运用不等间距灰色模型与传统Miner准则相结合的方法对结构件的疲劳寿命进行了预测。首先针对应力统计分级得出的相邻应力间距不相等的情况,构建了不等间距灰色模型,并用遗传算法优化不等间距灰色模型的背景值以保证模型的精度。其次运用不等间距灰色模型与Miner准则相结合,建立了疲劳寿命预测的灰色Miner方法。再次采用算例验证了不等间距灰色模型建模的精确性以及将不等间距灰色模型应用于疲劳寿命预测的合理性。最后将该方法应用到矿用自卸车A形架的疲劳寿命预测之中,不仅提高了A形架疲劳寿命的预测精度,而且证明了该方法对构件疲劳寿命预测的有效性。
基于压电非线性效应和位移非线性效应建立了压电驱动器非线性机电耦合动力学方程,应用Linz Ted-Poincaré法对弱非线性自由振动、接近共振时受迫振动及亚谐波振动响应方程进行推导,比较了压电驱动器在非线性及线性条件下响应的区别,使用四阶Runge-Kutta数值法和实验对理论推导进行了验证。结果表明:在两种非线性效应中,压电非线性对压电驱动器振动响应的影响是主要的;非线性数值解与解析解吻合较好,实验频率更接近非线性共振频率。
利用螺旋理论和独立驱动原则对3T1R类完全解耦并联机构进行型综合。首先根据期望3T1R完全解耦并联机构的运动特征(沿X、Y、Z轴方向的移动和绕Z轴方向的转动)和完全解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵；然后根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可以配置支链的所有可能构型；最后根据并联机构运动原理依次取出四条支链连接动平台和定平台得到3T1R完全解耦并联机构。综合的并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景。
针对狭长结构拓扑优化过程中存在的计算困难、有中间密度存在和优化构型复杂等问题,提出周期模块拼装方法,并建立混合梁单元模块有限元模型,开展了狭长结构的拓扑优化设计。以承受均布压力载荷的悬臂狭长结构为例,分析比较了不同模块数、不同材料用量以及不同截面梁对优化结果的影响。计算结果显示,采用周期模块拼装策略能获得规则简单易制造的优化构型,周期狭长结构具有尺寸效应且存在最佳模块尺寸来最大化拼装结构刚度。将混合梁单元模型的模块尺寸与拓扑协同优化结合,获得了清晰规则的类桁架构型。最后应用所提方法实现了周期狭长梯形结构的构型优化。
分析了并联结合面在装配定位优先级意义下装配误差的形成机理与计算方法。针对常见的平面结合面与圆柱结合面,分析了误差形成和装配精度失效的原因,采用小位移旋量(SDT)法描述了误差变动。针对并联结合面间位姿变动的相互影响,定义了装配定位优先级的概念,并详细分析了并联结合面装配定位优先级的判定依据。根据装配定位优先级确定了并联的各结合面误差组成及计算方法。列举了常见的并联结合面形式,并以一组常见并联结合面的装配误差分析为例,验证了该方法的可行性,为装配体误差分析、零件精度设计、装配成功率计算等提供了借鉴。
基于单轨车辆转向架技术,构建一种单轨行走式光伏电池板清洗机器人。根据机器人系统的力学、几何特性及其行走架的行走机理,提出5条基本假设,构造基于弹簧阻尼模型的清洗机器人[CD*2]电池板系统力学模型。建立行走过程中清洗机器人的运动学方程,研究在清洗器任意运动下行走架的动态响应,确定清洗器在工作区间内对应的位姿。利用分段函数建立清洗器对应工况下的运动函数,基于MATLAB/Simulink建立仿真模型,得到行走架和清洗器对应的位姿变化曲线。结果表明清洗器的运动对行走架的位置参数存在一定影响,清洗器的位姿与自身的工作位置有关。样机试验进一步验证了设计构型与分析模型的合理性。
针对离合器摩擦片参数优化过程中多目标、多参数、多约束的特点,提出了一种改进遗传算法。采用层次分析法对分目标函数的权重系数进行了初始分配,引入参数间组合度系数和参数的敏感度系数,将组合度系数用于交叉变异中,将敏感度系数用于权重系数动态调整中。以东方红-LA3004拖拉机换挡离合器为优化算例,分别基于传统遗传算法和改进遗传算法对离合器参数进行了优化,将两种优化结果进行了对比分析,结果表明,改进遗传算法能在得到全局最优解的同时,提高优化效率。
