多功能融合电机泵马达仿生非光滑表面配流副摩擦及润湿性研究

以多功能融合电机泵马达配流副为研究对象,利用仿生非光滑表面效应设计出几种不同凹坑排布的配流盘,并通过不同工况下光滑表面和非光滑表面配流盘的对比试验,探讨非光滑表面对配流副润滑性能和减摩性能的影响。试验结果发现:非光滑表面比光滑表面有着更好的减磨减阻特性,其中最大减阻可达46.3%,减磨总体超过53%;非光滑表面中的凹坑可以储存试验中产生的磨屑和杂质,还可以储存海水,在润滑条件不良时凹坑内部海水可被带入到摩擦面从而改善润滑状态;试验后配流副试样接触角会降低,表面能会提升,这说明摩擦磨损试验使得配流副试样更加亲水,这有助于海水润滑膜的形成,从而降低摩擦面的摩擦磨损。

基于改进灰狼算法的非线性摩擦力辨识与补偿方法研究

为减小非线性摩擦力对机床伺服系统运动控制精度的影响,对机床伺服系统摩擦特性进行研究,将改进灰狼算法应用于LuGre摩擦模型参数辨识,通过搭建伺服系统动力学模型进行摩擦前馈补偿仿真,并在三轴数控雕铣机试验平台进一步完成摩擦前馈补偿验证。结果表明:应用基于改进灰狼算法辨识的LuGre摩擦模型前馈补偿方法,在两轴联动圆轨迹运动跟随过程中,低速运动换向时最大跟随误差下降幅度为67.7%,高速运动条件下误差下降幅度为84.0%,有效消除了非线性摩擦在速度换向过程中产生的负面影响,证明该方法在非线性摩擦力辨识方面具有优异的效果,有助于提高机床伺服系统的运动控制精度。

微生物加固粉土的强度特性及加固机理研究

针对华北地区广泛分布的黄河冲积粉土级配差、强度低的问题,采用微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对其进行加固。通过三轴试验研究加固粉土的强度特性,通过微观结构测试分析其微观机理;结合宏观现象和微观机理揭示强度加固机理。结果表明:MICP加固后粉土的强度得到了大幅提升;其黏聚力和内摩擦角均随加固轮数、胶结液浓度的增加而增大,且增长速率呈现出先快后慢的趋势;在胶结液浓度为0.5 mol/L、加固两轮时加固效率更高。就微观结构而言,土样中的孔隙随胶结液浓度和加固轮数的增大而逐渐减少;土样截面的平均非孔隙面积比随加固轮数、胶结液浓度的增加而增大;黏聚力、内摩擦角与平均非孔隙面积比之间均符合先快后慢的双线性增加关系。黏聚力与内摩擦角提升原因在于MICP加固生成的碳酸钙通过粘结粉土颗粒,填充堵塞颗粒间孔隙,使平均非孔隙面积比增大,进而提升土体强度。

基于离散元模拟的不同挡土墙位移模式下非极限主动土压力

针对刚性挡土墙主动位移过程中砂土非极限主动土压力问题,利用PFC 2D分别对挡土墙绕墙顶转动(RB)模式、绕墙顶转动(RT)模式和平动(T)模式下砂土主动破坏过程进行模拟分析。分析结果表明,不同位移模式下土体内摩擦角及墙土摩擦角调动规律存在差异。挡土墙主动位移过程中,RB模式下土体破坏从墙顶开始,向墙脚发展,土楔体内部只有靠近墙背侧区域出现主应力偏转现象,并且土楔体中内摩擦角调动值均能达到极限值。RT模式下,土体破坏沿着墙背和滑裂面从墙脚开始,向土体表面发展,墙后土楔体中上部区域主应力偏转角度较大,形成了大主应力拱,与此对应的是该区域内摩擦角调动值相对初始内摩擦角减小。T模式下,土体破坏分别沿着墙背从墙顶向墙脚发展以及沿着滑裂面从墙脚向土体表面发展,墙后土楔体内部会出现小主应力拱,且内摩擦角调动值从初始内摩擦角增加,但达不到极限值。

