摘要：机械臂结构具有高度非线性和强耦合等特点,高精度运动控制一直是国内外学者关注的热点问题.以AR4机械臂为研究对象,对机械臂控制影响较大的正、逆运动学进行系统的分析,确定机械臂相应结构参数,利用D-H法求解机械臂正、逆运动学数值计算模型.针对机械臂在空间运动中关节卡顿产生的抖动现象,采用三次样条插值算法进行优化.在笛卡儿空间规划中采用直线插补法减少末端执行器运动距离,通过Matlab仿真得出具体规划点,满足设计要求.最后,利用SolidWorks建立机械臂的三维模型并生成统一机器人描述格式(Unified Robot Description Format,URDF)模型,使用MoveIt进行实际机械臂在关节空间和笛卡儿空间的轨迹规划,通过RViz展示运动过程.试验结果表明,加入三次样条插值算法后,机械臂关节电动机能够保持稳定的运转,相对于无三次样条插值算法,关节轨迹曲率分别降低了15.4%、35.6%、21.3%、26.8%、18.98%和45.7%,有效解决了关节运动过程中的抖振问题,实现了机械臂平稳运动.

摘要：材料的多轴疲劳寿命预测研究是保证部件结构完整性的关键要素之一.近年来机器学习尤其是神经网络在疲劳寿命预测领域得到了广泛应用.然而,疲劳数据的不足阻碍了神经网络在疲劳预测中的进一步应用.为了解决这一问题,考虑疲劳先验物理知识的物理信息神经网络逐渐受到关注.首先,概述了机器学习算法的分类及神经网络模型在多轴疲劳寿命预测中的应用.随后,重点对基于物理信息神经网络的材料疲劳寿命预测研究进行了深入探讨.最后,从基于物理信息的输入特征、基于物理信息的损失函数构建和基于物理信息的网络框架开发等3个方面对物理信息神经网络模型的发展进行介绍.相关研究表明,在材料多轴疲劳寿命预测过程中,物理信息神经网络可以表现出更好的物理一致性和预测性能.

摘要：为研究残余应力和硬度对齿轮弯曲疲劳性能的影响,以渗碳热处理20MnCrS5钢制齿轮为研究对象,进行复合小径喷丸强化处理,进而实现同一材料的齿轮具有不同硬度和残余应力状态.以最大主应变准则为基础,分别引入残余应力影响项以及残余应力-硬度耦合影响项建立疲劳寿命预测模型.通过喷丸齿轮弯曲疲劳试验确定最优残余应力影响系数和修正系数,对比两种模型的寿命预测精度;通过未喷丸齿轮弯曲疲劳试验验证模型的准确性.结果表明,当单一考虑残余应力影响时,残余应力影响系数最优值为0.09,模型可实现较高的寿命预测精度.同时考虑残余应力和硬度影响,修正系数最优值为0.04,模型具有更高的预测精度.

摘要：针对数据集不平衡条件下基于多传感器数据的齿轮箱故障诊断分析问题,提出一种基于峭度指标数据融合及生成对抗神经网络(Generative Adversarial Neural Network,GAN)的齿轮箱故障诊断方法.首先,基于信号峭度对多个传感器数据进行加权融合,使融合后的信号中突出齿轮箱的故障敏感成分;其次,利用小波包变换提取信号各频段的能量系数作为信号特征;最后,基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络实现信号特征的分类与识别.由于实际工况中,故障信号较正常信号更不易获取,所以采用GAN对数据集中故障数据部分进行扩展,并采用扩展后的数据集训练BP神经网络.试验分析表明,所述方法故障准确率高达98%,验明了所提方法的正确性,为多传感数据融合及故障诊断问题提供了新的思路与方法.

摘要：针对齿轮箱振动噪声问题,采用多目标拓扑优化,优化箱体结构.首先,提出使用博弈论综合层次分析和灰色关联,即组合赋权法分配子目标最优权重值,同时对比3种赋权法优化结果的迭代曲线,验证组合赋权法的优越性.然后,使用折衷规划法归一化子目标得到综合目标函数.最后,根据拓扑优化结果、应力位移云图和模态振型改进箱体结构,改进后箱体相较于原箱体:箱体质量减轻11.2%,箱体最大应力下降39.6%,位移下降5.1%,节点位移幅值响应下降82.8%,前4阶频率均有所上升.所提权重分配方法改善了子目标权重值分配可信度不高、忽略主观判断等缺点;实现了箱体的轻量化;箱体结构改进后静动态性能大幅提升.

