机械工程专业硕士研究生培养方案的分析与修订——以广西科技大学为例

通过调研其他高校培养方案,结合行业对人才的需求,分析了近两年来广西科技大学机械工程专业硕士研究生人才培养方案的优缺点,并以本校本专业办学宗旨为指导,对培养方案进行了分析讨论。调研发现,现有的人才培养方案在学分设置上学位课占比82.8%,明显高于高校平均值(66.3%)。且课程体系存在知识量与培养时限冲突,各学科内容单一,没有明显联系。除此之外,在校企合作方面也有很大的提升空间。应进一步调整学分安排,减少学位课学分,并增设制造装备智能化控制技术、智能优化方法等符合智能制造需求的选修课程,同时加强课程联系和深化产学研融合培养方式,以提高研究生的培养质量。

农用旋转机械圆度误差稳定性影响研究

【目的】由于滑动轴承结构制造精度的限制和运行环境的变化,制造误差及运行磨损误差会对油膜连续性状态产生显著影响,进而影响滑动轴承工程性能,研究具体的影响机制对提升农用机械的工作精度具有重要作用。【方法】课题组利用无限短轴承模型假设建立误差滑动轴承模型,采用分形理论分离误差曲面各阶弦波特征,在频域范围内重构建立三维误差模型。根据含有制造误差的Reynolds方程表达式近似解析计算油膜特性,研究了制造误差对油膜厚度、油膜压力和承载力的影响。【结果】1)在误差轴颈运行位置角变化范围内,油膜厚度在油膜压力较大值时会产生明显波动,并呈周期性变化;2)当偏心率从0.1变化到0.5时,带有误差的油膜压力相较于理想轮廓轴承在运行时间范围内会产生较大的压力波动变化。同时,随着偏心率的增大,压力幅值变化增大。【结论】制造误差对油膜压力波动和方向承载力影响较大,可以根据实验结果进行相应调整,降低误差影响,保持滑动轴承的工程性能。

汽车线控转向系统稳定性控制策略研究

以汽车线控转向系统为研究对象,构建滑模观测器对汽车质心侧偏角进行实时估计,用于主动前轮转向控制器设计。以汽车线性二自由度模型为参考模型,设计了基于扰动补偿的主动前轮转向滑模控制器,由主动转向控制器决策出额外附加前轮转角,使车辆响应跟随理想横摆角速度与质心侧偏角,改善汽车的横向稳定性。通过所建立的Carsim和Simulink联合仿真平台,在双移线低路面附着系数,有、无侧向风的工况下验证了主动转向控制策略的有效性。

非对称变位斜齿轮参数化建模和接触应力分析

为构建非对称渐开线变位斜齿轮精确模型并分析压力角对其接触应力的影响,根据齿轮啮合原理以及C#对SolidWorks二次开发,建立了从齿条刀具展成非对称渐开线变位斜齿轮的数学模型以及精确的实体模型;同时,采用有限元法分析其齿面接触应力,并与传统公式法计算的对称变位斜齿轮齿面接触应力进行了比较。研究表明,当一侧齿面压力角相同时,非对称变位斜齿轮一侧齿面接触应力与对称变位斜齿轮十分接近,接触应力随压力角变化的增减趋势基本一致,说明了非工作侧齿面压力角的变化对工作侧齿面接触应力的影响并不明显。因此,用来计算对称变位斜齿轮齿面接触应力的传统公式法同样可以近似计算非对称变位斜齿轮的齿面接触应力。该方法可为非对称渐开线变位斜齿轮的设计提供参考。

退火时间对轧制Mg-Al-Ca-Mn-Zn镁合金组织及阻尼性能的影响

采用光学显微镜(OM)、动态热分析仪、X射线衍射仪(XRD)、拉伸实验机以及扫描电镜(SEM)等研究了退火时间(0~3 h)对大应变、单道次轧制后Mg-1.2Al-0.4Ca-0.3Mn-0.3Zn镁合金板材的显微组织、力学性能以及阻尼性能的影响。结果表明:随着退火时间的延长,合金的晶粒尺寸逐渐增大,抗拉强度逐渐降低,从0 h的247 MPa降低至3 h的227 MPa;退火处理后合金的伸长率较轧制态有所增加,伸长率在退火2 h后最高,为23.4%;在低应变振幅阶段时,退火时间对合金的阻尼性能影响较小;在高应变振幅阶段时,阻尼性能随着退火时间的延长有明显提升。

