摘要：为了提高薄壁结构的耐撞性能,提出了一种改进的Johnson-Cook材料本构模型,结合数值计算和智能算法开展了航空铝合金薄壁开孔结构优化设计。对7150-T6航空铝合金材料进行了静动态压缩试验,其结果表明该材料具有显著的应变速率敏感性。综合材料的静动态力学特性,提出一种改进的Johnson-Cook模型,并且通过试验验证该模型能更好地描述材料的动态力学行为。结合改进的本构模型和分离式霍普金森压杆试验,建立有效可靠的薄壁圆管霍普金森杆轴向冲击有限元模型,并探讨了等距离设置长方形孔对薄壁圆管构件的耐撞性和最大峰值载荷的影响。利用遗传算法开展航空铝合金薄壁开孔圆管的多目标优化设计,并将其优化结果与试验进行验证。结果表明:改进的模型能够很好地描述7150-T6航空铝合金在不同应变速率下的塑性流动应力特性,且优化后的开孔圆管具有较好的耐撞性能和稳定的变形模式,能为薄壁结构的设计与性能研究提供有效参考。

摘要：目的研究玻璃热压成型参数对非球面玻璃透镜轮廓偏差的影响。方法设计正交试验,并通过***软件对玻璃透镜热压成型过程进行数值模拟,在不同热压成型参数组合下,测量透镜轮廓偏差的大小,从而得到最佳热压成型参数组合。接着进行透镜热压试验,观察成型透镜形状与设计值间的偏差,验证仿真分析结果。结果经正交优化分析,热压温度为570℃时,最大轮廓偏差均值为2.876μm;热压速率为0.02 mm/s时,最大轮廓偏差均值为2.808μm;摩擦因数为0.6时,最大轮廓偏差均值为2.780μm;退火速率为1.5℃/s时,最大轮廓偏差均值为1.893μm;保持压力为700 N时,最大轮廓偏差均值为1.775μm;冷却速率为1℃/s时,最大轮廓偏差均值为1.990μm。它们在各自参数组别中都为最小值。优化成型参数组合为:热压温度570℃,热压速率0.02 mm/s,摩擦因数0.6,网格大小0.05 mm,退火速率1.5℃/s,保持压力700 N,冷却速率3℃/s。热压试验测得最大偏差值为1.61μm。结论离透镜中心越远,透镜表面的轮廓偏差越大。热压模型网格划分越细,越能准确地模拟玻璃热压成型过程。热压速率增大时,透镜的轮廓偏差会增大。热压温度升高,透镜的轮廓偏差会减小,但过高的热压温度会使轮廓偏差变大。退火速率、保持压力、摩擦因数增大时,透镜的轮廓偏差会减小,冷却速率对轮廓偏差无明显影响。

摘要：应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟。研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响。研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计。

摘要：目的针对工件表面形态复杂、干涉交叠缺陷难以实现自动分离、分类图像检测的情况,提出一种工件表面交叠缺陷自适应图像聚类方法。方法首先提取工件表面缺陷二值图像,采用混合概率主成分分析器估计缺陷位置各像素点局部切空间信息,并改进局部切空间之间的相似性矩阵;然后通过改进局部密度峰值自适应方法,基于相似性矩阵确定聚类中心点和数目;最后通过谱多流形聚类,将各分析器所包含的像素点分配至不同缺陷流形结构中,实现多个交叠缺陷分离、检测。结果首先通过比较计算与实际测量的长度、宽度来验证该方法对相互交叠结构缺陷良好、准确的分离效果,平均相对误差分别为0.957%和0.650%。其次为了体现该方法对于分离工件表面相互交叠缺陷的有效性及优越性,使用k-means聚类、谱聚类与该方法进行对比实验,证明了该方法良好的聚类效果。最后对所设计方法的稳定性进行测试,统计检测结果的平均ME值均在6%以下,正确聚类数目率高达99%~100%。结论该方法能够较为准确地自动识别工件表面图像中存在相互干涉的不同缺陷,并进行分离。

摘要：针对同时具有太阳轮浮动、柔性销轴和柔性内齿圈三种均载方法的封闭差动行星齿轮箱进行试验研究,探索多种均载措施的封闭差动行星传动均载性能的特点。测试行星传动的差动级内齿圈齿根弯曲应力和封闭级的太阳轮齿根弯曲应力,根据齿向方向和圆周方向上各个通道应变测试结果提出均载系数的数据处理方法。得到每个被测轮齿最大均载系数,研究行星齿轮箱动态均载系数随工况载荷的变化趋势。分析并统计封闭级和差动级不同载荷下的平均均载系数及其标准差,并与某航空发动机主齿轮箱的理论分析均载系数进行对比。结果表明封闭级均载性能优于差动级,载荷越大两级均载性能越好,具有这三种均载方法的行星系统较采用单种均载措施的传动均载性能好,为封闭差动行星齿轮的均载设计提供了依据。

