针对磁致伸缩换能器驱动谐振腔声场波形,在理论分析管中驻波声场的基础上,利用有限元软件ATILA进行磁-机耦合与气-固耦合分析,得到换能器通入1 000~6 000 Hz六组交变电流激励下谐振腔产生的声压值大小;提取对应六组交变电流的换能器辐射板位移大小,得到了谐振腔内声压值随换能器辐射板位移值的变化规律。结合实验发现在通入换能器电流强度不变的情况下,可以通过增大电流频率的方式增大谐振腔内声压值,从而提高热声制冷机的制冷能力。利用实验室热声制冷机对仿真结果进行验证,发现实验结果与模拟结果基本一致,验证了模拟结果的准确性,同时也为实际工况选择提供了依据。

为了给节水型坐便器设计提供理论依据,运用Fluent软件模拟了虹吸管道内部气液两相流动态行为,采用VOF(Volume of Fluid)模型以及RNG k-ε模型,研究了管道内部结构对虹吸性能的影响。数值模拟结果展示了虹吸管道冲水过程中气液两相体积分数、压强以及流速的分布规律,并通过冷模试验验证了数值模拟的可靠性。分析表明:1)采用气液两相流数值模拟,能够有效地对虹吸管道进行仿真分析;2)管道内负压和流速的大小与虹吸的持续时间直接相关;3)喷射口高速流出的水流形成的负压为虹吸的形成提供初始条件;4)喷射口与出口间的压差及管道内负压越大虹吸越稳定。

标准解是TRIZ中重要的工程问题解决工具,而标准解知识库是标准解应用的支柱。为提高工程问题解决效率,以76个标准解为基础,以数据挖掘技术为手段,获取专利文献资源隐含的深度知识。创建基于数据挖掘技术的标准解知识库构建流程,实现对专利深度知识的挖掘。为弥补CAI软件在知识库实例检索方面的不足,利用实例推理技术对标准解知识库中的创新实例进行检索,选取相似度较高的几个实例,基于功能特征分析方法实现功能特征的复制、重组及突变,从而生成创新方案。创建标准解知识库应用流程,规范标准解知识库的使用,利用自行车的设计实例验证了流程的可行性。

磁控形状记忆合金(MSMA)固有的磁滞非线性特性严重影响了MSMA驱动器定位精度,以Ni₂MnGa 磁控形状记忆合金为研究对象,利用MSMA多场耦合系统进行实验,控制实验温度和磁场强度,记录外加应力、温度、磁场强度及MSMA应变等实验数据。在Ansys Maxwell软件中进行MSMA驱动装置模型磁路的电磁场仿真,得到最佳的耦合磁场强度。结合实验数据,运用能量守恒定律和热力学理论,构建MSMA多场耦合模型,预测了多场耦合变量曲线,得到MSMA驱动器工作的最佳耦合条件,为MSMA驱动器高精度定位提供了理论依据。

选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术是增材制造(Additive Manufacturing,AM)过程中最具潜力的技术之一。在SLM激光照射下,金属粉末粒子完全熔化凝固在一起,从而形成三维组件。拓扑优化(Topology Optimization,TO)是一种针对给定的问题计算最优材料分布的优化方法。SLM技术结合拓扑优化方法可以开发创建更多轻量化组件。在整个制造过程中,可以从优化设计、生产和测试3个方面解决问题。拓扑优化的解决方案是对AM技术的进一步解释和设计,在解释和设计过程中,设计方法为了方便获得更准确的解决方案而被定义。经过拓扑优化后的组件不仅体积、重量得到降低,安全系数也相应地提高。为了验证组件的设计与计算机分析的结果,拓扑优化后的机械组件需要进行生产、计量和机械测试。实验测试结果与计算机分析结果之间具有密切联系,通过两者之间的差异可以进一步优化设计。

针对一种新型浆料挤出系统的精确控制要求,根据该挤出系统工作过程中不同的运动状态,对系统各部件之间的相对运动关系进行分析。构建步进电动机与挤出杆运动学关系模型:θ-s模型,v-ω模型。依据θ-s模型,利用Matlab软件求出挤出杆部件运动轨迹与工作空间,并分析其运动特性以确定挤出杆运动稳定性的影响因素。根据所建立的挤出杆运动学模型——v-ω模型,结合流体连续性方程,构建系统运动控制模型,为挤出系统控制方法的研究提供理论依据。最后根据样机实验对该控制模型的可行性与有效性进行分析,结果表明实际输出质量相对于理论数据小0.1～0.15 g,但线性变化情况较好,稳定性最佳情况抖动量不超过0.05 g。这为后期运动控制算法的引入提供理论参考。

