基于Unity3D的矿井火灾监测与防治虚拟仿真试验系统

为更好地开展矿业安全类专业试验实践教学和培训,培养安全应急一流复合型拔尖人才,设计一种基于Unity3D的矿井火灾监测与防治虚拟仿真试验教学系统。首先,采用3ds Max建立仿真模型,构建矿井火灾监测防治试验系统总体框架;其次,开展外因火灾监测与远程自动控制救灾风门应急处置、内因火灾监测与温控胞衣阻化剂防灭火应急防控等人机交互试验实训;最后,建立综合评测的试验评价体系用于考核评估。结果表明:该试验系统具备虚拟现实沉浸性、交互性、构想性的技术特点,利于打造井下三维虚拟仿真场景,逼真展示矿井火灾演变过程;在试验与实训方面,可以突破传统模式在时间、空间、安全、资源等方面的限制,提供自主学习与多元评价方式。

下肢外骨骼康复机器人仿真和试验分析

目的为了帮助下肢运动障碍者进行有序康复训练,设计一种下肢外骨骼康复机器人,动力源驱动下肢交叉摆动模拟人类正常步态行走,实现双下肢协调运动,帮助下肢运动障碍者完成康复训练。方法建立外骨骼机器人三维模型、下肢外骨骼机器人D-H模型,对下肢外骨骼康复机器人进行正、逆运动学分析,并将模型导入ADAMS,创建运动副与驱动函数进行运动学仿真,在此基础上制作样机并进行动力学测试试验分析。结果正、逆运动学验证了外骨骼康复机器人空间运动的合理性,ADAMS运动仿真结果与理论计算具有良好一致性,从而保证设计的下肢外骨骼结构与穿戴者下肢同步协调。仿真分析发现理论计算和仿真的误差主要来源于驱动函数误差,动作误差最大为2.15 cm。试验验证髋关节、膝关节运动与参考输入运动具有一致性。但是运动存在误差,髋关节平均误差为5.57°,膝关节平均误差为5.45°,实验发现电机扭矩不足是引起运动误差的首要因素,其次是零件加工误差和装配误差。结论通过理论计算、仿真与试验分析验证了方案的可行性,发现驱动误差、零件加工精度和装配精度可带来误差。研究结果可为进一步完善机器人性能和研究康复机器人动力学影响因素提供基础和参数依据。

动力换挡变速器液压换挡过程仿真与试验研究

为满足重型车辆换挡动力不中断、换挡平顺的需求,本文设计了重型车辆动力换挡变速器换挡控制系统,利用AMESim软件,从换挡液压系统出发,对变速器换挡模块进行搭建分析,考察了换挡过程中液压系统油压特性、整车车速、冲击度以及离合器C1/制动器C2滑摩功动态特性。仿真结果表明系统能够满足动力换挡的要求;此外,针对所设计的液压换挡系统进行了台架试验,对仿真和试验的结果进行对比,仿真结果表明:目标车速响应时间提前了2.67 s, C2油压响应时间提前0.09 s且切换时间减少了13%,C1油压响应滞后0.07 s且出现压力超调量;试验结果显示:油压稳定性较差且转矩曲线响应时间提前0.06 s,并且冲击度变化曲线振幅较大。试验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真结果的准确性。

基于MATLAB_App Designer电力电子虚拟仿真实验系统设计

根据MATLAB_App Designer提供的界面布局功能,运用MATLAB_Simulink搭建电力电子仿真模型,设计了一套人机交互式电力电子技术仿真实验系统。该系统包含典型的电力电子仿真模型和实例,可以帮助学生和工程技术人员学习电力电子电路的工作原理,分析和研究参数设置对电路电压、电流等波形的影响,有利于提高学习者对电力电子技术的研究和设计能力。

基于整车路面谱的副车架开裂台架试验及仿真

针对前悬架稳定杆与副车架连接处在整车试验场耐久测试过程中出现的疲劳破坏问题,通过对稳定杆进行贴片标定,获得了试验场环境下稳定杆的连杆力和稳定杆扭转相对位移的强化耐久路谱,设计搭建了稳定杆副车架系统的物理台架,并按照耐久性规范进行了台架试验。试验结果表明:该台架试验装置能良好地再现整车耐久路试下的断裂位置,疲劳寿命相对于整车耐久路试的疲劳寿命偏差仅为2.5%。在此基础上,建立了稳定杆与副车架多体的仿真模型,设定了与系统试验台架相同的约束边界,通过虚拟迭代的方法及准静态有限元疲劳寿命分析法对系统进行了仿真分析。仿真得到稳定杆连杆力和稳定杆扭转相对位移信号,与测试结果进行对比分析可以看出,时域下相位和幅值重合度良好,频域下的PSD谱重合度较高,穿级计数载荷统计基本一致,载荷相对损伤均在1附近,相关风险位置处的仿真疲劳寿命与整车耐久试验寿命偏差比为6.25%,获得了较高精度的风险位置载荷,实现了耐久风险位置的复现。最后,基于仿真模型对副车架风险位置处进行了结构优化设计,改进后的方案顺利通过了后续的台架试验和整车耐久路试。

