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混线自由锻协同生产多目标节能优化调度方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 10-16页

作者：程强李德威刘志峰郑辰仰北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100124 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130015 台北科技大学工业工程与管理系台北106344

针对锻件产品多品种、小批量的需求增加和绿色生产的需要,提出一种混线自由锻协同生产的节能调度方法.将锻件温度和运输车辆最大运输质量作为调度的关键约束因素,以最大完工时间和能源消耗最小化为目标,建立虑及锻造温度的混线协同生产... 详细信息

针对锻件产品多品种、小批量的需求增加和绿色生产的需要,提出一种混线自由锻协同生产的节能调度方法.将锻件温度和运输车辆最大运输质量作为调度的关键约束因素,以最大完工时间和能源消耗最小化为目标,建立虑及锻造温度的混线协同生产多目标节能优化数学模型.结合数学模型通过改编非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),得到模型优化后的生产时间、能耗及运输次数,对比可知混线协同生产节能调度比传统非协同生产调度时间减少约20%,能耗减少约40%,运输次数减少60%,验证了混线协同节能生产调度的有效性.

关键词：锻造节能混线生产遗传算法多目标优化生产调度

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

考虑蠕变特性的橡胶微凸体与金属表面接触特性分析

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润滑与密封 2024年第4期49卷 50-57页

作者：初红艳余强张征张泽北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100124

金属-橡胶接触广泛存在于密封结构中,密封接触表面上微凸体间的相互作用会直接影响整个密封界面的接触特性,进而影响其密封性能。基于粗糙密封界面的单个微凸体,考虑橡胶的蠕变特性,采用理论分析和仿真研究相结合的方式研究橡胶微凸体... 详细信息

金属-橡胶接触广泛存在于密封结构中,密封接触表面上微凸体间的相互作用会直接影响整个密封界面的接触特性,进而影响其密封性能。基于粗糙密封界面的单个微凸体,考虑橡胶的蠕变特性,采用理论分析和仿真研究相结合的方式研究橡胶微凸体与金属表面的接触特性。通过橡胶蠕变特性的实验结果,构建橡胶蠕变计算模型;构建半球微凸体与金属平板间的有限元模型,进行考虑蠕变特性的仿真,分析其接触特性,并与Hertz接触理论的计算值进行对比。结果表明:在蠕变阶段,接触半径、法向变形量和最大等效蠕变应变均随蠕变时间的增加而增大,最大接触压力随蠕变时间增大而减小,这均可能导致密封性能的下降;随压力载荷的增大,接触半径、法向变形量、最大接触压力和最大等效蠕变应变均增大,但增大的趋势逐渐减小;橡胶微凸体与金属表面间的等效模量随蠕变时间的增加而减小,随压力载荷增大而增大。

关键词：密封界面微凸体橡胶蠕变接触特性

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高强铝合金电弧增材制造的研究进展

材料工程 2024年第7期52卷 1-14页

作者：王树文陈树君赵骐跃袁涛蒋晓青赵鹏经山河丁梧桐北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心北京100124 中国科学院金属研究所沈阳110016

高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性,成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力,非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文综合分... 详细信息

高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性,成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力,非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文综合分析了高强铝合金电弧增材制造工艺和设备研发现状、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及主要的性能优化手段,讨论了组织和性能的固有特征和复合增材制造技术对组织和性能的影响。针对电弧增材制造高强铝合金不可忽略的本质冶金缺陷、特征性能需求和多种优化工艺的优劣等问题,提出了电弧增材制造高强铝合金综合评价体系、成分设计和丝材开发、专用热处理制度和复合增材制造技术的协同性等发展方向,以期为电弧增材制造高强铝合金的性能提升和应用推广提供重要参考。

关键词：电弧增材制造高强铝合金冶金缺陷优化工艺复合增材制造

不锈钢材料ELID精密磨削加工机理及工艺实验研究

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工具技术 2024年第7期58卷 66-70页

作者：关佳亮张航北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室

不锈钢材料因其化学性能稳定、机械强度高被广泛应用在工业生产及各类工具中。不锈钢材料在传统磨削加工中存在导热性差、韧性大、热强度和线膨胀系数高等问题,导致工件成品精度低、表面质量差且容易烧伤。本文采用ELID磨削技术对铁素... 详细信息

不锈钢材料因其化学性能稳定、机械强度高被广泛应用在工业生产及各类工具中。不锈钢材料在传统磨削加工中存在导热性差、韧性大、热强度和线膨胀系数高等问题,导致工件成品精度低、表面质量差且容易烧伤。本文采用ELID磨削技术对铁素体不锈钢材料进行精密磨削加工实验,通过正交实验探究加工工艺参数对加工表面质量的影响规律,获得最优工艺参数组合并进行实验验证。实验结果表明,采用最优工艺参数组合(砂轮磨粒粒度1200#,砂轮进给量0.02mm/r,砂轮线速度2200r/min,电解电流4A)可实现不锈钢材料的ELID精密磨削加工,获得样件表面粗糙度Ra为0.165μm,比传统磨削粗糙度降低了64%,且加工表面无烧伤。

关键词：不锈钢材料 ELID磨削表面粗糙度参数优化

自适应分流交替电弧WAAM电弧行为与熔滴过渡

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焊接学报 2024年第2期45卷 41-46,I0005页

作者：胡青松闫朝阳章朋田陈树君北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心北京100124 中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司北京100124

传统电弧由于热输入高、熔覆率低,无法直接应用于电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)技术.该文提出极性变换自适应分流交替电弧WAAM工艺方法,在钨电极,工件和丝材间形成交替电弧.根据EN/EP电流转换时自适应分... 详细信息

