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新工科背景下地方高校机械类本科专业实践教学改革研究——以四川轻化工大学机械工程学院为例

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教育观察 2023年第16期12卷 121-124页

作者：李建明胡光忠李轩胡新军罗全华四川轻化工大学机械工程学院

“创新驱动发展”和“中国制造2025”重大战略对高校的人才培养体系提出了新的要求，因此高校迫切需要面向新产业开展新工科改革。四川轻化工大学机械工程学院紧扣国家和川南区域经济转型发展需求，践行学校“研学结合、产教融合、特色... 详细信息

“创新驱动发展”和“中国制造2025”重大战略对高校的人才培养体系提出了新的要求，因此高校迫切需要面向新产业开展新工科改革。四川轻化工大学机械工程学院紧扣国家和川南区域经济转型发展需求，践行学校“研学结合、产教融合、特色发展”发展战略，通过改革实践教学体系、创新多元化实践模式、强化过程管理、完善实践评价方式、推进校企结合产学研协同育人等一系列改革措施，有效提升了本科专业实践教学质量。

关键词：新工科地方高校机械类本科实践教学

基于人工势场法的复杂环境下多无人车避障与编队控制

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工程科学学报 2025年第2期47卷 364-373页

作者：梅艺林崔立堃胡雪岩胡广琦王浩陕西理工大学机械工程学院

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题，提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值，解决前期引力过大引起的... 详细信息

针对动态、密集障碍物等复杂环境下多车避障与编队控制存在的容易与障碍物碰撞、编队不稳定等问题，提出一种基于势场法的多车避障与编队控制方法.修改引力势场函数使引力大小在距离较大或较小时收敛于某一值，解决前期引力过大引起的无人车与障碍物碰撞以及目标点不可达问题；采用更平滑的斥力计算公式对斥力势场函数进行优化，解决无人车距离障碍物过近时斥力过大引起的无人车在障碍物附近徘徊的问题；定义编队稳定力使编队前进过程中保持稳定队形的同时解决传统人工势场法存在的局部极小值问题；引入动态障碍物速度斥力势场与障碍物数量稀疏区域引力势场使编队在复杂环境下具有更高的避障与路径规划成功率.通过仿真实验与传统人工势场法以及改进后的算法进行对比，实验结果表明：本文方法在复杂环境下能够维持编队稳定性，具有较高的抗干扰能力；相较于传统算法与文献算法在动态障碍物环境下避障成功率分别提高了35%与10%,在密集动态障碍物环境下分别提高了55%与10%;能够在密集动态障碍物环境下躲避障碍物规划出合理的路径.

关键词：人工势场编队控制避障动态障碍物密集障碍物

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基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化

郑州大学学报（工学版） 2025年第1期46卷 98-104,112页

作者：于永洁杜昱錡黄仕磊甘芳吉四川大学机械工程学院四川成都610065 成都大学电子信息与电气工程学院四川成都610106

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨... 详细信息

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过梯度实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。

关键词：柔性超声传感器背衬层匹配阻抗匹配信噪比

基于OpenSim预测青少年跖屈肌无力的下肢生物力学行为

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中国组织工程研究 2025年第9期29卷 1789-1795页

作者：付恩洪杨行梁成张小刚张亚丽靳忠民西南交通大学机械工程学院四川省成都市610031

背景:跖屈肌无力是痉挛型脑瘫和腓骨肌萎缩症患者的常见肌肉缺陷,临床上会表现出异常步态,而跖屈肌无力与异常步态间的关系尚不明晰。目的:探讨跖屈肌无力单因素作用时对下肢生物力学行为的影响,以揭示跖屈肌无力诱发异常步态的机制,为... 详细信息