玻璃纤维增强复合材料超声检测声场的CIVA仿真与试验研究

针对单晶片超声检测玻璃纤维增强复合材料层压板内声场分布,使用CIVA软件得到了不同楔块厚度下材料内部声场的变化规律;同时进行试块内不同规格的预制缺陷仿真试验,通过对缺陷进行B扫图及A扫回波波形分析,得到不同深度缺陷回波特点及波高规律。最后,使用超声检测仪器对制作的玻璃纤维层压板进行实际检测验证试验。试验结果表明:不同尺寸及埋深的分层缺陷的波形特点及检测结果与仿真试验结果相同;当缺陷距离表面太近时,检测得到的尺寸比实际缺陷大很多;当缺陷位于层压板中间时,检测结果均接近实际尺寸;当缺陷位于层压板底部时,检测结果比实际尺寸小。

电液伺服控制阀动态仿真与试验

电液伺服阀被广泛应用各种自动化装备中,这种复杂的机电控制系统集机、电、液、磁于一体,属于重要的随动跟踪控制元件,伺服控制除了有良好的静态性能外,其动力学特性决定了伺服系统工作精度.运用键合图理论建立电液伺服阀的键图模型;推导模型的状态空间方程和输出方程;运用仿真软件MATLAB/Simulink进行了仿真,分析电液伺服阀系统动态特性.最后在搭建的实验验证平台上验证了系统的动态性能,并与仿真结果进行了比较分析.结果是该电液伺服阀的动态特性指标超调量40%、响应时间13ms、上升时间2ms左右.

曲面综合法少齿数弧齿锥齿轮加工参数计算仿真与切齿试验

少齿数高减比齿轮传动具有体积小和轻量化的优势。根据综合变位和节锥外啮合原理,设计了一对高减速比弧线等高齿锥齿轮,给出了相关的几何限制条件,推导了大、小轮齿面方程。大轮采用成形法加工,小轮采用单面展成法加工,为弥补大轮齿廓曲率的不足,小轮刀齿采用圆弧刃修形,采用曲面综合法优化求解了小轮加工参数;通过建立ease-off差齿面,对齿面修形梯度、传动误差、接触路径与接触线进行了仿真。切齿和滚检试验,验证了高减比弧齿锥齿轮几何设计、刀盘修形加工方法的可行性。

预张预应力-承插式预制桥墩抗震试验数值仿真

为充分利用承插式桥墩施工容差大、无黏结预应力桥墩震后可自恢复的优势,同时减少现场预应力张拉施工,提出一种承插式连接和工厂预张无黏结预应力筋连接的混合连接预制拼装桥墩。采用ABAQUS软件建立了该桥墩的三维有限元模型,基于已开展拟静力试验结果验证了该数值模型的精确性,并分析了桥墩的局部损伤、滞回行为、骨架曲线、耗能能力以及预应力筋张拉力、接缝开口等行为。结果表明:该研究建立的数值模型可以较好地再现拟静力结果,混合连接预制拼装桥墩力-位移曲线表现为“旗帜型”;当墩顶偏移率为5%时,墩柱仅出现横向裂缝,无其他明显结构损伤;当承插深度为0.4D时,承台出现轻微裂缝,当承插深度为0.7D时,承台可以提供足够的抗拔力且无明显损伤;外包钢管和钢垫板存在应力集中现象。

基于Monte-Carlo仿真的恒应力加速试验方案模拟评价

为了保证可靠性加速试验方案的正确性和可行性,提出基于仿真的模拟评价方法。以最具代表性的Weibull寿命分布产品的恒应力加速寿命试验为例,以代表试验结果准确性和稳定性的指标——中位寿命估计值渐进方差的均值和标准差作为评价指标,通过Monte-Carlo仿真模拟生成失效数据,对不同试验方案的统计精度和稳定性进行评价,为加速寿命试验优化设计的工程实现提供了思路和实例验证。

