培养机械专业卓越工程师的探讨

山东大学机械工程学院"机械设计制造及其自动化专业"为教育部首批实践"卓越工程师"培养的专业。本文介绍了初步的专业培养方案和思路。

工程机械司机室内噪声分析与降噪试验验证

推土机的驾驶室内噪声较大,需确定其噪声源并进行降噪处理。通过综合的测试分析技术对推土机驾驶室内、整车外进行振动噪声源识别是实施正确减振降噪措施的前提。对测试数据进行了频谱分析,结合机器工况和内部结构分布情况,确定了推土机驾驶室内振动噪声的主要频率特性及主要振动噪声源。同时根据噪声振动源对司机位置处噪声的影响,提出综合的减振降噪方案,并经过试验得到验证。经过减振降噪综合治理,司机位置耳旁噪声大大低于新国标限值,产品性能得到提升。

基于磁机械效应的铁磁材料漏磁检测数值模拟

为更准确地描述材料的非线性磁机械耦合效应,以非线性磁致伸缩应变方程、有效场理论和能量平衡方程等为基础提出新的磁弹性耦合模型与变刚度模型,分析了铁磁材料的磁机械效应和变刚度效应,并利用数值分析软件将非线性磁化模型的理论结果与仿真过程进行耦合。结果表明,仿真得到的缺陷泄漏场分布与已有研究结果一致,验证了所提出模型与仿真方法的可行性和准确性。分析了应力、缺陷尺寸和缺陷位置对表面磁场的影响,结果表明:在拉伸载荷作用下,试样表面法向磁场信号呈类S形曲线,切向信号呈类锥形曲线,其极值均随载荷增加先减小后增大;试样存在缺陷时,不同采集路径上获取的信号存在很大差异,缺陷边缘路径上的漏磁场峰值与缺陷长度呈负相关,而峰值距离和跨度却相反,在远离缺陷的采集路线上,漏磁场信号的峰值和跨度均与缺陷长度呈正相关。

工程机械司机室内噪声信号盲源分离及特性分析

随着社会的发展,科技的进步和环保意识的观念增强,现代化工业生产不断进步发展,工程机械行业的发展已成为机械行业的第四大产业。因此,机械设备故障诊断技术的问题也越来越受到人们的关注。NVH(naise,vi-bration and harshness)的重要指标之一就是工程机械室内噪声,工程机械噪声的研究有利于增强我国机械产品在国际上的竞争力,有利于我国迈向机械制造强国,所以,室内噪声信号盲源的问题的研究有着十分重要的意义。

现代产业学院视域下智能制造专业硕士研究生培养改革探索

研究生教育是我国教育体系中最高层级的教育,对高层次人才培养具有重要意义。从现代产业学院视域出发,探索专业硕士研究生培养模式、培养效果评价体系、优质资源共建共享改革,做到多学科交叉融合,实现智能制造技术方向设置与企业生产需求对接、授课内容与企业职业标准对接、授课过程与企业实际生产过程对接,培养学生理论与实践结合的能力,提高学生的职业素养、沟通协调能力与团队合作意识。

手术机械臂有限元分析及结构优化

为提高手术机器人机械臂的刚度,降低结构性颤动,本研究根据其结构特点构建仿真三维模型,并通过有限元分析软件Abaqus对机械臂进行静力学分析,评估其刚度与强度的可靠性;然后,对机械臂进行模态分析和谐响应分析,评估其动态响应;最后,对机械臂的结构进行拓扑优化设计。实验结果显示,优化后的机械臂质量、位移分别减少了6.26%和6.05%,应力降低了7.61%。结果表明,该设计有效提高了机械臂的刚度和动力性能。

