机械振动课程教学改革与实践

工程实际中存在大量的振动问题,机械振动可为学生在专业课程学习和本科最后阶段的毕业设计提供非常重要的基础理论。针对机械振动课程综合性强、内容抽象的特点和实践环节薄弱、考核环节单一等问题,该文介绍为提升课堂质量,激发学生的学习兴趣和主动性,教学团队在课程资源优化、实验实践环节和考核评价方面进行的教学改革。实践证明相关教学和实验实践改革起到较好的效果,培养学生理论联系实际、工程实践创新和解决实际复杂工程振动问题的能力。

成都某综合交通枢纽浅层地源热泵地埋管热物性分析与系统评价

基于成都某综合交通枢纽南北场咽喉区开展地质勘察数据,并对其开展岩土热响应试验分析与评价。地勘结果表明,工程区地下水类型主要为基岩裂隙承压水,地下水的渗流作用加强了热量交换速率,使测试得到的岩土体的综合热换功率值偏大,地下水对地埋管式地源热泵系统的运行较为有利。工程区的岩土体双U平均导热系数平均值为:2.45~2.78W/(m·K),所在地的岩土体(深度110m内)初始平均温度为18.32℃。各试验孔中,双U形式的地埋管换热功率均大于单U形式的热换功率,换热功率提高约22%。从测试效果和经济角度出发,结合四孔联合测试工况,建议选用双U25地埋管,夏季标准工况释热能力为42.89W/m,冬季标准工况取热能力为-42.66W/m。全年动态负荷计算分析结果表明,站房部分由可再生能源提供的空调冷热负荷比例可达32.1%,枢纽部分由地源热泵系统提供的空调冷热负荷比例可达21.5%。该研究成果可为在轨道交通领域推进浅层地热能利用提供可靠的技术路线及理论依据。

城市轨道交通参数可调覆盖式轨道吸尘装置研究

[目的]针对城市轨道交通钢轨打磨后产生的铁屑粉尘难以清除的问题,需结合铁屑粉尘的特性,设计一套能够进行参数调整的覆盖式轨道吸尘装置。[方法]通过分析钢轨打磨铁屑的特性与道床结构,确定轨道吸尘装置设计的可行性与必要性;对该吸尘装置的吸口进行设计,采用流体仿真分析吸口宽度和离地间隙对吸尘系统风压、风量及功率的影响,并对比不同参数下的风量与风压;根据灰尘的运动模型和有效沉降因素对集尘箱结构进行优化,提高其集尘效果,并通过流体仿真验证其有效性;根据设计参数建立轨道吸尘小模型装置,并通过不同尺寸试验物料、不同离地间隙进行对比试验。[结果及结论]吸口宽度的变化对吸尘系统的影响不大,在其小范围变化的情况下可以忽略;吸口离地间隙越大,吸尘系统中的风压逐渐减小,风量逐渐变大,功率也逐渐变大,吸尘率也随之下降;试验装置吸口离地间隙小于20 mm时,对钢轨打磨铁屑的吸除率达到90%以上,对粒径5 mm的砂石的吸除率达到92%以上,对粒径1 mm的沙尘的吸除率达到96%以上。设计的参数可调式轨道吸尘装置具有较好的吸尘效果。

基于改进蜂群算法的拱架台车机械臂逆解

拱架台车机械臂为七自由度的冗余机械臂且带有移动关节,其逆运动学求解困难,文中设计了一种基于Levy飞行的混沌蜂群算法(Chaotic Levy Artificial Bee Colony Algorithm,CFABC)。首先利用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立机械臂运动学模型,通过正运动学的解建立末端位姿误差目标函数,求取逆运动学的最优解,接着引入混沌映射对蜜源进行初始化,再引入Levy飞行改变搜索策略来提升算法的收敛速度,最后利用Matlab编程进行仿真验证,为拱架台车机械臂逆运动学的求解提供了一种新的途径。结果表明,该算法的收敛速度相较于传统的蜂群算法和混沌蜂群算法求解速度快、稳定性好,证明了算法的可行性。

工程认证背景下机械专业《传热学》课程教学改革浅析

《传热学》是机械专业重要的专业基础课程,对其教学改革的研究已比较普遍,但是针对工程认证背景下传热学课程教学改革的研究还较少。基于工程认证的教学理念和教学模式,对“传热学”课程教学所存在问题和改革措施进行了浅析。