浅谈虚拟仿真技术在路基路面试验检测技术中的应用

虚拟仿真技术飞速发展,已在教育、工业、农业和医疗等许多领域都有相关运用。虚拟仿真实验应用虚拟现实和多媒体技术构建仿真实验环境,打破实验受场地、设备及实验时间等条件限制,对于传统的实验平台建设成本投入大,建设周期长,设备功能不能完全满足实际需求的弊端起到有效的补充作用。从长远来看,没有设备的折损折旧,可节约人力、物力、财力成本投入。将虚拟仿真技术应用于路基路面试验检测技术的实验教学中,丰富了教学手段,促进乐学善思、勇于创新综合能力的培养,符合“新工科”形势下对人才培育的要求。

挖掘机多路阀试验与仿真分析

首先,设计了挖掘机多路阀台架试验方案,多路阀试验台架的主要单元组成包括动力源单元、模拟负载单元、控制系统单元等,本实验台架可对多路阀的流量特性、压力损失特性、主安全阀的二次升压特性、保持阀的启闭特性、逻辑阀的流量分配特性、再生特性等进行试验。然后,试验了多路阀的左直线行走滑阀在空载时的流量特性。最后,对比分析了多路阀左直线行走滑阀的试验数据和仿真数据,得出以下结论:(1)在台架试验中,传感器的选型、布置位置都对试验结果有影响;(2)全方位地对比了左直线行走滑阀的试验数据和仿真数据,其模型精度在90%以上。高精度的仿真模型可进一步优化分析左直线行走滑阀的性能。

覆冰厚度对气动脉冲除冰效果影响的数值仿真与试验验证

叶片结冰影响风力发电机的安全稳定运行,现有的叶片热力除冰、涂料防冰技术分别存在能耗高、耐候性差等问题,均无法大面积推广应用。受飞机机翼气囊除冰方法启发,该文提出一种新结构式的气动脉冲除冰方法。利用Abaqus商业软件对该方法的简化模型进行除冰过程的数值仿真,对比分析了不同脉冲充气气压下覆冰厚度对除冰效果的影响。同时,通过人工覆冰与除冰试验,对仿真结果进行验证。仿真与试验结果表明:在低充气气压下,冰层越薄越容易破碎脱落,覆冰厚度的增加有利于提升低充气气压下的脱冰率;在相同充气气压下,冰层厚度的增加可以降低结构表面形变。

Matlab环境下拖拽式焊接机器人的运动学仿真实验

将某ER系列拖拽式焊接机器人作为仿真实验对象,利用MDH(modified Denavit-Hartenberg)方法确定其DH参数,创建对应的关节坐标系与DH模型。基于Matlab软件中Tool-box10.4版本展开运动学分析求解。利用齐次变换矩阵顺次相乘完成运动学正解的推导,使用牛顿-拉夫逊迭代法(Newton-Raphson method)求解逆运动学方程的封闭解,验证了机器人运动学建模的合理性。在Matlab中完成了轨迹规划,在关节空间下对运动轨迹分别采用了三次、五次插值规划方法。完成了机械臂全局与限定条件下的工作空间分析,整体仿真结果充分证明了拖拽式焊接机器人运动性能的合理与稳定。该方案为进一步实验与研发工作奠定了理论基础,对同系列或构型机械臂有实际应用意义。

基于三维结构的列车车体操作主断过电压仿真分析与试验研究

目前,对列车过电压的研究可分为现场试验研究与电路仿真研究。电路仿真研究着重关注过电压幅值分布情况,操作主断过电压的振荡频率也是其重要特性,在研究其抑制方法时需要同时考虑过电压的幅值大小与频率特性,而目前对过电压的频率分布研究较少,为操作主断过电压抑制研究提供指导,以车体、高压电缆及钢轨等部件的三维结构为基础,提出一种新的列车操作主断过电压仿真模型。通过该模型,仿真了列车操作主断路器时高压电缆芯线及各车体的暂态过电压特性,得到各车车体过电压的分布情况,仿真结果表明,1车车体操作过电幅值最大达6.10 kV,4车最小,1~4车过电压幅值均在1 kV以上,并发现车体操作主断过电压的主要振荡频率有两个:0.70 MHz及1.30 MHz。进一步通过现车静态试验验证列车操作主断过电压的分布特性及频谱特性的准确性,试验数据表明仿真结果在过电压幅值分布上极为准确,幅值大小除4车外仿真与试验误差不超过5%,频谱特性方面仿真与试验均有2个主要振荡频率,可认为仿真与试验具有一致性。因此认为基于三维结构的仿真模型具备高精度的仿真能力,能模拟出操作过电压的特性并为过电压抑制研究提供指导。

