摘要：为设计全程静态精度小于0.05%FS、动态精度小于1%FS的动态力加载装置,文中在缺乏匹配的压力型电液伺服阀的情况下,采用流量型电液伺服阀设计了动态加载装置的液压系统,并对高精度动态加载的控制算法进行了试验研究。试验结果表明:采用传统PID控制加载力,其静态精度可达0.041%FS,动态精度可达2.5%FS,均超过动态加载装置的控制要求;采用自适应PID控制加载力,其静态精度可达0.039%FS,施力中间阶段的加载力动态精度可达1%FS,但在施力初始阶段和施力结束阶段,加载力动态精度高达8%FS,考虑加载力在施力过程中呈现阶段性特点,提出采用分段自适应PID控制算法,经动态加载力试验论证,分段自适应PID算法能够有效解决加载力动态精度超差问题,加载力的静态精度可以控制在0.018%FS,动态控制精度可以控制在1%FS,完全满足高精度动态加载装置的控制要求。

摘要：S135钢级钻杆在矿井勘探、探放水、瓦斯抽采等钻孔施工中得到了广泛使用。然而,由于钻杆接头螺纹承受轴向拉压、扭转、弯曲及其复合载荷的循环作用,导致接头螺纹的使用寿命远远低于其设计寿命,是整个钻杆结构中最薄弱的环节。因此,通过万能拉伸试验获得钻杆接头材料的力学性能参数,经计算转化得到其本构参数,对钻杆接头进行有限元分析。为了提高有限元分析效率,推导垂直于钻杆接头轴线的螺纹截面轮廓几何表达式,基于旋转、抬升、缩径和连接节点的设计思路,提出了一种考虑钻杆接头锥度和台肩的三维螺纹参数化建模方法,并根据单元和节点之间的关系开发了钻杆接头连接的参数化三维六面体网格建模程序,通过与交互式建模方法计算结果的对比验证了其有效性和可行性。此外,对上扣扭矩、压扭及压弯扭复合载荷作用下接头外螺纹的力学特性进行了分析。结果表明:3种工况下钻杆接头外螺纹上的应力近似呈现“浴盆”形态,第1螺纹牙上的应力最大;随着圈次的增加,螺纹牙上的应力迅速下降,最后一圈螺纹牙上的应力呈现上升趋势;在弯矩的作用下,螺纹牙上的应力具有非对称特征。在接头螺纹设计时,必须考虑井眼曲率的影响并且需要重点关注接头压缩边第1螺纹牙上的应力。

摘要：本文设计并制造了一款微型硅油液体弹簧,并通过仿真分析与力学实验对微型硅油液体弹簧的性能进行了研究。基于此微型硅油液体弹簧设计了一款自身力源膝关节助力矫形器,能够将膝关节屈曲的动能转换为膝关节助力矫形器中微型硅油液体弹簧的弹性势能进行存储,在膝关节伸展时弹性势能释放转换为驱动膝关节的辅助力矩。结果显示,本文所制造微型硅油液体弹簧平均最大复位力为1240 N,产生的膝关节平均最大辅助力矩为29.8 N·m。然后,本文通过使用人体骨骼肌肉多体动力学模型,分析了人体下蹲过程中(膝关节屈曲90°),膝关节助力矫形器对膝关节生物力学所产生的影响。结果显示,对于体重为80 kg的使用者而言,膝关节助力矫形器可以有效降低膝关节的生物力学负荷,其中股骨-胫骨的膝关节力、髌骨-股骨髁的作用力以及股四头肌-韧带力的最大值分别降低了24.5%、23.8%与21.2%。本文所设计的膝关节助力矫形器不仅可以为膝关节提供充足的辅助力矩,同时具备体积小、重量轻的优势,可为后续的商业化应用奠定基础。

摘要：设计了频率、振幅独立调整的低频振动发生器,搭建了振动摩擦实验平台,系统研究了不同振动频率、振幅和正压力条件下的摩擦响应。结果表明:在较大正压力下,无振动时金属摩擦副间的摩擦力随相对运动速度的增加逐渐降低;叠加低频振动时,金属摩擦副间的摩擦力明显下降,在较大正压力、振幅和振动频率条件下,振动减摩效果更明显;该条件下振动减摩的主要原因为界面摩擦状态从脂润滑过渡为边界摩擦、振动增大了界面运动速度,同时振动将试样凹坑处的润滑脂拽出改善了摩擦状态。

摘要：针对产线/单元的物联网络配置在边-云协同下时延长、成本高和可靠性低等问题,以智能制造单元为研究对象,提出了一种基于覆盖的中继节点部署(CRNP)算法和贪婪策略的网络边缘计算主节点和感知采集从节点的协调配置方法。设计了智能制造单元的3层“端-边-云”协同框架,构建了边缘物联网络模型;采用改进的CRNP算法,对边缘物联网络进行了主节点配置;结合配置的主节点,采用贪婪策略,实现了对主从节点的扩展和协调配置。以实验室数字孪生制造单元的网络配置为例,验证了所提方法的可行性和有效性。仿真结果表明:在主节点配置中,所提方法相比最小路径树(SPT)和传统CRNP算法,可以在满足时延约束的前提下,同时最多减少7个主节点,提升2.6%的数据包接收率;在主从节点扩展配置中,所提方法相比随机策略,可减少1.25个主节点,降低0.9 ms的传输延迟。所提方法可为制造产线/单元的低成本、低时延和高可靠边-云协同物联网络配置提供参考。

