摘要：产品架构表征了物理组件间排列与组合的方式,可以促进产品的多样性和部件共享,更好满足客户个性化需求。开放式设计可以支持客户参与产品开发,开放式产品架构为个性化产品开发提供了平台策略。为了更加深入地研究产品架构理论及应用,阐述了架构的概念与作用及单一产品架构、产品族架构和开放式产品架构的特征、联系和区别,从架构开发模式、架构开发策略和架构组织管理等方面剖析了产品架构的演化历程及其内在动因。系统梳理了开放式产品架构的概念内涵、作用与机制,明晰了客户个性化需求、产品架构和企业开放式创新策略的相依关系,探讨了产品架构开放式设计策略。

摘要：针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

摘要：为了解决磁流变阻尼器对外部电源的过度依赖以及避免其断电失效的风险,设计了一种结构简单、可实现振动能量采集的磁流变阻尼器。该阻尼器由基于磁流变效应的减振装置和基于电磁感应原理的发电装置组成。首先,基于磁路欧姆定理建立了电磁感应发电装置的振动能量采集数学模型;其次,应用MATLAB软件进行发电装置发电性能分析,研究了装置发电性能与结构设计变量之间的关系;接着,采用COMSOl软件对2种不同永磁体组结构的发电装置进行了电磁仿真分析与对比,重点分析了发电装置永磁体组高度对发电性能的影响;最后,仿真分析了不同振动频率和幅值对装置发电性能的影响。结果表明:在一定范围内,感应线圈绕线槽高度值与发电性能指标值基本呈线性关系,永磁体组高度、导磁垫片高度与绕线筒径向厚度均存在最优值。无论在何种频率或幅值振动激励下,永磁体组高度为30 mm的发电装置单线圈感应电压的峰值比永磁体组高度为20 mm的大42.5%左右,输出功率峰值大22.3%左右。研究结果可为提高振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能提供参考。

摘要：拓扑优化设计的压力驱动柔顺机构拓扑构型容易出现类铰链结构,导致难以制造加工。为了满足制造工艺要求,提出一种考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用改进的固体各向同性材料惩罚模型,利用达西定律结合排水项计算流体压力载荷,以机构的互应变能最大化和应变能最小化为优化目标,采用Otsu算法和拓扑细化算法提取柔顺机构的骨架特征,从而构建最小特征尺寸控制,以结构体积和最小特征尺寸作为约束,建立考虑最小尺寸控制的压力驱动柔顺机构拓扑优化模型,采用移动渐近线算法进行压力驱动柔顺机构拓扑优化问题求解。数值算例结果表明,所提设计方法获得的压力驱动柔顺机构最小特征尺寸满足约束,能够有效地抑制类铰链结构,并且分析不同最小控制尺寸对柔顺机构拓扑优化结果影响规律。

摘要：针对锂离子电池均温性差和液冷系统能耗高等问题,以方形锂离子电池为研究对象,在电池单体模型验证的基础上,设计了串并对称式液冷流道的锂离子电池散热结构,对比了5种流道方案,在优选方案四的基础上,分析了液冷板中的液冷流速、铝板厚度组合和液冷系统的启动时间对电池散热效果和液冷系统能耗的影响.结果表明:与方案一的流道形状S0对比,方案四的流道形状S3能够将模组中电池单体的最大温差降低15%;此外,电池的最高温度随着液冷流速的增加呈现先减小后平缓的趋势;在保证液冷系统总质量不变的前提下,与初始的铝板厚度组合h0对比,调整后的铝板厚度组合h4可将电池模组的最大温差降低12%;电池在2.5C放电时,延迟液冷系统启动时间至563 s,既可以保证电池在最佳的工作温度范围内,又能节约液冷系统约39%的能耗成本.

