随机森林非对称步态质量评价模型的敏感因子分析

背景:非对称步态质量评价对康复训练有指导作用,但步态质量与步态运动学动力学参数关联尚不清楚。目的:构建基于步态参数的机器学习步态质量评价模型,提取非对称步态参数的质量敏感因子,探讨步态参数与步态质量的关系,用于指导非对称步态相关的训练和康复。方法:设置非对称因子,建立非对称步态模型数据库。开展步态试验采集8位青年和8位老年受试者(均为男性,右侧优势人群)的运动学、动力学数据,依据对称性指标对每组试验数据进行步态质量分析,建立步态参数-步态质量数据集;通过随机森林学习建立步态质量评价模型,使用因子重要性分析方法识别步态质量关键影响因子;使用关键因子更新步态质量评价模型。经10折交叉验证评估模型表现,使用交叉验证数据集来验证模型的评价效果。结果与结论:①设计了非对称步态质量梯度试验,得到梯度步态质量数据库,其中759组最优步态质量数据,329组次优数据,133组中间质量数据,125组较差步态质量数据;②探讨了随机森林算法在步态质量评价方面的应用方法,建立了步态质量与步态参数的关系模型,随机森林步态质量模型预测精度为95.99%;③对随机森林模型进行特征重要性排序,得到影响非对称步态质量的13个主要参数;④对上述13个主要参数进行步态质量敏感因子分析,筛选出5个步态质量敏感因子,使用敏感性因子建立的随机森林模型预测精度为94.20%。

端铣加工参数对铝合金表面粗糙度的影响研究

为研究端铣加工参数对铝合金表面粗糙度值的影响,采用正交试验方法对铝合金进行铣削试验。试验结果表明:在机床恒转矩区时,主轴转速是表面粗糙度的最大影响因素;在机床恒功率区时,进给速度对表面粗糙度的影响最大,主轴转速的影响最小。建立无量纲化计算公式,以低粗糙度值和高材料去除率为条件,得到了端铣加工铝合金的最优化加工参数。

反向式行星滚柱丝杠承载分布及寿命分析

反向式行星滚柱丝杠是一种承载能力强,精度高、寿命长的直线传动机构。目前国内外对该机构的研究较少且不能综合分析不同承载条件下各结构参数对载荷分布及疲劳寿命的影响。因此,作者建立了其载荷分布、轴向变形和寿命的计算模型。在柱面坐标系中分别建立丝杠、滚柱和螺母的曲面方程;利用曲面啮合理论求出IPRS一个节距内滚柱分别与丝杠和螺母的啮合点;依据曲面方程和啮合点位置,利用赫兹接触理论建立啮合面接触变形的精确计算方式。根据赫兹变形、组件轴向变形及螺牙变形的几何关系建立载荷分布计算模型,并依据该模型得出特定参数下IPRS承载端的轴向变变形;依据求出的载荷分布、基于Lundberg–Palmgren方程建立寿命评估模型。将承载端轴向变形计算结果与实验数据对比,验证了该模型的准确性。针对关键参数于IPRS性能的影响进行分析,结果表明:载荷分布主要受螺牙数目、滚柱数目和螺旋角的影响,偏载率随着三者增加而增大;轴向刚度受滚柱数目、螺牙数目、螺旋角和螺母外径影响较大,其随滚柱数目和螺母外径的增大而增大,随螺牙数目和螺旋角的增大先增大后减小;接触疲劳寿命受滚柱数目、牙型半径、螺牙数目和接触角影响较大,其随着滚柱数目、牙型半径、螺牙数目的增大而增大,随着接触角的增大而减小。

一种融冰系统流量传感器国产化研究

某局两站融冰系统流量传感器目前采用的是进口产品。但进口产品易受安全隐患、进口限制、技术封锁卡脖子、设备停产等因素影响。融冰系统流量传感器国产化,可以提高电网运行的可靠性,解决技术风险卡脖子等不利因素。基于此,根据机械设计图、现场实物图等介绍了设备的结构、安装、K系数的设定等,系统地阐述了国产化使用方法,并开展耐压试验,试验结果满足现场使用标准。

