基于协同理论的CDIO工程教育模式探索--以机械工程及自动化专业为例

CDIO理念下的工程教育改革受到各国的普遍关注,然而CDIO模式的普适性同样遭到质疑。本文从协同理论的研究视野探索CDIO的本土化路径,构思了基于协同理论的CDIO工程教育模式(S-CDIO)。根据S-CDIO模式的特征,结合浙江工业大学机械工程及自动化专业实际,设计了S-CDIO模式的框架,并对其教学大纲、课程体系和评价体系等进行具体阐述。

机械工程学生创新实践能力培养模式探索

经济全球化和科学技术的高速化、综合化发展,为高等工程教育带来了严峻的挑战。我国沿海地区在经济高速发展过程中形成了具有鲜明特色的区域经济产业特征,但是仍然处于产业集群的初级阶段,企业创新能力有待提高。高校承担着为地方经济社会发展培养一大批创新型人才的责任,面对区域经济模式,根据国际著名工程教育学者提出的大工程思想和CDIO工程教育大纲,提出了面向区域经济发展的机械工程学生创新实践能力的内涵,构建了区域经济的知识创新和人才培养一体化的产学研合作模式和区域经济产学研联盟的机械工程学生创新实践能力培养模式。

新工科视域下机械工程专业卓越工程师培养问题探析

结合多年“卓越工程师”培养计划的教学实践,着重分析卓越班学生的学习实践和实习工作状况,深入探索新工科建设的内涵与方法,全面构建适合社会发展和学生特点的机械工程专业卓越工程师培养方式,对新工科视域下的卓越工程师培养问题进行探索与实践。本课题的研究,对于大工程背景下,提高学生的创新思维能力和工程实践能力,并对高校的人才培养具有一定的理论价值和现实意义。

面向工业缝纫机噪声品质评估的双耳融合模型

为解决单纯采用A计权声压级判定工业缝纫机噪声品质好坏的准确率低、采用单次随机划分数据集建模导致模型泛化性不高以及仅使用单通道数据描述声品质导致无法充分反映人的双耳听觉特性的问题,提出一种工业缝纫机噪声品质评估方法。以声压级、A计权声压级、响度、尖锐度、抖动度、粗糙度和音调度作为声品质客观参数,采用基于排序法的参考等级评分法进行主观评价试验,通过蒙特卡洛仿真和多元线性回归建立工业缝纫机噪声品质评估的左右耳独立预测模型和双耳融合预测模型。结果表明:利用蒙特卡洛仿真得到的模型具有最大的统计概率,与单次随机划分数据集进行模型搭建相比,该方法得到的模型具有更小的随机性和更大的泛化性;左右耳独立模型的测试准确率分别为93.56%和92.56%,而双耳融合模型为94.53%,说明双耳融合模型的预测结果与人的主观评价结果更匹配。

基于刚度模型和高斯过程回归模型的重载工业机器人分步标定方法

针对串联工业机器人由于关节柔性导致的重载下绝对定位精度较低的问题,提出了一种机器人定位误差分步标定方法。采用局部指数积模型对机器人进行几何误差标定。提出了一种基于建模和机器学习的非几何误差标定方法。在该部分中,首先建立了机器人的刚度模型对非几何误差中最主要的变形误差进行标定,然后采用数据驱动的高斯过程回归(GPR)模型对残余误差进行标定。实验结果表明,该方法可以有效提高机器人带载下的绝对定位精度,并且具有位置精度不随载荷变化而产生明显波动的优点。

工业化硅微机械电容式麦克风的设计与性能计算

给出了一种单芯片硅微机械电容式麦克风的结构设计,并针对此结构对其进行了动态特性分析计算。硅微机械电容式麦克风的两个电极由一个复合敏感膜和一个金属铜底板构成。复合敏感膜包括三层,中间一层是掺杂硼的多晶硅,上下两层是氮化硅,三层复合膜的厚度设计和制作工艺使复合膜处于轻微的拉应力状态。底板采用低温电镀铜技术制作,底板上分布有许多圆形通气孔来调节敏感膜与底板间的空气压膜阻尼。在复合敏感膜和金属铜底板之间采用牺牲层技术制作了一空气间隙,使复合敏感膜和一个金属铜底板之间构成一工作电容。在硅基体的背面采用湿法腐蚀出声音进口腔。针对这一结构我们对其动态特性进行了分析计算,计算出麦克风在9V偏置电压下开环灵敏度为4.99mV/Pa,麦克风最大偏置电压为32.83V,麦克风工作时的频率带宽为0-134kHz。分析结果表明该硅微机械电容式麦克风能满足工业界的使用要求。