传统电弧由于热输入高、熔覆率低,无法直接应用于电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)技术.该文提出极性变换自适应分流交替电弧WAAM工艺方法,在钨电极,工件和丝材间形成交替电弧.根据EN/EP电流转换时自适应分流并主动诱导交替电弧形成.该新型热源能满足以丝材阳极-钨电极阴极的EN电弧熔化丝材;以钨电极阳极-工件阴极的EP电弧清理工件,并通过适当的调节实现电弧热质力传输的受控解耦.验证了该新型热源的适用性,并对比分析了焊接速度和丝材高度下对电弧行为及熔滴过渡的影响.结果表明,当焊接速度为5.7 mm/s和丝材高度为8 mm时,沉积层形貌较好且熔滴过渡规律;与传统变极性等离子电弧(variable polarity plasma arc,VPPA)熔丝增材制造技术相比,其自适应分流交替电弧显著提高了丝材的沉积效率且降低了母材热输入,较好的兼顾了增材质量与增材效率.

关键词：电弧熔丝增材制造交替电弧熔滴过渡电弧行为焊缝成形

铝合金VPPAW穿孔焊接匙孔闭合处的微观组织与力学性能

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焊接学报 2024年第3期45卷 1-6,I0003页

作者：王小伟张斌曾如川闫朝阳陈树君北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心北京100124 北京卫星制造厂有限公司北京100124

铝合金因其密度低,比强度高等特性,被广泛应用到航空航天、军事工业等领域.与其他焊接工艺相比,变极性等离子弧焊接在大型铝合金结构件加工方面具有突出优势.针对轻金属合金等离子弧焊接过程中匙孔难以自由闭合的问题,提出了气电分离时... 详细信息

铝合金因其密度低,比强度高等特性,被广泛应用到航空航天、军事工业等领域.与其他焊接工艺相比,变极性等离子弧焊接在大型铝合金结构件加工方面具有突出优势.针对轻金属合金等离子弧焊接过程中匙孔难以自由闭合的问题,提出了气电分离时序脉冲等离子弧环焊缝收弧方法,对比研究了环焊缝收弧方法与手工钨极惰性气体保护焊(tungsten inert gas welding, TIG焊)填补法焊缝匙孔闭合处的微观组织与力学性能.结果表明,通过调节焊接起弧、收弧策略,实现了等离子弧匙孔自由闭合,焊缝收弧区成形良好,组织为均匀的等轴晶;抗拉强度为329.9 MPa,断后伸长率为16.3%,比TIG填补法的抗拉强度提高了22.91%,断后伸长率提高了55.24%.平均硬度值为78.9 HV0.2,热影响区硬度呈下降趋势,熔合线处硬度呈升高趋势,焊缝区硬度波动范围为75~81 HV0.2.

关键词：铝合金变极性等离子弧穿孔焊接微观组织力学性能

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高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制

系统工程与电子技术 2024年

作者：何益康林书宇杨森王振华何闻浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室上海航天控制技术研究所哈尔滨工业大学航天学院

为了延长高轨卫星的角动量卸载周期，提出一种用于高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制方法。首先，构建出太阳电池阵转角控制作用模型，并将用于卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制转化为约束优化问题。然后，又从工程实用的角度... 详细信息

为了延长高轨卫星的角动量卸载周期，提出一种用于高轨卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制方法。首先，构建出太阳电池阵转角控制作用模型，并将用于卫星角动量管理的太阳电池阵转角控制转化为约束优化问题。然后，又从工程实用的角度出发，根据常用的两翼太阳电池阵对称布局的特点，简化了用于角动量管理的太阳电池阵转角控制问题，提出简单实用的太阳电池阵转角控制律。最后，通过数值仿真和某遥感卫星的在轨环境干扰数据对本文所提出的方法进行验证，结果表明所提方法可以显著降低卫星角动量的积累，延长角动量卸载周期。

关键词：高轨卫星太阳电池阵角动量管理控制律约束优化

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机理⁃数据混合驱动的叶片加工变形预测方法

航空学报 2024年第13期45卷 169-185页

作者：董立卓张思琪张钊吴宝海西北工业大学航空发动机高性能制造工信部重点实验室西安710072 西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心西安710072

航空发动机叶片作为一种典型的薄壁类零件,在铣削加工过程中易发生弹性变形与加工残余应力变形,影响其加工精度与质量。针对叶片复杂加工过程的变形机理建模问题和依赖于有限采集样本的数据驱动模型预测问题,建立了机理引导的麻雀优化... 详细信息

航空发动机叶片作为一种典型的薄壁类零件,在铣削加工过程中易发生弹性变形与加工残余应力变形,影响其加工精度与质量。针对叶片复杂加工过程的变形机理建模问题和依赖于有限采集样本的数据驱动模型预测问题,建立了机理引导的麻雀优化极限学习机(SSA-ELM)薄壁叶片加工变形预测模型。首先,建立了综合考虑弹性变形、加工残余应力变形的薄壁叶片加工变形机理模型。其次,设计极限学习机神经网络(ELMNN),并采用麻雀搜索算法(SSA)优化ELMNN隐含层网络参数。然后,构建了数据驱动模型的数据集,并利用蒙特卡洛模拟对加工变形数据样本进行增强,建立了数据驱动模型。最后,采用机理引导的SSA-ELM预测薄壁叶片加工变形值,以加工变形均方根误差与相关系数作为模型精度评价指标,结果表明机理引导和SSA优化后的加工变形预测模型的均方根误差分别减小了77.25%和30.5%,证明模型有良好的预测性能。

关键词：薄壁叶片弹性变形加工残余应力变形加工变形预测机理模型数据驱动模型