动力学分析与结构优化方法的正确性。
2023, 42(10): 1625-1629.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220129
摘要:
针对泊车机器人定位特点, 使用惯导、里程计、二维码模块, 基于Visual C++平台开发了一种泊车机器人定位系统。针对双舵轮泊车机器人构型, 采用速度-几何法建立了机器人运动学模型, 在此基础上, 推导了惯导传感器数据的姿态变换矩阵, 建立了里程计传感器运动模型, 结合运动学航位推算与卡尔曼滤波方法, 提出了一种多传感器组合定位方法。泊车机器人定位实验表明, 应用多传感器组合定位方法的泊车机器人可以较好地实现机器人稳定工作, 相比航位推算定位方法, 其平均定位偏差降低了92%, 达到14.04 mm, 定位精度显著提高, 可以较好地满足泊车机器人定位需求。
针对泊车机器人定位特点, 使用惯导、里程计、二维码模块, 基于Visual C++平台开发了一种泊车机器人定位系统。针对双舵轮泊车机器人构型, 采用速度-几何法建立了机器人运动学模型, 在此基础上, 推导了惯导传感器数据的姿态变换矩阵, 建立了里程计传感器运动模型, 结合运动学航位推算与卡尔曼滤波方法, 提出了一种多传感器组合定位方法。泊车机器人定位实验表明, 应用多传感器组合定位方法的泊车机器人可以较好地实现机器人稳定工作, 相比航位推算定位方法, 其平均定位偏差降低了92%, 达到14.04 mm, 定位精度显著提高, 可以较好地满足泊车机器人定位需求。
2023, 42(10): 1630-1637.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220124
摘要:
挖掘机工作装置关节摩擦副直接关系到挖掘机的作业质量以及产品可靠性。针对挖掘机在使用过程中出现关节摩擦副耳板外翻以及端面磨损严重问题, 建立工作装置动力学模型, 并基于ADAMS进行了动力学仿真, 得到工作装置3个主要承重关节载荷谱数据, 同时加以应变片实验验证, 确保动力学仿真结果的正确性。在此基础上, 基于动力学仿真结果载荷谱数据, 应用ANSYS对工作装置的动臂-底座关节进行动态接触特性仿真分析。结果表明: 工作装置在挖掘过程启动和结束时候存在较大突变载荷, 对耳板产生冲击; 接触端面的峰值应力远低于材料许用应力, 端面破坏主要是由疲劳破坏造成; 接触磨损区域主要集中于一侧端面外边缘处, 伴随着相互之间的黏附, 端面的磨损由外向内将逐渐延伸。研究结果为挖掘机工作装置关节端面碰撞冲击、磨损分析以及关节接触优化提供依据。
挖掘机工作装置关节摩擦副直接关系到挖掘机的作业质量以及产品可靠性。针对挖掘机在使用过程中出现关节摩擦副耳板外翻以及端面磨损严重问题, 建立工作装置动力学模型, 并基于ADAMS进行了动力学仿真, 得到工作装置3个主要承重关节载荷谱数据, 同时加以应变片实验验证, 确保动力学仿真结果的正确性。在此基础上, 基于动力学仿真结果载荷谱数据, 应用ANSYS对工作装置的动臂-底座关节进行动态接触特性仿真分析。结果表明: 工作装置在挖掘过程启动和结束时候存在较大突变载荷, 对耳板产生冲击; 接触端面的峰值应力远低于材料许用应力, 端面破坏主要是由疲劳破坏造成; 接触磨损区域主要集中于一侧端面外边缘处, 伴随着相互之间的黏附, 端面的磨损由外向内将逐渐延伸。研究结果为挖掘机工作装置关节端面碰撞冲击、磨损分析以及关节接触优化提供依据。
2023, 42(10): 1638-1647.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220131
摘要:
在轴向、弯曲和扭矩等多种载荷的循环复合作用下, 钻杆管体应力集中部位或材料缺陷处会产生裂纹萌生和疲劳裂纹扩展现象, 导致管体失效甚至断裂。以API S135钢级钻杆管体为研究对象, 通过单轴拉伸试验和裂纹扩展试验测试材料力学性能参数, 建立管体数值仿真模型, 并以管体疲劳失效案例作为验证对象来验证模型可行性。通过裂纹扩展数值模拟发现, 管体内加厚过渡消失区最容易断裂失效, 且载荷循环次数最低; 载荷应力比增大, 可以降低疲劳断裂失效风险。通过对管体内加厚过渡消失区结构改进设计发现: 改进管体内加厚锥部长度和管体外加厚锥部长度对管体最大应力和载荷循环次数改变不大, 而提高管体壁厚t后应力下降显著, 且载荷循环次数提高明显。因此提高管体壁厚t是更为有效的改进方式, 并通过正交实验对结构组合进行分析和优选。
