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代理模型技术及其应用:现状与展望

机械工程学报 2024年第3期60卷 254-281页

作者：吕利叶鲁玉军王硕刘印李昆鹏宋学官浙江理工大学机械工程学院杭州310018 大连理工大学机械工程学院大连116024

代理模型是计算复杂且费时的数值分析模型的替代模型,在一定程度上弥补了传统工程优化设计和数值仿真分析设计周期长、计算成本高、维数灾难等短板。近年来,代理模型技术蓬勃发展,成果丰硕,被逐渐应用在航空航天、船舶、汽车、发电等领... 详细信息

代理模型是计算复杂且费时的数值分析模型的替代模型,在一定程度上弥补了传统工程优化设计和数值仿真分析设计周期长、计算成本高、维数灾难等短板。近年来,代理模型技术蓬勃发展,成果丰硕,被逐渐应用在航空航天、船舶、汽车、发电等领域。首先对代理模型进行总体概述,调查了近三十年代理模型相关论文发表总量与年发表量,总体分析了国内外学者在此领域的投入与产出。其次从试验设计、单保真度代理模型、多保真度代理模型这三方面较为详细地介绍了代理模型研究现状。接着围绕代理模型在优化设计中的应用展开调查,分析与概述了代理模型辅助的多学科优化设计、多目标优化设计和不确定性优化设计。最后归纳总结了代理模型技术目前存在的问题,并对未来的研究方向提出了一些建议。

关键词：代理模型试验设计多保真度序列取样多目标优化设计多学科优化设计

分散式速度反馈控制流激薄板声振响应的模态解及特性

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声学学报 2024年第2期49卷 336-343页

作者：韦大朋刘好胜刘碧龙青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520

采用模态展开法推导了湍流边界层和分散式速度反馈控制共同作用下薄板的响应和声辐射,给出了与分散式速度反馈控制增益系数、单元位置、数量和大小相关的模态阻尼的显示表达式。给定激励和参数的条件下,通过与元素法的计算结果进行对比... 详细信息

采用模态展开法推导了湍流边界层和分散式速度反馈控制共同作用下薄板的响应和声辐射,给出了与分散式速度反馈控制增益系数、单元位置、数量和大小相关的模态阻尼的显示表达式。给定激励和参数的条件下,通过与元素法的计算结果进行对比,验证了模态展开法具有较高的计算效率和准确性。讨论了分散式速度反馈控制单元的布置方式和数量对模态阻尼的影响,以及反馈控制单元的布置方式对薄板动能、辐射声功率和模态平均辐射系数的影响。数值分析结果表明反馈控制单元的数量和布放位置对控制效果影响显著,反馈控制单元沿螺旋线布置能明显拓宽控制频带;两种反馈控制单元布置方式,在动能和辐射声功率控制较好的共振频率处,除第一阶模态外,模态平均声辐射效率随反馈增益的增大明显提高。

关键词：模态展开法湍流边界层反馈控制模态阻尼

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混合陶瓷球轴承的热混合润滑性能分析

机械工程学报 2024年第15期60卷 205-215页

作者：朱鹏娟刘晓玲周亚林何文卓郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520

轴承工业将陶瓷用于航空、机床主轴等极端条件,为研究混合陶瓷球轴承的混合润滑机制,在拟静力学建模及分析的基础上,基于平均流量模型,建立了混合陶瓷角接触球轴承的热混合润滑模型,采用膜厚比与粗糙峰接触载荷比相结合的方法判断各滚... 详细信息

