摘要：针对包含大量异质微结构的非均质多胞结构设计难题,提出了可指定结构变形方式的多胞结构宏微观优化设计方法。该方法在宏观结构设计中采用梯度类方法优化属性分布,引入可行性约束保证微结构确实存在,在微结构设计中引入数据驱动的方法,利用深度学习实现微结构逆向设计并映射到宏观结构,同时采用微结构偏移和兼容性算法解决相邻微结构连接不兼容的问题,最终通过指定变形问题的多个数值算例验证了该方法的有效性,并讨论了单元尺寸、微结构偏移次数以及微结构映射密度对结构性能的影响。建立的多胞结构设计方法引入数据驱动方法和考虑了微结构连接兼容性要求,成功实现多样化指定变形的非均质多胞结构优化设计。

摘要：车辆接触动力学研究有助于更加全面地了解整车力学性能,对整车稳定性和座舱舒适性设计具有指导性作用.文章基于非光滑多体系统理论,对车辆系统展开接触动力学研究.考虑到车辆在行驶过程中,轮胎是与地面接触的唯一部件,轮胎动力学模型对整车动力学分析发挥着重要的作用.首先,借助于张拉整体结构的思想,建立轮胎的等效模型.然后,采用拉格朗日乘子方法,将约束方程引入到拉格朗日函数中,并基于第二类拉格朗日方程,推导得到整车系统的一般动力学方程.由于接触碰撞的存在,会导致车辆的状态变量呈现出非连续性.利用牛顿碰撞定律,建立了碰撞响应的非光滑数学列式,并利用光滑化的Fischer-Burmeister函数将非光滑数学列式进行等效替换,以提高计算效率.其次,将摩擦响应的求解转化为优化问题进行描述,以避免求解摩擦方向时出现奇异.另外,将车辆系统的一般动力学模型分解为光滑部分与非光滑部分进行求解,并利用广义α离散策略给出了详细的求解流程.最后,对整车系统展开了多工况的接触碰撞数值仿真,分析了不同工况下的接触响应对整车动力学性能的影响,验证了所提方法的有效性.

摘要：附件系统是航空发动机的重要组成部分,发动机过度振动常常会造成附件结构的局部破坏。针对某航空发动机具有多个安装结构支撑的滑油箱系统,开展不同飞行状态(空中慢车、巡航以及最大工作转速状态)下滑油箱振动传递路径分析(TPA)。首先,基于TPA基本原理,建立了多支撑滑油箱系统TPA有限元模型,并验证了模型的有效性。然后,基于某发动机实测滑油箱振动载荷谱,仿真分析了滑油箱多个目标点的振动响应。进一步地,基于仿真TPA方法,比较研究了不同飞行状态下安装结构对滑油箱振动响应的贡献量大小。结果表明,在N1、N2及2N1处,滑油箱振动响应相对较大;在空中慢车和巡航状态,安装结构不同振动传递方向对目标点振动响应贡献量排序为Y>X>Z;在最大工作转速状态,不同安装结构Y向和X向振动传递方向对目标点振动响应贡献量相对较大。最后,通过降低主要传递路径的传递函数和工况载荷,滑油箱振动响应分别下降了1.5、2.8 dB。本文所使用的TPA分析方法可用于指导航空发动机复杂多支撑外部附件系统的动力学设计。

摘要：热成形钢淬硬后强度高、韧性差,热成形过程的高温变形损伤会进一步加剧淬硬后材料的断裂失效,导致零部件服役抗撞性能被高估,造成安全隐患等问题。以600℃下淬火得到的淬硬硼钢为对象,研究了高温预应变对淬硬后材料力学性能和失效行为的影响规律,发现高温预应变越大,材料的强度和伸长率越低,并发生明显的韧脆转变现象。设计了5种应力三轴度子样件,通过DIC系统测得其断裂失效应变并结合有限元反算优化方法,获得了4种预应变下淬硬硼钢的失效双曲线和GISSMO损伤失效模型参数。进一步开展了淬硬硼钢帽型梁结构的轴向压溃试验,探究了考虑成形损伤及引入失效模型对结构抗撞性能预测精度的影响。结果表明:只引入GISSMO失效模型可以较好地预测淬硬零部件的失效行为,但其预测值偏高,而耦合热成形预应变历史并引入相应失效模型的联合仿真,对淬硬硼钢结构的抗撞性能预测最佳。

摘要：针对全断面岩石隧道掘进机刀盘在恶劣工况下的应变监测,本文提出了一种表面应变重构的视觉识别方法。通过图像中圆形标距中心点之间像素点数量的变化,得到标距的实际变形,并在此基础上结合柯西-格林公式进行表面应力重构。本文以隧道掘进机刀盘刀座和筋板2个关键位置为研究对象,设计了4330V和Q345-D共2种材料不同尺寸标准样件,搭建了基于视觉识别和基于应变片的2套测量系统,进行了拉伸载荷作用下的应变对比及样件表面应力重构。研究表明:本文基于视觉识别方法测得的2种材料标准件变形的误差范围为1.28%~3.23%,在此基础上,进行的材料表面应力重构的误差范围为2.20%~4.76%。本文方法可以实现变形的准确测量及实现多方向的应变和变形重构,为实现复杂结构的应变和变形测量奠定了坚实基础。