高速逆流色谱仪行星架结构设计与拓扑优化

高速逆流色谱技术在解决生物医药领域活性成分分离纯化的瓶颈问题上具有无不可逆吸附、样品回收率高、耐受性好等独特优势,因此十分有必要提升现有小型高速逆流色谱仪的分离纯化效能,开发具有高效、快速、大容量制备能力的工业型高速逆流色谱仪。作者以大容量高速逆流色谱仪的行星架结构为研究对象,首先在3维软件中设计行星架结构,并以仿真软件HyperWorks为平台,建立有限元模型,根据行星架上主要负载的受力特点施加载荷及约束条件,进行了静力学分析及模态分析,发现其最大变形和最大等效应力都较小,1阶模态频率较高,可进一步优化结构。基于变密度法中的SIMP(solid isotropicmaterial with penalization)插值模型,利用折衷规划法建立了提高刚度并减小柔度的多目标函数的数学模型,对行星架进行结构拓扑优化,寻求材料更合理分布,并得到了优化结构。在优化结果的基础上重新设计了新行星架,再次进行动静力学性能仿真分析,确保行星架结构改进设计的合理性。研究表明:仿真分析结果验证了结构的安全可靠性,优化后的行星架的各项性能都能满足要求,并且质量降低了13.1%,得到了比原始结构更加优良的新结构。

数控旋压机床旋轮架广义空间位置维动态特性分析

数控旋压机床是集旋压、自动化机械、液压伺服控制等多项先进技术为一体的高科技机床产品。数控旋压机床进行旋压件加工时的精度取决于加工过程中旋轮与芯模的相对间隙。随着数控旋压机床在加工过程中旋轮空间位置姿态的不断变化,旋轮架结构构形及轴间耦合作用也随之发生改变,导致旋压机机床动态特性预测具有复杂性和不确定性。针对企业提升大型双轮数控旋压机床动态性能的需求,基于虚拟样机技术,构建了考虑机床结合部动态特性参数的旋轮架系统动力学有限元模型,并基于实际加工工况进行模型边界条件设置。以1阶固有频率为主要参考指标,基于有限元分析模型修正法对旋轮架在广义加工空间中的不同位置进行了模拟模态分析和实验模态分析,研究了旋轮架的动态特性与广义加工空间位置姿态变化之间的关系。数字仿真分析和实验结果表明:对旋轮架1阶固有频率来说,不同位置点的模拟模态值与实验模态值总体吻合较好,平均误差率为2.21%;系统的1阶固有频率、振型及阻尼比随位置姿态的改变而变化;不同位置之间的最低与最高固有频率相差26%左右;X轴坐标越居中,Z轴坐标越大,旋轮架固有频率越低,旋轮振幅越大。证明旋轮架的不同空间位置姿态对旋压机床的动态特性影响较大。所得结论可以用于研制新型旋压机床、优化加工路线和设计最优加工位置。

固/固型二维正方晶格声子晶体缺陷态研究

固/固型声子晶体在抑制噪音和隔离振动等工程领域有着潜在的应用。利用有限元方法对存在缺陷的二维正方晶格金/环氧树脂声子晶体进行了研究,数值计算结果表明弹性波在点缺陷处局域,带隙中出现多条缺陷模,点缺陷数目的增加对声子晶体局域特性产生显著影响;弹性波沿着线缺陷传播形成波导,改变线缺陷结构可以改变弹性波传播方向和实现信号的分离。对声子晶体缺陷特性的研究可为声学滤波器和波导等器件的设计提供参考。

模块化夹具系统研究及仿真分析

分析国际相关基准系统并结合生产实际,设计了一种有利于清除灰尘和具有快速组合切削等特点的模块化夹具系统。建立振动学方程,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对试验工件进行模态分析和谐响应分析,获取工件的固有频率、发生共振的频率以及共振的幅值。研究结果表明:进行铣削加工时,工件不会发生共振现象,设计的模块化夹具系统可行。

数控机床零点定位模块化夹具管理系统研究

基于数控机床快速换装的需求,使用模块化设计方法研发了一套零点定位模块化夹具系统,为进一步推广应用,基于ASP.NET开发框架和数据库管理软件完成了零点定位模块化夹具管理系统的开发,使其可以实现夹具元器件的出入库管理、采购计划管理、客户管理以及订单管理等。主要的研究工作包括夹具管理系统基本框架的搭建、主要功能模块的设计及基础数据库系统的设计。通过搭建企业级的零点定位模块化夹具管理系统,实现夹具生产企业的信息化转型升级。

基于AutoCAD .NET的参数化汽车焊装夹具二维图库开发

针对汽车焊装夹具设计时所用大部分零件具有结构相似、尺寸变化的特点,提出了一种基于AutoCAD平台的参数化汽车焊装夹具零件二维图库的开发方法。介绍了AutoCAD的.NET二次开发方法和程序驱动参数化零件图的实现方法,论述了在Microsoft Visual Studio环境中汽车焊装夹具零件二维图库的程序开发方法。应用表明所开发的汽车焊装夹具零件二维图库具有结构合理、使用方便的特点,能实现常用零件二维图的自动生成和集中管理,能有效提高设计效率,为开发其它基于AutoCAD平台的零件二维图库提供了解决思路。

