机械科学与技术

mechanical science and technology for aerospace engineering

机械动力学

  • 驾驶员CMAC模型及对汽车侧翻稳定性影响

    付林凯;金智林;

    驾驶员操纵转向行为严重影响汽车侧翻安全。为准确分析驾驶员因素对汽车侧翻稳定性的影响,研究了防侧翻的CMAC驾驶员模型,分析了驾驶员参数对汽车侧翻稳定性的影响规律。根据汽车侧翻动力学模型推导了侧翻稳定性指标及指标的参考值;设计了小脑模型关节控制器局部性神经网络方法模拟驾驶员实际防侧翻决策,模糊PID算法模拟驾驶员防侧翻参考决策,从而获得驾驶员防侧翻反应模型;采用参数化方式表征了驾驶员的分析能力、驾驶频次、学习能力及反应能力;选取恶劣行驶工况进行仿真,结果表明分析能力强、驾驶频次多、学习能力强、反应能力强的驾驶员防侧翻时,可在恰当的时间决策出适当的方向盘修正转角,有效防止汽车侧翻。

    2024年11期 v.43;No.357 1827-1834页 [查看摘要][在线阅读][下载 2567K]
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  • 转向架质量参数与悬挂参数对稳定性的协同影响

    胡喆;池茂儒;周亚波;蔡吴斌;

    国内外铁道车辆转向架结构型式丰富,不同的结构和布局会引起转向架的质量和惯量在分配上存在差异,为了研究不同悬挂参数下转向架各质量参数对车辆稳定性的影响,推导了考虑Maxwell减振器模型的整车21自由度横向动力学线性微分方程,基于特征根稳定性判据,采用最小阻尼比法求解车辆系统的线性临界速度,利用灵敏度分析方法研究了质量与摇头惯量及簧下与簧间质量对稳定性的影响程度对比。研究结果表明:转向架各质量参数对稳定性的影响规律与悬挂参数的取值有较大关系,在转向架结构设计和布局调整时,应考虑质量参数和悬挂参数的共同影响;不同悬挂参数下,临界速度均随轮对质量、轮对摇头惯量和构架摇头惯量的增大而减小;当抗蛇行减振器阻尼系数较小时,临界速度随构架质量的增大而减小,而当抗蛇行减振器阻尼系数较大时,临界速度随构架质量的增大而增大;簧下质量对稳定性的影响程度大于簧间质量。

    2024年11期 v.43;No.357 1835-1844页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K]
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  • 一种3自由度柔索牵引并联机器人系统动力学参数辨识方法研究

    洪振宇;林健;高轩;张志旭;

    针对柔索牵引并联机器人驱动单元结构复杂、强耦合的特性导致难以辨识机电耦合系统动力学参数的问题,通过整合驱动单元各耦合部件的转动惯量和黏性阻尼系数的方法,将伺服电机和卷筒机构作为一个整体研究对象,建立系统的动力学模型,构建可分离待辨识参数的辨识模型。以傅里叶级数优化末端执行器的激励轨迹,搭建试验平台,采集试验数据;基于加权最小二乘法拟合电机转矩数据,分步辨识出机器人系统的动力学参数。对比试验表明:该文提出的动力学参数辨识方法可行且辨识结果可靠。

    2024年11期 v.43;No.357 1845-1854页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K]
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  • CFRP超声振动切削刀具磨损特性研究

    封志彬;焦锋;王雪;

    为揭示不同振动方向在CFRP(Carbon fiber reinforced plastic)切削中对刀具磨损的影响,分别给刀具施加切向和径向两种振动来切削不同方向角的CFRP,并与普通切削进行对比。通过理论分析,不同振动方向对占空比和刀具角度有着很大的影响。除此,方向角对纤维的弯曲变形和断裂位置也有着很大的影响。试验结果表明:切向振动切削的刀具磨损值整体较低,较普通切削和径向振动切削最多可降低分别约27.9%和37.1%;钝角切削时的刀具磨损值整体低于锐角切削时的刀具磨损值,普通切削、径向振动切削和切向振动切削3种切削中降低的幅度最低分别约为71.8%、66.2%和70.9%。平行切削或者临近平行切削,刀具后刀面的磨损宽度较为均匀,其长度约占整体磨损长度的2/3。切向振动切削有利于延长刀具的使用寿命。

