针对目前大型回转件主要依靠传统手工探伤的种种缺陷,开展了自动化超声波探伤的轨迹规划与探伤系统运动规律的研究,并进行探头扫查轨迹运动仿真。阐述了自动化探伤模拟手工探伤的工艺原理,分析了工件、探头的运动规律,规划了探头扫查轨迹,整个自动化探伤工艺符合无损探伤国家标准,并将探伤效率提高了5.46倍;联合MATLAB和ADAMS软件对探头扫查轨迹进行仿真,仿真结果验证了轨迹规划的正确性。
研究了在剪切平行板间（上平行板固定,下平行板定速滑动）颗粒流润滑的流态和摩擦因数变化问题。应用三体摩擦体系物理模型和二元碰撞假设理论建立了动量控制方程、滑移边值条件以及伪能量守恒控制方程、伪温度边值条件。根据建立的方程,应用数值方法详细分析了三体参数对剪切平行板间颗粒流润滑的伪温度、固体体积分数以及摩擦因数的影响。研究结果表明：颗粒在剪切平行板间的波动速度是伪温度、固体体积分数和摩擦因数曲线发生变化的直接因素。三体参数的改变会直接影响颗粒波动速度,从而使伪温度、固体体积分数和摩擦因数曲线发生改变。
在前人对硬脆性材料亚表面损伤预测理论研究的基础上,建立了蓝宝石衬底双面研磨亚表面损伤层深度与表面划痕深度之间的理论模型(DNR)。通过对双面研磨后的衬底晶片进行KOH轻度化学腐蚀并结合VK-X100/X200形状测量激光显微系统,得到了晶片表面划痕随深度的分布情况,进而得出了晶片亚表面损伤层随深度的分布情况。研究表明：亚表面损伤层随深度变化的分布规律为随着深度的增大呈递减趋势,集中分布在距离外层碎裂及划痕破坏层下方0～12.9μm深度范围内,所占比例达96.7%左右。研究结果有利于优化双面研磨工艺参数来控制亚表面损伤层的深度。
为了研究余隙容积对往复式混输泵液力端排出特性的影响,根据活塞运动规律和泵阀运动微分方程,运用动网格生成技术更新流体区域变形后的网格,对往复式混输泵的排出过程进行三维动态数值模拟。通过数值计算,得到了排出过程各个时刻流场的变化情况,探讨了余隙容积对腔内升压、瞬时流量和排出阀开启滞后角的影响。结果表明,在气液混合介质工况下,余隙容积的存在延长了内压缩过程,造成升压过程滞后、介质排出过程集中于压缩行程后半段和排出阀开启滞后角增大的不利影响,因此在设计、制造中应尽可能减小余隙容积。
为了更好地反映超声波检测过程中各种缺陷产生的复杂散射波场特性,从无限固体介质的线弹性本构关系出发,用势函数表示波动方程,引入势函数和位移的关系,推导出适用于各种波形的人工截断边界应力的计算公式。采用应力边界条件对固体中超声波的传播进行数值模拟时,介质边界单元体表面的应力大小与分布需满足介质的本构关系和穿过人工边界向外辐射的波动方程,边界节点与内部节点的反应采用相同的积分格式计算。数值算例和实验结果表明,采用应力边界条件的数值模拟结果误差很小,能够很好地反映超声波检测过程中各类缺陷产生的复杂散射波场特性。
针对残余应力对加工零件使用性能有严重影响以及TC4材料难以用X射线法进行残余应力测量的现状,提出了一种通过测量外壁应变来计算TC4管状零件内壁加工残余应力的方法。为验证该方法的正确性,在有限元软件中对模型内壁进行分层施加预定的随深度变化的残余应力,并用生死单元技术将内层单元逐层“杀死”来模拟实际实验中应力层被腐蚀的过程。根据外层不断变化的应变以及推导出的计算公式来计算内壁随深度变化的残余应力,并将计算得到的残余应力与之前所施加的应力进行对比,可发现该方法求得的残余应力值准确度较高,由此可以得出结论：该方法可用于测量实际零件的残余应力。