摘要：为了减小研磨后海泡石矿粉粒径及其分布宽度,基于层压破碎理论,研制了一款螺旋搅拌磨机。利用工程离散元法(engineering discrete element method,EDEM)对海泡石研磨进行仿真,研究介质球在研磨腔的运动规律,以介质球的速度梯度、旋转动能和搅拌磨机的磨损量为评价指标来获得最优工艺参数。采用自行研制的螺旋搅拌磨机进行海泡石研磨实验,并对研磨后的海泡石矿粉进行粒径检测。仿真和实验结果表明:当磨机转速和介质球直径较小时,可以获得粒径及其分布宽度较小的海泡石矿粉,同时磨机的磨损量较小。研究结果可为海泡石研磨设备的优化和最优工艺参数的确定提供参考。

摘要：远场涡流技术在金属管道的无损检测中应用广泛,但通常需要设备停机以便将探头放入管内。为满足压力管道在役检测的需求,针对其易腐蚀的弯头部位,设计了一种在管外放置的远场涡流探头。首先,应用有限元软件对探头的结构及其激发磁场的效果进行了仿真设计;而后建立了弯头缺陷远场涡流检测仿真模型,分析了内、外壁缺陷深度与检测信号特征量的定量关系;最后搭建试验平台进行了预制缺陷检测试验。结果表明:探头电压信号的相位随缺陷深度的增加而近似线性减小,可用于缺陷深度的定量;内壁缺陷信号的相位减小得更快,利用相位特征量可对仅有外壁或内壁缺陷时的缺陷深度进行定量,而不能对两种缺陷都存在的情况进行定量。

摘要：针对高温合金材料在磨削加工过程中存在磨削烧伤问题,为避免气障效应并强化冷却液在磨削弧区的换热效果,提出采用加压式内冷却断续磨削方法。利用数值模拟方法和3D打印技术对砂轮基体、加压内冷却系统和密封结构等进行设计和验证,制备了用于平面磨削的加压内冷却开槽CBN砂轮。在相同的磨削加工参数条件下,使用加压内冷却方法与外部喷射冷却方法进行镍基高温合金磨削对比试验,分析了砂轮速度、磨削深度和工件进给速度等加工参数对磨削温度、加工表面粗糙度和表面形貌的影响规律,验证了加压内冷却断续磨削方法对磨削弧区的强化换热效果。结果表明:在相同试验参数条件下磨削镍基高温合金,加压内冷却法比外部喷射冷却法的换热效率更高,得到的磨削温度更低,表面粗糙度更小,加工表面更为光滑细腻。

摘要：针对镍基高温合金磨削时磨削区因砂轮气障效应引起的过热问题,提出采用加压式内冷却磨削方法,鉴于砂轮内流道结构影响磨削液的流动特性和砂轮的磨削性能,同时考虑流道加工工艺和砂轮旋转时离心力的影响,设计直线型和弧线型两种内流道结构。利用计算流体动力学方法分析了流道结构对磨削区流场的影响,表明弧线型流道结构下磨削区的流体速度和分布均匀性更高。制备了具有弧线型和直线型内流道的两种加压内冷却开槽砂轮,在相同的磨削参数下进行了镍基高温合金磨削对比试验,分析砂轮线速度和磨削液压力对磨削温度、表面粗糙度和表面形貌的影响规律。结果表明:相比直线型流道,弧线型流道的冷却润滑效果更好,随砂轮线速度和磨削液压力的增大其换热效率提升更显著,得到的磨削温度和工件表面粗糙度值分别降低了16.8%和17.6%,并获得了更规则的加工表面形貌。

摘要：针对四旋翼无人机机身轻量化需求,以小型四旋翼无人机机身结构为研究对象,基于质量最小原则对四旋翼无人机机身结构进行轻量化设计。选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)材料,利用Inspire软件分别对不同优化目标下的机身模型的形状控制进行了拓扑优化计算,依照质量最小原则,得到了基于形状控制为辐射状的小型四旋翼机身的关键结构特征。然后对拓扑优化的最优结果进行了几何重构及强度校核,得到适合于3D打印的结构,相对于初始结构实现了54%减重,且多工况下机身模型的应力、位移、安全系数都符合设计要求,接着通过切片软件设置层厚、模型摆放位置等参数对机身的三维数据进行前处理,最后通过3D打印机实现轻量化模型熔融沉积成型(FDM)快速制造。该研究结果为四旋翼无人机机身结构的设计提供一种新的设计思路,为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构提供一条新的途径。