背景:跖屈肌无力是痉挛型脑瘫和腓骨肌萎缩症患者的常见肌肉缺陷,临床上会表现出异常步态,而跖屈肌无力与异常步态间的关系尚不明晰。目的:探讨跖屈肌无力单因素作用时对下肢生物力学行为的影响,以揭示跖屈肌无力诱发异常步态的机制,为跖屈肌无力患者康复训练提供指导。方法:基于OpenSim Moco建立矢状面内骨肌多体动力学预测框架,预测正常受试者下肢关节角和肌肉激活变化,结合实验数据逆运动学和肌电图激活时间,验证框架有效性。减小等距肌肉力进行跖屈肌无力建模并将预测得到的下肢关节角、关节力矩和肌肉能量消耗,与正常受试者对比,以分析跖屈肌无力对下肢生物力学的影响。结果与结论:①基于Moco的预测框架较真实地预测了正常受试者步行过程中的下肢生物力学变化(关节角归一化相关系数≥0.73,均方根误差≤7.10°);②跖屈肌无力时模型采用小步幅且支撑相上升的“脚跟行走”步态,当跖屈肌无力达到80%时,肌肉能量消耗为5.6914 J/(kg·m),腓肠肌和比目鱼肌激活度最大分别为0.72,0.53,可能致使跖屈肌无力患者步行时更易疲劳;③当跖屈肌无力超过40%时,肌肉能量消耗显著升高;跖屈肌无力超过60%时,下肢关节角和关节力矩出现较明显恶化,说明跖屈肌无力对步态的影响可能存在“阈值”,这或许对应于医护人员进行临床干预的时间点。

关键词：下肢跖屈肌无力生物力学步态预测肌肉能量消耗肌肉激活 OpenSimMoco

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高温高压对三元预混燃料爆炸特性的影响

高压物理学报 2025年第1期39卷 011303-1-011303-15页

作者：朱源姜根柱王筱蓉郭宏展苏傲成江苏科技大学机械工程学院江苏镇江　212003

乙醇/甲烷/氢气（C2H5OH/CH4/H2）作为一种新型的替代燃料，研究其爆炸特性对于我国新能源的可持续发展具有重要意义。在不同的当量比（0.8～1.4）、初始压力（0.1、0.2和0.4 MPa）和初始温度（370、400和450 K）下，从实验和化学动力... 详细信息

乙醇/甲烷/氢气（C2H5OH/CH4/H2）作为一种新型的替代燃料，研究其爆炸特性对于我国新能源的可持续发展具有重要意义。在不同的当量比（0.8～1.4）、初始压力（0.1、0.2和0.4 MPa）和初始温度（370、400和450 K）下，从实验和化学动力学角度分析了其对关键爆炸特性参数，如峰值爆炸压力、峰值爆炸压力上升速率、爆炸时间以及爆燃指数的影响。结果表明，爆炸特性参数在当量比为1.2～1.3之间时出现极值。峰值爆炸压力与初始压力呈线性正相关，而与初始温度呈线性负相关。增大初始压力，火焰锋面裂纹、胞化程度加深，峰值爆炸压力增大。此外，实验工况下评估的最大爆燃指数为20.83 MPa·m/s，表明预混燃料的燃烧处于相对安全水平。基元反应敏感性分析表明：爆燃反应与H和OH自由基密切相关，而R1、R8、R24、R96是影响爆炸反应强度最重要的4个基元反应。研究成果可为C2H5OH/CH4/H2三元混合燃料在实际燃烧装置中的应用、燃料安全性评估以及爆炸事故预防提供参考。

关键词：乙醇/甲烷/氢气爆炸特性线性相关 H和OH自由基

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主路式水肥一体机施肥系统的设计与试验

农机化研究 2025年第2期47卷 68-74页

作者：李擎李家春熊贤沙蔡家斌贵州大学机械工程学院贵阳550025

针对现阶段水肥一体化设备存在施肥不均、自动化程度不高及滞后性严重的问题,根据现代化农业节水省肥和减少环境污染的灌溉要求,设计了一款可实现自动混肥、施肥、节水灌溉的主路式水肥一体化施肥机。根据液肥的EC和pH值调节过程的特点... 详细信息

针对现阶段水肥一体化设备存在施肥不均、自动化程度不高及滞后性严重的问题,根据现代化农业节水省肥和减少环境污染的灌溉要求,设计了一款可实现自动混肥、施肥、节水灌溉的主路式水肥一体化施肥机。根据液肥的EC和pH值调节过程的特点,开发了以SIEMENS S7-1200为核心的液肥控制系统硬件,并结合MatLab设计了以模糊PID为控制器的液肥EC和pH值控制系统。为验证施肥机在实际应用中的精确性和鲁棒性,设计了施肥系统动态调节性能试验,结果表明:在施肥阶段,模糊PID控制系统具有较短的稳态时间和较小的超调量,相比于PID控制系统,对EC和pH值进行调节的稳态时间分别减少了37.7%和52.1%,稳态超调量分别降低了1.2%和2.2%,可实现对混肥溶液进行迅速有效的调节,满足现代农业实际生产需要。

