无伴随运动2PRU-PRUR并联机构高维多目标优化设计

设计了一种无伴随运动的面对称一移动两转动2PRU-PRUR并联机构,应用旋量理论分析了机构自由度和运动特性。将末端执行器输出轴设置为偏置形式,可提高姿态能力。采用球面姿态角(方位角和倾摆角)描述该输出轴姿态,并推导出机构逆向位置符号解。以旋量理论为数学工具,给出局部和全域传递性能指标的定义和计算方法。在机构性能评价和工作空间分析的基础上,建立了机构尺度参数昂贵约束高维多目标优化模型,并采用多目标进化算法求解该问题。同时,为提高高维多目标优化算法在解决此模型时的性能,提出了一种矢量角高维多目标差分进化(Vector-angle-based many-objective Differential Evolution,VaDE)算法,可综合平衡个体的收敛性和分布性。应用VaDE求解机构高维多目标优化问题,得到多组Pareto备选解。研究结果可为机构尺度综合和实际应用提供参考。

铝合金板激光切割实验工艺研究

针对铝合金激光切割工艺参数优化问题,对5052铝合金进行了激光切割试验研究,根据不同的激光功率、辅助气压、运行速度参数对激光切割质量的影响,建立了三因素正交试验方案,选用0.3 mm、0.5 mm厚的薄板铝合金进行了激光切割,以1 MPa和1.5 MPa的氩气,选用10%、20%和30%的切割运行速度,分别采用1200 W和1350 W的激光功率进行切割。分别用光切测试仪和显微镜观测了粗糙度和挂渣长度两个质量参数,进行数据分析,确定了0.3 mm、0.5 mm薄铝合金板的最佳激光切割工艺路线,为铝合金激光切割薄板提供技术参考。

功率超声铆焊变幅杆的设计与分析

功率超声塑料铆焊变幅杆的设计中,纵波谐振频率和振幅是设计的关键。某工程实践中以阶梯形铆焊变幅杆为设计对象,有限元模态分析中,其纵波固有频率为19982 Hz,谐波扫频响应共振频率为20082 Hz,阻抗测试频率为19813 Hz,三者误差率较小,且在材料阻尼率为0.004时,变幅杆端头有仿真最大振幅59.16μm,与激光测振仪测量的振幅49.8μm同样误差较小,实践加工验证,铆焊效果较好。结果表明有限元固有模态、谐波响应、阻抗分析、振幅测试分析可为超声变幅杆的工程设计提供高效的设计、分析、测试方法。

强激光加载下铝、锡微喷特性实验研究

基于皮秒激光驱动的高能X射线源具有微焦点、高亮度和高分辨的优良特性,已成为研究金属材料微层裂和微喷射现象的热门诊断方法之一。锡因其熔点较低而成为微喷研究熔化影响的首选材料,铝由于熔点相对较高,不易发生冲击或卸载熔化形成液滴喷射,因此,铝微喷实验研究结果相对较少。基于“星光-III”激光装置的纳秒加载源和皮秒束诊断源,发展了皮秒激光驱动高能X射线背光照相技术,研究了表面含V型几何缺陷的金属锡、铝微喷特性,通过延时控制,获取了两种典型金属微喷射过程的高分辨物理图像,得到了喷射物质的形态分布、平均速度和面密度分布等重要信息。采用SPH方法对实验结果进行了数值模拟分析,揭示了实验中喷射物的形成机理以及高速喷射物质的来源。

皮秒激光驱动微丝靶产生的超热电子能谱实验研究

目的 针对激光辐照平面靶中超热电子束流发散角过大以及产生的X光源亮度不足的问题,提出采用高功率皮秒激光辐照微丝靶,研究电子再循环效应对超热电子束流和X光源特性的影响。方法 实验在“星光-Ⅲ”装置皮秒束激光器上进行,分别采用直径10μm的钼和金丝靶作为X射线背光源。利用针孔相机在激光反射方向测量X光焦斑,靶前法线方向布置电子磁谱仪测量逃逸出靶的超热电子能谱。结果 获得的X光焦斑的纵向尺寸最小值达到10μm,与丝靶直径相当。超热电子能谱结果显示自持独立钼丝和金丝中最高温度分别为863 keV和816keV,比对应的带CH衬底丝靶中的超热电子温度和数目均有显著提升。结论 说明移除支撑丝靶的低密度衬底是增强电子再循环效应的有效途径,通过这种方式能够提高超热电子束流的强度和集中度,增强轫致辐射强度,从而获得微焦点和高亮度的X射线源。