利用拉格朗日方程和能量原理建立了数控机床进给系统的数学模型,分析了各参数对工作台振动位移的影响。按正交试验的结果,得出了影响工作台振动位移最大的3个因素,分别为丝杠的导程h、工作台的质量m和工作台与丝杠连接的纵向接触刚度kn。在进给系统试验台上测量滚珠丝杠的轴向振幅及扭转振幅,得出与理论分析相同的结果,即:丝杠的导程越大,工作台的质量越大,工作台的轴向振幅越大;工作台与丝杠连接的纵向接触刚度越大,工作台的轴向振幅越小。
提出了利用独立成分分析（ICA）方法对动态测量误差进行分解重构的方法。详细介绍了利用ICA方法进行误差分解重构的基本算法,利用三坐标测量机和双频激光干涉仪设计了动态测量误差测量装置,并进行了实验。分别利用自适应滤波、小波分析和ICA方法对动态误差数据进行处理,分离重构线性变化、周期变化的系统误差和动态随机误差。研究结果表明,要精确分析动态测量误差和辨别误差组成成分,必须充分应用测量得到的误差总体样本进行分析。与自适应滤波、小波分析两种方法相比,利用ICA方法可以更有效地精确分离重构线性变化、周期变化的系统误差和动态随机误差。
针对高精度数控机床直接驱动进给系统动力学特性易受机械部件弹性变形、电气系统控制参数影响的特点,从机电耦合角度出发,用有限元法将永磁直线进给工作台进行柔性化,应用拉格朗日[CD*2]麦克斯韦方程建立直线进给系统多柔性体的机电耦合模型。结合有限元分析软件ANSYS、动力学仿真软件ADAMS建立直线进给系统多柔性体的机电耦合仿真模型,并对系统进行动力学仿真分析和实验验证。结果表明,工作台柔性化更接近真实的工作情况;电气控制参数对系统动力学特性有显著影响。直线进给系统多柔性体机电耦合模型的建立可为直接驱动系统结构优化设计提供依据。
在研究镜片光学畸变的基础上,提出了使用普通定焦镜头替代定制工业镜头进行摄影测量的方法,采用VDI/VED2634 Part I提供的检测方法,将定制镜头和一组普通镜头进行对比测试,并将获取的相片统一在TRITOP软件中进行计算,得出测量点群的三维尺寸。研究结果表明,测量结果的标准差小于0.125mm,极差小于0.323mm,并且其质量品质参数ENIK也符合要求。现场测试结果表明,使用普通定焦镜头测量完全能够满足测量需求。
自重构机器人根据任务环境的不同可实现自主变换构型。研究了直线蛇形变换为环形的重构过程,定义了单元模块的连接面与坐标变换矩阵,基于D-H方法推导并归纳了多模块由直线蛇形变换为环形的普适公式。利用多体动力学软件RecurDyn与MATLAB对模块构型变换中末端连接面的运动轨迹、速度以及加速度进行了仿真,验证了普适公式的有效性和正确性,准确地判断了末端连接面运动轨迹的变化与重构工作空间,估计了系统的稳定性,提高了对控制算法的认知程度。最后分析了环形构型的两种滚动步态,利用仿真验证了环形构型的越障能力。
首先分析工装设计知识,抽取出主要的概念、概念之间的关系和属性信息,建立了包含设计对象、设计流程、设计人员和设计知识的工装设计本体;然后利用Protégé软件构建了平尾前梁装配型架的设计本体实例,并用OWL语言进行了本体表示;最后开发了工装设计知识管理原型系统,在国内某大型航空制造企业得到了示范应用。
