《上海交通大学学报》2023年“机械与动力工程”专题
电磁感应矫平方法具有效率高、易操作的特点,在薄板矫平工艺中有良好的应用前景.以船厂使用的固定式一字型线圈感应矫平工艺为例,基于COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了三维电磁-热-力耦合感应矫平有限元模型.该模型输入AH36钢板随温度变化的物理性能,以对接焊件残余应力与焊接变形作为初始状态,采用顺序耦合的方法计算矫平过程中电磁场、温度场与结构场的变化,从而验证了温度场与电磁场在矫平过程的双向耦合关系,得到焊接件在矫平后的变形量.通过自行搭建的感应矫平实验平台测试矫平工艺中的温度变化与变形量,验证了该有限元模型的准确性与有效性.
多孔介质燃烧具有效率高和稳定性好等特点,提出一种简单立方堆积结构.该结构由氧化铝颗粒堆积床和双层碳化硅泡沫陶瓷组成,用以对其中的过滤燃烧特性开展试验研究.通过改变预混气体当量比和入口速度,研究在不同工况下的火焰可燃界限、火焰传播规律、CO排放规律和燃烧效率.研究发现:火焰的驻定和传播取决于区域温度、当量比和流速;在颗粒直径为40 mm的堆积床中,火焰易于传播且燃烧效率较高,而颗粒直径为20 mm的堆积床更有利于稳定火焰.
零液体排放是高浓度盐水/废水处理的有效途径,其中非接触式太阳能蒸发是一种近年被提出的全新思路,兼具太阳能利用、结构简单、被动运行和不结垢的优势.针对非接触式太阳能蒸发缺乏有效预测模型用以指导实际装置优化的问题,首次构建了非接触式太阳能蒸发的稳态热阻网络模型,并对其蒸发性能进行了分析.结果显示,作为水体能量来源的辐射传热与空气层传热分别占比54.2%和45.8%,均对蒸发性能有重要影响.空气层厚度增加会对两种传热产生不利影响,10 mm 空气层厚度下的蒸发率仅为4 mm空气层厚度下蒸发率的70%.此外,减小蒸汽扩散阻力是提升蒸发率的有效途径,当蒸汽扩散系数从5×10-6 m2/s增大至2.5×10-5 m2/s时,蒸发率提升了2倍.
为研究差压式电容传感器测量膜片的受压变形,将经典的von Kármán薄板理论应用于受有预张力作用的弹性圆薄板问题,采用同伦分析法给出近似解析解.将求解结果与有限元软件ANSYS的仿真结果进行对比,表明两者吻合度较高.预张力大小对膜片在受压情况下的变形影响较大,从而影响传感器的电容输出特性.利用传感器性能测试验证了预张力对传感器非线性特性的影响.结果表明:选择合适的预张力可以有效提升传感器的线性度,适当降低膜片厚度可以提高输出的灵敏度.分析结果对差压式电容传感器的膜片设计具有重要的参考价值.
燃油雾化在航空发动机预混燃烧过程中起着至关重要的作用.为提高某航空燃油喷嘴的雾化特性,改进和优化其结构参数,采用流体体积(VOF)界面捕捉算法和正交试验设计相结合的方法, 研究了喷嘴的内部流动及结构参数(扩张角、直线段长度、旋流槽升角、旋流槽个数)对雾化特性的影响规律.结果表明:旋流槽上的局部漩涡影响喷嘴内部燃油流动,通过改变旋流槽入口的结构形式消除局部压力损失;旋流槽个数对索特尔平均直径(SMD)的影响最为显著,扩张角是影响雾化锥角最大的因素,存在一个最优的旋流槽升角使油膜厚度最小,直线段长度对雾化特性的影响相对较小;当扩张角为60°、直线段长度为0.25 mm、旋流槽升角为45°、旋流槽个数为2时,优化效果最佳.优化后的喷嘴油膜厚度减小了43.68%,雾化锥角增加了3.70%,SMD减小了14.79%.
