针对燃料电池汽车研发中的动力系统参数匹配问题,基于整车动力性和经济性同步提升的目标,提出多指标的整车动力系统参数匹配设计方法。为了加快计算经济性指标,针对燃料电池汽车提出了快速动态规划算法,通过缩小搜索域和降低维度,使得计算耗时由传统动态规划算法的393.33 min缩短到12.52 min。以燃料电池汽车的动力性能和经济性能作为设计指标,通过计算初步确定动力系统参数范围,并利用正交试验法进行参数匹配优化设计。试验结果表明,按照所设计的动力系统参数,各项性能指标相比原车均有明显提升。

在微细电火花分层扫描加工过程中,电极端部及零件轮廓横截面容易出现钝圆现象。对其中存在的放电脉冲在正负两极产生的积分蚀除机理进行了分析,并利用典型的中空工具电极,结合设计的微细电火花单道扫描加工仿真软件,开展了中空电极在旋转和不旋转两种条件下的单道扫描加工仿真分析与实验验证,对工具电极与试件截面轮廓的测量结果表明,微细电火花单道扫描加工中,放电脉冲对两极存在差异化的积分蚀除作用,该差异受工艺参数影响较大。

针对由分数阶磁流变阻尼和非线性弹簧组成的复杂车辆悬架系统进行减振控制研究。首先建立1/4车辆二自由度非线性悬架数学模型,然后结合分数阶微积分理论,设计PI^λD^μ控制器,采用遗传算法在线整定分数阶PID控制器参数,其中以车身垂直加速度、悬架动位移和轮胎动变形为优化指标建立适应度函数。同时在Matlab/Simulink中对非线性悬架分别进行分数阶PID控制、整数阶PID控制与被动悬架的性能对比仿真实验。结果表明,以遗传算法在线整定的分数阶PID控制器与被动悬架和整数阶PID控制的悬架相比减振效果更好,说明在既含有分数阻尼器又含有非线性弹簧时,其对悬架进行控制是有效的。

提出了一种新型阻塞性活塞式颗粒阻尼器,建立该颗粒阻尼器阻尼力理论模型,并运用LMS Test.Lab软件进行实验,研究颗粒尺寸、激振频率及初始载荷对阻尼特性的影响规律并验证所建立的理论模型的准确性。研究表明:随着初始载荷的增加,阻尼器的阻尼力单调递增;粒径为0.7 mm的颗粒在高频激励下减振效果最好。

以205/55R16轿车轮胎为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)的方法对轮胎抗滑水性能进行数值模拟,通过将滑水速度仿真值与滑水经验公式计算值进行对比,验证了滑水分析方法的有效性。为提升轮胎的抗滑水性能,借鉴仿生非光滑减阻理论,在花纹沟槽两侧壁布置矩形排布的凹坑非光滑结构,采用响应面分析方法对凹坑的顶部圆直径、凹坑深度、顺流向凹坑间距和展向凹坑间距4个参数进行寻优,并从流场变化角度揭示了凹坑结构减阻机理。在此基础上,将减阻最优的凹坑结构引入到整胎滑水分析模型中,通过与光滑壁面花纹轮胎抗滑水性能的对比发现,凹坑非光滑表面花纹轮胎可通过降低胎面动水压力实现轮胎抗滑水性能的提升。

包装外包业务中,发包方在与承包方确定交易之前,需通过谈判议价与之达成合作关系。市场供应与需求的不确定性所造成的风险对企业的外包决策提出了挑战。鉴于企业在谈判议价过程中所获信息的非共享性,本文建立基于Bayesian博弈的谈判议价模型,并指出在双方达成合作意向时具有一个均衡价格。依设计的发包方与承包方在分散决策时的期望利润函数,利用Stackelberg博弈解得企业的最佳外包订货决策。以包装外包在集中决策时的最大化利润为优化目标,构建集额外收购与缺货惩罚于一体的协调契约。依据承包方的实际外包供给量,发包方可以采取额外收购或者缺货惩罚的措施,利用契约参数的调整来实现协调包装外包决策的目的。

根据“水蜘蛛”作业的特点,处于堆栈策略下的“水蜘蛛”作业路径较长,因此选取堆栈调度策略下的“水蜘蛛”作为研究对象。将该策略下的“水蜘蛛”路径规划看作是旅行商问题(Travelling Salesman Problem,TSP),考虑到工厂中实际通道为横平竖直的路线,改变以欧式距离求解TSP的方式,即以最小化“水蜘蛛”经过各工位的曼哈顿距离之和L为目标求解TSP。基于改进遗传算法对其进行优化,引入进化逆转算子,提高了局部搜索能力,并利用Matlab编程对其进行仿真试验。结果表明该算法在进行“水蜘蛛”的路径规划时,可以得到近似最优的方案。