针对产品设计知识服务过程中服务方案结构的正确性得不到保证以及服务匹配模型不能全面表达用户语义需求等问题,提出了将本体推理技术与产品设计知识服务过程相结合的方法。采用本体公理推理的方法对服务需求层级结构进行一致性检查,保证了服务方案结构的正确性。建立了SWRL规则库并设计了推理机对需求模型中的隐含关系进行推理和挖掘,丰富了服务匹配模型的语义,使得服务匹配模型可以充分全面地表达用户的知识需求。最后,在某军用车辆知识服务系统中对该方法进行了应用,验证了该方法的有效性和可行性。
针对旋转部件多参数遥测的时间同步要求高和遥测节点分布密集等特点,提出了一种基于参考节点广播的时间同步（RNBS）技术。通过参考节点对之间的有线通信,使广播的时间消息同时到达各节点,然后利用时间消息和时间消息的到达时间进行时间同步。RNBS具有同步精度高、效率高、能方便实现全网同步、适合工程应用等优点。最后在自行设计的平台上进行试验,30min内时间同步误差小于1ms,并可通过设定同步周期实现不同的精度,满足旋转部件多参数遥测的时间同步要求。
针对传统的局部均值分解(LMD)方法不能有效提取微弱高频信号成分的问题,提出了一种基于微分的微分局部均值分解(DLMD)方法,在此基础上,将DLMD、样本熵和模糊聚类分析相结合,提出了一种基于DLMD样本熵和模糊聚类的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对滚动轴承振动信号进行微分局部均值分解,得到若干具有物理意义的乘积函数(PF)分量,然后求取各PF分量的样本熵并将其作为特征向量,最后通过模糊聚类对特征向量进行识别分类。实验结果表明,基于DLMD样本熵和模糊聚类相结合的方法能够准确、有效地对滚动轴承故障信号进行识别分类。
针对同向啮合共轭齿廓建立了以中心距、螺棱直径、螺槽直径及螺棱系数为参数的啮合线方程,并基于啮合线反转法建立了同向共轭齿廓副构造模型。通过仿真系统分析了同向啮合共轭齿廓副的啮合特性：自清洁楔角随啮合位置变化,瞬时啮合点处圆弧切线垂直于两螺杆中心连线,啮合点的瞬时相对运动速度最大且恒等于转速乘以中心距。研究结果为系统研究同向啮合共轭齿廓设计理论提供了新的途径。
超薄铝箔的制造具有流程性生产、离散加工和装配生产的特征,根据其工艺路线特点,建立了基于极大极小代数法的数学模型,推导出状态变化的迭代公式,归纳了多目标的评价指数,用启发式方法将全部订单按照一定的规则进行优化排序,并产生炉次计划,使得订单能够及时交货,且降低了能耗。该排产方法集成了生产排序和装炉计划,能够在生产中随时动态地调整或增减计划的投入,在线控制生产。
针对目前自动导引车自重系数较大的问题,以等强度、轻量化为研究目标,提出了一种适用于自动导引车骨架结构的优化设计方法。在对车身骨架结构进行力学分析的基础上,利用数学规划得出载荷分配与车轮位置的关系,得到车身骨架拓扑优化问题的约束条件,基于变密度法与优化准则法推导并建立了一种适用于自动导引车骨架结构的多准则优化模型,利用优化软件进行求解。最后,利用有限元软件对建立的优化模型进行仿真分析。仿真结果表明,所提方法用于自动导引车车身骨架优化是可行的。
建立了一个简单几何模型,通过试验验证得出双向流固耦合计算比非耦合计算准确性更高的结论。以某汽车空调系统的多翼离心通风机为研究对象,分析了蜗壳流固耦合作用对通风机气动噪声的影响。利用CFX和ANSYS软件分别进行流场和结构计算。以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台,采用双向同步求解的方法,对通风机内流场和蜗壳结构响应进行联合求解,并将耦合计算结果与非耦合计算结果进行对比。结果表明,流固耦合作用使得流场压力脉动增强;在考虑流固耦合作用影响后,离心通风机叶轮出口处及蜗壳气道内表面的声功率级明显增大,通风机出口处的气动噪声值增大了5.24dB。
