基于稠密卷积网络的拉刀磨损在线预测方法

拉削是汽车制动钳支架槽的重要加工工艺。但加工过程中,若不能及时发现拉刀磨损异常,则会导致零件批量报废。本文提出一种拉刀磨损在线预测方法,采用拉刀信号振动特性,有效区分拉削过程与拉削间隙,并基于稠密卷积网络(DenseNet),构建拉刀磨损在线识别模型。结果表明:该方法自适应特征提取效果良好,泛化性和准确率均可实现实际加工过程拉刀磨损在线预测,对提高拉削生产效率和降低制造成本具有重要意义。

热环境下压电功能梯度板的非线性等几何建模与主动控制研究

压电材料的压电参数(应力、应变和介电参数)对温度均较敏感,且直接影响压电智能结构的工作性能。为更准确地探究热环境中上、下表面覆盖有压电层的功能梯度板的非线性力学行为和非线性主动控制问题,首先,在传统的线性压电本构方程中引入温度对压电参数的影响,基于一阶剪切变形理论(first-order shear deformation theory,FSDT)和Von Kármán理论建立压电功能梯度板(piezoelectric functionally graded plates,PFGPs)的非线性等几何分析(isogeometric analysis,IGA)模型,并通过相关算例验证该模型的正确性和有效性;其次,对多种载荷作用下板的自由振动和非线性静态弯曲响应进行分析;最后,利用位移-速度反馈控制方法研究板的非线性主动控制。研究结果表明,压电参数的温度相关性对PFGPs的自由振动、非线性静态弯曲响应以及非线性主动控制效果均有影响,且影响大小与压电层的厚度、梯度指数n和温度有关。

轿车底盘整体合装成功概率计算与误差分布模型

底盘盒装是整车装配关键环节,合装部件的形位公差决定合装成功率和成本。文章首先描述了合装误差概率的物理模型,然后运用尺寸链理论将其抽象为一个适当简化的合装数学模型,对合装成功率进行了公式推导和概率计算。最终在相关工装设备的公差、精度要求条件下得出理论上99.986%的成功概率,相比于实际值较大,经分析考虑到模型经适度简化且有假设条件此差异符合预期。该模型已广泛运用于多条标准化多平台汽车混合装配线。

涡轮盘榫槽拉床主溜板结构优化设计与仿真

发动机涡轮盘榫槽的拉削加工中,主溜板的质量和刚度会大幅影响拉床的动态特性、工件的加工质量以及刀具的寿命。以主溜板为研究对象,建立了拉床主溜板切削模型,进行了静力和模态仿真分析,以及基于SIMP法的拓扑优化,提出并对比了两种主溜板结构优化方案,得到了动态特性更好的主溜板结构模型。

集成抽汽背压式给水泵汽轮机的发电系统瞬态特性及控制优化研究

集成抽汽背压式给水泵汽轮机可以降低抽汽的过热度并提高朗肯循环的热效率。为了研究抽汽背压式给水泵汽轮机系统的动态特性及功率控制问题,本文模拟了抽汽背压式给水泵汽轮机的变负荷瞬态过程,通过权衡功率响应速度、机组经济性和除氧器压力,对主给水控制系统中的阀门切换策略进行了优化。结果表明:降负荷过程中,相比于抽汽背压式给水泵汽轮机的输出功率,给水泵消耗功率降低的幅度更为明显,造成了功率不匹配的现象;使用补汽阀调节可以减少机组的经济性损失,但是降低了抽汽背压式给水泵汽轮机功率的响应速度,且导致除氧器压力的升高;使用进汽阀调节可以提高抽汽背压式给水泵汽轮机功率的响应速度,但是节流损失较大;通过优化给水控制系统中的阀门切换策略,既可以减少给水流量的波动,并防止除氧器压力超过高限值,又能在一定程度上减少系统的经济性损失。

