首届纳连接和微连接国际学术会议在清华大学顺利召开

2012年12月2—5日，首屑纳连接和微连接国际学术会议（the first International Conference on Nanojoining and Microjoining—NMJ2012）在清华大学近春同宾馆顺利召开。

坚持与创新并举 激情与梦想同行——访清华大学吕志刚教授

《铸造》杂志2021年第2期邀请“客座主编”清华大学吕志刚教授组织策划了“熔模铸造”专题,本专题共邀请相关专家和专业技术人员撰写了5篇论文,其中2篇反映熔模铸造在高附加值产品中的应用,1篇介绍光固化增材制造技术与熔模铸造的结合,另有2篇分别介绍熔模铸造的数字化智能化问题和发挥熔模铸造优势,进行产品结构和工艺优化的实践。吕志刚教授1997年毕业留校于清华大学机械系,从事“双肩挑”工作。在管理岗位上,他先后担任清华大学机械系人事科科长、系副主任、系党委副书记、书记。在他和班子成员共同努力下,机械系党委成为清华大学首批党建标杆单位,机械系的整体工作取得好的成绩。除了管理工作外,教学、科研工作也是他的重要工作内容。

基于RRT^(*)-DR算法的机械臂避障路径规划

为使机械臂在障碍物环境下快速规划较优路径,提出了一种基于动态区域采样的改进RRT^(*)-DR路径规划算法,将整个规划过程分为快速探索路径和优化初始路径两个步骤。首先利用半目标导向扩展快速探索,找到连接起始点和目标点的路径。随后利用动态区域采样方法,始终在当前最优路径的周边范围内采样,优先密化当前最优路径附近的节点树,节省计算资源,使初始路径经过迭代快速向渐进最优路径收敛。同时,提出一种近障碍节点变步长机制,有选择性地缩短靠近障碍节点的扩展步长,可有效减少碰撞检测失败次数,提高算法效率。最后,在MATLAB和ROS系统下进行路径规划算法仿真,结果表明RRT^(*)-DR算法可在更短时间内实现路径规划,同时有效缩小路径代价。进一步通过实体机器人路径规划避障实验,验证了该算法的实用性和有效性。

基于Matlab/Simulink的转速控制系统设计与应用

风力发电机组由于受到风切变的影响会产生各种冲击,造成行星齿轮的破损和风电设备的各种故障。针对不同转速下风力发电机行星齿轮故障信号及振动运行情况开展实验教学与研究,利用实验室现有风电齿轮箱试验台,基于Matlab/Simulink设计、开发一套转速控制模块。通过该模块可有效控制及模拟风电发电机组的启、停及波动情况下运行状态;利用采集到不同运行状态下行星齿轮断齿运行情况,通过后续数据分析对比验证了设备的可靠性,为今后开展行星齿轮各种运行状态下的实验教学及科研提供了实验平台。

工程机械焊接结构件装焊工艺流程及数据管理系统

介绍了对网络化工程机械焊接结构件装焊工艺CAPP系统中工艺制定人员、文档版本以及数据进行管理的计算机辅助系统 (CAPM)。该系统是基于COM技术开发的 。

联合载荷作用下精密轴系角接触球轴承钢球与保持架动力学行为分析

针对联合载荷作用下精密轴系角接触球轴承钢球与保持架的相互作用行为,基于滚动轴承动力学理论建立了精密轴系动力学分析模型,分析了转速、载荷、轴承结构参数对钢球与保持架动力学行为的影响,并通过保持架转速试验验证了模型的准确性,结果表明:力矩载荷对钢球与保持架动力学行为的影响程度较径向载荷明显;在径向载荷作用下,当转速小于40000 r/min时钢球与保持架的作用力随轴向预紧力增大而增大,当转速大于40000 r/min时钢球与保持架的作用力随轴向预紧力增大先减小后增大;在力矩载荷作用下,钢球与保持架的作用力随着力矩载荷的增大先增大再减小而后急剧增大;增大保持架兜孔间隙与外沟曲率半径系数有利于减小钢球与保持架的作用力。

基于微服务的制造执行系统架构研究

智能制造要求具备工业化的软件基础,工业软件的深入应用是加速制造业数字化转型的关键,制造执行系统(MES)在车间生产中发挥着越来越重要的作用。在未来发展中,智能制造对MES提出了模块化、组件化及平台化的需求。基于微服务的思想,首先对MES的业务功能进行微服务的划分,设计基于微服务架构的制造执行系统框架;然后提出注册中心与微服务库的绑定机制,该机制可有效应对企业业务流程的多变与动态变更;在此基础上,进一步研究如何从微服务库中选出MES所需的最优微服务与业务流程微服务,对之后基于微服务的MES开发起到参考作用。

