针对金属材料强度研究中的高、低频复合振动载荷加载问题,提出一种新型双变频振动结构。首先,建立了该结构的动力学模型,并给出了详细的运动学方程。其次,建立了双变频振动结构的三维模型,利用ANSYS有限元分析软件对其关键的齿轮箱部件进行了模态分析验证,并构建其控制系统。最后,对双变频振动结构的实验机构进行了振动特性实验研究。实验结果表明,该结构的高频与低频振动均可实现并可控,能够提供单频振幅以及双频叠加振幅,其振动特性实验数据与动力学模型的分析结果吻合,证明了动力学模型的正确性。

提出一种改变工作机构尺寸对液压挖掘机挖掘力发挥影响的研究方法。针对挖掘作业中的斗杆挖掘和铲斗挖掘工况,选取机重相近的挖掘机的工作机构尺寸进行动臂、斗杆和铲斗影响下的挖掘力分析,应用仿真软件获得各液压缸挖掘力并绘制相应的挖掘力曲线。以相近吨位的某挖掘机为例,验证了工作机构各尺寸对于挖掘力发挥的影响规律。研究结果表明:建立挖掘力计算模型,对比各组挖掘力变化趋势,在斗杆挖掘中,随斗杆尺寸变化,斗杆最大挖掘力变化率达10 %;铲斗挖掘中,随铲斗尺寸变化,铲斗最大挖掘力变化率达12 %。此分析方法对于工作机构的设计具有重要意义。

分析了新、旧抗蛇行减振器以及抗蛇行减振器在不同安装长度时的动态特性与静态特性。研究结果表明:抗蛇行减振器在服役120万公里后,其静态特性变化不是很明显。其动态阻尼、动态刚度下降相对较明显,动态阻尼下降约为10 %,动态刚度下降约为15 %。随着幅值的增加,动态阻尼、动态刚度减小率均逐渐减小,动态刚度减小率没有动态阻尼变化明显。抗蛇行减振器不同安装长度时静态特性没有太大变化,动态刚度、动态阻尼随着安装长度的增加总体呈减小趋势,减振器安装长度每增加40 mm,动态刚度平均约减小5 %~7 %,动态阻尼平均减小约为2 %~8 %。因为它们静态特性都没有明显变化,故不能再根据Maxwell模型来分析其对车辆动力学性能影响,体现了Maxwell模型局限性。

基于ANSYS Workbench平台,对超起装置及其部分几何参数对伸缩臂的屈曲临界吊重影响进行研究。发现超起装置安装位置合理,超起撑杆展开适当角度将大幅度提升伸缩臂的临界吊重,相反也可能成为一种载荷导致临界吊重下降。临界吊重随着超起撑杆夹角φ增大先增大后减小。临界吊重随着超起撑杆长度H的增大先有一个略微减小的趋势,然后迅速增大,当超起撑杆长度H达到某长度时继续增大H值对临界吊重提升不再明显。临界吊重随着超起撑杆与伸缩臂的铰接点到基本臂根部的距离L增大而增大,说明将超起撑杆安装在基本臂靠近末端最有利。

工程变更传播给工程项目的生产运作带来了风险,为了及时控制其风险,以复杂产品设计网络为切入点,构建了复杂产品设计网络节点的结构矩阵,分析了工程变更传播机理;对复杂产品设计网络中的节点进行筛选,获得Hub节点;从设计网络中的Hub节点之间的直接影响和间接影响两个角度,构建复杂产品工程变更风险分析模型;最后通过型号HFC6564-84K的船用发电机验证所提方法的合理性。

针对MTO(Make To Order)生产模式下,设备故障带来的拖期交货和产品质量下降等问题,建立了以最小化拖期惩罚成本和最大化产品合格率为优化目标的设备维护与柔性作业车间调度问题集成优化模型。提出了一种新的层次生物地理算法进行求解,算法将解空间分为上、下两层,设计了分层迭代寻优机制,融入多种局域搜索策略,提高了收敛速度和寻优精度。与遗传算法和生物地理学优化算法对比,计算结果表明层次生物地理算法优于其他两种算法。

热处理是模具制造过程的瓶颈工序,对整套模具的交货期和制造成本会产生重大影响。热处理车间的生产调度具有批调度特征。在两阶段柔性流水车间中考虑了工件外协,并将热处理车间的生产计划分成周期滚动计划、淬火阶段上机计划和回火阶段上机计划3个层次;以最小化制造成本为调度目标,分别构建这3个阶段的调度算法,并通过多种实验算例说明该算法的有效性。实验结果表明:设置最小等待重量策略的制造成本明显高于其他3种策略的调度成本,在不考虑工件外协的情况下,所提出的上机调度策略的调度结果略优于设置最大等待时间策略的调度结果,考虑工件外协的调度策略的结果是4种策略中最优的。

