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新型梯度连续可控夹层板抗冲击性能研究及优化

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力学学报 2024年第6期56卷 1713-1726页

作者：卢传浩周宇琦曹勇李杰刘志芳陈龙太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室南京210007

研究了一种基于空间填充设计方法与二维泰森多边形方法的梯度连续可控夹层结构的设计方法.通过控制形核点的分布函数,实现夹层结构面内相对密度的径向梯度分布且环向均匀分布,进而对结构的抗冲击性能进行调控设计.利用6061O铝合金加工... 详细信息

研究了一种基于空间填充设计方法与二维泰森多边形方法的梯度连续可控夹层结构的设计方法.通过控制形核点的分布函数,实现夹层结构面内相对密度的径向梯度分布且环向均匀分布,进而对结构的抗冲击性能进行调控设计.利用6061O铝合金加工制备了不同面板厚度的梯度夹层板进行落锤冲击实验,并采用Abaqus/Explicit软件建立了三维有限元分析模型,实验结果和数值模拟结果有较好的一致性.通过实验观测与数值模拟得到梯度夹层板在低速局部冲击载荷作用下的变形机制,基于理想刚塑性金属材料本构建立了低速局部冲击载荷作用下面内梯度夹层板动态响应的理论分析模型,分析了面板与芯层的变形模式与吸能机理.对形核点分布函数特征参数进行了分析,得到了形核点分布函数对梯度夹层板抗冲击性能的影响规律,阐明了特征参数对力学性能的调控机制.以特征参数为设计变量,以低速局部冲击载荷作用下梯度夹层板的抗冲击性能为优化目标,建立多目标优化问题,利用试验设计方法、代理模型技术及多目标遗传算法求解得到Pareto解集,并利用最小距离选择法得到了综合最优解.验证了梯度连续可控夹层结构的设计方法是可行且有效的.

关键词：夹芯板梯度多胞芯层变形模式吸能局部冲击

甲醇/ICTL柴油机低负荷燃烧与排放特性的研究

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工程热物理学报 2024年第8期45卷 2540-2549页

作者：石晋宏徐鸣吉志勇廖文蓉太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 长江工程职业技术学院机电工程学院武汉430231

在一台满足国六排放法规的四缸柴油机上采用甲醇/ICTL双燃料燃烧模式,实验研究了预喷策略耦合EGR对其在低负荷工况下燃烧稳定性的影响规律。结果表明:在研究工况下,相比于纯ICTL燃烧模式,甲醇替代率为15.2%时,SOOT和NOx的降幅分别为66.3... 详细信息

在一台满足国六排放法规的四缸柴油机上采用甲醇/ICTL双燃料燃烧模式,实验研究了预喷策略耦合EGR对其在低负荷工况下燃烧稳定性的影响规律。结果表明:在研究工况下,相比于纯ICTL燃烧模式,甲醇替代率为15.2%时,SOOT和NOx的降幅分别为66.3%和33.5%,但COV(p)接近5%的上限标准,燃烧稳定性变差,限制了甲醇替代率的进一步提高;较早的预喷正时(-19℃A)有助于改善甲醇混合气活性,降低SOOT排放,但NOx排放量会增高,过早的预喷正时(超过-29℃A)能够进一步降低SOOT排放,而NOx排放量基本保持不变,但COV(p)超过25%;增加预喷油量会降低SOOT排放量,但NOx排放量增高,当预喷油量为2.1mg/cyc时,COV(p)为15.2%;提高EGR率,能够有效降低NOx排放量,并提高燃烧稳定性,当EGR率提高至35%时,COV(p)为2.99%。

关键词：甲醇/ICTL柴油机预喷正时预喷油量 EGR 燃烧稳定性

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板带轧机振动理论研究进展

机械工程学报 2024年第7期60卷 93-113页

作者：和东平王涛刘元铭徐慧东王君王志华太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024

板带轧机振动理论的研究一直是轧制成形领域的前沿科学问题,对板材的质量和设备的稳定运行至关重要。随着轧机朝着大型化、高速化、连续化、智能化的快速发展以及大量新技术、新工艺的采用,板带轧机振动的研究已经逐渐从单一属性研究发... 详细信息

板带轧机振动理论的研究一直是轧制成形领域的前沿科学问题,对板材的质量和设备的稳定运行至关重要。随着轧机朝着大型化、高速化、连续化、智能化的快速发展以及大量新技术、新工艺的采用,板带轧机振动的研究已经逐渐从单一属性研究发展为以研究多态耦合振动为热点,从过去的线性研究转变为以非线性研究为重点。对板带轧机振动理论的研究除了要有合理的结构模型外,还依赖于对轧机振动的精确控制。为了充分认识板带轧机的动力学行为及振动特征,得到合理可行的控制策略,综述了国内外板带轧机振动理论的研究现状,分别从单向振动、多态耦合振动以及非线性振动三个方面进行了总结评价,分析了主动控制法和被动控制法在轧制成形过程中的应用现状,并结合当前钢铁行业发展趋势对板带轧机振动未来的研究方向进行了展望。