轨道交通车辆模块化产品平台的技术框架与关键技术

针对我国轨道交通车辆种类繁多、模块通用性和技术通用性较差等问题,结合轨道交通装备制造业向大规模定制方式转变的趋势,提出了轨道交通车辆模块化产品平台的技术架构,并对基于BOM(物料清单)的产品模块化元结构树生成技术、产品平台模块类型动态识别技术、基于实例信息的模块统型设计技术及产品族主结构树构建技术等关键技术进行论述。开发了轨道交通车辆模块化产品平台的信息管理系统及定制设计系统,通过A型地铁车辆转向架的定制设计案例验证了该产品平台的技术可行性和系统可用性。

建立机械产品工程数据库的几条经验准则

工程数据库是产品CAI）／CAM系统的数据存储中C和交换枢纽．正确建立工程数据库是实现工程图形、文档、关系表格集成统一管理的先决条件。本文总结并论述了建立机械产品工程数据库的一些经验准则和方法．

工程认证背景下建环专业培养方案优化

旨在以“双碳目标”为引领,以工程认证和国家级一流专业建设为契机,提炼西南交通大学环专业的专业定位与培养目标,构建工程教育认证背景下人才培养课程体系,对培养符合新时代要求和国际工程教育认证标准的复合型人才具有重要意义。

基于快速非奇异终端滑模的隧道工程车辆轨迹跟踪研究

针对工程车辆轨迹跟踪控制方法中存在的跟踪精度低、响应速度慢、易抖动等问题,提出了一种鲁棒的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,建立工程车辆的运动学模型和位姿误差模型。考虑到传统终端滑模存在的奇异性问题,设计了积分型非奇异快速终端滑膜控制器,使系统误差在快速收敛的同时抑制了控制器的抖振。其次考虑到传统趋近律趋近速度慢等问题,基于反步法分别设计了线速度和角速度控制律,并选用fal函数和反双曲正弦函数组合来设计趋近律,提高了系统的稳定性和趋近速度并且削弱了滑模控制的抖振。最后在Matlab软件中和传统的非奇异终端滑模控制器控制效果进行对比实验仿真。实验结果表明,与传统的非奇异终端滑模控制器相比,本文提出的非奇异快速终端滑模控制策略在跟踪精度和不同运动的鲁棒性方面具有明显的优势。

基于RSM和NSGA-Ⅱ法的重载机械臂结构优化设计

文中针对桥隧复杂环境下多相受力机械臂的结构优化研究,建立了关于重载机械臂的臂架结构的有限元分析模型和结构力学模型。首先根据结构力学模型选取优化设计参数,并采用拉丁超立方抽样方法设计优化样本点,其次构建二级伸缩臂的响应面近似模型,最后建立以质量最轻为设计目标的优化模型,根据响应面复相关系数判断该响应面拟合准确度。在获得响应面模型后,运用多目标遗传算法寻求二节伸缩臂结构参数设计的Pareto前沿解并以此为基础选择优化方案。研究结果表明,伸缩臂的质量减少12.90%。相较于传统结构设计的经验化设计,既节约材料又能满足力学性能的要求,对同类结构的优化问题具有一定指导意义。

某机场捷运车站综合交通体火灾自然排烟效果研究

机场旅客捷运系统捷运车站综合交通体具有空间高大、上下贯通的特点,其排烟系统无明确设计依据。采用FDS数值模拟计算软件,对某综合交通体按中庭建筑属性采用自然排烟方案的烟气排除效果进行模拟计算。两种火灾场景下,烟气温度、CO_(2)浓度、CO浓度和能见度等指标在人员有效疏散时间内均能满足人员逃生的基本要求,模拟结果可为类似贯通高大建筑空间排烟系统设置提供设计参考。

制造发展的三个范式:制造发展规律的研究

基于对人类社会发展历史和科学技术发展内在规律的认识,本文详细分析了制造发展的三个范式,论证了原子及近原子尺度制造是制造范式III的核心使能技术。文章回顾了国内外各机构对原子级制造研发规划现状,指出我国目前处于原子级制造技术发展的重要战略机遇期,并从设计、材料、加工和检测等角度分析了原子级制造的技术体系内涵;梳理了原子级表面制造、原子级结构制造、原子级测量与表征等领域的研究进展,呈现了当前具有原子级制造能力的部分代表性技术,包括原子级切削、原子级抛光、电化学加工、等离子体原子级加工技术、原子精准操控以及原子分辨测量与表征技术,并对原子级制造战略规划提出发展建议。

