为了研究磁弹磨粒在双磁盘磁力钝化中的磨损及寿命情况,进行了实验研究。首先,根据磁弹磨粒的理想形状,建立了磁弹磨粒的磨损率及摩擦因数计算数学模型,分析了磁弹磨粒的磨损率和摩擦因数随磁弹磨粒半径、粒数的变化关系;然后,基于磁弹磨粒在双磁盘磁力钝化设备中的钝化机制,确定了不同粒径的磁弹磨粒对刀具刃口钝化时磨粒磨损的实验方案;最后,通过实验过程中刀具刃口表面粗糙度的变化值、磁弹磨粒的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)微观形貌和元素占比来研究磁弹磨粒的使用寿命。

智改数转是产业链转型升级的新赛道,发展新质生产力的新动能。为解决自动化贴标设备开发成本高、多源数据交互性差、数智化集成度低和人工贴标精度不高等问题,提出基于数字孪生的贴标设备并行式研发模式。通过集成协作机器人、Vision Master(VM)视觉系统、三菱可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)控制系统和Visual Components(VC)数字孪生技术,设计并行开发架构,构建高保真数字孪生模型,搭建OPC UA数据通信框架。经VC配置物理层设备、采集层数据和孪生层信号,对设备布局、工艺流程和控制程序进行虚拟调试,实现研发模式精益化、产品贴标精确化和虚实运维数智化。试验结果表明,自动贴标设备使平面产品贴标平均一次性合格率提高了4.3 %。设备孪生数据最大更新时间为131.8 ms。并行式设备研发模式成本降低了18 %,开发周期缩短了26 %,设备故障维修及时率提高了53 %。

针对500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST)运行过程中存在馈源接收机安装及更换时设备精密且拆装过程复杂、馈源舱内安装空间狭小、馈源舱停靠平台处安装空间有限、连接螺栓数量多、下平台尺寸重量大且安装精度要求高、更换时间长和运输困难等问题,提出FAST运行维护作业机器人总体技术解决方案。通过机器人总体技术需求分析、机器人总体技术设计、机器人关键技术研究及仿真分析,该方案可满足馈源接收机拆装过程中定位、识别、拆装和运输等应用需求,减小运行维护的时间成本和经济成本,确保FAST运行维护的安全,提高使用效率,延长FAST的全年观测时间,从而促进天文成果的产出。

以某型动车组拖车为研究对象,分别采用阻尼非线性Maxwell模型和简化物理动态模型模拟抗蛇行减振器的动态特性,考虑抗蛇行减振器安装座的结构弹性对抗蛇行减振器动态特性的影响,建立了整车刚柔耦合动力学模型,研究了2种抗蛇行减振器模型和轮轨摩擦系数对车辆蛇行运动的影响。结果表明:轮轨摩擦系数为0.1~0.5时,小锥度轮轨匹配下车辆蛇行运动主频为1.2 Hz,横向平稳性指标随轮轨摩擦系数的增大而减小;大锥度轮轨匹配下车辆蛇行运动主频为7.4 Hz,横向平稳性指标随轮轨摩擦系数的增大而增大;考虑抗蛇行减振器安装座结构弹性的车辆高速运行时,小锥度轮轨匹配下,采用阻尼非线性Maxwell模型较采用简化物理动态模型的横向平稳性指标略小,大锥度下反之;抗蛇行减振器安装座的结构弹性有利于降低小锥度下的晃车程度,但会增加大锥度下的抖车风险。

为解决某款运动型多用途车在高速行驶过程中出现的方向盘摆振问题,对汽车方向盘摆振的产生机理和控制方法进行研究,通过建立整车有限元仿真模型,进行整车模态和整车振动传递函数分析,并与实验结果进行对比,验证了整车有限元仿真模型的准确性;在此基础上,进行方向盘摆振分析,复现了该问题;采用灵敏度方法得到影响方向盘摆振贡献量较大的参数,结果表明,方向盘惯量、转向系统刚度阻尼和前悬下摆臂后衬套刚度等参数对方向盘摆振影响较大;制作工程样件进行实车道路验证,客观数据和主观感受均表明方向盘摆振问题得到了显著改善。研究内容为汽车高速行驶方向盘摆振控制提供了有效的分析和优化方法,具有重要的工程应用意义。

