碰靠定位算法在不规则件排样优化中的应用研究

基于不规则零件碰靠算法的思想,提出了最小静矩吻合碰靠定位方法。将碰靠定位的参考区域限定在入排零件当前排样高度最低的未排空间内,零件以不同入排角度进行正交靠接排放和定位,以零件定位后的静矩最小作为排样方案优劣的评估规则。在自动碰靠算法基础上,设计了交互排样中的点对点交互碰靠算法,实现零件以任意碰靠方向进行最优布局调整,为完善自动排样提供了有效的辅助作用。

复杂人机共融场景中人体姿态识别及避碰策略综述

智能机器人与人类智慧的融合,即人机协作共融,已经实现了将机器人的机械优势和人类的高级认知能力集中于同一个工作架构之中,能够在复杂环境中协同作业,从而提高效率。针对复杂的人机共融场景,特别是机器人在诸如光线条件变化、背景干扰以及运动过程,对比总结了基于机器视觉的人体姿态识别方法和基于机器学习的避碰策略,详细比较各类方法的研究现状及应用,并探讨了基于深度学习的目标识别和避碰方法的发展及应用。

双盘转子—电磁轴承系统的碰摩振动特性

转子系统的非线性振动是工程实际中的复杂问题,尤其转子系统碰摩振动的强非线性动力学特性,诱发倍周期分岔、hopf分岔及混沌等复杂现象。建立一类考虑碰摩故障的主动电磁轴承支撑双盘转子系统的力学模型,基于非线性动力学和转子动力学理论,采用多目标协同、多参数耦合仿真分析,运用变步长4阶Runge-Kutta法数值计算,通过获得的转子系统周期分岔图、碰摩分岔图、轴心轨迹图、Poincaré映射图、最大碰摩力及碰摩占空比曲线图,揭示了转子系统的非线性动态响应。同时研究复杂转子系统的碰摩振动特性与结构参数的关联关系。计算结果表明,系统的间隙阈值越小且转速越低条件下的周期碰摩振动越具复杂性和多样性,且系统因碰摩故障引发的最大碰摩力及碰摩占空比曲线峰值也较高。系统的定子刚度比越大,其表现出的各类周期碰摩振动的振动幅值和冲击速度越高;最大碰摩力越大。系统的偏心比值越大,系统的周期碰摩振动模式类型越多样化且混沌窗口越多;系统的各类周期碰摩振动产生的最大碰摩力和碰摩占空比也越高。同时,进一步分析了基本周期振动、亚谐振动、概周期振动和混沌的发生区域及转迁规律。研究结果可以有效地为该类转子系统动态匹配设计、大数据诊断与协同优化提供实际指导意义。

轴流式水轮发电机组不对中-碰摩耦合故障振动特性分析

针对轴流式水轮发电机组因联轴器偏角不对中引起的碰摩转子-转轮系统振动问题,基于修正的LuGre摩擦模型,该研究推导了联轴器不对中故障下转轮叶片碰摩力表达式。在此基础上,搭建了综合考虑不平衡磁拉力等外激励作用下系统动力学模型。采用数值方法研究了不对中角度对系统振动特性的影响,并结合Floquet理论分析了以转速为控制变量的系统周期解稳定性。结果表明,不对中的存在增大了系统发生失稳可能性,显著改变了系统动态特性。此外,不对中角度对转子与转轮振动响应的影响具有较大差异,随着不对中角度的增加,转轮振动变化明显且碰摩程度较为恶劣。该研究结果可为轴流式水轮发电机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。