非道路柴油机不同压缩比活塞选型试验研究

针对非道路IV阶段柴油机,围绕三种活塞的选型,研究了不同压缩比活塞对发动机摩擦功、压缩压力、燃油经济性以及排放特性的影响。结果表明,压缩比越大的活塞摩擦功和压缩压力越大。额定转速和扭矩转速下,随着活塞压缩比的升高,燃油经济性存在最优点拐点,在额定转速下较为明显。压缩比越高的活塞NOx排放量越低,但烟度排放随负荷增大上升明显。

不同类型流体圆管内流动的广义雷诺数分析

雷诺数是表征流体管流特性的重要参数。文中基于同时包含屈服应力、时间常数和幂律指数的Carreau-Extended(简称Carreau-E)非牛顿流体复杂流变模型及力平衡方程,推导出圆管内充分发展的Carreau-E流体层流管流的广义雷诺数表达式,并进一步拓展至Carreau、Herschel-Bulkley、Powerlaw、Bingham 4种常见非牛顿流体及牛顿流体。对比研究发现不同流体在圆管内流动的达西阻力系数实验值与预测值吻合良好,相对误差基本在±10%以内,该研究可为不同非牛顿或牛顿流体管流流态判定提供依据。

基于主井多绳摩擦提升绳张力的煤重识别系统研究

在主井摩擦提升系统运行过程中,存在卸载不净导致的箕斗满仓溢出、跳闸、滑绳等事故。为了解决上述问题,提出了一种基于RNN神经网络的装载阶段判断及载重数据识别技术,构建了箕斗残留和超载等异常工况预警模块、数据输出模块组成的煤重识别系统。通过与定量斗装载数据、电机电流等效载重数据曲线对比,验证了提出的方法的稳定性和准确性。

气浮无摩擦气缸及气浮特性仿真

为了满足气动系统中高精度伺服控制对低摩擦气缸的需求,提出一种利用静压气体轴承作为活塞的新型无摩擦气缸.针对轴承耗气量及径向承载能力难以准确建模的问题,构建一种基于有限元数值求解方法的轴承气膜压力计算方法.利用该方法,分析轴承的结构参数及时变的环境参数对轴承气浮特性的影响.结果表明,在节流孔末端引入均压腔能够显著增加了轴承的径向承载能力,消除气膜中节流孔附近的压力尖峰,使轴承稳定性增强;供气压力、径向载荷和偏心率等时变参数对气浮特性的综合影响增加了简化活塞泄漏模型的困难.为了后续对气缸进行控制,根据气浮特性仿真结果,提出一种基于特定径向负载假设下的泄漏量模型简化方法.

非摩擦式连续作用无级变速器的结构创新及设计

针对脉动无级变速器动力性能及传动平衡性差、效率低下等缺点,从传统的行星无级变速器引伸出了一种新型无级变速器的模型,并应用解析几何及机构综合的方法对其基本结构及运动学规律进行了研究;推导出了输出运动与各个参数之间的函数关系式;同时运用机构的压力角限制条件对无级变速器进行运动分析,确定已知长度的条件下曲柄的极大值及其它参数的取值范围方程,并按照传动比关系确定了新型无级变速器的设计准则及其各个参数的选择方法。

振动拉拔的非局部摩擦问题的近似求解及表面效应初探

从非局部摩擦定理出发,建立了振动拉拔加工中的力学平衡微分方程。通过确定有关的非局部影响系数,并结合塑性变形应力应变假设,得到了方程的近似解以及非局部条件下振动拉拔摩擦力的解析表达式。根据给定工艺参数、金属材料力学性能参数和非局部影响系数(ρ,α_o,ε_0,C_0),通过Matlab计算发现,振动塑性加工表面效应的形成是有条件的,并且表面效应的影响因素主要是频率、振幅和非局部影响系数,验证了以往对表面效应定性分析的某些假设,从而实现了振动拉拔表面效应机理的理论初探。

