作为世界制造大国和资源消耗大国,绿色制造、数字化制造、极端制造已成为我国制造科技的发展方向。加强极端制造的基础科学和关键技术研究,提升制造业的自主创新能力和装备制造技术水平,是建设制造强国的必由之路。
提出能够模拟大锻件空洞型缺陷演化和微观组织演变等控性指标的数值模拟方法。基于典型体元模型建立空洞体积变化与宏观应力应变场关系的数学模型,以图从多尺度角度揭示宏观的塑性变形及其应力状态对随机分布的微小空洞的体积变化影响规律。将该模型与有限元法集成,当锻件内任意一点有空洞型缺陷（给定缺陷体积百分比）时,能够模拟得到成形过程...
以300MW发电机转子的锻造拔长过程为例,针对操作过程没有错砧、偶数道次错砧量为名义送进量的1/2和按照锻件变形尽可能均匀原则选择偶数道次错砧量等方案,设计3种不同的锻造操作机末端运动轨迹,综合分析锻造操作机末端运动轨迹对锻件轴向中心线上等效应变分布的影响。结果表明,根据变形均匀性原则设置错砧量的方案明显优于另外两个方案,与没有错...
巨型重载操作机是极限制造装备技术的重要体现,为了降低操作机的控制难度,研究3种常见锻造操作机主运动机构的解耦性问题。建立3种锻造操作机的运动学模型,并求解机构的速度输入—输出关系矩阵,发现在传统的输出参数定义下,3种操作机的输入始终处于耦合状态。根据实际工作状态重新定义输出参数,在此基础上提出一个新的解耦定义方法。分别单独求...
主要研究平动式锻压操作机在拔长初期夹持短粗锻件大范围顺应运动时的动力学行为。使用拉格朗日方法建立锻压操作机顺应运动过程中的动力学模型,建模中计入大范围运动引起的构型变化与非线性刚度效应。研究操作机的主要设计参数对操作机夹钳受力性能的影响,其中包括操作机夹钳质量,竖直缓冲缸蓄能器气囊初始高度与阻尼孔面积。计算结果表明,操作...
重载滚动轴承是一种广泛应用于大型机械操作设备中的零件,其内部的高应力状态对轴承的寿命有着重大的影响。在ANSYSLS-DYNA环境下通过建立滚子轴承的多体动力接触有限元模型,通过选用双线性等向强化模型和双线性随动强化模型这两种不同的材料塑性变形模型,计算不同变形本构关系材料模型的低速轴承在两种工况下中的应力状况。之后将计算结果与前...
对钳口欠约束的重载锻造操作机夹持机构的结构特点进行分析,指出重载夹持装置夹持接触力的封闭性及优化计算的重要性和困难性。在比较分析重载夹持操作和多指手抓取作业的力封闭性特点基础上,将重载夹持装置的钳口与锻件接触界面之间复杂的分布式动接触作用等效为接触约束区合成的集中力的摩擦点接触模型,基于BUSS等发现的摩擦点约束与正定对称...
为了解决操作机和夹持系统性能设计中可行抓取力和承载条件计算问题,研究过约束、超静定条件下的接触力建模和抓取分析方法。基于抓取的接触动力学约束,采用拉格朗日乘子方法建立摩擦抓取的约束力求解模型。讨论超静定抓取中接触约束的不确定性。通过识别可行速度集合与约束力集合的旋量基及其张成的子空间,给出表达摩擦接触约束力可行解的主动...
锻造操作机是核电、火电、轨道交通等重大装备制造的关键设备。针对锻造操作机高速、高精度以及可靠性的要求,对锻造操作机液压系统进行功能分析,在此基础上设计锻造操作机液压系统回路。锻造操作机液压控制系统包括夹持系统、提升俯仰系统、水平移动系统、缓冲系统、大车行走系统和夹钳旋转系统。采用平均流量法对液压泵站进行节能设计。在数学...
锻造操作机是自动化锻造作业当中不可缺少的重要装备之一,在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥了重要作用。为了提高锻造操作机的工作性能,针对某一型号的锻造操作机设计相似机构以便于开展试验研究。针对此相似机构,采用虚功原理方法建立其逆动力学模型。为减小机构动力学非线性对响应性能的影响,采用动力学前馈方法将钳杆按期望轨迹运动时...
