纺织实验教学改革的思考与探索——以中原工学院为例

纺织实验教学存在设备陈旧,教学内容缺乏应用性、创新性和综合性,学生重视度不够,以及解决纺织实验综合问题能力不足等问题。因此提出了纺织实验教学改革方法和教学内容,探索和构建了一种具有聚焦性、开放性的纺织实验教学体系,激发了学生实验的积极性和主动性,提高了应用型纺织创新人才的培养质量。该纺织实验教学体系有利于培养学生自主学习和独立思考的能力,锻炼学生纺织实践能力和研究创新能力,为相关院校纺织实验教学改革提供思路。

中原工学院机电综合课程设计教学实践探索与建议

从当前机电工程专业毕业生就业难和企业难以聘任到合适毕业生的现状出发,以中原工学院机电综合课程设计课程为切入点,分析了中原工学院机电综合课程设计存在的问题,如部分选题脱离工程实际状况等,提出了六条建议,如形成跟踪检查机制、课程设计课题库等,探索了教学内容和教学方法。机电综合课程设计的教学探索实践结果表明,所提出的六条可行性建议能够培养学生的机电工程设计创新精神,提高其工程设计能力,克服机电综合课程设计课程现存的问题,有利于改善机电工程毕业生就业难的现状。

基于读者问卷调查的高校阅读推广活动评价与分析——以中原工学院为例

归纳出十七种阅读推广活动的形式,提出阅读推广活动的评价指标。组织中原工学院九百多位大学生,对阅读推广活动在八个方面分别进行评价,在"参与人数多的活动"等方面对阅读推广活动排序,表明现阶段高校阅读推广活动的一般现状。整理五百多位读者的意见,对阅读推广活动在创新、举办策略等方面进行分析并总结。

“工作室制”下工业设计专业教学模式的构建——以中原工学院本科教学为例

"工作室制"教学模式是一种开放的教学模式,它注重学生的实践参与和与专业设计公司、企业的对接。河南省中原工学院从2005年开始实施"工作室制"。经过选拔,一批优秀的学生进入到工作室中,经过大二的培养阶段、大三的成长阶段,在大四进入企业进行实习,将专业知识进行系统的整合和实践,真正为日后就业做好了充分的准备。"工作室制"教学模式实施以来,的确取得了一些突破和成效,但仍然存在一些问题,这需要我们继续努力探索。

导入工作室制的补偿式设计教育模式研究——以中原工学院工业设计专业实践教学为例

针对当前中国工业设计教育在培养方式方面所出现的一些新变化进行分析及探讨,在已形成"大设计"的格局下,就我国现阶段大量普通本科院校面临工业设计专业教育改革的紧迫性,阐述了在保持原有设计教育管理体制下,导入工作室制培养模式,以补偿学科对实践环节课时不足的窘境;通过实例综述成效,为普通本科院校设计教育改革模式研究提供思路。

“专创融合”特色示范课程建设研究——以“机电一体化系统设计”为例

将专业知识与创新创业教育紧密结合在一起,是新时期高校实现产学研协同育人的重要途径之一,能够提升学生的创新意识。该文分析了“机电一体化系统设计”的课程特色、建设目标、建设思路,旨在为高校进行“机电一体化系统设计”特色课程建设与教学改革提供经验与参考。

考虑激励幅值慢变的卷绕头转子系统动力学建模

卷绕头转子系统结构之间的耦合振动和时频变激励使振动问题十分复杂,为了更准确地研究其动力学特性,根据转子动力学理论,使用有限元方法建立了考虑多盘质量慢变的卷绕头非线性转子系统整机动力学模型,运用Newmark-β数值积分方法对其动力学特性求解,得到仅存在初始不平衡量以及卷装不良带来的激励频率、幅值慢变下的非线性动力学行为。通过分析轴心轨迹、时域波形和幅频特性曲线等结果,发现卷绕头转子系统对因卷装不良引起的激励幅值慢变较为敏感,出现新的频率成分。进一步对比分析了不同节点处的振动频谱,其结果可为卷绕头转子系统动力学设计和故障识别提供一定理论支持。

自由曲面轮廓仪机架多目标优化设计

针对复杂机床结构优化过程中,通常难以处理各个设计参数之间的关联关系的问题,提出了一种结合数值模拟和优化算法进行多目标优化设计的方法。在Isight平台中调用SolidWorks和Workbench插件进行试验设计,通过最优拉丁超立方试验设计方法(optimal latin hypercube algorithm,OLHA)设计样本点,用生成的样本点构建泛克里金近似模型,并使用交叉验证证明模型的可靠性和有效性,以最大位移变形量最小和一阶固有频率最大为优化目标,运用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)进行寻优计算来获取最优解。优化后的一阶固有频率为221.31 Hz,较优化前增加了8.43%,最大变形为0.001 888 mm,减小了18.45%,实现了机架的多目标优化设计。

