基于Workbench的316L不锈钢增材制造温度场数值模拟研究

利用Workbench有限元分析软件,采用生死单元与移动热源结合的方法对电弧增材过程温度场进行研究,实现了不同工艺参数下增材制造过程温度场数值模型的建立与求解。结果表明:固定输入条件下成形件多层累积增材过程中热量积累效应逐层增强;相同热输入下,增材第1层至第10层,增材过程中焊道中点温度由2354.9℃升高到2879.7℃;控制层间冷却时间、改变逐层热输入均可减少热量的累积,通过控制层间冷却时间使得层间温度低于600℃,同时改变逐层热输入参数使增材过程最高温度降低了约10%。

教学过程设计因素对教学总体评价的影响分析--以食品类专业选修课为例

保持学生在教学课堂上的注意力和学习动力长期以来都是一个挑战。为了探究本专业特色课程食品类选修课教学过程设计中各因素与学生对课程总体评价之间的关系,文章采用开放式的SEEQ问卷调查方法进行数据采集,并利用SPSS进行统计分析。结果显示,学生对课程的总体评价是满意,人口学变量对教学各因素均不存在显著差异(p>0.05)。由此构建多元线性回归模型,且回归模型的拟合度良好。由模型可知,在后期的教学设计持续改进时,必须将课堂教学各因素放在首位,重视雨课堂融进整个教学过程,最后适当的结合学生的兴趣及未来就业的规划。

基于改进PSO-VMD-MCKD的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承信号在强噪声背景下故障特征提取困难的问题,提出一种变分模态分解(Variational Modal Decomposition,VMD)和最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution,MCKD)相结合的故障诊断方法。首先基于VMD方法选取故障信号的最优模态分量,然后采用MCKD算法增强最优分量信号中的冲击成分,最后通过包络谱分析提取滚动轴承的故障频率。利用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对VMD算法中的参数α和K以及MCKD算法中的参数L和M进行寻优,并对PSO算法中惯性因子和学习因子的更新方法加以改进,以提高参数寻优过程的收敛速度。仿真分析和试验结果表明,所提出的诊断方法可以有效提取被强噪声淹没的滚动轴承故障特征。

电化学放电线切割加工方法实验研究

针对非导电硬脆材料的微细线切割加工,设计并搭建了电化学放电线切割加工装置,对电化学放电线切割加工过程中的电压-电流曲线与电极丝放电长度之间的关系进行了实验研究。实验结果表明,随着直流电压的增大,电压-电流曲线呈现出线性区、饱和区、跃变区和放电区等明显的区域性特征变化,稳定放电仅在电压高于一定值的放电区内发生,且电极丝放电长度越大,发生跃变放电时的临界电压越高。对普通玻璃和石英玻璃的加工实验表明,通过增大放电能量,能够获得更高的材料去除率,但也会导致工件加工精度和表面质量的下降。

基于自适应CYCBD和DARTS的滚动轴承故障诊断方法

针对强噪声导致滚动轴承振动信号故障特征不明显的问题,提出一种结合自适应最大2阶循环平稳盲解卷积(Maximum Second-order Cyclostationary Blind Deconvolution,CYCBD)与可微架构自搜索(Differentiable Architecture Search,DARTS)的故障诊断方法。首先将模糊熵作为鲸鱼优化算法的适应度函数进行CYCBD滤波器长度寻优,并以峭度-包络谱峰值为综合指标对循环频率进行步长寻优,从而实现自适应CYCBD降噪;然后引入DARTS算法实现滚动轴承故障识别模型的自构建;最后通过滚动轴承公开数据与实验数据验证多域强噪声环境下自适应CYCBD-DARTS故障诊断方法的有效性。

一种采用球面编号靶点的串联机械臂测量方法

为了在较大范围内获取高精度的机械臂末端实际位姿数据进行机械臂运动学模型真实参数的辨识,提出一种基于球面编号靶点的串联机械臂测量方法,利用双目视觉实时跟踪与末端法兰刚性连接的标准靶球,设置在球体表面的标志点依靠特殊的排列分布进行区分编号,球心坐标和靶球方向分别由任意捕捉的至少4个点和已知的空间几何位置关系根据克莱姆法则计算求得,在工作空间内任意运动机械臂进行末端靶球位姿测量。建立位姿误差模型,采用最小二乘法辨识出准确的几何参数,实现机械臂的误差校准。试验结果表明,此法具有较高的精度,克服了传统视觉系统定位跟踪的视野狭小,降低了机械臂末端位姿测量的成本,简单可靠,同时有效的提高了机械臂的定位精度。