针对DK4A柴油机电液进气门晚关机构,建立了柴油机的数值模型,分析最大升程限位下进气迟闭角对柴油机进气质量流量的影响,研究了附加升程限位与进气迟闭角对进气状态参数的影响。研究表明,最大附加升程限位对进气质量流量影响很小,相同进气迟闭角度下的进气流量变化率均小于3％,且随着进气迟闭角度的增大,进气流量减小；进气迟闭角增大有利于增长滞燃期,降低压缩终了的压力和温度,而最大附加升程限位对压缩终了温度和压力影响很小,在相同进气迟闭角下的温度和压力的变化率均小于5％。
提出了减变速一体化传动的概念,最大限度地提高传动系统效率,缩小传动空间。结合活齿机构和非圆齿轮理论,构建了减变速一体化滚动活齿机构。首先选定偏心圆作为激波器,建立了任意传动比下内齿圈的齿廓模型,并给出了活齿机构连续传动的条件。然后给出最大活齿个数与传动比变化的周期数、内齿圈齿数之间的函数关系,针对活齿个数小于2的情况,提出并联活齿机构,能够实现任意减变速一体化传动规律。最后以实现串联非圆齿轮的传动比为例,给出了减变速一体化滚动活齿机构的设计过程,这一研究成果不仅为该机构的应用奠定基础,也可为其他类型的减变速一体化活齿机构的探索提供借鉴。
为排除射击试验中由射手主观差异造成的射击效果差异性,设计了一种用于轻武器射击试验的新型枪架。基于国家标准和人-枪系统特点设计了枪架外形结构,通过模型仿真与真人试验的对比分析获得了枪架弹簧阻尼等系统参数。实验结果表明,该射击试验枪架与真人射手射击效果基本一致。因此采用该枪架代替真人射手进行的射击试验能够排除射手主观影响,使射击试验结果评定更具科学性。
针对液压泵振动信号复杂且难以提取有效特征量的问题,提出一种基于局部保留投影(LPP)算法的故障特征提取方法。采用集总经验模态分解(EEMD)法对液压泵振动信号进行分解,从得到的内禀模态分量(IMF)中选取敏感分量,对敏感分量进行分析并从中提取液压泵故障高维特征向量,利用局部保留投影法对高维特征向量进行融合降维,提取隐藏在高维特征空间中的故障本质信息,即敏感特征向量。基于变量预测模型的模式识别(VPMCD)算法实现模式识别的良好性能,提出采用VPMCD算法实现液压泵故障模式识别。基于提取的敏感特征集,建立各状态敏感特征的变量预测模型,进而实现液压泵的故障识别,实测液压泵振动信号分析结果验证了所提出液压泵故障模式识别方法的有效性。通过对比分析验证了所提出方法的良好性能。
提出了模拟焊接温度场的无网格对称粒子法,编制了相应的计算程序。建立了不锈钢钨极氩弧焊的三维数值模型,应用无网格对称粒子法进行求解,得到了焊件的温度分布和焊接熔池的形状、尺寸,将模拟结果与有限元法的结果和试验结果进行对比,结果表明无网格对称粒子法与有限元法的精度相近,而前者的效率更高。建立并应用渐进变化的非均匀无网格粒子模型对焊接温度场进行了模拟,计算效率得到了进一步提高。在此基础上,研究了高斯热源模型和双椭球形热源模型对模拟结果的影响,数值结果表明基于后者能给出与试验更相符的熔池形状。
针对典型斜盘式轴向柱塞泵工作时出现的空化现象,以某高压柱塞泵为例,建立了柱塞泵配流过程中,气液混合相的连续性控制方程和运动控制方程,推导了基于气液两相流的质量输运控制方程,并对柱塞泵进行了空化流动的数值模拟。仿真结果表明,不同的转速、压差和配流盘结构对柱塞腔内部、配流盘表面以及缸体与配流盘接触处的空化存在影响,且仿真结果与实验检测数据结果是吻合的。
为使工艺规划与调度集成问题更加符合实际,将不确定加工时间考虑到工艺规划与调度集成问题中,并以三角模糊数表示加工时间,提出一种考虑模糊加工时间的工艺规划与调度集成问题。以最大模糊完工时间最小为目标,对该问题进行建模。提出一种多层编码结构的遗传算法,对该问题进行求解。最后,以实例验证了上述模型的正确性及算法的有效性。
对一种低成本的利用电磁波传输特性对油液中铁磁性磨粒进行监测的方案进行了前期研究。 首先建立了油液磨粒模型,并针对磨粒相关参数对电磁波传输特性的影响进行了仿真,仿真结果显示磨粒含量与电磁波传输特性具有明显的相关性。然后利用射频识别对磨粒含量的影响进行了试验验证,试验结果显示磨粒含量可以影响电磁波传播特性,与仿真结果相符。
介绍了形状记忆合金温控的磁流变液自发电传动工作原理；基于形状记忆合金的温度力学特性,建立温度与形状记忆合金温控开关输出行程的关系式。基于发电机输出特性和形状记忆合金弹簧的力学特性分析,建立了温度与输出转速和输出电流的关系,并根据自发电原理建立了磁感应强度和温控开关电阻与发电机参数关系式。基于黏温方程,建立温度与输出转矩关系式。研究结果表明,弹簧输出行程、输出电流、输出转矩和输出转速随着温度的变化而变化;根据建立的损耗功率关系式,对比普通磁流变风扇离合器,在通常工作温度范围内,自发电传动装置损耗的功率更小。