关键词：板带轧机单向振动多态耦合振动非线性振动振动控制

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二十辊轧机辊系耦合振动特性及振动控制

振动与冲击 2024年第7期43卷 278-289页

作者：孔祥岚和东平徐慧东王涛黄庆学太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024

精密极薄带因具备高精度、耐腐蚀、优异表面光洁度等性能,被广泛应用于微制造、微电子等高技术领域。二十辊轧机辊系的耦合振动对极薄带的生产有着重要的影响。考虑到轧制工艺和润滑状态等变化形成非线性轧制界面,建立了一种二十辊轧机... 详细信息

精密极薄带因具备高精度、耐腐蚀、优异表面光洁度等性能,被广泛应用于微制造、微电子等高技术领域。二十辊轧机辊系的耦合振动对极薄带的生产有着重要的影响。考虑到轧制工艺和润滑状态等变化形成非线性轧制界面,建立了一种二十辊轧机辊系耦合动力学模型。应用多尺度法求解主共振和内共振的幅频特性方程,分析了不同参数对幅频特性曲线的影响。基于奇异性理论探究了不同参数与系统分岔的关系。同时,根据李雅普诺夫一次近似稳定性判据,结合系统动相平面相轨迹图,对系统稳定性进行判断分析。然后,基于Washout filter控制器原理设计了一种状态反馈控制器,通过对系统进行状态空间表达式变换,分析了控制增益对幅频特性的影响。利用时域图、相位图、频谱图以及Poincaré截面图进行仿真对比,验证了所设计控制器的可行性和有效性,为二十辊轧机振动及其控制的研究提供了一定的理论指导。

关键词：二十辊轧机非线性轧制界面多尺度法幅频特性稳定性 Washout filter控制器

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柱塞泵配流盘卸荷槽开度对瞬态流场特征影响

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2919-2929页

作者：刘珊珊雷欣瑞宋字宇杨凯黄家海太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太重集团榆次液压工业有限公司晋中030600

空化是影响轴向柱塞泵性能的关键因素,柱塞缸体表面损坏是一种常见的失效形式,但目前成因尚不清晰。建立柱塞泵三维流场仿真模型,设计可观察单个柱塞腔与卸荷槽导通状态下流场特征的实验装置,并采用流体仿真和流场可视化测量的方法揭示... 详细信息

空化是影响轴向柱塞泵性能的关键因素,柱塞缸体表面损坏是一种常见的失效形式,但目前成因尚不清晰。建立柱塞泵三维流场仿真模型,设计可观察单个柱塞腔与卸荷槽导通状态下流场特征的实验装置,并采用流体仿真和流场可视化测量的方法揭示了其成因。研究结果表明:射流角随卸荷槽开度的增大而增大,并伴随漩涡的产生与消失,射流中心速度大于20 m/s时漩涡产生;柱塞腔与卸荷槽由导通至完全截止的转变过程中,射流角由0°逐渐增大至60°,当射流角由0°向20°变化时,射流方向主要集中于柱塞缸体与配流盘腰型槽接触的表面处,导致柱塞缸体表面和配流盘吸油腰型槽上部产生射流破坏和气蚀破坏;当射流角由20°向60°变化时,射流方向将向配流盘腰型槽内部扩展,导致配流盘破坏区域由上部移向内部。上述研究结果有助于厘清柱塞缸体摩擦表面气蚀成因,为配流盘结构优化设计提供了约束条件,对提升柱塞泵的综合性能也有重要意义。

关键词：轴向柱塞泵空化配流盘缸体卸荷槽气蚀

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开孔金属泡沫流场分布和流动阻力的数值分析

太原理工大学学报 2024年第4期55卷 581-590页

作者：郑紫君王根伟宋辉韩鹏飞太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学航空航天学院太原030024 太原理工大学材料强度与结构冲击山西省重点实验室太原030024

【目的】为了系统研究开孔金属泡沫中空气流场的流动特性和传热传质特性。【方法】使用几何表示法构建12面体开孔泡沫模型,应用有限单元法模拟了不同入口速度下,泡沫韧带截面形状、孔径密度PPI和流场高度方向泡沫结构对称性等参数对流... 详细信息

【目的】为了系统研究开孔金属泡沫中空气流场的流动特性和传热传质特性。【方法】使用几何表示法构建12面体开孔泡沫模型,应用有限单元法模拟了不同入口速度下,泡沫韧带截面形状、孔径密度PPI和流场高度方向泡沫结构对称性等参数对流场分布、传质和流动阻力的影响。【结果】结果表明,随着泡沫韧带截面顶点曲率减小,韧带阻滞作用减弱,流场沿程损失h_(f)减少;增大孔径密度可以提高流场对流强度分布均匀性;在高度方向非对称边界流场对流强度更大,且韧带周围对流强度分布趋向均匀,对称结构则相反;对称边界流场的上下边界处对流速度比非对称边界略大,对称边界更有利于边界物质输运;泡沫结构特征和气体入口速度对流场分布和流动阻力的影响明显。流动问题的量纲分析结果表明,泡沫孔数量越多,流场的沿程损失与气体初始动能的比值越大,增大气体入口速度则比值减少,当入口速度超过6 m/s后,比值趋于稳定。

