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动车组前端排雪动态响应及雪阻形成机理

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1900-1911页

作者：王中钢邓迎澳赵一鸣袁可申路民中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 湖南工学院智能制造与机械工程学院湖南衡阳421002

为确定动车组前端雪体与排雪阻力间的作用关系,指导积雪加载下动车组高效排雪设计。运用耦合Drucker−Prager失效准则定义下弹塑性积雪本构和光滑粒子流体力学仿真方法,分析积雪冲击时排障面板动态响应及积雪运动状态规律,研究排雪阻力... 详细信息

为确定动车组前端雪体与排雪阻力间的作用关系,指导积雪加载下动车组高效排雪设计。运用耦合Drucker−Prager失效准则定义下弹塑性积雪本构和光滑粒子流体力学仿真方法,分析积雪冲击时排障面板动态响应及积雪运动状态规律,研究排雪阻力与积雪深度、雪质特性、运行边界间变化规律。基于质量守恒和达朗贝尔原理构建动车组排雪阻力映射模型,揭示动车组前端雪阻形成机理。研究结果表明:设计运行速度下承受排雪载荷的排障面板处于弹性响应阶段,不会发生塑性破坏;排雪深度为10~410 mm、积雪密度为160~480 kg/m^(3)、行驶速度为80~160 km/h时,排雪阻力与积雪厚度、密度均呈线性正相关关系,与排雪速度呈二次正相关关系;排雪阻力理论模型能够准确预测数值计算结果;相比摩擦阻力和切削阻力,动车组冲击过程中积雪运动状态改变是排雪阻力形成的主要原因。

关键词：动车组排障面板排雪阻力动态响应

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改进小波变换下的永磁同步电机机械故障识别

机械设计与制造 2024年第1期395卷 289-293页

作者：张唐圣高云广孙晋璐山西科技学院智能制造工程学院山西晋城048011 太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024

针对永磁同步电机部件参数具有延续性关联性特征,机械故障特征难以提取,导致识别精准度较低的问题,研究改进小波变换下的永磁同步电机机械故障识别技术。建立永磁同步电机内定子、转子的同步状态参数数学模型,通过三相方程按照正弦分布... 详细信息

针对永磁同步电机部件参数具有延续性关联性特征,机械故障特征难以提取,导致识别精准度较低的问题,研究改进小波变换下的永磁同步电机机械故障识别技术。建立永磁同步电机内定子、转子的同步状态参数数学模型,通过三相方程按照正弦分布变化规律,得到在电机正常同步状态下各项参数的周期性数据,以该值作故障状态特征提取的初始参照。以永磁同步电机内高、低频作为特征提取尺度,基于改进小波包变换完成电机机械故障特征信号重构提取;基于Kalman滤波残差估计算法计算重构信号的故障残差值,与初始状态对比,完成故障识别。经过实验证明,所提方法识别精准度高,可以识别出短路故障下的三相定子电流和电机输出转矩,具有一定的实用价值。

关键词：永磁同步电机机械故障三项残差特征提取尺度定子运行

蔬菜穴盘育苗播种漏播检测及智能补种装置设计与试验

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农业工程学报 2024年第6期40卷 168-180页

作者：马旭杨传艺谭穗妍曹秀龙秦亦娟陈嘉盈余杰王曦成华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学电子工程学院广州510642 河北北方学院农林科技学院张家口075132

为保证植物工厂蔬菜穴盘育苗高质量作业要求,该研究在气吸滚筒式蔬菜穴盘育苗精密播种器的基础上,优化设计了在线漏播检测与智能补种装置,以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,实时进行播种器吸孔漏吸检... 详细信息

为保证植物工厂蔬菜穴盘育苗高质量作业要求,该研究在气吸滚筒式蔬菜穴盘育苗精密播种器的基础上,优化设计了在线漏播检测与智能补种装置,以可编程逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)为控制核心,实时进行播种器吸孔漏吸检测及穴盘穴孔漏播位置预报,并完成漏播穴孔的定点定穴补种。采用光电检测技术检测播种器吸孔漏吸位置,构建漏吸吸孔与育苗穴盘穴孔的对应动态补种矩阵,实现穴盘穴孔漏播位置精准预报;优化设计了智能补种装置,根据预报的穴盘穴孔漏播位置实现定点定穴精准补种。以中双11号菜心种子为对象,开展播种器吸孔漏吸检测与穴孔漏播位置预报试验,得到吸孔漏吸平均检测准确率为98.82%,穴孔漏播位置预报准确率为100%。采用BoxBehnken试验设计方法,对智能补种装置开展作业性能试验,构建主要性能指标(单粒合格指数、重播指数和漏播指数)与主要影响因素(吸针负压、吸针孔径和种室振动压力)的关系,并进行多目标优化,确定智能补种装置最优工作参数组合为吸针负压10.19 kPa、吸针孔径0.67 mm、种室振动压力0.07 MPa,此时补种装置播种的平均单粒合格指数为94.80%、重播指数为2.94%、漏播指数为2.26%。开展整机性能试验,在生产率为100盘/h条件下,整机的单粒合格指数由补种前的93.96%提高到98.18%;在生产率为300盘/h条件下,单粒合格指数由补种前的93.18%提高到97.89%。试验结果满足植物工厂和大田蔬菜穴盘育苗播种装置高精密播种作业要求,可提高蔬菜穴盘育苗的播种性能。