地埋升降式压缩垃圾站是一种新型的城市生活垃圾中转站。为了提高其垃圾压缩箱体(简称箱体)的综合力学性能,达到轻量化的目的,以加强筋板的布置和箱体壁厚作为设计变量,设计了三种不同的加强筋板布置方案。采用ABAQUS软件进行有限元分析,优选出最佳设计方案。分析结果表明:在满足箱体工况(箱体材料许用应力为150 MPa)的条件下,其质量减少了715.8 kg,可实现箱体轻量化设计。

为了提高水轮机叶片的加工质量,对水轮机叶片加工机床床鞍的动静态性能进行有限元分析。对水轮机叶片加工机床床鞍进行三维建模、网格划分,依据水轮机叶片加工机床床鞍在实际工作情况下受到的载荷及约束,建立床鞍的仿真模型,研究床鞍的静刚度和模态性能,并通过实验证实了模态分析结果的准确性。通过对水轮机叶片加工机床床鞍进行动静态有限元分析,为床鞍结构优化设计提供了有益的参考。

在骨外科手术中,骨钻孔占据了重要地位,而钻孔温度更是影响骨细胞坏死的重要因素。为了研究在钻孔过程中不同因素对温度的影响,基于ABAQUS有限元软件进行仿真,采用Python脚本语言对ABAQUS软件的前处理模块进行优化,修改钻削模型的Python脚本程序,创建了参数化的骨钻削模型。有效地简化了建立模型的繁琐过程,且建立了友好的人机界面,为用户仿真提供了便捷的分析设计平台。通过实验验证了该功能的可行性,为后续研究不同的钻削用量对钻削温度的影响奠定了基础。

目前快速成型的主要数据接口文件格式有STL、IGES和STEP等,其中STL文件格式已经成为快速成型制造的标准接口格式。采用Pro/E 5.0软件,以机床导轨简化模型为例进行建模与STL文件转换,通过设置不同的弦高(因素A)、角度控制(因素B)和步长大小(因素C),并利用正交试验,分析各因素对工件成型效率与成型质量的影响。通过试验得出上述3个因素对成型效率指标影响的主次顺序依次为因素C、因素B、因素A,从而确定效率最优组合为C₂B₃A₁;对质量指标影响的主次顺序依次为因素C、因素A、因素B,质量最优组合为C₁A₁B₃。在熔融沉积成型(FDM)3D打印机上进行试验验证,试验结果表明,应用上述两个组合分别进行熔融沉积成型确实能得到较高的成型效率和质量。

车身控制模块是汽车的重要部件,其支架的设计应该满足车辆行驶过程中车辆行驶随机振动工况下的疲劳寿命。对比实验结果,采用有效的有限元仿真方法,利用Catia软件建立支架的模型,并利用Hypermesh软件进行有限元网格划分,建立合理的有限元模型来进行支架状况的分析。分析结果验证了随机振动的有限元疲劳分析的必要性及有效性。最后,对支架的结构进行了优化,并对优化后的支架进行了随机振动的有限元疲劳分析。

在数控铣削曲面加工中,经常会遇到由两条二次曲线所形成的关联曲面。如采用CAD/CAM软件对曲面进行数控编程,则程序冗长,调整不方便,故可采用宏程序的方式进行高级编程。以某零件曲面加工为例,介绍其宏程序的编写思路及相关说明,并将此曲面加工宏程序作为模板。在编写加工类似零件曲面程序时,均可以模板程序为基础,对其部分程序内容进行调整、修改,从而完成新零件的宏编程编写,实现编程的参数化。通过案例编程,总结出参数化编程时的注意事项。由于曲面加工宏程序采用参数化编程,提高了编程效率,在生产中可推广使用。

针对复杂形状产品的雕铣加工过程中由于形状复杂带来刀具运动过程复杂和小型刀具容易折断等因素,导致加工效率低、加工成本高、加工质量不易控制等系列问题,提出了一种以刀具为核心的复杂形状产品雕铣加工优化方法。首先,分析了复杂形状产品雕铣加工特点及刀具的特性,建立了复杂形状产品雕铣加工的刀具模型;在此基础上,建立了刀具确定状态下工艺参数优化模型;然后,提出了应用粒子群优化算法对刀具确定状态下工艺参数优化模型进行寻优求解的方案;最后,通过优化实例,验证了所提方法的可行性和实用性。上述方法已在生产实际中得到了应用,并展示了较好的应用前景。