轴承工业将陶瓷用于航空、机床主轴等极端条件,为研究混合陶瓷球轴承的混合润滑机制,在拟静力学建模及分析的基础上,基于平均流量模型,建立了混合陶瓷角接触球轴承的热混合润滑模型,采用膜厚比与粗糙峰接触载荷比相结合的方法判断各滚动体的润滑状态,并研究了热效应、接触角和环境黏度对混合润滑性能的影响。结果表明:热条件下的油膜厚度、平均摩擦系数要比等温条件下的小。与钢制轴承相比,混合陶瓷球轴承的接触工况更好,更适合在高速条件工作;当λ4.6%,接触副处于边界润滑状态;当λ≥1且La≤4.6%,接触副处于混合润滑状态。单一滚动体-套圈接触不能全面反映轴承的润滑性能,需要基于拟静力学进行多个滚动体的混合润滑分析,以准确判断轴承的混合润滑性能。存在一合适的接触角,使得角接触球轴承的混合润滑性能最佳。润滑油环境黏度越高,平均摩擦系数越小,润滑状态由边界润滑向混合润滑过渡。较钢制球轴承,混合陶瓷球轴承可以减小摩擦系数,但会增大粗糙峰接触载荷。

关键词：混合润滑拟静力学混合陶瓷球轴承热效应

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周期性载荷下润滑剂回填效应试验观察

机械工程学报 2024年第3期60卷 203-213页

作者：金旭阳栗心明刘耀杨萍郭峰高军斌青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛266520

采用球-盘单点接触光干涉润滑油膜测量仪,试验观察了周期性载荷变化对润滑剂回填及润滑状态的影响。结果表明,当加载/卸载过程滚动体的运行距离大于滚道周长时,滚动体瞬时接触半径与已形成的滚道半径不一致,导致加载过程润滑状态整体优... 详细信息

采用球-盘单点接触光干涉润滑油膜测量仪,试验观察了周期性载荷变化对润滑剂回填及润滑状态的影响。结果表明,当加载/卸载过程滚动体的运行距离大于滚道周长时,滚动体瞬时接触半径与已形成的滚道半径不一致,导致加载过程润滑状态整体优于卸载过程;周期性载荷变化下润滑状态优于恒定载荷下的润滑状态,毛细力和表面张力作用下的润滑剂回填是其诱因;不同载荷下接触半径变化梯度的增加有利于润滑剂的回填,使得卸载末期润滑油膜反弹。

关键词：周期性载荷润滑剂回填润滑状态乏油光干涉

学训一体、空间融合的工学院馆设计——以青岛理工大学临沂校区机械与汽车工程学院为例

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城市建筑 2023年第6期20卷 213-216页

作者：孙莉梅于斐王少飞青岛理工大学建筑与城乡规划学院

在传统的教育建筑中,院系馆设计多强调功能性,忽视了建筑空间的多元性和以人为主体的活动特性。机械与汽车工程学院作为装备制造类学科,具有独特的学习与实践并重的特点。阐述了青岛理工大学临沂校区机械与汽车工程学院的创作思路,探讨... 详细信息

在传统的教育建筑中,院系馆设计多强调功能性,忽视了建筑空间的多元性和以人为主体的活动特性。机械与汽车工程学院作为装备制造类学科,具有独特的学习与实践并重的特点。阐述了青岛理工大学临沂校区机械与汽车工程学院的创作思路,探讨了机械汽车学院学训一体的教学模式下建筑空间的布局特点,提出学习、研究、实训、生活四位一体的设计策略。设计创造出空间融合的校园建筑空间,最终形成学科交融、整体性与独立性兼具的学院建筑,以期对今后高校教育建筑的设计提供参考。

关键词：教育建筑学训一体空间融合

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基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 138-148页

作者：焦安铃陈光胜上海理工大学机械工程学院上海200093

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同... 详细信息

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。

关键词：五轴数控机床几何误差快速检测球杆仪

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基于双目视觉的运动目标检测与三维重建

计算机集成制造系统 2024年第7期30卷 2419-2430页

作者：赵珊珊米曾真陈韧重庆理工大学机械工程学院重庆400054

移动机器人凭借其工作性能可靠、减少生产制造成本等优势,在现代集成智能制造业中具有广阔的市场应用前景。但目前移动机器人室内环境感知系统存在感知维度单一、精度不高等问题,往往难以满足多维度实时精确感知环境的需求。因此,在模... 详细信息