曲面冲击换热在飞机机翼前缘防除冰上有着广泛应用.为了进一步提高翼型前缘防除冰性能,采用数值模拟依次探索了不同翅片阵列在平板和曲面上的冲击换热特性.平板模型的翅片阵列包含8片、12片直翅片以及12片弯翅片3种结构;曲面模型包括8片短翅片和8片长翅片两种阵列结构.仿真结果表明:在平板和翼型曲面上添加翅片阵列可以显著提高模型在不同雷诺数下的射流冲击换热性能;与无翅片相比,翼面上的换热效果整体提升高达4%~10%,其中在驻点位置处的强化换热效果最为明显.深入分析发现,引入的翅片阵列一方面增大了强化换热面积,同时也改变了冲击射流流动结构,从而增强了射流冲击换热的效果.
针对蒸汽发生器液位控制系统在压水堆核电站中维护电厂安全和高效运行的重要地位,而蒸汽发生器液位被控对象在不同负荷段及变动工况下呈现出的非线性特性,提出一种具有变论域自适应功能的模糊控制算法,在一般模糊控制算法基础上,通过非线性系统模型构造Lyapunov函数,基于理想控制律求解最优自适应伸缩因子,并利用Lyapunov定理证明了该控制系统的稳定性.仿真结果表明,相较于传统比例-积分(PI)控制与模糊PI控制,具有变论域自适应功能的模糊控制能够更好地对不同工况段和变工况下蒸汽发生器的液位进行有效控制,解决了控制器超限的问题,且系统具有更好的鲁棒性.
为了实现自动引导车(AGV)在某民用客机总装车间的高效运作,提出AGV任务分配与路径规划两阶段求解方法,有效地解决了车间内AGV的多次往返配送调度问题.在任务分配阶段,提出基于行程的AGV任务分配模型,提高任务分配的效率;在路径规划阶段,采用时间窗算法,对AGV占用的地图资源进行时间窗的初始化、更新和排布,并针对由于避障和等待引起的物料送达时间无法满足的情况,设计了料包交换、优先级提前、预留时长放宽共3种递进的调整策略,实现AGV的无冲突路径规划.在数值实验中,两阶段方法应用于50、100、150个料包问题的平均求解时间分别为15.86、41.12、162.29 s,表明两阶段方法有效缓解了多行程AGV调度问题的复杂性,能在合理时间内实现民用客机总装车间AGV的调度优化,以适应民用客机年产量逐年快速递增的生产需求.
建立了适用于大范围几何参数和流动参数的R32制冷剂管内流动沸腾传热和摩擦压降计算关联式.从公开文献中收集了R32传热和摩擦压降的数据源构建两个组合数据库.其中,传热数据库由来自8个文献的1 489个数据点组成,涵盖的水力直径为1~6.3 mm,压降数据库由来自8个文献的496个数据点组成,涵盖水力直径范围为0.643~6 mm.以上述数据库为基础,利用无量纲参数分析预测法并考虑参数主导作用,建立了新的传热系数关联式和摩擦压降关联式.此外,利用现有的关联式对新关联式进行评估.结果表明,现有的几个关联式均具有较大的平均绝对误差(MAE)和最大绝对误差(MAX).而新的传热系数计算关联式具有良好的预测精度,其MAE为14.59%,有90.85%的数据点在±30%误差带以内;新的压降关联式预测精度高,其MAE为17.86%.总之,上述两个新关联式都具有较广的应用范围和良好的预测精度,非常适用于分析工质为R32的换热器的传热和压降性能.
托盘识别是无人驾驶工业车辆进行货物搬运的关键技术之一.针对现有托盘识别方法低效耗时、鲁棒性差、参数选择随意的缺点,提出了一种基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别方法.该方法使用Kinect V2传感器采集包含托盘的场景点云数据,点云经离群点剔除后,基于邻域特征熵函数最小准则获取每个点的最优邻域半径.提取点云关键点,计算关键点的颜色特征和自适应邻域快速点特征直方图,融合成自适应颜色快速点特征直方图,进行特征匹配与误匹配点对剔除,从而实现托盘识别.与固定邻域半径为0.012 m的快速点特征直方图对比,实验结果表明:基于自适应颜色快速点特征直方图的托盘识别精度提高了83.74%,特征提取用时减少了35.55%,验证了方法的优越性.
