子装配体识别是解决大规模拆卸序列规划"组合爆炸"问题的有效方法之一.为了准确有效地识别与生成子装配体,在装配体零部件间接触关系、联接关系和向位妨碍关系及其相应图模型、矩阵的基础上,提出了一种基于图模型和判断矩阵的拆卸序列规划子装配体的识别算法.该算法利用图模型对子装配体集合做加法,利用判断矩阵对子装配体集合做减法,首先依据子装配体识别准则对图模型检索生成潜在子装配体集合,然后依据矩阵判断公式从集合中排除不符合连续性原则、稳定性原则和可行性原则的子装配体,并筛选理想个数的符合重量标准、同质标准和价值标准的最终子装配体集合.以减速器实例验证方法的可行性和有效性.

介绍了可变功能机械的基本概念及对机械产品进行可变功能设计和进行设计变更传播特性研究的意义.从机械产品概念设计的角度,基于"功能-行为-结构"(FBS)映射模型,分析了机械产品功能之间的关联性,并将功能关联性映射到行为和结构中,在此基础上建立变更设计流程图.通过分析结构体在结构和功能上的约束,得出结构体之间的3种约束关系.在结构体约束关系的基础上,建立结构体关联矩阵,用来描述结构体之间变更传播的可能性.归纳总结了几种典型的传播行为特性,并得出变更传播树模型,为更好选择变更传播路线奠定了理论基础.最后在FBS映射模型基础上对CA6140普通车床进行了数控改造,用传播行为过程图描述了具体零部件之间的变更传播,验证了变更传播分析方法在该映射模型上的可行性.

产品创新直接关系到产品自身在市场的竞争力.当前工业设计产品创新缺乏一些具体的理论支撑,因此需要将其他领域的理论融入工业设计当中能够有效提高新产品设计的效率.为提高工业设计中的创新效率,介绍了一种将工业设计理论与Matrix 2003结合的创新原理,总结了六大设计要素,并利用这些设计元素将创新原理按照"时间-空间-交互"三大维度进行划分,形成一种独特的创新矩阵,以最终理想产品所达到的效应为目标进行求解,从而为工业设计产品的创新提供了一种快捷有效的方法流程.最后以快递车车厢的改进为工程实例进一步验证方法的有效性和实用性.

针对应力场强法中场径计算方法存在争议且不易求取的问题,基于应力场强法假设,研究了场径参数计算方法的理论依据;在考虑场径求取可行性的基础上,提出一种在任意载荷条件下确定试件场径的方法.给出了场径的求取步骤,选取6块不同应力集中系数的缺口试件在4种应力比下,按照步骤求取场径.对场径计算结果拟合并作图,由图所示分析影响场径大小的因素.得出结论:在相同应力比下,场径与应力集中系数呈很强的线性关系;在相同应力集中系数下,场径与应力比呈很强的二次曲线关系.通过实例对所提出的方法进行了验证,结果表明:由提出方法确定的场径计算得出的疲劳寿命更贴近于试验寿命,在保证安全的基础上提高了疲劳寿命预测的准确性.

用户的感性需求愈来愈受到设计者和企业的重视.为解决实际中多目标意象要求下数字化人机界面方案选择过程中存在的复杂性与主观性问题,提出一种三角模糊数与逼近理想解排序法相结合的模糊逼近理想解排序法(F-TOPSIS).结合某新型远程操控清障车的数字化人机界面设计,在通过运用因子分析方法获取用户对数字化人机界面典型样本的4类感性意象的基础上,应用F-TOPSIS实现了决策者多目标意象特定要求下对10个数字化人机界面设计方案的优先级排序,验证了该方法的可行性.研究表明F-TOPSIS对数字化人机界面设计方案的区分度较好,能在多目标意象需求下进行较为合理、准确的设计决策.

针对传统的孔系尺寸计算需要绘制尺寸链图、判断增减环,以及存在过程复杂易出错等问题,提出用工序尺寸的路径图来描述平面孔系的各个孔的加工顺序和加工基准.基于路径图建立全相关的尺寸模型,求解得到具有矢量特征的坐标尺寸,并利用全微分法求解坐标尺寸的公差.避免了现有方法的缺陷,适用于加工中心及数控机床上孔系加工的计算机编程计算.

为了提高滚刀破岩效率,探究滚刀间距及加载方式对全断面硬岩掘进机(Full Face Rock Tunnel Boring Machine,简称TBM)滚刀破岩效果的影响.以滚刀破岩机理、岩石破碎理论为基础,选择某类花岗岩,通过有限元分析软件ABAQUS建立一系列滚刀破岩模型,对TBM刀盘结构设计进行研究,模拟不同刀间距、不同加载方式的双滚刀对破岩效果影响.通过模拟分析得出:在一定地质条件下,滚刀顺次加载和同时加载时的最优刀间距均是80 mm,但是顺次加载的破岩效果要优于同时加载.通过实验数据分析得出破岩比能在刀间距为80~90 mm时最小,从而验证了仿真模拟的正确性与合理性.研究成果对于探究双滚刀破岩机理、加快国内TBM设计理论与工程应用研究有一定帮助.