摘要：链轮链环传动系统作为刮板输送机的核心部件,其链轮链窝发生磨损是刮板输送机的主要故障之一.从分析链轮链窝的啮合传动特性入手,构建Archard准线磨损模型,计算出工况下链窝准线的磨损深度,并对实际磨损链轮的磨损深度进行了测量,验证了磨损模型的准确性;使用有限元法构建圆环链形变模型,预测了链窝母线形状的变化情况,根据准线、母线的变化情况重构磨损后的链轮齿面形态;对链窝磨损的影响因素进行了分析.结果表明,增加链轮材料的硬度、降低链速、减少负载及降低铺设倾角等均会减少链窝磨损.该研究为刮板输送机链轮链窝磨损形态的研究提供了依据.

摘要：加筋壳结构具有较高的比刚度和比强度,被广泛应用于航空航天承力结构中.可靠性优化设计(Reliability-Based Design Optimization,RBDO)方法通过综合考虑结构参数中的不确定性和风险因素,可避免结构的过保守设计,保证其在服役环境中的可靠性和安全性.提出了一种基于自适应代理模型的高效RBDO方法,来解决屈曲可靠性约束下的加筋壳结构轻量化设计问题.基于预期可行性函数准则实现了样本点的自适应添加,并通过构建分段函数将离散变量连续化,进而在保证设计结果可靠性的前提下提高优化效率.最后,通过将可靠性优化设计结果与确定性优化结果对比,验证了所提方法的有效性.

摘要：为解决多源异构数据的融合问题,提高可靠性评估的精度,根据D-S(Dempster-Shafer)理论和最小二乘法相结合的思想,提出一种基于近似失效点的多源异构数据融合方法.首先,针对单一数据源构造概率分配并进行加权融合得到概率包络,建立基于近似失效点的分布拟合模型.其次,采用最小二乘法得到参数估计值并构造面积度量指标确定真实的失效分布函数,进而完成可靠性评估.最后,通过算例验证了该方法的可行性与有效性,相较于Bayes方法精度更高.

摘要：单管塔广泛地应用于5G通信设备的搭载基础,由于建设的需求,其挂载设备常常会随着5G建设的变化而变化,由于其阻尼很小,挂载设备的增加会导致其顶部振动过大,降低塔体的搭载能力.所以,对塔体顶部振动的控制显得尤为关键.因此,提出了一种用颗粒阻尼调谐质量阻尼器(Particle Damping Tuned Mass Damper,PDTMD)来控制5G通信塔的顶部振动过大问题的方法.基于碰撞理论建立了利用PDTMD控制通信塔振动的数学模型,详细核算了增加PDTMD后的铁塔在风载荷下的振动响应,分析了PDTMD的阻尼机制;对比了PDTMD与传统调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的阻尼效果.研究发现,颗粒阻尼具有良好的能量耗散能力,与传统的TMD相比,PDTMD具有更好的阻尼效果,更高的鲁棒性.最后,基于实际信号塔,对复杂环境下PDTMD的使用参数进行了优化.分析了阻尼颗粒与蜂窝结构之间的缝隙、颗粒的材质、颗粒的质量占比等对阻尼器减振效果的影响.

摘要：鉴于风力机叶片内部结构与植物叶片存在一定的相似性,基于仿生学方法将植物叶片中轴形态应用于5 MW风力机叶片,提出一种新型仿生叶脉结构分布,并提出完整的复合材料叶片铺层方案.通过流固耦合方法对新型仿生叶脉叶片进行模态分析与静力学分析.结果表明,仿生叶片前6阶固有频率相较于传统铺层叶片均有所提高且不易发生共振,其抗扭转特性也有所提高;在50 m/s的极端风载荷作用下,仿生叶片叶尖位移量明显小于传统叶片,应变分布与切应力分布较传统叶片分布更加均匀,但切应力最大值有所增加.

摘要：针对传统轴承故障诊断采样数据量大、诊断时间长和故障特征选择主观性强等问题,基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)和深度多核极限学习机(Deep Multi-Kernel Extreme Learning Machine,DMKELM)理论,提出了CS-DMKELM滚动轴承智能诊断模型.首先,对变换域信号阈值处理得到稀疏信号,使用高斯随机矩阵作为测量矩阵,对处理后的数据进行压缩;其次,使用压缩后的数据作为DMKELM的输入信号,利用粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法对关键参数进行优化,实现故障的智能诊断.结果表明,所提方法可使用较少的轴承诊断数据,利用DMKELM从少量测量信号中自动提取轴承的特征信息,实现了轴承的快速故障诊断.在诊断时间0.55 s的情况下,最终识别准确率可达99.29%.所提方法不仅诊断时间更短,而且诊断精度较高,为处理海量轴承数据的故障诊断提供了新方法.