机械装备再制造可靠性研究现状及展望

为保证再制造装备的可靠性并实现其可靠性增长,分析阐述再制造机械装备可靠性的定义和内涵,进而提出机械装备再制造可靠性研究的主要内容。在综述国内外机械装备再制造可靠性研究现状的基础上,指出当前研究存在的主要问题及不足。从机电集成化、计算机仿真化、跨学科化和全生命周期化四个方面,对机械装备再制造可靠性研究的发展动向进行了展望。

单曲柄双摇杆扑翼机构多目标优化设计

对单曲柄双摇杆仿生扑翼机构进行多目标优化设计,可为机构实际应用提供多组备选解。在单曲柄双摇杆机构运动分析的基础上,建立其约束多目标优化模型。其中,以最小化左右扑翼角之差的最大值和最大化扑翼角幅值为目标,以满足Grashof准则、力传递性能和仿生学规律等为约束条件。采用一种改进多目标进化算法——扇形采样约束多目标差分进化算法求解该多目标优化问题,得到多组满足约束条件的Pareto最优解。最后,对Pareto最优解和被支配解进行比较分析,结果表明,前者的目标函数值优于后者。

工作空间最大化的4-RUP_aR并联机构尺度优化设计

对一种新型3T1R并联机构-4RUPaR并联机构进行工作空间分析和尺度参数优化设计。首先利用解析几何中的坐标变换理论,以机构的杆长作为约束条件,得到了运动学反解方程;然后根据运动学反解方程,建立工作空间的约束条件,通过MATLAB编程实现机构的定姿态工作空间的可视化,并通过"点集"近似表达工作空间的大小;最后采用单一变量分析法得出了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系。以工作空间最大化作为优化目标,采用差分进化算法求解该优化问题,获得了良好的机构尺度参数,使得并联机构的有效工作空间更大更健壮,也更加符合工程实用要求。

机床装备在役再制造的内涵及技术体系

针对我国量大面广的在役机床装备整体技术水平落后,难以满足我国制造业工业转型需要的问题,在对我国在役机床装备运行状况与问题进行分析的基础上,阐述了机床装备在役再制造的内涵,提出了机床装备在役再制造的实施流程;从基础共性技术、关键性技术两个方面出发,建立了机床装备在役再制造的技术体系框架,并重点对各项关键技术进行了分析论述;最后,结合某在役重型机床再制造实践,分析了机床装备在役再制造的综合效益及应用前景。

基于Denauit-Hartenbery的高分辨Kirkpatrick-Baez镜成像结构设计与控制方法研究

针对在高能等离子体X射线诊断中的Kirkpatrick-Baez(KB)高分辨显微控制较困难的问题,基于Denauit-Hartenbery(DH)原理,率先提出了双5自由度KB镜成像结构,分析了双机械手的各个连杆坐标系和位姿结构的运动学方程,从理论上分析双5自由度KB镜的像差.在此基础上搭建双5自由度KB镜光路系统,编制了KB镜控制流程,并获取了清晰的十字成像.实验结果表明,该方法设计的双5自由度机械手控制方法可以实现KB镜的精确控制,从而得到高精度分辨成像效果.