基于YOLOv5s-SE和通道剪枝的虫咬紫金蝉茶检测方法研究

为了实现复杂自然背景下虫咬紫金蝉茶的快速、准确识别,提出了一种基于YOLOv5s-SE和通道剪枝的虫咬紫金蝉茶检测方法。首先在YOLOv5s的主干网络中添加SE注意力机制以增强模型特征提取的能力,降低复杂背景对茶叶特征提取时的干扰;然后采用通道剪枝算法对模型进行剪枝并进行微调,实现虫咬紫金蝉茶叶片的快速、准确检测。结果表明,修剪后的模型相比原YOLOv5s模型,参数量减少60.1%,帧率提升18.6%,运算量减少29.7%,平均精度均值(mAP)为81.3%。

基于ARM+FPGA的电火花小孔机床数控系统设计

针对现阶段电火花小孔加工数控系统兼容性差、实时性低、模块冗余的缺点,设计开发了一款基于嵌入式ARM+FPGA架构的电火花小孔加工数控系统。将上位机的功能合理划分成多个功能模块,设计成不同的软件进程,并合理分配CPU资源,提高系统可靠性和实时性。上位机使用RS485总线直接与伺服驱动器通信,并直接计算出电机控制指令,通过工业以太网传输至FPGA输出脉冲信号控制电机和硬件设备,形成软数控系统。通过电火花小孔加工和电火花铣削试验表明,设计的软数控系统稳定可靠,加工效果良好。

基于润湿供液的电化学放电线切割实验研究

针对非导电硬脆材料的微细线切割加工,设计并搭建了基于润湿供液的电化学放电线切割装置,实现了对石英材料的有效切割,确定了实现电化学放电线切割加工的临界电压。通过提取加工过程中能反映极间状态的电流信号作为控制加工的依据,实现了对石英材料的可控加工,实验表明加工速率及槽宽随着电压的增加而增大。通过对工件步进进给和匀速进给两种加工方式的比较表明,利用电流信号作为进给控制依据进行步进进给能更好地保证加工的连续性。

基于晶体塑性与内聚力模型的Cu-Ni-Si合金晶界起裂研究

金属材料的宏观失效行为与其微结构的损伤演化密切相关。除了原位加载实验观察以外,利用先进的数值方法对其微结构的演化进行模拟预测,逐渐成为研究金属材料多尺度损伤演化机制的有效工具。目前对于多晶金属晶粒内部的位错运动可以利用晶体塑性有限元法进行准确模拟,但对于位错导致的损伤累积和微裂纹萌生模拟依然存在较大挑战。对于大多数金属多晶材料,位错通常在晶界处塞积导致应力集中,进而在晶界处开裂。因此,实现整个过程的模拟需要构建能够同时描述位错运动与晶界开裂的数值模型。针对此问题,将晶体塑性有限元与内聚力模型相结合,实现了材料微观变形-损伤的统一描述,并建立了描述位错运动与晶界开裂的整体有限元模型。随后,以多晶Cu-Ni-Si合金为研究对象,模拟了材料从变形、起裂、裂纹扩展到断裂的微结构演化过程,并揭示了局部沿晶断裂到整体失效的机制,阐明了晶粒取向对初始断裂位置与裂纹扩展的影响。该模型为各类金属材料失效行为的多尺度损伤演化模拟提供了可行的技术基础。

EGR模块的数字孪生系统构建方法研究

为解决废气再循环(EGR)模块研发周期长、数字化程度低的问题,提出一种EGR模块的数字孪生系统构建方法。首先,基于数字孪生模型构建理论,从物理模型、数字模型、虚实连接、状态映射及孪生服务等5个方面设计EGR模块数字孪生框架。其次,通过实体三维建模、前端场景搭建及物理脚本挂载等3个步骤来完成数字孪生模型的搭建。针对孪生数据的多源异构特性,提出数据采集与传输方法并实现可视化映射。最后,以Unity3D虚拟引擎为平台,集成上述功能,开发EGR模块的数字孪生系统。通过实验证明系统的可行性与有效性,为EGR模块的数字化辅助设计提供新的思路。