面向服务型制造的复杂系统维护外包决策需求,针对k-out-of-n:G系统中冗余设备干涉、停机惩罚高昂和备件库存限制的挑战,提出了机会维护与库存控制多层级优化策略(OMICP).在设备层,构建各独立设备衰退模型,通过最小化维护成本率,贯序输出各设备预防维护周期;在系统层,以各设备维护时点为契机,综合考虑库存水平、关停数量和冗余干涉,制定动态组合机会维护策略;在联合层,基于机会维护决策反馈,建模分析备件订购利润结余,制定实时更新库存控制策略.通过服务商承担外包维护下的多层级交互决策,整合复杂系统维护与库存控制耦合关系,优化维护外包服务总成本.算例分析证明,所提OMICP具有复杂决策可行性和成本优化有效性.
利用试验结合数值模拟的手段研究重型柴油机低负荷转速拓展下,多次喷油策略对预混充量压燃(PCCI)燃烧的影响,得出重型柴油机低负荷喷雾燃烧的普适优化方向:喷油定时应与燃烧室形状配合,使油、气、室三者结合,最大程度地利用燃烧室的形状优势;转速升高后采用多次喷油策略能够克服喷油持续期延长带来的喷油速率降低、油气混合程度降低等缺陷.优化喷油策略后,低转速单次喷油工况下NOx排放量降低38%,碳烟排放量降低1个数量级,指示热效率提高8.66%;中转速单次喷油工况下,在指示热效率保持不变的情况下NOx排放量降低59.3%,碳烟排放量降低70%;高转速单次喷油工况下,指示热效率和NOx排放量略有升高,碳烟排放量显著降低.此外,研究发现,随着转速的提升,多次喷油策略对指示热效率与排放量的影响逐渐增强,多次喷油策略的优化效果相对低转速时更加明显.
随着广域服务型制造模式的广泛应用,承租制造企业规模连续扩大,进而带动维护外包服务的全球多区域化发展.针对出租方提供“产品+服务”中存在的多中心租赁制造服务网络的广域运维调度问题,提出系统层、网络层动态交互的多中心协同维护调度策略.在系统层综合考虑设备维护停机、累积失效损失以及系统组合选取对维护决策的影响,对同一制造租赁系统内的设备进行维护成组优化,得出总维护成本最小的成组维护方案和维护时间窗;在网络层进一步考虑服务路由优化、团队派遣选取和维护响应速度对调度决策的影响,输出最小化总调度成本所对应的各团队最优服务路线.通过算例分析,验证多中心协同维护调度策略在广域运维调度领域的可行性与有效性.
目前没有适用于各类工质的滞油量预测方法.对压缩机吸气管内的滞油特性展开研究,建立了通用的滞油量预测方法.根据公开文献建立了吸气管滞油量的实验值数据库,在分析了各个影响因素之后,对数据库中的滞油体积比进行了拟合.根据拟合所得关联式以及吸气管进口工质的状态可以对滞油量进行预测.此外,以R32/PVE VG68为工质进行吸气管滞油量测试实验.比较实验结果与关联式计算结果,可得:对于R32/PVE VG68在吸气管内的流动,该计算方法能准确地呈现滞油量随各因素的变化趋势,且能较精确地预测各工况下的滞油量.
以往低温接触热阻测量研究主要集中于液氮温区及以上,77 K以下温区的固体接触热阻数据鲜有报道.基于RDK-408D2型二级G-M低温制冷机,采用叠片法测量不同粗糙度和螺栓转矩下黄铜样品在10~30 K温区的接触热阻,并讨论不同因素对接触热阻的影响程度.结果表明:该温区黄铜接触面接触热阻值在6.89×10-4~ 1.86×10-2 m2·W/K之间,接触面粗糙度越小、温度越高、螺栓转矩越大,接触热阻就越小,结论与常规定性认识相符.该低温实验数据能够为相关低温应用设计中的连接热阻计算提供一定支持.
针对气动齿状软体驱动器,从腔室侧壁膨胀角和驱动器弯曲角度的非线性几何关系出发,基于虚功原理和Neo-Hookean超弹性不可压缩材料的非线性本构关系,建立了同时考虑底层、侧壁、前后壁应变能的准静态力学模型.该模型考虑了几何非线性和材料非线性,能够准确高效求解不同驱动气压和末端载荷作用下的软体驱动器构型.在此基础上利用Abaqus软件对固支-自由软体驱动器进行有限元仿真,并搭建了相应的实验装置,对不同气压作用下的驱动器进行了仿真分析和实验研究.结果表明:驱动气压与软体驱动器的弯曲角度呈线性相关,且理论模型的预测结果与有限元仿真和实验结果基本吻合.此外,分析了软体驱动器各部位的应变能分布情况.针对驱动器受末端载荷的变曲率情况,基于分段等曲率模型得到的构型与Abaqus基本一致.该准静态建模方法为同类软体驱动器的结构优化设计、性能改善和运动控制建立理论基础.