模锻压机超低速运行动态性能分析

在考虑非线性摩擦的基础上,从参数分析的角度对模锻压机动态特性进行研究,并结合实际锻压机系统的仿真实验研究各种因素对超低速动态性能的影响规律。研究结果表明:非线性摩擦力的负阻尼特性是导致系统速度不稳定的主要原因,减小摩擦的负阻尼或增大负载阻尼系数,可增大系统稳定性;减小最大静摩擦力、质量、初始容积或增大油缸作用面积、油液弹性模量,可以减小响应延时。

非光滑多体系统动力学数值算法的研究进展

非光滑多体系统动力学数值计算方法是多体系统动力学研究的重要内容之一.本文介绍了近年来含摩擦与碰撞的非光滑多体系统动力学数值算法方面的研究进展.首先,讨论了库仑摩擦模型和修正的库仑摩擦模型,以及具有单边和双边约束的多体系统中法向约束力的特点.其次,回顾了基于连续模型和非连续模型的多体系统动力学方程的数值计算方法,详细介绍了基于互补概念的非光滑多体系统动力学的事件驱动法和时间步进法,分析比较了相关的数值算法.最后,指出了一些需要进一步研究的问题.

动梁式龙门机床的双驱同步控制系统建模

针对动梁式龙门双驱系统产生不同步误差的原因及机理进行了建模研究,提出了一种双驱动同步控制模型.其特色在于模型基于动力学理论分析,描述了双驱动两轴机械耦合特性及两轴摩擦力特性对于不同步误差的影响.为对所建模型进行验证,以动梁式龙门铣床DK-1200为例,测量机床匀速及S型加减速运动下的两轴不同步误差,并与Matlab/Simulink的模型仿真结果进行对比.结果表明,具两轴摩擦特性及机械耦合特性的双驱同步控制模型仿真结果与实测结果的相关系数达0.861 8,所建模型能够有效反映动梁式龙门机床双驱同步结构的运行状况,两轴机械耦合及摩擦力不同是解决双驱动不同步问题不可忽略的因素.

凹坑形非光滑表面微观摩擦磨损试验回归分析

采用试验优化设计理论,利用L16(215)二水平正交表设计试验,对具有凹坑形非光滑表面形态的试件进行微观摩擦磨损试验研究,运用多元线性回归正交设计处理试验数据,得到具有凹坑形非光滑表面形态试件的体积磨损率和摩擦系数与各试验因素关系(如非光滑单元体大小、距离、速度和载荷)的回归方程.结果表明:试验因素对体积磨损率的影响程度由大到小依次为载荷、速度、单元体大小和距离;体积磨损率随着距离、速度及载荷的增加而增大,随着非光滑单元体尺寸的增加而减小,但距离和速度的交互影响很小;试验因素对摩擦系数的影响程度由大到小依次为载荷、速度、距离和单元体大小;摩擦系数随着距离、速度及载荷的增加而减小,随着非光滑单元体尺寸的增加而增大,但距离、速度及载荷的交互作用也很小.

仿生非光滑表面铸铁材料的常温摩擦磨损性能

模仿动物体表形态,在试样表面通过激光雕刻出有规则分布的凹坑以及条纹等非光滑单元体,研究了具有非光滑表面材料的摩擦磨损性能.结果表明:非光滑表面材料的耐磨性较光滑表面提高1倍以上,摩擦系数提高66%以上;当非光滑表面的单元体硬度越高、直径越大和间距越小时,其耐磨性能越好,摩擦系数越大.这是由于激光加工的单元体相当于在母体上增加了许多强化质点,比母体具有较高的硬度和致密性,能够提高抗磨性,增加表面粗糙度,所以其耐磨性提高,摩擦系数增大.