浙江泵业 再创辉煌——《通用机械》与行业共成长

时光荏苒,岁月流逝,《通用机械》杂志已经创刊10周年,在这10年里,通用机械行业发生了翻天覆地的变化,《通用机械》杂志为行业的发展也做出了不可磨灭的贡献,值此之际,通用机械杂志社特举办＂记录《通用机械》10周年＂主题征文活动,笔者受编辑部委托，编写泵行业相关的一些发展业绩。

交变工况下深海装备机械密封端面温升和磨损特性

为了研究深海复杂恶劣工况对深海涉水装备动力装置的影响,以深海推进器用接触式机械密封为研究对象,建立其二维轴对称有限元模型,探究了交变工况对密封端面温升的影响;在自行搭建的试验台上进行了机械密封拟实工况试验,监测了端面温升情况,测量并分析了端面形貌及磨损特性.结果表明:交变工况对密封环温度场有显著影响,且端面温升呈现明显的交变瞬态特性;交变工况试验后动环端面粗糙度显著增大,工况瞬变使得端面接触状态不稳定,端面发生磨粒磨损,出现明显的凹坑和深浅不一且密集分布的犁沟;交变转速较交变介质压力对端面温升及磨损的影响程度更大.数值模拟与试验结果趋势吻合良好,为深海推进器机械密封结构设计提供必要的理论指导及试验依据.

促进综合能力培养的工程测试技术实验教学改革

以“双万计划”和基于学习产出的教育模式(Outcomes-based Education,OBE)为导向,提出基于综合应用能力培养的实验教学改革探索。主要改革方案为设计“基础型实验”“综合型实验”和“分析研究型实验”3个环环相扣层层递进式的实验教学内容。具体为依托测试实验仪器、摩擦磨损试验装置、传感器、数据采集卡、LabVIEW和Matlab软件,更新实验教学内容、搭建工程项目测试平台等。旨在培养学生实验研究、科学研究、工程素质等综合应用能力。

复合螺旋磨粒流流场特性的研究

针对无摩擦铝合金气缸表面阳极氧化膜的精密加工问题,提出复合螺旋磨粒流抛光方法。建立了抛光过程中颗粒与壁面碰撞的仿真模型,分析了磨粒各向速度对抛光的影响,揭示了复合螺旋磨粒流抛光的加工机理。仿真结果表明:复合螺旋运动改变了磨粒运动轨迹,磨粒叠加了旋转速度后,增大了磨粒的有效应力;壁面的有效塑性变形随螺旋槽转速的增大而增大。粒子图像测速观测实验结果表明,复合螺旋运动提高了磨粒旋转速度,增大了流场的涡旋量。加工实验结果表明,复合螺旋磨粒流抛光不仅对铝合金氧化膜破坏较少,且可以有效提高工件的表面质量。

K9光学元件的锥形约束射流抛光流场与加工实验研究

提出了锥形约束射流抛光的加工方法,将原本垂直的细小射流约束成几乎平行于工件表面的环形射流。使用Fluent软件对抛光流场进行数值分析,根据Preston方程建立了材料去除函数模型;并以K9玻璃为加工对象,利用自主设计的锥形约束射流抛光平台进行加工实验。结果表明,锥形约束射流抛光方法法向最大速度比切向最大速度小63.9%,从而减少射流在垂直于工件表面方向的冲击损伤;锥形约束射流抛光后,K9玻璃表面粗糙度在加工区域内呈“V”型分布,其算数平均粗糙度(Ra)值从95.40 nm降至14.52 nm,表面质量得到明显提高。锥形约束射流抛光主要依靠射流沿工件表面的剪切力,不仅有效减小了射流法向冲击力,对射流的约束还减小了射流束的发散;确定的表面去除函数表明该方法有望实现确定性抛光;另外,环形的射流出口提高了射流抛光的效率。