颗粒阻尼在浮筏隔振系统中的减振特性研究

在船载和舰载机械设备的隔振工程实践中,浮筏系统作为一种高效被动振动控制措施得到广泛应用。为进一步提高浮筏隔振系统的减振效果,以一低内阻浮筏隔振系统为研究对象,采用子结构导纳法建立其动力学方程。设计由厚壁铝壳和不同粒径钢珠构成的颗粒阻尼器,将其安装于浮筏隔振系统的上平台或下平台。使用激振器对浮筏隔振系统进行扫频激励,通过对比安装有等质量的颗粒阻尼器和配重的隔振系统振级落差,定义颗粒阻尼器的替代损失和平均替代损失,通过该指标研究颗粒阻尼安装位置、粒径、填充率、表面粗糙度等对隔振性能的影响,并对颗粒阻尼器减振效果进行评估。研究表明,在浮筏隔振系统中颗粒阻尼器在较宽频段上都能起到良好减振效果,颗粒阻尼器平均替代损失大约能够达到4dB。

基于PD-滑模耦合算法的压电智能薄板颤振抑制

针对工件柔性主导的薄壁件铣削颤振问题,提出了一种基于PD–滑模耦合算法的压电智能薄板颤振抑制方法。首先设计了只需位移测量的主动控制算法,基于滑模控制理论处理系统参数不确定性和外部扰动,通过动态补偿器对未知切削状态进行在线近似和补偿;为解决传感误差和系统时滞问题,在滑模控制器中进一步耦合了时空依变PD控制模型,借助ABAQUS仿真拟合控制参数时变函数;最后设计了一套薄壁件主动控制装置,试验结果显示采用主动控制可有效抑制薄壁件铣削颤振,验证了控制方法的可行性。

计算思维课程以赛促教教学模式改革探索

“以赛促教”教学模式改革探索打破教师“填鸭式”传统教学模式,贯彻“以赛促教、以赛促学”理念,充分调动学生学习的积极性与主动性。以山东大学机械工程学院“C语言之星”程序设计大赛为具体案例,深入研究探讨计算思维课程“以赛促教”教学模式改革的内容与意义。

采用门控循环单元神经网络和多特征融合的铣削刀具磨损监测

为实现汽车发动机缸盖生产中刀具磨损状态的监测,提高刀具磨损监测方法的计算效率和识别精度,基于门控循环单元神经网络和多特征融合方法提出了面向铣刀后刀面磨损带宽度识别的刀具状态监测方法。通过铣削力信号数据对所提出方法的有效性进行了验证,分析了不同超参数设置对模型识别精度的影响机制,给出了最优超参数,实现了对铣削刀具磨损的精确识别。

考虑移动边界约束作用的薄壁件铣削动特性研究

针对薄壁件铣削过程工件约束边界复杂及动特性难预测等问题,创新性的提出了接触移动边界约束的概念,深入研究了接触移动边界约束对系统动特性的影响规律。首先,建立了考虑刀-工接触移动边界约束作用的薄板切削过程动力学模型,提取刀-工接触区域,分析了接触刚度力和阻尼力与接触参数的复杂影响关系。其次,预测了任意接触移动边界约束作用的薄板动态响应,形成了更为全面地任意边界约束选择方案,包括接触移动边界条件和经典边界条件。基于薄板理论建立系统运动学方程,综合考虑包括移动边界约束产生的能量项、常规任意边界约束产生的能量项以及薄板变形产生的能量项的组合。最后,通过不同案例以及有限元法,与现有文献中的数值、解析和实验等方法获得的结果作了大量对比,证明了本文提出方法的准确性。结果表明,接触移动约束效应对系统动态特性的影响不可忽视。

用溶胶-凝胶法制备Al_2O_3涂层工程陶瓷的表面改性研究

分析了溶胶 -凝胶法制备Al2 O3 溶胶的适宜工艺条件 ,在氧化铝基陶瓷基体上成功地制备了Al2 O3 涂层 ;利用X射线衍射分析和差热分析 (DTA)方法对Al2 O3 凝胶粉末的相变过程进行了研究 .通过分析精磨、热处理、Al2 O3 一次和二次溶胶涂层 4种试样的抗弯强度测量值对材料总体性能进行了估计 .结果表明 :Al2 O3 涂层工程陶瓷可以提高基体的抗弯强度而降低其分散性 ,效果好于单纯的热处理 .