摘要：喷丸强化工艺广泛应用于齿轮等基础零部件的制造过程,其自身局限性限制了工件表面完整性的提升.为进一步提升工件表面完整性,采用数值模拟与试验相结合的方法,研究二次喷丸、喷丸-超声滚压这2种表面复合强化工艺对18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢试样表面完整性的影响效果,主要分析两种复合强化工艺对喷丸强化试样表面完整性的改善效果.结果表明,二次喷丸强化试样残余压应力最大值为1 359.56 MPa,位于0.08 mm的深度位置.喷丸-超声滚压强化试样残余压应力最大值为1 329.05 MPa,位于0.25 mm的深度位置.相较于单次喷丸强化试样,二次喷丸强化试样和喷丸-超声滚压强化试样,表面粗糙度分别下降29.42%、62.76%,表面显微硬度分别提升8.70%、17.60%,表面节点残余压应力值标准差分别下降23.36%、89.50%.喷丸-超声滚压强化工艺在提升试样表面硬度、残余应力层厚度和残余压应力均匀性以及降低表面粗糙度等方面效果更显著,能够有效改善喷丸强化试样的表面完整性.

摘要：实际工程中齿轮箱受复杂多变的运行环境影响,导致单一振动信号难以准确有效地表征齿轮箱在不同工况下的故障信息.为此,提出了一种基于加权子域自适应对抗网络的齿轮箱变工况故障诊断方法.首先,采用多源异构信号融合策略,将振动信号时频图、电流信号格拉姆矩阵和红外热力图转换为多通道数据集,从不同视角描述齿轮箱运行状态;其次,构建嵌入高效通道注意力机制(Efficient Channel Attention,ECA)的自校正卷积神经网络(Self-calibrated Convolutions Network,SCNet)作为特征提取器,动态调整多源异构信号间相互作用和依赖关系,平衡源域和目标域的多源异构数据间尺度差异;再次,在特征提取器和域判别器进行对抗训练的同时,引入最大均值差异(Maximum Mean Discrepancy,MMD)和线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)衡量当前跨域任务特征表示的域对齐程度及诊断任务决策边界,并构造动态平衡因子实时调整域对齐损失和类分辨性损失,有效地对齐源域和目标域每个类空间.最后,通过采集的齿轮箱变工况故障数据集进行验证.结果表明,所提方法在不同工况的诊断精度均达到95%以上,证明了所提方法的可行性和有效性.

摘要：针对长期立贮固体火箭发动机(Solid Rocket Motor,SRM)产生的蠕变问题,提出一种在不改变药柱基本结构的前提下,通过在药柱基质中植入特定形状的功能性可燃芯模(即"增强结构")抑制药柱蠕变.首先,通过三维数值模拟方法分析固化降温和立式自重耦合作用下药柱蠕变分布规律.随后,采用变密度法中的固体各向同性材料惩罚模型(Solid Isotropic Material with Penalization,SIMP)对增强结构进行拓扑优化设计,确定植入增强结构的基本几何构型.最后,对比分析拓扑优化后增强结构的抗蠕变作用,得到最终优化设计结果.结果表明,在特定工况下,与无增强结构相比,含增强结构的固体火箭发动机药柱总变形、应力、应变下降明显,能有效抑制药柱蠕变.

摘要：针对单节流孔空气静压轴承的性能,深入研究了其设计参数对承载力和刚度的影响,旨在优化空气静压轴承的结构设计和性能表现.采用有限元方法对单节流孔空气静压轴承进行参数化建模,分析了气腔设计、节流孔直径、供气压力、气膜厚度、节流孔深度、气腔厚度、气腔直径等因素对轴承性能的影响.将仿真模拟与试验平台测试结合,验证了各设计参数对轴承性能的影响规律.研究表明,节流孔直径、气膜厚度、供气压力和气腔直径等参数对轴承的承载力具有显著影响,而节流孔深度和气腔厚度对承载力的影响较小.节流孔直径、供气压力、气腔直径和气腔厚度与承载力成正相关,而气膜厚度、节流孔深度等参数与承载力成负相关.此外,具有气腔结构的空气静压轴承在承载力和刚度方面远超无气腔结构的轴承.仿真结果与试验数据的一致性良好,验证了所建仿真模型的可靠性与准确性.