基于赫兹接触模型的发动机封严涂层碰磨力计算与优化

目的提高航空发动机的推进效率,在压气机机匣上喷涂可以减少叶尖径向间隙的封严涂层。叶尖与涂层之间的碰磨力会导致涂层脱落,且会击伤叶片,需要对碰磨力进行分析。方法采用大气等离子喷涂技术制备4种不同硬度的AlSi-PHB(聚苯酯)封严涂层,通过表面硬度测试、弹性模量测试和高速碰磨试验,分别评价封严涂层的硬度、弹性模量,以及在高速碰磨过程中不同工况下涂层受到的碰磨力;基于赫兹接触模型对叶尖与涂层之间的碰磨力进行计算,通过激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对碰磨后的涂层和叶尖进行分析,同时根据接触面形态特征和温度特征对赫兹模型进行优化。结果碰磨力与涂层的硬度、叶尖转速、叶尖切入速率有关,复杂的接触表面形貌和摩擦升温会导致理论计算值与实验值之间出现偏差。结论通过优化叶尖和涂层的接触系数,同时考虑摩擦升温对涂层弹性模量的影响,可将不同工况下碰磨力计算值与测量值之间的偏差控制在1%~11%,这项研究对于指导航空发动机封严涂层的设计具有重要意义。

面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术研究

研究了面向智能航行避碰决策与规划的虚拟仿真测试技术。介绍了智能航行在货运船舶中的应用需求,分析了当下避碰决策策略、路径规划算法以及避碰决策与规划测试技术的研究现状。面向货运船舶智能航行避碰决策与规划能力,基于避碰规则中的会遇态势划分,结合四元船舶领域和贝塞尔曲线插值理论,提出了一种智能航行避碰决策与规划算法。构建了一种基于虚拟仿真环境的避碰决策与规划算法仿真测试方法,通过AIS(automatic identification system)模拟器模拟目标船的状态数据,结合船载综合导航系统(integrated navigation system,INS)实现了避碰决策与规划算法的测试。通过复杂水域仿真测试验证了所提算法的有效性和可行性,为货运船舶智能航行功能的开发与实践提供了参考。

基于改进快速行进平方法的无人帆船动态避碰方法

[目的]为解决无人帆船在开阔水域的多船避碰问题,对基于改进快速行进平方(IFMS)法的局部动态避碰算法进行研究。[方法]考虑到帆船的速度不可控,将其避碰行为转化为航向控制问题,并以总势场梯度下降方向为期望避碰航向。当帆船没有碰撞危险或顺风航行时,仅通过构造时间势场来避开所有静止不规则障碍并到达目标点;而当帆船存在航行约束时,根据《国际海上避碰规则》(COLREGS)为特定会遇场景设计高斯似然函数用以动态地构建障碍势场。同时,考虑到帆船的航行死区,引入局部风势场,实现帆船动态避碰与“之”字形航行策略相结合的应用需求。[结果]结果显示,所提算法可以使无人帆船在遵守避碰规则和避免航行死区的同时,成功地在各种会遇场景下实现与其他帆船、受限机动船的避碰操作,相比原始快速行进平方(FMS)算法,逆风航行时间大大缩短,避碰航迹也更加合理、安全。[结论]所提方法符合帆船运动特性及避碰规则,在复杂环境下具有较高的安全性和鲁棒性,对无人帆船自主避障技术发展具有一定的科学价值。

基于改进樽海鞘群算法的船舶避碰决策及仿真实验

文中针对多船会遇避碰决策中过渡依赖单一寻优决策的问题采用了加入自适应权重的樽海鞘群优化算法(weight salp swarm algorithm, WSSA),在算法中融入国际海上避碰规则(convention on the international regulations for presenting collisions at sea, COLREGs)和良好船艺的要求.使用速度障碍法判断船舶的碰撞危险度并将多船会遇避让的过程中避让的安全性、经济性以及船舶领域侵入程度作为建立避碰决策的目标函数.算法测试的结果中,WSSA与原始樽海鞘群算法(SSA)以及经典粒子群算法(partide swam optimization, PSO)相比较,WSSA算法在收敛的精度和速度方面都明显优于SSA和PSO算法.结果表明:WSSA在寻找最优碰撞路线的过程中迭代的次数更少,精度更高.

