摘要：锂离子电池因其较高的能量密度、稳定的放电平台和安全的使用环境被广泛应用于航空航天、汽车、可穿戴柔性设备等领域。目前锂离子电池的研究主要集中在薄电极(<50μm)的设计制造,其较低的单位面积负载(<5 mg·cm^(-2))严重制约了面积比容量。因此厚电极的制造(100~500μm)将成为未来高比能量电池的研究热点。3D打印技术因其可定制化成型复杂电极结构的优势,在厚电极制造领域具有广泛的应用前景。综述了3D打印成型工艺在石墨烯基三维厚电极领域的研究进展,分析了相应3D打印工艺的成型特点(墨水性能、成型精度、适用范围)和工艺难点,展望了石墨烯基三维厚电极3D打印的发展趋势,提出了基于凝胶电解质的全电池成型工艺,为新一代高性能锂离子电池的研制提供新思路。

摘要：针对灌溉控制系统的非线性、时变性和大时滞等问题,提出了基于改进离散灰色预测的自适应变论域模糊PID灌溉控制模型。为了提高灌溉系统的肥液控制效果,在FPID(模糊PID)控制器基础上,设计了新型函数型伸缩因子实现变量论域伸缩,优化系统适应性、提高控制精度,并融合超前控制的改进型离散灰色预测,有效解决了灌溉系统的大时滞问题。建立了PID、FPID、NVUFP(新型变论域模糊PID)和IDGM-NVUFP(改进离散灰色预测的新型变论域模糊PID)4个控制模型进行仿真实验与实际灌溉测试,实验结果表明相较于FPID,NVUFP超调量降低10.5%,调节时间减少5.31 s,IDGM-NVUFP超调量降低14.5%,调节时间减少11.90 s。实际灌溉测试验证了基于IDGM-NVUFP的灌溉控制系统响应速度快、平稳无震荡,控制精度和鲁棒性均优于其他控制模型,能够满足智能灌溉系统的实际灌溉控制需求。

摘要：针对高黏性胶体材料要求快速、精确、灵活分配的需求,以及气压驱动撞针式喷射技术分配效率低、液滴操控能力有限的问题,设计了一种压电驱动撞针式高黏性微喷系统。该系统将压电致动器与传统撞针式喷射阀相结合,并利用菱形放大机构对压电致动器位移进行放大后带动撞针振动,以此对微量高黏性胶体的高速、精确分配进行操作。采用有限元法对菱形放大机构进行静、动态特性分析,通过构建位移输出单元的动力学模型分析撞针位移输出情况,确定了机械本体的结构参数,搭建了包含阀体、气路、驱动和监测单元的微喷系统实验平台,开发了基于模糊PID控制的胶体预分配方案。实验结果表明:撞针振幅能够达到有利于喷射的0.5mm范围,胶滴体积随喷射频率和胶体黏度的增大而减小,分配重复精度和准确度分别可控制在4%和±6%以内,进一步揭示了高黏性胶体材料的非接触式分配机理,验证了压电驱动撞针式喷射方案的可行性。

摘要：现有的轴承局部损伤模型往往忽略了滚动体和支座的影响,因此所得振动特征误差较大。为了解决这个问题,提出了一种新颖的滚动轴承有、无故障完备预测模型,该模型将滚动体-套圈-支座的接触问题考虑为非线性Hertzian接触和多自由度质量-刚度-阻尼系统,进而应用Runge-Kutta数值方法计算了轴承局部损伤下的时、频域响应。最后,针对实际服役轴承系统运行状态的复杂性、不确定性及乏样本的特点,引入灰色关联度(grey incidence degrees)根据预测响应复合特征向量对滚动轴承的不同状态进行了定量评估,实验研究结果表明正确性和有效性。

摘要：为了解决高精度数控机床主轴系统热误差的难题,提出了一种主动控制主轴热误差的新方法.根据设计的螺旋盘管冷却器,分析了硅脂厚度对主轴与冷却器间的接触热阻的影响规律,建立了热阻模型.在简化主轴系统模型的基础上,构建了主轴系统的热-流-固有限元模型,并对冷却参数进行了仿真.利用搭建的温度控制系统,对有限元模型进行验证.结果表明,有限元模型能有效预测主轴系统热特性的变化规律,其冷却器的换热效率高,热平衡时间缩短了约68%,热误差减小了约19%.本研究为精密机床主轴热误差控制提供了一种新思路.