    2024年11期 v.43;No.357 1855-1864页 [查看摘要][在线阅读][下载 1950K]
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  • 改进GA整定滑模参数的直流电机控制研究

    李鹤年;王海;杨春来;刘永明;陆益敏;王雷;徐曼曼;桂劲松;谭铁龙;王向东;

    在转速环控制器采用传统的滑模控制(Sliding mode control, SMC)方法的直流电机双闭环控制系统中,常因滑模参数难以整定导致直流电机控制效果不佳。针对该问题,提出了一种基于改进遗传算法(Improved genetic algorithm, IGA)整定滑模参数的方法。首先,建立出直流电机双闭环控制系统转速环各环节传递函数,通过IGA联合转速环MATLAB/Simulink仿真模型整定出滑模参数的最优值。最后,对采用该最优值的滑模速度控制器与传统的PID、普通的滑模速度控制器和普通GA整定的滑模速度控制器进行仿真比较分析,并基于dSPACE 1202半实物仿真平台搭建了直流电机双闭环控制硬件在环实验平台,进行了实验验证。仿真和实验结果均表明经IGA整定的滑模速度控制器可使直流电机双闭环控制系统具有无超调、响应快速和强鲁棒性的优点,证明了该方法能够有效解决滑模速度控制器参数整定问题。

    2024年11期 v.43;No.357 1865-1876页 [查看摘要][在线阅读][下载 2457K]
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  • P2构型混合动力汽车传动系统扭振建模与分析

    王欢;葛帅帅;姜艳军;吴行;张志刚;郭栋;李明;

    混合动力汽车传动系统相较于传统燃油汽车结构更为复杂,其传动系统在多动力源复杂激励下扭转振动问题更加突出。针对某款P2构型混合动力汽车,综合考虑发动机、电机、无级变速器、离合器、减速器、差速器和半轴等部件,采用Simcenter Amesim软件建立混合动力汽车传动系统集中质量模型。在此基础上,分析不同运行工况下传动系统固有频率和振型,研究激振源频率与传动系统固有频率之间的关系。仿真分析离合器一级弹簧刚度、二级接触刚度对传动系统固有频率的影响规律,通过优化刚度参数从而使得传动系统共振转速远离激振源常用工作区。

    2024年11期 v.43;No.357 1877-1885页 [查看摘要][在线阅读][下载 1448K]
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  • 碳纤维层合板双搭多钉连接强度和钉载分析

    朱兴民;朱福先;仇刚;徐先宜;

    针对碳纤维连接结构强度问题,建立了碳纤维层合板三钉双搭接结构的有限元模型,基于Hashin准则分析了连接结构在拉伸过程中的渐进损伤。分析结果表明:连接结构在拉伸过程中,层合板首先在第一个螺栓处发生损伤,随着损伤加剧,钉载重新分配,最后层合板在第一个螺栓处断裂,在另外两个螺栓处发生局部挤压损伤。基于有限元模型分析了不同金属材料板与碳纤维层合板连接的钉载分配以及连接结构中螺栓间距对钉载分配的影响,当所连接的金属板刚度越大,钉载越不均匀,当连接结构中螺栓间距越大,钉载也越不均匀。研究结果为提高复合材料多钉连接结构的挤压强度设计提供了依据。

    2024年11期 v.43;No.357 1886-1893页 [查看摘要][在线阅读][下载 1663K]
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  • 基于深度神经网络水下清淤机器人绞龙的可靠性分析

    邵可鑫;桑建兵;田魏昌;石政加;袁国秩;