农村地区秸秆固化成型利用最佳收集半径研究——以成都市为例

实现农村地区大量零碳秸秆资源能源化利用的第一步是需要解决秸秆原料收集半径难以确定等问题。为此,基于“代加工”模式和成都市农村地区秸秆资源量等基础信息,并根据农作物实际的种植时间,建立了适合农村地区的秸秆收集半径计算模型,确定了具有最佳经济性的秸秆最佳收集半径和相应半径下用秸秆颗粒替代煤炭的环境效益。结果表明,成都市秸秆资源丰富,2021年理论秸秆资源总量为389.48万t,其中谷类秸秆和油菜秸秆的资源量最多,分别占总量的51.09%和21.12%。成都市农村地区秸秆最佳收集半径为5.92km,对应的秸秆颗粒生产成本约483.00元·t^(-1),明显低于购买商品化秸秆颗粒(约600元·t^(-1))和燃煤(约950元·t^(-1))的价格,颗粒总产量为33750.17t。秸秆收集半径受单位面积秸秆资源量和运输车辆设计参数的影响最大,而受其他参数的影响较小。若使用秸秆颗粒替代煤炭燃料,将减少41.99%的CO,85.76%的PM2.5,99.44%的SO2排放以及51346t的CO_(2)排放,具有显著的环境效益。

改进RRT-Connect与DWA算法的巡检机器人路径规划研究

针对传统RRT-Connect算法在密集复杂环境中路径规划效率低、动态避障效果差等问题,提出一种改进RRT-Connect与DWA融合算法。该算法通过改进采样策略、动态步长优化和碰撞检测引导随机树生长;在随机树中采用贪心策略和角度约束优化路径。基于巡检机器人建立运动学模型,通过速度采样空间生成轨迹簇;建立模糊逻辑系统自适应调整DWA算法评价函数的权重系数,将全局最优路径点融入DWA算法中实现全局最优路径和实时避障。仿真结果表明,在油气站场密集复杂环境中,改进RRT-Connect算法较传统算法路径缩短约27.09%,平滑度提高约84.6%,碰撞距离提高约18.75%;改进融合算法路径减少约2.97%,平滑度提高约78.8%,碰撞距离提高约30.6%,验证了提出算法的有效性。

后交叉韧带临床手术方案对重建移植物的磨损与生物力学影响研究

目的研究3种后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)重建术对PCL移植物的磨损与生物力学行为。方法(1)30个猪膝关节样本平均分配至3个PCL重建术式组(A组解剖重建组,B组低位重建组,C组Inlay重建组),将重建手术处理后的样本置于PROSIM膝关节模拟机中,以缩放后的步态曲线进行30万次循环加载。加载完成后取下移植物,以20 mm/min在INSTRON拉伸试验机中对移植物进行拉伸至断裂,获取移植物的载荷-位移关系,比较组间移植物的拉断载荷,载荷越大,表明磨损越小,进而说明该种重建术式更佳。(2)在FEBio软件中进行有限元分析,观察“转角效应”(critical corner and killer turn)对移植物的生物力学行为,分析不同术式下移植物与骨隧道的接触情况。结果(1)拉断载荷显示:A组(530.5±176.3 N)与B组(564.3±249.2 N)显著性低于C组(920.7±201.7N)(P<0.05)和完整移植物(1077.8±127.6 N)(P<0.001),其中A组与B组差异无统计学意义(P=1.000),C组与完整韧带之间差异无统计学意义(P=0.695)。(2)有限元所得接触力与位置和实验结果一致。结论(1)在减小移植物磨损中,C组移植物磨损低于A组和B组;(2)移植物股骨侧存在磨损,导致C组强度低于完整移植物强度,也让B组的移植物强度显著降低。

