摘要：金属管材的弯曲精度影响产品质量,但弯曲回弹不可避免且受多种因素影响。为了准确预测管材的回弹量,提高弯制精度,设计了一种基于随机森林算法的弯管回弹量预测与补偿模型。以304不锈钢管材为例进行试验验证,利用数控弯管机对304不锈钢管材进行弯曲测试,采集管材弯曲参数,构建基于随机森林算法的回弹量预测模型,通过多次迭代修正补偿回弹角度,减小回弹量对既定弯曲角度的影响。实验结果表明:修正后管材样本的弯曲角误差在±0.6°以内,验证了所提方法的可靠性。

摘要：针对现有无针注射系统体积大、噪声大、注射效率低、驱动力小且难以调节的问题,设计了一种采用空行程蓄能的磁阻式电磁蓄能无针注射系统。对注射器电磁驱动部分和安瓿药液射流部分进行了仿真研究,通过搭建的实验平台验证了理论设计的正确性。该方案极大地缩小了无针注射系统的体积、扩大了驱动力的可调范围,并且安全稳定,可以完成注射,具备一定的实用性和可行性。

摘要：几何主动轮廓模型的缺点是对初始轮廓位置特别敏感,基于距离规则水平集(DRLSE)模型的初始轮廓曲线必须设置在目标边界的内部或者外部.基于边缘的自适应水平集(ALSE)模型,提出了一种提高初始轮廓鲁棒性的方法.但两种模型均容易出现陷入虚假边界、从弱边缘处泄露以及抗噪声能力差等问题.设计了一个结合自适应符号函数和自适应边缘指示函数的模型,使得主动轮廓演化能根据自适应符号函数的方向从初始轮廓开始自动进行膨胀及收缩,很好地改善了水平集对初始轮廓敏感的缺点,提高了鲁棒性,同时解决了水平集对收敛速度慢以及易从弱边缘处泄露的问题.此外,为了使得模型演化更加稳定,提出了一个新的距离规则项.实验结果表明:自适应符号函数的主动轮廓模型不仅可以提高分割质量,缩短图像分割时间,同时提高了对初始轮廓的鲁棒性.

摘要：针对开放大气环境下钛合金激光熔覆层极易氧化的问题,设计了一种可在熔池附近形成局部气氛的同轴保护气罩。采用FLUENT软件建立了光内送粉同轴熔覆喷嘴的三维模型,模拟分析保护气道的入口数量、角度及保护气体流量对氩气质量分布的影响。结果表明:气罩保护气体入口数量与氩气分布的对称性有关;入口角度对氩气质量分布的影响较小;增大保护气体的流量会极大地提高有效保护范围。根据保护气罩结构优化参数,选用氩气作为保护气,进行开放大气环境下Ti-6Al-4V合金的激光熔覆实验,熔道表面呈银白色,熔覆层饱满,验证了同轴保护气罩的保护效果。

摘要：由于选择顺应性装配机器手臂(selective compliance assembly robot arm,简称SCARA)机器人关节驱动链过长,无法满足电子芯片等制造行业高速、高精度的要求,因此提出了一种直驱SCARA机器人,其特点是结构简单、消除了中间传动环节,代替了传统的伺服电机加减速器驱动的方式。同时,针对直驱关节转矩脉动较大、影响机器人端部稳定性的问题,提出了一种优化和设计思路,对于机器人的整体结构和参数进行了优化。在确定了SCARA机器人最大运动范围之后,分别建立了速度评价函数和刚度评价函数,以速度、刚度性能函数为适应性函数,采用多目标遗传算法对臂长进行优化。臂长优化前后的实验对比显示,优化前关节联合速度最大为3.9 m/s,优化后关节联合速度最大为4.6 m/s,有较大的提升。通过仿真发现:在末端载荷相同的情况下,优化后的形变量更小;优化前重复定位精度为±0.0105 mm,较之传统SCARA机器人的重复定位精度已有一定提升,优化后重复定位精度进一步提高为±0.009 mm。仿真与实验结果证明,遗传算法优化有效解决了SCARA机器人端部稳定性问题,能明显提升机器人关节运动速度。