研究了由销售商、服务商和集成商组成,由制造商主导的服务型制造混合供应链(Service-oriented Manufacturing Hybrid Supply Chain,SMHSC)的协调问题。产品需求受服务商的服务努力水平和市场随机因素共同影响。利用Stackelberg博弈模型,论证了单纯的收益共享契约不能协调服务型制造混合供应链,而在此基础上设计的服务努力成本分担模型能够协调。研究表明:混合供应链协调时有效收益共享和成本分担参数必须满足两个线性关系和一定的取值范围,在这样的条件下可以确保混合供应链参与方都能获得超额利润,维持供应链的健康运行。

针对现有装配指导介质数据断层和数据源不单一的问题以及新型飞机对装配指导介质正确性和准确性的要求,分析了装配指导介质的作用和构成,提出了数字化装配环境下装配指导模型的概念及其框架模型,基于3DExperience(3DE)平台的功能特点,提出了数字化环境下装配指导模型的总体设计思路,研究了一种基于3DE平台的飞机总装现场装配指导模型的设计流程,并在某型机的装配指导模型设计过程中得以试验应用,取得了较好的应用效果。

针对连铸结晶器人工加渣和开环机器加渣的不足,开发了一种集实时渣厚检测与反馈控制于一体的加渣机器人。在开环加渣机的基础上增加激光测距传感器,可实时获取结晶器内渣厚信息,综合考虑结晶器内实时渣厚、工作时的耗渣速度和机器人的投渣速度3个因素的耦合关系。构建模糊推理机,对加渣机器人的送料机电系统实现模糊PID控制,从而实现结晶器内渣厚的智能控制。仿真和应用结果表明基于模糊PID控制的加渣机器人效果好,响应快,能实现保护渣按需投放,有利于节能降耗,提高钢坯品质。

针对农林业领域复杂的木材检测环境,提出了一种新型木材检测机器人,并对其机械机构方案和控制方案进行了设计。该机器人通过提升机构的伸缩运动实现对木材的竖直攀爬运动;通过夹紧机构中推杆的伸缩实现对树干的夹持作用;同时开展了攀爬机构和旋转检测机构的运动学分析,最后进行了一系列实验验证,结果表明该木材检测机器人能实现向上攀爬、向下攀爬、连续攀爬和旋转检测功能,且木材检测图像清晰无阴影区域出现。

在面对危险爆炸环境时,排爆机器人的临场任务具有多样性,根据不同的临场任务,机器人会在自身本体硬件的基础上,在现场对模块化组件进行快速组装,即机器人硬件方面的临场可重构。利用机器人操作系统(ROS),针对不同的硬件模块组合,进行软件重构是临场可重构机器人的软件特性。提出了一种基于ROS的临场可重构排爆机器人软硬件架构模式,在面对复杂环境时,操作人员能够根据现场不同的任务要求,对模块化设计的排爆机器人进行组装,形成硬件重构;而系统软件根据硬件模块的组装情况进行软件自重构,从而使排爆机器人具备完成不同任务的能力。排爆机器人的这种软硬件架构设计模式使得机器人在实际工作中表现出高效性、鲁棒性和自适应性。

为了满足汽车注塑件产品生产过程控制及质量可追溯性,通过分析该类型产品的工艺流程,采用IDEF0(ICAM DEFinition method)建模方法建立了系统的整体功能模型,对产品的生产过程控制及质量追溯系统的软件进行设计。系统采用基于客户/服务器(Client/Server)的软件架构,实现了物料上线、产品加工、产品返修、产品下线、产品复检的品种、数量以及生产信息的完整性的约束与控制,以及前后工序的流程控制。最后通过在汽车油雾分离器上的实际应用,验证了该系统的可行性。

为了提高微型电动汽车车架材料的利用率,利用Creo软件建立三维模型,并导入ANSYS Workbench软件对原车架模型进行有限元静态、模态分析,依据分析结果进行结构改进。对改进后的车架进行力学特性验证分析,发现应力偏大。根据车架强度要求,基于DesignXplorer模块建立车架多目标驱动尺寸优化模型,对车架梁布局进行分析,获得较合理的优化方案;最后对优化后的样车进行动力性能试验研究,验证车架的安全稳定性。结果表明:轻量化后的车架质量比原车架减少了74.58 kg,降低了27.74 %;而最大等效应力增大了15.42 MPa,提高了17.44 %,但仍远远低于材料的屈服极限,符合车架强度要求。

新一代航空发动机功率越来越大,结构越来越复杂,对于叶片的要求也越来越高,为保证发动机在高温、高压下的稳定性,叶片部位均采用了较高硬度的难加工材料,以提高叶片的强度及刚性,并减薄叶片的厚度,以增大气流通道的面积,这就使得发动机叶片逐步向高硬、超薄和高精方向发展,因此有必要对单叶片的加工技术进行研究。