关键词：开孔金属泡沫韧带截面形状泡沫结构对称性孔径密度沿程损失传质能力

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一种基于3-UU并联机构的腕关节康复机器人研制

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机械传动 2024年第4期48卷 162-171页

作者：田培良刘智飞王炜博马晓宝兰媛太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

在3-UU并联机构基础上研制腕关节康复机器人样机,辅助中风患者进行腕关节康复训练。回顾了3-UU机构演化过程和自由度,根据3-UU机构的约束关系和几何特性,采用球坐标法和滚动-俯仰-偏航(Roll-Pitch-Yaw,RPY)法分析机构逆运动学,得到机构... 详细信息

在3-UU并联机构基础上研制腕关节康复机器人样机,辅助中风患者进行腕关节康复训练。回顾了3-UU机构演化过程和自由度,根据3-UU机构的约束关系和几何特性,采用球坐标法和滚动-俯仰-偏航(Roll-Pitch-Yaw,RPY)法分析机构逆运动学,得到机构平台和驱动的关系式;将研制的样机与经典的3-RRR腕关节康复机构进行对比,得出本机构不存在多解和奇异值等优点;对样机运动性能以及前臂两大肌群的肌电信号进行了测试。实验表明,该机构的最大横滚角度为-90°~90°,俯仰角度为-90°~90°,虚拟偏航角度为-180°~180°,最高能产生950 mV的肌电信号。上述结果表明,所研制的样机能满足腕关节运动需求,对前臂肌群进行训练。

关键词：腕关节训练并联机构逆运动学康复机器人

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超高压柱塞泵柱塞副的油膜温度特性研究

机电工程 2024年第9期41卷 1677-1683页

作者：夏宏新王淑平曾先顺丁华王义亮太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

柱塞副油膜温度特性是影响超高压柱塞泵性能的重要因素,针对油膜温度导致超高压柱塞泵容积效率低和密封失效等问题,对柱塞副间隙油膜温度特性进行了分析,研究了不同因素对超高压柱塞泵柱塞副油膜温度特性的影响规律。首先,建立了超高压... 详细信息

柱塞副油膜温度特性是影响超高压柱塞泵性能的重要因素,针对油膜温度导致超高压柱塞泵容积效率低和密封失效等问题,对柱塞副间隙油膜温度特性进行了分析,研究了不同因素对超高压柱塞泵柱塞副油膜温度特性的影响规律。首先,建立了超高压状态下油液的黏温黏压方程和柱塞泵工作过程中的柱塞运动方程;然后,分析了间隙中流体的流动状态,采用ANSYS-Fluent研究了柱塞副间隙油膜温度场分布情况和负载压力、主轴转速、间隙高度、密封长度等四种因素对油膜温度的影响规律;最后,通过四因素四水平正交试验,确定了各因素对油膜温度影响的主次顺序。研究结果表明:负载压力每增加10 MPa,油膜最高温度升高6℃左右;主轴转速每提高100 r/min,油膜最高温度增加0.76℃左右。间隙高度越大,间隙出口油膜温度波动越小;负载压力对油膜温度影响程度最大,密封长度影响最小。该研究结果可为超高压柱塞泵柱塞副的设计提供参考。

关键词：容积泵容积效率黏温黏压油膜温度 Fluent仿真分析正交分析负载压力

鲸鱼优化算法优化卷积神经网络与双向长短期记忆网络的飞机液压系统优先阀故障诊断

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液压与气动 2024年第10期48卷 107-116页

作者：孙琦任杰锶王伟杰葛磊熊晓燕权龙太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024

优先阀作为飞机液压系统的一种重要控制元件,一般用于在液压系统供油压力较低时,优先保证主飞控系统的供油,其稳定性是飞行安全的重要保证。然而,飞机液压系统中仅存在压力传感器,传统诊断方法难以应用。为此,提出了一种用鲸鱼优化算法... 详细信息

优先阀作为飞机液压系统的一种重要控制元件,一般用于在液压系统供油压力较低时,优先保证主飞控系统的供油,其稳定性是飞行安全的重要保证。然而,飞机液压系统中仅存在压力传感器,传统诊断方法难以应用。为此,提出了一种用鲸鱼优化算法优化卷积神经网络与双向长短期记忆网络的故障诊断算法。以优先阀进出口压差信号为依据,利用卷积神经网络与双向长短期记忆网络融合算法提取故障特征,并通过鲸鱼优化算法优化超参数,避免所提算法陷入局部最优。通过AMESim与MATLAB多学科联合仿真,结果表明:该方法在复杂工况下的平均诊断准确率超95%;与现存方法相比,其在诊断精度和稳定性上有显著提升。

关键词：鲸鱼优化算法优先阀液压系统 AMESim 故障诊断

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