摘要：会聚型喷嘴是目前激光切割应用最为广泛的亚音速喷嘴,所产生的流场结构对激光切割质量和效率影响显著。建立了会聚型喷嘴的湍流模型,根据可压缩流休轴对称N-S方程,采用结构网格和二阶精度的有限体积法,对不同内部形状参数的会聚型喷嘴自由射流进行了数值模拟。揭示锥型喷嘴收缩段收缩角、收敛型喷嘴收敛段抛物线曲率半径对射流的流场结构参数的影响规律,为激光切割喷嘴的优化选择和设计提供有效依据。

摘要：针对高背景噪声下滚动轴承全生命周期(轻度退化、中度退化、重度退化)故障诊断需求,提出GA-OIHF(Genetic Algorithm-Output Input Hidden Feedback)Elman神经网络模型,实现退化故障的精准诊断.利用集合经验模态分解对振动信号进行有效降噪与故障特征提取.设计OIHF Elman神经网络,并在Elman神经网络结构的基础上,同时增加输出层对隐含层与输入层的反馈,进一步提高其对滚动轴承全生命周期数据的处理能力.然后,通过结合遗传算法构建一种新的GA-OIHF Elman神经网络模型,该模型综合了遗传算法的全局寻优与OIHF Elman神经网络的局部寻优能力,从而实现对滚动轴承全生命周期的精确故障诊断.实验结果表明,所提出的GA-OIHF Elman方法不仅对于滚动轴承全生命周期故障具有准确的诊断效果,而且保证了诊断模型对于不同故障(不同故障部件与不同故障时期)的诊断稳定性.

摘要：针对智能制造系统的监测评估与控制优化问题,提出面向工业现场的正反向数字孪生管理方法。正向由数据映射孪生实体提供监控服务,反向模拟控制优化物理实体行为完成反馈,实现制造过程的全闭环管控。方法由信息物理系统串联物理真实数据与孪生虚拟数据,搭建与五维模型呼应的多层架构。设计了多尺度多层次的孪生建模方法,结合模型定义与有限状态机技术,在虚幻引擎上搭建物理属性和动作行为的孪生场景。通过融入人工智能与行为模拟模型,将上下文数据信息纳入功能服务,使系统能够有效利用融合数据,分析评估设备健康状态,生成仿真行为控制加工过程。最后,面向某装配件智能制造系统搭建了平台,验证了模型成熟度与孪生可靠性。

摘要：建立了自由射流模型,采用了可压缩流体轴对称N-S方程和RNGkε-模型,重点分析了出流为欠膨胀波时的马赫盘(MSD)结构。对出口静压为6.145×105Pa的自由喷射外流场进行数值仿真,描述了不同出口马赫数时的射流场结构,分析了马赫盘与喷嘴出口马赫数之间的关系,揭示了随着出口马赫数的增加,马赫盘的宽度呈现出收敛趋势,表明超音速喷嘴设计在保证常用工作压力时不出现过膨胀的情况下应适当提高出口马赫数。揭示了实际切割过程中,随着出口马赫数不断增大,马赫盘将收敛于一固定位置。对求解模型进行流场可视化对比验证,证明了仿真结果的准确性和结论分析的有效性。

摘要：针对传统相似性方法忽略设备故障模式、退化速度以及监测数据长度间差异性的问题,提出多故障模式下多尺度相似性集成(MFM-MSEN)方法,以提高寿命预测精度并表征预测不确定性.通过训练故障分类模型,设计时序加权预测策略,识别设备故障模式,实现训练与测试设备间的分类匹配并降低匹配复杂度.在此基础上提出多尺度集成策略,可克服单尺度方法的数据利用率限制,并增强预测泛化性能,在多个尺度上匹配健康指标间的相似性,进一步采用核密度估计集成多尺度预测结果,以高精度拟合剩余寿命概率分布.实验结果证明,MFM-MSEN方法具有应对设备退化差异的优越性.