电动汽车三段式驱动桥桥壳有限元分析

为了实现电动汽车驱动桥桥壳轻量化,对动力总成外壳为铝合金材料的三段式驱动桥桥壳进行有限元分析。首先,对桥壳4种工况进行受力分析,获取桥壳外部载荷;其次,用UG软件建立桥壳几何模型,简化后导入ANSYS Workbench软件建立桥壳有限元模型;最后,对4种工况下的桥壳有限元模型进行约束和施加载荷,求解得桥壳的应力和位移分布规律。结果表明:4种工况下驱动桥桥壳满足强度、刚度要求,为三段式驱动桥桥壳结构设计提供了参考。

无人驾驶单钢轮碾压机最优换道路径规划研究

为了确保单钢轮碾压机在换道碾压过程中转向稳定、保证压实质量,提出了一种换道路径规划方法,该方法将单钢轮碾压机换道路径曲线平滑度、转向稳定性和换道作业能耗作为优化目标,采用五阶贝塞尔曲线作为换道路径曲线,建立铰接式运动学模型与换道路径点状态的对应关系,采用光谱优化器(Light Spectrum Optimizer,LSO)算法对五阶贝塞尔曲线中未知关键控制点坐标进行优化,得到近似最优换道路径。以某型单钢轮碾压机为例,仿真与实验结果均表明,该方法规划的最优换道路径曲线在起点和终点处的航向角和曲率均为0,且全程曲率连续,符合单钢轮碾压机作业要求,与文献[10]方法相比,该方法规划的最优换道路径最大横向误差和平均横向误差分别降低了3.8%和16.7%,最大曲率和平均曲率分别降低了18.0%和9.3%,平均整车油耗减少了3.8%。研究结果可为单钢轮碾压机无人驾驶作业提供实际应用参考价值。

滑动轴承转子系统中制造误差建模方法的研究

由于滑动轴承工作表面的制造误差与油膜厚度在同一量级(μm)上,制造误差对滑动轴承转子系统运行特性的影响不可忽略。为了更好地表达轴承所含制造误差的完整信息,揭示滑动轴承制造误差对系统运行特性的影响规律,圆柱曲面三维制造误差建模已成为滑动轴承研究领域中的一个研究发展趋势。通过概括滑动轴承制造误差建模方法的国内外研究现状,分析传统误差模型、分形理论误差模型以及SDT三维误差模型的特点,并阐述了三种常用误差模型在滑动轴承中的建模研究,总结了制造误差模型在滑动轴承转子系统中建模的现存问题。通过对比分析表明:SDT三维误差模型能够更加合理地表征滑动轴承完整误差信息,基于SDT的滑动轴承三维误差建模方法在滑动轴承误差建模与运行特性的研究中具有重要意义。

送丝速度对铝/钢激光熔钎焊接头组织与性能的影响

采用ER2319焊丝进行了6061-T6铝合金/Q235镀锌钢光纤激光熔钎焊接,分析了送丝速度对接头成型、显微组织与力学性能的影响。结果表明:当激光功率为1.2 kW,焊接速度为1.2 m/min时,送丝速度在1.2~3.0 m/min范围内均可获得有效接头。接头的抗拉强度随着送丝速度的增加呈现先上升后减小的趋势,当送丝速度为2.4 m/min时平均抗拉强度达到最大值,为116.15 MPa。当送丝速度为1.8、2.4 m/min时,接头的上下表面的金属间化合物层可控制在10μm以内,而对接界面处的金属间化合物层厚度随着送丝速度的改变变化不明显,对接界面的IMC层主要由FeAl、FeAl_(2)、Fe_(4)Al_(13)相组成。接头的断裂形式为典型的解理断裂模式,而位于润湿铺展在钢表面的铝合金处则为韧性断裂。

基于YOLOv5的装载机物料细粒度检测优化算法

针对装载机智能铲装过程中缺少对物料细粒度方面的高精度检测算法问题,提出基于YOLOv5改进的物料细粒度目标检测算法。该方法主要利用注意力机制提高模型对细粒度特征的提取能力和对低质量数据的检测能力。为进一步利用注意力优化网络性能,提出双线性注意力机制,研究最佳嵌入方案并将软阈值思想与双线性注意力机制结合,以达到缓解低质量数据对模型检测精度影响的目的。实验结果表明,相较于原YOLOv5,双线性注意力机制改进后的网络在高质量样本上的mAP@0.5为93.2%,提高6.0%,每秒检测帧数(FPS)为52.6;嵌入软阈值后,网络在低质量样本上的mAP@0.5为90.2%,提高9.9%,FPS为50.0,满足装载机智能铲装过程对算法检测精度和实时性的要求。