    绞龙作为水下清淤机器人的淤泥疏松装置,其作业时常与淤泥中的硬物发生碰撞,静应力强度校核并不能很好地反映碰撞过程中的瞬态动力响应问题,同时传统的可靠性分析方法在解决多源不确定性瞬态动力响应问题时往往存在效率低下且精度不高等问题。为了克服上述缺点,基于数值模拟、深度神经网络(DNN),与Monte Carlo(MC)方法提出一种用于绞龙与硬物碰撞问题的可靠性分析方法。首先,基于理论推导确定影响碰撞力大小的不确定性变量,并对其进行多参数敏感性分析得出最终深度神经网络的输入量;其次,利用拉丁超立方采样(LHS)根据深度神经网络的输入量分布情况进行采样,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立与采样数据相对应的绞龙与硬物碰撞有限元模型,并提取深度神经网络的输出量;最后,通过单轴拉伸试验确定绞龙的损伤准则,并结合深度神经网络与Monte Carlo方法 (DNN-MC)对绞龙的可靠度与失效概率进行了预测。结果表明本文方法精度远高于工程要求精度,与传统可靠性分析方法相比本文方法在保证高精度的前提下具有更高的效率和更好的鲁棒性。

    2024年11期 v.43;No.357 1894-1900页 [查看摘要][在线阅读][下载 1242K]
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  • 软轴摩擦力矩计算公式参数优化设计

    王腾飞;李健;

    钢丝软轴摩擦力矩计算公式的研究在国内外文献中存在空白。为了得到钢丝软轴在不同弯曲状态下进行转动的摩擦力矩计算公式,首先运用理论推导得到所需公式,再通过实验分析计算出公式的重要参数,然后结合模拟退火优化算法,使公式中的参数得到优化。通过模拟退火算法对公式的参数进行修改,得到经过优化后的不同角度下的钢丝软轴所对应摩擦力矩公式。采用优化后的公式进行计算,总体误差为2.831%,与原有的总体误差7.143%相比降低了4.312%,同时计算结果表明优化后的公式对计算角度一定条件下不同轴径的软轴弯曲转动摩擦力矩同样具有适用性。

    2024年11期 v.43;No.357 1901-1907页 [查看摘要][在线阅读][下载 1262K]
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  • 余弦型负泊松比软体驱动器弯曲性能研究

    胡旭初;付涛;李斌;

    介绍了一种基于余弦型圆弧内凹负泊松比胞元的具备软行为、低复杂性的软体驱动器,由具有负泊松比(NPR)胞元与正泊松比(PPR)胞元的三维嵌入式管状结构及气动橡胶管组成。通过ABAQUS有限元仿真,实现气动橡胶管在充气膨胀时管状结构的弯曲功能。通过控制变量,将驱动器的纵向胞元数目、超材料结构厚度、气动橡胶管厚度等结构参数在不同内壁压强下对最大弯曲角度的影响差异进行了对比分析,总结了上述结构参数对最大弯曲角度影响的趋势,为新型软体驱动器的结构设计及应用提供了替代方案。

    2024年11期 v.43;No.357 1908-1914页 [查看摘要][在线阅读][下载 1483K]
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  • 分布式电动汽车转矩型电子差速控制策略研究

    赵南南;史博;

    分布式电动汽车在高速工况下整车模型呈非线性,速度型电子差速控制策略依赖Ackermann转弯模型,没有考虑轮胎特性引起的非线性扰动。该文采用转矩型电子差速控制策略,提高了车辆在高速工况下的转向稳定性。建立了三自由度整车模型、二自由度参考模型、Dugoff轮胎模型以及轮毂电机模型。设计了双层结构转矩分配控制器,上层控制器基于GA-BP神经网络算法获得附加横摆力矩,下层控制器基于二次规划算法在线优化分配4个车轮的驱动力矩。基于Carsim/Simulink进行联合仿真,对所提出的控制策略进行验证。结果表明:在高速双移线工况下,相比较仅速度跟随控制策略,该文的控制策略能有效跟踪期望轨迹,更好地控制质心侧偏角与横摆角速度,在实现电子差速的同时能够保证车辆稳定行驶,提高了车辆行驶的安全性,且该控制策略减少了转向行驶阻力和驱动转矩需求,降低了整车能耗。

    2024年11期 v.43;No.357 1915-1922页 [查看摘要][在线阅读][下载 1393K]
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  • 失效模式相关性的柔顺机构可靠性分析

