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任意板及耦合结构能量传递的功率流有限元分析

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任意板及耦合结构能量传递的功率流有限元分析

作者：江民圣山东大学

学位级别：硕士

机械结构的振动与噪声问题已成为当今机械制造业面临的一个重要难题。由于振动与噪声问题不仅影响产品的机械强度和寿命,而且对生产者和消费者也会造成心理和生理上的不适,因此,如何采用合理和高效的方法进行减振降噪成为行业内的当务之... 详细信息

机械结构的振动与噪声问题已成为当今机械制造业面临的一个重要难题。由于振动与噪声问题不仅影响产品的机械强度和寿命,而且对生产者和消费者也会造成心理和生理上的不适,因此,如何采用合理和高效的方法进行减振降噪成为行业内的当务之急,由此对这一问题的研究也具有重大实用价值。本论文在国家自然科学基金“基于柔性变胞机构的精密设备多维振动的主动控制研究”(51275275)和山东省优秀中青年科学家科研奖励基金“基于柔性变胞机构的机载精密设备的振动主动控制研究”(BS2010ZZ006)的资助下,基于合作项目“高速列车动车组振动与噪声的仿真与分析”来研究结构的振动问题。由于与传统有限元方法和统计能量法相比,功率流有限元法(PFFEM)在分析结构的宽频振动问题方面具有很大的优势,因此本论文以功率流有限元法为技术手段,从能量的角度研究结构的振动现象。主要研究内容和创新点包括以下几个方面：(1)本文详细给出了薄板结构中弯曲波、面内波(纵波与剪切波)的振动控制方程,推导了薄板在x、y、z三个方向上的振动位移,为后续计算耦合结构的能量传递系数提供理论支持。同时基于能量平衡控制微分方程,采用功率流有限元法对薄板结构的弯曲振动进行了数值仿真。(2)基于能量平衡控制微分方程,根据功率流有限元法理论,运用传统有限元中的等参数单元分析方法,结合Delaunary三角单元划分算法分别对1/4圆盘结构,完整圆盘结构以及圆板结构的弯曲振动进行了数值仿真和分析,同时联合ANSYS与MATLAB软件对任意形状的薄板结构进行了功率流有限元分析,为存在曲边及不规则边界的结构振动问题提供理论指导和分析方法;另外对传统有限元法与能量有限元法的结果进行了分析对比。(3)计算了三种波分别入射情况下的L型耦合板的能量传递系数;同时讨论了板厚、外界激励频率以及波的入射角变化对L型耦合板能量传递系数的影响,分别给出了各能量传递系数随各参数变化而变化的规律图,得出了在采用功率流有限元法等能量方法研究耦合结构高频振动时,必须考虑波型转换波现象,计入面内波的影响,否则将会导致分析结果的不准确甚至是错误的这一结论;同时也分析了任意夹角耦合板结构的各波型能量传递系数随耦合角度变化的规律。(4)基于计算的任意夹角耦合板结构能量传递系数,利用功率流有限元法对任意角度耦合板结构振动问题进行了数值仿真分析,同时对比了大角度耦合结构与平板结构的振动响应,得出他们近似等效的结论;这些分析结果为工程中类似结构的振动问题提供理论指导。

关键词：功率流有限元法能量平衡控制微分方程等参单元能量传递系数任意角度耦合板结构

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L型耦合板结构能量传递系数特性的研究

振动与冲击 2015年第17期34卷 131-136页

作者：江民圣牛军川郑建华隋富生山东大学机械工程学院济南250061 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061 中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室北京100190

采用功率流有限元等能量方法研究高铁车厢等大型耦合结构的振动传递特性时,能量传递系数是必须首先要解决的关键问题之一。将L型耦合板结构用两耦合的半无限板代替,同时考虑了结构中传递的弯曲波、面内的纵向波和剪切波,采用行波方法对... 详细信息

采用功率流有限元等能量方法研究高铁车厢等大型耦合结构的振动传递特性时,能量传递系数是必须首先要解决的关键问题之一。将L型耦合板结构用两耦合的半无限板代替,同时考虑了结构中传递的弯曲波、面内的纵向波和剪切波,采用行波方法对耦合边界处的波型转换进行了研究,对各传递系数进行了求解。在此基础上,讨论了入射波的入射角、板厚、入射波激励频率(20 rad/s^2e6 rad/s)等对波型变换和能量传递系数的影响规律,结果表明板厚和频率对波型变换有着重要影响,同时板厚和激励频率的增加会使面内纵向波和剪切波的作用越来越大,不可忽略。

关键词： L型耦合板能量传递系数激励频率波型转换

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数字孪生技术在家电领域的模型架构与应用

制造业自动化 2023年第3期45卷 183-187页

作者：江民圣鲁效平张维杰孙明海尔数字科技(青岛)有限公司青岛266100 青岛海尔工业智能研究院青岛266100

数字孪生是目前智能制造领域最为热门的技术之一,已经广泛应用于汽车、航空航天等研发设计和生产控制领域。通过对家电行业数字化研发技术的分析,同时结合海尔在智能家电方面的研发实践,总结了家电研发流程中与数字孪生相结合的方向及价... 详细信息