计算了修形前后摆线齿轮与针齿的啮合作用力,通过初始间隙的分布曲线判定了修形摆线齿轮与针齿的同时啮合齿数。建立了摆线齿轮及针齿的参数化模型,并导入到ANSYS软件当中,建立了以“接触单元密分和非接触单元粗分”为原则的有限元模型,分别对标准齿形摆线齿轮及修形摆线齿轮的啮合作用力进行了有限元接触应力分析,得到了考虑摩擦因数的最大啮合作用力,并与通过理论公式计算出的最大啮合作用力进行对比分析。研究结果可为工程上摆线针轮传动的受力分析提供理论依据和技术支持。

气缸轻量化绿色设计,需要对气缸各部件进行振动分析,将带负载活塞杆简化为悬臂梁模型,建立带负载活塞杆伸出过程中弯曲振动的无量纲动力学方程,并与全过程LS-DYNA软件仿真结果进行对比,对比结果证明了提出的模型和方法的有效性,为气缸结构设计提供了有效的分析方法。

目前,国内1～5 t挖掘机和拆除机适用的拆除剪工具头尚处空白,而此类拆除剪工具头是国内拆除机器的主要设备之一,需要了解其工作机理才能更好地进行优化设计,因此,设计了一个拆除机上的液压剪物理样机,其结构依据物理特征和力学特性进行设计;在ANSYS Workbench软件中分析得到剪刀体在固定载荷作用下的结构总变形云图和应力云图,分析剪刀体的应力分布情况和引发疲劳破坏的原因,得知其把柄、剪刃和剪刀体前端处产生应力集中,易引起结构的疲劳破坏,从结构和材料两方面对其进行优化设计,其剪刀体前端优化首次采用可更换套件,分析结果表明,优化后剪刀体强度更大,结构更为合理,使用寿命更长。

弹簧离合器是直升机传动系统的关键构件,查明其极限扭矩传递能力和失效形式可为其设计提供必要依据。针对离合器极限扭矩传递能力和失效的实验研究成本高、周期长等问题,采用多体接触有限元分析方法,建立了弹簧离合器有限元力学模型,对不同界面摩擦、加载方式和转速条件下的离合器极限扭矩、失效形式进行了仿真分析。结果表明:适当增大界面摩擦能降低弹簧最大应力、改善应力分布,提高离合器极限传递扭矩。较低的界面摩擦导致弹簧离合器打滑和塑性变形失效,界面摩擦达到激发需求后离合器在超过极限扭矩条件下将发生打滑失效。

切削力模型可以计算切削过程的切削力,是预测加工状态、优化加工参数的依据。传统的切削力预测模型都是针对工件坐标系建立的,然而在研究薄壁件多轴加工让刀变形、振动以及刀具磨损等问题时,基于刀具坐标系的切削力表示方式更为直观。为了预测刀具坐标系的切削力,在传统机械切削力模型的基础上,提出了刀具坐标系铣削力预测模型,并提出了基于刀具坐标系测量结果的切削力系数标定方法,最后通过实验验证了所提出的切削力预测模型和切削力系数标定方法,实验结果表明所提出的切削力模型能够准确地预测实际加工中的切削力。

为研究扭转刚度对面齿轮四分支传动系统固有特性的影响,建立考虑扭转刚度和时变啮合刚度的集中参数系统动态力学模型,采用数值求解法,对动态力学模型的微分动力学方程进行求解,分析了扭转刚度对面齿轮四分支传动系统固有特性影响。结果表明:面齿轮四分支传动系统的固有频率具有明显的四重频现象;刚度在0.4×10⁹~0.8×10⁹ N·mm^-1变化时,固有频率的变化幅度较大,扭转刚度大于0.8×10⁹ N·mm^-1时对系统前10阶的固有特性的影响较小。可以为进一步进行面齿轮四分支传动系统的结构优化设计提供理论依据。

用标准渐开线电镀CBN硬珩齿刀加工齿轮后,一般情况下在齿轮节圆附近会出现“中凹”误差,但是,“中凹”误差形成的因素很复杂,很难用解析法给出精确的解释,为此,利用Pro/E软件和ANSYS软件,对电镀CBN硬珩齿加工过程进行模拟接触分析,得到齿轮接触面上的等效应力,找到其应力集中的部位,认为该部位即为“中凹”误差产生的地方。并且根据这一区域的数据对齿面进行优化,减少其应力集中现象,通过回归分析,使其接触应力最大值降到整齿啮合过程中的平均值。在制作电镀CBN硬珩齿刀时,对珩齿刀齿面进行必要的修形,消除或减小齿形误差,提高被加工齿轮的加工精度,这对于进一步推广这种珩磨技术具有重要意义。