在轴向、弯曲和扭矩等多种载荷的循环复合作用下, 钻杆管体应力集中部位或材料缺陷处会产生裂纹萌生和疲劳裂纹扩展现象, 导致管体失效甚至断裂。以API S135钢级钻杆管体为研究对象, 通过单轴拉伸试验和裂纹扩展试验测试材料力学性能参数, 建立管体数值仿真模型, 并以管体疲劳失效案例作为验证对象来验证模型可行性。通过裂纹扩展数值模拟发现, 管体内加厚过渡消失区最容易断裂失效, 且载荷循环次数最低; 载荷应力比增大, 可以降低疲劳断裂失效风险。通过对管体内加厚过渡消失区结构改进设计发现: 改进管体内加厚锥部长度和管体外加厚锥部长度对管体最大应力和载荷循环次数改变不大, 而提高管体壁厚t后应力下降显著, 且载荷循环次数提高明显。因此提高管体壁厚t是更为有效的改进方式, 并通过正交实验对结构组合进行分析和优选。
2023, 42(10): 1648-1656.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220120
摘要:
为提高掺氢天然气均质压燃(HCCI)发动机性能, 降低NOx排放, 运用GT-power和Chemkin软件搭建发动机仿真模型, 在不同负气门重叠(NVO)方案下, 对发动机缸内燃烧以及NOx的排放进行了仿真分析。结果表明: NVO策略可以降低掺氢天然气HCCI发动机缸内温度和压力峰值, 改善自燃着火特性, 缓解噪声和爆震。3种方案中, 单独改变进气门开启(IVO)时刻的NVO策略对发动机动力损失影响最小, 同时改变IVO和EVC时刻的对称NVO策略, 能最大程度的实现废气缸内稀释作用与加热效果, 使缸内燃烧放热速率的缓和作用以及压力升高率的降低效果最优化, 最大限度的降低NOx排放。
为提高掺氢天然气均质压燃(HCCI)发动机性能, 降低NOx排放, 运用GT-power和Chemkin软件搭建发动机仿真模型, 在不同负气门重叠(NVO)方案下, 对发动机缸内燃烧以及NOx的排放进行了仿真分析。结果表明: NVO策略可以降低掺氢天然气HCCI发动机缸内温度和压力峰值, 改善自燃着火特性, 缓解噪声和爆震。3种方案中, 单独改变进气门开启(IVO)时刻的NVO策略对发动机动力损失影响最小, 同时改变IVO和EVC时刻的对称NVO策略, 能最大程度的实现废气缸内稀释作用与加热效果, 使缸内燃烧放热速率的缓和作用以及压力升高率的降低效果最优化, 最大限度的降低NOx排放。
2023, 42(10): 1657-1664.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220133
摘要:
基于正反向结合灰自助滤波法提取出有效的轴承性能退化信息，从而精准地计算轴承运行过程中的性能可靠度。分别运用正向灰自助滤波法和反向灰自助滤波法对采集到的滚动轴承振动加速度数据进行降噪，并将其进行融合得到新的数据序列；基于概率密度函数交集法，将滤波前后数据序列的概率密度函数交集面积作为定量评定滤波效果的新指标；选定性能阈值，计算各个数据序列的变异个数、变异概率和性能可靠度，定量分析轴承运行过程中的性能变异程度。两个案例均表明正反向结合灰自助滤波法的效果最好，将其用于评估滚动轴承的性能退化过程是可行的。
基于正反向结合灰自助滤波法提取出有效的轴承性能退化信息，从而精准地计算轴承运行过程中的性能可靠度。分别运用正向灰自助滤波法和反向灰自助滤波法对采集到的滚动轴承振动加速度数据进行降噪，并将其进行融合得到新的数据序列；基于概率密度函数交集法，将滤波前后数据序列的概率密度函数交集面积作为定量评定滤波效果的新指标；选定性能阈值，计算各个数据序列的变异个数、变异概率和性能可靠度，定量分析轴承运行过程中的性能变异程度。两个案例均表明正反向结合灰自助滤波法的效果最好，将其用于评估滚动轴承的性能退化过程是可行的。
2023, 42(10): 1665-1672.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220134