准零刚度隔振平台的冲击响应及能量分析

本文对准零刚度(Quasi-zero stiffness, QZS)隔振平台进行了冲击响应及能量分析,详细分析了系统的时域冲击响应以及系统能量损耗特性。首先建立了冲击激励下系统的非线性动力学方程,数值分析了QZS隔振平台系统的时域冲击响应,并与相应的线性系统进行对比分析。之后以系统能量损耗速度作为系统缓冲性能的评价指标,分析了阻尼及结构参数对系统缓冲性能的影响。研究表明:QZS系统的位移响应幅值高于相应的线性系统,但QZS隔振系统位移响应的衰减速度快于线性系统,衰减所需的周期数少于线性系统。另外,阻尼有助于提高系统的缓冲效果,刚度比和倾斜角并不会对系统缓冲性能造成较大影响。

一种混沌C型几何流动混合耦合电磁热特性数值分析

为克服传统管式反应器混合效率差和传统加热方式传热速率低而导致的反应器性能限制,本文提出了一种基于混沌对流强化的管式微波反应器,即采用混沌C型几何管道,通过COMSOL软件对流体混合过程和微波加热过程分别进行多物理仿真模拟,探究低雷诺数(Re)下流体混合特性和电磁热特性。分析得出:当Re≥15时,混沌C型管道内出现明显混沌流动,通过增加雷诺数可以提高涡流强度,以促进均匀混合;混沌C型几何周期数的增加会产生更多的扰动数,不断改变流体运动方向,从而提高传热性能;混沌管道内电场分布较平面管道更复杂,微波能量利用率更高;依据雷诺数和功率分析混合和电磁热特性二者耦合的相关性,初步揭示了二者耦合机理。

聚醋酸乙烯酯(PVAc)对PHB/PCL共混物理化性能研究

聚醋酸乙烯酯(PVAc)作为非共价键型增容剂加入到聚羟基丁酸酯(PHB)/聚己内酯(PCL)(25∶75,质量分数,下同)二元共混体系中,通过溶液浇铸法制备薄膜,探究不同含量的PVAc(1%、3%、5%)对PHB/PCL共混物体系的力学性能和理化性能的影响。结果表明,PVAc含量为1%时,薄膜的断裂伸长率和拉伸强度分别为未添加PVAc的PHB/PCL薄膜的2.50倍、1.19倍。傅里叶变换红外光谱(ATR‐FTIR)显示,在PVAc的桥联作用下,PHB和PCL的羰基(C=O)基团和甲基(CH_3)基团之间存在分子间氢键的相互作用,羰基峰(C=O)发生移位,并且峰值降低。扫描电子显微镜(SEM)显示,PVAc的加入降低了共混体系中分散相的尺寸,分布更为均匀,共混体系的相容性有所改善。

涡流空气分级机补气结构设计及流场仿真

【目的】针对涡流空气分级机补气效果不佳的问题,寻求最优补气方案。【方法】采用Fluent软件对涡流空气分级机进行流场仿真,探究不同补气结构对气流滞留能力、均匀性、分散性的影响,以及对应分级机的颗粒分级效果。【结果】仿真结果表明,Model 2在导流罩上方增添挡风环结构,有效遏制气流流失,显著提升补气气流在锥壳内部的滞留时间,d50较Model 1减小0.62μm;Model 3在补气结构内添置导流叶片,减弱气流冲击并增加气流分散效果,d50较Model 2减小2.88μm;Model 4、Model 5将补气结构进出气区域在竖直方向上错开,保证气流有充足的滞留空间,进而阻止气流快速扩散;Model 5采用补气结构出气区域下置方案,利用锥壳壁面为气流导向,轴向速度分布更加合理,气流分散性及分布均匀性最好。【结论】对比5种补气结构的粒径累积占比分布曲线,Model 5的d50为28.5μm,略大于Model 3的27.3μm,但在0~20μm粒度区间段,Model 5的曲线位于Model 3下方,说明Model 5对大米粉细颗粒的分级效果优于Model 3,综合来看,Model 5对大米粉的颗粒分级效果最佳。