船舶操纵与避碰虚拟仿真实验教学设计探究——以“航海概论”课程为例

秉承全员、全过程、全方位育人的要求,探讨了船舶操纵与避碰虚拟仿真实验教学课程设计过程。基于虚拟仿真教学模式弥补了传统教学模式在教学设计安排、激发学生主动性、体现专业差异性等方面的不足。遵循“虚实结合、以虚补实”的原则,通过选取3种船舶典型会遇局面及能见度不良态势,探究了预习模式、学习模式、考核模式及拓展模式的交叉融合设计过程,形成协同效应,切实贯彻立德树人根本任务。基于该模式,教学内容、教学目标、教学环节、虚拟仿真平台建设能够充分结合专业特点,保证教学效果,实现动态持续的实验教学设计优化。

简谐激励下碰弹强化吸振器的特性试验研究

为了提升传统纯立方吸振器的吸振效果并避免由高分支响应造成的失效,在纯立方吸振器的质量块两侧安装由碰撞板和弹簧组成的小型装置,构造出一种新型的碰弹强化吸振器。首先,设计并加工了由单自由度线性主振子和该吸振器构成的试验平台;其次,对比研究了在简谐激励下连接碰弹强化吸振器与连接纯立方吸振器的主振子加速度响应的差异;最后,试验分析了吸振器的弹簧刚度和碰弹间隙两个参数对主振子加速度响应的影响。结果表明:碰弹强化吸振器具有优越的减振性能,可以改变整个系统的稳定性,并且能够抑制分岔的发生,消除系统在较大激励下的高分支响应;通过合理控制两个参数,碰弹强化吸振器可以得到更好的振动抑制效果。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

一种智能汽车驾驶过程避碰控制算法的研究

针对智能汽车驾驶系统,提出了一种集成路径跟踪、碰撞避免和碰撞缓解控制算法。该算法考虑了轮胎联合滑移力,通过监控每个轮胎的滑移情况,实现主动前转向和制动调节的控制,以提高极端条件下车辆行驶过程中的稳定性和跟踪精度。设计了不依赖于单独路径生成模块的新型切换机构,用于避碰和缓解阶段,并在各种恶劣的驾驶条件下进行了验证。仿真结果表明,该算法不仅能在正常行驶阶段跟踪期望路径,而且能在保证车辆稳定性的前提下避免碰撞,降低碰撞严重程度。

基于修正共形接触的往复压缩机轴承碰磨研究

传统Hertz接触模型在分析往复压缩机轴承碰磨故障时,存在计算误差大的问题。为此,针对滑动轴承碰磨故障的共形接触特点,提出一种适用于轴承碰磨故障的修正共形接触力模型。该模型在L-N接触力模型的基础上引入修正刚度系数Kc和修正刚度指数nc,得到修正共形接触力模型。基于拉格朗日第二类动力学方程,建立含有往复压缩机连杆大头处轴承间隙的动力学方程;利用RecurDyn软件仿真验证修正共形接触力模型的正确性;分析不同轴承间隙对十字头加速度和轴承接触力的影响,并研究了轴承最大磨损间隙下的轴心轨迹。研究结果表明:修正共形接触力模型相比于L-N接触力模型,更适用于小间隙的载荷接触,且修正共形接触力模型相比L-N接触力模型误差最大可减少约82%。所提出的修正共形接触力模型更适应于往复压缩机轴承间隙碰磨故障的描述。

军校国际海上避碰规则类课程双语教学的实践与思考

随着我国海军使命任务的不懈拓展,培养通晓国际海上避碰规则、具备国际交流沟通能力的军事人才迫在眉睫。文章以军校国际海上避碰规则类课程教学为例,通过对教学目标、课程规划、教学模式等现状的分析研究,探讨了军队院校该类课程的双语教学建设应把握和注意的问题,并结合海军院校的使命任务特点,总结了国际海上避碰规则类课程的双语教学建议。

轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性研究

为提高水泵碰磨故障的诊断效率,以轴流泵在叶轮和泵壳间隙不足情况下运行的碰磨振动特性为研究对象,根据轴流泵发生碰磨时的受力情况,分析了其受到离心力、水体对叶轮的反作用力、碰撞摩擦力和各种激励外力的作用下产生的异常振动的振动特性,并用数值模拟和模型试验加以验证。得出了叶轮和泵壳间隙不足时,轴流泵的碰磨振动特性主要表现在频谱图中各整数倍频较为突出,奇数倍频和叶频的整数倍频相对其他频率更为突出,存在杂频和高频成分,当碰磨较为严重时,可以看到1/2倍频等分频成分等结论。研究成果在水泵振动特性研究和泵站故障诊断方面有一定的指导意义。

