摘要：传统塑性变形理论基于唯象方法,主要依赖于开发者的经验并通过拟合已得到的实验数据来获取,具有强烈的局限性。随着材料微观结构和力学性能的复杂程度不断提高,开发更为复杂的唯象本构模型已经极其困难。材料模型不通用、难以联系材料性能和制造过程成为制约塑性成形加工的主要问题之一,也为塑性理论的发展提出严峻挑战。人工智能与数据科学的发展为材料和机械科学带来了新的机遇,随着材料设计和应用的快速发展,不需要传统的显式本构模型,反映材料微观结构和宏观性能之间关系的塑性变形理论建模方法应运而生。其中,以物理规律增强神经网络建模、高效多尺度聚类分析、数据驱动免本构建模为代表的理论建模新范式具有其鲜明的特色和显著优势,是极具潜力的模拟预测方法。通过对这3个方面的总结梳理,探讨了人工智能赋能和数据科学驱动的塑性理论建模及多尺度模拟技术开发的发展现状与未来趋势。

摘要：针对现有水下仿生推进机构结构复杂、运动生硬、柔性不足、效率较低的问题,本文提出了一种新型鱼尾结构,通过弹性板的连续变形来模拟鱼尾的体干波曲线,差动驱动产生鱼尾往复摆动。该构型由两个变截面弹性板和尾鳍刚性平台组成,通过双侧直线驱动产生大尺度变形,在机构的末端产生类似于真实鱼类尾鳍的运动。针对该方案建立运动静力模型,用于模拟和计算不同驱动输入下尾部的位姿和驱动力,采用主轴分解法建立的协调连续变形模型,将弹性梁大变形问题转化串联机构静力学问题,进而通过梯度迭代法可以快速而准确地对运动静力模型进行求解。解析模型的建立为连续变形柔性鱼尾的运动控制提供了依据,实验验证了该方法的可行性。

摘要：机械产品装配是制造过程的最终阶段,装配质量对机械产品的服役性能和可靠性有直接影响。建立合理的数学模型描述机械产品装配过程中的偏差传递、累积和淹没规律,对产品的容差设计与故障诊断,并进一步提高产品性能和服役周期具有重要意义。归纳并总结了现有机械产品装配偏差分析的理论方法,从基于刚性假设的偏差分析与考虑柔性变形的偏差模型两个方面系统地论述了目前机械产品装配偏差传递分析的研究进展。刚性偏差分析围绕尺寸链模型与确定性定位模型展开,并对基于尺寸链理论的雅可比旋量方法做了详细介绍与具体的应用分析。对于主流的柔性装配偏差传递建模方法,详细论述了影响系数法与装配偏差场传递模型的理论建模过程与及其应用范围,并从大型结构装配的现场应用出发,对装配偏差场传递模型进行了具体的案例分析。针对目前航空航天等领域机械产品大尺寸、高承载的发展趋势,提出了对于局部刚性整体柔性的大型结构装配偏差预测的难点以及研究展望。

摘要：结构的刚度非均匀分布易导致非规则大型薄壁在加工和装配过程中产生翘曲大变形,其结构建模和变形精确计算是装配偏差预测及控制的关键.基于绝对节点坐标法,引入高阶斜率坐标并改进单元插值函数,考虑单元接触界面间连续性,构建一种非规则高阶曲面复合单元模型;采用该非规则高阶曲面单元建立复合单元组合离散非规则曲面结构,解决不同厚度单元间节点连接和变形耦合问题,并有效地描述非规则大型薄壁结构的大变形,基于连续介质力学建立非规则大型薄壁结构装配协调变形计算模型.对重型火箭贮箱箱底边缘区域加厚的超大型非规则薄壁结构进行装配过程变形计算,研究加厚区域尺寸与瓜瓣装配偏差以及结构刚度之间的关联关系,为未来重型火箭箱底超大非规则曲面结构设计提供指导.