现有预防性维护模型在建立过程中忽略了设备的运行特点,缺乏针对性;随着整体最优的管理思想深入人心,在制定设备维护计划时应考虑维护资源的调度。基于此首先以运行过程中不允许故障停机的设备为研究对象,利用设备可靠性与役龄之间的对应关系,建立了基于设备可靠性区间的顺序预防性维护模型。之后对维护中心的成本因素进行分析,根据设备的维护计划建立了维护中心成本最小化模型,在维护资源已定的情况下,对维护计划进行择优。最后以故障时间符合威布尔分布的某医用监护仪为例进行仿真分析,结果显示,所提的维护模型符合设备的维护实际,证明了所提联合优化方法的可行性。

集群企业竞争力研究框架就是把集群环境、资源和企业竞争力进行整合,基于集群视角,建立集群企业竞争力分析模型,研究集群发展给企业带来的竞争力提升力度,最终明确集群对企业核心竞争力进行强化的层面和有待进一步提升的空间,帮助企业选择最佳集群进入以及集群管理发展的调整,达到提升集群整体和企业个体与竞争力的目的。首先采用资料收集法,构建集群企业竞争力可拓优度评价模型,此模型的引进可以把所有促进和抑制企业竞争力的重要集群因素都纳入考虑;其次,建立集群企业竞争力系统动力学模型,实现可拓模型的理论与实际的结合,动力学模型的仿真分析可以对可拓优度评价模型指标对集群企业竞争力的影响机制进行追踪;接着通过逐步删减法确定关键变量,进而修正可拓模型,提高可拓模型内特征选择和最终结果分析的准确性;最终通过实例验证模型的实际意义。

为缩短船舶停港时间、降低运营成本,以及提高AGV重载率,自动化码头采用双小车岸桥与AGV协同的方式对集装箱进行协调装卸搬运。在考虑双小车岸桥中转平台的情况下,对后小车作业进行时间窗约束,建立以AGV空载行驶成本、AGV总行驶成本以及岸桥作业延误成本加权和最小为目标的AGV调度问题混合整数规划模型。通过CPLEX Optimization Studio进行数值试验,从4个方面对模型进行分析,验证了双小车岸桥对于AGV调度优化的优越性,并找出存在缓存区时AGV的数量配置和分派调度优化方案。

动力系统是纯电动汽车的核心组成部分,整车的性能与动力系统匹配设计密切相关,匹配设计不合理不仅会影响整车动力性能的发挥,而且会减少整车的续驶里程。准确合理的匹配设计是电动汽车研究的热点和难点。根据汽车理论知识和整车动力性能指标要求,匹配设计了整车动力系统各个参数,借助MATLAB/Simulink和 ADVISOR仿真软件,在多工况下仿真出整车的动力性能和续驶里程,通过对比分析仿真图像验证仿真结果的准确性。结果表明,纯电动汽车的动力系统参数匹配设计合理,各项性能均达到设计指标要求。

以某三厢轿车为对象,建立了其含假人的碰撞有限元模型,通过100 %正面碰撞试验验证了模型的有效性。根据GB 20072—2006和实际生活中的追尾情况,建立了汽车-壁障和汽车-汽车两种追尾碰撞模型,对每种模型分别进行安装和未安装后防撞梁两种情况下的碰撞进行仿真分析。结果表明,未安装后防撞梁时,汽车后部结构变形大幅增加,后排乘员损伤增加,且汽车-汽车形式的追尾碰撞比汽车-壁障追尾碰撞更为严重。采用移动最小二乘响应面法建立预测模型,结合自适应响应面法对汽车后防撞梁的厚度进行优化匹配,有望实现后防撞梁的轻量化和改善后排乘员的损伤情况。

ARIZ是TRIZ理论中专门用于解决复杂问题的方法。针对胎圈钢丝挂胶工艺中出现露铜现象而严重影响产品质量的问题,应用ARIZ对该生产工艺进行创新设计,并进行试验验证。通过分析露铜的主要原因,确定问题发生的技术系统,建立系统功能模型,并针对技术系统存在的问题,应用矛盾分析、物质-场分析等方法进行系统性分析;通过应用发明原理、标准解及小人法等工具形成一系列创新方案,并结合生产实际,对创新解进行评估,从中得到最优方案。胎圈钢丝挂胶工艺方案的创新设计验证了ARIZ在解决产品复杂问题方面具有实用性与高效性。

以某款摩托车车架为研究对象,在试验场强化路面上采集载荷谱,并对原始数据进行滤波和压缩等处理。基于实测载荷谱,利用摩托车两通道道路模拟试验台,以实测载荷谱为初始输入进行等效迭代,得到近似实际路面的激励谱。利用 CATIA三维建模软件和ADAMS多体动力学仿真软件,建立某摩托车车架刚柔耦合虚拟试验平台;以提取的激励谱为输入进行仿真分析,并结合道路模拟试验结果进行仿真结果验证,从而建立了基于实测载荷谱的摩托车车架虚拟振动试验方法,为摩托车车架结构设计改进和性能考核与评估提供了一种行之有效的手段和方法。