插装阀集成块内部流道流场分析研究

以设计研发的一种高性能电液比例插装阀为研究对象,应用流体分析软件FLUENT对插装阀集成块中的典型转向流道进行数值模拟研究,分析了流道的工艺孔容腔以及流道的非正交连接方式对集成块内部流场的影响,得到了典型转向流道的的速度矢量图以及压力云图。研究结果表明:在插装阀集成块流道布局允许的前提下,应尽量采用管道正交的连通方法并减少或避免工艺孔容腔的数量,以降低插装阀集成块内部流道的能耗损失。根据模拟仿真结果,优化高性能电液比例插装阀集成块内部的流道结构。

国内外反蛙人武器装备技术发展现状与展望

反蛙人手榴弹作为一种硬杀伤武器装备,与机械发射式武器装备相比,具有携带方便、使用灵活等突出优点,能够很好的弥补近程反蛙人对抗武器技术的空白。随着武器装备钝感、高效毁伤、环境适应性等技术发展需求,美国等国家在手榴弹技术方面也特别重视相关研究,不仅要求反蛙人手榴弹有较高的安全性,而且在目标的针对性、系统毁伤效果等方面也提出了高要求,通过改进起爆技术与引信控制技术使其满足上述要求。本文对国内外反蛙人相关技术进行了简要介绍,详细阐述了美国、俄罗斯两国的反蛙人手榴弹与反蛙人榴弹系统的发展与现状和对我国反蛙人技术装备发展的展望。

数控机床零点定位模块化夹具系统参数化设计

在统一工艺基准的前提下设计了一套零点定位模块化夹具系统,使其可以快速地完成工件的精确定位与夹紧。针对零点定位模块化夹具系统在生产实际的应用情况,基于NX软件二次开发的基本原理完成了夹具系统关键零部件的参数化建模,主要的研究工作包括:对话框的设计、应用程序的编写以及菜单脚本文件的编写。通过对零点定位模块化夹具系统的参数化设计研究,使夹具系统可根据生产实际的基本情况迅速地调整和装配,大幅提高数控机床的工作效率,同时为产品的自动化生产奠定了基础。

三标度AHP多层模糊评价法在机床结构件优选设计中的应用

针对机床结构件多设计方案优选决策这一包含多层次、多指标,定性和定量因素并存的综合决策问题,提出了利用三标度AHP多层模糊评价法对机床结构件进行优选设计。以龙门机床立柱结构件为研究对象,在综合考虑其材料选用、结构设计及优化的基础上,得到了4种不同的立柱结构件作为备选方案。利用有限元分析软件对备选方案进行了静力学分析、模态分析和热分析,得到了影响立柱综合性能的3大要素14个性能指标作为优选设计的原始数据。建立了机床结构件三标度AHP多层模糊评价模型,代数数据计算求解,定量的找出了最优方案。经课题组人员分析比较并结合专家意见,认为采用三标度AHP多层模糊评价法找出的最优方案符合工程实际,方法有效可行。

面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究

切削加工过程中出现的颤振失稳现象,是限制机床加工质量和加工效率的主要因素。传统切削稳定性预测模型大多基于机床静止状态下的动力学特性,并采用恒定的切削力系数表征不同的切削条件。但在加工过程中,系统动力学特性和切削力系数会随着主轴转速等影响因素而变化,导致预测的切削稳定性叶瓣图在实际工程运用中出现偏差。针对机床运行状态下切削稳定性的准确预测问题,提出一种切削稳定性叶瓣图修正方法。该方法以刀具系统动力学特性与切削力系数为研究对象,首先建立主轴转速样本信息,将考虑转速效应的主轴轴承运行刚度写入机床有限元模型中,获取刀尖频率响应函数及其对应的各阶模态参数,以此结合模态拟合法和插值算法重构任意转速下的刀尖频响函数,同时以各切削参数为变量构建切削力系数响应面预测模型,进而将与转速对应的刀尖频率响应函数和不同切削条件下的切削力系数作为传统切削稳定性预测模型的输入,并通过结合自适应粒子群算法共同求解各转速下的极限切削深度,从而在全转速范围内绘制切削稳定性叶瓣图。将该方法应用于1台3轴立式加工中心的实际工序中,采用多组预测的无颤振切削参数进行切削实验,并通过切削力信号的频谱分析判定切削过程中未出现颤振,验证了稳定性叶瓣图修正方法的有效性,为无颤振切削参数的合理选择奠定了技术支持。

