在某大型实验装置中,需要设计零挠度的超长悬臂筒体作为其核心部件。该部件通过端部支架支撑,完全独立悬臂。为实现该结构的零挠度,通过研究“预上翘挠度补偿”原理,确定了预上翘角度理论计算及采用双楔形垫片调节预上翘角度的方法。并根据该部件的材料参数,对构件的挠度、调节角度和双楔形垫片旋转角度进行了具体的分析设计,结构优化及仿真分析。设计出中心轴线直线度优于2mm、悬臂结构末端挠度为零、总长度达20.2m的悬臂筒体,并实现了工程应用。

推焦杆回程中的振动问题严重影响了推焦设备整体稳定性及焦炉正常生产,为找到推焦杆振动原因,通过模态分析,得到推焦杆固有频率,并通过试验采集推焦杆回程振动信号,通过短时傅立叶变换(STFT)对振动信号进行时频分析,提取出推焦杆不同时间段振动特征值。结果表明推焦杆振动频率与结构固有频率极为接近,说明推焦杆发生了自激振动,此外,推焦杆振动主要发生在滑履退出炭化室前,说明摩擦力是导致推焦杆产生自激振动的主要原因。另外,由于约束较少,滑履退出炭化室后,推焦杆发生轻微碰撞现象。

横梁作为桥式龙门铣床的主要移动部件,其结构设计直接影响机床整机的工作性能。为此,提出了一种以质量屋为核心,融合正交试验设计、模糊线性回归理论和(0~1)目标规划优势于一体的横梁优选设计方法。在调研咨询确定横梁设计需求的基础上,运用层次分析法计算设计需求相对权重;通过正交试验设计制定横梁候选方案,获得横梁工程特性三维建模仿真值,并进行横梁设计方案符合度等级的评定,从而完成质量屋的构建;运用模糊线性回归理论建立质量屋中参数之间的函数关系,并构建(0~1)目标规划模型进行方案优选,确定参数组合为“箱中箱—井—20mm—线轨”的横梁优选方案。研究结果表明优选设计后,横梁的静动态性能明显得到改善,且实现了轻量化设计,验证了所提方法的正确性和可行性。

以NACA2418标准翼型前缘为研究对象,提出一种基于离散材料优化(DMO)法的复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计方法。将离散材料优化(DMO)法与拓扑优化相结合,设计一种机翼前缘柔性机构来实现自适应连续变形,选定机翼前缘上10个离散点的实际位移与目标位移的偏差为目标函数,采用统一拓扑和多相材料优化的材料插值方案建立数学模型,最后用OC优化准则求解。利用MATLAB编程获得机翼前缘的拓扑结构,使用CATIA对拓扑结构进行三维建模,最后将得到的三维几何模型导入Hyperworks软件进行仿真分析。结果表明,机构可实现机翼前缘0°到9.3°的连续偏转,验证了该方法的可行性。

针对传统孔组几何参数测量方法存在的效率低,无法适应多种孔形变化的问题,提出了一种利用机器视觉分类测量孔组几何参数的方法。对获取的薄板铆接孔组图像,进行阈值分割、ROI提取、孔形识别等处理,采用质心法获取目标孔组的中心坐标并利用孔形面积与直径、边长之间的几何关系获得孔组中各个孔的直径或边长,实现了孔组几何参数的计算。实验结果表明中心、直径及边长的测量结果达到了精度要求,解决了传统薄板孔组几何参数测量方法效率低且适应性低的问题。

针对大型螺旋桨静不平衡检测难问题,基于液体静压支承原理和传感器技术,提出一种大型螺旋桨立式静平衡仪并对其系统构成及检测原理进行介绍。结合核心零部件球面副的外形结构建立了油液泄漏量和静平衡仪承载能力数学模型。通过MATLAB软件仿真分析球面副关键尺寸与平衡仪负载能力之间的关系,根据分析结果及系统最大承载要求设计了球面副结构。最后有针对性地选择不同规格螺旋桨进行现场实验,实验结果表明该系统具有较高准确性和较强稳定性,对静不平衡质量人工磨削具有重要指导意义。

铸造过程由于其自身生产工艺的特点,常常会产生缩孔和气孔等缺陷,这些内部缺陷会对零件质量产生不好的影响,也会缩短零件寿命,因此需要准确地识别出这些内部缺陷。通过工业CT设备对铸件进行扫描,可以获得了一系列工业CT切片图像。为了快速提取工业CT图像的孔类缺陷,首先使用二维Otsu自适应阈值算法进行阈值分割,以区分工业CT图像中的物体与背景,然后通过Sobel算子得到图像的初始边缘轮廓,再基于拉格朗日插值法进行亚像素边缘检测。实验表明,该方法可以有效地识别铸件工业CT图像中的缩孔和气孔缺陷。

应用Pro/Engineer建立了螺旋密封流体域模型并且结合ANSYS有限元软件,对泵送流动、泄露流动进行了模拟分析,找到了不同工艺参数对螺旋密封封液能力影响的规律,对螺旋密封的实际应用提供理论依据。所建立的螺旋密封数值模型能够准确反应泵送流动与泄露流动时流场的分布情况;随着转轴的转速、密封介质的动力粘度以及螺旋长度的增大,封液的能力呈现出线性增长的变化趋势;随着螺旋密封结构齿顶间隙的减小,螺旋密封的有效防泄漏增强,封液能力明显加强。

针对一类分数阶扩散方程反初值问题进行求解,首先将分数阶扩散方程的反问题转为适定的优化问题,然后运用量子粒子群优化算法求得Tikhonov正则化参数,最后进行分数阶扩散方程的反初值计算。数值仿真结果表明该算法是有效的。

基于两轮自平衡小车平台,针对目前模糊控制和自适应控制结合较少,实物验证缺乏的问题,应用仿真对比、实物验证的方法,对设计的模糊自适应控制器的稳定性和有效性进行了理论上的分析,证明了模糊自适应算法的可行性。通过在相同的初始条件和控制结构下进行仿真实验,并对仿真结果的角度、角速度两个跟踪指标与预设函数进行了对比分析。最后用实物实验进行了验证,得出了“糊自适应算法能实时地对未知外部干扰和建模不确定性进行自适应模糊补偿”这一结论,对以后欠驱动系统的控制具有一定的参考价值。