考虑表面粗糙度和径向锥度的机械密封混合摩擦计算模型

本文根据雷诺方程和弹性固体接触模型，提出了一个简单实用的机械密封混合摩擦计算模型，并给出了该模型的计算流程和计算实例。计算结果表明，机械密封端面压力分布呈凸抛物线状，增加密封端面锥度可降低摩擦系数。

机理模型与集成学习混合驱动的机器人关节摩擦建模方法

机器人一体化关节广泛应用于医疗、协作机器人等领域,其摩擦特性是影响机器人性能的关键因素.为此,提出了一种机理模型与集成学习混合驱动的机器人关节摩擦建模方法,以提高模型精度.首先,综合考虑转速、负载等关节摩擦特性的影响因素及其周期波动特性,基于先验知识和物理分析分别建立了伺服电机与谐波减速器的参数化机理模型,描述摩擦特性的变化规律.然后,针对机理建模中因线性假设、忽略高阶项等产生的非线性残差,提出了基于eXtreme gradient boosting(XGBoost)的残差补偿模型建模方法,通过采用Boosting集成学习策略,提高残差补偿模型的泛化能力.同时,采用贝叶斯优化方法进行XGBoost模型的超参数寻优,以提高模型精度和训练效率.相比于传统的参数化机理模型,本文所提出的混合驱动模型具有更高精度.与反向传播神经网络、支持向量机、长短时记忆神经网络等多种典型方法的对比实验表明,本文所提出的基于XGBoost的残差补偿模型具有更强的特征提取能力,能够较好地预测强非线性的波动摩擦残差,有效地提高了整体模型的精度.

机械端面密封计算技术

本文综述了机械密封密封环温度场、密封环变形和密封端面摩擦润滑计算技术的国内外研究现状。介绍了常用的计算方法,并比较了它们的优缺点。指出采用有限元法计算机械密封密封环温度场和变形效果较好,机械密封端面摩擦润滑问题计算的关键是建立合理机械密封摩擦特性模型。

超声振动方向对激光定向能沉积Inconel 718性能影响研究

目的面向激光定向能沉积表面改性及再制造发展需求,揭示超声振动方向对激光定向能沉积Inconel 718零件的影响机制,为超声辅助激光定向能沉积高质量成形提供参考。方法开展多方向超声振动辅助激光定向能沉积Inconel 718零件试验,结合原位熔池监测技术,研究沉积方向、搭接方向和扫描方向超声振动对熔池流动行为、微观结构和力学性能的影响。结果不同方向超声振动显著影响了熔池的动态流动行为,其中搭接方向超声振动使熔池润湿面积提高了86.4%,并且形状更为规则,拖尾现象得到改善。微观组织细化方面,扫描方向振动效果最佳,晶体直径细化了46.9%,水平方向的晶体等轴晶转变优于沉积方向,而在沉积方向振动下,Laves相点球化和减少最为明显。相较于对照组的显微硬度210.4HV0.2,添加沉积、搭接和扫描方向超声振动后分别提高到了232.5HV0.2、230.9HV0.2和233.9HV0.2,变化趋势与晶体直径变化趋势基本一致。水平方向超声振动影响下,特别是扫描方向的超声振动在提高材料强度的同时,还在一定程度上保持了材料的延展性;在搭接方向上,超声振动辅助显示出较好的各向异性消除能力,获得了优异的硬度、强度和塑性匹配。结论不同方向超声振动,通过不同方向的惯性力和热流改善了熔池的动态流动性,其中搭接方向超声振动在扩大熔池润湿面积和改善熔池动态形状方面具有优异的综合能力。由于超声强度方向性传播衰减和引起不同的声压梯度,微观组织细化和Laves相的细小点球状消减分别在扫描方向和沉积方向上最为显著,这些变化引起了显微硬度和拉伸性能的相关性提升。超声振动还均衡了材料的力学性能,提高了抗拉强度、屈服强度和延展性,尤其在搭接方向上,显示出较好的各向异性消除能力。可根据具体需求目标,选用相应的超声振动方向或者复合使用,以获得优异的Inconel 718零件熔池流动、微观形貌和力学性能匹配。