创新训练引导的力学人才培养模式探索

大学生创新训练是近年来兴起的课外引导式学习新途径。本文总结了基于创新训练的力学人才培养模式以及所取得的阶段性成果:在力学课程学习的基础上,鼓励学生参加以力学探索研究为牵引的创新训练,开拓学生视野,激发创新意识;在毕业设计培养阶段,针对在课程学习和大创训练中表现较好的学生设置以力学创新研究为主要内容的毕业设计课题,帮助学生接受初步的科研尝试;在此基础上,发掘并引导优秀青年学子加入力学研究组继续深造,并精心指导其完成系统的力学科研训练,帮助其规划从事力学研究的职业生涯,为力学科学、工程事业培养后备人才。

阀芯角度对高压针阀调控特性影响研究

为研究阀芯角度对高压针阀调控特性的影响,采用Fluent软件对高压针阀在不同开度下的流动特性进行仿真分析,以阀门固有频率和阻力系数作为评价指标,分析不同阀芯角度针阀的调控特性,并通过压力和速度分布特性分析阀门内部流场的变化规律,探讨高压针阀内部最易发生磨损的区域。研究结果表明:不同阀芯角度的高压针阀均表现出快开特性,且随阀芯角度增大,快开特性越显著;从10%到70%相对开度,8°阀芯针阀比16°阀芯针阀的损失系数从高约50%减小到6.8%左右,表明8°阀芯具有更大的压力调节能力;高压氮气会在阀芯节流处发生明显的压力突变,并产生高速区;靠近出口侧的阀芯节流处会更容易发生磨损。研究结果可为高压针阀及类似阀门的优化设计提供参考。

镍基高温合金多孔质电极电火花加工实验研究

采用一种由紫铜颗粒经高温烧结获得的多孔材料作为工具电极,并施加内冲液,分别在不同的加工方式、峰值电流、冲液流量和脉冲宽度下,对镍基高温合金GH4169进行多孔质电极电火花加工实验研究。结果表明:由于采用了分布式的内冲液,多孔质电极能以不抬刀方式加工,可获得比实体电极更高的材料去除率和更低的工具电极损耗率。但分布式内冲液对极间状态的改善作用受到峰值电流、脉冲宽度所导致的蚀除产物粒径的影响,当蚀除产物粒径过小或过大时,多孔质电极相对于实体电极的优势无法体现。

基于电流反馈信号的电化学放电线切割加工实验研究

电化学放电加工(Electrochemical Discharge Machining,ECDM)作为一种新型特种加工方法,在加工非导电硬脆材料方面具有高柔性、低成本等诸多优势。针对电化学放电线切割加工(Wire Electrochemical Discharge Machining,WECDM)方法,在基于润湿作用的供液方式下,设计了加工回路中电流信号的采集电路,并研究了电流信号与加工状态的对应关系;搭建了基于电流反馈信号控制进给的实验平台,对石英材料进行了稳定的加工;在此基础上,探究了不同电源输入、不同电压峰值、不同进给速度以及不同控制策略等加工条件对加工性能的影响。最终,在该实验平台上实现了具有优良加工表面的微槽,槽宽低至100μm,且加工出了具有复杂形状的微型结构,验证了该反馈控制加工方法的实用性、持续性和稳定性。

一种机械臂最优时间-冲击轨迹优化算法

针对工业机械臂执行效率以及运动过程中的冲击产生振动、机械磨损的问题,提出了一种机械臂的最优时间-冲击轨迹规划方法,优化机械臂关节运动时间和加加速度(冲击)两个耦合且矛盾的运动性能指标。通过逆运动学可以将机械臂执行的运动轨迹转换为在关节空间中的位置-时间序列,采用5次非均匀B样条函数在关节空间内构造插值曲线,用各阶B样条曲线控制顶点的约束代替机械臂的运动约束,利用NSGA-Ⅱ(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对目标函数进行优化。仿真结果表明,采用5次非均匀B样条函数插值,对运动时间和冲击进行优化的运动轨迹,提高了机械臂的执行效率,保证了运动过程中产生较小的冲击,使得机械臂的运动控制性能得到了提高。