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基于质量流量优化的超临界CO辅助切削加工热平衡研究

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机械工程学报 2024年

作者：朱利斌王英聂帅帅黄海鸿刘志峰合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室合肥工业大学机械工程学院

低温切削技术良好的制冷效果使其在难切削材料加工中逐渐得到应用，而在不同切削参数下基于低温流体参数进行切削区与射流场热平衡调控的研究甚少。针对超临界CO2辅助切削加工热平衡调控问题，将切削区及射流场视为一个热力学系统，从... 详细信息

低温切削技术良好的制冷效果使其在难切削材料加工中逐渐得到应用，而在不同切削参数下基于低温流体参数进行切削区与射流场热平衡调控的研究甚少。针对超临界CO2辅助切削加工热平衡调控问题，将切削区及射流场视为一个热力学系统，从连续时域的角度分析了系统的物质和能量的输入输出，即超临界CO2的焓变和切屑的能量变化。进而基于CO2热物性、金属切削原理和热力学理论，提出了变切削速度情况下，基于射流质量流量的切削区及射流场热平衡调控方法。通过不同质量流量下的相关实验，验证了基于质量流量热平衡调控方法的可行性。实验结果表明该热平衡调控方法能够加快切削区及射流场的热平衡过程，且不同切削速度下的切削区温度、主切削力、表面粗糙度至少分别降低了7.8%、7.9%、7.1%。

关键词：超临界CO 热平衡质量流量 Ti-6Al-4V

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考虑车型差异影响的乘用车车身生命周期评价

环境科学学报 2024年第1期44卷 462-476页

作者：李新宇廖煜民张元昊余光海合肥工业大学机械工程学院合肥230009 合肥工业大学智能制造技术研究院合肥230009 合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室合肥230009

尽管汽车轻量化能够有效降低使用阶段的环境影响,但在全生命周期包括原材料获取、制造及装配、运输、运行使用以及回收的考虑下,轻量化并不一定能达到节能减排的效果.针对此问题,本文建立了包含乘用车各个阶段生命周期评价模型,在考虑... 详细信息

尽管汽车轻量化能够有效降低使用阶段的环境影响,但在全生命周期包括原材料获取、制造及装配、运输、运行使用以及回收的考虑下,轻量化并不一定能达到节能减排的效果.针对此问题,本文建立了包含乘用车各个阶段生命周期评价模型,在考虑车型差异的基础上,采集奇瑞公司的4款微型车及市面上销量较大的4款紧凑型和4款中大型车车身,分别进行了生命周期评价,分析其化石能源消耗、矿产资源消耗及环境排放.清单分析结果表明:①在当前我国电力结构下,铝制车身在全生命周期内具有较大的优势,主要体现在制造装配及运行使用阶段,而钢制车身在原材料获取阶段表现出较低的能耗和环境排放;②对于采用不同的动力系统的车身而言,在设定的功能单位行驶里程内,纯电动汽车仅在化石能源消耗方面优于内燃机汽车.在上述结果的基础上,重点讨论了在未来电力结构的变化、行驶里程增加及回收处理过程优化的3种情境下12种车身的环境影响变化,铝制车身和电动汽车在环境影响方面的优势会更加凸显.本研究有助于为我国汽车生产企业及其上下游产业链条面向碳中和的产品绿色设计及碳足迹降低提供借鉴.

关键词：生命周期评价车身轻量化节能减排环境影响

基于脉冲涡流监测与Wiener过程的再制造工作辊实时剩余寿命预测方法

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计算机集成制造系统 2024年第9期30卷 3208-3220页

作者：宋守许徐瑞蔚辰李想柯庆镝合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室安徽合肥230009

再制造工作辊在热轧工作过程中熔覆层易发生复杂的退化行为,而其性能退化会影响轧制产品的质量。为实时监测轧辊退化情况并预测其剩余寿命,构建一套在线脉冲涡流监测方法和系统,采用变分模态分解-希尔伯特变换(VMD-Hilbert)方法提取0~50... 详细信息

再制造工作辊在热轧工作过程中熔覆层易发生复杂的退化行为,而其性能退化会影响轧制产品的质量。为实时监测轧辊退化情况并预测其剩余寿命,构建一套在线脉冲涡流监测方法和系统,采用变分模态分解-希尔伯特变换(VMD-Hilbert)方法提取0~5000 Hz频率边际谱能量和的增量作为轧辊退化特征。基于此,构造考虑个体差异的状态退化空间模型,结合最大期望(EM)算法和Kalman平滑滤波算法联合对模型中未知参数进行自适应参数估计,并利用层次分析法融合监测的历史数据与实时数据,以实现对再制造工作辊实时剩余寿命预测。实验结果表明,所提方法能够准确预测再制造工作辊剩余寿命,具有一定的应用前景。

关键词：剩余寿命预测再制造工作辊脉冲涡流 Wiener过程

基于GRU网络电动汽车IGBT模块剩余寿命预测研究

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中国测试 2024年

作者：李新宇孟子民盛光鸣刘志峰合肥工业大学机械工程学院合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室