针对航天铝合金半球壳传统拉深成形精度差的问题,引入旋压成形,提出铝合金半球壳拉深-旋压复合成形新思路,充分发挥拉深成形和旋压成形的技术优势,实现该构件厚度均匀性好和贴模精度高的成形加工.建立了铝合金半球壳复合成形过程有限元仿真模型,实现了铝合金半球壳复合成形过程仿真,分析了不同旋压占比复合成形件的壁厚分布和贴模度变化规律.结果表明,旋压占比为50%的复合成形铝合金半球壳壁厚均匀性改善明显;强力旋压可改变成形构件应力状态,显著提高复合成形构件尺寸精度.同时,进行了直径1 m级铝合金半球壳复合成形工艺试验验证,实现了构件厚度均匀性和贴模精度的提高.
节流过程作为热泵系统中的重要环节,对系统运行有着重要影响.以新型环保工质HP-1准二级压缩高温热泵为对象,考虑电子膨胀阀的阀体开度和制冷剂性质等参数影响,利用MATLAB建立系统循环和电子膨胀阀的数学模型,对系统在变工况下的电子膨胀阀开度与流量匹配特性进行模拟,并利用实验数据通过幂律拟合的方法得到了HP-1的流量系数关联式.研究结果表明:椭圆锥形阀体结构的电子膨胀阀可用于HP-1高温热泵系统,能够适应系统在变工况下的节流特性,蒸发温度在50~90 ℃、冷凝温度在60~120 ℃范围变化时,该种类型阀体用于主节流阀的开度调节范围为49.8%~69.8%,用于补气路节流阀的开度调节范围为41.5%~56.0%,且经过实验验证具有良好适用性;获得的拟合关联式与实际数据的相对偏差在 -7.8%~+7.5%之间,能够准确地预测电子膨胀阀的流量特性.根据制冷剂性质选择与之匹配的电子膨胀阀, 并对其控制系统进行优化改进,这对于实际机组的运行性能至关重要.本研究为高温热泵用电子膨胀阀的选型与控制系统的优化提供了良好的研究基础.
提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋膨胀机,论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋膨胀机的几何模型,并分析控制系数对变截面涡旋膨胀机容积变化的影响.构建传统等截面、变截面涡旋膨胀机的几何模型,对比分析几何模型的优劣.结果表明:提出的新型变截面涡旋膨胀机模型不但具有传统变截面模型的优点,而且可以大幅度减少计算量,并在一定程度上丰富了变截面涡旋膨胀机的种类,为开发高性能的涡旋膨胀机提供借鉴.
热电联产机组的锅炉负荷准确预测对电厂生产管理及调度有直接作用.基于注意力机制和深度卷积-长短期记忆网络原理,提出一种新的热电联产长期负荷预测模型,该模型以锅炉出口蒸汽流量(负荷)历史数据和多维负荷影响因素为输入,对负荷进行长期预测.利用Pearson相关系数判定对原始数据进行筛选;将处理后的数据经卷积层进行特征提取和进一步降维,通过长短期记忆层进行拟合,并采取注意力机制对权值进行优化,实现对负荷的精准预测.以浙江桐乡电厂实测数据为例进行验证,结果表明所提方法的平均绝对百分比误差小于1%,能够实现锅炉负荷的精准预测,智能算法在热电联产领域的应用具有一定的借鉴意义.