基于数字孪生的桥式起重机自主运行系统研究

为了提高桥式起重机的智能化水平和数字化水平,借助数字孪生技术,对一桥式起重机的安全自主运行系统进行了仿真和实验研究。首先,采用数字孪生思想构建了起重机自主运行系统整体架构,根据桥式起重机的实际运行情况,采用四模型(即虚拟模型、物理动力学模型、行为控制模型和规则计算模型)的方法,构建了起重机的孪生模型;然后,在起重机孪生实验平台上进行了起重机路径规划和大小车轨迹跟踪仿真实验,采用了变论域模糊PID控制器,对起重机大小车轨迹跟踪进行了控制;最后,对该数字孪生系统进行了互联互通实物验证实验。研究结果表明:在起重机数字孪生系统中可以同步进行虚拟仿真和实物实验;在起重机大小车轨迹跟踪实验中,使用所提变论域模糊PID控制方法时,大车跟踪误差在±7 cm内,小车跟踪误差可达±6 cm,表明该控制方法的先进性;同时,该系统初步达成数字孪生技术虚实同步、虚实融合、虚实对照的目标,并且具有良好的三维可视化效果,可为推动机电装备的数字化进程提供一种思路。

基于声辐射理论的声屏障插入损失研究

为进一步提升公路声屏障的降噪效果,在当前存在的公路声屏障插入损失计算公式的基础上,考虑公路声屏障受到激励后产生声辐射的现象,推导出考虑声辐射时公路声屏障插入损失计算公式。对计算结果进行分析可得,声屏障的插入损失比不考虑声辐射的情况下降低0.9~3.6 dB。因此在设计公路声屏障应当考虑声屏障声辐射对降噪效果的影响。

高铁齿轮箱飞溅润滑性能数值模拟与型腔结构参数优化

以高铁齿轮箱齿轮啮合处平均压力和输出端集油盒处润滑油平均体积分数为评价指标,通过流体仿真软件ANSYS CFX,采用浸入实体法,建立了高铁齿轮箱斜齿轮飞溅润滑的CFD数值仿真模型。运用响应面Box-Behnken实验研究得出了径向距离、轴向距离、导油筋宽度对集油盒处润滑油平均体积分数和齿轮啮合处平均压力的二次回归模型,并对设计参数进行了优化。结果显示,最优参数为径向距离22.92 mm、轴向距离50 mm、导油筋宽度14.02 mm时,集油盒处润滑油平均体积分数为0.547,齿轮啮合处平均压力为32.452 kPa。

四凸极液冷电磁缓速器数值模拟与实验研究

为解决中重型车辆长下坡时因主制动器频繁工作导致其制动效能严重衰退问题,提出一种四凸极液冷电磁缓速器结构。建立车辆下坡动力学模型分析制动需求,采用等效磁路法对其制动力矩进行计算,使用有限元法对其制动特性进行数值分析。利用分级变论域模糊控制策略结合缓速器进行车辆下坡时的制动控制,使用MATLAB/Simulink建立控制器和整车长下坡制动模型并进行联合仿真。设计了2100 N·m样机,通过台架实验和车载道路实验对样机制动特性进行测试,实际测量值与分析计算值基本一致,平均误差在5%内,在转速为1250 r/min时制动力矩可达2200 N·m,满足中重型车辆制动需求。

“微型机与单片机应用技术”课程思政教学的探索与创新

在工科专业的专业课程中融入思政教育内容,对全面落实立德树人根本任务具有重要意义。通过对“微型机与单片机应用技术”课程特点进行分析,明确了思政教育的目标任务,提出了课程思政建设的整体方案。通过重组课程结构,构建了6大知识模块,并以此为基础规划了课程思政的结构体系。以形成评价和教学评价为基础,建立了课程思政教学效果评价体系。通过对“微型机与单片机应用技术”课程思政教学的创新实践,为工科专业的课程思政教育提供有益的探索。

基于压电材料的主动吸声仿真方法研究

主动控制仿真软件很少,大部分控制问题都采用MATLAB自编程进行计算或搭建试验台进行试验,前者仿真结果不可靠,后者需要消耗大量的经费。针对这种问题,该文采用一种新的仿真方法,对圆形和方形压电陶瓷片的主动吸声降噪性能进行对比研究。仿真步骤分三步。第一步,在ANSYS动态分析中获取压电陶瓷片前的两个聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)压电传感器在当前载荷步下产生的声压和质点振动速度。第二步,将第一步得到的声压和质点振动速度信号导入MATLAB,分离入射声波和反射声波,利用MATLAB自带的最优控制算法计算出需要施加的控制电压。第三步,在ANSYS中将MATLAB计算出的控制电压施加到压电陶瓷片的两端,再次进行动态分析,得到下一个载荷步的两个PVDF压电传感器产生的电压。重复以上三个步骤,就可以模拟出压电陶瓷片的主动吸声控制过程。仿真试验得到了施加在不同形状压电材料上的驱动电压与频率的关系,仿真结果与理论计算结果接近。仿真试验结果表明,在表面积相同的情况下,与方形压电陶瓷片相比,圆形压电陶瓷片的吸声降噪效果更显著。

