针对全髋关节置换术中采用的实体假体其高弹性模量与股骨弹性模量不匹配造成术后不良反应的问题,提出了一种能够根据股骨CT数据以及股骨受力情况进行宏微一体结构个性化参数设计,并能有效降低股骨应力遮挡效应的多孔结构股骨假体建模方法。以股骨应力遮挡率作为对比指标,比较了不同多孔结构在股骨假体应力条件下的适应性。实验结果表明多孔结构假体可以有效降低术后由植入物造成的股骨应力遮挡;主轴方向弹性模量较小、斜向弹性模量较大的多孔结构能够更好地适应股骨应力,具有较好的缓解应力遮挡的作用。

机械加工系统是车间层实施绿色制造的主体之一。为了降低不必要的能耗,在以数控机床为加工设备的作业车间中引入一种超低待机状态。该车间将数控机床的能耗状态划分为加工状态、待机状态和超低待机状态三个不同阶段,增加了调度的复杂程度。针对这类特殊的车间调度问题建立面向绿色制造的多元能耗模型,并对数控机床各状态能耗进行详细分析。在此基础上,以能耗最优为目标,设计基于遗传算法的作业车间调度优化方法,引入面向工序的解码方式,在控制方案运行时间的同时实现作业车间绿色制造。最后通过实验案例,验证调度优化算法的有效性,并分析加工时间长度等级对超低待机状态节能效果的影响。结果显示,引入超低待机状态能够降低作业车间20%以上的待机能耗,这表明该状态在类似机械加工行业中具有节能潜力。

断齿是行星齿轮箱常见的一种故障形式。当行星齿轮箱发生断齿故障时,传感器采集到的振动信号由于传递路径的影响会变得复杂,给故障诊断带来困难。为了研究行星齿轮箱发生断齿故障时传递路径对频谱结构的影响,在Adams仿真平台中分别建立行星齿轮箱无故障、太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障及齿圈断齿故障的刚柔耦合模型并进行仿真,提取分析了系统不同状态下箱体的振动仿真信号。结果表明,在时域波形中,路径的变化会对箱体固定位置测量点处的振动信号产生明显的调幅作用;在频谱图中,啮合频率的两侧也会产生由不同频率组合的边带成分。该研究可为后续行星齿轮箱的故障诊断提供依据和参考。

针对传统的频谱分析方法在非平稳工况下导致的"频谱模糊"现象,利用信号模型和阶次分析的方法对风电机组齿轮箱进行了故障诊断研究。建立了非平稳工况下齿轮箱高速级的振动信号模型,推导了其时频谱及阶次谱结构,利用阶次分析的方法分析了振动信号的阶次谱,提取了齿轮故障特征。最后,利用真实风场齿轮箱振动数据进行分析,对齿轮箱故障进行了准确识别。

齿轮箱是风力发电机组的关键传动部件,长期承受复杂的非平稳负载,容易出现裂纹、断齿、磨损等齿轮故障,造成安全事故及经济损失,对其进行故障诊断意义重大。针对传统的频谱分析方法无法满足非平稳工况下风电机组齿轮箱故障诊断的问题,利用阶次分析的方法对齿轮箱进行了故障诊断研究。分析了阶次分析方法的基本原理,推导并总结了齿轮箱特征阶次,最后,利用阶次分析方法对真实风场数据进行分析,准确识别了齿轮箱中的故障。

为解决水下机器人进行水下目标物识别时,存在的计算速度慢、抗噪声能力差等问题,提出一种基于SIFT和FLANN的图像识别算法,并在自主研发的机械臂平台上进行验证。使用改进算法提高目标识别的准确率;基于D-H法建立机械臂模型进行运动学分析,实现系统优化控制。利用机械臂进行多组抓取实验。结果表明:所提方法不仅可以准确地识别海参,同时可以自动调节识别框的位置,提高机械臂抓取的成功率,验证了该算法的有效性。

现代企业生产将会面临生产效率、经济及环境等多方面的需求,并且车间需要随时根据企业生产需求的改变调整生产调度策略。文章面向流水车间,建立了车间的生产运作时间,生产成本以及车间能耗的多目标数学模型,运用归一加权方法对量纲进行统一,并根据企业需求,通过层次分析法决策各指标权重,利用遗传算法对此问题进行寻优迭代,实时获取符合当下生产情况的调度优化方案,建立了一套面向高效、经济、节能的流水车间多目标调度优化方法。在此基础上,根据车间生产特点,提出了四种典型车间生产调度模式,并运用敏感性分析对车间生产模式进行判断。最后,以流水车间齿轮类零件加工为例,分析不同生产模式下车间调度方案,验证了模型的有效性与准确性。

为了在产品设计中考虑低碳性以减缓与控制碳排放,推动生态工业可持续发展,针对近年来国内外发表的研究成果,以碳排放减量化为设计目标,从产品概念设计阶段低碳设计方法、结构设计阶段适用的低碳设计方法、低碳优化设计方法、低碳设计知识库及工具研究4方面对当前热点问题进行了综述。在对产品低碳设计方法研究的基础上,从复杂产品低碳设计建模、生命周期场景下的设计优化、数据与知识驱动下的低碳设计平台开发等角度,总结提出三大研究难点与关注方向。