针对带顺序依赖准备时间的混合流水车间调度(HFS-SDST)问题,以最小化总最大作业完成时间为调度目标,提出一种改进多种群候鸟迁徙优化(IMMBO)算法.算法中个体基于工件加工顺序进行编码,用改进的NEH(MNEH)算法产生初始种群,并按照适应度值分配到各子种群.子种群中领飞鸟和跟飞鸟分别利用串行和并行邻域策略产生邻域个体,如果跟飞鸟优于领飞鸟,二者互换,完成种群内部个体的信息交互;在IMMBO算法中嵌入离散鲸鱼优化策略对各子种群的领飞鸟进行优化,实现子种群之间信息交互;为提高算法的局部搜索(LS)能力,对种群中最优个体执行LS,同时,为了避免算法早熟收敛,针对每个种群的领飞鸟设计了种群多样化控制策略.最后,在实验法调整算法参数的基础上,对IMMBO的4个变体进行了仿真实验,通过测试Ta自适应算例验证IMMBO算法各部分的作用;将IMMBO算法与现有3个算法测试Ta自适应算例,进行实验结果比较,证明了IMMBO算法求解混合车间调度问题的有效性.
针对零件加工过程的监控数据异常导致刀具剩余寿命预测准确性下降的问题,提出一种基于自步学习的数据异常检测方法.首先建立多层感知机模型关联刀具加工过程监测数据和所对应的刀具剩余寿命;其次在模型权重更新过程中,先固定模型权重参数,预测损失拟合高斯分布得到异常样本的损失阈值,然后构建基于自步学习方法的损失函数,迭代更新模型参数.在模型训练结束后,根据损失阈值划分出异常样本.最后利用汽轮机转子轮槽的实际加工监测数据进行验证,并与局部异常因子算法、基于密度的聚类算法、 K 均值算法、孤立森林算法、一分类支持向量机等方法进行对比分析,验证本方法的有效性.
随着电子器件泵驱冷却要求的不断提高,针对多个分散单元的冷却需求不可避免,从而对作为热沉的并联微通道蒸发器散热均衡性有了更高的需求.但并联热沉由于流动特征曲线中负斜率区域的存在,会产生流量漂移的问题.对氨为工质的双并联热沉系统中的流量分配进行模拟分析,研究了进口过冷度、加热功率、进出口连接管道长度对单个蒸发器流动特征曲线的影响.同时探究了流量漂移对蒸发器整体温度分布的影响,以及加热功率、进口过冷度和进出口连接管道长度对并联热沉流量分配的影响规律.结果表明,一定范围内的蒸发器间流量漂移对冷却系统的换热能力影响有限;加热功率、进口温度、进出口连接管道的布置对并联热沉系统稳定性有着比较大的影响.
为提高绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块跨工况剩余寿命的预测精度以提升其可靠性,针对不同工况下IGBT模块的瞬态热阻特征提出一种基于概率稀疏自注意力机制和迁移学习的剩余使用寿命预测方法.搭建了IGBT模块加速老化试验台,在不同温度区间进行IGBT模块功率循环实验,采集不同工况下该模块全生命周期状态数据,计算获得IGBT模块衰退过程中的瞬态热阻变化数据,提取并筛选能准确反映IGBT模块老化状态的瞬态热阻特征,并使用所提方法开展跨工况剩余使用寿命预测.实验结果表明,提出的IGBT模块剩余寿命的跨工况预测方法精度明显优于其他对比方法,特别是IGBT模块早期衰退过程中的剩余寿命预测精度得到了显著提升.
研究了一种基于反步法的多移载工装协同作业控制策略,提出了基于改进人工势场法和纯轨迹跟踪法的期望运动状态规划方案,并根据自适应蒙特卡洛定位方法确定了实际运动状态的估计值,设计了反步法与虚拟领航跟随法结合的队列控制器.构建了基于机器人操作系统(ROS)环境的仿真模型,并开展仿真验证.结果表明:提出的队形误差计算方法能够提高误差估计精度,该编队控制策略能够使得队形误差在6.2 s内收敛,所设计的队形控制器能够满足多移载工装的作业要求.