压电复合材料梯度分布声学特性研究

目前,压电复合材料在吸声降噪领域应用广泛,但其低频吸声性能并不理想。为解决此问题,以0-3型压电复合材料为研究对象,提出使压电陶瓷体积含量呈梯度分布以提高其低频吸声系数的方法。首先,基于声电类比法和传递矩阵法,推导多梯度分布的理论公式,并通过文献构型对其进行验证;其次,将均匀分布与梯度分布的吸声系数进行比较,发现梯度分布会改变材料的声阻抗,从而改变吸声系数。最后,进行梯度分布压电复合材料数值分析,结果表明,同等条件下,当压电陶瓷体积含量呈梯度递减,且梯度差和第一梯度的厚度增加时,可明显提高低频吸声系数。

草莓大棚开沟起垄刀具数值模拟与工作参数响应面优化

草莓种植要求采用高垄栽培,为了提高开沟质量,现有开沟刀具一般是将旋耕刀具的刀身部分进行简单加宽处理。由于这种改进缺乏设计依据,当前的草莓大棚开沟刀具普遍存在作业质量不高和能耗较大的问题。为了进一步提高草莓大棚开沟刀具的性能,采用LS-DYNA软件建立了开沟刀具土壤旋抛数值仿真模型,并搭建田间实时试验装置,对仿真模型进行了分析验证。在此基础上,采用Box-Behnken响应面分析方法,以刀辊扭矩和残留粒子比例为响应值,建立了刀辊前进速度,刀轴转速和开沟起垄深度的二次回归模型,并对其进行优化。优化结果表明:前进速度0.38 m·s^(-1)、刀轴转速300 r·min^(-1)、开沟起垄深度300 mm,以此参数进行田间试验得到的扭矩为27.9 Nm,模型优化预测结果与田间试验相比相对误差小于5%,验证了优化模型和结果的可靠性。提出的新型的开沟刀具参数化设计方法可为大棚草莓开沟机具的设计优化提供参考。

安装误差对双圆弧齿轮啮合特性影响分析

为深入研究安装误差对双圆弧齿轮副啮合特性的影响,基于有限元法建立齿轮加载分析模型,研究啮合过程中单齿凸、凹齿廓的接触性能,对比分析安装误差对接触性能以及传动误差的影响规律。结果表明:啮合周期内,双圆弧齿轮的凹齿廓先接触且承担较大的法向接触力,但凸齿廓的啮入端接触应力最大,凸、凹齿面接触压力差与转矩成正比;安装误差对齿面接触性能影响较大,其中中心距误差容易引起齿轮分阶处应力集中,轴线平面的安装误差会引起齿面接触偏载,且对安装误差影响最大。

真空环境下小孔节流径向气浮轴承特性研究

单轴气浮台中的涡流力矩主要是由径向气浮轴承的制造误差引起的。采用CFD软件首先研究了真空环境对小孔节流径向气浮轴承的承载力、耗气量的影响规律,其次对比研究了真空环境下简化和实测常见制造误差对涡流力矩的影响规律。在常压和真空环境下,进、出口压力差相同时,常压环境下静态承载能力优于真空环境;当出口压力逐渐越接近真空时,承载力下降趋势更加突出;在真空环境下的平均耗气量要比常压下小。对简化的制造误差进行分析时,涡流力矩出现正弦周期性变化,其峰值出现规律与制造误差的相对位置有关。依据实际误差测量数据进行建模分析,发现涡流力矩在一定范围内波动,这是轴颈制造误差与节流孔直径制造误差共同作用的结果,峰值数量和位置与节流孔的数量和相对位置一致,且节流孔直径制造误差也会对峰值时的涡流力矩结果产生影响。

基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的特性研究

随着超精密加工技术和地面微低重力仿真的发展,相关产业对空气静压轴承的性能要求越来越高。由于传统的孔式节流器其结构特点不能完全满足实际使用的需要,节流孔直径与气膜间隙同一数量级的微孔节流空气静压轴承因其良好的刚度和承载特性,越来越受到关注。但在微孔节流器的发展过程中,微孔的加工工艺却限制了其推广应用。针对目前常用的三类微孔加工工艺,进行了理论仿真研究,通过建立不同加工工艺轴承仿真模型,运用双向流固耦合仿真方法,对比分析了基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的动静态特性。研究结果表明:锥孔类轴承承载性能优于其他两类,但耗气量大且在小间隙时刚度较差;薄壁直孔类轴承承载性能稍逊,但在大间隙下轴承刚度较佳;嵌套类轴承承载性能较差,但在小间隙下轴承刚度较大且耗气量较低。

基于构造绝对值三角函数的光栅信号细分

为了进一步提高光栅传感器的测量精度,需要对信号进行细分,但光栅莫尔信号的细分精度取决于信号的质量。本文利用归一化并结合CORDIC的方法补偿了直流、幅值、相位等误差,利用补偿后的信号构造绝对值三角函数,实现一个完整周期信号的16倍细分,并通过MATLAB进行了仿真,验证了该方法的可行性。