摘要：为提高大型风力机叶片结构强度,已逐渐使用碳纤维材料替代传统玻璃钢纤维应用于铺层设计中,但碳纤维高昂的制造成本使其难以覆盖叶片整体区域.因此,研究叶片碳-玻纤维铺层材料混掺比例及相对位置对结构性能的影响有助于获得高性能、低成本的风力机叶片.通过Ansys软件调整叶片主梁对应位置的碳纤维和玻璃钢材料比例与铺设相对位置,并采用计算流体力学方法与有限元方法相结合的方式对其进行结构静力学、模态及屈曲分析.结果表明,叶片主梁使用碳纤维与玻璃钢纤维混掺铺层可获得与纯碳纤维叶片相近的性能表现;当碳纤维接近叶尖时,可提高叶片1阶模态和屈曲因子;而当碳纤维接近叶根时,对叶片最大应力应变方面的影响较小;在确保叶片稳定及抗共振性能的前提下,当碳纤维与玻璃钢纤维铺层比例为3∶1且碳纤维接近叶根时,叶片综合性能最佳.

摘要：为解决大功率下运带式输送机在大倾角、高带速条件下极易出现的飞车及断带等问题,提出一种通过调节永磁体与线圈啮合面积大小来实现制动调节的盘式可调永磁阻尼托辊装置.利用Maxwell软件研究了稳定条件下盘式永磁阻尼装置的瞬态磁密分布规律及不同气隙厚度下阻尼力矩的变化规律,并搭建试验台进行试验验证.结果表明,随气隙厚度增大,磁密逐渐增大,最大可达2.1 T;气隙厚度由1 mm增至2 mm时阻尼力矩增大,由2 mm增至3.5 mm时阻尼力矩减小.上述结果可为大功率下运带式输送机的改进与优化提供数据支撑.

摘要：为实现通过单帧图像对螺栓松动角度进行定量检测,设计了一种基于颜色分割和连通域特征处理的方法.首先,设计一种在Lab颜色空间下,对a分量先后进行非线性拉伸、归一化及最优阈值分割的方法来分割表征螺栓松动角度的红色防松线图像;其次,利用开运算对图像进行形态学操作;然后,通过计算防松线图像中连通域的几何矩确定其方向矢量;最后,通过四象限反正切函数确定螺栓松动角度.结果表明,检测算法能够实现通过单帧图像对螺栓松动角度进行精确测量,最大相对误差为1.80%,其精度满足工程实践需要,具有较强的工程应用价值.

摘要：为了明晰在冲击载荷下钛/钢波纹复合板及界面的动态响应、损伤情况以及失效模式,使用空气炮对钛/钢波纹复合板开展小能量(53 J)冲击试验,在验证数值计算模型有效的基础上,开展了多种速度冲击复合板数值仿真,研究多种能量下复合板及其界面的冲击力学响应.结果表明,在小能量冲击条件下,波纹复合板正面出现塑性扩孔破坏,背板产生隆起且在隆起处有裂纹;波纹界面层结合紧密、整体下凹;将靶板沿冲击中心切开观察,截面没有出现裂纹、分层开裂等损伤,这与纤维增强复合材料层合板不同,当冲击表面出现目视勉强可见损伤后一般内部会有明显分层;在数值模拟中波纹复合板在冲击下的内聚力界面损伤区域少于平面界面复合板;小能量冲击时波纹板对子弹动能的吸收主要以整体变形吸能为主,波纹界面钛/钢复合板损伤较小;在多种能量冲击下波纹界面复合板相较于平面界面复合板界面结合更紧密,结构完整性更好,更不容易被破坏.

摘要：低周疲劳是发动机活塞的典型失效模式,为研究多源不确定性因素对活塞低周疲劳可靠性的影响,提高可靠性分析效率,基于Polynomial-Chaos-based Kriging(PC-Kriging)模型和蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS),构建了一种新的可靠性计算方法,并通过数值算例证明了该方法的准确性和高效性.以某型柴油发动机活塞组结构为研究对象,基于热-机耦合分析建立活塞有限元模型,综合考虑关键尺寸、材料属性及载荷的不确定性,运用该方法对活塞进行了低周疲劳可靠性分析.可靠性分析结果表明,与同类型方法相比,该方法计算效率更高,仅需要有限元计算20+93次,当活塞的期望设计寿命为1.4×104时,其疲劳失效概率为1.053%;灵敏度分析结果表明,活塞高度、活塞直径、材料弹性模量和疲劳计算模型参数对可靠性的影响较大,分析结果可为活塞的可靠性设计提供指导.