为获取老旧电动汽车中拆解的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在再制造时的剩余寿命，提出经典循环神经网络的变体，即GRU神经网络的IGBT模块剩余寿命预测模型。分析IGBT模块的内部结构及老化失效机理，明确老化失效的具体形式，结合IGBT... 详细信息

为获取老旧电动汽车中拆解的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在再制造时的剩余寿命，提出经典循环神经网络的变体，即GRU神经网络的IGBT模块剩余寿命预测模型。分析IGBT模块的内部结构及老化失效机理，明确老化失效的具体形式，结合IGBT模块功率循环试验的老化数据，确定通态饱和压降作为模块老化失效特征量。通过试验构建了最优参数的GRU神经网络剩余寿命预测模型，完成对老化失效特征量的预测，并与同样是经典循环神经网络另一种变体LSTM网络预测模型进行对比。结果表明：经过优化参数的GRU网络模型的均方根误差为0.0046，平均绝对误差为0.0041，决定系数为99.96%，相对LSTM网络精度更高，更适合所选IGBT模块的剩余寿命预测，同时检测的时间成本更低，更能提高IGBT模块再制造时的检测与生产效率。

关键词：绝缘栅双极型晶体管 GRU 神经网络剩余寿命预测

铝锰钪锆选区激光熔化成形过程介观尺度数值模拟

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中国机械工程 2024年

作者：李新宇周永铧合肥工业大学机械工程学院合肥工业大学机电产品低碳循环利用技术与装备安徽省重点实验室合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室

选区激光熔化（Selective Laser Melting ，SLM）制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关，实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料，建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值... 详细信息

选区激光熔化（Selective Laser Melting ，SLM）制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关，实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料，建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值模型，完成SLM单/双熔道成形实验并验证模型的准确性。借助数值模型研究SLM熔池演变的基本规律；研究在200 W至400 W的激光功率下，单熔道形貌、熔池温度与熔池尺寸等熔池特征随激光功率的变化规律，激光功率为360 W、扫描速度为1.0 m·s-1时，单熔道成形质量最好；研究在360 W的激光功率，1.0 m·s-1的扫描速度下，扫描间距为60 μm、80 μm和120 μm 时双熔道搭接行为、双熔道形貌演变规律，扫描间距为80 μm时双熔道成形质量好，成形效率高；结合多熔道SLM成形实验筛选出合适的体积能量密度（VED），在107～139 J/mm3的VED范围内，成形熔道连续、光滑。借助模型可初步预测关键工艺参数，减少工艺参数优化成本。

关键词：选区激光熔化铝锰钪锆合金数值模拟体积能量密度熔池

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基于KFESO的四轮主动转向积分滑模控制

汽车工程 2024年第1期46卷 100-108,119页

作者：邓斌李维汉吴迪张冰战赵韩安徽省数字化设计与制造重点实验室合肥230009 合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 合肥工业大学机械工程学院合肥230009

为消除参数不确定和外部不确定扰动对四轮转向车辆操纵稳定性的影响,提出了一种基于卡尔曼扩张状态观测器的四轮主动转向非线性积分滑模控制(KFESO-ISMC)方法。首先设计了一种卡尔曼扩张状态观测器(KFESO),实现了车辆状态观测以及外部... 详细信息

为消除参数不确定和外部不确定扰动对四轮转向车辆操纵稳定性的影响,提出了一种基于卡尔曼扩张状态观测器的四轮主动转向非线性积分滑模控制(KFESO-ISMC)方法。首先设计了一种卡尔曼扩张状态观测器(KFESO),实现了车辆状态观测以及外部扰动估计,克服了传统卡尔曼滤波算法对模型参数精度的依赖的缺点。其次为降低外部扰动引起的车辆状态的跟踪误差,将KFESO观测的系统总扰动补偿到控制输入;并为实现全局鲁棒控制和抑制积分饱和现象,设计了四轮主动转向非线性积分滑模控制方法。最后,硬件在环试验结果表明:在存在内外部不确定扰动情况下,KFESO观测器具有较高的观测精度;在四轮主动转向操纵稳定性的控制方面,KFESOISMC方法相比LQR和ISMC方法具优良的抗扰性能。

关键词：四轮主动转向线控转向扰动观测器卡尔曼滤波积分滑模控制

基于负载口独立的高速液压机四角调平系统与控制

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机械工程学报 2024年

作者：黄海鸿陈黄祥李磊刘琼徐宇航杨晨李贵闪合肥工业大学机械工业绿色设计与制造重点实验室合肥工业大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院合肥合锻智能制造股份有限公司

液压成形装备广泛应用于大吨位、大尺寸的冲压、锻造等成形过程，需要高性能的调平系统保证装备的成形精度，但传统的对角力偶调平系统及其等同控制策略不能准确地消除倾斜力矩，影响工件的成形质量。针对上述问题，设计一种基于负载口... 详细信息