GH4169涡轮盘榫槽电解拉削仿真及其试验研究

榫槽是航空发动机涡轮盘上的重要结构,电解拉削是实现该结构高效、低成本制造的潜在解决方案。为了掌握电解拉削加工参数对轮廓精度和表面质量的影响规律,建立了电解拉削多场耦合模型,阐明了工具阴极长度对加工间隙产物分布的影响规律,获得了优选的工具阴极长度参数。开展了平面电解拉削加工试验,探究了进给速度和加工间隙对工件表面质量和型面进出口去除量差的影响规律,确定了较优的加工参数。试验结果表明,采用优化的加工参数可以获得较好的表面质量并有效控制了型面进出口去除量差。最后,采用优化的参数开展了典型涡轮盘榫槽结构单元件的电解拉削加工试验,试件具有较好的表面质量和轮廓重复精度。

成像制导导弹试验鉴定半实物仿真系统设计与应用

围绕陆军常规红外成像制导导弹试验鉴定仿真实验需求,对仿真系统进行了特点分析,设计了红外成像制导导弹试验鉴定半实物仿真实验系统。解决了系统通用化设计、异构通讯数据快速迭代开发、高辐射红外干扰双通道耦合仿真、高精度定时与时间同步、复杂战场环境生成等关键技术。通过典型反坦克和直升机机载导弹等试验,进行了应用验证。系统可用于红外成像制导导弹鉴定仿真实验,为武器系统实战化考核、极限边界性能和抗干扰性能试验等提供有力支撑。

海洋平台主机舱振动建模仿真分析及试验研究

为了优化结构整体减振性能,以某海洋平台主机舱为研究对象,利用典型运行工况下平台的振动试验实测数据对主机舱柴发机组引起的结构振动传递进行仿真分析,建立不同的主机舱振动计算模型,比较不同边界条件、不同隔振器刚度对计算结果的影响,提出适用于工程实用的较为精确的主机舱整体有限元仿真模型。通过计算推进器40%功率状态和航行状态2种典型运行工况下主机激励经由机脚、隔振器传递到平台基座的振动传递,并与实船测试结果进行比较,验证了有限元分析模型的合理性和精确性,计算结果可靠,具有较高的工程价值,为后续海洋平台主机舱隔振优化设计提供参考。

玉米秸秆切碎还田机参数仿真优化与试验

针对现有的玉米秸秆切碎还田机秸秆粉碎长度过长,在后续免耕播种中导致播种开沟器易堵塞的问题。采用正交试验设计方法,结合多体动力学软件RecurDyn和田间试验,以秸秆粉碎长度为试验指标,机具的行驶速度、偏心圆盘的转速、切碎刀杆的长度为试验因素,选用L_(27)(3^(13))正交表,通过虚拟仿真试验方法,仿真得出每种方案的试验结果。对试验结果通过极差分析和方差分析,得出秸秆切碎还田机最优参数组合:圆盘转速700 r/min、机具行驶速度3 km/h、刀杆长度为200 mm。田间重复试验表明,最优参数组合条件下秸秆粉碎长度达到49.2 mm,比虚拟仿真试验得出的秸秆粉碎长度(47.7 mm)长1.5 mm,田间试验结果与仿真试验结果吻合度高,可以为同类型的玉米秸秆切碎还田机的设计提供参考。

城轨列车踏面制动温度场仿真分析与试验验证

城轨列车踏面制动过程中的温度变化直接影响到制动系统的可靠性和列车运行安全性,为了研究车轮温升关键参数以及材料属性对车轮踏面温度影响,基于ANSYS建立车轮有限元模型,采用均匀加载法在80 km/h紧急制动工况下分别讨论车轮和闸瓦比热容和导热系数以及4种不同计算方法求解得到的对流换热系数对车轮踏面温度的影响,考虑温度对车轮材料属性的影响,将实车采集的列车运行速度和制动减速度作为热流输入参数,车轮和闸瓦导热系数直接影响到车轮踏面温升,4种不同计算方法求解得到的对流换热系数对车轮踏面温度影响较小。模拟了制动初速度为80 km/h的3次连续紧急制动工况下车轮踏面温度分布,并将仿真结果与实车试验数据进行对比分析,验证了仿真结果的可靠性。