压电智能结构振动系统未知扰动估计

外部扰动极易导致结构振动,从而引起结构的疲劳损伤乃至破坏,降低了使用寿命,然而在很多实际的工程应用中,扰动是未知的且很难测量。为此,提出一种基于卡尔曼滤波器的智能结构比例积分扰动观测器,该观测器使用分布式压电传感器对外部的未知扰动进行估计,并通过仿真获得了不同测量位置的扰动估计数据。仿真结果表明,在考虑测量噪声的情况下,与传统的比例积分扰动观测器相比,该研究的扰动估计方法对于外部未知扰动具有更好的估计效果。

磁声成像系统矩阵特征值差异性仿真研究

磁声成像技术是一种利用电磁场及超声场耦合成像的技术,能以超声分辨率来显示生物组织电特性分布参数。为具体分析一些检测条件对磁声成像系统重建的影响,获取高分辨率电导率图像,对磁声成像系统矩阵特征值差异性进行仿真研究。从磁声成像声源产生原理出发,分析磁声声源的特性,并分别针对不同声换能器个数、不同磁声信号接收采样角度及不同带宽换能器的条件,建立磁声成像系统矩阵模型;以矩阵模型为基础,分别计算系统矩阵的特征值,利用截断奇异值方法对各条件下获取的磁声信号进行图像重建。结果表明,换能器个数及换能器带宽特性对电导率信息的重建影响很大,而接收角度对接收电导率信息影响不大,但接收角度会影响求解域,从而造成磁声信号接收不全,重建的电导率图像失真。本研究将对磁声成像实验设计和后续应用提供研究基础。

Chirp编码激励磁声成像信号处理方法研究

目的磁声信号信噪比低限制了磁声成像的图像质量,本研究提出Chirp脉冲编码激励的磁声成像信号处理方法,以提高磁声信号信噪比,缩短信号处理时间。方法本研究通过仿真计算和磁声信号的实验测量,对不同脉冲宽度的Chirp信号编码激励的磁声信号进行了研究。结果对于体外实验猪肉与金属丝模型,编码激励明显提高磁声信号信噪比,10μs、50μs、100μs的Chirp激励,磁声信号信噪比相比于单脉冲激励分别提高7.65倍、42倍和90.1倍。同时处理时间明显缩短,100μs的Chirp激励下处理时间相比于单脉冲平均方法处理时间缩短为原来的1.2%。结论本研究的脉冲编码处理方法对于提高磁声信号信噪比,改善成像质量,提高整体成像效率,具有重要意义。

压电集成碳纳米管CNT增强功能梯度结构非线性建模与仿真

将碳纳米管(carbon nanotube,CNT)以梯度形式分布与基体材料结合,形成功能梯度(functionally graded,FG)结构。为了实现FG-CNT增强复合板在发生大变形时的准确计算,考虑四种典型的CNT分布形式,均匀分布、V型分布、O型分布和X型分布,建立基于Reissner-Mindlin板壳假设的大变形几何非线性有限元模型。该模型不仅包含了几何全非线性应变位移关系,还考虑了薄板结构法向发生大转角的情形。该研究与文献结果进行比较,验证模型的准确性;对FG-CNT增强复合板进行几何大变形非线性计算,分析CNT分布形式、CNT增强角度等因素对FG-CNT增强复合板刚度的影响。研究结果表明,CNT分布形式及增强角度对FG-CNT复合板的力学特征有显著的影响。

压电智能薄壁结构电致材料和几何非线性建模与分析

随着压电智能薄壁结构在航空航天领域的广泛应用,对计算模型准确性的要求也越来越高.压电智能结构在强致动电压下会同时发生电致材料非线性和几何非线性,为了给压电智能薄壁结构的设计和应用提供更准确的模型,基于一阶剪切变形假设,同时考虑压电材料非线性本构关系以及多种几何非线性理论(包括冯卡门非线性、中等转角非线性以及大转角非线性),建立了压电智能薄壁结构在强致动电压下的几何非线性有限元模型,并通过已有研究的实验数据验证了模型的准确性.最后,基于电致材料非线性和不同几何非线性模型,进行了平板结构和半圆形压电壳体结构的仿真和分析,显示了同时考虑电致材料和几何非线性的必要性.