为了缩短轴承座的开发周期,提高相同类型零/部件设计效率,运用现代数字化设计手段建立了与物理性能相关联的高速重载轴承座智能三维参数化模型。以UG10.0为三维参数化设计平台,采用物理热分析方法建立降温油槽深度与轴承尺寸、轴承转速和载荷等变量之间的数学关系表达式;根据数学表达式建立降温油槽深度与轴承尺寸、轴承转速和载荷等条件变量之间相关联的三维参数化模型;运用NX FLOW求解器对其进行有限元分析、验证。结果表明,通过改变几何尺寸或载荷等条件变量所得到的参数化模型满足实际工作要求,实现了高速重载轴承座的智能三维参数化设计,为同类新产品的研发提供了一种智能高效的设计方法。

基于ANSYS软件的参数化语言APDL,以结构尺寸参数为变量,建立兆瓦级风力发电机主轴的参数化有限元模型,并得到主轴有限元分析的命令流文件,在此基础上,利用数据优化软件ISIGHT联合ANSYS软件对风力发电机主轴进行实验设计(Design of Experiment,DOE),分析出各尺寸参数对风力发电机主轴最大工作应力的影响,选取影响较大的5个尺寸参数,利用ISIGHT软件的近似建模功能,建立风力发电机主轴最大工作应力和尺寸参数之间的二阶近似响应面模型。根据得到的响应面模型,通过MATLAB软件,编制风力发电机主轴静强度可靠性计算程序。最后,通过ISIGHT软件的优化模块,在保证主轴结构可靠度符合要求的情况下,对风力发电机主轴的尺寸参数进行了优化设计。优化结果显示,选用MISQP优化算法优化效果最好,优化后风力发电机主轴体积减少了2.47 %。

航天器结构的微振动会影响其精度,随着螺栓连接结构广泛运用在航天器结构中,而螺栓连接会对整个结构的强度及阻尼产生影响,使得结构出现非线性。研究了具有螺栓连接的铝蜂窝板,采用Iwan模型来表征该系统连接部位的非线性特性,结合边界条件和连接部位的连续性条件,建立其二自由度非线性动力学模型,并采用多尺度法对此系统进行求解,最终获得其非线性频率响应函数。以理论模型为基础,建立该系统的有限元模型,连接部位用Iwan模型替代,并进行相应的试验,最终验证了该理论模型的正确性,为进一步研究航天器的减振问题提供了可靠的依据。

齿距是双金属带锯条设计、选型和应用的关键参数。根据带锯条在切削过程中的受力特点,分析了带锯条常见失效形式(切斜)的主要原因是带锯条背部产生弯曲形变。这种弯曲形变与带锯条所受到的切削力、进给力、张紧力以及齿距选型相关。从切削用量的角度,建立了带锯条单齿切削深度与齿距的关系,并且通过计算和实验证明增加齿距可以降低切削力和进给力,但也会使单个锯齿受力增加、磨损加快。

能进行雕铣加工的复杂天然原石是指在大自然中独立存在并具有复杂天然形状且晶粒非常细腻的天然石材。这种原石具有复杂性、无规律性和个体性显著的外形特点,且尺寸变化范围大,给定位装夹造成很大困难,装夹效率低。同时,由于这种原石具有高硬度、不均匀和易脆的材质特点,加工时刀具转速高,机床振动大,易造成加工时装夹可靠性难以保证,故对复杂天然原石雕铣加工的高效装夹方法进行研究。首先,对复杂天然原石的雕铣加工特点与装夹难点进行分析,提出一种由2个静态支承面、3个万向动态支承器和2个万向动态压紧器构成的“二三二”装夹方法,并设计了一套基于该装夹方法的复杂天然原石夹具;该夹具能快速可靠地对复杂天然原石进行定位夹紧,提高装夹效率,降低劳动强度。最后以沱江玉为例进行了实际应用验证,取得了很好的应用效果,展示了该方法较好的应用前景。

70 MPa车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶(以下简称车用70 MPa氢气Ⅲ型气瓶)作为氢燃料电池汽车供氢系统的一个关键部件,具有耐高压、重量轻和储氢密度大等特点,是当前氢燃料电池汽车用氢气瓶的首选产品。以27 L车用70 MPa氢气瓶产品为例,利用ABAQUS软件对气瓶在自紧压力后的零压力、公称工作压力、许用压力、水压试验压力和最小爆破压力下的应力进行分析,掌握气瓶在各个压力状态下的应力分布规律,为气瓶的设计提供一定的依据。