热处理对高真空压铸AlSi10MnMg合金拉伸性能的影响

分别对高真空压铸AlSi10MnMg合金进行T5(180℃×2 h)、T6(515℃×1 h空冷+175℃×2 h)和T7(460℃×1 h水冷+175℃×2.5 h)热处理,研究了不同热处理条件下该合金的显微组织和拉伸性能。结果表明:经过T5热处理后的铸态试验合金铝基体相长大,圆整度较高,晶粒尺寸主要集中在20~80μm,硅相仍呈细长状,与铸态试验合金相比,试验合金的抗拉强度提高了8.9%,断后伸长率降低了9.1%;经过T6和T7热处理后,铝基体相形状不规则程度降低,晶粒尺寸分别为2~50,2~30μm,组织更均匀致密,硅相由铸态时的细长状演变为规则的圆形,试验合金的抗拉强度分别降低了26.0%和23.9%,断后伸长率分别提高了54.5%和72.7%;铸态和T5态试验合金的拉伸断裂方式均为韧脆混合断裂,T6和T7态试验合金的断裂方式则以韧性断裂为主,其中T7态试验合金拉伸断口中的韧窝细密且深,塑性更好。

水溅冷却对铝合金搅拌摩擦焊接头组织、织构及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等手段研究了水溅冷却辅助搅拌摩擦焊(WCaFSW)对铝合金焊接接头组织、织构和力学性能的影响。结果表明:与正常的搅拌摩擦焊(FSW)相比,WCaFSW能够显著降低焊核区的晶粒尺寸,促进焊核区各区域晶粒尺寸的均匀性,提高大角度晶界占比;FSW接头焊核区织构类型为■和B剪切织构,而WCaFSW接头焊核区织构类型为■和C剪切织构。WCaFSW接头抗拉强度高于FSW接头,但延伸率低于FSW接头。WCaFSW和FSW接头的断裂形式均为韧性断裂。

轧制应变速率对Mg-1%Al合金组织、阻尼和力学性能的影响

在不同应变速率下轧制Mg-1%Al合金板材,研究了轧制应变速率对Mg-1%Al合金显微组织、力学性能和阻尼性能的影响。随着轧制应变速率增加,Mg-1%Al合金的平均晶粒尺寸和再结晶体积分数增加;抗拉强度、屈服强度和织构强度减小;延伸率先升高后降低,在应变速率20 s^(-1)时达到最高,为25.33%。随着应变速率增加,室温阻尼性能增加,应变速率30 s^(-1)下应变振幅0.1%时阻尼值为0.061,是应变速率15 s^(-1)时的1.5倍。应变速率一定时,阻尼性能随着频率增加而降低。

薄板小间隙对接焊焊缝特征点的识别

针对薄板小间隙对接焊焊缝特征点检测问题,应用了一种基于Labview的Shi-Tomasi角点检测算法,根据线激光照射到焊缝表面形成间断的激光条纹,采用图像预处理以及图像形态学变换的方法得到便于进行焊缝角点检测的焊缝图像,然后运用Shi-Tomasi角点检测法对焊缝图像进行角点检测,从而确定出焊缝特征点的位置。通过Labview进行了焊缝特征点识别程序的编写,并在厚度为2mm,焊缝间隙分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm的铝合金薄板上进行了特征点识别检测,误差范围不超过0.15mm。结果表明,Shi-Tomasi角点检测算法相较于传统角点检测算法可以更加快速准确的提取到焊缝特征点的位置。

轧后退火时间对轧制ZK60镁合金显微组织及力学和阻尼性能的影响

对大应变轧制态ZK60镁合金进行350℃退火处理,研究了退火时间(0~3 h)对其显微组织、阻尼性能和力学性能的影响。结果表明:随着轧后退火时间由0延长到3 h,ZK60镁合金发生静态再结晶的程度增大,平均晶粒尺寸由6.86μm增大至23.35μm,位错密度由3.5391×10^(15) m^(-2)减小至1.3368×10^(15) m^(-2),(0002)基面织构强度由12.782弱化至1.715,抗拉强度由309 MPa降低到291 MPa,断后伸长率由22.60%增大到28.60%。在应变振幅小于0.01时,轧后退火处理对合金阻尼性能的影响较小;在应变振幅大于0.01时,随着退火时间的延长,轧后退火态合金的阻尼性能提升。