基于矢量场制导法和模型预测控制的船舶路径跟踪与避碰

为提高船舶路径跟踪和避碰效果,提出了一种基于矢量场制导法的模型预测控制方法.首先,采用矢量场制导算法将船舶的路径跟踪和船舶避碰问题转换为航向控制问题;然后,采用一阶Nomoto响应模型作为模型预测控制的动力学模型,考虑船舶的舵角输入受限问题,引入干扰观测器对模型误差项和环境扰动进行补偿,并应用Lyapunov理论证明了所设计的路径跟踪控制系统的稳定性;最后,设计了基于矢量场制导法的避碰策略,使船舶在路径跟踪的过程中同时完成自主避碰.仿真计算结果表明,开发的方法可以使船舶在波浪干扰作用下准确地跟踪目标路径并有效实现避碰.

能量轨道下带碰摩的双转子系统振动特性分析

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与数值分析调查了该模型复杂的碰撞、振动特性。对碰摩故障发生后和即将脱离时该系统的能量交换进行了定量分析,基于振动能量轨道的迁移过程分析了非线性振动特征和诱发机理。使用转子实验验证了数值仿真、理论分析结果和振动能量轨道。本文揭示了带碰摩故障的非线性双转子系统运行时振动变化规律,更好地分析了双转子系统的振动特征。

高速篦齿碰摩对封严环裂纹萌生与扩展影响研究

篦齿封严结构碰摩是航空发动机空气系统工作中存在的普遍问题,由于实际碰摩中难以观察到封严环上裂纹萌生与扩展的过程,采用有限元方法进行数值仿真能够对裂纹萌生与扩展过程和机理有更加深入的认识。建立碰摩后带磨损槽的封严环模型,考虑了封严环表面对流换热、碰摩力和碰摩温度,采用扩展有限元法(XFEM)对封严环碰摩温度场、应力场以及裂纹的萌生与扩展进行数值研究,并将仿真分析结果与碰摩试验裂纹结果进行对比。结果表明:数值仿真所得到的裂纹萌生位置及扩展方向均与碰摩试验中实际产生的裂纹基本一致,揭示了裂纹产生的机理,证明了该模型能够较好地模拟碰摩所导致的裂纹萌生与扩展过程。

空载湿式离合器临界碰摩转速影响机理分析

定义空载湿式离合器摩擦片/钢片的周期无量纲轴向位移范围λ,根据其值确定湿式离合器的临界碰摩转速。通过分析润滑油温度、供油流量、摩擦副间隙与特征量λ变化趋势的关系,得到工况参数对湿式离合器临界碰摩转速的影响规律。从力学角度出发,分析流场刚度和阻尼的变化规律,探寻摩擦片/钢片三自由度运动的影响因素,在此基础上提出流场临界刚度和临界阻尼的概念,揭示湿式离合器工况参数对其临界碰摩转速的影响机理,并进行了试验验证。研究结果表明:润滑油温度升高或摩擦副间隙增大会导致流场中的交叉刚度系数和交叉阻尼系数变大,湿式离合器的临界碰摩转速降低;供油流量增大会导致流场中的交叉刚度系数和交叉阻尼系数减小,湿式离合器的临界碰摩转速升高。

转子-机匣耦合系统碰摩非线性特征研究

转子-机匣碰摩问题是航空发动机中最常见故障之一。在临界转速附近,转子振动幅值会急剧增大,超过转子-机匣初始间隙就会引起碰摩。为了进一步探究碰摩机理,建立了考虑阻尼的非线性碰摩力模型并将其耦合在转子-机匣系统模型中,采用四阶Runge-Kutta法求解,给出了不同转速下转子-机匣系统的响应分岔图,研究了转子-机匣系统的振动响应。同时,分别讨论了碰撞恢复系数、碰摩间隙对转子运动和碰摩力的影响。结果表明:碰撞恢复系数减小会导致转子-机匣嵌入深度增大,从而导致碰摩力增大。碰摩间隙会改变碰摩的频率,且随着间隙的减小,碰摩的频率增大。