基于曲率特征分析的小儿颅骨畸形重建技术

小儿颅骨畸形影响患者容貌和发育,并会导致局部触痛、易怒、不安等症状,需要通过手术重建出规则的颅骨形状。但目前手术方案设计多依据医生的经验,缺乏标准的目标形状作指导,手术时间长,重建效果需要提升。针对这一问题,利用曲面的主曲率和高斯曲率分布为依据,对正常的颅骨形状特征进行曲率分析,获得了分区域的曲率值分布范围;通过有限元及实体仿真实验,研究了不同接触结构及不同骨瓣参数对重建模型力学性能的影响;针对具体病例,基于计算机断层扫描(CT)图像重建颅骨三维模型,并进行曲率分析,与正常颅骨曲率分布进行比较,制订出重建修复方案,并设计和打印手术切割模板,临床手术时在模板引导下完成重建手术。实际应用表明,术前额骨部位高斯曲率极值为-0.05200和0.00023,术后降低至正常范围,颅骨重建的效率和形状恢复效果得到了显著提高。

基于黎曼普鲁克的手部离散动作识别方法

肌电信号能反映人体的运动意图,是外骨骼和假肢控制的主要信号之一。但受试者间的差异,增加了基于表面肌电信号(sEMG)的手部离散动作识别使用成本。针对这一情况,本文从域适应的角度出发,提出一种基于小型调整集的迁移学习建模方法。该方法利用黎曼普鲁克分析(RPA)提取黎曼特征与传统时域特征作为支持向量机(SVM)的输入特征,并通过实验验证了其识别精度。在10名受试者身上进行了实验,在黎曼特征下黎曼普鲁克分析相比于不进行迁移学习的动作识别方法提高了5%~7%的准确率。在特征空间分布上,黎曼普鲁克分析后的黎曼特征的重合度更高。结果表明,该方法在基于肌电信号的手部离散动作识别上有明显优势。

基于柔轮裂纹扩展的谐波减速器剩余寿命预测方法

针对单一时频域指标未能较好表征谐波减速器全寿命周期退化特性问题,并考虑柔轮裂纹在不同部位的扩展速率差异性对剩余寿命预测精度的影响,提出一种基于长短期记忆网络和几何平均优化的粒子滤波(LSTM-GMOPF)的谐波减速器剩余寿命预测方法。谐波减速器退化特性难以通过单一时频域指标表征,在基于局部均值分解的振动信号处理的基础上,利用LSTM获取多个时频域指标关系,实现信号特征与退化状态之间的映射;考虑裂纹扩展速率的差异性,基于Paris及Foreman模型构建了谐波减速器前中后3个退化模型状态方程;为缓解粒子权值退化问题,引入双适应度指标,提出了基于GMOPF的状态方程参数更新迭代方法。通过谐波减速器加速寿命试验验证了方法的有效性,对比目前流行方法预测准确性最大提高了16.2%,为谐波减速器可靠性设计提供依据。

新型真空耙式干燥机优化设计与蒸发性能研究

针对现有耙式干燥机运行中存在的蒸汽消耗大、干燥效率不高、传热不均匀等技术难题,以及筒内残余滤渣层造成较大的物料损失,难以满足安全、环保和GMP(良好生产规范)要求等技术难点,通过查阅文献并进行大量的实验研究,设计了一种高效、节能耙式干燥机,自主提出一种轻量化的内、外筒与浆叶复合加热搅拌轴结构。该结构中心转轴、连接轴和搅拌桨叶均为空心设计,桨叶刮擦部距离筒壁间隙3~5 mm,达到了所需搅拌动力显著降低、换热面积大、传热效率高的效果,实现了不留残余物料、降低生产成本、保证人和物料的完全隔离的目的,可满足制药行业的GMP要求。实际试验研究结果表明,干化减量比例达19.9%,蒸汽单耗32.8%,能耗明显减少,说明该方法与设备具有较高的推广应用价值。