数字孪生是目前智能制造领域最为热门的技术之一,已经广泛应用于汽车、航空航天等研发设计和生产控制领域。通过对家电行业数字化研发技术的分析,同时结合海尔在智能家电方面的研发实践,总结了家电研发流程中与数字孪生相结合的方向及价值,并给出家电全生命周期研发过程中实施数字孪生的方法及建议,提出家电产品数字孪生体的架构模型,为探索未来家电研发技术提供新的思路。

关键词：数字孪生家电行业研发价值架构模型

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冰箱能耗贴自动打印贴敷系统应用与实践

制造业自动化 2023年第7期45卷 127-130,144页

作者：孙海旭鲁效平邓友良张成桥江民圣青岛海尔电冰箱有限公司青岛266000 青岛海尔工业智能研究院有限公司青岛266000 海尔数字科技(青岛)有限公司青岛266100

目前冰箱生产中能耗贴都是由人工录入模板印刷、人工贴敷。人工操作容易出现能耗贴错贴、容积印刷错误、二维码扫描同产品编码不一致等问题。针对上述问题,设计了一种能耗贴自动打印贴敷系统,并对该系统组成、工作原理、工作流程、难点... 详细信息

目前冰箱生产中能耗贴都是由人工录入模板印刷、人工贴敷。人工操作容易出现能耗贴错贴、容积印刷错误、二维码扫描同产品编码不一致等问题。针对上述问题,设计了一种能耗贴自动打印贴敷系统,并对该系统组成、工作原理、工作流程、难点解决方案及实际应用效果进行了详细介绍。通过读码器读取产品条形码信息获取产品信息、打印机根据获取的产品信息打印相关型号能耗贴、机器人负责抓取并贴敷能耗贴,整个工作过程自动完成,无人化操作,将人为误判操作造成的能耗贴不良率降低至零,同时降低了人工成本。

关键词：冰箱能耗贴打印自动贴敷

面向大规模个性化定制的互联工厂的数字化技术应用研究

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现代制造工程 2022年第2期 24-30页

作者：江民圣鲁效平张维杰孙明张成桥高亚琼海尔数字科技(青岛)有限公司青岛266100 青岛海尔工业智能研究院青岛266000

大规模个性化定制的互联工厂是以用户互联为核心,整合用户个性化需求,并深度参与企业全流程、零距离互联生态资源,快速、低成本且高效地提供智能产品、服务和增值体验的智能制造模式。基于对大规模个性化定制的互联工厂的数字化技术应... 详细信息

大规模个性化定制的互联工厂是以用户互联为核心,整合用户个性化需求,并深度参与企业全流程、零距离互联生态资源,快速、低成本且高效地提供智能产品、服务和增值体验的智能制造模式。基于对大规模个性化定制的互联工厂的数字化技术应用研究,提出互联工厂的数字化技术总体实施架构,同时结合互联工厂中的实际业务需求场景,介绍数字化技术在大规模个性化定制的互联工厂中的应用实践和关键作用。通过互联工厂的数字化体系建设,实现互联工厂全流程业务智能管控、智慧运营和智能决策,最终实现降本提效,更好地服务企业管理,提升企业核心竞争力。

关键词：大规模个性化定制互联工厂数字化应用智能

虚拟现实技术在轮胎成型机CAE仿真中的应用实践

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虚拟现实技术在轮胎成型机CAE仿真中的应用实践

第十四届中国CAE工程分析技术年会

作者：江民圣刘峰刘云成裘辿于承鑫软控股份有限公司研发中心浙江大学机械工程学院

为了降低成型机故障的发生率,同时生动、形象的展示成型机在工作过程中实时的动力学性能,研究了综合机-电-气多学科耦合的成型机仿真技术,并将分析结果利用虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术可视化,形成CAE仿真数据和场景混合的成型... 详细信息

为了降低成型机故障的发生率,同时生动、形象的展示成型机在工作过程中实时的动力学性能,研究了综合机-电-气多学科耦合的成型机仿真技术,并将分析结果利用虚拟现实（Virtual Reality,VR）技术可视化,形成CAE仿真数据和场景混合的成型机数字样机可视化平台。利用机-电-气多学科仿真技术实现成型机前模板关键位置的动力学性能曲线实时输出,同时利用ANSYS完成助推组件的静力学分析,生成实时的助推杆受力变形云图数据。基于上述仿真数据,结合Unity3D虚拟现实可视化引擎及Quadric Error Metrics图形算法,采用C#编程调用,在成型机工作循环中实现关注区域性能参数曲线和变形云图的实时呈现。结果表明:该方法能够真实的还原轮胎成型过程中的工作场景,反应成型机真实工作性能,为研发人员在设计端提供评审指导和产品培训,以及在针对高端客户提供方案展示和技术讲解方面起到突出的效果。