基于公理化设计的机床再制造设计支持软件开发

在分析机床再制造设计过程特点的基础上,引入公理化设计的相关理论与方法,形成基于多域映射的机床再制造设计过程框图;基于此,设计并开发基于公理化设计的机床再制造设计支持软件,包括机床信息、用户需求、功能规划、结构设计、再制造工艺设计等5个功能模块;该软件在某重型机床再制造设计中进行了初步应用与实施。

强激光加载下金属材料微喷诊断实验研究进展

强激光加载下金属材料产生的微喷射现象及其内在的机理分析是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿问题,相关研究对于认识材料在极端载荷条件下的动力学行为具有重要意义。近年来国内外科学家们基于各大激光装置开展了大量微喷射诊断实验研究,在喷射物性质、金属界面不稳定性增长以及微喷混合问题等方面取得了一系列重要进展。通过回顾微喷静态和动态诊断实验的研究历程,对微喷诊断实验研究方法的重要应用作了详细介绍,同时对微喷产生的主要作用机制、影响因素以及微喷混合等问题进行回顾、梳理和总结。根据当前国内外微喷诊断实验发展趋势,归纳总结目前微喷诊断实验研究结果中仍存在的不足,并对微喷射实验研究未来发展方向进行展望。

载重汽车用直齿轮复合成形工艺设计及实验

针对载重汽车用直齿轮采用"冷挤压后再冷精整"工艺方案成形后精度不能稳定到8级、后续加工余量大的问题,提出"冷挤压-冷精整"复合成形工艺方案,建立直齿轮复合成形弹塑性有限元模型。由数值模拟结果可知,精整量对直齿轮成形精度和成形质量影响较大,当精整量为0.15 mm时,经复合成形的齿轮齿顶塌陷量小、成形精度高。针对模拟结果进行工艺实验,并对成形后齿轮进行检测,结果显示:齿轮齿形精度为6级,齿向精度稳定至8级,齿轮上、下端齿顶均达到后续机械加工要求,上下端面加工余量减小,材料利用率得到有效提高。

基于UPS-RPU-PU并联机构的液压支架试验台多目标优化

提出一种非对称1T2R型UPS-RPU-PU并联机构,并基于该机构设计一种新型液压支架试验台,以期为解决现有试验台面临的技术难题提供新思路。应用矢量方程法推导出并联机构位置逆解方程;采用方位角和倾摆角描述机构偏置式动平台输出轴的姿态。以螺旋理论为数学工具,建立机构运动/力传递性能指标的解析数学模型。在此基础上,给出优质传递姿态工作空间(GTOW)、全域传递性能指标(GTI)及其波动性能指标的定义和计算方法。依据液压支架加载试验实际需求,建立并联加载装置尺度参数昂贵约束多目标优化模型。采用第2代非支配排序遗传算法(NSGA-II)求得多组Pareto最优解,以供工程设计备选。选择综合性能较优的一组折中解,设计新型液压支架试验台虚拟样机,并利用ANSYS进行3种典型工况下的仿真试验。研究结果表明:基于并联机构的新型试验台具有良好的运动性能和静态特性,可为进一步开展模型样机研制和试验提供理论指导。

基于混合参数化与粒子群算法的风力机翼型气动优化设计

针对风力机翼型在进行高精度设计时变量维度高的问题,提出改进的集成泛函理论与型函数扰动相结合的混合参数化方法。通过串行设计,在不提高设计维度的前提下,实现翼型的全局优化与局部再优化。基于该方法并应用自适应设计空间的粒子群算法,获得最大相对厚度为15%的混合优化翼型。与风力机专用翼型Ris?-A1-15以及集成优化翼型进行气动特性比较分析,新翼型在工作攻角范围内的升力系数平均提升了38.62%与6.48%,最大升阻比提升了6.02%与1.75%,气动特性明显改善。从而验证了该方法的有效性,为翼型的精细化设计提供了新思路。