针对巨型重载操作装备极端制造中多维大载荷测量的难题,提出一种利用压电石英作为力敏元件的新型并联式轴用压电六维力/力矩传感器。对比各种力敏元件的性能,选择压电石英作为力敏元件可以实现空间力/力矩的动态测量,分析压电石英晶组不同空间布局方式的测量原理,提出并联式轴用压电六维力/力矩传感器的多点测量原理,分别对其建立空间力学模型,...
锻造操作机与压机的协调作业可以实现大型锻件的加工制造,提高锻造系统的制造能力和材料利用率,降低系统的能耗。操作机的操作性能是锻造工艺轨迹的设计基础,也是操作机主运动机构的优化目标。根据锻造操作机的操作特点,归纳操作机的主要操作性能：运动灵巧性、动态灵巧性、力承载性能和末端刚度性能,并借鉴机器人学的运动可操作性、力可操作性...
锻造操作机系统是机电液一体化复杂系统,计算机设计与仿真技术是此类复杂产品研发的核心技术。针对操作机的特点,提出一种面向操作机系统的设计与仿真平台,详细阐述该平台的体系结构、协同设计子系统和协同仿真子系统的功能结构。在协同设计中,采用分区分层的组织模式和对设计中的关系进行分类定义和管理的方法,解决耦合复杂性问题。在协同仿真...
为提高伸缩式管道机器人的负载能力,研制一种基于凸轮自锁原理的伸缩式管道机器人,牵引力不受限于某一固定摩擦力,可随外载荷的增大而增大。应用分析力学原理导出单向锁止机构各参数应满足的关系式,并给出可适应管径变化的凸轮轮廓设计方法,计算出移动机构系统的响应时间,提出一套系统的管道机器人设计理论方法。利用提出的设计方法研制试验样机...
基于容错策略对具有高可靠性的一种球形机器人控制系统进行研究。根据球形机器人自主运动的任务要求将控制问题分解为8个局部控制器,并基于局部控制器的结构研制基于多传感器的球形机器人嵌入式控制系统。这些局部控制器相互之间存在通信和信息交互的能力,在任务分配和协作方面具有自主性。基于冗余容错控制技术设计球形机器人的冗余双备份伺服...
针对传统确定自治水下机器人（Autonomous underwater vehicle,AUV）水动力参数试验和理论计算的困难性及以往辨识方法优化结果趋于局部最优解的缺点,提出一种基于遗传算法的AUV水动力参数辨识方法,该方法不受参数初值选取的影响,具有较好的鲁棒性和全局寻优特性,可为AUV运动控制、状态预报及控制系统开发等提供动力学模型。针对开架式AUV原型样...
研究一种机器人自动化生产线缓冲区容量分配问题的优化方法。生产系统的生产率与各工序可靠性、生产率及缓冲区容量密切相关。生产线缓冲区总量受限,须将此总量分配至各生产工序的缓冲区。采用连续型生产线模型,并使用近似和分解方法建立生产线可用度和缓冲区容量分配间的关系模型。提出在缓冲区总容量受限状态下,以生产线最大可用度为目标的优...
以有限元理论为基础,建立考虑诸如非线性油膜力、陀螺效应等因素的碰摩故障转子—轴承系统多自由度模型,应用与Newmark法结合的打靶法分析碰摩故障多自由度转子—轴承系统的周期运动稳定性。研究系统随系统偏心距、碰摩间隙、碰摩摩擦因数、碰摩刚度等影响因素的失稳分岔规律。研究发现,小偏心距下系统发生hopf分岔失稳,而大偏心距下系统发生倍...
为从非平稳转速齿轮箱故障振动信号中提取包含故障信息的特征频率,提出阶比多尺度形态学解调方法,该方法采用线调频小波路径追踪算法获得齿轮箱转速信号,根据转速信号对时域振动信号进行等角度重采样,并用基于信号局部峰值的方法确定多尺度形态学分析的结构元素,用各结构元素对重采样信号进行形态学操作,对操作结果的平均值做频谱分析,以完成阶...