摘要:
超疏水表面具有自清洁、减霜防冰等优良特性，在航空航天、武器装备等领域具有广泛的应用前景。针对传统超疏水表面制备工艺复杂、成本高、耐磨性差等问题，提出电火花线切割加工单步制备主级表面织构和次级放电凹坑/凸起表面形貌形成多级分层结构获得超疏水表面的新方法，主要研究内容包括：研究特定参数下线切割加工工件表面特性，获得工件加工平面的表观接触角与微观形貌；开展3种表面织构的尺寸设计，预测工件表面的实际尺寸；建立接触角仿真模型并进行仿真，分析表面织构类型和尺寸对接触角的影响规律；开展工件表面接触角的实验研究，实验结果表明：工件表面的最大接触角为152.5°，仿真接触角与实验值的相对误差低于6%。
超疏水表面具有自清洁、减霜防冰等优良特性，在航空航天、武器装备等领域具有广泛的应用前景。针对传统超疏水表面制备工艺复杂、成本高、耐磨性差等问题，提出电火花线切割加工单步制备主级表面织构和次级放电凹坑/凸起表面形貌形成多级分层结构获得超疏水表面的新方法，主要研究内容包括：研究特定参数下线切割加工工件表面特性，获得工件加工平面的表观接触角与微观形貌；开展3种表面织构的尺寸设计，预测工件表面的实际尺寸；建立接触角仿真模型并进行仿真，分析表面织构类型和尺寸对接触角的影响规律；开展工件表面接触角的实验研究，实验结果表明：工件表面的最大接触角为152.5°，仿真接触角与实验值的相对误差低于6%。
2023, 42(10): 1673-1677.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220123
摘要:
利用传统3D打印技术制造复杂模型时辅助支撑结构的生成与去除需要浪费大量时间与材料，为了解决这个问题，提出了一种基于模型分解的五轴3D打印算法，使得空间模型能够实现辅助支撑消减的打印制造。该算法先利用"层切法"对一个空间模型进行分解，并在分解过程中维护一个各个节点与各个分解子模型相对应的多叉分解树。然后再依据多叉分解树的结构与相应树节点的信息，规划出五轴3D打印设备的模型打印路径。在自研五轴增材制造系统的帮助下，该算法能进行一般模型的分解与辅助支撑消减的模型打印。
利用传统3D打印技术制造复杂模型时辅助支撑结构的生成与去除需要浪费大量时间与材料，为了解决这个问题，提出了一种基于模型分解的五轴3D打印算法，使得空间模型能够实现辅助支撑消减的打印制造。该算法先利用"层切法"对一个空间模型进行分解，并在分解过程中维护一个各个节点与各个分解子模型相对应的多叉分解树。然后再依据多叉分解树的结构与相应树节点的信息，规划出五轴3D打印设备的模型打印路径。在自研五轴增材制造系统的帮助下，该算法能进行一般模型的分解与辅助支撑消减的模型打印。
2023, 42(10): 1678-1689.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220122
摘要:
为了能够有效识别钻削过程中刀具的磨损状态，为工厂实际加工过程提供刀具磨损的及时预警，开发了一种基于LabVIEW的钻削刀具磨损状态监测平台。平台可以实现实时采集振动信号并进行时域、频域和时频域的特征提取和数据保存。通过将遗传优化算法、BP神经网络与集成学习结合，构建了GA-BP-Adaboost模型，借助LabVIEW与MATLAB混合编程实现了模型搭建。最后，经过钻削实验分析实时信号及其多种特征对钻头刀具磨损状态的的表征情况，选择三层小波包分解的1、6、8频带作为模型的输入数据训练模型，经测试，模型的分类精度在90%以上。同时，平台的实时响应时间不超过3 s，可以满足实际加工过程的要求。
为了能够有效识别钻削过程中刀具的磨损状态，为工厂实际加工过程提供刀具磨损的及时预警，开发了一种基于LabVIEW的钻削刀具磨损状态监测平台。平台可以实现实时采集振动信号并进行时域、频域和时频域的特征提取和数据保存。通过将遗传优化算法、BP神经网络与集成学习结合，构建了GA-BP-Adaboost模型，借助LabVIEW与MATLAB混合编程实现了模型搭建。最后，经过钻削实验分析实时信号及其多种特征对钻头刀具磨损状态的的表征情况，选择三层小波包分解的1、6、8频带作为模型的输入数据训练模型，经测试，模型的分类精度在90%以上。同时，平台的实时响应时间不超过3 s，可以满足实际加工过程的要求。