基于焊缝金相组织图像对焊缝内部缺陷进行分类,是工业焊接质量检测的重要一环.为提高小样本(样本数不大于30)焊缝金相组织图像中缺陷的分类效果,采用泊松融合方法对缺陷图像进行数据增强,提出ResNet18_PRO分类网络模型,显著提升缺陷分类精度.数据增强方面,通过数字图像处理的方法提取出原缺陷样本中的缺陷区域,后利用泊松融合方法将缺陷区域与正常样本进行融合从而生成新的缺陷样本,以此扩充缺陷样本数据;网络模型方面,在ResNet18网络模型基础上,对其下采样结构进行改进,以减少原下采样结构带来的信息损失,同时在网络末端增加改进的空间金字塔池化(ISPP)结构,以整合多尺度的特征信息.通过多个分类模型对样本扩充前后的缺陷分类效果进行对比,验证了该数据增强方法对分类效果的提升具有较为显著的作用,同时对ResNet18_PRO网络模型进行消融实验,验证了网络各改进部分及训练策略改进的有效性.ResNet18_PRO模型对增强后的数据平均分类准确度达到98.83%,平均F1分数达到98.76%,显著提高了金相组织缺陷的分类效果,将该模型运用于其他工业缺陷数据集取得了较好的分类效果.实验结果表明,该模型有良好的鲁棒性,具有较好的实用价值.
热能场是提高构件可成形性和尺寸精度的主要途径.针对传统热源温度波动大的问题,将可控性好的激光热源引入薄板剪切旋压成形中,通过局部加热与局部变形匹配提高构件的可旋性和成形精度.基于现有旋压机搭建激光辅助剪切旋压平台,建立激光热源刚性连接下椭球面构件激光照射点漂移模型,分析激光热场加载最优区域.理论分析表明,对于截面圆半径变化较小的构件,刚性连接的激光热源可实现旋压过程精准加热.基于此,开展铝合金椭球面薄壁件激光辅助剪切旋压试验,结果表明与室温旋压相比,激光辅助剪切旋压可以显著提高难变形材料的可旋性,并明显改善铝合金椭球面薄壁件厚度和贴模度的精度.研究结果证明了所开发试验装置和工艺设计方法的可行性.
以钢铁精轧机组工作辊为对象,综合考虑轧辊磨损、机组两类故障、辊缝质量控制对故障损失、轧件质量损失与维护成本的影响,构建单辊维护模型以实现单辊维护周期的动态决策.在此基础上,考虑各轧辊磨削周期不同、下机周期相同、下机计划允许小幅调整等特殊场景,提出工作辊动态机会维护策略并构建决策模型,优化精轧辊组工作辊机会维护方案.实例分析表明,与传统的时间窗策略相比,动态机会维护策略在降低工作辊维护成本方面更具优势.
为提高风力俘能结构能量收集效率,提出一种新型的波浪锥型无叶片风力俘能结构,建立了波浪锥型风力俘能结构能量转换数学模型,采用雷诺平均N-S方程结合SST k-ω湍流模型对俘能结构涡激振动响应过程进行了数值模拟,分析了质量比、阻尼比对波浪锥型风力俘能结构涡激振动响应和风能转换效率的影响.结果表明:质量比$m^*=2$,阻尼比ζ=0.05的波浪锥型俘能结构可获得更宽的锁频区间,能量转换效率更高.同时发现质量阻尼比$m^* ζ$直接影响能量转换效率,合适的$m^* ζ$组合可以提高能量转换效率, $m^* ζ=0.10$的情况下平均能量转换效率较$m^* ζ=0.05$提高近31%.研究结果可为无叶片风力发电机能量转换效率的提升提供理论支持.
为了探究多轴特种车辆在轮胎损失极限工况下的行驶特性,基于TruckSim车辆动力学软件,建立包括整车参数、动力传动与制动系统、车桥与悬挂系统、转向系统和轮胎系统的五轴特种车辆动力学仿真试验模型,通过对仿真模型进行调整和改进,建立符合实车驱动的特种车辆动力学模型.为重点分析轮胎缺失状态的影响,以轮胎六分力试验为基础,选取TruckSim中性能相似的非线性轮胎模型进行修改,通过进行0~80~0 km/h直线加速制动平顺性仿真试验和双移线操稳性仿真试验,研究不同位置处轮胎缺失状态下的车辆平顺特性和操稳特性.同时,以车辆质心偏移量为标准,分析讨论不同行驶速度下的最大缺失轮胎数量,提出不同行驶速度下缺胎工况的轮胎布置方法以及各桥轮胎对车辆行驶影响的程度级别.研究结果表明:多轴特种车辆具备在缺胎工况下行驶的极限条件,不同位置处轮胎缺失对车辆的最大行驶速度影响不显著;该型车辆各桥轮胎对车辆行驶影响的重要程度依次为一桥、五桥、三桥、二桥和四桥;车辆分别以50、30和20 km/h速度行驶时,最大缺失轮胎数量分别为1、2和3个.研究结论为多轴特种车辆行驶安全性评估提供了理论支撑.