在考虑螺旋桨、柴油机连杆和活塞变惯量、扭纵耦合效应的情况下,采用当量轴向力的方法,将横向变惯量和气缸体压力变化激励转换为轴向激励,建立6拐螺旋桨曲轴系统的非线性动力学模型,该模型代表一个强非线性非自治系统。通过数值仿真,研究该系统在工作转速下的时间响应和频谱。结果表明,在螺旋桨与第1个曲拐之间、第5与第6个曲拐之间的相对扭转振...
为研究支承刚度和齿侧间隙对齿轮-转子系统的分岔和混沌运动的影响,考虑齿侧间隙和内外激励的作用,建立齿轮-转子系统的非线性动力学模型。在对动力学方程进行数值仿真的过程中,为判断齿轮-转子系统的振动是否为混沌运动,采用混沌时间序列分析的方法计算齿轮-转子系统的高维非线性方程的最大Lyapunov指数。结果表明,随着支承刚度的增加,系统的弯...
针对大批量定制生产模式下零部件重用的需求,提出了对分类编码的新要求;以分类特性为核心,论述了零部件通用分类编码过程;阐述了零部件ABC分析、名称分析和分类特性提取、确定类和类层次、构建多重分类树等各步骤的目的及具体操作内容,提出了基于语义关系的零部件分类模型;给出了满足大批量定制需求的编码方案;并结合某柴油机制造企业零部件的实...
采用多目标进化算法解决具有工件释放时间、工件目标差异的柔性作业车间调度问题。依据实际制造系统中存在较多的最大完工时间、平均流经时间、总拖期时间、机器总负荷、瓶颈机器负荷和生产成本性能指标,建立多目标柔性作业车间调度模型。针对柔性作业车间调度问题的特点,设计一种扩展的基于工序的编码及其主动调度的解码机制,以及初始解产生机...
为研究高速精密压力机组合式预应力机身预紧力,利用接触力学和有限元法对存在于机身接触面的接触非线性问题进行研究。选择拉格朗日乘子法作为接触算法,结合预紧力单元将机身作为一个系统来进行研究,采用预置条件共轭梯度解法对各预紧力工况下的机身模型进行求解,并论述增量理论和拉格朗日乘子法在此类问题中的求解。对具体算例进行分析,根据计...
为提高复杂产品目标选择性拆卸序列规划的效率,基于自底向上的思想,提出一种拆卸混合图和粒子群算法相结合的方法。为了表达产品零部件间的内部约束和拆卸优先关系,建立产品拆卸混合图模型,并推导出可拆卸性约束表达式。基于粒子群优化算法,给出目标选择性拆卸序列规划问题的数学描述和粒子适应度计算公式。利用图深度搜索算法确定拆卸目标位置,...
为提高管电极电解加工的稳定性,对管电极电解加工的极间流场进行建模仿真,分析底面流场分布与加工稳定性的关系。仿真所得到的底面压强分布变化规律表明,侧面间隙、底面间隙以及电解液流速均对底面流场分布有重大影响,从而影响管电极电解加工的过程稳定性。结合仿真分析,通过对影响加工稳定性的主要工艺参数,如绝缘层的涂覆厚度、工具进给速度、...
通过建立一系列夹具定位规则,实现了定位基准的自动选择和基准上定位点的自动布局。将工件定位基准的约束自由度定义为线平移、线转动、面平移和面转动四种类型。建立从工序要求中自动提取约束自由度信息的方法。采用矢量形式表示四种约束自由度、采用定位点布局表示基准的定位能力及能力大小,据此建立约束自由度任务的合并、分解、坐标转换等运...
三角网格曲面因其快速灵活、拓扑适应能力强等优点,在与制造业密切相关的航空航天、汽车、造船以及模具等工业领域得到越来越广泛的应用。针对网格曲面加工截面线型路径与边界不一致性等问题,提出一种保持边界一致的等残留刀位轨迹生成方法。该方法以减少抬刀、路径转接为目的,并综合考虑刀具轨迹几何与运动力学性能。首先对网格曲面局部区域进...
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