零部件的轻量化对提升航空航天装备效能意义极大,传统的制造技术难于满足小批量多品种零件的轻量化制造需求,而增材制造技术的发展为航空航天零部件的个性化制造打开新局面。本文以某型航空发动机附件支架为例,研究其受载荷的应力和变形情况、分析其传力路径,采用构型拓扑化的思路结合增材制造工艺特点,按传力路径优化材料分布和结构设计。结果表明优化后减重22.6%,一阶固有频率提高到279.9Hz,满足指标要求。面向增材制造优化的支架满足轻量化、集成化、功能结构一体化要求,本文所述的设计思路具有推广和借鉴意义。

提出一种基于系统结构的拟神经网络建模与优化原理及拓扑结构。与传统的人工神经网络建模方法不同，该方法在建立系统模型时充分利用所研究对象的已有知识，使所建网络模型的权值具有明确的物理意义。通过对其网络权值的调整，同时实现了非线性系统的结构参数优化。以直动式溢流阀为例，验证了该方法的可行性和有效性，为非线性系统建模和优化提供了一个新的方法。

串联机械臂是一种融合机电液特征的连杆机构,针对复杂多变运行工况时运动稳定性能下降的缺陷,在串联机械臂运动系统结构和运动动力学模型基础上,对串联机械臂运动控制系统控制拓扑结构进行了重构,设计了基于强化学习算法的运动控制策略,通过在线标定优化相关参数,实现运动控制的稳定性,在构建的变工况运动控制试验台架中验证算法的可行性,实验结果表明,设计的强化学习算法能够有效的提升串联机械臂的运动稳定性。

结合定子永磁混合式步进电机和超强型混合式步进电机结构及性能优点,提出一种仅在定转子齿层放置永磁磁条的超强型齿层永磁混合式步进电机,具有定转子结构简单、转矩和功率密度高、电磁场二维分布、设计分析计算方便等特点。针对电机结构特征、运行原理及转矩提升机制进行理论分析。基于归一化分析方法和二维有限元计算,探究齿高、齿宽、齿距、气隙等齿层参数变化对空载反电势、定位转矩、输出转矩、转矩脉动、保持转矩等电机性能的影响规律,提出该类电机齿层参数优化设计准则。将同规格定子轭部永磁混合式步进电机、定子齿层永磁混合式步进电机与所提出的超强型齿层永磁混合式步进电机进行性能比较研究,验证了理论分析的正确性及新型电机结构性能的优越性。

烟叶仓库的温湿度环境直接影响烟叶的自然醇化效果,为烟叶存放提供适宜的环境条件,已成为众多卷烟企业非常重视和关注的问题。针对基于有线的烟叶仓库温湿度监测系统中传感器放置位置不灵活、需要大量走线、监测效率低等情况,设计了一套基于ZigBee技术的无线传感器网络烟叶仓库温湿度监测系统方案。系统采用了ZigBee技术,利用MESH网状拓扑结构和2.4 GHz的射频收发无线模块;实现了传感器灵活布置,提高了烟叶仓库的温湿度环境参数的实时监测能力,为烟叶仓库的环境监测提供了一种新的途径。

针对多路阀设计中阀芯节流槽结构的拓扑形态表达和其流固耦合响应的大组合、大自由度解析问题,提出多路阀阀芯节流槽拓扑结构组合的神经网络模型。在利用多路阀动态特性台架实验验证其三维流体解析结果的基础上,将节流槽拓扑结构分类为由半圆槽、U型槽、圆孔等结构的参数化组合构成,通过正交实验法得到各参数组合条件下的多路阀三维流体解析响应,作为反向传播神经网络的训练样本,实现其节流槽拓扑结构组合的神经网络表达;采用进化神经网络优化训练过程的初始权重和阈值,优化后的神经网络能够对非训练样本集合的多路阀三维流体解析响应实现准确预测。研究结果表明,此模型为阀芯节流槽结构设计中拓扑形态表达提供了一种新的思路,对多路阀数字化设计具有实际意义。

底盘液压控制系统是混合动力汽车底盘域中关键的系统,针对混合动力汽车底盘液压控制系统故障诊断精度下降,故障诊断覆盖率过低的问题,在混合动力汽车底盘液压控制系统结构和集成化诊断拓扑结构基础上,构建了关键部件的精细化模型,采用分段故障阈值方法对底盘液压控制系统进行故障检测,并对故障检测结果进行防抖处理,在构建的混合动力汽车底盘液压控制系统故障模拟实验平台进行故障注入试验,实验结果表明,所采用的故障诊断方法能够提高故障诊断速率和覆盖率,确保故障诊断精度。

液压机械臂是一种高精度化控制的综合机械设备,在越来越复杂的工业化作业工况下,需要液压机械臂具备完善的多样化自动化功能,针对液压机械臂控制系统的电气化缺陷,在液压机械臂运动学基础上,进一步构建其控制系统的电气化拓扑结构,对电液耦合协调驱动、电气系统故障诊断以及运动控制进行优化设计,最后利用DOE实验设计方法进行验证,通过实验结果可以说明采用的电气化优化设计方法能够满足液压机械臂的电气化目标。

在考虑地脚支撑对整机性能影响的前提下,提出了一种确定机床整机优化目标、并基于拓扑分析与多目标尺寸分析对机床整机性能进行优化的方法。通过有限元仿真的方法对整机进行动静态特性分析,以识别整机动静态特性中的薄弱环节与易轻量化环节。选取床身结构为优化对象,首先通过仿真分析了地脚数量与结构固有频率的关系,对地脚支撑数量及其布局进行了优化。进而以地脚支撑优化结果作为床身结构优化的边界条件,基于元结构的多目标优化方法,确定了床身的拓扑结构及关键尺寸参数。结果表明,在整机质量减轻174kg的情况下,优化后的砂轮最大响应幅值减少25%以上,最大响应幅值对应的频率提高10%以上,验证了文中提出方法的有效性。

磁力齿轮有着转子间无摩擦、制造安装简单、成本相对较低等优点,是一种优良的传动机构。从时间上简述了磁力齿轮的发展历史,对比了国内外对磁力齿轮的研究现状。介绍了几类常见的磁力齿轮拓扑结构,比较了这几类磁力齿轮的优劣。总结了其将来的发展方向与可研究问题。