新标准下汽车平顺性虚拟道路试验系统与评价方法

基于CAN和TCP/IP总线搭建了包括座椅上方测点角速度信号测量的虚拟测试系统,基于LabVIEW设计了上位机程序,状态机构架保证了程序易读易维护,队列方式实现采样和数据处理并行执行提高了程序运行效率。整个系统具有集成度高、传感器体积小易于安装、易于功能扩展的特点。对国内外4个平顺性法规进行了对比分析,利用搭建的测试系统进行了系统实车试验。研究表明:测试系统工作稳定可靠;座椅上方角速度信号对评价指标的影响随车速的提高而增大,在车速达70 km/h时已接近20%(ISO标准),不应忽略;加速度功率谱密度函数的估计方法、原始信号采样频率等对评价指标影响大,相对而言,时域法比较稳定可靠,但确定符合频域频率加权的滤波器是难点。

分数阶双稳系统中的非周期振动共振

在受二进制非周期信号和周期方波信号激励的分数阶双稳系统中,研究了非周期振动共振问题,用于微弱非周期信号的检测和增强.当非周期信号脉宽较大时,系统为小参数,通过调节周期方波信号的幅值,能够实现非周期振动共振.当非周期信号脉宽较小时,分别通过变尺度法和二次采样法实现了非周期振动共振.使用变尺度法,得到的大参数等价系统能够匹配任意小的非周期信号脉宽,其中变尺度系数是该方法在使用过程中需要选择的关键参数.使用二次采样法,二次采样后得到的非周期信号具有较大的脉宽,能够匹配原先的小参数系统,其中二次采样频率比是该方法使用过程中的关键参数.这两种方法虽然实现非周期振动共振的物理过程不同,但能够达到相同的效果.系统阶数对振动共振产生影响,随着阶数的增大,发生最佳振动共振时所需要的辅助信号幅值变大,同时系统输出的最佳时间序列与输入非周期信号之间的相似性增强.

单颗金刚石磨粒划擦2D SiC_(f)/SiC复合材料实验

为了揭示2D SiC_(f)/SiC复合材料的磨削去除机理,根据2D SiC_(f)/SiC复合材料的编织结构特点,分别在2D SiC_(f)/SiC纤维的编织表面(woven surface,WS)和叠加表面(stacking surface,SS)沿0°、45°和90°方向开展单颗金刚石磨粒划擦实验,测量其划擦力和划痕深度,并观察划痕表面形貌。结果表明:在WS0(纤维编织表面的0°方向)上SiC_(f)/SiC材料的去除方式主要为纵向纤维(纤维轴向与进给速度方向一致)的剪切、拉伸、弯曲断裂和横向纤维(纤维轴向与进给速度方向垂直)的剪切、弯曲断裂;在WS45(纤维编织表面的45°方向)上主要为纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂;在SS0(纤维叠加表面的0°方向)上主要为法向纤维(纤维轴向垂直于划擦表面)的延性去除、剪切、弯曲断裂,纵向纤维的剪切、拉伸、弯曲断裂;在SS90(纤维叠加表面的90°方向)上主要为法向纤维的延性去除、剪切、弯曲断裂和横向纤维的剪切、弯曲、拉伸断裂。由于SiC纤维的各向异性,不同方向、不同断裂形式有不同的力学性能,剪切断裂所需要的力最小,拉伸断裂所需要的力最大。在相同划擦深度下,因WS0、WS45、SS0、SS90方向上断裂形式的不同和剪切、弯曲、拉伸断裂所占的比例不同,其划擦力大小依次为FSS0>FWS45>FSS90>FWS0。且磨粒切入复合材料后随着裂纹的扩展和相互贯通,SiC基体会一起被剥离去除,部分基体受到挤压去除后再次被磨粒划擦去除形成延性划痕。2D SiC_(f)/SiC复合材料切削时宜选择WS0方向,而尽量避开SS0方向。