在轧钢生产过程中,由于磨损等原因,长时间复杂工况运行下的轧辊工作性能会呈现逐步衰退的特征.考虑轧辊工作环境具有工况复杂、随机干扰强等特点,提出基于核函数-Wiener过程(KWP)退化模型,使用Wiener过程刻画轧辊退化趋势的强随机性特征,引入核函数捕捉轧辊的非线性退化路径,推导贝叶斯框架下参数估计的解析表达式,并构造轧辊可工作转动量的健康指标,进一步预测轧辊剩余寿命(RUL).结合某钢铁公司1580热轧生产线现场数据,所构建模型拟合优度达到0.989,剩余寿命预测误差低于4.7%,相较常见机器学习算法取得了更好效果,有助于提高设备运转效率与安全性并实现视情维护.
针对现有变径基圆涡旋压缩机几何模型的定量分析及优化研究不够完善的问题,给出了变径基圆涡旋压缩机从吸气过程开始直到排气过程结束的完整工作腔容积变化规律.比较了格林定理法、图解法及法向等距法的容积计算差异性,分析了产生计算误差的原因,验证了几何模型的正确性.推导了齿面积利用率的计算公式,构建了行程容积及齿面积利用率的灵敏度模型,得出基圆半径变化系数及内侧型线发生角的影响尤为显著的结论.建立了一种考虑非线性约束且以行程容积与齿面积利用率为优化目标的多目标优化分析模型.结果表明:多目标遗传算法(NSGA-II)比多目标粒子群(MOPSO)算法综合性能更佳,且相较于优化前,某款汽车空调用变径基圆涡旋压缩机的行程容积提升了6.5%,齿面积利用率降低了4.27%.该研究能为变径基圆涡旋压缩机的优化设计及定量研究提供进一步的理论参考.
功能设计是复杂系统设计开发中极其重要的任务,需要依靠正向开发方法来保障功能设计的正确性和完整性.为此,以民用飞机的飞行控制系统(飞控系统)为例,提出面向正向开发的功能设计方法.首先,借助系统建模语言建立飞机级到系统级再到部件级的功能需求关系模型;然后,按照SAE ARP4754A 民用飞机系统开发指南中的安全性评估方法分析安全性需求,并结合功能需求构建飞控系统的功能知识集;最后,采用功能单元方块图和功能集成方块图对飞控系统进行功能建模.该方法对复杂系统的功能设计具有借鉴意义.
滚动轴承在运行过程中正常工作状态时间长,故障时间很短,导致数据集不平衡,从而极大地影响深度学习模型故障诊断的准确率.针对该问题,提出一种基于二次迁移学习的滚动轴承不平衡数据集故障诊断方法.首先使用源域和目标域中的少量数据通过条件梯度惩罚生成对抗网络(CWGAN-GP)生成过渡数据集,然后将搭建好的卷积神经网络模型在源域数据集、过渡数据集和目标域数据集之间进行两次迁移,最后使用目标域的少量数据对迁移后的模型进行微调,得到最终的故障诊断模型.实验结果表明,该方法对不同工况下数据集不平衡的滚动轴承剥落类故障有较好的诊断识别效果.
合适的预防性维修在一定程度上能提高设备可靠性,延长设备寿命.针对目前预防性维修策略决策粒度过大且鲜有考虑预防性维修对不同类型故障维修效果的差异性等问题,研究了元动作单元的不完全顺序预防性维修策略.以元动作单元为研究载体,将故障分为损伤类故障和本质疲劳类故障,基于广义几何过程(GGP)建立了考虑维修效果差异性的顺序预防性维修优化模型,分析了维修成本等因数对最优维修成本率以及最优维修策略的影响.研究表明:不考虑预防性维修效果的差异性会低估总体的维修成本率.同时,各类型维修成本、故障比例因子以及预防性维修效果参数都对维修策略的制定有显著影响.该研究对制定元动作单元顺序预防性维修策略,减少其维修成本具有一定的指导作用.
《上海交通大学学报》2023年“机械与动力工程”专题