迭代奇异值方法在机械结构模态分离重构中的应用

通过时频分解技术,将复杂的多模态信号分解成单模态成分,从而可以采用比较简单可靠的单模态识别方法对机械结构复杂模态信号进行参数辨识。经验小波变换(EWT)算法能有效解决模态分离问题,一些改进型EWT算法能有效克服噪声干扰,但是在模态重构时,滤波器彼此重叠、临近模态互相干扰,会不可避免地出现重构模态失真。本文针对模态分离重构问题展开研究,分析了EWT算法在模态分离重构中面临的重构失真问题,提出了基于迭代截断奇异值分解(ITSVD)方法的改进算法,并在仿真信号和含结合面机械结构模型振动响应信号上进行了应用。结果表明,所提ITSVD⁃EWT算法能够更好地实现机械结构模态分离重构。

机动飞行下磁流变阻尼器-转子系统动力学特性

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动飞行过程中的动态特性。在此基础上,考虑磁流变阻尼器作用,研究其对冲击载荷下转子系统瞬态及稳态响应的影响。结果表明,机动飞行开始和结束瞬间会产生瞬态冲击,激发转子系统一阶模态响应。在合适的电流作用下,变阻尼器可以有效抑制机动飞行过程中转子系统瞬态及稳态响应。此外,在机动飞行下,由于轴颈离心率较大,易导致磁流变阻尼器产生非线性行为。

超磁致伸缩旋转超声加工系统研究进展

旋转超声加工是集传统旋转机加工方式和超声振动于一体的新型特种加工方法,在加工硬脆材料时具有切削力小、切削效率高、工件表面质量高、刀具寿命增长等优势。超磁致伸缩旋转超声加工系统具有相同功率条件下伸缩系数大、能量密度高等优点,在大功率、大振幅研究方面的前景广阔,是目前广受关注的一种新型旋转超声系统。因此,总结了超磁致伸缩旋转超声加工系统的核心功能部件和关键设计技术,综述了当下的超磁致伸缩旋转超声加工系统振幅控制研究现状,并展望其未来发展趋势。

管材阵列涡流在线检测系统

为了应对现代的高速工业生产线灵活调参、快速缺陷检出以及小型缺陷探测的要求,设计了一种应用于高速生产线的在线阵列涡流检测系统。系统由以下3个模块组成:涡流激励与信号预处理模块负责生成激励信号并通过检测线圈获取检测信号;数字滤波与增益控制模块通过数字滤波以及增益放大提高信号信噪比;主控模块负责上传检测信号并进行系统控制。阵列涡流检测系统支持4个探头的涡流检测、48~128 dB的增益范围以及150 kHz的信号处理速度,适用于900 m/min的高速管材生产线。涡流检测实验证明该系统具备高灵敏度与高灵活性,能够识别的孔型缺陷的最小直径为0.30 mm。

新工科背景下通识教育课程体系改革探究

新工科建设要求高校加快工科本科课程体系改革,主动应对新一轮的科技革命和产业变革,服务“中国制造2025”“碳达峰·碳中和”等国家战略。该文以工科专业机械工程为对象,对本科阶段的通识教育体系的改革进行探讨,分析目前高校工科专业在通识教育方面存在的主要问题,并基于“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的教育理念,对通识教育提出具体改革措施和建议,为传统工科专业的发展和高质量人才的培养提供一种新思路。

机械拉伸增强巨噬细胞介导的颗粒易位研究

目的探究机械拉伸作用对巨噬细胞介导的PM2.5穿越空气-血液屏障(ABB)的影响机制。方法建立一种器官级微流控人体肺芯片阵列模型,通过构建上皮细胞-内皮细胞-巨噬细胞共培养系统,模拟了ABB的生理和结构特征;通过负压气动实现ABB的三维机械拉伸。实验中,将PM2.5颗粒添加到上皮细胞和巨噬细胞腔室以构建体外肺部暴露模型,并研究机械拉伸对PM2.5跨ABB易位量影响。结果经由巨噬细胞介导的PM2.5的跨越是机械拉伸依赖性的。在静态培养的系统里,无论是否添加巨噬细胞,PM2.5都难以跨越ABB生理屏障;在施加三维循环机械拉伸的系统里,只有当添加巨噬细胞后,PM2.5跨越ABB的易位量才有显著上升。实验还讨论了巨噬细胞活化与否对介导PM2.5穿越ABB的影响。结论PM2.5的跨越过程是由循环机械拉伸和巨噬细胞介导共同调节的,这一发现填补了对PM2.5跨越机制理解的部分空白,并为进一步研究颗粒物毒性和预防呼吸系统疾病提供了关键见解。

