针对复杂曲面难加工零件,提出一种基于气压悬浮磨料池光整加工方法:采用气压悬浮磨料的混合方式,工件表面与流态化磨料产生相对运动速度,从而使固体颗粒与工件表面发生微观二体磨料磨损。通过对磨粒进行动力分析以及气固二相流加工机理分析,揭示了磨料池内部气体和磨料混合及扩散规律。利用光整加工实验确定了光整加工过程中最佳的主轴转速和工件进给速度,当磨料池的管道布局方式为螺旋上升时,光整加工效率最高,表面质量最好。

随着电火花加工技术的不断发展,利用多材质电极来实现微小复杂曲面的电火花成形加工,具有加工速度快、一次成形等特点而被广泛应用。针对多材质电极的制备,以黄铜、紫铜、铁、钼及铜钨合金等材质电极在模具钢上进行了加工试验,以研究的电极损耗及形状变化规律为基础,根据复杂曲面加工需求设计多材质电极,运用热镀法制备多材质电极,通过扫描电镜对多材质电极的成分和粘结效果进行检测,并以制备的黄铜-铁、紫铜-铜钨及黄铜-紫铜多材质电极进行试验加工,用电子放大镜观测多材质电极的损耗形貌和黏结质量。结果表明,运用热镀法制备的多材质电极连接紧密,在加工过程中不会出现开裂,能够良好地完成电火花加工。

为了探究影响分布式驱动电动汽车操纵稳定性的因素,以某车型为研究对象,对各影响因素进行仿真分析。基于Carsim软件和Simulink软件分别建立了整车动力学模型和电机模型,通过改变汽车的行驶速度、质心高度、质心前后位置以及路面附着系数,对整车操纵稳定性进行仿真分析,分别获得了不同行驶速度、不同质心位置和不同路面附着系数下的汽车横摆角速度瞬态响应曲线和汽车质心侧偏角瞬态响应曲线。研究结果表明,行驶速度、质心位置和路面附着系数均对汽车操纵稳定性有不同程度的影响,通过对分布式驱动电动汽车操纵稳定性的仿真分析,能够有效地反应出影响汽车操纵稳定性的因素,为今后汽车结构参数设计提供一定的理论依据。

在对整车或复杂零/部件结构进行疲劳寿命预测分析时,连接位置处的载荷谱获取是一大难点。针对这一难点,设计了试验与仿真相结合的方案:首先进行加速度信号采集试验;然后基于实测悬置软垫的特性参数,利用ADAMS软件建立发动机后处理系统的刚柔耦合多体动力学模型;最后借助Femfat_Lab与ADAMS软件进行联合仿真,将试验采集到的装载机后处理支架悬置软垫附近加速度信号作为目标响应信号,通过虚拟迭代的方法反求位移激励信号,驱动刚柔耦合多体动力学模型求得连接位置处较准确的载荷谱数据。某型号装载机后处理支架的虚拟迭代结果验证了该方案的合理性与准确性。

工业机器人握持打磨工具对铸钢（铁）件做等厚度打磨时,由于铸件尺寸及规划的机器人轨迹均存在误差,磨削轨迹需实时动态调整来保证其等厚度。因磨削厚度与打磨电机的输出扭矩存在正相关性,故设计了一个PI控制器,误差项为打磨电机设定扭矩值与实际输出扭矩值之差,控制器对设定扭矩值进行追踪,其输出的控制量作为对机器人工具中心点（TCP）调整的变量,所生成的TCP调整值,通过通信端口传给机器人,进而对机器人轨迹做出补偿,以此建立了等厚磨削控制算法。以ABB工业机器人作为工作主机,S7-200SMART PLC作为控制上位机,通过现场测试验证了算法的可行性。