液压成形装备广泛应用于大吨位、大尺寸的冲压、锻造等成形过程，需要高性能的调平系统保证装备的成形精度，但传统的对角力偶调平系统及其等同控制策略不能准确地消除倾斜力矩，影响工件的成形质量。针对上述问题，设计一种基于负载口独立的高速液压机四角调平电液系统，并提出一种基于泵-阀联合的对角交叉-均值耦合同步控制策略。在出口位移控制设计上，以各调平缸的跟踪误差为负反馈输入、误差均值及对角差值作为补偿输入至滑模控制器中，从而实现各缸的精准跟踪及同步控制；在入口压力控制设计上，根据工况调整压力伺服阀置于左、右最大开口处，使得流入调平缸的流量最大、压力最低；在泵出口流量控制设计上，根据调平缸所处工况确定电机转速。搭建液压机四角调平试验平台，试验结果表明所提出调平控制策略相较传统等同控制策略在同步精度上提升了9.26%；同时由于负载口独立的节能特性，在控制策略的作用下，系统功耗降低了54%。研究对高速液压成形装备的调平系统研发具有一定的实践意义。

关键词：四角调平系统负载口独立对角交叉同步控制节能

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移乘背抱护理机器人舒适性生物力学模型分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 95-104页

作者：刘腾代吉张建军刘承磊郭士杰河北工业大学机械工程学院天津300130 天津大学装备设计与制造技术天津市重点实验室天津300350

为探索移乘背抱护理机器人人机交互力学特性与被护理人舒适性感受的潜在关联,研究显性的人机接触力相对于人体生物力学特性的映射关系,揭示影响被护理人舒适性的主要作用肌群,提出了舒适性测试试验与AnyBody背抱运动人体生物力学模型相... 详细信息

为探索移乘背抱护理机器人人机交互力学特性与被护理人舒适性感受的潜在关联,研究显性的人机接触力相对于人体生物力学特性的映射关系,揭示影响被护理人舒适性的主要作用肌群,提出了舒适性测试试验与AnyBody背抱运动人体生物力学模型相结合的方法.从被护理人的肌肉激活程度入手,对移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征进行了分析.首先,介绍了移乘背抱护理机器人典型结构工作原理并进行了运动学分析,在此基础上搭建了舒适性测试试验系统,基于主观舒适性评分规划了服务于试验的基础运动轨迹,并通过试验得到了人机主要接触部位力学信息.然后,以试验数据为边界条件构建了基于AnyBody的背抱运动人体生物力学模型,依托逆动力学仿真分析得到了肌肉激活程度,并对比舒适性测试肌肉激活程度验证了仿真模型的有效性.最后,结合人机主要接触部位受力、肌肉激活程度及主观舒适性评分综合分析了移乘背抱护理机器人背抱运动舒适性特征,明确了影响被护理人舒适性的主要作用肌群.结果表明:影响被护理人舒适性的主要作用肌群有7个,且被护理人胸部压力与腋下压力值大小分别与影响其躯干和上肢舒适性的肌肉激活程度呈正相关.可通过建立胸部压力与腋下压力值相关的加权函数有效描述不同被护理人整体舒适性特征,为移乘背抱护理机器人舒适性运动控制提供了理论依据.

关键词：移乘背抱护理机器人人体生物力学模型肌肉激活程度背抱运动舒适性

考虑多源误差影响的谐波减速器传动误差建模与分析

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 1023-1035页

作者：杨聪彬李文汉张涛刘志峰赵永胜北京工业大学先进制造与智能技术研究所/先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124 吉林省高端数控装备先进制造与智能技术重点实验室吉林长春130012

为解决现有谐波减速器传动误差建模方法的不足,提出一种考虑装配误差、齿面误差的综合误差建模方法。该方法首先建立装配误差和齿面误差数学模型,并进行误差影响参数分析。其次,测量实验样机装配偏心量和歪斜角度,基于模型得到对应偏心... 详细信息

为解决现有谐波减速器传动误差建模方法的不足,提出一种考虑装配误差、齿面误差的综合误差建模方法。该方法首先建立装配误差和齿面误差数学模型,并进行误差影响参数分析。其次,测量实验样机装配偏心量和歪斜角度,基于模型得到对应偏心误差、歪斜误差模型理论值,齿面加工误差幅值按一般加工工况大小代入模型,得到对应加工误差模型理论值;然后,分别进行500 h、1500 h、3000 h时长的磨损实验,磨损后进行齿面形貌扫描和数据分析,得到对应的齿面形貌参数,基于模型得到对应的磨损误差模型理论值。最后,综合考虑多源误差影响,设置3组同型号样机,进行传动误差实验。实验结果表明:考虑装配偏心、歪斜和齿面加工等影响因素,传动误差的实验测量值与模型理论值误差在1.7~3.3%之间;综合考虑装配偏心、歪斜、齿面加工、齿面磨损等影响因素,在磨损500 h、1500 h、3000 h后传动误差的实验测量值与模型理论值误差分别在-3.45~2.07%、-5.88~-2.94%、1.33~5.33%之间。

关键词：谐波减速器多源误差影响参数分析传动误差建模模型验证