机械系统可靠性理论与工程实践中若干关键问题的思考(上)

针对目前机械系统可靠性理论和实践中存在的主要问题,从全新的视角出发对机电产品中机械系统的可靠性理论和方法进行了系统的思考并给出一些新的概念,目的是促进我国机电产品中机械系统可靠性的研究和应用。主要内容如下:首先讨论了关于机械系统可靠性的几个相关概念,包括:站在用户的角度对机械系统的可靠性进行了重新定义;提出“当量故障次数”的概念,在此基础上给出考虑了故障严酷度的平均故障间隔时间(MTBFS)的可靠度计算新方法;讨论了有助于消解“乘积负效应”的可靠性分配和预计方法;接着讨论了关于机械系统故障的几个相关概念,包括:提出一种适合机械系统可靠性分析的故障新定义,提出性能故障是机械产品系统重要故障模式的新观点,从机械系统运动的角度出发从理论上系统分析了机械系统所有可能的故障模式(全故障模式),从元动作的运动故障模式出发系统地讨论了组成元动作单元的结构方面的故障原因;最后,讨论了关于多学科综合复杂机电产品可靠性的系统工程方法论,包括:从机械传动系统/机械结构系统/流体驱动系统三个分系统的角度讨论了多学科综合复杂机电产品可靠性工程的系统性分析方法,介绍了一种基于元动作的机械系统可靠性新理论。为了促进学术研究和交流,在每个新概念后都附有笔者认为有进一步研究价值的研究课题,供读者参考。

大工程视野的机械工程专业教育研究

当前高校工程学导论课程多通过新生研讨课、采用课堂理论教学模式进行,教学内容偏重历史回顾,缺乏对学生全局思维与大工程视野的培养。作为工科大类培养的核心骨干课程,本研究通过建立“大工程”视野的工程学导论课程教学体系,重构了多学科交叉融合的工程学导论课程教学内容,开展了虚实结合、项目实践牵引的工程学导论课程教学模式研究,建立了基于全过程的工程学导论课程能力达成评价体系。教学改革实践效果表明,开放式的虚实实践项目充分提升了学生创新实践能力,培养了学生解决复杂工程问题的能力。

基于高斯展开法的碟形声学黑洞宽频调谐减振机理研究

近年来,嵌入式声学黑洞(acoustic black holes,ABH)以其优异的性能,在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景,但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。提出一种碟形声学黑洞(dish-shaped acoustic black hole,DABH)结构,将其附加在主体结构上,以实现对主体结构的宽频减振。在Rayleigh-Ritz法框架下,选择高斯函数作为基函数,根据声学黑洞板的形状确定基函数的分布,避免质量和刚度矩阵的奇异化,建立了其耦合系统半解析模型。通过与有限元模态分析结果的对比,验证了半解析建模方法的正确性。研究了碟形声学黑洞结构参数以及连接位置对主体结构振动响应特性的影响规律,分析了碟形声学黑洞的ABH效应以及与主体结构的耦合效应,揭示了其宽频调谐减振的机理,为拓展声学黑洞在宽频结构振动控制上的应用提供了新的思路。

某长途大客车车内噪声测试分析与评价

长途大客车由于远距离行驶,工况复杂,其车内噪声直接关系到乘客们旅行的质量与舒适性。本文针对某长途大客车的车内声学舒适性进行了道路试验测试分析与评价。试验在某汽车专用试验场试验道路上进行,测量了在水平沥青路面、粗糙路面上客车各车速下驾驶员位置、客车中部及后部位置座椅的声压,并进行了分析与评价,结果表明该长途大客车车内声学舒适性良好,且在两种路面上车内声学舒适性差别不大,车厢隔音性能较好。

面向狭窄场景的鲁棒多视角配准方法

多视角点云配准是逆向工程中的关键步骤之一,具有重要的研究意义和工程应用价值。而对于狭窄场景(如口腔或机械结构内部)获取的点云数据,多视角配准算法的精度直接影响重建精度的好坏。为了提升狭窄场景多视角点云配准的速度和鲁棒性,提出一种基于位姿图优化的增量式多视角点云配准方法。首先针对相邻视角的点云,结合迭代最近点法(ICP)和基于特征的配准方法,提出一种多策略融合的成对点云配准算法,用于求解相邻视角点云的配准结果;然后在增量式相邻视角点云配准的基础上,进一步提出一种基于距离约束的回环检测方法,并依据相邻视角点云的配准结果和回环检测的结果构建位姿图;最后采用实时优化策略对位姿图进行优化,消除累计误差,实现鲁棒的多视角配准。实验结果表明,提出的多策略融合配准算法和基于距离约束的回环检测方法是有效的。经典ICP算法和基于FPFH特征的配准算法在实验中存在失效的现象,而提出的多策略融合配准算法并无失效。基于距离筛选的回环检测方法较常规的回环检测方法效率提高。提出的多视角配准算法在配准牙齿模型数据时精度可达到0.0357mm。为了验证算法的普适性,采用多个狭窄场景下连续采集的模型点云进行验证,结果表明:提出的算法取得了不错的效果,表明该方法是一种有效的狭窄场景多视角配准方法。

融入时频能量特征的车内噪声声品质评价方法

为提升车内噪声声品质评价的准确性,建立了一种融入时频能量特征的车内噪声声品质评价方法。该方法首先对车内噪声信号进行变分模态分解获得本征模态分量,再基于Hilbert变换得到各分量的瞬时强度及计权能量,进而获得信号的时频能量特征;在此基础上,建立了以心理声学客观参量和时频能量特征为联合输入的遗传算法优化反向传播神经网络声品质评价模型。应用建立方法对某汽车车内噪声声品质进行评价,其结果与主观评价结果的相关度达93.7%、相对误差小于8.0%,该车车内噪声声品质被准确评价。建立的融入时频能量特征的车内噪声声品质评价方法准确性高,在汽车声品质开发实践中具有良好应用前景。

双离合变速器预选档策略下齿轮敲击动力学分析

双离合自动变速器(Dual clutch transmission,DCT)在预选档状态下具有换档无动力中断和换档平顺等优点,然而在预选档策略下双离合自动变速器的齿轮敲击问题更加突出。以某型湿式双离合变速器为研究对象,分别建立变速器1档无预选以及预选2档下的齿轮敲击动力学模型。模型中各空套齿轮拖曳力矩包括齿轮搅油阻力矩、轴承阻力矩以及同步器阻力矩,此外,模型还考虑了变速器非功率流中未结合状态下离合器所产生的拖曳力矩。齿轮接触模型在考虑齿面弹性接触的基础上,计入了由润滑效应引起的齿隙间非线性油膜力。运用龙格库塔算法对模型求解,获得各齿轮副的动态响应。通过变速器敲击台架试验验证了动力学模型的可行性,计算结果与试验结果具有较好的一致性。对变速器齿轮动力学响应的研究结果表明:在一定角加速度激励下,变速器中空套齿轮存在明显的双面敲击现象;预选档位并不会对无预选状态下已发生敲击的齿轮副产生影响,但是预选档后,变速器非功率流分支发生改变,变速器内空套齿轮数量增多,整体上使变速器敲击问题更加突出。