为适应油罐外壁危险作业需要,设计了一款具有有效吸附力和灵活移动能力的新型轮式永磁吸附爬壁机器人。为满足爬壁机器人吸附力平稳并具有负载能力的要求,对爬壁机器人进行静力学分析和动力学建模,得到爬壁机器人在壁面运行的安全吸附力,以保证不发生滑移和倾覆。利用有限元软件分析了磁吸附系统磁铁与壁面间距离、轭铁厚度和磁铁之间距离等结构参数对吸附力的影响规律,并获得最佳结构尺寸。通过实验装置对吸附力进行验证,结果表明实验结果与仿真结果的变化趋势基本一致,为后续的模型制作和改进提供了参考。

为了实现足翼混合驱动两栖机器人水中高效、稳定浮游,开展了仿生水翼水动力分析与试验研究。首先针对非常规翼型的三维水翼进行结构简化,采用数值方法建立了单翼拍动水动力学模型,基于该模型分析了拍动周期、拍动幅值和拍动相位差等参数对水翼推进性能的影响;然后采用切片法,从翼尖轨迹特征、翼面压力分布以及尾涡脱落等角度,阐述了水翼水动力的产生机理;最后通过单翼水池试验,验证了所建立动力学模型的正确性。通过研究发现,水翼采用两自由度耦合拍动,摇翼和上下拍翼拍动相位差为1/4周期时,平均推力和平均升力达到最大;摇翼和上下拍翼拍动相位差为1/8周期时,推进效率最高;推进效率随拍动幅值增大而减小。

移动蛇形机械臂具有结构细长和多自由度的特点,其运动学逆解不唯一且计算量大成为研究的难点之一。针对某14自由度的移动蛇形机械臂,采用几何推导法设计了基于末端跟随算法的运动控制策略,实现了机械臂末端的精确位置跟踪,避免使用复杂的逆运动学算法进行求解。该策略考虑了机械臂关节角度和基座移动距离的约束,保证在无约束时机械臂各关节都处在前一时刻的关节轴线上,从而缩小机械臂的位形偏移量,使机械臂的运动更加平滑。通过三维空间轨迹跟踪数值仿真,验证了算法的有效性。通过计算效率和运动幅度,对比该策略与基于雅可比矩阵的数值优化法、人工智能优化算法的性能,说明了该策略的适用性。

设计了一种指定初始关节速度的冗余度机械臂运动规划方案。首先,根据机械臂关节角状态和末端执行器运动状态,在速度层上对机械臂建立伪逆算法求解模型;其次,为实现关节速度从指定初始速度连续趋近于执行任务所期望的速度解而在关节速度上加约束函数进行调整;再次,为减少机械臂执行任务期间末端执行器的位置误差而采用误差补偿方法以保证轨迹跟踪的精度;最后,将运动规划方案在MATLAB软件上对平面四连杆机械臂进行了仿真实验。仿真结果表明,该运动规划方案能消除机械臂在任务切换过程中的速度跳变,且末端执行器跟踪路径能达到较高的精度。

为了解决复杂产品研发设计工作流建模问题,提高产品研发设计工作流管理系统在运行中对动态变化的响应能力,提出了一种基于Petri网的柔性建模方法。该方法结合面向对象和分层的思想对Petri网进行扩展,利用优先级、变迁触发规则等属性规则描述了模型的柔性。该方法不仅可以降低产品研发设计工作流建模的复杂度,还可以支持产品研发设计工作流管理系统对资源调度、动态选择和异常响应的柔性控制。最后通过一个实例说明了该方法的可行性。

针对某SUV车型在怠速状态下踩踏制动踏板时,车内噪声过大的问题进行分析。通过主观评价、噪声源定位,以及安装点动刚度测试,确认该问题由制动真空泵的结构振动引起。从提高系统隔振率出发,为制动真空泵增加二级隔振。结合制动真空泵安装点噪声传递函数分析结果,优化制动真空泵安装位置,改善了制动真空泵二阶激励频率处的噪声传递函数结果。实车测试表明,采用改进方案后,车内噪声降低了7.4 dB,制动真空泵引起的车内二阶噪声降低了14 dB。 