针对某型符合国家强制标准GB 14166-2013《机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统ISOFIX儿童约束系统》的复合敏感式安全带锁止机构进行了研究,分析其结构组成和运行原理。建立了车感、带感、承力锁止机构的运动方程,获得了锁止机构锁止时间的解析方程。利用ADAMS软件进行锁止机构锁止时间的仿真分析,并与理论解析解进行比较,结果表明,二者锁止时间相近。
在气液联合式冲击器工作原理的基础上,构建了冲击凿岩过程中冲击器和岩石力学特性的数学模型,并运用MATLAB和AMESim软件进行了联合仿真,获得了不同氮气室反馈压力、不同工作流量以及不同岩石特性条件下冲击器工作状态参数的曲线。仿真结果表明:对氮气室反馈压力和工作流量进行调节,可实现冲击器输出冲击能的无级调节；通过冲击系统活塞回弹速度的测量,可实现冲击器凿岩状态的辨识。
金属磁记忆检测是一种弱磁场激励下的磁性检测方法,磁记忆检测易受干扰磁场的影响,因而其检测灵敏度和可靠性较低,至今仍难以在实际工程中推广应用。针对该问题,提出了通过强化磁激励场,提高磁记忆检测灵敏度和可靠性的方法。分析了该方法的原理,得出了利用该方法可以有效抑制干扰场,提高检测灵敏度的结论。
薄壁抛物线形壳体成形过程为拉深和胀形两种变形模式的复合,极易发生起皱和破裂。固体颗粒介质成形是采用固体颗粒代替刚性凸模或凹模(或弹性体、液体)对板料进行成形的工艺。板材在颗粒介质内压的作用下成形,可以有效防止抛物线形件拉深成形过程中侧壁的起皱；由于颗粒内压是非均匀分布的,故可以有效控制抛物线形件成形过程中的破裂,提高板材的成形极限。根据固体颗粒介质成形工艺的特点,提出了两次成形薄壁深壳体零件的工艺,建立了数值分析模型,通过数值模拟和试验对该成形过程和工艺参数进行了分析。结果表明,采用固体颗粒介质成形工艺过程简单、成形工件壁厚分布均匀、表面质量好、回弹小。
针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%；疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大；微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直；微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。
推导了车辆在通过曲线时的轮轨蠕滑率计算公式,并建立模拟铁道车辆曲线通过的滚振台非线性动力学模型,提出一种新的曲线通过台架试验方法,并分析了不同试验方法对车辆轮轨垂向力的影响。研究结果表明：滚动台上的车辆系统经由未平衡至平衡状态的过程中,现行的曲线通过试验方法冲击过大,而新的试验方法可以很好地避免这种冲击；将根据两种试验方法计算得到的安全性指标与曲线线路的结果进行对比可知,三者的变化规律一致；在两种试验方法的安全性指标对比中,新的试验方法与线路结果的误差更小,说明所提出的曲线通过试验方法是可行的。
针对某8×2重型货车,建立了阀控缸的二自由度多轴车辆转向动力学模型。使用门限阈值控制及基于RBF神经网络的PID在线整定控制方法,以操纵稳定性和轮胎磨损最优为控制目标,在MATLAB/Simulink中进行仿真,得到了20km/h和50km/h时横摆角速度、质心侧偏角、侧向加速度在第一轴转角阶跃输入下的时域响应,并进行了bode图的频域分析。同时对比了开环控制、PID控制、RBF神经网络整定PID控制下,第三轴转角在行驶及原地转向时的阶跃时域响应。仿真结果表明,车辆具有较好的操纵稳定性和轮胎抗磨性。
以多刚体动力学为基础,考虑悬架K&C特性，应用达朗贝尔惯性力原理,建立了具有较高精度面向特性的中后桥双胎三轴汽车二十六自由度非线性动力学模型。由汽车实际运动状态和理想运动状态之间的偏差计算出最优控制力矩，设计了差动制动协调器、ABS下层控制器和执行器组成的差动制动防侧翻控制系统。对该模型进行了阶跃转向试验来模拟紧急避让工况，结果表明该控制系统方案可行并能够有效地防止汽车的侧翻。