离心机是惯性导航系统加速度计的标定设备,转盘变形将严重影响标定精度.综合考虑离心机机室内空气流动、流动传热以及机箱和转盘的导热,结合CFD和FEM方法,对精密离心机的热变形进行流-热-固多场耦合计算.分析了多物理场耦合计算原理,采用流固耦合换热整场求解法计算离心机温度场,采用顺序耦合法计算转盘热变形.计算结果表明:在300 r/min转速下,转盘最大温升为1.23 ℃;越远离转盘中心,温升越大;加速度计安装位置的温度计算值与实测值一致,验证了本方法的正确性;转盘安装加速度计位置的径向热变形为7.89 μm,热变形是变形累积的结果且随着转盘转速增加而增大.

随着经济的发展,家庭轿车保有量急剧上升,停车难的问题日益突出.提出了一种单边驱动立体框架智能停车位,介绍了智能立体停车位的结构和工作原理.利用拉格朗日方法建立了智能立体停车位框架多自由度振动系统的动力学模型并得到了自由振动频率方程.利用有限元分析软件ANSYS-workbench分析了无载和有载工况下立体停车位框架的固有频率和振型,指出了立体停车位框架的薄弱位置;进行了无载和有载工况下智能立体停车位框架锤击模态试验,验证智能立体停车位模态分析建模及仿真结果的正确性.研究表明,建立立体停车位框架多自由度振动系统的动力学模型和仿真模型是有效的.研究结果为停车位框架系统的进一步优化设计提供依据.

为降低热冲压凹模的生产成本和使用成本,基于板料热冲压数值模拟对凹模结构进行了拓扑优化设计.运用有限元软件ABAQUS建立热力耦合有限元模型,对高强钢板U形件的热冲压成形和淬火过程进行了数值仿真.提取凹模与板料间关键工况下接触应力作为凹模拓扑优化的外在载荷,建立约束凹模结构关键区域节点位移的体积最小化拓扑模型,对热冲压凹模结构进行拓扑优化设计,最终实现结构减重20%,且优化后凹模的变形和应力与优化前的结果相差甚微.研究内容对热冲压过程数值模拟和模具结构拓扑优化研究具有一定参考价值.

为减小地区电网负荷峰谷差,增强电力系统接纳可再生能源的能力,同时提高电动汽车用户响应积极性,以地区电网等效负荷波动最小和用户充电费用最低为目标函数,建立了考虑电动汽车与电网互动(vehicle-to-grid,V2G)模式并计及风电和光伏出力的多目标协同调度模型,以合理安排电动汽车的充放电行为.定义了各目标的隶属度函数,通过运用最大模糊满意度法,将该多目标优化问题转化为单目标非线性优化问题,并应用自适应权重粒子群寻优算法进行求解,得到最优调度方案.算例结果验证了模型的有效性和求解方法的可行性.

采用模块化设计思想,设计了一种新型可重构工业机器人.通过对机器人进行结构优化设计,机器人的负载自重比达到1/4.5.机器人各关节模块的结构均相同,大幅减少了设计工作量;关节模块中传动部件均采用通用件,降低了机器人的成本.通过关节模块和手臂模块的组合,可形成多种机器人构型.针对其中一种机器人构型,利用DH法建立了机器人正运动学模型.该构型机器人不符合相邻的3根关节轴线交于一点的条件,利用传统方法很难求得全部逆解,因此提出一种代数法与几何法相结合的新方法,求得该构型机器人逆运动学的完整解析解.机器人运动学分析的正确性通过算例进行了验证,为机器人的运动控制奠定基础.

提出了一种三机驱动双质体自同步振动系统,该系统具有有效筛分面积大、占地面积小和地基受动载荷小的优点.首先,依据Lagrange方程推导出双质体振动系统的运动微分方程,并求出了其稳态解.然后,由Hamilton原理推导出系统的同步性条件和稳定性条件;运用控制变量法分析了中间弹簧刚度和电机安装位置对系统同步性以及同步相位差角的影响.研究结果表明:当系统参数满足同步性和稳定性条件时系统可以实现稳定的自同步运动,同步时上质体两电机的相位差角为0°,上质体和下质体电机间的相位差角为180°.最后,用机电耦合仿真结果验证了理论分析的正确性.研究结果为该系统的设计分析提供了理论基础.

为达到节水灌溉目的,设计了一套基于电力线载波通信的喷灌控制系统.系统以电力线载波为通信手段,以主控室的主机为核心,以主从多机通信模式对现场信号进行远程采集及控制,最后对系统进行了现场测试.结果表明,数据传输误差率低,设备运行可靠、稳定,控制距离达到了约300 m.系统不仅达到了控制目的,节约了水资源,同时节约了大量通信电缆,具有很好的应用价值.

目前液化天然气(LNG)汽化站通常将储罐压力调节和调峰技术分离,因此存在系统相对复杂、投入资金大等问题.通过论证研究,提出一种将储罐压力调节和调峰技术相结合的LNG汽化站控制系统,并针对储罐压力系统因存在液气转换、大滞后、时变等特点而易失控的问题,以单值广义预测模糊控制算法为核心,采用模糊控制进行动态反馈补偿的控制策略,结合DSP和FPGA器件高速数据处理的特点,以达到储罐压力实时、精确控制的目的.系统实际运行情况表明:该控制器具有调节快速、实时性好、鲁棒性强等特点;汽化站出口压力波动不超过3.5%,实现了良好的调峰效果.该系统具有结构简单、抗干扰能力强、调峰效果好等特点,为城市燃气调峰提供了新思路.