溶胶-凝胶Al_2O_3-ZrO_2涂层与工程陶瓷的界面结构

采用无机盐先驱体，溶胶－凝胶工艺在氧化铝基工程陶瓷基体上成功制备了Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２徐层．扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射、二次离子质谱分析表明：涂层完整，晶粒均匀，主要成份为ａ－Ａｌ２Ｏ３和ｔ－ＺｒＯ２；徐层与基体结合紧密，两者存在着明显的元素扩散．

基于生长型设计的机械产品基因研究

自然界中生物的生长发育过程令人神往,在产品设计过程,我们通过与生物生长过程进行比较,将产品比作生物个体,将零件看作细胞,从而提出了基于细胞的生长型设计。进而通过对生物基因与产品基因的系统类比,总结出产品基因的特点,概括出产品基因、产品基因组的概念,提出了基于产品基因组的生长型设计,并利用DARFAD系统实现对虎钳夹具的设计。

选区激光熔化制备HastelloyX合金耐腐蚀性能研究

目的研究低电流密度下电化学加工过程中选区激光熔化(SLM)制备HastelloyX合金微观组织结构对其耐腐蚀特性的影响,为抑制低电流密度条件下电化学加工HastelloyX合金表面杂散腐蚀奠定理论基础。方法利用配备有电子背散射衍射系统的扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪研究SLM制备和锻造成形的Hastelloy X合金微观结构的差异,对比开路电位和极化曲线的测量结果,确定低电流密度下的ECM最优工艺参数,分析2种成形工艺制备HastelloyX合金动电位极化曲线中的关键电化学参数,获得低电流密度下ECM过程中微观组织特征对SLM制备和锻造HastelloyX合金耐蚀性能的影响规律。结果与商用锻造HastelloyX合金相比,SLM制备HastelloyX合金具有精细的晶粒尺寸以及更小的再结晶比例,锻造HastelloyX合金晶界和晶内析出了大量弥散分布的M_(23)C_(6)型碳化物。在优化的工艺参数条件下,SLM制备Hastelloy X合金在36℃的10%(质量分数)NaNO_(3)电解液中具有较小的自腐蚀电流密度(2.01×10^(-6)A/cm^(2))和钝化电流密度(3.01×10^(-5)A/cm^(2))。结论SLM制备HastelloyX合金在电化学加工过程中具有较高的耐腐蚀性能,能有效抑制杂散腐蚀现象,进而达到提高加工精度的目的。通过分析微观组织对SLM制备Hastelloy X合金耐腐蚀特性的影响规律,为电化学加工过程中抑制镍基高温合金的杂散腐蚀现象奠定了基础。

塔形组合式金刚石圆盘锯能耗建模及参数优化

为准确预测塔形组合式金刚石圆盘锯在荒料锯切过程中的功率,以组合锯切系统中单锯片的单磨粒平均未变形切屑厚度为媒介,建立了锯切功率的参数模型,并对其进行修正,提出一种少样本快速预测模型,通过锯切实验测量不同参数组合下的锯切功率,采用多元线性回归方法拟合数据以获取可靠的模型系数。最后以锯切参数为优化变量,以锯切比能和锯切时间最小为优化目标建立优化模型,并采用改进粒子群算法对模型进行优化求解。试验结果表明,参数模型充分解释了各锯切参数对锯切功率的影响,能够准确预测不同锯片组合方式下的锯切功率,改进的粒子群算法有较高的优化性能,使用优化后的参数能够显著降低锯切功率。