制造过程的刀具工况监测是保证工件精确、高效及安全加工的重要环节。阐述了基于深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)的刀具工况视诊方法的基本原理。在DNN结构和训练算法的基础上,研究了一种基于DNN的刀具工况识别方法。以CK6143\1000数控车床、KC5010车刀片以及奥氏体不锈钢304L的外圆车削加工过程为实验对象,采集了刀具图片进行实验,构建了一套用于刀具工况识别的DNN。结果表明:刀具工况识别准确率超过98 %,证明了方法的可行性和有效性,具有较好的工程应用价值。

磁控溅射镀膜技术广泛应用于高档产品零/部件表面的装饰镀中。采用磁控溅射镀膜技术在铝合金基材上镀制Ti/TiN/TiCN复合薄膜,研究了氮气流量、乙炔流量及沉积时间等工艺参数对制备TiCN薄膜颜色的影响,探讨了提高复合薄膜的显微硬度、结合强度并进而改善铝合金表面装饰性和防护性的途径。研究结果表明,通过控制氮气流量、乙炔流量及沉积时间可使TiCN薄膜呈现特定颜色,如仿金色;当复合薄膜膜厚达到1.5 μm时,涂层铅笔硬度达到6 H,薄膜附着力达到1级,满足电子行业的测试标准。

自润滑关节轴承的成形及装配工艺是近年来的热门研究课题。针对旋压成形外圈试验,研究旋压成形试验中内外圈存在较大间隙的原因;探索减小旋压成形产生较大间隙的方法;探究旋压成形方法是否可提高成形加工后内外圈间隙的均匀性同时降低对内圈和衬垫的损伤。使用有限元分析软件LS-DYNA,结合弹塑性力学相关理论及旋压成形变形均匀、成形力小以及易于控制的优点,通过分别优化外圈毛坯及旋轮轮廓曲线,进行旋压整体式外圈自润滑关节轴承的工艺探究。

电火花加工过程可以认为是由连续的单个脉冲放电累加形成的结果。在电火花加工过程中,单个脉冲放电可以体现等离子体的精确性,通过研究单个脉冲的放电特点能方便分析放电蚀坑的特性,从而有利于利用单脉冲放电特点了解电火花加工过程,因此,研究单脉冲电源具有重要的作用。以AT90S8535单片机为核心芯片,完成用于电火花基础研究的独立式单脉冲电源的设计,主要介绍电源的主振控制电路、功率开关驱动电路以及检测电路的设计。在空气介质中进行单脉冲放电试验,获得了脉宽为5、50、180、400和800 μs的放电电压波形,验证了脉冲电源设计的合理性。该脉冲电源可用于电火花单脉冲加工基础研究。

为减少热误差对数控机床加工精度的影响,提高灰色系统模型(Grey system Model,GM)的预测精度,尝试将改进混沌粒子群优化(Improvemen Chaotic Particle Swarm Optimization,ICPSO )算法引入到灰色系统模型中,提出一种基于改进混沌粒子群优化算法的灰色系统模型数控机床热误差建模方法。首先,建立粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)粒子与GM(1,N)系数的映射关系;其次,ICPSO中混沌理论的Logistic映射对粒子群的位置和速度进行初始化,通过优化搜索得到最优GM(1,N)系数和输入子集;最后,建立改进混沌粒子群优化的灰色系统模型(ICPSO-GM),对数控机床热误差进行预测。仿真实验表明,ICPSO-GM预测精度高于GM和人工神经网络(ANN)模型,证明了ICPSO-GM能有效地解决数控机床热误差预测问题。

为满足用户和设计师对产品造型的感性认知,提出基于认可度和交互式单亲遗传算法的产品意象造型创新设计方法。首先确定目标意象和代表性产品样本,进行产品意象调查与分析;然后以产品意象认可度为依据,建立产品意象造型选择机制;最后将选择出的较优产品样本作为父代,利用交互式单亲遗传算法建立产品意象造型创新设计系统,得到最优设计产品。以水瓶设计进行实例研究,结果表明该方法可为产品造型设计提供有效的辅助和支持。

通过六西格玛改进流程,对内部和外部的需求进行收集,针对影响光亮设备开动率的关键输入因子:炉区通信、3#张力辊、4#张力辊和电源供电进行分析控制。通过DOE实验设计找出PID控制积分值和比例值的最优值,改良关键部位的硬件和软件,提高电气方面和机械方面设备运行的稳定性,保证设备完善的功能精度,从而降低了故障时间,有效实现了设备开动率的提升。