以已加工表面的显微硬度为评价指标,进行高速铣削RoyAlloy模具钢的正交试验,从而分析铣削参数对加工硬化的影响程度。通过回归分析法建立加工硬化的预测模型,依据显著性检验且对比实测数据与预测结果,验证了该模型的准确性。

传统瓶口缺陷检测算法通过边缘检测和滤波等操作区分和定位缺陷,该算法受瓶口光照影响较大,瓶口粗糙毛刺区域和缺陷部分在图像中均表现为亮色,难以区分,且传统检测算法对检测阈值设置精度要求极高,因此结合瓶口图像灰度值的分布一致性和缺陷的亮度突变性特征,提出基于四线性插值梯度方向直方图(Histogram of Oriented Gradients,HOG)特征的瓶口缺陷检测算法。由于缺陷与背景具有较大的灰度对比度,通过HOG可以对瓶口圆环区域中的所有灰度值突变像素点进行统计,在统计过程中,根据梯度方向对梯度幅值进行竖直方向上的增强和水平方向上的抑制,得到适用于瓶口缺陷场景的特征向量。结合支持向量机(Support Vector Machine,SVM)二类别判决器,实现瓶口的缺陷检测。实验结果表明,检测耗时为170 ms,相较于传统检测方法具有更高的准确率。

面对空气污染及温室效应的威胁,绿色能源的开发与高效使用至关重要。设计开发了一种新型智能太阳能供电设备,通过太阳能板上感光元件的巧妙布置,设计一种随动性自动检测系统,实现对太阳光线方位的测量,使其能够自动追踪太阳光线的位置,使太阳光线直射太阳能板面,实现追踪测量、驱动以及高效采集光能的一体化设计。结合设备的特点设计新式底部旋转结构,设计其节能型控制方法,对设备进行受风分析,并以此为依据采用变密度法对其侧支撑板进行拓扑优化分析,使设备轻量化,优化设计使得侧支撑板重量减少了28.2 %,且有效降低了设备侧向风力,设备整体侧向风阻降低了26.36 %。强度分析表明,优化后的侧支撑板变形量小,满足强度要求。研究表明,该设备结构巧妙,拓展性强,易设置成太阳能板阵列,具有广阔的应用前景。

以装载机前驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱的编制为例,将各种工况实测有效数据雨流计数统计的结果按比例系数进行工况合成,并采用雨流矩阵法对合成工况载荷谱外推,得出驱动桥的全寿命扭矩载荷谱,以此为基础编制了前驱动桥疲劳试验和强化疲劳试验的加载谱。编制出的驱动桥疲劳试验扭矩载荷谱能更加有效地反映装载机实际作业情况,为装载机传动系的抗疲劳设计和疲劳寿命预测提供了依据。加载一个需用10.3 h的强化疲劳试验加载谱块,相当于装载机实际作业609.2 h,加快了驱动桥总成疲劳试验的进程。

针对通信机柜在抗震实验测试中时常出现柜体倾斜、框架焊接处断裂等不合格的情况,研究了斜撑对机柜抗震性能的影响。采用Pro/E软件建立了机柜模型,利用Hyperworks软件对某19 inch标准室内通信机柜进行模态分析和结构响应谱分析,模拟了斜撑连接方式以及斜撑摆放位置对机柜抗震性能的影响。实验结果表明:在不影响通信设备安装的情况下,如果斜撑结构是一定的,那么焊接比螺栓连接的抗震性能好,斜撑长边连接机柜的高比斜撑短边连接机柜的高对机柜抗震性能提升的影响更大。

通过传统的编程方式(在线示教、离线编程)定义复杂曲面的抛光轨迹是一项复杂繁琐的工作,为了给机器人砂带抛光示教过程提供一种更加自然有效的交互方式,应用虚拟现实技术和力觉反馈技术,首先提出砂带抛光的力觉模型;然后,在此基础上,集成Phantom Desktop^力反馈设备开发了一套虚拟示教系统。用户在示教过程中能够更加自然真实地根据实时反馈力动态调整抛光力度、位姿等参数,获得理想的抛光质量。应用该系统进行的力学验证实验和工件加工表面质量评估实验表明:所提出的力觉模型能够准确模拟真实抛光过程中工件的受力情况,机器人在应用该虚拟示教系统进行示教后,所加工出的工件可获得与手工抛光相比拟的抛光质量。

产品的总装流程是产品部件逐步安装、功能逐渐完善的过程,涉及到多种复杂技术的集成应用,对产品的研发周期及最终质量有较大的影响。分析数字化总装流程主要内容及其特点,并在分析实施数字化总装工艺流程规划难点的基础上,将系统工程方法论应用于数字化总装流程规划,改进经典霍尔模型,建立适用于总装流程规划的时间维、逻辑维和认知维三维结构,构建一种改进霍尔模型指导下的总装流程规划应用框架,提升总装流程规划的分析验证能力和数据集成能力。