摘要：针对螺纹松动过程影响因子多且具有典型非线性特征,预紧力衰减难以准确预测的问题,提出了一种基于贝叶斯优化神经网络的螺栓防松性能预测方法。首先建立了螺纹松动的动力学模型,并采用响应曲面法定量分析了各因子对残余预紧力的影响,确定了初始预紧力和振幅为影响松脱最敏感的两个因子;进一步采用贝叶斯优化算法,建立基于神经网络的螺栓残余预紧力预测模型,实现螺栓残余预紧力的精准预测,并对该模型进行了验证。结果表明:相对于三层神经网络、高斯过程回归以及支持向量机模型等,基于贝叶斯优化的神经网络预测模型的均方误差最小,且R2系数最接近1,通过试验验证,螺栓残余预紧力预测值与实际测试值误差在7%之内,验证了模型的有效性及可靠性,为螺栓可靠性防松设计奠定基础。

摘要：为实现协作机器人精准力控,利用谐波减速器柔轮变形研制了一种原位集成转矩传感器。提出了基于傅里叶级数模型的剩余纹波补偿方法提高测量精度。提出了基于傅里叶级数模型的剩余纹波补偿方法提高测量精度。首先,分析了柔轮底部应变规律,通过正弦叠加的原理设计了应变敏感栅结构;然后建立纹波与波发生器角度之间的傅里叶级数模型,补偿剩余纹波;最后,研制了测试平台进行加载测试,结果表明,在波发生器静止状态下施加瞬时激励和阶跃负载,自制转矩传感器与标准转矩传感器输出误差为0.988%和0.253%;在波发生器旋转状态下施加阶梯变化、正弦变化、正弦变化过程中人为碰撞三种形式的负载,自制转矩传感器与标准转矩传感器输出误差为3.822%,4.247%和4.456%。本文提出的补偿方法能有效降低剩余纹波对传感器输出的干扰,有利于推动关节转矩精准测量的实现。

摘要：面向热塑性复合材料的高质量成型需求,设计搭建了基于光纤激光加热的CF/PEEK铺放平台,制备了复合材料层合板构件。基于铺放平台的设备参数(激光功率、铺放速度、铺放压力),通过单因素参数分析和多因素正交试验参数分析,结合层间剪切强度测量以及微观形貌显微观测,探究了层合板成型过程中温度、压力两个工艺参数对CF/PEEK层合板力学性能的影响规律。试验结果表明:在试验范围内,层间剪切强度随着铺放温度与压力的增大,呈现出先增大后减小的现象。成型过程中,铺放温度与铺放压力两个工艺参数对层合板层间剪切强度影响程度并不相同,铺放温度的影响更大。试验中制备CF/PEEK层合板的最优工艺参数组合如下:铺放压力为0.2 MPa,铺放温度为402.6℃。

摘要：基于三维有限元的时域仿真法,探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达,能简化一般声学结构设计问题的流程。首先,建立了两种声学结构单元,仿真其幅频特性,并结合试验测量,验证幅频特性曲线的准确性,而后基于幅频特性曲线拟合传递函数,选择精度最高的零极点匹配方案,确定拟合传递函数的最优型式。结果表明,匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数,匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数,拟合精度最高。然后,分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响,并基于拟合传递函数的最优型式,通过数值仿真和拟合计算,建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后,构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构,通过单元传递函数的组合计算,获得声学结构的总传递函数,并与COMSOL仿真结果比较,验证所建立声学单元传递函数模型的正确性,它能准确描述声学结构的传递损失特性。

摘要：微冲裁是一种具有大批量、高效率、低成本等特点的微加工技术。结合数值模拟仿真和实验数据分析,研究了凸模底部刃型对异形微冲裁落料件侧面成形质量的影响。首先,基于实验收集的冲裁位移-冲裁力数据,建立微冲裁有限元仿真模型;接着,基于仿真结果获取Mises应力数据,与测量的落料件侧面光亮带高度值建立关系并分析原因;然后,为设计提高落料件局部光亮带高度的非平刃凸模方案提供依据,再利用仿真分析选出最优的非平刃凸模设计方案;最后,利用微细电火花-微冲裁复合机床,在线制备了底部窄梁刃型高度为50μm的非平刃一凸模,并在厚度为80μm的3J21弹性合金箔料上进行冲裁实验。结果表明:凸模窄梁部位的非平刃一设计方案可提高局部位置的光亮带高度,从而提高落料件成形质量。