基于电动自行车巡航过程中驾驶员意图的车速控制

在电动自行车上应用定速巡航功能可以有效提高电动自行车的骑行舒适性和安全性,然而,现有电动自行车定速巡航功能应对不同路况调整能力较弱,为解决上述问题,针对电动自行车巡航工况开展研究,提出基于电动自行车巡航过程中驾驶员意图的车速控制系统,在保证安全性的前提下通过设置变速开关及调速控制阈值,实现巡航过程中电动自行车速度的可调及调速过程的平稳;设定转速变化斜率,抑制巡航退出过程中车辆速度的波动,提高车辆的舒适性;设置转速及转矩波动阈值来判断车辆巡航过程中发生的意外情况,避免发生二次伤害;搭建硬件实验平台,对相应控制策略进行实车测试,实验显示:巡航过程中车速从15 km/h过渡到22 km/h,整个过程车辆的动力没有切断,车速无明显冲击,符合预期目标,表明所设计的控制系统操作简单,响应速度快,提高了巡航过程中电动自行车的安全性、可操作性、舒适性等。

混沌脉冲组电场作用下油中液滴的聚结特性

混沌脉冲组(CPG)电场可用于乳化液破乳,但是乳化液滴在油中的聚结特性尚不清楚。通过数值方法研究了油中液滴在混沌脉冲组电场中的聚结特性以及电场参数对液滴聚结过程的影响。结果表明:CPG电场作用下液滴聚结过程可分为6个阶段,各阶段的呈现与电场作用时间和电场休止时间相关,其中第Ⅲ阶段的持续时间对聚结时间影响较大;占空比影响液滴聚结过程的状态以及聚结时间;电场强度的增加对液滴聚结状态无显著影响,但明显缩短聚结时间,当电场强度从500 kV/m增加到700 kV/m,液滴聚结时间从0.400 s减小到0.152 s。研究液滴在CPG电场中的聚结特性能够为CPG电场在工业中的应用提供理论依据。

神经网络正逆预测结合的风力机叶片强度可靠性研究

针对风力机叶片在各基本随机变量相互影响下强度极限状态难以界定的问题,提出广义回归神经网络正逆预测结合的风力机叶片强度可靠性分析方法。通过神经网络逆预测模型估算叶片失效时各随机变量状态,利用有限元分析法校核后作为强化样本用于神经网络正预测模型的训练。将该方法构建的神经网络模型与通过更多随机样本构建的模型进行比较。结果表明:前者的学习样本数量减少26%,测试集均方误差降低48.19%,平均绝对百分比误差降低58.24%,因此通过该方法构建的神经网络模型在叶片失效边界区域具有更好的预测性能。利用该模型计算叶片的强度可靠性,进一步验证了该方法的有效性。

基于BO-RF的多道熔覆层表面平整度的优化

为了在20Cr13马氏体不锈钢表面熔覆多道高平整度的15-5PH合金粉末熔覆层,提出一种基于贝叶斯优化、随机森林回归的15-5PH合金粉末激光熔覆工艺参数优化方法。以激光功率、扫描速度、送粉速率设计三因素五水平的全因子实验,并构建工艺参数与单道熔覆层形貌的BO-RF回归预测模型。通过NSGA-Ⅱ算法对单道激光熔覆工艺参数进行多目标优化,获得Pareto最优解集,并利用TOPSIS结合EWM对Pareto解集进行综合评价。基于单道次熔覆层形貌和平顶重叠模型计算单层多道激光熔覆的搭接率,确定出最佳工艺参数组合进行工艺实验。结果表明:采用最佳工艺参数制备的熔覆层表面平整度达到83.5%。采用该优化方法进行多道次激光熔覆可以改善熔覆层的表面平整度和减少后续机械加工余量。

基于改进模糊神经网络的废旧零部件再制造工艺方案决策方法

鉴于废旧零部件损伤状况及其再制造质量要求的差异性导致再制造工艺方案具有不确定性和模糊性,为确定最优再制造工艺方案,在对废旧零部件再制造工艺过程特征问题进行描述的基础上,建立了再制造工艺方案优化决策模型;提出一种基于改进T-S模糊神经网络的再制造工艺方案决策方法,并对该模型进行了求解。将所提出的方法应用到某机床厂废旧机床主轴再制造中,运用MATLAB编程实现了再制造工艺方案的优化决策,并通过与传统模糊神经网络方法进行性能对比,验证了所提出方法的有效性。