少片变截面钢板弹簧刚度设计是轻型车悬架性能设计的重要基础。针对少片变截面两级刚度钢板弹簧采用理论计算、有限元仿真与试验测试相结合的方法研究某轻型车钢板弹簧刚度设计。结果表明,理论计算可以高效完成校核悬架布置及初步刚度匹配;有限元仿真能模拟详细设计特征、接触及摩擦等因素;试验测试则表明刚度仿真结果具有较高的精度。基于刚度测试验证的仿真模型,有助于进一步研究结构强度特性。

传统悬架系统需要在车辆受到道路激励后起减振作用,存在不能主动提前适应路况变化与悬架执行器动作时滞的缺点,为此设计了一种基于视觉的局部优化模糊PID控制策略。首先,建立视觉识别模块、道路激励模块和通信平台;然后,基于以上信息识别、传输与融合路面,设计了基于视觉的局部优化模糊PID控制策略;最后,利用仿真模型,在由C级、D级路面及单减速带、多减速带组合的4种不同路面激励下分别对车辆的不同控制策略进行验证,结果表明,基于视觉的局部优化模糊PID控制策略相较于被动悬架、PID控制策略和模糊PID控制策略,车身垂向加速度在单减速带C级路面激励下分别降低了32.4 %、23.4 %和11.7 %;在单减速带D级路面激励下分别降低了32.4 %、21.9 %和8.1 %;在多减速带C级路面激励下分别降低了32.2 %、23.4 %和10.8 %;在多减速带D级路面激励下分别降低了31.0 %、21.4 %和7.4 %。

基于可靠性理论,考虑动车组车体所受应力和材料强度的随机性,对铁道车辆结构设计过程中的安全系数进行分析。根据某型号动车组车体,建立动车组中间车车体有限元模型,根据EN12663-1确定了车体的静强度工况并进行安全系数分析。运用三维、可压缩和非稳态Navier-Stokes方程进行数值模拟,在风速为20 m/s横风条件下,将两动车组以300 km/h的速度交会时的压力波作为气动载荷输入源来考虑气动载荷工况,并与垂向载荷、运营中的动载荷组合得到动车组车体疲劳强度工况,绘制处于不同可靠度状态下的Goodman疲劳极限图,依此对动车组车体进行疲劳强度方面的评估。研究结果显示,随着可靠度的增加,安全系数均下降,但动车组车体仍符合不同可靠度水平下的静强度和疲劳强度标准;在可靠度为99 %时,静强度可靠性安全系数最小为1.2,发生在车钩中心线高度处压缩载荷为1 500 kN及其与最大垂向静载荷的组合工况下,最大应力位于车钩缓冲座处;在评估横风交会时气动载荷对结构疲劳的影响时,车体侧墙窗角处疲劳强度可靠性安全系数低,最小为1.36,满足设计要求。

介绍平动螺旋齿线圆柱齿轮主要几何参数,并阐述其加工原理——大刀盘转动1圈,毛坯转动1个齿,进而实现全齿宽连续展成加工。为提高平动螺旋齿线圆柱齿轮传动系统承载能力,提出多直角梯形刀具单面切齿法来进行齿面修形。通过刀具错位安装实现凹齿面的曲率半径与凸齿面的曲率半径之差为零。根据加工原理推导出修形后的平动螺旋齿线圆柱齿轮凹、凸齿面方程,并通过仿真加工论证了凹、凸齿面成形过程。将未修形的平动螺旋齿线圆柱齿轮与修形后的平动螺旋齿线圆柱齿轮进行有限元静力学分析对比。结果表明,修形后的平动螺旋齿线圆柱齿轮齿面接触线更长,齿面接触应力更小,拥有更好的承载能力。研究结果将为高质量的平动螺旋齿线圆柱齿轮传动以及齿轮修形设计提供理论基础。

为实现TC4钛合金表面的高效光整,提出了双磁极磁力研磨(DMAF)法。首先,设计了9种不同的磁极组合,并利用ANSYS Maxwell有限元软件对其分别进行磁力线分布与磁感应强度的模拟仿真,基于仿真结果,确定最佳的磁极组合;然后,通过主要单因素的对比实验,优化多阶段的双磁极磁力研磨的加工参数;最后,得到3个抛光阶段的磨料组合,依次为#100电解铁粉+#2000白刚玉、#200电解铁粉+#8000白刚玉和#450电解铁粉+#w1金刚石,磁极间隙为5 mm,磁极主轴转速为300 r/min,磨料质量比为2∶1。实验结果表明:采用多阶段的双磁极磁力研磨法对TC4工件进行30 min抛光后,其表面的平均表面粗糙度Sa从最初的0.442 μm降至8 nm,并且抛光区域已基本实现纳米级镜面抛光效果。