摘要：飞机、运载火箭、高速列车、汽车等载运工具的承载结构普遍采用轻质高强薄壁结构,成形工艺需要满足最终构件的高强度、形状尺寸精度以及低成本短流程等要求;同时,运载工具薄壁承载结构越来越多地采用多材料、多结构混用以提升轻量化效果和设计灵活性,这对焊接与连接工艺带来巨大挑战。针对轻质高强板材热冲压技术以及薄壁构件铆接和电阻点焊技术的研究进展进行综述,系统分析新材料、新结构对成形和连接工艺带来的技术变革,并指出其面临的技术挑战和未来的发展方向,旨在对轻质高强薄壁构件的制造提供指导和借鉴。

摘要：热能场是提高构件可成形性和尺寸精度的主要途径.针对传统热源温度波动大的问题,将可控性好的激光热源引入薄板剪切旋压成形中,通过局部加热与局部变形匹配提高构件的可旋性和成形精度.基于现有旋压机搭建激光辅助剪切旋压平台,建立激光热源刚性连接下椭球面构件激光照射点漂移模型,分析激光热场加载最优区域.理论分析表明,对于截面圆半径变化较小的构件,刚性连接的激光热源可实现旋压过程精准加热.基于此,开展铝合金椭球面薄壁件激光辅助剪切旋压试验,结果表明与室温旋压相比,激光辅助剪切旋压可以显著提高难变形材料的可旋性,并明显改善铝合金椭球面薄壁件厚度和贴模度的精度.研究结果证明了所开发试验装置和工艺设计方法的可行性.

摘要：研究了一种基于反步法的多移载工装协同作业控制策略,提出了基于改进人工势场法和纯轨迹跟踪法的期望运动状态规划方案,并根据自适应蒙特卡洛定位方法确定了实际运动状态的估计值,设计了反步法与虚拟领航跟随法结合的队列控制器.构建了基于机器人操作系统(ROS)环境的仿真模型,并开展仿真验证.结果表明:提出的队形误差计算方法能够提高误差估计精度,该编队控制策略能够使得队形误差在6.2 s内收敛,所设计的队形控制器能够满足多移载工装的作业要求.

摘要：设计开展了钛薄板拉伸断裂的尺度效应试验,发现随着晶粒增大,延伸率、断裂极限应力均显著下降。通过扫描电镜对断面进行观测发现,随晶粒增大断面由典型密集韧窝断面向河流状解理断面转变。这是由于小晶粒条件下晶界密度高、位错在晶界处堆积对裂纹屏蔽作用显著,裂纹不易扩展;随晶粒增大,位错屏蔽作用减弱、裂纹更容易发生扩展,导致断裂应力及延伸极限降低,裂纹迅速扩展形成河流状断面。为描述钛薄板断裂尺度效应,考虑晶粒大小对位错屏蔽作用的影响,建立考虑该物理机制的损伤扩展失效准则,描述了晶粒增大、位错屏蔽作用减弱导致的损伤扩展加剧。通过与试验结果对比,发现该准则能够预测钛薄板断裂尺度效应并反映其细观机理。

摘要：针对大尺寸部件三维重建中点云配准易产生错误匹配点和累积误差的问题,提出一种改进的多视角点云配准方法。首先采用基于鲁棒核函数的成对点云配准算法,在点到平面距离度量的ICP算法的基础上通过改进目标函数来减小误匹配点对配准结果的影响。点云对两两顺序配准后,采用基于位姿图优化的多视角点云全局配准方法,将点云全局位姿优化转化为图优化问题求解,通过最小化点云对整体配准误差实现对累积误差的消除。实验结果表明该成对配准方法对点云重叠比值具有较高的鲁棒性,在重叠比值大于40%的点云对上全部配准成功,全局配准方法在顺序配准的基础上将多视角配准误差降低了39.1%,有效减小了顺序配准后的累积误差。

摘要：车用永磁同步电机工作在循环工况下,转子受到交变离心力作用会产生疲劳问题;同时随着电机的峰值转速和功率密度朝着越来越高的方向发展,电机温升严重,在转子上会产生热应力的作用,其对转子疲劳性能的影响不容忽视。以一台峰值转速为12000 r/min的车用永磁同步电机为研究对象,基于传热学理论建立了电机三维温度场求解域模型并通过实验进行验证,为转子疲劳仿真提供了准确的热边界条件;通过不同温度下的疲劳试验获得转子硅钢片材料的S-N曲线作为转子疲劳仿真的输入,分析了转子在热力耦合下的应力及疲劳寿命分布。分析表明,温度的升高不仅会使转子硅钢片材料疲劳强度降低,还会在转子上产生热应力的作用提高磁桥处局部应力,进而降低转子疲劳寿命。