基于模糊推理的线控制动系统意图识别研究

为提高线控制动系统制动意图识别的精准度,同时使其具备更强的制动场景适应能力,设计了一种基于模糊推理算法,由车辆挡位、轮胎转角、制动踏板开度及制动踏板速度作为特征参量,对驾驶员制动意图与车辆行驶场景进行实时推理的制动意图识别策略,并基于各场景下车辆的实际制动需求对线控制动系统管路期望压力数值及其动态特性进行了匹配。该策略采用基于永磁同步电机FOC控制算法的PID闭环压力控制策略对模糊推理模型在不同制动意图与制动场景下所分配期望压力进行实时跟踪的形式,实现了由期望压力到系统管路实际压力的精准转化,成功将不同场景下为期望压力所匹配的压力变化动态特性赋予了管路实际压力,实现了不同场景下线控制动系统实际压力动态特性的差异化控制。最终基于所制定的整体控制策略分别在AMEsim与Simulink内搭建了机械液压模型及控制算法模型并对其进行了制动意图识别与制动压力跟踪联合仿真,从而验证了该策略的有效性与实用性。

基于滑模理论的线控转向汽车稳定性控制研究

为了提高汽车转向时的稳定性与安全性,在理想传动比前馈控制的基础上,设计了综合考虑横摆角速度和质心侧偏角的主动转向控制器。主动转向控制器根据状态参数实际值与理想值之间的误差,经过自适应滑模控制器计算出独立于驾驶员的额外附加转角,以对前轮转角进行补偿,使得汽车的实际响应跟随理想值,以改善汽车的稳定性。最后,在Matlab/Simulink软件和Carsim软件中建立了线控转向联合仿真模型,分别在双移线、正弦输入以及高、低路面附着系数工况下对设计的主动转向控制器进行试验,结果表明,主动转向控制器明显减小了横摆角速度和质心侧偏角2个参数的实际值与理想值之间的误差,提高了汽车转向时的稳定性。

基于力学分析的混凝土泵车臂架系统的计算模型构建

采用数学建模与有限元分析相结合的方法,分析混凝土泵车的臂架在展开后的变形问题。通过建立泵车臂架变形的数学模型,对泵车臂架水平位姿与弧形位姿等不同位姿进行有限元分析。将得到的不同位姿的泵车臂架的有限元分析结果,与所建立的数学模型进行对比,所得到的整体变形的误差在0.005m以内,泵车臂架的变形误差在允许范围内。研究结果表明:所建立的数学模型可以有效预测泵车臂架的变形趋势,为泵车臂架的产品设计与准确控制提供重要参考依据。

双目视觉拍摄角度对管长测量精度的影响研究

管件长度的测量是管件加工和检测的一项重要过程,传统的接触式测量方法,存在效率低,精度差,成本高等问题;非接触式测量作为一种智能、实时的测量方式具有精度高、成本低、测量速度快等优点,其中双目视觉测量是中小型零件测量常用的方式。但对大型零件的测量还存在一些问题,比如,船舶管件尺寸普遍较大,采集数据难度较大,影响测量精度。经实验发现,其测量精度对拍摄角度较敏感,主要原因在于拍摄角度影响着管件内壁产生噪点的数目,进而影响圆心位置拟合精度和尺寸测量精度。本研究针对此问题,开展了测量精度与拍摄角度关系的研究,发现同一半径下,当相机光轴与管件轴线方向一致时,内壁反射产生的噪点较少,拟合圆心位置较准确,测量结果精度较高;不同半径时,半径越大对拍摄角度越敏感。并将实验测量结果与三坐标测量结果对比,发现在当拍摄角度在[87°,93°]时,测量精度最高,测量精度可达到(±0.230)mm,较之传统皮尺测量,精度提升了77%。

白车身曲面轮廓度误差评价方案研究

针对三坐标测量机测量点云数据过程中存在点云坐标系不对应问题,本研究提出改进ICP点云配准方法,对理论与实测点云进行配准。结合极限逼近的思想,将点云轮廓度转化为局部点云平面度的误差评价过程,利用最小区域法评价点云轮廓度误差。经对仿真实验分析结构验证,改进的点云配准方法可收敛于更优的目标函数,配准效果分别提升23%、20%。评价方案所得到的轮廓度误差减少了30%,有效提高轮廓度评价精度,提高工件的合格率。