强制流动对Mg–9%Al合金定向凝固组织演化的模拟研究

基于欧拉多相流技术与元胞自动机方法构建了镁合金凝固组织预测模型,研究了无流动、x方向流动和y方向流动三种条件下Mg–9%Al合金定向凝固过程中的成分和组织演化过程.研究结果表明,无流动作用时镁合金枝晶呈现互为60°夹角生长,并在凝固后期出现与一次枝晶呈60°夹角二次枝晶形貌,凝固组织具有密排六方(HCP)晶体结构特征,验证了该模型的可靠性.由于x方向的流动作用下,与无流动结果相比较,迎流方向枝晶生长较快并出现发达的二次枝晶形貌,研究表明由于枝晶前端排出的溶质受流动影响被运输到枝晶后端区域,从而使前端区域具有更大的过冷度,提升了凝固驱动力.由于y方向流动的存在,枝晶呈现不对称生长,其中部分枝晶生长方向偏转约3°,研究表明迎流枝晶前沿的溶质被运输并富集在其他枝晶生长区域,最终使其发生了生长偏转;进一步分析枝晶生长前沿的流场和成分分布信息发现,枝晶生长过程中流动u1∇c1引起的值在固液界面处的不对称分布是导致枝晶生长发生偏转的主要原因.

基于CBCT的深度学习辅助解剖结构分割在口腔种植中的应用

应用深度学习进行口腔解剖结构分割相比手动分割及传统算法分割可高效获得精准、一致性良好的分割结果。该方法可以快速获得术区解剖结构信息,进行口腔种植手术及口腔修复方案的设计。本文拟对基于锥形束计算机体层成像的深度学习在口腔种植领域解剖结构分割方面的研究进展做一综述。

超弹性复合磨料气射流抛光方法

目的利用复合磨料对TC4钛合金进行气射流抛光,研究磨料入射角度、抛光气压、抛光时间等工艺参数对其表面粗糙度及表面形貌的影响。方法以橡胶作为超弹性基体,采用冰晶石粉与1μm的金刚石微粒对橡胶颗粒表面进行分批次涂覆,最终得到形状规则、表面磨粒附着均匀且粒径约为2 mm的复合磨料。利用ABAQUS有限元仿真软件对抛光过程进行模拟,并采用单因素实验法对抛光过程及结果进行研究。结果当磨料入射角度为20°、抛光气压为0.5 MPa、抛光时间为2 min时,TC4钛合金表面能降至最低(Sa为38.7 nm)且表面形貌较为均匀平坦(S_(ku)为3.9)。当复合磨料循环抛光6~8次后,其表面金刚石磨粒层会出现破损与脱落,为不影响最终抛光效果,需通过重新涂覆金刚石的方式对其表面进行修补。结论复合磨料在对TC4钛合金抛光的过程中能有效降低其表面粗糙度并降低磨粒对工件表面的损伤。磨料入射角度主要影响复合磨料撞击工件表面时的形变量和切削力,抛光气压则主要影响发生形变时在工件表面的滑移距离。

中心供液弹性研抛工具的材料去除模型研究

为提高计算机控制光学表面(CCOS)成形技术的确定性加工能力,提出了一种中心供液弹性研抛工具(CEPT)。针对CEPT的结构特征及与工件接触的应力场模型,研究了贴附金刚石树脂砂纸前后CEPT的径向接触应力分布,发现贴附砂纸后的CEPT有更平稳的径向接触应力分布和更大的接触应力幅值。构建了CEPT连续进给状态下的接触应力及速度分布函数,结合Preston方程建立了CEPT的材料去除模型。进行了抛光试验及单因素对比试验,获得了CEPT的材料去除深度分布规律及关键工艺参数与材料去除深度之间的影响关系。试验结果表明,构建的材料去除模型与实际材料去除廓形之间的平均偏差小于10%,可较好地预测CEPT的实际材料去除深度。

蒸汽发生器管板间滑动磨损行为实验和模拟研究

针对405合金支撑板与Inconel 690合金传热管间的滑动磨损行为展开了实验研究,讨论了不同载荷和循环次数对管板间磨损情况的影响,并基于磨损表面微观形貌研究了管板之间的滑动磨损机理。基于ARCHARD磨损模型与ABAQUS自适应网格技术建立了405合金支撑板与Inconel 690合金传热管之间的滑动磨损计算模型。结果表明:当传热管发生滑动磨损时,其表面的磨损机理主要包括黏着磨损和磨粒磨损;该模型能够较为准确地预测磨损面的轮廓形状以及磨损体积随载荷和循环次数的变化规律。