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基于产教融合的项目式教学实践

高教学刊 2024年第27期10卷 122-125页

作者：范胜波于晓然张朝卢广华天津大学机械工程国家级实验教学示范中心天津300350

借鉴德国“学习工厂”的经验,按照企业批量生产模式,建设面向真实产品生产的工程实践教学平台,构建“服务学习、真实体验”的工程实践学习情境,开展无限接近企业批量生产的全流程工程实践活动。串联工程问题,将工业生产过程成功转化为... 详细信息

借鉴德国“学习工厂”的经验,按照企业批量生产模式,建设面向真实产品生产的工程实践教学平台,构建“服务学习、真实体验”的工程实践学习情境,开展无限接近企业批量生产的全流程工程实践活动。串联工程问题,将工业生产过程成功转化为实践教学内容,实现企业生产与工程教育的深度融合。在教学过程中,探索以学生为中心的多元化工程训练教学模式,培养学生的工程观、质量观、系统观,为开展产教融合的创新创业教育提供新途径。

关键词：工程教育学习工厂产教融合创新创业项目式教学

腰部外骨骼机器人多刚-柔体动力学等效逆解方法研究及其性能优化综合

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机械工程学报 2024年第5期60卷 107-118页

作者：周祖意杨玉维齐文耀龚健超李照童天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合... 详细信息

针对减轻腰部运动负载对其疾病防治的重要性,提出一种具有人体生物力学特性的多自由度仿生腰部无动力外骨骼机器人研究原型,继而针对其计及人机共融性的运动承载仿生工作机理的有效实现,深入开展基于多刚-柔体动力学逆解的系统仿生综合性能优化及其方法研究。首先,基于相关离体生物力学实验数据,构建人体腰椎仿生等效复合刚度力学模型,进而于人体矢状面内搭建人机穿戴并联系统多刚-柔体正动力学模型;其次,旨在腰部外骨骼机器人性能优化综合的有效实现,提出一种新型动力学综合性能评价指标——仿生承载舒适度;再次,相对于柔性逆动力学频域法求解的非因果复杂性,提出一种通过正动力学线性优化迭代逼近多刚-柔体动力学逆解的等效方法,以实现外骨骼机器人穿戴前后人体胸椎运动轨迹的一致性;最后,深入开展人机穿戴并联多刚-柔体系统仿生综合性能优化研究,进而得到外骨骼机器人最优设计参数组。仿真结果表明:外骨骼机器人穿戴前后,在保障人体胸椎在矢状面内弯曲角度轨迹误差极小(4.5×10^(-6)(^(o)))工况下,人体等效受力较穿戴前得到明显改善;优化后的外骨骼机器人穿戴舒适性指标明显提升,从而证明了腰部外骨骼机器人具有较好的动力学仿生综合性能,以及所采用研究方法的合理有效性。同时,优化后的系统设计参数对后续腰部外骨骼机器人物理样机的建造及相关实验的开展具有重要意义。

关键词：腰部无动力外骨骼机器人多刚-柔体正动力学等效逆动力学仿生承载舒适度综合性能优化

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晶体多孔支架的强度与渗透性仿真分析

医用生物力学 2024年第2期39卷 222-228页

作者：马宏坤门玉涛汤绍灿郝溥俊张春秋天津理工大学机械工程学院天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

目的分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响。方法构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell 1~4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用... 详细信息

目的分析对比钛合金晶体多孔支架和三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔支架的强度,探索孔隙率对等效弹性模量和渗透性的影响。方法构建相同孔隙率的晶体多孔支架(cell 1~4)和TPMS多孔支架(P、G、D和FKS型),利用有限元仿真方法,计算支架的等效弹性模量、等效屈服强度和渗透率。结果8种支架的弹性模量为5.1~10.4 GPa,屈服强度为69~110 MPa,4种晶体支架的渗透率为0.015~0.030 mm^(2)。结论随着孔隙率的增加,支架的弹性模量和屈服强度逐渐降低,渗透率逐渐升高;cell 2型支架因其较高的弹性模量和屈服强度,适合用于承重骨部位缺损的修复;cell 3型支架应力分布均匀,且线弹性阶段较长,可能适用于膝关节假体的多孔胫骨平台设计。

关键词：晶体支架多孔支架弹性模量屈服强度渗透性

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能量轨道下带碰摩的双转子系统振动特性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1564-1575页