摘要：提出一种机电产品概念设计的创新方法,建立“需求-环境-冲突-原理解-解决方案”的设计逻辑.利用面向环境的设计方法识别设计需求与环境约束之间存在的矛盾,对需求与环境进行迭代分析,解耦复杂抽象的专业问题.根据发明问题解决理论生成原理解,得到针对具体需求的产品解决方案,确保了创新的方向性和产品设计方案生成的系统性以及设计流程的规范性.利用航空发动机气压可调静子叶片转轴衬套系统的摩擦磨损试验机设计案例,验证了所提设计方法的合理性和有效性.

摘要：生物激励设计作为最具活力的设计创新方法之一,是工程领域创新设计解方案产生的重要途径。针对生物激励设计中缺乏系统的跨领域实例获取和类推方法以支持将生物领域实例映射到工程领域激励创新解方案生成的问题,提出了规范化的生物领域功能-行为-结构(Fbio-Bbio-Sbio)知识元模型和基于知识元模型的解/问题驱动的转换-聚类检索-关联映射-设计综合(Transformation-clustering-mapping-synthesis,TCMS)创新类推过程模型。在解/问题驱动类推过程中,首先根据公理化设计的原则构建类推实例的非耦合知识元模型,完成设计需求/实例到功能模型的转换,然后根据生物功能与依存环境密切相关的特点,进行基于环境特征的聚类检索,以知识元模型功能基为桥梁建立生物与工程领域知识元间映射关系,最后通过对功能分解路径的回溯实现对工程领域知识元模型的设计综合,该类推模型的可能性和有效性在视觉假体装置的设计中得到了验证。

摘要：功能性假肢接受腔需要同时具备穿戴舒适性与力及运动的传递功能,两者对人机界面提出刚柔特性相反的要求,对接受腔的设计形成了矛盾。针对这一矛盾,提出分时间歇和分区交替承载的界面压力可控式假肢接受腔设计概念,以最大化其功能传递性,并且避免残肢软组织长时间承受过高载荷。设计一种负刚度挤压腔体单元,通过抽真空方式驱动腔体单元收缩改变接受腔内壁形状,实现接受腔对残肢软组织适配界面的刚柔特性协调及快速转换。理论分析负刚度挤压腔体单元的力学特性,该特性使其对软组织松紧挤压转换所需的驱动力小,有利于小型化驱动单元,同时也使接受腔对软组织具有过载保护的功能。以该单元为基础构建假肢接受腔试验模型,并对其界面压力响应特性进行试验评价,初步实现了对接受腔界面压力的控制,并证明了该设计方案可以同时提高接受腔的功能传递性和舒适安全性。

摘要：为了减少致动元件的能量消耗,模拟自然肌肉高效驱动的拮抗作用机制,设计了以力学拮抗作用的能量转化而实现运动能量输出的新型致动元件.以高能量密度的磁体和具有良好伸缩性能的聚合物构建致动元件,分析了致动元件的磁场力与弹性力的拮抗特性及其运动触发机制,同时,实验分析了以电磁线圈为拮抗作用触发元件的力学特性.结果表明,电磁线圈能够有效触发具有磁场能和弹性势能元件的拮抗作用,以力学拮抗形式的能量转换方式可构建高效致动元件.

摘要：针对农田中存在不确定性干扰时,会导致建立的无人水稻直播机运动学模型精确度不高,从而使路径跟踪收敛时间长,跟踪效果较差等问题,提出由直播机运动学模型建立相应的非线性干扰观测器从而实现对不确定性复合干扰的精确观测。将观测到的干扰值补偿到运动学模型中以提高模型的精度,降低滑模控制的抖振。为了控制直播机沿指定路径作业并提高路径跟踪收敛时间,设计了一种快速终端滑模控制算法。基于李雅普诺夫判据检验了算法闭环系统的稳定性。使用Matlab/Simulink建立了农机运动学仿真模型,仿真结果表明,非线性干扰观测器能精确观测出系统的不确定性干扰。与不带干扰观测器的滑模控制算法相比,本文控制算法可有效减少收敛时间,抑制干扰带来的抖振。无人直播机水田作业实验表明,采用本文所提出的算法以1.2 m/s的速度高效作业时,横向平均绝对偏差为0.0247 m,均方差为0.0311 m。并且转弯收敛速度快,无超调,路径跟踪精度满足实际作业要求。