关键词：水肥一体化施肥机模糊PID 过程控制

基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂设计与试验

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农机化研究 2025年第1期47卷 72-78,86页

作者：杨语录李长勇新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047

针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA... 详细信息

针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA机械臂,上部为柔性机械臂部分;同时,设计了SCARA与柔性机械臂的协调运动控制系统。通过分析机械臂的机械结构和工作原理确定机械臂的末端空间位置和机械臂的运动学关系,利用MatLab绘制其工作空间,并绘制柔性机械臂在随机两个空间点运动的轨迹、速度、加速度图,从而实现SCARA机械臂与柔性机械臂的运动控制。

关键词：采摘柔性机械臂运动空间运动学求解 SCARA机械臂葡萄

激光去除AH32钢漆层的数值模拟及实验研究

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光电子·激光 2025年第1期36卷 93-99页

作者：张鑫王涛冯伟峰顾志同河北工业大学机械工程学院

采用有限元模拟软件建立激光去除AH32钢表面环氧树脂漆层的数值模型，并在其表面加载脉冲激光清洗过程。探究了不同激光参数对激光去除AH32船用钢表面漆层的温度场影响。模拟结果表明，漆层表面最高温度随光斑中心的移动而变化，其扫描... 详细信息

采用有限元模拟软件建立激光去除AH32钢表面环氧树脂漆层的数值模型，并在其表面加载脉冲激光清洗过程。探究了不同激光参数对激光去除AH32船用钢表面漆层的温度场影响。模拟结果表明，漆层表面最高温度随光斑中心的移动而变化，其扫描轨迹呈彗星状；漆层表面最高温度随光斑直径和扫描速度的增大而减小，随激光重复频率和激光功率的增大而增大，并通过实物清洗实验验证此规律，观察其清洗后的表面形貌，得到当激光功率为28W,光斑直径为0.05 mm,重复频率为50 kHz,扫描速度为1 000 mm/s时，不仅能完全把漆层去除，而且不会损伤基底材料。研究结果为激光清洗船用钢表面漆层提供理论依据和实验参照。

关键词：激光清洗数值模拟 AH32船用钢表面形貌

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三七土壤参数测定及挖掘铲优化研究

农机化研究 2025年第1期47卷 165-172页

作者：刘梦飞周伟李西兴湖北工业大学机械工程学院武汉430068

针对三七挖掘过程中挖掘铲所受阻力过大的问题,对传统的平面三七挖掘铲进行了优化。首先,对三七土壤参数进行了试验测定,并通过离散元仿真得到了土壤的堆积角,经试验验证所选土壤参数的准确性;其次,采用离散元软件EDEM建立了挖掘铲的仿... 详细信息

针对三七挖掘过程中挖掘铲所受阻力过大的问题,对传统的平面三七挖掘铲进行了优化。首先,对三七土壤参数进行了试验测定,并通过离散元仿真得到了土壤的堆积角,经试验验证所选土壤参数的准确性;其次,采用离散元软件EDEM建立了挖掘铲的仿真模型,计算了其在挖掘过程中所受到的阻力,通过与平面铲对比验证了该结构可以降低挖掘铲在行驶过程中所受到的阻力;再次,以行进过程中所受阻力为指标对挖掘铲进行优化,分析挖掘铲的铲面弧度、铲尖角度、铲的间距和入土角度等参数对挖掘阻力的影响,结果表明:铲面弧度为116°、铲尖角度为120°、铲的间距为86 mm、入土角度为12°时,挖掘阻力最小,相较于传统挖掘铲阻力降低了23.6%;最后,对优化后的挖掘铲进行了试验验证,结果表明:平均误差为2.78%,在5%以内,满足设计需求。研究结果可为块茎类农作物挖掘铲的设计提供参考。

关键词：挖掘铲三七阻力离散元