自锁螺母具有优异的抗振、防松和可重复使用等功能,是航空航天领域中广泛应用的螺纹连接紧固件之一,目前对于典型自锁螺母,其收口过程中收口工艺与螺母几何特性对安装力学性能的影响规律还不明确。针对3种典型材料的自锁螺母,建立了自锁螺母收口-锁紧过程的有限元模型,采用单因素控制法研究了收口段高度、收口量和收口方式等参数对自锁螺母装配后最终锁紧力矩及应力、应变的影响。根据仿真结果可知,在自锁螺母的收口过程中,增大收口量、采用椭圆收口方式会导致收口段内螺纹齿底的塑性变形量增大,进而在装配过程中锁紧力矩也相应增加。当选取收口量为0.5 mm、收口段高度为4.2 mm以及采用椭圆收口方式时,自锁螺母的锁紧性能最优。

电化学沉积技术被广泛使用在电镀、电铸等领域。以弯月面限制电化学沉积为代表的无掩膜的加工方法是通过纳米级探针或针头将单次沉积控制在极小的加工区域内实现纳米级特征成型。当沉积范围扩大时,大面积的电解液流场难以精确控制导致沉积精度下降,因此基于掩膜的电化学沉积技术应运而生,但因为高精度掩膜的加工成本较高且无法完全消除层间梯度缺陷等问题限制了该技术在三维复杂结构成型中的应用;因此,研发一种适用于较大范围的无掩膜电化学沉积技术具有重要意义。通过引入气压约束弯月面流场的方式提出一种可实现微米级以上较大范围内高精度无掩膜式电化学沉积新方法。研究了不同气压下中空电极出口处弯月面范围控制规律,探究了电压、电极间隙宽度及电解液浓度等关键参数对加工精度及加工稳定性的影响,并由电流密度确定了不同参数组合下的沉积模式,验证了此电流密度范围在多层沉积中的有效性。

为了提高半开式整体叶轮开粗效率,推进国产商用计算机辅助制造(Computer-Aided Manufacturing,CAM) 软件的功能完善,研究了半开式整体叶轮流道多轴插铣数控加工(Numerical Control,NC)的轨迹规划问题。首先,利用等参数线法构造流道分层面,再按流道宽度对加工区域进行分区,选择不同直径刀具以减少刀路数。以分层面与左、右叶片进行曲面求交,计算流道边界。按步距等弧长采样得到刀位点。其次,以分层面上刀位点的法向为初始刀轴的方向,曲面法向与曲面u方向的正交方向为搜索轴方向,沿搜索轴旋转调整,以临界不干涉刀轴作为最终安全刀轴。刀轴的计算采用先边界后中间的计算顺序,对中间刀轴进行插值处理,以保证刀轴变化的平顺。最后,对刀路进行切削仿真验证,证实该刀路有很好的开粗效率与加工效果。

荧光磁粉探伤广泛应用于铁磁性零件表面无损检测,在实现机器自动化检测过程中,反光区域和背景噪声往往会影响裂纹的识别精度。提出了一种荧光磁粉在多光照下联合成像方法,通过对比不同光源(红光与紫外光)照射下荧光磁粉成像的不同特性,对两类图像进行差分及阈值掩模处理,有效减少了反光和背景噪声的影响,可突出显示裂纹特征,提升检测的准确性、减少误报率。通过搭建实验平台,进行图像采集及缺陷分割,结果显示所提方法能够在背景噪声干扰和反光遮挡的条件下准确分割裂纹。

建筑施工、港口运输和高层电梯等领域对钢丝绳表面质量有着强制性规定,因此检测模型在上述领域飞速发展,但现有检测模型存在参数量大、实时性差及部署困难等问题。为缓解上述问题,提出一种轻量化的起重机钢丝绳表面缺陷检测模型LMSM-YOLO(Lightweight Multi-Scale Matching-YOLO)。首先,设计轻量化自适应特征提取(Lightweight Adaptive Feature Extraction,LAFE)模块降低模型参数量,动态调整各位置权重,使模型更关注缺陷区域的特征;其次,使用快速多维度特征匹配(Fast Multi-Scale Feature Matching,FMSFM)模块促进高级语义信息和低级视觉特征融合,提高模型检测精度。实验表明,在私有数据集上与其他先进检测模型相比,LMSM-YOLO模型参数量、浮点计算量分别降低81.9 %、76.1 %,精确率达到94.7 %,兼顾实时性和高精度要求,更适合于工业环境的部署与应用。