2023, 42(10): 1690-1698.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220119
摘要:
针对无失效数据环节的可靠性评估时，采用单一模型难以同时得到参数的点估计和置信区间估计，而采用不同方法分别进行点估计和区间估计会造成结果的一致性问题, 本文针对在无失效数据情形下，对低温阀门填料环节进行可靠性分析，提出了一种运用多层bayes方法得到产品可靠度的点估计，综合bootstrap抽样法从产品的寿命概率分布中重新抽取样本，与矩法结合得出低温阀门填料环节的可靠度区间估计的可靠性建模方法。该方法根据低温阀门实际运行工况，确定多层bayes方法中取值上限参数c的值，进而得到低温阀门填料环节的寿命概率分布曲线，再利用bootstrap法从寿命概率分布中重新抽取新样本，新样本采用矩法获得低温阀门填料环节可靠度的区间估计，并与置信限方法得到的区间估计进行对比。结果表明：在威布尔分布条件下，新模型提高了可靠度区间估计精度，为无失效数据环节可靠性评估提供了理论基础。
针对无失效数据环节的可靠性评估时，采用单一模型难以同时得到参数的点估计和置信区间估计，而采用不同方法分别进行点估计和区间估计会造成结果的一致性问题, 本文针对在无失效数据情形下，对低温阀门填料环节进行可靠性分析，提出了一种运用多层bayes方法得到产品可靠度的点估计，综合bootstrap抽样法从产品的寿命概率分布中重新抽取样本，与矩法结合得出低温阀门填料环节的可靠度区间估计的可靠性建模方法。该方法根据低温阀门实际运行工况，确定多层bayes方法中取值上限参数c的值，进而得到低温阀门填料环节的寿命概率分布曲线，再利用bootstrap法从寿命概率分布中重新抽取新样本，新样本采用矩法获得低温阀门填料环节可靠度的区间估计，并与置信限方法得到的区间估计进行对比。结果表明：在威布尔分布条件下，新模型提高了可靠度区间估计精度，为无失效数据环节可靠性评估提供了理论基础。
2023, 42(10): 1699-1704.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220146
摘要:
深度残差网络使用跳跃连接，通过直接将输入信息绕道传到输出，能够搭建更深的层数来改善神经网络的训练效果；但是在复杂工况下，冗余噪声的影响会使残差网络的诊断性能大幅下降。考虑到软阈值的降噪性能与注意力机制的自适应筛选特征性能，所以在残差模块中嵌入一组自适应阈值块，利用注意力机制根据重要程度不同来对特征进行加权，自动地给各个样本设置不同的阈值来消除随机噪声对故障诊断的干扰。考虑到齿轮箱故障信号时变性较强，而CNN模型学习到的特征具有一定的尺度不变性，为此提出多尺度卷积核与特征融合模型对网络模型进行改进，明显改善了特征丢失的现象。最后实验表明在噪声情况下，改进模型的准确率显著提升；且在加入多尺度特征融合之后网络所需迭代次数大幅度缩减，同时改进后网络的故障诊断准确率进一步提高了2个百分点，学习效率显著提高40%。
深度残差网络使用跳跃连接，通过直接将输入信息绕道传到输出，能够搭建更深的层数来改善神经网络的训练效果；但是在复杂工况下，冗余噪声的影响会使残差网络的诊断性能大幅下降。考虑到软阈值的降噪性能与注意力机制的自适应筛选特征性能，所以在残差模块中嵌入一组自适应阈值块，利用注意力机制根据重要程度不同来对特征进行加权，自动地给各个样本设置不同的阈值来消除随机噪声对故障诊断的干扰。考虑到齿轮箱故障信号时变性较强，而CNN模型学习到的特征具有一定的尺度不变性，为此提出多尺度卷积核与特征融合模型对网络模型进行改进，明显改善了特征丢失的现象。最后实验表明在噪声情况下，改进模型的准确率显著提升；且在加入多尺度特征融合之后网络所需迭代次数大幅度缩减，同时改进后网络的故障诊断准确率进一步提高了2个百分点，学习效率显著提高40%。
2023, 42(10): 1705-1711.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220132
摘要:
为实现数控车床加工能效和加工质量的多目标优化，提出了一种对车削参数进行优化的黑洞-连续蚁群优化算法ACOR(Black hole-continuous ant colony optimization algorithm)。首先，以最低切削比能和最小表面粗糙度为优化目标，建立了数控车床材料切削阶段的多目标优化模型；其次，引入黑洞算法对连续蚁群算法进行改进，构建了适用于多目标优化的黑洞-连续蚁群算法；最后，利用黑洞-连续蚁群算法对数控车床切削阶段的切削参数进行了寻优，并将优化结果与其它优化算法进行对比分析。分析结果表明，黑洞-连续蚁群算法不仅具有良好的全局搜索能力，寻优能力也较其它算法有所提升，能够为制造业提高生产能效和加工质量提供新的解决思路。
为实现数控车床加工能效和加工质量的多目标优化，提出了一种对车削参数进行优化的黑洞-连续蚁群优化算法ACOR(Black hole-continuous ant colony optimization algorithm)。首先，以最低切削比能和最小表面粗糙度为优化目标，建立了数控车床材料切削阶段的多目标优化模型；其次，引入黑洞算法对连续蚁群算法进行改进，构建了适用于多目标优化的黑洞-连续蚁群算法；最后，利用黑洞-连续蚁群算法对数控车床切削阶段的切削参数进行了寻优，并将优化结果与其它优化算法进行对比分析。分析结果表明，黑洞-连续蚁群算法不仅具有良好的全局搜索能力，寻优能力也较其它算法有所提升，能够为制造业提高生产能效和加工质量提供新的解决思路。
2023, 42(10): 1712-1718.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220148
摘要:
水润滑轴承水膜压力无线监测节点同轴安装、随轴高速旋转，因此对其供电成为一大难题。针对上述问题，提出一种非接触供电方法，建立了耦合机构物理模型及其等效电路，并进行特性分析；然后，对耦合机构原、副边电路进行补偿，并对其输出功率及效率进行仿真；最后通过试验进行验证。结果表明：仿真与试验结果具有较好一致性，该耦合机构在SP补偿后平均输出功率为10.332 W，传输效率为69.84%，能够满足无线监测节点非接触供电需要。
水润滑轴承水膜压力无线监测节点同轴安装、随轴高速旋转，因此对其供电成为一大难题。针对上述问题，提出一种非接触供电方法，建立了耦合机构物理模型及其等效电路，并进行特性分析；然后，对耦合机构原、副边电路进行补偿，并对其输出功率及效率进行仿真；最后通过试验进行验证。结果表明：仿真与试验结果具有较好一致性，该耦合机构在SP补偿后平均输出功率为10.332 W，传输效率为69.84%，能够满足无线监测节点非接触供电需要。
2023, 42(10): 1719-1726.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220302
摘要:
停车制动过程中车速变为0时，车辆加速度的阶跃变化是影响制动舒适性的主要原因。通过对纵向制动工况进行控制，即对制动后期的加速度和速度重新规划，对速度的规划采用二次曲线形式。规划后车辆制动时的冲击度(加速度的时间变化率)明显减小。在MATLAB软件中验证了算法的正确性，并通过Simulink和Carsim联合仿真得到了整车层面上的优化结果。针对制动舒适性与制动安全性的问题，提出制动系统“减压-保压-增压”的解决方案，并进行了实车试验，试验结果表明各项评价指标良好，在保证安全性的情况下提高了舒适性。
停车制动过程中车速变为0时，车辆加速度的阶跃变化是影响制动舒适性的主要原因。通过对纵向制动工况进行控制，即对制动后期的加速度和速度重新规划，对速度的规划采用二次曲线形式。规划后车辆制动时的冲击度(加速度的时间变化率)明显减小。在MATLAB软件中验证了算法的正确性，并通过Simulink和Carsim联合仿真得到了整车层面上的优化结果。针对制动舒适性与制动安全性的问题，提出制动系统“减压-保压-增压”的解决方案，并进行了实车试验，试验结果表明各项评价指标良好，在保证安全性的情况下提高了舒适性。
2023, 42(10): 1727-1734.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220126
摘要:
基于轨道车辆制动系统三位式防滑阀工作原理，建立防滑阀数学模型，进行充排气特性仿真分析；依次建立电空转换阀、紧急阀及中继阀等阀类数学模型，构建空气制动单元模型；针对制动防滑控制系统，建立防滑控制单元及制动动力学单元模型，结合空气制动单元模型搭建四轴车辆制动防滑控制数值仿真平台；利用数值仿真平台进行列车制动防滑性能仿真分析，并通过制动距离、车速及滑动量误差量3个指标与实车在线试验数据对比。结果表明：制动距离仿真值与试验值误差小于5%；车速仿真曲线和试验曲线吻合较好，二者任意时刻的差值小于3 km/h；各个滑动间隔内的滑动量误差平均值小于20%；三者均满足指标要求，验证了所建四轴车辆制动防滑控制模型的有效性。
基于轨道车辆制动系统三位式防滑阀工作原理，建立防滑阀数学模型，进行充排气特性仿真分析；依次建立电空转换阀、紧急阀及中继阀等阀类数学模型，构建空气制动单元模型；针对制动防滑控制系统，建立防滑控制单元及制动动力学单元模型，结合空气制动单元模型搭建四轴车辆制动防滑控制数值仿真平台；利用数值仿真平台进行列车制动防滑性能仿真分析，并通过制动距离、车速及滑动量误差量3个指标与实车在线试验数据对比。结果表明：制动距离仿真值与试验值误差小于5%；车速仿真曲线和试验曲线吻合较好，二者任意时刻的差值小于3 km/h；各个滑动间隔内的滑动量误差平均值小于20%；三者均满足指标要求，验证了所建四轴车辆制动防滑控制模型的有效性。
2023, 42(10): 1735-1744.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220125
摘要:
本文进行了功能梯度材料板在横向载荷和热载荷作用下的非线性振动特性研究。基于Hamilton原理, 采用Reddy的3阶剪切变形理论和Von-Karman理论建立了功能梯度材料板(物理性质随温度变化, 材料成分分布服从幂率原理)结构的非线性振动方程, 利用Galerkin方法将偏微分方程截断为常微分方程, 并利用多尺度方法求解非线性系统的主共振。分别讨论了不同参数下板的幅频响应, 观察到了多值和跳变现象。
本文进行了功能梯度材料板在横向载荷和热载荷作用下的非线性振动特性研究。基于Hamilton原理, 采用Reddy的3阶剪切变形理论和Von-Karman理论建立了功能梯度材料板(物理性质随温度变化, 材料成分分布服从幂率原理)结构的非线性振动方程, 利用Galerkin方法将偏微分方程截断为常微分方程, 并利用多尺度方法求解非线性系统的主共振。分别讨论了不同参数下板的幅频响应, 观察到了多值和跳变现象。
2023, 42(10): 1745-1752.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230296
摘要:
O型橡胶密封圈是航空航天密封机构中一个重要的零部件, 由于其服役工况条件复杂, 极易出现密封失效进而影响机构系统的正常运行。本文针对O型密封圈的选型及动密封失效问题, 基于ABAQUS建立了O型橡胶密封圈的二维轴对称模型, 分析了不同橡胶材料O型密封圈在往复运动时的应力变化, 探究了压缩率、摩擦因数、介质压力对其密封性能的影响, 并对其在往复运动中的失效形式和失效位置进行了预判。研究表明, 相比于三元乙丙橡胶和氟橡胶, 相同条件下丁腈橡胶密封圈密封性能较好; 预压缩的过程中, O型橡胶密封圈被压缩而发生变形呈鼓形, 最大Von Mises应力出现在密封圈与密封凹槽和活塞轴接触位置。往复运动过程中, 随着压缩率、摩擦因数和介质压力的增大, O型橡胶密封圈的最大Von Mises应力和最大接触应力都随之增大; 当行程结束时, 其最大Von Mises应力值达到一个峰值, 且摩擦因数越大, 峰值越大; 最大Von Mises应力和接触应力都会随着介质压力的增大而增大, 在活塞拐角处较容易发生应力集中现象。本研究可为O型橡胶密封圈的材料选择及动密封的参数调控提供理论依据。