钢轨打磨车专用EHA非线性反演控制

为提高钢轨打磨车打磨钢轨的平顺性及稳定性,提出以电动静液作动器(EHA)代替传统液压作动系统作为钢轨打磨车的专用执行器,考虑柱塞泵的总效率波动和液压缸动静摩擦差异大2个非线性因素,建立非线性数学模型;建立EHA的MATLAB、AMESim联合仿真模型,对PID控制、滑模变结构控制、反演控制进行控制策略对比研究,仿真分析验证反演控制在响应快速性及稳定性方面具有良好的表现。搭建四象限平台对EHA进行反演控制负载试验,结果表明:其位移控制精度达0.21 mm,具有较好的控制性能。

跟车工况下基于风险评估的人机共驾策略

为了避免驾驶辅助系统对驾驶员造成不必要的干预,结合碰撞风险与驾驶操纵能力引出了纵向跟车工况下的风险评估区的概念,基于驾驶数据的正态分布特性确定了风险评估区边界,进而提出一种新的人机共驾纵向驾驶权分配策略,该策略以碰撞时间倒数(TTCi)为判断前提,如果TTCi超过其阈值,则以风险评估区上边界代表驾驶操纵能力的最大偏差值,根据驾驶员操纵能力的偏差程度分配辅助驾驶系统的控制权。结合Prescan、Matlab/Simulink与罗技G29驾驶模拟器搭建了驾驶员在环仿真平台,以分心驾驶模拟驾驶员操纵能力下降情况,对策略的有效性进行了验证。结果表明,在高速道路跟车工况下,所提出的人机共驾策略能有效避免由于驾驶员操纵能力下降导致的碰撞事件发生。

原子级制造的关键基础科学问题

人类的制造技术逐步向原子级推进,原子作为化学反应中的最小粒子,虽然它可以分成更小的原子核、电子等,但是从制造的角度看,原子级制造可以说是人类制造的最底层技术,也是继微纳制造之后新的制造范式,可将制造精度以及产品性能推向极致水平,代表着人类对物质世界认知和制造能力发展的新阶段,是引领未来产业变革发展的战略性技术,也是保障国家安全和推动国计民生重大装备跨代升级的重要前沿方向。本文基于第330期双清论坛总结了原子级制造的研究现状、发展趋势及机遇挑战,凝练出未来5~10年原子级制造的焦点问题和亟需解决的关键科学问题,探讨了相关领域的前沿发展方向和科学基金资助战略。

急性缺氧暴露对人体生理反应及认知能力的影响研究

在低压环境舱开展高海拔环境中人体急性缺氧暴露实验,研究环境压力和温度对人体生理参数和认知能力的影响规律。实验结果表明,随大气压力的降低,人体平均皮肤温度、口腔温度、舒张压、心率和心率变异性均呈增加,而血氧饱和度和收缩压呈降低趋势。其中,平均皮肤温度、心率和血氧饱和度具有显著性差异(p<0.05)。随温度的增加,只有血氧饱和度降低,其他生理参数均升高。其中,平均皮肤温度、心率具有显著性差异(p<0.05)。感知能力、记忆能力和反应能力随大气压力的降低而降低,思辨能力反而提高。其中,记忆能力受压力影响具有显著性(p<0.05)。感知能力和记忆能力随温度的增加有所提高,思辨能力在不同压力下随温度的变化规律不同,反应能力随温度的降低而提高。其中反应能力受温度影响具有显著性(p<0.05)。该研究为保障平原地区人员急进高海拔地区生命健康安全提供有力支撑。

原子层制造的研究现状与科学挑战

原子层制造是指加工精度达到原子层量级的可控制造技术,包括原子层去除、添加、迁移等。针对信息、能源、航空航天等领域核心零部件超高性能构建的发展需求,通过原子层可控去除制造全频段原子级精度无损表面,并结合原子层增材制造原子级新结构,有望实现特殊功能的有效创成,保证超高性能的安全可靠。另外,后摩尔时代先进芯片的制造工艺将迈入亚纳米物理极限,原子层制造需求贯穿芯片制造工艺的全流程。本文阐述了原子层制造技术的发展需求与研究进展,围绕原子层抛光、原子层沉积/刻蚀、原子层损伤控制、原子层工艺与装备等领域,梳理了原子层制造的发展方向及研究目标,凝练了原子层制造领域未来的关键科学问题及面临的挑战,探讨了前沿研究方向和发展战略。