关键词：农业机械自动化蔬菜穴盘育苗漏播检测补种

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增程式三缸发动机催化器开裂分析与优化

机械强度 2024年第2期46卷 497-502页

作者：洪洋谢祖通任建平叶能永台州科技职业学院机电与模具工程学院台州318020 台州模具智能制造重点实验室台州318020 台州学院材料科学与工程学院台州318000

针对某增程式三缸发动机催化器在耐久性试验中出现的开裂问题,判定断口形式,分析开裂原因,提出优化方案,并进行分析验证。使用化学成分检测、金相组织分析、断口电镜扫描等方式对断口与材料进行了分析,判定断口形式;讨论三缸发动机振动... 详细信息

针对某增程式三缸发动机催化器在耐久性试验中出现的开裂问题,判定断口形式,分析开裂原因,提出优化方案,并进行分析验证。使用化学成分检测、金相组织分析、断口电镜扫描等方式对断口与材料进行了分析,判定断口形式;讨论三缸发动机振动特性,对催化器进行传热分析与热模态分析,通过模态干涉图与应变能密度判定开裂原因;基于模态频率与振型提出对催化器支架的改进方案,并进行分析与验证。研究结果表明,该发动机催化器表面会在高温氧化下形成晶间裂纹,当支架刚度不足时,催化器热模态频率过低,高温状态下会与三缸发动机的3阶燃烧激励发生共振,导致表面裂纹扩展形成断裂;通过分析催化器热模态频率、振型和应变能密度,可有效地对催化器支架进行改进,为三缸发动机的催化器设计提供参考。

关键词：三缸发动机催化器开裂分析与优化

医用TC4钛合金激光-化学复合抛光及表面形貌演化

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中国表面工程 2024年第2期37卷 227-237页

作者：邵勇孙树峰王萍萍蒙卡·彼得·帕沃尔陈博文张丰云王茜孙维丽青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520 青岛理工大学信息与控制工程学院青岛266520 斯洛伐克科希策技术大学制造技术学院普雷绍夫08001 青岛黄海学院智能制造学院青岛266427

表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性。针对医用TC4钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析... 详细信息

表面粗糙度是医疗器械构件最重要的质量特征之一,然而现有的激光抛光、化学抛光等单一表面抛光技术存在一定局限性。针对医用TC4钛合金表面的精密抛光需求,设计并搭建一套激光-化学复合抛光系统,通过激光-化学复合加工材料去除机理分析和开展TC4钛合金的激光-化学复合抛光试验,深入探究复合抛光过程中不同抛光阶段材料表面形貌的演变过程及粗糙度变化并进行分析,进而明确激光-化学复合抛光机理。研究结果表明,激光-化学复合抛光材料去除是基于激光热-力效应与激光诱导化学腐蚀溶解共同作用的结果,而且两者具有一定协同效应,在适当的工艺窗口内,化学腐蚀溶解可以完全去除激光烧蚀产生的残渣和重熔物。激光辐照会在工件表面“峰-谷”区域产生温度差,进而导致化学溶解速率差异,即“山峰”区域溶解速率快,“山谷”区域溶解速率慢,从而实现表面粗糙度的降低。最后采用合适的工艺参数,优化了抛光效果,实现了医用TC4钛合金的选择性精密抛光,激光辐照区域表面粗糙度Ra由初始的5.230μm下降至0.225μm,Sa由初始的8.630μm下降至0.571μm,分别下降95.7%和93.4%。研究结果可为钛合金或其他自钝化金属的精密抛光提供参考。

关键词：激光钛合金抛光表面形貌化学腐蚀

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基于游标效应的可调节光纤应变传感器

激光与光电子学进展 2024年第13期61卷 196-204页

作者：宋鑫本朱晓亮潘寒洁张晓东赵恩铭毕晓彬陈吟啸浙江工商大学信息与电子工程学院(萨塞克斯人工智能学院) 浙江杭州310018 杭州科技职业技术学院智能制造学院浙江杭州311402 大理大学工程学院云南大理671000

提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪游标效应的高灵敏度光纤应变传感器。该传感器包含两个并联的法布里-珀罗干涉仪,其中,传感干涉仪由单模光纤和一小截毛细石英管熔接构成,参考干涉仪由放置在光纤熔接机中的单模光纤对齐。当两个... 详细信息