摘要：为评估运营阶段极端制动车载作用下悬索桥伸缩缝的服役状态,基于已有车-桥耦合振动分析系统,引入车辆制动力和俯仰力矩建立可考虑车辆制动过程的分析系统,并进行荷载试验验证;联合监测交通流数据与变参数速度-密度关系模型,推导了与监测车道数据匹配的速度-密度模型,确定不同车流密度状态下的车流交通量及车速取值;采用融合交通流及车辆特性并考虑变量相关的车流模拟方法,考虑驾驶员反应时间及拥堵流模型实现了极端制动车流的高真实度仿真;以伸缩缝工作极限状态为准则明确了对应的工作域及失效域状态;以一悬索桥为算例,评估了不制动、单车道制动及双车道制动车载下悬索桥伸缩缝服役状态。分析结果表明:验证后的分析系统可为极端车流制动车载下伸缩缝服役状态的评估提供数值分析平台;不同环境温度取值下悬索桥伸缩缝的正常工作域存在差异性;相对不制动及单车道制动工况,双车道发生制动且对向车道正常运营时,纵向位移响应极值的均值最大,为416.25 mm,未超过设计范围-640-700 mm;单车道及双车道制动工况下伸缩缝绕竖向轴角度极值的均值分别为0.075 rad,0.082 rad,均超过设计范围0.0557 rad,极易造成伸缩缝发生一端拉裂或一端挤死现象;建议设计过程中考虑极端制动工况以确保梁端伸缩缝变形量的工作储备,且当发生车道制动状况时,应立即控制对向车道的车辆驶入桥梁范围直至交通事故状态解除。

摘要：通过钢筋与混凝土拉式粘结试验,测试了高强度带肋钢筋与不同强度等级混凝土的粘结强度,分析了带肋钢筋与混凝土的粘结受力机理;采用双线性软化本构对开裂区的软化行为进行描述,建立了综合考虑开裂区及未开裂区混凝土影响的粘结强度理论计算模型;研究了开裂区不同径向位移分布对计算结果的影响,并将计算结果与试验结果进行对比,验证了计算模型的有效性。结果表明:模型采用基于等效弹性假设的开裂区径向位移分布时,计算值与试验值最为吻合,但却过高的估计了低强度混凝土试件的粘结强度;为确保有足够的安全储备,建议采用弹性假设作为开裂区混凝土径向位移分布。

摘要：后稳定型全膝关节假体已经被广泛应用于骨科临床治疗膝骨关节炎,但是胫骨衬垫立柱的磨损、断裂以及假体松动等失效问题依然困扰着患者和医生。了解患者体内膝关节假体的生物力学特性有利于降低术后的假体翻修率和患者不满意度。本文针对6种不同后稳定型全膝关节假体分别建立了全膝关节置换的骨肌多体动力学模型,在模拟走路、右转和下蹲3种生理活动下,对比研究了6种后稳定型全膝关节假体的生物力学差异。结果表明,在走路、右转和下蹲活动中PFC Sigma和Scorpio NGR两种假体的立柱所受接触力较大,增加了立柱断裂和磨损破坏以及假体早期松动的风险。Gemini SL的螺旋型立柱设计更有利于膝关节的内外旋转运动,同时避免了立柱边沿接触磨损。后稳定型全膝关节假体矢状面较低的关节面匹配度设计和较晚的立柱-凸轮相遇接触设计将导致较大的前后平移运动。本文为临床指导医生选择、改进假体设计和降低假体失效提供了理论支撑。

摘要：目的 通过对塑性成形界面施加纵向和法向低频振动,探究不同振动参数对成形过程中表面质量的影响规律。方法 采用自主设计的低频振动发生器完成纵向振动作用下的摩擦实验和法向振动作用下的压缩实验,统计材料表面变形区域的平均粗糙度,评价成形质量。结果 在干摩擦条件下,不同频率(0~50 Hz)的纵向小振幅(0.1mm)振动有利于提高成形界面的表面质量,变形区域的表面粗糙度与频率成反比,但是较大振幅(0.4 mm)的纵向振动会增加接触面的材料磨损,降低表面质量;不同频率(0~50 Hz)和不同振幅(0~0.4 mm)的法向振动均有利于提高干摩擦成形界面的表面质量,在0.2 mm振幅条件下表面粗糙度下降最为明显,振幅超过0.2mm后,增加振幅对提升表面质量的影响不明显。结论 低频振动对成形界面微观形貌影响较大,合理优化低频振动工艺参数可显著提高成形界面的表面质量。

摘要：利用无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)参与灭火是解决城市高层建筑消防问题的一种有效手段.针对无人机云台运动的控制问题,提出一种基于约束跟随理论的云台水枪喷嘴跟踪控制策略.根据高层建筑实际灭火需求,设计了云台水枪喷嘴两自由度驱动结构,采用Denavit-Hartenberg(D-H)方法对云台系统进行建模并由此完成云台运动学方程的建立.根据拉格朗日方程构建云台无约束动力学模型,把云台水枪喷嘴的期望轨迹作为约束,在不引入诸如拉格朗日乘数等任何变量或伪变量的情况下,基于Udwadia-Kalaba方程得到可以满足约束跟随需要的驱动转矩解析式,实现状态连续反馈控制,以达到水枪喷嘴轨迹跟踪的目的.为了减小跟踪误差,采用Baumgarte约束违约法进行稳定性处理,并在MATLAB/Simulink环境下对其轨迹跟踪控制进行仿真.搭建以数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)为控制核心的实验平台进行轨迹跟踪控制实验.仿真和实验结果表明,基于约束跟随理论的轨迹跟踪控制算法能够有效地完成跟踪任务并实现对期望轨迹的高精度跟踪.