    伍建军;李嘉辉;

    现在对柔顺机构及其零部件的可靠性失效模式分析大多是针对单一的疲劳失效,得出的可靠性准确度结果难免会有偏差,为了提高柔顺机构的可靠性及其准确性,以微位移放大机构作为研究对象,建立柔顺机构多失效模式可靠性分析模型,对多失效模式情况进行了可靠性分析和灵敏度分析,引入FORM(First order reliability methods)算法得到失效模式相关系数矩阵,相关系数矩阵的引入让系统可靠性可充分考虑失效模式之间的相关程度。并将系统可靠性模型求解转化为多维正态积分,再通过G-PCM(Generalproduct conditional margin)法对多失效模式情况进行了系统的可靠性分析和灵敏度分析。并给出各失效模式和随机变量的重要度排序,有利于确定柔顺机构可靠性优化的针对性方法。将实验结果与Monet Carlo法进行对比,证明了方法的准确性。

    2024年11期 v.43;No.357 1923-1928页 [查看摘要][在线阅读][下载 1279K]
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精密制造与加工

  • 面向机器人抓取位姿估计网络研究

    杨韧韧;吴炳龙;彭晋民;陈昌红;

    针对工业生产环境中对不同位姿摆放不固定工件的抓取和在机器人分拣中存在的遮挡堆叠、工件大小各异等问题。提出了一种基于PVNet改进的视觉位姿估计网络,在其骨干网络基础上,使用Res2Net替换原残差结构以提高多尺度特征的提取性能,再使用该网络回归得出每个像素指向关键点的单位向量,通过投票算法得出关键点位置,最后使用EPnP算法求解工件位姿。实验使用深度相机采集图像制作数据集进行测试,以2D投影指标和模型点的平均3D距离作为评测标准。实验结果表明:改进的位姿估计网络,有效提高了检测精度和多尺度能力,对遮挡的物体有着良好的鲁棒性,处理速度也可以满足实际生产过程机器人抓取要求。

    2024年11期 v.43;No.357 1929-1936页 [查看摘要][在线阅读][下载 1408K]
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  • 二阶贝塞尔曲线型柔性铰链疲劳特性研究

    汪启亮;夏世甜;魏健鸣;龙益平;

    柔性铰链广泛应用于精密工程、MEMS、智能传感器等领域,在实际工作中因受到循环载荷作用而易发生疲劳失效问题。对二阶贝塞尔曲线型柔性铰链疲劳特性展开研究,首先通过有限元仿真和数据拟合得到铰链应力集中系数公式,基于名义应力法建立柔性铰链疲劳寿命预测模型。设计柔性铰链疲劳实验装置进行实验研究,得到铰链在不同应力下的刚度退化曲线及疲劳寿命,进而建立基于试验数据的S-N曲线模型,此外采用单侧下界公差极限法设计出考虑可靠性的下界S-N曲线模型。通过对比分析,柔性铰链对数疲劳寿命模型预测结果与试验结果最大误差为15.8%,表明了预测模型的有效性和实用性。

    2024年11期 v.43;No.357 1937-1944页 [查看摘要][在线阅读][下载 1462K]
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  • 考虑等离子体屏蔽的TC21减阻沟槽激光烧蚀模型研究

    高健;刘青川;范蕊;吴天赐;张力;王涛;

    仿生肋骨沟槽表面在航空航天方面具有广泛的减阻应用。为得到低成本、高精度的减阻微沟槽,建立了激光烧蚀TC21钛合金数值模型探究其表面形貌演化规律,模型中考虑激光诱发等离子体屏蔽效应对烧蚀区域的影响并以校正激光能量分布,通过数值模拟结果辅助激光加工。随后,调整激光参数制备不同减阻样片,在密闭通道中测试不同样片的减阻效果。结果表明:考虑等离子体屏蔽效应的二维/三维模型精度得到显著提升,并且所制备的TC21样片最大减阻率可达8.7%,研究结果在激光微纳制造中具有重要的工程价值。

    2024年11期 v.43;No.357 1945-1953页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K]
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  • 采用欧拉回路的混凝土3D打印路径优化算法