可重构PKM模块的选型原则——理论与实践

可重构与多功能是并联构型装备(PKM)的重要发展趋势,模块化设计是实现这类装备可重构性的使能技术。首先借助线性空间理论,简要论述了少自由度并联机构的组成原理。按照支链对动平台提供约束和驱动的作用不同,将支链分为四种类型,并据此得到少自由度并联机构的三种组合方案。基于对可重构性、多功能,以及速度、剐度特别是精度的考虑,提出可重构PKM模块的选型原则,认为含简式恰约束支链的并联机构较适于搭建兼顾上述需求的PKM模块,进而将可重构PKM模块的设计转化为恰约束支链的选型问题。在此基础上,提出一种含主动恰约束支链的5自由度混联机械手模块——TriVariant,其具有与Tricept机械手完全相同的自由度数目和类型, 且几乎继承了后者的全部优点。最后给出若干用TriVariant搭建可重构装备的应用示例。

介观尺度铣削工艺分析

设计了面向介观尺度零件制造的微型三轴数控铣床,并进行了黄铜微铣削实验。当加工特征在介观尺度范畴时,微铣削工艺现象和力学特点受到尺度效应的强烈影响,与常规尺度铣削不同。较大的刀具切削刃圆弧半径和主轴跳动度与单齿进给量比成为影响介观尺度铣削机理和切削力特点的重要因素,导致低进给率条件下产生间断性切屑成形现象。给定切削条件下,单齿进给量不再是一个常量,而是主轴跳动度、最小切削厚度和切削条件的函数。

剪切流定量调控细胞钙信号的研究进展

细胞内的钙信号活动受细胞所处微环境的调控,与细胞的自我更新、分化、增殖和凋亡密切相关。研究细胞钙信号的定量调控不仅有助于精确掌握在微环境影响下细胞内钙信号的动力学规律,更能在细胞的命运控制、行为模拟、系统仿生等方面发挥至关重要的作用。本文总结了剪切流调控细胞钙信号的定量研究进展,包括:(1)剪切流刺激细胞钙响应的实验现象与机制;(2)剪切流刺激细胞钙响应的数学建模与仿真;(3)剪切流对细胞钙信号的反馈控制。

基于分层聚类和拓扑连接模型的点云自适应简化

激光扫描测量在大尺寸海量点云数据采集中具有显著的优势,针对海量高密度线扫描点云采样中普遍存在的采样效率低、曲率适应性差的问题,在初始分层聚类建立K邻域的基础上,通过分析线状点云的空间几何特征,提出了线扫描点云矢量边对衍生算法,建立了拓扑连接模型;研究了基于线扫描点云特征参数的局部法矢加权系数计算方法,估算了拓扑结构中任意数据内点的局部法矢;构建了以法矢方差为细分准则的非均匀细分模型,实现了对高曲率初始类的非均匀细分。通过试验验证了算法的实用性。

基于FETI的非协调等几何分析

基于非均匀有理B样条的等几何分析方法是一种无需网格划分的新的计算方法,旨在实现直接利用CAD模型进行分析,有望取代目前传统有限元技术.等几何分析已被成功应用在固体力学,流固耦合及拓扑优化等诸多领域.等几何分析方法要求CAD曲面或者实体高阶连续,而绝大多数CAD模型内多个曲面不但无法保持高阶连续,而且在公共界面处是几何非协调的.这一缺陷严重制约了等几何分析技术的进一步发展和应用.另外,由于采用高阶单元,等几何分析计算量较等自由度传统有限元要耗时.为解决这些难题,笔者在先前工作基础之上,提出了基于FETI方法的非协调等几何分析.新方法较以往的零空间解法更加快捷,适用于大规模数据的并行计算.数值算例表明该方法无需修改CAD模型,实施简单,精度满足要求,可处理复杂CAD模型.