基于zig-zag假设的压电阻尼层合结构机电耦合建模与分析

基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom,DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过对文献算例的计算与仿真,验证建立的有限元模型的正确性。研究了材料增强角度、阻尼层厚度和结构曲率对压电阻尼层合结构频率和损耗系数的影响,为压电阻尼层合结构的减振及结构优化提供参考。

基于深度学习的拉削刀具磨损状态识别模型

拉削是航空发动机涡轮盘榫槽的关键加工工艺,拉刀在工作过程中的异常状态若不能被及时发现并加以干预,将引起严重的破坏,目前尚无先进的人工智能方法解决这一问题。本文提出了一种拉削刀具磨损状态识别模型(DSBiLSTM),该模型基于具有特征重用优势的稠密连接网络(DenseNet)设计了DenseNet(3-2),实现空间特征提取和降维,并设计了堆叠的双向长短期记忆网络(SBiLSTM),实现时序特征提取,两者优势互补,将多尺度融合提取特征纳入到多个全连接层(FNN)和Softmax层,实现刀具磨损状态识别。基于创新的识别模型,设计了涡轮盘榫槽拉削加工实验,采用了基于混淆矩阵的性能指标体系,将所提出的模型与单个特征提取模型进行比较。实验结果表明,DSBiLSTM模型在刀具磨损状态预测中具有突出性能,识别准确率达到98.73%,单个样本的识别速度提高到11 ms。

基于奇异值分解方法的磁感应磁声断层重建算法

为了提高磁感应磁声成像的成像分辨率,克服低信噪比的磁声信号对磁感应磁声成像重建效果的影响,本研究基于实验系统参数及磁声声源产生传播接收过程,建立了一个磁感应磁声实验系统矩阵,采用截断奇异值分解(TSVD)方法求解了该系统矩阵的特征值及逆矩阵,并将该系统矩阵应用到磁感应磁声成像的正逆问题算法中。为了验证该算法的普适性,建立了一个具有不同形状的电阻抗分布仿体模型,使用Matlab计算数值,得到了三种不同条件下的重建结果。仿真结果证明:该算法在信噪比较高的情况下重建的电导率分布与原始电导率分布基本一致,且能够在信噪比较低的情况下较好的重建电导率分布。该研究为进一步实验研究和实验重建的精确性提供了研究基础。

基于正交切削的铝合金切削力理论计算方法

基于传统正交切削力学模型,采用Johnson-Cook材料本构和失效模型,建立同时考虑前刀面和后刀面双摩擦因素的切削力理论计算模型。采用双摩擦切削力模型模拟7050航空铝合金切削力的计算,获得了与试验结果非常吻合的切削力理论计算值。用本文模型计算了不同Johnson-Cook材料本构参数下的切削力,获得了与文献仿真值非常一致的结果。双摩擦切削力模型引入的后刀面摩擦分量,在航空铝合金切削仿真中,占主切削力的比重较少(约占12.5%),但不可忽略。

径向柱塞泵腔体轴系结构力学特性分析

以径向柱塞泵的轴系结构为研究对象,从理论和仿真等方面入手,对其腔体进行力学特性分析。在35 MPa的额定工况下,首先对配流轴进行受力分析,用Solid Works进行建模,并做一定的简化处理,再用ANSYS对轴系部分进行强度和刚度的校核。结果表明,在安全系数n=3的情况下配流轴和转子的强度和刚度均满足设计要求。并对轴系部分进行了模态分析,得出了前6阶模态的固有频率、振型和最大振幅。为设计人员提供了设计思路。