提出并制备了一种基于法布里-珀罗干涉仪游标效应的高灵敏度光纤应变传感器。该传感器包含两个并联的法布里-珀罗干涉仪,其中,传感干涉仪由单模光纤和一小截毛细石英管熔接构成,参考干涉仪由放置在光纤熔接机中的单模光纤对齐。当两个干涉仪具有相近的自由光谱范围时,利用干涉仪游标效应进一步放大传感干涉仪的应变敏感性。在此基础上,通过简单地调节熔接机改变参考干涉仪腔长,并联结构可以选择不同放大倍数以获得不同灵敏度。实验结果表明,在熔接机的辅助下,在0~250με的应变范围内并联结构的应变灵敏度分别达到22.16 pm/με和32.88 pm/με,比单一结构的灵敏度(5.76 pm/με)分别提高3.84倍和5.70倍。该传感器具备制作简单、灵敏度高、重复性好、操作方便,以及成本低等优点,为应变检测提供了新的思路。

关键词：光纤传感器法布里-珀罗干涉仪自由光谱范围游标效应应变

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具有薄外壁的闭孔泡沫铝棒的弯曲行为

稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 667-675页

作者：王增张赞刘楠楠夏兴川张子晨丁俭王佳成崔李鹏邱子轩王玉江刘永长河北工业大学材料科学与工程学院天津300401 邢台学院物理与电子工程学院河北邢台054001 天津大学材料科学与工程学院天津300350 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072

通过熔融发泡法制备了具有薄外壁的铝泡沫棒(aluminum foam bar,AFB)。通过悬臂梁弯曲实验和有限元模拟研究了跨度、直径和孔隙率对其弯曲变形行为的影响。采用高速摄像机记录了AFB的弯曲变形行为,并得到了载荷和位移之间的关系。基于... 详细信息

通过熔融发泡法制备了具有薄外壁的铝泡沫棒(aluminum foam bar,AFB)。通过悬臂梁弯曲实验和有限元模拟研究了跨度、直径和孔隙率对其弯曲变形行为的影响。采用高速摄像机记录了AFB的弯曲变形行为,并得到了载荷和位移之间的关系。基于三维有限元的X射线微断层扫描技术(Micro-CT)重建AFB,并进行了数值模拟。结果表明,跨度对破坏行为有重要影响,跨度的增加导致了能量吸收能力下降。此外,直径和相对密度的增加也使得峰值载荷提高。有限元模拟结果与实验结果相吻合,这说明孔壁在弯曲过程中由于不同类型的应力而失效。在失效过程中,裂纹遵循孔壁最薄弱的路径传播。

关键词：泡沫铝棒悬臂梁弯曲失效机制有限元模拟

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基于EKF的GMAW实时焊缝跟踪研究

制造技术与机床 2024年第4期 44-50页

作者：杨园洲薛瑞雷刘宏胜夏磊新疆大学智能制造现代产业学院(机械工程学院) 新疆乌鲁木齐830017

熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)焊接过程存在惯性大、时滞大等非线性特征以及不确定的干扰因素。为了提高焊接质量,文章提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter,EKF)算法的焊缝实时跟踪技术,采用霍... 详细信息

熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding,GMAW)焊接过程存在惯性大、时滞大等非线性特征以及不确定的干扰因素。为了提高焊接质量,文章提出了一种基于扩展卡尔曼滤波器(extended kalman filter,EKF)算法的焊缝实时跟踪技术,采用霍尔电流传感器来捕捉实时焊接电流。为了实现焊枪摆动中心始终对准焊缝中心,文章通过有限长单位冲激响应滤波器(finite impulse response,FIR)对采集的电流进行滤波,并建立提取焊枪高度和水平偏差的数学模型,采用EKF实现控制焊枪。通过在有垂直和水平方向偏差的焊缝上进行实验验证,结果跟踪精度可达到±0.25 mm,所以该方法可满足机器人实时跟踪的要求。

关键词：扩展卡尔曼滤波器焊缝跟踪 FIR滤波器高度偏差水平偏差

多策略相结合粒子群算法求解作业车间调度问题

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计算机集成制造系统 2024年

作者：罗哲朱光宇杨志锋王志堂吴思杰湖南科技学院智能制造学院福州大学机械工程及自动化学院莆田学院工程实训中心

为提高多目标作业车间调度问题的求解质量，提出一种多策略相结合的多目标粒子群优化算法（multiple-strategy multi-objective particle swarm optimization， MS＿MOPSO），该算法采用粒子群算法与灰狼算法协同进化的种群搜索模式，... 详细信息

为提高多目标作业车间调度问题的求解质量，提出一种多策略相结合的多目标粒子群优化算法（multiple-strategy multi-objective particle swarm optimization， MS＿MOPSO），该算法采用粒子群算法与灰狼算法协同进化的种群搜索模式，实现搜索的有效性；并设计了一种基于平均Fréchet距离的曲线相似度匹配与Pareto支配相结合的领导个体选择机制，来引导群体的进化，实现搜索方向的合理性，另外，为了增强算法的局部搜索能力，采用具有3种邻域结构的变邻域搜索方法来平衡算法的搜索范围。通过与另外4种算法对18组基准实例进行仿真实验，验证了所提算法的有效性；最后，将所提算法与QUEST物流仿真软件相结合，以具体加工为例，分析得到最终合理排产方案。

关键词：作业车间调度粒子群算法多策略结合多目标优化