关键词：多学科耦合虚拟现实 CAE仿真实时 Quadric Error Metrics 方案展示

来源： cnki会议评论

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数字孪生在洗衣机内筒生产线中的应用与探索

工业控制计算机 2021年第12期34卷 20-22,25页

作者：王超鲁效平孙明景大智于晓义江民圣青岛海尔工业智能研究院有限公司山东青岛266500

在新一代信息技术的理论背景下,建立了洗衣机内筒生产线数字孪生模型以及相应的体系架构,并对数字孪生建模与实现、实体数据采集分析以及相应的关键技术进行了详细阐述,为内筒线数字孪生的实现提供了思路与方案。通过建立的数字孪生模... 详细信息

在新一代信息技术的理论背景下,建立了洗衣机内筒生产线数字孪生模型以及相应的体系架构,并对数字孪生建模与实现、实体数据采集分析以及相应的关键技术进行了详细阐述,为内筒线数字孪生的实现提供了思路与方案。通过建立的数字孪生模型可以对产线进行实时映射、预测性维护、虚拟调试、三维综合展示以及历史数据回放,实现生产过程的决策优化和资源合理配置。此外,在数字孪生模型中还建立了基于VR/AR/MR技术的远程交互系统,实现了专家与现场的实时远程交流互通。

关键词：数字孪生内筒线实时映射孪生模型 OPC统一架构

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数字孪生技术在智能轧钢车间的应用与探索

轧钢 2022年第3期39卷 85-90页

作者：王超鲁效平孙明孙贺于晓义江民圣青岛海尔工业智能研究院有限公司山东青岛266500

针对当前我国钢铁生产智能化建设,对数字孪生技术在轧钢车间的应用进行了探索,分析了智能轧钢过程的数字孪生系统体系架构;提出了建立基于数字孪生的智能轧钢车间参考模型、设备互联信息模型、工艺流程信息模型及组织性能控制模型。介... 详细信息

针对当前我国钢铁生产智能化建设,对数字孪生技术在轧钢车间的应用进行了探索,分析了智能轧钢过程的数字孪生系统体系架构;提出了建立基于数字孪生的智能轧钢车间参考模型、设备互联信息模型、工艺流程信息模型及组织性能控制模型。介绍了智能轧钢车间可以达到的效果:实现工艺智能设计,使生产成本降低5%~10%,订单交付速度提升10%~15%;实现生产计划智能管理,解决客户个性化小批量需求与大生产之间的矛盾;实现轧材质量智能管控,使成材率提升3%~6%;实现设备在线智能诊断,使设备有效作业率达5%~10%。最后指出:构建轧钢车间数字孪生模型存在很多难点,各轧钢企业智能感知、智能装备及智能物流等技术的发展水平不同,企业要从自身实际出发,认真梳理企业经营、生产计划,工艺控制,设备运维,质量检测,物流配送等各个环节智能化体系方面的问题,确定可行的数字孪生项目,才能实现轧钢车间各工序智能化、精细化的业务管理,提升劳动生产率。

关键词：数字孪生智能轧钢车间参考模型关键设备互联信息模型工艺流程信息模型组织性能控制模型

基于CiteSpace的全球智能家居行业研究知识图谱分析

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家电科技 2022年第2期2卷 56-60页

作者：鲁效平江民圣孙明王超王玉梅张成桥青岛海尔工业智能研究院山东青岛266000 海尔数字科技(青岛)有限公司山东青岛266100

以WOS核心合集2011年至2020年度有关智能家居领域的14411篇文献为对象,利用CiteSpace软件对研究作者(Author)、机构(Institution)、关键词(Keywords)、共被引(Co-citation)等进行知识图谱分析和结果可视化。分析结果表明,近十年来中、... 详细信息

以WOS核心合集2011年至2020年度有关智能家居领域的14411篇文献为对象,利用CiteSpace软件对研究作者(Author)、机构(Institution)、关键词(Keywords)、共被引(Co-citation)等进行知识图谱分析和结果可视化。分析结果表明,近十年来中、美在智能家居领域的研究成果和研究贡献价值占据主导地位,其中智能电网、能源管理以及IoT等技术是智能家居领域持续受到国内外学者关注的热点技术,也是未来发展智能家居必须重点投入解决的问题挑战。同时,人工智能技术在智能家居领域的应用研究成果并不多,需要全球专家合力推动智能场景落地,真正实现智能化。为智能家居领域企业、科研院所提供主要研究热点、技术发展动向和行业发展态势,指导企业更好开展战略规划、技术占位和情报分析。

关键词：智能家居 CiteSpace 知识图谱分析智能电网战略规划