针对大型船用螺旋桨毛坯余量较大,相邻桨叶间存在重叠区,现有加工方法吊装复杂、需要二次装夹且叶根桨毂加工周期长等问题,提出了一种多轴对称加工叶根桨毂方案,并依据加工方案,应用定轴加工方法研究桨毂粗加工刀具路径规划。根据桨毂曲面特征,计算走刀行距与步长;基于定向包围盒（Oriented Bounding Box,OBB）干涉检查算法划分加工区域;在此基础上分析切削参数恒定时,横向行切、纵向行切和环切3种刀具路径规划方法对桨毂加工效率的影响。研究结果可为正确选择桨毂粗加工刀具路径规划方法和后期大型船用螺旋桨叶根桨毂加工装置研发提供理论基础。 

在选择滚抛磨块时,针对案例推理技术在案例相似性较低情况下无法选定有效滚抛磨块的问题,提出基于迁移学习的滚抛磨块优选方法。通过缩小源案例和新问题的分布差异,将源案例的信息迁移到新问题的求解中,优选得到滚抛磨块。首先,通过分析大量实际加工工艺案例构建案例特征E-R图;然后,对不同类型的案例特征值进行归一化预处理,经过集成流形约束及条件分布适配缩小不同类型的零件案例分布差异,并通过特征变换矩阵将不同类型的零件案例集的特征信息投射到公共空间;最后,通过在公共空间内建立滚抛磨块优选模型,得到滚抛磨块参数值。通过大量仿真研究可知,对于相似性较低的案例,通过迁移学习方法可以得到比案例推理技术更准确的结果,验证了模型良好的泛化性和实用性。基于迁移学习的滚抛磨块优选模型可以弥补传统案例推理技术进行磨块选择时的不足,为滚抛磨块的选择提供决策指导。 

为了提高Cr12MoV模具钢电火花线切割半精加工的表面质量和加工效率,采用在气、液双介质中进行第2次切割（半精加工）加工试验,并且与在液体介质、气体介质中的加工效果进行比较。研究结果表明,在小脉冲宽度、小峰值电流、进给速度为150μm/s、切削深度为30μm、液膜厚度为4μm以及运丝速度为5 m/s的加工条件下,在气液双介质中可以一次切割完成半精加工,加工的表面质量与在气体介质中加工的表面质量相近,明显优于在液体介质中加工的表面质量;加工效率明显高于液体介质与气体介质中的加工效率。

逆向工程中点云模型孔洞边界的检测是孔洞修补的前提,完美的孔洞轮廓线有利于提高孔洞修补的质量。参照二维图像中边界的定义,给出了三维模型中点云孔洞边界的定义,并且提出了一种简单的孔洞轮廓线生成算法。首先,通过分析邻域点协方差矩阵特征值之间的关系,提出了一种边界点检测算子,用于初步提取孔洞特征点;然后,综合考虑邻域点最大特征向量方向、距离以及边界检测值（边界检测算子）三者之间的关系生成孔洞轮廓线。试验结果表明,所提边界点检测算子能够有效检测模型中的孔洞点,并且有较好的抗噪声性能,生成的孔洞轮廓线比仅以距离为参数的轮廓线生成算法的精度高。

车位检测是自动泊车至关重要的环节,在复杂情况下,为同时实现自动泊车视觉系统对车位识别和车位状态分类,提出一种基于改进掩模区域卷积神经网络（Mask Region Convolutional Neural Network,Mask-RCNN）算法的C-Mask-RCNN车位检测算法。C-Mask-RCNN车位检测算法通过在Mask-RCNN算法的ResNet50特征提取网络中增加卷积块注意力模块（Convolutional Block Attention Module,CBAM）,使模型更加关注车位相关的语义信息。利用C-Mask-RCNN车位检测算法中的区域卷积神经网络（Regions with Convolution Neural Network,RCNN）分支网络进行车位检测,实现Keypiont分支进行车位8个关键点的预测。实验结果表明,改进后的C-Mask-RCNN车位检测算法较Mask-RCNN算法在车位类型识别平均精确率上提升7.4%,在车位状态识别平均精确率上提升11.1%,并且车位线关键点预测的平均像素误差减少15.1 px。