人体下肢行走运动特征及肌肉肌腱参数研究

为了提高舱外航天服运动性能,保证航天员舱外活动的灵活性与舒适性,从生物学出发,以人体行走为例,研究了下肢膝关节运动特征及肌肉肌腱参数。首先从解剖学角度对人体下肢肌骨模型进行分析,其次对人体下肢关节的运动学、肌肉肌腱参数与动力学特征等进行研究,最后分析下肢膝关节力矩、角加速度与关节惯量的关系。结果表明:人体下肢膝关节处于最大屈曲位时,关节角加速度几乎同时达到最大;内外侧腓肠肌与股直肌分别在支撑期与摆动期提供重要力量;行走运动中的人体膝关节力矩与角加速度未呈现较好线性关系,但关节惯量与周期(时间)序列可完成较好线性拟合。该结果可为太空环境下的相关研究及舱外航天服的设计提供一定参考。

复合材料螺栓连接结构的失效行为

螺栓连接是复合材料层合板结构最普遍的连接方式,但连接处通常也是结构中较为薄弱的部分.为了保证航空结构的安全性,对复合材料螺栓连接结构进行失效载荷评估尤为重要.基于Hashin失效准则,以复合材料单钉沉头螺栓连接结构为研究对象,建立了螺栓连接接头失效行为的3D有限元(finite element,FE)失效预测模型.基于Abaqus,用Fortran语言二次开发了UMAT用户自定义程序.针对接触面摩擦系数、螺栓-孔间隙以及螺栓预紧力等影响因素进行参数化研究,分析了这些参数对复合材料螺栓连接结构中失效载荷的量化影响,并与实验结果进行比对,为连接结构提供了安装设计依据.

基于正交切削理论的高温粉末合金切削过程参数优化

高温粉末合金切削加工过程中涉及复杂的热-力动态耦合,常使刀具发生损坏,影响效率和加工成本。综合传统高温合金正交切削模型,基于Johnson-Cook材料本构方程和失效模型建立了考虑前后刀面摩擦的切削力计算模型。利用该双摩擦切削力模型计算GH4169高温合金切削过程中的切削力,并得到与文献试验值一致的结果。利用有限元仿真软件计算相同参数下的切削力,获得数据与试验值和计算值接近,表明该双摩擦切削力计算模型符合实际情况。通过调整不同的刀具前角参数,得到切削力和切削最高温度随刀具前刀面角度变化的趋势。

探索汽车制动钳支架的智能绿色制造之路

传统汽车制动钳支架生产装备效率低、成本高、柔性差、污染严重,难以适应现代产品个性化、快速升级的市场需求。为此,设计了一套高效、低污染、高精度制造的汽车制动钳支架自动化柔性生产线。该生产线包含一台双工位立式拉床、一台四工位钻铣机床、两台上下料工业机器人和一套零件尺寸检测装置。经验证,生产效率和加工一致性有很大提高。最后,展望了未来汽车制动钳支架生产线的发展趋势。

生物组织电特性在体测量微创电极的设计及应用研究

根据平行板电容法测量原理,应用矩量法计算极板电荷分布,设计一种用于在体测量的微创探针电极,夹持组织的体积仅有0.8 mm^3。应用有限元法仿真研究微创电极中电场的分布,以证明微创电极能够有效屏蔽边缘效应。按照肿瘤生长时间将裸鼠分成3组(7、14、21 d),每组10只。在0.5～5 MHz频率范围内,分别测量在体和离体条件下,3组裸鼠的乳腺癌肿瘤组织和正常组织的电阻抗和阻抗角,计算得到相应的电特性参数(电导率和介电常数);并且在1、3、5 MHz这3个频率点,在体测量肿瘤组织、肌肉组织和脂肪组织的电特性参数。结果表明,在0.5～5 MHz频率范围内,在体肿瘤的电导率和介电常数随肿瘤生长时间的增长而变大,在体肿瘤与离体肿瘤的电特性参数有显著差异;在所测的3个频率点中,肿瘤组织与肌肉组织和脂肪组织的电特性参数分别存在显著差异。所设计的微创探针电极可实现微创在体测量的目标。