金属薄板面内成形过程的有限元分析

基于金属板材塑性变形的损伤本构关系,运用有限元数值法分析了金属薄板的面内成形过程。首先假设材料损伤发生在局部区域,发现当损伤到达其临界值时,板内会产生颈缩并迅速扩展;接着分析了薄板内部损伤和变形的发展过程及其对材料成形性能的影响。最后用有限元法计算得到了2024-T3和6111-T4铝板的成形极限曲线以及相应的试验数据。结果表明,用有限元法计算的数值曲线与试验数据相当吻合。

金属材料断裂预测损伤破坏准则的应用

为了准确描述各向异性金属薄板的连续体损伤模型,在考虑剪切机制和剪切应力对金属板材损伤和最终破坏过程的作用,并计入材料微观损伤对材料性能影响的基础上,提出了一个有别于传统预测准则的改进的金属材料断裂预测损伤破坏准则。利用这一新的破坏准则,分析计算了几种常用金属板材的断裂极限应变曲线,并与传统的应力准则、应变准则以及试验数据进行了对比分析。结果表明,新的损伤破坏准则不仅符合材料破坏的实际曲线,而且准确地指出了几种金属材料的应用范围。

基于动态规划的飞机多交点装配离散公差优化

针对飞机多交点装配公差设计的多阶段决策特点,提出了基于动态规划的离散公差优化方法.首先,给出了典型的3交点和4交点装配协调误差表达式;然后,引入装配性能和成本指标,建立了公差设计的动态规划有向图模型,其中图节点表示可选的公差配合,并存储其后部子过程的最优装配性能和成本指标值,有向边表示相邻移形环节间的公差取值约束;最后,采用两阶段图遍历算法求解最优的公差设计,其中,"回溯"阶段逆序求解各节点和边的二元指标属性值,"前溯"阶段根据节点的二元指标属性值进行最优路径的启发式搜索.以某直升机尾梁及斜梁装配为例进行验证,结果表明该方法可求取公差的全局最优解,同时避免各环节成本和装配性能的重复计算、有效减小公差搜索空间、提高公差优化效率.

汽车后排乘员保护——回顾与展望(英文)

事故数据显示,汽车后排乘员保护未能跟上前排乘员安全进步的步伐,可能因为其使用率不高和没有使用先进的安全技术。该文综述了后排乘员保护,旨在解决后排乘员多样化(从需要儿童座椅的儿童到不同身高、年龄和体型的成年人)造成的不同安全需求。基于事故数据分析、实验研究和计算机模拟的结果,正确使用适龄儿童约束系统和引入可调节、高级、或自适应的约束系统可以改善后排乘员安全。然而,缺乏具有足够人体真实度的代表儿童、老年人、和肥胖者的损伤评估工具或将成为进一步改善后排乘员安全的主要挑战之一。老年人和肥胖人口的比例增加、轻型车辆的增长、智能手机打车服务的普及、以及主动安全和无人驾驶车辆技术的进步将可能增加后座安全的重要性,同时也会对后排乘员保护带来额外的挑战。因而,未来需努力优化适应各种碰撞工况、乘员特性和坐姿的后排乘员约束系统。

一个用于预测金属板材断裂的损伤破坏准则

基于连续介质损伤力学 ,提出了描述金属板材塑性损伤的演变方程 ,并依此得到了一个用于预测金属板材断裂破坏的简单准则 .其中特别考虑了剪切机制和剪切应力在金属薄板损伤发展和最终破坏过程中的作用 ,同时也引入了材料微观损伤对材料机械性能的影响 .提出的损伤演变规律 ,可近似表征金属薄板在成型过程中损伤的发展变化 ,计算得出的损伤曲线与有关实验曲线比较吻合 .给出的损伤破坏准则 。

金属板材中裂纹尖端区的损伤分析

从连续介质损伤力学的基本理论出发 ,研究了金属试件中裂纹尖端损伤区的发展和区内损伤的演变 .基于改进的Dugdale模型和已有的材料损伤率 ,计算了损伤区内的损伤分布和拉伸应力 ,讨论了损伤在整体材料破坏过程的作用 .结果表明 。

孔洞缺陷对气缸盖材料性能影响的映射分析模型

针对某收获机柴油机气缸盖在使用中易发生渗漏失效的问题,使用WCB铸钢为试验材料,加工出2组不同高度的拉伸试件。根据射线探伤照片,得到了其中心疏松缩孔缺陷的分布场。将试件毛坯中的无缺陷区域加工为基体试件进行试验,得到了与ASTM标准值吻合度较高的拉伸特性值。基于探伤照片中的灰度分布,计算出相应部位的孔隙率场分布,通过插值法将分布场映射至有限元模型的相应节点处,最终得到能够表征孔洞实际形貌的有限元重构模型。通过与试验数据的对比,表明使用映射重构法能够较好地模拟试件的弹塑性行为,并能较为准确地预测断裂位置,解释了由于孔洞演化造成的宏观断裂现象。