将调制的原理运用于原有的凸轮曲线设计中,用调制信号调节和控制凸轮曲线形状,以凸轮曲线特征值为优化目标,建立了对调制处理后的凸轮曲线进行多目标优化的数学模型,并阐述了用粒子群优化（PSO）技术进行求解的过程,从而得到了一种对原有的凸轮曲线进行调制处理及粒子群优化的新方法。以改进正弦凸轮曲线为例,对该调制和优化方法进行了验证。优化实例表明,该方法可以调节凸轮曲线形状,改善凸轮曲线的动力学特性,获得综合特性更好的凸轮曲线。
采用一种新的塑性成形连接方法——压印连接方法来实现铜、铝合金板的连接,通过拉剪实验研究了连接接头的力学性能,并分析了铜、铝合金板的排列顺序对接头拉剪载荷的影响。实验结果表明,对于铜、铝复合接头,铜板在上时接头具有较高的拉剪载荷(3kN),是铝板在上时拉剪载荷的4.6倍。根据接头失效形式对复合接头进行优化后发现：下层铝板的厚度增大时,接头的拉剪强度略有增大,拉剪过程中的能量吸收明显增大;提高下板材料强度时,接头的拉剪载荷明显增大;铜板作为上板进行压印连接时,失效形式为颈部断裂失效,且接头的拉剪强度较大。
基于网格的数值计算方法在处理自由锻造、冲压成形、高速碰撞、裂纹动态扩展等大塑性变形问题时,往往会因网格畸变和网格重构困难使得计算精度丢失甚至无法计算。针对该问题,基于连续介质力学理论和分子动力学基本原理,采用一种求解金属大塑性变形的数值模拟方法——刚性粒子流法,建立了刚性粒子流法的数学模型并探讨了初始粒子配置、粒子搜索算法、数值积分和边界条件等关键数值技术。将该方法应用到核电饼类锻件高温镦粗和大型核电封头终锻成形两个数值算例中,计算结果表明：模拟大塑性变形问题时,刚性粒子流法与实验结果能够较好地吻合,有效地解释了大型饼类锻件夹层裂纹和封头锻件层状撕裂的形成机制。研究结果为进一步采用该方法模拟变形更加复杂的自由锻造工艺提供了参考。
为了准确获取材料在复杂应力应变状态下的板料成形本构参数,提高板料成形有限元数值模拟的精度,提出了基于改进径向基函数代理模型的板料成形参数反求优化方法。将径向修正系数引入径向基函数（RBF）核函数中,利用粒子群算法（PSO）对径向修正系数进行优化,提高模型的预测精度。将PSO-RBF模型应用到一个非线性测试函数中,结果表明,PSO-RBF模型比RBF模型的预测精度提高很多;同时将PSO-RBF模型应用到板料成形本构参数反求中,代替有限元模型进行正问题计算,可节省计算成本和提高效率。结果表明,基于PSO-RBF模型反求优化得到的材料参数,能够更加准确地反映材料的流动趋势以及应变分布。
建立了包含转向节、转向管柱及方向盘系统的转向系统模型,在转向节处输入由试验测试的加速度频谱,计算方向盘的频响函数,并基于板件的厚度或结构优化来改善频响函数。应用实例表明,该方法可以成功地解决汽车高速行驶时方向盘的抖动问题,为汽车转向系统的研发设计提供了思路,大大缩短了整车开发周期。
采用模型预测控制的思路,选取加速踏板位置不变、指数衰减、按马尔可夫链随机分布三种不同的车辆未来转矩需求预测模型,运用动态规划算法进行转矩分配的优化,并与基于规则的混合动力控制策略进行对比。仿真结果表明,马尔可夫链模型预测控制在混合动力车辆能量分配上具有优化潜力。最后提出了模型预测控制应用于混合动力汽车能量分配的进一步研究方向。