针对目前导电滑环在模拟空间环境试验过程中,关键技术指标难以进行有效检测的问题,基于Labview虚拟仪器设计了一种可用于模拟空间环境试验的检测装置,该装置可准确模拟导电滑环在空间环境条件下的真实工况,通过对导电滑环的接触电阻变化值、摩擦力矩性能指标进行检测,并对检测结果进行分析研究,可验证导电滑环在模拟空间环境下的各性能指标,从而保证导电滑环的产品质量,对导电滑环的生产与使用具有重要意义。

轨道车分配阀的装配作业是制造过程的关键步骤,为了减少装配作业疲劳程度,提高生产效率,对轨道车分配阀的装配作业过程进行改善。结合生产现场情况,运用HumanCAD平台搭建虚拟装配作业环境;通过对分配阀的装配作业过程仿真,对工人操作进行人机工程分析与评价。所得结果证明了虚拟装配中进行人机问题评估可以准确发现存在的问题,并以此提出工装优化方案,避免了实际生产中人机装配不良的问题。该方法对于指导产品设计、减少作业疲劳程度及提高工位作业效率具有较为显著的作用。

介绍了钢质无缝气瓶的主要生产方式,以及气瓶制造过程中冲孔工序对水压机的精度要求,介绍了整体框架机体的结构特点。对实际使用中25 000 kN气瓶热冲孔水压机整体框架机体主压力缸连接部位开裂情况进行了说明和分析。选用同材质样件进行焊接试验,并对焊接试件分别进行拉伸试验、弯曲试验和冲击试验,试验结果表明,所选用的焊接工艺能够使焊后效果满足使用要求。通过制定合理的焊接修复工艺,对25 000 kN气瓶热冲孔水压机整体框架机体主压力缸连接部位开裂实施焊接修复,解决了设备存在的隐患,并取得了较好的使用效果,不仅节省了维修费用,而且为今后整体框架机体焊接修复工作积累了经验。

针对高频激励下磁致伸缩换能器磁场环境较差和能量损耗过高的问题,提出一种新型双棒驱动的磁致伸缩换能器设计方案。基于COMSOL仿真软件,从超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,GMM）、磁路结构和驱动线圈3个方面对双棒型磁致伸缩换能器进行优化设计。按照设计方案制作了一台双棒型磁致伸缩换能器样机,对样机的输出特性进行了实验测试,结果表明该双棒型磁致伸缩换能器在6.4 kHz的高频激励下,输出振幅达48μm,输出力幅值能稳定在15 N左右,输出特性良好,为高频磁致伸缩换能器的结构设计和仿真优化提供了较好的依据。 

使用声信号来诊断轴承故障越来越受到重视。针对滚动轴承故障信号的强背景噪声特点,提出一种基于谱峭度和互补集合经验模态分解（CEEMD）的故障特征提取方法。该方法首先对滚动轴承声信号进行快速谱峭度计算并进行带通滤波预处理,使滚动轴承声信号变得简单且噪声小,故障冲击成分明显;然后利用CEEMD将滤波信号进行分解运算,得到一系列本征模态（IMF）分量;再利用相关系数法和时域特征指标峰值因子选取包含故障信息最丰富的IMF分量;最后用Hilbert算法包络解调分析选取的IMF分量,得到清晰的故障特征频率。经滚动轴承故障实验分析,该方法可以对滚动轴承故障进行有效的诊断。