新型非摩擦式活齿无级变速器的研发

针对摩擦式无级变速器存在打滑以致动力传递能力受限,而非摩擦式脉动无级变速器结构复杂等,本文中提出了一种新型非摩擦式活齿无级变速器inmCVT。它沿用摩擦式无级变速器中的锥轮变速机构,但用活齿啮合直接传力的传动方式代替传动带或滚轮摩擦传力的传动方式,因而兼备摩擦式无级变速器的结构简单和非摩擦式脉动无级变速器直接传力的低耗高效的优点,是非摩擦式无级变速器中的一种新类型,可实现大转矩、大功率动力传递。在简述了无级变速传动的特点、发展及应用概况的基础上,着重分析了inmCVT的结构、工作原理和特点,并对其性能进行测试。最后,指出尚待解决问题并展望其应用前景。

搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝成形的影响及其机制分析

无倾角搅拌摩擦焊工艺是保障平面二维及空间三维复杂焊缝焊接质量的关键技术。分别采用含有光面搅拌针、光面带切台搅拌针和螺纹带切台搅拌针的焊具进行无倾角焊接试验,对比研究焊缝形貌、缺陷分布和接头性能,以期阐明搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝的影响及其机制,从而为无倾角搅拌摩擦焊工艺的高质量应用奠定技术基础。试验结果表明,在无倾角焊接条件下,光面搅拌针容易导致焊缝根部出现孔洞缺陷,难以形成优质接头;带切台搅拌针增强了焊缝中上部材料的塑性流动,由此间接促进了焊缝根部匙孔的填充,在较低焊速下可以获得无缺陷接头;搅拌针螺纹结构直接增强了焊缝根部材料的塑性流动,因而能在更宽的参数范围内形成无缺陷接头。与光面搅拌针相比,搅拌针切台结构增大了接头软化区宽度,提高了焊缝上部的软化程度,所得无缺陷接头的抗拉强度最高可达母材的86%。对比而言,在带切台搅拌针上进一步加工螺纹能够降低焊接热软化效应,减小软化区宽度并提高焊核区硬度,接头最高强度系数由此增大到了90%。

柔性关节摩擦和不确定补偿的小波神经——鲁棒复合控制

研究柔性关节的高精度位置跟踪问题。建立柔性关节二阶级联动力方程,并引入非连续摩擦力和干扰项,针对系统存在的柔性与摩擦并存、不确定参数摄动、外部干扰等复杂动力特性,提出一种复合控制策略。全局采用李雅普诺夫函数的Backstepping方法设计具有柔性补偿和L2干扰抑制性能的控制器;同时,针对常规神经网络无法辨识非连续性函数的问题,提出在局部采用小波神经网络对摩擦和不确定项进行补偿。该方法不仅避免了复杂的求导运算,而且无须检测关节角加速度和预知摩擦及不确定上界。闭环稳定性分析和数值试验表明,设计的控制器具有鲁棒稳定性和干扰抑制性能,可保证系统的跟踪误差和网络权值误差一致终值有界,且避免了柔性关节因摩擦引起的爬行和平顶现象。

基于梯度依赖的非局部摩擦模型的土坡稳定性分析

研究了基于梯度依赖的非局部摩擦模型下圆弧滑裂面土坡的稳定性,并对梯度依赖的非局部材料参数进行讨论与分析,研究了此参数对土坡安全系数的影响,从微观的角度分析宏观工程问题发挥机理的本质,发现带微观性质的非局部材料参数变化时,土坡安全系数变化虽然不大,但变化趋势很明显.当讨论土体相关参数对安全系数的影响时,根据梯度依赖的非局部摩擦模型与局部摩擦模型的对比,发现安全系数对内摩擦角的变化比较敏感,可为工程中土坡治理提供参考依据.

金属脉冲振动拉拔成形一维表面效应机理分析

针对脉冲振动拉拔过程中出现的表面效应的复杂性,通过对拉拔模中单元体的受力分析,结合傅立叶变换建立力学微分方程。根据非局部摩擦定理,确定与摩擦力有关的非局部影响系数,并利用线性强化模型对力学方程进行近似求解,得到非局部条件下的脉冲振动拉拔动态摩擦力模型。按照给定的金属材料机械性能参数、拉拔工艺参数、振型参数和非局部影响系数,由MATLAB仿真表明,脉冲振动拉拔的表面效应主要与振型参数有关,与其它振型相比,施加脉冲振型产生的表面效应较为显著,对振动的有效利用具有重要的指导作用。