现有的电弧熔丝增材制造在线监测算法在特征提取过程中会丢失大量有用信息,使得模型识别性能受限。针对此问题,提出了一种物理驱动的人工特征与数据驱动的深度学习特征相结合的混合模型,来减少特征提取过程中的信息丢失,进而实现对缺陷更精准的识别。首先,通过人工特征提取和卷积神经网络从输入的电信号中分别提取17维的人工特征和128维的深度学习特征;然后通过全连接层把人工特征维度调整到128维;最后把2种特征拼接后作为分类器(全连接层)的输入,实现对不同沉积质量(驼峰和良好质量)的准确识别。对比实验结果表明,基于深度学习特征(卷积神经网络)的方法(准确率为93.79 %)要优于基于传统人工特征的方法(准确率为91.26 %),而基于混合模型的方法(准确率为96.41 %)要进一步优于基于深度学习特征的方法,这表明人工特征和深度学习特征具有良好的互补性,两者的有效结合,可以充分挖掘数据中的有用信息,获得更优的识别性能。

针对现有基于声纹识别的故障诊断方法因捕捉信号时空耦合关系困难以及动态调整构建图的能力不足导致的适应性和性能不佳问题,提出一种面向非接触电机轴承故障诊断的动态时空子图卷积网络。首先,设计一个边动态图卷积网络,通过优化边的权重自适应学习声纹信号之间的空间相关性,克服传统k近邻图对超参数敏感的问题;其次,将扩张因果卷积与交叉自注意力结合,构建一个时间特征融合模块,用于捕捉信号内部重要的长期依赖信息,突出信号之间的时间关系;最后,通过融合多信号时空信息来增强声纹故障特征的判别表示,实现图级故障诊断。在实际三相异步电机测试平台上的实验结果表明,所提DSTSGCN在仅有1个训练样本的情况下实现了99.72 %的准确率,优于其他7种基于声纹信号的故障诊断方法。

针对现有柔性薄壁轴承的细粒度故障识别及其现有诊断方法特征提取不足等问题,提出一种基于牛顿-拉夫逊优化(Newton-Raphson-Based Optimizer,NRBO)算法优化的Transformer编码层与双向长短期记忆(Bi-directional Long Short-Term Memory,BiLSTM)神经网络解码层相结合的故障诊断方法。该方法首先使用时变滤波经验模态分解(Time-Varying Filter Empirical Mode Decomposition,TVFEMD)柔性薄壁轴承振动加速度信号,同时采用NRBO算法对其时变滤波带宽和B样条阶数等参数进行优化,依据互相关系数准则筛选主要本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),计算其时频域特征,结合振动加速度信号的时域、频域特征构建多域特征数据集,并按比例划分为训练集和测试集;其次将训练集输入模型,通过NRBO算法对模型初始学习率、BiLSTM神经网络的隐藏层节点数以及Transformer模型的正则化系数进行优化;通过测试集对优化模型进行测试,并与其他细粒度故障诊断模型对比。结果表明,所提方法准确率达99.60 %,高于其他模型。该方法可为柔性薄壁轴承细粒度的智能诊断提供一种新的研究思路,对其他相关领域的智能化健康管理亦可提供有益借鉴。

调度作为云制造系统的关键环节,对云制造服务结果具有显著影响。为了促进云制造调度问题研究的发展,对其研究现状展开综述。首先,概述了云制造系统的运作模式。其次,详细阐述了云制造调度的定义与内涵、特点与流程,并对其问题所涉及的建模方法和求解策略进行了介绍。在此基础上,分别从多元主体交互、多样目标权衡、多变场景应用和多阶段集成4个角度对云制造调度问题展开了论述与分析。随后,探讨了国内外云制造服务平台的发展现状以及云制造调度在新兴场景的应用。最后,对云制造调度问题所面临的主要挑战及对其未来的发展趋势进行了讨论与展望。