作者：刘军王敬寒王肖锋葛为民天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学) 天津300384

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与... 详细信息

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与数值分析调查了该模型复杂的碰撞、振动特性。对碰摩故障发生后和即将脱离时该系统的能量交换进行了定量分析,基于振动能量轨道的迁移过程分析了非线性振动特征和诱发机理。使用转子实验验证了数值仿真、理论分析结果和振动能量轨道。本文揭示了带碰摩故障的非线性双转子系统运行时振动变化规律,更好地分析了双转子系统的振动特征。

关键词：双转子系统非线性恢复力非线性振动碰摩故障能量空间分析能量轨道轨道迁移实验

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基于MRI心脏瓣膜支架建模的比较及分析

中国组织工程研究 2024年第15期28卷 2391-2397页

作者：崔艺文袁泉刘继凯山东大学机械工程国家级实验教学示范中心高效洁净机械制造教育部重点实验室山东省济南市250061

背景:当前心脏瓣膜手术所用的人工瓣膜有生物瓣膜和机械瓣膜,生物瓣膜瓣架的设计与加工决定了生物瓣膜的造型,从而决定了生物瓣膜的使用寿命。目的:根据空间几何方程构建出不同的瓣叶及瓣架模型,通过对比不同瓣叶及瓣架的变形及应力分... 详细信息

背景:当前心脏瓣膜手术所用的人工瓣膜有生物瓣膜和机械瓣膜,生物瓣膜瓣架的设计与加工决定了生物瓣膜的造型,从而决定了生物瓣膜的使用寿命。目的:根据空间几何方程构建出不同的瓣叶及瓣架模型,通过对比不同瓣叶及瓣架的变形及应力分布情况,获得一种较为合理的瓣架模型,再通过3D打印技术得到实体模型。方法:根据心脏瓣叶和瓣架的几何模型和数学模型绘制出抛物与椭圆2种心脏瓣架模型,用三维建模对心脏瓣膜瓣架建模,通过双向流固耦合分析研究瓣架在血液流场中的受力及变形。选择心脏瓣膜支架的打印方式和合适的打印材料,实现心脏瓣膜瓣架的3D打印成型。结果与结论:抛物瓣架与椭球瓣架的变形、最大主应力和最大剪切应力的分布规律相同,椭球瓣架的变形和所受应力都大于抛物瓣架,最大主应力和最大剪切应力都主要集中在瓣架与瓣叶结合的部分,瓣架的总变形、最大主应力和最大剪切应力都随着瓣架直径的增大而减小。

关键词：心脏瓣膜支架双向流固耦合 3D打印技术椭圆瓣架抛物瓣架

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基于Fe配位键自修复聚氨酯的制备与性能

精细化工 2024年

作者：任龙芳张晨余思杰强涛涛陕西科技大学轻工科学与工程学院轻化工程国家级实验教学示范中心

为了提高聚氨酯(PU)胶膜的力学性能与自修复能力，以2，6-二氨基吡啶(DAP)为扩链剂合成了PU样品(PU-DAP)，其通过与Fe3+配位交联，制备了一系列自修复聚氨酯(PU-DAP/Fe3+)胶膜。采用FTIR、XPS、TGA、DSC对PU-DAP/Fe3+进行了表征，评价了... 详细信息

为了提高聚氨酯(PU)胶膜的力学性能与自修复能力，以2，6-二氨基吡啶(DAP)为扩链剂合成了PU样品(PU-DAP)，其通过与Fe3+配位交联，制备了一系列自修复聚氨酯(PU-DAP/Fe3+)胶膜。采用FTIR、XPS、TGA、DSC对PU-DAP/Fe3+进行了表征，评价了PU-DAP/Fe3+的自修复性能(力学性能、自愈合效率)，通过偏光显微镜(POM)、AFM对其自修复情况与相分离程度进行了观察。结果表明，Fe3+能与DAP和酰胺基团上的氮和氧配位，形成的配位交联结构有效地提高了PU-DAP/Fe3+的热稳定性。当n(DAP)∶n(Fe3+)=2∶1时，制备的PU-DAP/Fe3+2∶1胶膜的机械性能与自修复性能最佳，其热分解温度比PU-DAP提高了17.15 ℃，拉伸强度与自愈合效率分别为5.16 MPa和93.2%，室温修复36 h划痕几乎完全消失。原因在于：PU-DAP体系中引入的强弱金属配位键及分子链间的氢键在室温下可以动态断裂与重组，从而形成新的网络结构；此外，较低的玻璃化转变温度(–48.3 ℃)确保了分子链在较低温度下的柔性运动，促使了断开的金属配位键又重新缔合而恢复到接近原始状态。