为探究低浓度陶瓷CBN砂轮表面有效磨粒对砂轮磨削性能影响规律,首先建立了静态有效磨粒比模型,并提出有效磨粒检测统计新方法,然后选择不同浓度、不同粒度砂轮开展磨削试验研究。试验结果表明:降低磨粒浓度可提高静态有效磨粒比,提高磨料利用率,但磨粒浓度低于30 %时则砂轮磨削性能恶化;升高磨粒浓度可增加静态有效磨粒数,提高砂轮切削能力,但磨粒浓度达到70 %以上则砂轮磨削性能无法进一步提升,且严重降低砂轮性价比;不同粒度的低浓度砂轮,在相同条件下,细粒度砂轮可发挥更优磨削性能。

针对锅炉垢层厚度检测的问题,提出一种通过Lamb波的频散特性检测垢层厚度的方法。首先,建立Lamb波在铝板-垢层双层弹性结构中的波动模型,利用半解析有限元法求解Lamb波的特征方程,绘制Lamb波的频散曲线。其次,建立铝板-垢层二维电磁超声仿真模型,通过电磁超声换能器在铝板中激发S0模态的Lamb波,得到不同采集点下的波形曲线。最后,通过对频散曲线和波形曲线的分析得知,随着垢层厚度的增加,低频S0模态Lamb波群速度变慢,高频S0模态Lamb波群速度变快,信号波群的幅值减小。结果表明,可利用S0模态Lamb波群速度变化及幅值变化进行锅炉垢层厚度检测。

为了提高机器视觉系统的图像分割精度,提出了一种以小波变换为分类特征的多神经网络(Multi-Neural Network,MNN)图像分割算法,该算法包括小波特征提取、MNN区域划分和MNN分类3个阶段。其中,小波特征提取根据小波变换的各层图像扩展得到分类特征;MNN区域划分将初分割边界附近区域分为训练样本区域和待分类区域(待分区域),并用多边形拟合算法将待分区域划分为多个局部待分区域;MNN分类将每个局部待分区域的像素用区域内的神经网络分类器进行分类,确定目标像素和背景像素,将目标像素合并后再进行一定的后处理即可得到分割结果。以轴承表面缺陷检测系统采集的轴承缺陷图像为对象,对MNN算法和阈值分割算法进行了对比试验,结果显示MNN算法的像素数量误差(Pixel Error,PE)相比阈值分割算法降低了75 %,分割精度显著提高。

从标准工时经典理论出发,为更合理方便地测定标准工时,利用摄像技术录制现场作业视频,进而运用达宝易软件与标准工时经典IE手法MOD法进行对比,引入作业评比方法建立标准工时测定流程,可快速实现不同目标下标准工时的测定。通过某企业双手作业案例分析验证了该方法,并比较了达宝易软件和经典IE手法MOD法在分析作业视频改善动作、测定标准工时的优缺点。分析结果表明:利用达宝易软件可快速剔除无效动作,计算出合理的标准工时;利用经典IE手法MOD法通过改善重塑动作流程确定的标准工时,更有利于企业生产效率的提高。

为提高氧传感器保护罩和基座的装配效率,保证设备的运行可靠性,设计了氧传感器保护罩-基座装配机及其控制系统。详细分析了装配机的整体方案及工作原理,重点设计了系统的关键部件,包括推送机构和装配机构;介绍了控制系统的硬件组成,包括主控单元、系统驱动执行模块、传感检测模块和触摸屏;具体描述了控制系统的软件部分,阐述了PLC的控制流程,选用GT-Designer3设计系统的操作界面,实现人机交互。该设备现已投入企业使用,实际运行结果表明:该装配机性能稳定,装配效率提高了25.3 %,装配良品率高达99.96 %,满足企业生产要求。

针对平稳过程和线性系统统计方法对柴油机工作状态诊断失效问题,提出了一种特征提取与相关分析相结合的柴油机故障诊断方法。对不同工况的柴油机缸盖振动信号提取时域特征、频域特征和时频特征,建立标准特征矩阵和未知特征矩阵,利用相关分析方法分析不同工况信号的相关程度。以某六缸柴油机实验台为研究对象,分别对正常、撞缸、失火和小头瓦磨损4种工况进行模拟。数据验证结果表明,该方法可准确识别正常、撞缸、失火和小头瓦磨损,证明了相关分析方法的有效性;同时,以敏感度系数对各个故障特征进行评估并排序,分析得到撞缸和小头瓦磨损两种工况的故障敏感特征主要集中在时域,而正常和失火两种工况的故障敏感特征除了时域还集中在频域和时频域。

针对线齿轮在传统机械传动领域应用中存在线齿强度与刚度不足的问题,结合了线齿轮空间曲线啮合的特点,设计出能够运用于传统机械的高强度、大传动比的交错轴线齿轮传动机构。实验结果表明:采用3D打印设备获得的高强度结构线齿轮具有很高的形状精度和尺寸精度,能够实现连续稳定地啮合传动。