摘要：为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质量和成本为约束条件,构建多相材料结构动态拓扑优化模型,利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题,以降低灵敏度分析的复杂程度;采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的,与传统的拓扑优化方法相比,基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%,大大提高了计算效率;与单相材料拓扑优化结果相比,多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。

摘要：防爬器是列车被动安全防护系统中的重要组成部分,在列车碰撞过程中吸收碰撞能量,减少对车体的损伤,保护乘员的安全。吸能结构是防爬器中的关键部分,不仅要能提供足够的缓冲力,而且要使缓冲力具有良好的平稳性,并具有较好的抗偏载能力。为探讨一种圆柱销-凹槽挤压式吸能结构的吸能特性,设计一组由相同直径的圆柱销和不同槽宽的凹槽组成的挤压式吸能结构,基于万能材料试验机对其开展准静态下的吸能特性测试,获得吸能结构的缓冲力变化曲线。实验结果表明:该吸能结构的缓冲力变化平稳,经过较短的挤压行程即能达到稳定状态;随着槽宽减小,挤压量增加,稳态缓冲力增大;但槽宽过小时,会造成凹槽侧壁从根部发生断裂,使得稳态缓冲力反而降低。同时,建立该挤压吸能结构的吸能特性有限元仿真模型,对其挤压吸能过程进行仿真。仿真结果与实验结果符合度良好,较好再现了缓冲力的变化规律以及槽宽对缓冲力的影响。基于仿真模型,研究凹槽壁厚、圆柱销偏移等因素对该吸能结构吸能特性的影响。结果表明:随着壁厚增加,稳态缓冲力增大,但稳态力的增加幅度逐渐减小;随着圆柱销偏移位移增加,稳态缓冲力逐渐减小,缓冲力曲线波动更剧烈。

摘要：阀口独立电液控制系统通过电子化反馈与复杂进出口独立控制策略提高系统智能化水平,但高安全风险也制约了其大规模市场化应用。为此,提出一种面向ISO 13849机器安全标准的阀口独立控制系统安全性能评估方法。针对阀口独立控制系统特有的多自由度控制、多变量反馈、多模式切换特点,结合故障树分析法和布尔代数运算建立系统四象限工况安全性模型,构建该模型至ISO13849中预定义安全结构类别的映射,推导系统安全性能等级PL值及其每小时发生引起危险的停机故障概率(PFHd)的量化方法。考虑常规控制、故障诊断与主动容错控制器三类控制方法,分析系统安全结构由类型1单通道至类型3双通道的变换。评估结果表明,系统PL仅为b级,难以满足移动机器d级要求;引入故障诊断后,PL仅提高至c级;增加故障主动容错后,不增加额外硬件冗余情况下PL可增加至d级甚至最高e级。研究工作为智能化电液系统控制、诊断、容错设计构建遵循机器功能安全的评估与指导。

摘要：针对阀口独立控制节能系统阻尼降低与执行器振荡的问题,建立了入口阀电子压力补偿的阀口独立控制系统数学模型,设计了基于动态压力反馈的阀口独立控制系统主动阻尼补偿策略.针对挖掘机等工程机械负载大范围变化的作业工况,分析了不同负载下阀口独立控制系统阻尼补偿特性,提出了一种全域负载工况下阻尼补偿性能评估指标和补偿增益优化方法,开发了基于Matlab/GUIDE平台的阀口独立控制系统阻尼补偿参数自整定软件.20 t挖掘机阀口独立控制系统实验结果表明:采用所提出的方法能够优选阻尼补偿增益参数,在不同工况下执行器速度运行平稳且压力振荡降低47.9%~71.58%,从而改善系统动态特性.

摘要：【目的】针对传统磁流变制动器磁场利用率不高的问题,设计了一种具有内外流道的筒式磁流变制动器。【方法】通过将隔磁环和隔磁盘集成在导磁材料旋转套筒和定子磁缸内,使得磁力线蜿蜒穿过内外液流通道的6段有效阻尼间隙,从而在制动器外形尺寸不变的前提下提高了转矩性能。阐述了内外液流通道筒式磁流变制动器的结构和工作原理,同时建立了制动转矩的数学模型。在电磁场和转矩分析的基础上,通过理论计算和DOE实验正交法预测模型精度,并利用NSGA-Ⅱ算法对内外液流通道筒式磁流变制动器进行多目标优化。【结果】结果表明,当加载电流为2.0 A时,制动器的转矩最大值由36.38 N·m提高到47.35 N·m,相比优化前提升了30.15%;转矩动态可调范围系数由18.28提高到21.31,相比优化前提升了16.58%。【结论】优化后的制动器满足无人配送小车的制动性能需求。