摘要：生产线仿真是保证生产设计方案正确、合理、高效的前提,其中对生产线逻辑的正确性仿真最为关键。为实现基于数字孪生的生产线仿真技术,提出面向生产线仿真的数字孪生逻辑模型构建方法。首先提出生产线仿真系统组成架构,然后从几何、物理、生产行为、仿真规则4个维度阐述数字孪生逻辑模型的构建方法,详细介绍几何属性、物理属性的定义方法,采用有限状态机定义的生产行为,并定义行为信息传递规则、同步推进规则和互斥优先规则3类仿真规则。基于模型构建方法开发了生产线逻辑仿真原型系统,通过生产线实例仿真验证了建模方法的有效性。

摘要：针对多孔生物陶瓷骨支架力学强度差的问题,结合生物可降解镁合金良好的力学性能,提出了一种制备双管道镁合金/生物陶瓷复合增强骨支架的方法。首先设计具有互不连通双管道的支架结构,然后利用光固化快速成型结合凝胶注模法制备具有双管道的生物陶瓷支架,再利用低压铸造法向双管道生物陶瓷支架的次级管道中灌注熔化的AZ31镁合金,镁合金固化后即得到镁合金/生物陶瓷复合骨支架。支架压缩实验测得单管道生物陶瓷支架的压缩强度为(9.76±0.64)MPa,而镁合金/生物陶瓷复合骨支架的压缩强度为(17.25±0.88)MPa。镁合金/生物陶瓷复合骨支架具有明显的力学增强能力。

摘要：针对谐波齿轮薄壁柔轮易发生疲劳失效的问题,提出了一种考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法。该方法从特有的薄壁件受力与变形特点出发,将对柔轮应力具有较大影响的波发生器径向变形量与啮合区间一起作为优化目标,以波发生器廓线参数、柔轮齿廓参数与刚轮齿廓参数为设计变量,结合遗传算法与罚函数法建立了谐波齿轮啮合参数的无约束多目标优化数学模型,在平衡啮合区间与力学特性的基础上,确定了优化目标权重系数,并通过力学特性分析方法对优化结果的接触、刚度和应力进行分析,从而在啮合参数计算时,改善了易失效零件的受力状况。

摘要：将精密球轴承不可重复跳动(NRRO)的研究引入到主轴系统分析中,阐述了主轴系统NRRO的概念。应用滚动轴承几何学、弹性力学和滚道控制论,给出了高速角接触球轴承由内圈、外圈、钢球几何误差与球数变化所引起的NRRO的数值计算公式。为了在设计阶段揭示NRRO对精密主轴的影响规律,建立了考虑NRRO效应的主轴系统动态预估模型。计算实例和理论分析表明:球轴承中当一个钢球误差较大时,NRRO值随着球数增加而降低;内、外圈的几何误差对系统NRRO的影响较小;钢球本身的表面几何误差对系统NRRO的影响比较显著。针对现有轴系设计方法的不足之处,在预估模型基础上,提出了基于响应面的主轴系统NRRO抑制设计方法,为精密轴承系统研究提供了一定的理论依据和参考。

摘要：针对卡尔曼滤波法在锂离子电池荷电状态(SOC)估计时存在误差较大、收敛较慢等问题,提出了一种双自适应衰减扩展卡尔曼滤波荷电状态估计(DAFEKF)算法。该算法首先设计了针对动力电池的荷电状态估计观测器,利用测得的电流和电压值分别作为观测器的输入和观测值,结合双自适应衰减扩展卡尔曼滤波估计出观测器中的电池荷电状态,在卡尔曼滤波算法的基础上加入时变衰减因子来减弱过去数据对当前滤波值的影响,并自适应地调整卡尔曼算法中过程噪声和测量噪声协方差。利用DAFEKF算法估计出的SOC结果与扩展卡尔曼滤波(EKF)和自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法进行了比较,结果表明,DAFEKF方法具有较好的准确性、鲁棒性和收敛性,使SOC估计误差控制在2%以内。