摘要：针对闭式矩形静压气浮导轨静态性能较差,主流的优化设计方法耗时久的问题,本文快速优化设计了一款闭式矩形静压气浮轴承。首先,采用FLUENT软件搭建了矩形气浮轴承的仿真模型,采用此模型进行仿真计算,分析了不同节流孔分布位置和节流孔个数对矩形气浮轴承的静态性能影响,并确定了最优的节流孔分布位置和节流孔个数。再通过响应面优化设计方法分析拟合了节流器结构参数与气浮轴承的承载力、刚度和耗气量的曲线,结合响应面曲线图快速得到矩形气浮轴承的最优设计参数,缩短了分析时间,优化后的结构参数承载能力和刚度分别提高了11.27%和80%,耗气量降低了15.86%,最终进行了实验验证,实验测试值和仿真值曲线基本拟合一致,表明了该方法在气体静压轴承结构参数设计中的可靠性和准确性。本文对矩形静压轴承的快速设计优化具有重要参考价值。

摘要：等温淬火球铁(ADI)作为性能可设计材料,其热处理工艺参数的优化设计是开发性能优良的ADI材料的关键。在不改变热处理生产条件的基础上,采用不同的等温淬火温度和时间,分别制作出不同力学性能检测数据的各种试样,并将实验数据用于建立热处理工艺参数与力学性能的模糊减法聚类函数模型。以抗拉强度、冲击韧度、硬度等力学性能为用户需求目标,等温淬火温度和时间为可设计变量,采用NSGAⅡ遗传算法作为优化算法进行优化计算。结果表明:用这种方法设计满足ASTM3,ASTM4级力学性能要求的热处理参数,可以得到最佳的等温淬火预测温度和时间分别为333℃,136 min和312℃,132 min.

摘要：轻量化结构设计可以在保持性能的同时降低产品质量,对汽车高铁、航空航天等行业实现节能减排具有重要意义。聚乳酸具有可降解、易打印、良好的力学性能等优点,在3D打印领域得到广泛应用。本文中以可降解材料聚乳酸为研究对象,以拓扑优化作为轻量化结构设计的方法,采用熔融沉积3D打印技术,探究拓扑优化过程中参数(体积分数和惩罚因子)对工件在弯曲载荷下总变形的影响。对不同填充率下拓扑优化前后的工件质量进行对比,并探究了拓扑优化后不同熔融沉积3D打印速度下工件的弯曲性能。结果表明,当体积分数取40%、惩罚因子取3时,拓扑优化后模型最大变形量满足优化目标;3D打印的拓扑优化工件可以实现50%的减重且保持较高的弯曲力,但弯曲模量和变形量略有下降;降低打印速度对拓扑优化后工件的力学性能影响不大。

摘要：针对目前广泛使用的机械式和气动式无针注射器存在的不能持久使用和结构笨重等缺点,设计了基于使用直流电电源的电磁驱动无针注射装置,介绍了一种新的设计方案。将电磁式无针注射系统按电磁动力部分和流体部分分别建立数学模型,推导出相应的公式。分别对电磁动力部分及流体部分进行仿真分析,绘制了电流、铁芯相对位置及其所受电磁力大小的关系图,安瓿杆推力与喷射口压力、流体速度的关系图。结果表明:无针注射器的动力部分符合推力的设计要求,安瓿的喷射压力与射流速度达到了刺入人体表层皮肤的要求。

摘要：针对激光熔覆过程中两种粉末混合喷射后实际成分与设计成分偏差的问题,设计了钛(Ti)/羟基磷灰石(HA)粉末收集实验,该实验将未分离粉末宽度作为成分评价标准;然后基于响应曲面法建立了未分离粉末宽度与激光工艺参数之间的数学模型;通过对回归模型求极值,确定合理的工艺参数,抑制了激光沉积过程中粉末成分偏差现象。实验结果表明:离焦量对Ti/HA粉末分离的影响最大,其次是扫描速度,送粉率对预混合粉末分离的影响最小;未分离粉末宽度随着离焦量的增大而呈现先增大后减小的趋势,并随着扫描速度的增大而减小;当离焦量为-3^-1.5 mm,扫描速度为0~4 mm·s-1时,未分离粉末宽度较大,该范围内的工艺参数有利于改善Ti/HA生物医学材料成分配比不准确的问题。