O型橡胶密封圈是航空航天密封机构中一个重要的零部件, 由于其服役工况条件复杂, 极易出现密封失效进而影响机构系统的正常运行。本文针对O型密封圈的选型及动密封失效问题, 基于ABAQUS建立了O型橡胶密封圈的二维轴对称模型, 分析了不同橡胶材料O型密封圈在往复运动时的应力变化, 探究了压缩率、摩擦因数、介质压力对其密封性能的影响, 并对其在往复运动中的失效形式和失效位置进行了预判。研究表明, 相比于三元乙丙橡胶和氟橡胶, 相同条件下丁腈橡胶密封圈密封性能较好; 预压缩的过程中, O型橡胶密封圈被压缩而发生变形呈鼓形, 最大Von Mises应力出现在密封圈与密封凹槽和活塞轴接触位置。往复运动过程中, 随着压缩率、摩擦因数和介质压力的增大, O型橡胶密封圈的最大Von Mises应力和最大接触应力都随之增大; 当行程结束时, 其最大Von Mises应力值达到一个峰值, 且摩擦因数越大, 峰值越大; 最大Von Mises应力和接触应力都会随着介质压力的增大而增大, 在活塞拐角处较容易发生应力集中现象。本研究可为O型橡胶密封圈的材料选择及动密封的参数调控提供理论依据。
2023, 42(10): 1753-1759.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230269
摘要:
针对3种不同搭接板厚度的铝合金和碳纤维增强树脂(Carbon fiber reinforced polymers, CFRP)复合材料三钉螺栓连接结构, 分别进行了常温(25 ℃)和高温(150 ℃)环境下的准静态拉伸力学性能测试。同时建立有限元三维模型, 结合Hashin失效准则和渐进损伤准则进行数值模拟分析, 获得了结构的高温承载特性与损伤演化规律。研究结果表明, 对于D1、D2、D3这3种不同铝合金厚度的连接结构, 在150 ℃时的极限载荷试验值相对25 ℃分别降低6.63%、13.07%、8.48%, 且常温环境下3种结构破坏模式分别为铝合金拉伸断裂、复合材料挤压失效、复合材料拉伸断裂, 而在150 ℃高温环境下, 3种结构损伤模式都为复合材料孔边的挤压剪切失效。
针对3种不同搭接板厚度的铝合金和碳纤维增强树脂(Carbon fiber reinforced polymers, CFRP)复合材料三钉螺栓连接结构, 分别进行了常温(25 ℃)和高温(150 ℃)环境下的准静态拉伸力学性能测试。同时建立有限元三维模型, 结合Hashin失效准则和渐进损伤准则进行数值模拟分析, 获得了结构的高温承载特性与损伤演化规律。研究结果表明, 对于D1、D2、D3这3种不同铝合金厚度的连接结构, 在150 ℃时的极限载荷试验值相对25 ℃分别降低6.63%、13.07%、8.48%, 且常温环境下3种结构破坏模式分别为铝合金拉伸断裂、复合材料挤压失效、复合材料拉伸断裂, 而在150 ℃高温环境下, 3种结构损伤模式都为复合材料孔边的挤压剪切失效。
2023, 42(10): 1760-1766.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220128
摘要:
针对涡桨飞机发动机振动严酷的问题, 利用氢化丁腈橡胶设计了一种中功率涡桨发动机减振系统, 基于Workbench ANSYS软件研究了含橡胶实体单元的减振系统动力学建模分析方法; 再以加速度传递率为隔振性能评价准则, 设计了中功率涡桨发动机减振性能试验系统, 通过试验研究减振系统的减振性能。结果表明: 在小变形假设下利用橡胶材料硬度估算其弹性模量, 由线弹性模型模拟橡胶材料开展减振系统动力学仿真分析, 仿真分析结果与扫频试验结果误差小于10%;通过随机振动试验测得减振系统对发动机1阶窄带激励的隔振效率大于70%, 对2阶窄带激励的隔振效率大于85%, 设计的减振系统对发动机窄带激励具有优良的隔振效果。
针对涡桨飞机发动机振动严酷的问题, 利用氢化丁腈橡胶设计了一种中功率涡桨发动机减振系统, 基于Workbench ANSYS软件研究了含橡胶实体单元的减振系统动力学建模分析方法; 再以加速度传递率为隔振性能评价准则, 设计了中功率涡桨发动机减振性能试验系统, 通过试验研究减振系统的减振性能。结果表明: 在小变形假设下利用橡胶材料硬度估算其弹性模量, 由线弹性模型模拟橡胶材料开展减振系统动力学仿真分析, 仿真分析结果与扫频试验结果误差小于10%;通过随机振动试验测得减振系统对发动机1阶窄带激励的隔振效率大于70%, 对2阶窄带激励的隔振效率大于85%, 设计的减振系统对发动机窄带激励具有优良的隔振效果。