基于变分模态分解和天牛须搜索的磁瓦内部缺陷声振检测

在磁瓦内部缺陷声振检测中,具备可预设尺度和自适应能力的变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)在处理相关声振信号时具有明显优势。然而VMD的参数选择范围广且对分解效果影响大,为解决参数的统一预设问题,提出一种基于天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)的VMD参数优化方法,并应用于磁瓦内部缺陷检测。该方法首先根据声振信号特点建立基于模态能量和模态中心频率变化规律的目标函数;再利用BAS在参数空间中搜寻目标函数最大值,所需的VMD统一预设参数即为该最大值所对应的参数组合;最后,在该优化参数下对逐个信号进行VMD处理并提取模态中心频率特征,进而由支持向量机完成特征识别。试验结果表明,所提出的方法能有效优化VMD参数并实现磁瓦内部缺陷的快速精准检测。

激光选区熔化关键工艺参数对热物理过程的影响

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)采用激光束将金属粉末等分层熔融成形,在制造业中具有重要价值。然而成形过程中的热物理现象及各工艺参数对热物理过程的影响有待进一步研究。在综合考虑SLM成形过程中材料相变、粉体—实体不可逆转变等过程的基础上,建立了SLM成形316L不锈钢的多道扫描温度场数值模拟模型。研究了激光功率、扫描速率和激光束有效直径对SLM温度场、熔融时间、冷却速率和熔池尺寸等的影响,并通过实验验证了数值模拟结果的可靠性。结果表明:熔融时间易受激光功率和扫描速率的影响,而最大冷却速率更易受激光束有效直径的影响。激光功率较低或扫描速率较大时,熔池尺寸较小,易形成孔穴类缺陷;激光束有效直径对熔池尺寸影响较小。随着激光功率增加,熔池稳定性先无确定变化趋势后增加;随着扫描速率增加,熔池稳定性不断降低;激光束有效直径对熔池稳定性的影响不确定。实验结果与数值模拟分析结果基本一致,研究结果可为SLM工艺参数调整与优化提供参考。

基于媒介齿条的渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动啮合特性分析

为了分析渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动的宏微观啮合特性,依据微分几何和啮合原理,基于卡姆士定理和媒介齿条的传动性能分析方法,构建渐开线圆柱蜗杆与媒介齿条、媒介齿条与渐开线斜齿轮的啮合关系,分析共轭齿面在接触点微观邻域内的曲面特征,推导并建立传动副瞬时理论接触点、实际接触椭圆、最大接触应力及重合度等宏微观啮合特性分析模型,并对某汽车座椅水平调节器上的渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副进行宏微观啮合特性分析。研究结果表明:渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副为瞬时理论点接触,齿面变形实际呈椭圆接触,接触轨迹分布于轮齿中部,接触椭圆的长半轴沿接触轨迹垂直方向,接触应力较大、重合度较小且与齿轮传动相近,适用于轻载场合。

三轴义齿雕铣机空间误差解耦与补偿研究

针对三轴义齿雕铣机在加工过程中存在空间误差较大、加工精度较低等缺点,提出了一种对空间误差实施解析与补偿的新方法。首先分析机床拓扑结构,利用多体系统理论确定机床低序体阵列和运动学约束链,建立空间误差模型。然后对三轴雕铣机的各项几何误差进行测量并求解其空间误差值,分别计算各项几何误差相对于机床空间误差的相关性系数,以辨识对空间精度影响较大的重要几何误差分量。最后利用线性回归模型建立空间误差与位置的隐射函数,以便建立空间误差补偿模型。以z轴为例,对所建立的误差补偿模型进行实验验证。结果表明通过补偿后z轴空间误差从1. 26 mm降低到0. 735 mm,降幅为41. 7%,义齿加工精度得到了有效的提高,可见该方法有一定的实用价值。

基于螺旋理论的卧式加工中心空间误差建模方法及其量化验证

针对现阶段机床空间误差建模过程中存在的繁琐性与非统一性问题,以及现有模型验证策略难以实现量化评价的局限性,以某卧式加工中心为研究对象,提出一套较完善的空间误差建模方法及其验证技术体系。以螺旋理论与串联机构运动学为理论基础,结合机床运动链拓扑分析,推导建立加工中心运动学模型。所提运动学建模方法可以有效避免传统方法中矩阵变换时潜在的奇异性问题,并且有利于简化机构运动学分析。通过系统讨论在不同参考系下定义运动误差对运动学模型的影响,提出名义运动矩阵与运动误差矩阵乘积关系的确定方法及原则,进而在此基础上构建卧式加工中心空间误差模型。为量化验证所建空间误差模型的准确性,提出基于空间矢量欧氏范数的量化验证策略与实施技术。数据对比显示,空间矢量欧氏范数偏差的预测值与实测值较吻合,最大相对误差为15.79%,表明所提空间误差建模方法可行且准确性较高,所提模型量化验证策略具有较好的直观性与有效性。