移动机器人凭借其工作性能可靠、减少生产制造成本等优势,在现代集成智能制造业中具有广阔的市场应用前景。但目前移动机器人室内环境感知系统存在感知维度单一、精度不高等问题,往往难以满足多维度实时精确感知环境的需求。因此,在模拟物流储仓的实验室环境下构建了一种可同时进行二维动态目标检测和三维场景地图重建的环境感知系统,将双目相机采集的图像分别输入增加树形特征融合模块的改进YOLOv3网络与加入带色彩恢复的多尺度视网膜增强算法和关键帧筛选机制的优化RTAB-MAP算法,运行结果在机器人可视化平台实时显示,从而进行多维度环境感知,满足多任务需求。实验结果表明,动态目标检测中查准率与查全率较原算法分别提高1.78%和1.73%,检测耗时为16.57ms/f,平均定位误差为1.49%;改进后的RTAB-MAP算法相较原算法各误差均显著下降,实际室内场景重建中三维点云地图质量更佳。

关键词：双目视觉运动目标检测三维重建 YOLOv3 移动机器人

大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管形微流道设计

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光学精密工程 2024年第11期32卷 1736-1745页

作者：陈飞昊姜晨郝宇许世炜上海理工大学机械工程学院上海200093

针对面向无动力输入的自由流体在半圆形截面微流道中单向流动的问题,设计并制备了具有百微米级大尺寸仿猪笼草口缘区结构的开放式半圆管型微流道。分析液体单向铺展性机理,设计基本的大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管表面;使用光固化成... 详细信息

针对面向无动力输入的自由流体在半圆形截面微流道中单向流动的问题,设计并制备了具有百微米级大尺寸仿猪笼草口缘区结构的开放式半圆管型微流道。分析液体单向铺展性机理,设计基本的大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管表面;使用光固化成型方法的数字光处理3D打印设备制备工件,实验分析大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道的液体单向铺展性,计算极差表征各结构参数对单向铺展性的影响。结果表明:大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道在椭圆半长轴570μm,空腔楔角30°,微流道宽度320μm,结构体长360μm,拉伸长度200μm,曲率2时具有较强的单向铺展性;各因素对铺展系数的影响程度由大到小分别为拉伸长度、结构体长、空腔楔角、椭圆半长轴、微流道宽度和曲率。研究结果为大尺寸仿猪笼草口缘区结构半圆管型微流道的参数设计提供基础指导,也验证了采用常规3D打印技术制备具有单向铺展性的微流道的可行性。

关键词：微流道 3D打印猪笼草口缘区单向铺展性开放式半圆管型

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数字孪生下基于DACS-MFAC的数控机床热误差自适应预测方法

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 248-257页

作者：杜柳青吕发良余永维重庆理工大学机械工程学院重庆400054

基于现代控制理论的经验建模法,在针对数控机床不同生产工况时,难以建立一种共性的热误差解决方案。探索了在数字孪生框架下以无模型驱动方式实现数控机床热误差自适应预测的研究。首先,建立了机床“热传感-映射-融合与优化-驱动”数字... 详细信息

基于现代控制理论的经验建模法,在针对数控机床不同生产工况时,难以建立一种共性的热误差解决方案。探索了在数字孪生框架下以无模型驱动方式实现数控机床热误差自适应预测的研究。首先,建立了机床“热传感-映射-融合与优化-驱动”数字孪生框架,实现热特征信息在数字孪生体中的存储与融合。然后,基于MISO系统的假设条件和动态线性化几何释义,提出了一种不受被控系统任何结构数据影响的热误差无模型自适应控制(MFAC)方法。进一步,基于动态发现概率和自适应步长的DACS-MFAC算法按照一定的周期更新系统参数,实现数字孪生系统下热误差预测值的动态优化。实验结果表明,DACS-MFAC方法具有适应强、精度高、收敛性好等优点。

关键词：数控机床热误差数字孪生无模型自适应控制动态自适应布谷鸟搜索