分岔式胚胎干细胞球发育模型

人体胚胎干细胞(hESC)能够自发聚集形成具有特定结构和细胞排列的三维组织。通过施加适当的生物化学信号和力学刺激,有望在体外利用hESC构建出模拟人体胚胎结构的组织,并将其应用于研究早期人胚胎发育过程中关键的调节机制。本文提出了一种悬浮培养hESC三维细胞球的模型来高效和可控地构建模拟原肠形成初期、具有不对称羊膜外胚层的类胚胎组织(胚状体)。

气动载荷影响下的高速列车车体疲劳强度评估方法

对比了国内外高速列车车体设计标准中气动载荷的设计要求,分析了明线会车侧墙压力波,采用时间积分法,将车体瞬态压强转化为侧墙气动载荷,参照标准BS EN 12663-1—2010确定了包括气动载荷的车体疲劳载荷工况,以某型动车组头车为研究对象,建立了车体有限元模型,基于车体Goodman疲劳强度曲线编写了车体疲劳强度后处理程序,研究了车体疲劳特性。计算结果表明:在不考虑气动载荷时计算的较大应力幅值出现在底架上,而在考虑气动载荷时计算的车体较大应力幅值出现在侧墙门角和窗角上,最大应力幅值为33.63 MPa,疲劳强度安全系数为2.26,相对于侧墙,底架的应力幅值较小,小于10.00 MPa,疲劳强度安全系数大于10.00。在垂向载荷作用下,侧墙最大当量应力为68.17 MPa,叠加气动载荷后侧墙最大当量应力为85.31 MPa,应力增大了25.14%,因此,气动载荷对侧墙影响较大,容易导致侧墙发生疲劳失效。可见,在高速列车车体设计时,应将气动载荷与其他疲劳载荷相组合对车体疲劳强度进行评定。

新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题,以乘用车前防撞梁与吸能盒为例,将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计,并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准,获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验,完成有限元模型的精度验证,进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值,用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例,分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性,从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力,总成变形模式愈加合理;改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%,高于高强钢方案的64.09%;改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示:输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明:采用点阵夹层结构与负泊松比结构后,新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案,2类结构适合于车辆承载与吸能结构,复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。

EP/EN模数对铝合金VP-CMT焊熔滴过渡及焊道成形的影响

利用变极性冷金属过渡技术对铝合金进行平板堆焊,改变参数EP/EN Balance以调整正/负极性的比例。通过高速摄像及电信号采集系统对熔滴过渡过程和焊接过程电信号进行采集分析。通过金相分析,研究EP/EN Balance对焊道成形的影响。结果表明:变极性冷金属过渡堆焊过程中,正极阶段的热输入明显高于负极阶段,从而实现了"冷"和"热"的交替;通过调节EP/EN Balance参数,可以改变正/负极的比例,从而对焊接热输入进行调控;利用变极性冷金属过渡技术对铝合金进行堆焊,焊道外观成性良好;随着EP/EN Balance增加,熔深和接触角增大,余高降低。

用于真空在线测量的离轴非球面结构反射差分光谱仪设计与实现

基于旋转补偿器的反射差分光谱（RC—RDS）技术是具有亚单层光学灵敏度的高精度表面表征方法，其全光谱快速测量性能，特别适合在线检测。为满足真空在线测量的应用需求，综合考虑使用空间、工作距离、光束直径、光谱宽度和通光率等限制因素，提出了基于离轴抛物（OAP）反射镜的光学测头设计方案，构建的测试样机实现了有效工作距离大于50cm、光斑直径小于6．5mm和光谱范围涵盖280～825nm等性能。实验研究了超高真空环境Cu（110）样品在退火处理中的RDS，仪器详细记录了信号随温度的演变过程，测量精度优于3×10-4，表明新方案满足真空环境下表面高灵敏光学测试的需求。