    马宗方;万伟鹏;宋琳;刘超;刘化威;武怡文;

    针对混凝土3D打印过程中成型质量不好、打印时间长的问题,以欧拉回路模型为基础,设计一种混凝土3D打印路径优化算法,实现了混凝土构件更优、更快的成型。该算法先通过不断寻找打印路径中的欧拉回路来确保打印喷头在抬头次数尽可能少的情况下遍历整个打印路径,然后应用蚁群算法寻找打印喷头在各个欧拉回路之间运行的最短路径,最后确定整个混凝土构件的打印路径来减少打印喷头抬头次数和运行路径中的空行程。实验结果表明:打印喷头抬头次数和打印路径空行程对混凝土3D打印的成型质量和打印时间有着非常重要的影响。该文算法打印结果与传统算法相比,打印喷头抬头次数减少了57.14%,喷头运行行程减少了23.21%。该文算法对于混凝土3D打印中存在的问题有着明显的改善,为混凝土3D打印构件的成型质量和打印时间的优化提供了有效的参考。

    2024年11期 v.43;No.357 1954-1960页 [查看摘要][在线阅读][下载 1211K]
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仪器、仪表科学与技术

  • 超声振动能量采集机理及其有限元分析与实验验证

    周铄;刘周龙;郑友成;朱强国;王光庆;

    为了研究超声器械的超声振动及其能量采集转换机理,设计了一种具有能量采集与转换功能的夹心式环状超声换能器。利用ANSYS有限元方法分析器件结构参数对其振动特性和能量采集输出特性的影响,并结合超声振动能量采集与转换机理模型方法进行仿真,通过实验验证仿真分析的准确性。研究表明:器件在谐振频率为35.2 kHz、电压幅值为67 V的激振条件下,采集PZT各个扇区及孤极PZT扇区的输出电压幅值分别为39 V和34.4 V,最大输出功率分别达到113 mW和82.4 mW,并通过实验系统将其采集的能量点亮发光二极管,研究结果验证了超声振动能量采集的可行性。

    2024年11期 v.43;No.357 1961-1971页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]
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  • 马尔可夫过程融合贝叶斯网络的测试性建模研究

    丁善婷;蔡胜玲;谭梦颖;董正琼;蒋成昭;

    在设备测试性建模中,通常将设备运行状态划分为正常和故障两态,忽略了设备故障演进特征,从而导致测试性指标虚高。该文提出一种马尔可夫过程融合贝叶斯网络的测试性优化建模方法,充分考虑设备退化过程。在故障与测试不确定性矩阵的基础上,基于马尔可夫随机过程建立了部件多状态退化模型(正常、过渡、故障),减少了两态条件下故障模式判定的不确定模糊区间,提高了系统测试性指标。利用贝叶斯网络推理确定多态测试分布函数,优化了虚警率和检测率。最后,以某型龙门式自动洗车机为对象进行了验证分析,与传统测试性方法相比,系统检测率提高7.71%,隔离率提高11.58%,虚警率下降9.50%,验证了该方法的有效性。

    2024年11期 v.43;No.357 1972-1979页 [查看摘要][在线阅读][下载 1239K]
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运载工程

  • 液压挖掘机极限复合挖掘力建模及其不同理论挖掘力计算结果分析

    李佳豪;任志贵;庞晓平;刘菊蓉;李天瑜;俞松松;

    现有复合挖掘力模型缺少对实际作业中挖掘阻力存在阻力矩的考虑,导致计算的复合挖掘力偏小,不能反映真实作业中挖掘机的复合挖掘性能。因此,基于挖掘阻力特性建立了以阻力矩和复合挖掘力方向角的主值区间为依据的极限复合挖掘力模型,选取某22 t反铲液压挖掘机任一常态复合挖掘轨迹,求解其挖掘阻力和不同理论挖掘力模型的挖掘力大小,证实了极限复合挖掘力在挖掘作业中是最大的。此外,基于某36 t反铲液压挖掘机两种不同工况的实际挖掘轨迹求解了不同理论挖掘力模型的轨迹挖掘力和主挖区内图谱挖掘力。结果表明:极限复合挖掘力模型能更为确切地表征复合挖掘轨迹挖掘力性能,并给出挖掘轨迹的最佳理论挖掘力表征方式。主挖区图谱挖掘力表明不同挖掘方式不同作业域所发挥的最大挖掘力是各有差异的。