针对某型号燃油泵,采用CFD方法对其内部流场进行研究。运用SST k-ω计算模型和多重参考系技术,引入多目标遗传算法作为优化算法,并结合自适应权重方法,以出口流量和容积效率作为优化目标,对燃油泵叶轮的结构参数进行优化,解决了在优化迭代过程中单个优化目标出现负优化的现象。在设定的工况下,对比改进的优化方法的出口流量和容积效率,得知优化后的出口流量提升了3.90 %,容积效率提高了0.53 %。此种研究方法为汽车燃油泵的结构优化设计提供了较为合适的参考解决方案。

为解决某型矿用掘进机(简称煤机)截割减速器在实际工作中频繁损坏的问题,以法向齿轮模数、齿数和齿宽为设计变量,设定重合度最大、滑动率及体积最小作为三个目标函数,并基于强度、传动性能及几何尺寸要求设置约束条件,采用仿生智能计算方法中的微粒群算法,对相互啮合齿轮组设计参数进行了优化,基于优化结果设计的减速器,经装机实验及工业性测试,损坏现象有了明显改善,优化方法为解决工程实际问题提供了借鉴。

由于某厂设计生产的吐丝机样机在试运行过程中发生了剧烈振动,基于此对吐丝机样机转子进行振动测试和频谱分析,找出产生振动的主要原因。基于有限元的模态分析方法对吐丝机转子进行了分析,计算出临界转速,应用SAMCEF Rotor求解器对吐丝机转子进行不平衡响应分析,结合吐丝机结构得到了合适的配平平面,运用刚性转子动平衡理论对吐丝机转子进行了配平并满足了使用要求,对比现场动平衡方法有明显优势。

链条是NSE型提升机的核心部件,其断裂失效给用户带来较大的生产成本和安全隐患,研究提高链条使用寿命的方法和措施具有重要的意义。针对链条的失效形式,分析其失效原因,采用有限元分析方法对链条结构进行静力分析,验证链条的结构设计满足静强度要求,计算零件S-N曲线,进一步分析疲劳寿命,得出疲劳破坏是链条内链板断裂失效的主要原因。疲劳寿命分析结果与生产实际中内链板平均使用寿命非常接近,表明疲劳仿真分析结果是有效的,并从制造工艺和使用方面提出相应的改进措施。改进后,在实际应用中链条的使用寿命显著提高,因此,在客观上无法进行试验研究时,可以借助疲劳仿真分析的手段较为准确地模拟零件的疲劳寿命试验。

为深入分析圆锥过盈配合连接性能,以某柴油机曲轴减振器圆锥过盈配合连接为例,建立圆锥过盈配合理论模型,推导出圆锥过盈配合的结合直径表达式,得出圆锥过盈配合扭矩传递与接触压力计算公式。利用ANSYS软件模拟曲轴和主轮毂的过盈配合,针对不同过盈量、摩擦因数和转速,分析曲轴和主轮毂过盈配合接触面间接触压力分布情况。结果表明,过盈量和转速对接触压力影响明显。曲轴静止时,过盈量与接触压力呈线性关系,摩擦因数对接触压力分布影响较小。

机械液压无级传动变速器是一种新型变速器,具有无级调速和效率高等特点。针对一套新型机械液压无级传动变速器,进行液压控制系统设计,通过对开式液压回路和闭式液压回路的分析,结合变速器的实际控制需求,选择闭式液压回路更适合该无级传动变速器。利用AMESim软件,分别进行液压系统建模仿真,通过分析开式回路和闭式回路中泵-马达系统的压力流量特性曲线、系统功率分流以及系统效率特性,验证了闭式回路的合理性。

汽车覆盖件模具在冲压生产过程中会因人员操作不当、异物进入和堵塞废料等原因而发生模具损坏现象。以某车型后纵梁加强板模具断裂镶块的修复为例,介绍逆向工程技术在模具修复中的应用。提出了基于三款逆向CAD/CAE软件各自优势功能对断裂镶块进行修复的流程。先通过三坐标扫描仪获取镶块的点云数据,再利用Geomagic Studio软件对点云数据进行优化和网格处理,然后使用Geomagic Design Direct软件进行曲面重构,最后通过Geomagic Qualify软件检测重构曲面的精度。实践结果表明:此方法能够提高模具修复的精度,缩短制作周期。

针对活塞式发动机典型故障提出一种基于小波包分析与核主成分分析技术的多信号融合诊断方法。首先采用小波包对原始振动信号进行分解,提取故障频域特征;然后融合振动时域信号及机组排温等热工参数,采用核主成分分析技术进行参数维度缩减,获得典型故障的敏感特征;最后采用支持向量机完成故障自动分类。实际故障案例数据表明,该方法可有效提取发动机故障特征,故障分类准确性较高。