结合“三位一体”的理实一体化教学模式探索--以智能机电系统实践课程为例

不断探索新工科的教学模式是推动中国高等工程教育、助力高等教育强国建设的重要举措。开展基于理实一体化的教学创新设计,深度融合课堂讲授与创新实践的教学模式有助于培养学生对于所学知识的综合运用,对加强本科生主动学习能力以及系统性分析和解决工程实际问题的能力具有良好的促进作用。该文结合清华大学价值塑造、能力培养、知识传授“三位一体”教育理念,以本科生课程智能机电系统实践为例,进行理实一体化教学改革探索。该课程通过优化理论知识与工程技术知识的课堂讲授环节和以完成任务目标为导向的创新实践环节,显著加强本科生从课堂知识学习向动手实践转变的能力。

热输入对1000MPa级工程机械用钢接头组织性能的影响

采用三种热输入进行1000MPa级控轧控冷(Thermo mechanical control process,TMCP)高强钢的熔化极气体保护焊,利用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究热输入对焊接接头组织和力学性能的影响。研究结果表明,三种热输入焊缝金属组织主要由板条马氏体和板条贝氏体为主、并含有少量残余奥氏体和粒状贝氏体;焊接热影响区粗晶区组织以板条马氏体和贝氏体为主,并含有少量粒状贝氏体。随着热输入的增加,焊缝组织中贝氏体板条粗化,马氏体板条减少,而粒状贝氏体逐渐增多,部分膜状残余奥氏体向块状转变;焊缝金属冲击韧度和硬度、接头强度逐渐降低,而接头热影响区冲击韧度先增后降;当热输入为15k J/cm时焊接接头强韧性匹配最佳。

利用参数化技术建立机械产品CAD系统

在分析机械产品ＣＡＤ系统特点的基础上，提出产品ＣＡＤ系统应该是程式化设计和交互式设计相结合的观点，并建立了一种基于参数化技术的产品ＣＡＤ系统的体系结构。

基于MATLAB GUI的机械故障诊断实验系统设计与应用

机械故障诊断实验具有工程实践背景,对于培养学生的综合能力有着重要意义。为此基于MATLAB GUI设计开发了机械故障诊断实验系统,系统包含振动信号的时域、频谱、时频分析3大功能模块,借助案例分析有效地验证了系统的适用性。该实验系统的开发与应用有助于学生理解相关领域的原理与分析方法,切实提高了学生在机械故障诊断领域里的实践和应用能力,为学生今后开展相关研究奠定了理论与工程实践基础。

计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展

基于近年来计及间隙影响的运动副建模以及含间隙机械系统动力学的研究,综述间隙运动副连续接触模型、经典碰撞模型、连续接触力模型以及旋转副三维间隙模型等的研究进展,介绍间隙模型在机械系统动力学非线性特性分析、性能评价与可靠性评估等方面的应用情况,详细探讨考虑黏滞–滑动过程和接触表面形貌的间隙建模、共形接触建模、不确定参数的含间隙系统动力学分析、运动精度评估以及运动副间隙设计等未来应重点研究的若干关键技术问题。

并行工程环境下成形铸件制造工艺CAD／CAE系统

并行工程在发展中提出了合理产品设计江艺设计新概念，在此基础上我们研究开发了一个以传热、热流及应力模拟为核心的铸件制造工艺ＣＡＤ／ＣＡＥ集成系统，系统既可独立运行，又可与并行环境下的产品设计集成起来，达到同时优化产品设计及工艺设计的目的。目前该系统已在多家工厂得到应用，并逐步商品化。

机械系统模型制造全过程教学实践

针对国内高校在制造专业实践教学中存在的系统性不强、细节研究不足等问题,阐述了以实际机械系统为对象,完成汽车发动机活塞系统模型的设计、加工、测量、装配、测试的各个环节,再现了制造全过程的实践教学方法。实践中根据不同的设计要求,综合考虑工艺、精度、成本、效率等因素,采用先进的加工方法和设备,如超精密切削、电火花加工、3D打印等,最终实现系统功能运动,取得了良好的实践教学效果。学生们通过对细节的积极探讨,解决了实践中出现的意外问题,充分体现了"做中学"的实践教学特点。