    2024年11期 v.43;No.357 1980-1992页 [查看摘要][在线阅读][下载 3983K]
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  • 改进蜉蝣算法的移动机器人路径规划研究

    邹阿威;王雷;李伟民;李凡;蔡劲草;王海;谭铁龙;桂劲松;

    针对传统蜉蝣算法在机器人路径规划领域应用时存在收敛速度较慢、精度差、稳定性不足等问题,提出了一种改进的蜉蝣算法。该算法引入了一种动态参数调整策略,使算法局部搜索与全局搜索能力达到更好的平衡,并融合了莱维飞行策略与跳出策略,避免了算法陷入局部最优。在20×20的地图环境下对改进的蜉蝣算法进行20次随机仿真实验,仿真表明本算法在求解精度和求解速度上均有较显著提升。同时,为进一步验证本文改进蜉蝣算法的可靠性和有效性,在30×30的栅格地图环境下对改进蜉蝣算法进行20次随机仿真实验,结果表明改进蜉蝣算法在可靠性和稳定性上也有所提升。

    2024年11期 v.43;No.357 1993-1999页 [查看摘要][在线阅读][下载 1278K]
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航空、宇航工程

  • Al/CFRP叠层材料制孔过程及损伤影响因子分析

    胡智钦;袁信满;龚清洪;周进;侯珺森;

    Al/CFRP结构零部件需要加工大量高精度连接孔以满足装配需求,由于缺乏匹配切削参数的制孔力学响应、孔口质量研究,易因钻削载荷过大而形成出口毛刺、分层、撕裂等缺陷,严重制约了叠层结构在高端装备中的应用。因此,基于材料体积去除率函数,通过切削力试验分析了叠层材料钻削的力学响应,研究了切削参数对切削轴向力的影响规律,并在切削力学响应的基础上,分析了切削参数对孔口缺陷评价系数的敏感程度排秩。研究表明:叠层材料钻削的力学响应与各组分材料体积去除率呈正相关,切削参数对孔口缺陷评价系数的敏感程度排秩为V_f>S。

    2024年11期 v.43;No.357 2000-2008页 [查看摘要][在线阅读][下载 1946K]
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  • 《机械科学与技术》征稿简则

    <正>本刊由西北工业大学主办,1981年创刊,月刊,向国内外公开发行。本刊是中文核心期刊、中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊、中国科技信息研究所选定的科技论文统计源期刊。1)本刊刊登的学术论文主要包括:机械科学与技术的理论研究,设计计算,机构分析,实验研究,涉及机械工程的新方法、新工艺、新材料、新设备,CAD/CAM及机电一体化、学科发展前沿的领先成果。2)文稿的格式顺序是:题目,作者姓名、工作单位、地址和邮编、中文摘要,关键词,中国图书资料分类号,英文摘要,正文,参考文献。来稿时请附第一作者及通讯作者姓名、出生年、学位、职称、所从事的研究方向(报两个)、联系电话、E-mail及通讯地址。

    2024年11期 v.43;No.357 1822页 [查看摘要][在线阅读][下载 689K]
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  • 《国际设备工程与管理》(英文季刊)征稿启事

    <正>《国际设备工程与管理》为学术性英文期刊(ISSN 1007-4546),季刊。现主管单位为工信部。由西北工业大学主办并向国内外公开发行。设备工程与管理是一门综合性的交叉学科,它的特点是以工为主,工管结合;以机为主,机电结合。并涉及技术、经济及管理等方面的相关内容。本刊的报导重点是与设备相关的应用技术和工业管理等方面的相关学术论文。现诚征2025年第1期(2025年3月30日出版)的稿件。

    2024年11期 v.43;No.357 2009页 [查看摘要][在线阅读][下载 431K]
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