关键词：聚氨酯自修复能力金属配位力学性能功能材料

基于AdvantEdge的整体陶瓷立铣刀结构参数优化及试验验证

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工具技术 2024年第7期58卷 54-60页

作者：张峥刘玥山东大学机械工程学院高效洁净机械制造教育部重点实验室机械工程国家级实验教学示范中心

通过有限元仿真研究了整体陶瓷立铣刀的不同结构参数(周刃径向前角、周刃径向后角和螺旋角)对铣削力的影响,采用正交试验对刀具结构进行优化,对比分析了结构优化前后整体陶瓷立铣刀的铣削性能,并探究了刀具的磨损机理和失效形式。结果表... 详细信息

通过有限元仿真研究了整体陶瓷立铣刀的不同结构参数(周刃径向前角、周刃径向后角和螺旋角)对铣削力的影响,采用正交试验对刀具结构进行优化,对比分析了结构优化前后整体陶瓷立铣刀的铣削性能,并探究了刀具的磨损机理和失效形式。结果表明,优化后刀具的周刃径向前角为-8°,径向后角为10°,螺旋角为40°,结构优化后的刀具寿命提高42.9%,后刀面磨损量降低37%,工件已加工表面粗糙度降低5.5%;刀具的磨损机理主要为黏结磨损和扩散磨损,失效形式主要为剥落、微裂纹和崩刃,结构优化后的刀具磨损现象明显改善。

关键词：整体陶瓷立铣刀有限元仿真结构优化切削性能

基于三周期极小曲面法骨小梁支架的设计与性能研究

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生物医学工程学杂志 2024年第3期41卷 584-594页

作者：门玉涛汤绍灿陈炜刘福龙张春秋天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心天津300384

三周期极小曲面(TPMS)可以通过公式精确地控制多孔支架的形态而被广泛应用。本文构建一种I型包装(I-WP)型多孔支架,采用有限元法研究壁厚和周期与支架形态和力学性能的关系,并进行压缩和流体性能的研究。研究发现,不同壁厚(0.1~0.2 mm)... 详细信息

三周期极小曲面(TPMS)可以通过公式精确地控制多孔支架的形态而被广泛应用。本文构建一种I型包装(I-WP)型多孔支架,采用有限元法研究壁厚和周期与支架形态和力学性能的关系,并进行压缩和流体性能的研究。研究发现,不同壁厚(0.1~0.2 mm)、不同周期(I-WP 1~I-WP 5)的I-WP型支架孔隙率在68.01%~96.48%范围内,等效弹性模量为0.655~18.602 GPa;随着周期和壁厚的增加,支架应力分布趋于均匀;拓扑优化后I-WP型支架等效弹性模量基本不变,渗透性提升52.3%。综上,对于I-WP型支架可以先调控周期参数,后调控壁厚参数,结合拓扑优化来达到设计要求。本文构建的I-WP型支架具有良好的力学性能,且满足修复人体骨组织的需求,为人工骨小梁支架的设计提供一种新选择。

关键词：三周期极小曲面多孔支架拓扑优化结构强度渗透性

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离散制造生产线可配置数字孪生数据系统设计

计算机集成制造系统 2024年

作者：王鑫胡天亮马嵩华孟麒山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室山东大学机械工程学院山东大学机械工程国家级实验教学示范中心

数据系统为数字孪生系统的运行提供高效、稳定的数据支撑。为解决目前数据系统在构建过程中存在的数据元描述异构、数据系统更新维护困难、数据交互接口多样等问题，本文提出了一种基于可配置思想的数字孪生数据系统柔性构建方法，包括... 详细信息

数据系统为数字孪生系统的运行提供高效、稳定的数据支撑。为解决目前数据系统在构建过程中存在的数据元描述异构、数据系统更新维护困难、数据交互接口多样等问题，本文提出了一种基于可配置思想的数字孪生数据系统柔性构建方法，包括三项关键技术：生产数据规范化建模、数据系统的柔性配置生成和重构以及数据系统交互接口设计。最后，以某活塞生产线为实例进行了数字孪生数据系统的实现，验证了所提方法的正确性和有效性，为离散制造过程中，数字孪生数据系统的实现提供了技术解决方案。

关键词：数字孪生数据系统生产信息建模可配置性交互接口