为了提高电动汽车故障诊断的准确性,提出了一种基于改进粒子群（Improved Particle Swarm Optimization,IPSO）算法优化概率神经网络（Probabilistic Neural Network,PNN）的电动汽车故障诊断方法,即基于IPSO-PNN的电动汽车故障诊断方法。首先,研究了基于PNN的电动汽车故障诊断模型,分析了PNN的平滑因子对该模型诊断准确率的影响;其次,在粒子群（Particle Swarm Optimization,PSO）算法中引入频率粒子群和采用动态惯性权重,改善PSO算法的全局和局部寻优能力,利用IPSO算法优化基于PNN的电动汽车故障诊断模型的平滑因子,以改善模型的分类能力;最后进行仿真与分析。仿真结果表明:相较于基于PSO-PNN的电动汽车故障诊断方法,基于IPSO-PNN的电动汽车故障诊断方法具有更高的诊断准确率和诊断速度。 

针对火箭贮箱卧式搅拌摩擦焊的焊接特点,设计了集主驱动和外定位于一体的焊接机床。对底箱、环座和压环等机床床身的主要零/部件进行了强度、刚性分析,并验证其对火箭贮箱焊接质量的影响;解决了火箭贮箱焊接时扭转力矩偏大、定位精度低以及焊接扭转错缝等难题。推动了我国火箭贮箱搅拌摩擦焊的工程化应用,为后续相似装备的设计开发提供了实际应用依据和技术借鉴。 

在胶接修复工艺中,裂纹的形式和不同的胶接方案影响结构的修复效果。以裂纹尖端应力强度因子（Stress Intensity Factor,SIF）为依据,分别对含有2种裂纹形式的钢管进行了仿真分析,探讨钢管的裂纹大小、碳纤维布的长度和层数对胶接修复强度的影响。分析结果表明,增加碳纤维布长度可以有效提高修复结构的强度,当长度超过有效胶接长度后,提高幅度不明显。裂纹面积所占比例越大,裂纹处应力集中程度越高,胶接碳纤维布的修复效果越显著。2层碳纤维布胶接修复对SIF的增长抑制效果比1层碳纤维布提高了10%以上,对于圆周裂纹损伤程度较小时,使用1层碳纤维布修复已能有效改善钢管的结构性能,对于圆弧裂纹和损伤程度较大的圆周裂纹,建议使用2层碳纤维布修复。 

为了提高不锈钢电加热管退火制程的产品质量,在对原退火炉进行的升级改造中,采用红外测温传感器构造了温度冗余检测结构,提高了温度测量的稳定性及精度;开发了专家经验知识库,研究了采用西门子WinCC软件实现专家经验知识的存储、提取和调用方法,在此基础上构建了以温度偏差及温度偏差变化率为输入参数的模糊控制器,通过模糊推理,实时地将专家经验知识量化为精确的PLC控制信号,实现了退火温度的智能调节。通过不同型号管件的测试结果表明,改造后的设备温度调节速度快,控制精度高,产品合格率得到有效提升。 

针对发动机上的自攻螺栓在拧紧过程中连接件出现黏着磨损问题,结合力学和摩擦学分析,发现过高的拧紧转速是导致螺纹副发生黏着磨损和连接件紧固失效的主要原因。在拧紧过程中,不同阶段的拧紧转速不同,贴合阶段应采取200 r/min的转速,以降低自攻螺栓攻入过程的发热量,从而消除连接件材料受高温软化而导致的黏着磨损;在拧紧阶段,应采取较低转速来保证拧紧的精度。结果表明,采用降低拧紧转速和分步拧紧的方法,可以解决连接副的黏着磨损问题,紧固扭矩稳定,满足技术要求。

某柴油车在行驶一定里程后,其空调排气管的某弯管出现了裂纹失效现象。为了探究失效原因,预测管路疲劳寿命,建立了柴油车空调排气管分析模型,对空调排气管进行模态分析;采集试验车路跑过程中输入空调排气管的加速度信号,经处理转化为载荷功率谱;进行随机振动分析,发现理论分析的失效位置与实际损坏位置基本吻合;依据随机振动分析的结果,应用三区间法对管路的疲劳寿命进行计算,验证了理论计算的可靠性;最后,对管路结构进行优化,减小了结构的最大应力,为该柴油车空调排气管的生产设计提供了参考。