检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2022年第7期58卷 1-11页

作者：徐灵敏叶伟李秦川上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018

逆动力学建模是并联机器人动力学性能评估和实际控制的基础。以几何代数为数学工具,提出并联机器人的解析逆动力学建模通用方法。根据几何代数的外积性质,可直接确定并联机器人中各分支的关节速度和加速度幅值,建立机器人驱动速度和被... 详细信息

逆动力学建模是并联机器人动力学性能评估和实际控制的基础。以几何代数为数学工具,提出并联机器人的解析逆动力学建模通用方法。根据几何代数的外积性质,可直接确定并联机器人中各分支的关节速度和加速度幅值,建立机器人驱动速度和被动速度之间的映射关系,并推导出并联机器人分支中各杆件的速度和加速度。结合虚功原理建立并联机器人的逆动力学模型,并确定驱动力/力矩的解析表达式。关节速度和加速度计算不需要判断几何关系、进行求导或求偏微分,并且整个计算过程中仅涉及加法和乘法,无需求解符号线性方程组,提高计算效率。以六自由度并联机器人6-UPS和三自由度并联机器人2PUR-PRU为例(U:虎克铰,P:移动副,S:球铰,R:转动副),得到在给定轨迹下两个机器人驱动力的理论结果,通过与ADAMS软件仿真结果对比验证所提方法的正确性。同时,通过与基于牛顿-欧拉方程的自然正交补法进行计算效率对比,证明该方法具有计算高效的优点,可替代ADAMS仿真和原先方法用于并联机器人逆动力学建模及分析。

关键词：动力学建模并联机器人几何代数虚功原理

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轴颈倾斜下船用复合衬层艉轴承混合润滑特性分析及结构优化

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振动与冲击 2022年第19期41卷 22-29页

作者：吕芳蕊饶柱石王珏河海大学机电工程学院江苏常州213022 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴,由于螺旋桨的重力作用,其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线,而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布,显著降低轴承承载能力,使之处于混合润滑状态,且易导致碰磨... 详细信息

船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴,由于螺旋桨的重力作用,其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线,而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布,显著降低轴承承载能力,使之处于混合润滑状态,且易导致碰磨、严重磨损甚至轴瓦烧焦等问题,严重危害轴系服役安全。为提高轴颈倾斜下水润滑艉轴承的性能,改善压力分布,提出了一种采用复合衬层的轴承设计方法,以高分子材料作为承载表面,在高分子承载层与金属外壳之间加入橡胶层,橡胶层为等厚或非等厚结构。在此基础上建立了复合衬层水润滑轴承的混合润滑模型,分析了单一衬层结构、等厚复合衬层结构及非等厚复合衬层结构下的轴承性能。结果表明,对于处于混合润滑状态的水润滑轴承,复合衬层改善了压力分布、降低了摩擦因数和混合润滑状态过渡到流体动力润滑状态时的转速,而非等厚复合衬层对润滑性能具有更显著的改善作用。总结得到非等厚复合衬层轴承最优橡胶层厚的拟合公式,并给出了公式的适用范围,公式形式简洁,便于应用于轴承设计计算。相关工作为船用轴承优化设计和承载能力提升提供了新思路。

关键词：船用艉轴承轴颈倾斜混合润滑结构优化

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流形正则化支持高阶张量机及其在行星齿轮箱半监督故障诊断中的应用

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振动工程学报 2025年第1期38卷 78-87页

作者：杨诚何清波贾民平李志农彭志科上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 东南大学机械工程学院江苏南京211189 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室江西南昌330063 宁夏大学机械工程学院宁夏银川750021

本文提出了一种基于流形正则化支持高阶张量机(MRSHTM)的行星齿轮箱半监督故障诊断方法。在MRSHTM中引入CP分解挖掘张量数据中的内在结构信息,并定义张量逆多元二次核函数(Tensor‐IMKF)以构建图拉普拉斯算子,从而更好地描述张量数据之... 详细信息

本文提出了一种基于流形正则化支持高阶张量机(MRSHTM)的行星齿轮箱半监督故障诊断方法。在MRSHTM中引入CP分解挖掘张量数据中的内在结构信息,并定义张量逆多元二次核函数(Tensor‐IMKF)以构建图拉普拉斯算子,从而更好地描述张量数据之间的流形结构。针对多分类问题,将一对多(OVR)策略引入MRSHTM中,提出一对多流形正则化支持高阶张量机(OVR‐MRSHTM)模型。利用层次多尺度排列熵(HMPE)提取多通道振动信号的“通道×层次×尺度”三阶张量故障特征,并输入OVR‐MRSHTM中进行自动识别。实验结果表明,所提算法能够在张量空间中实现稀缺标记样本下的行星齿轮箱智能故障诊断。

关键词：半监督故障诊断行星齿轮箱张量学习流形正则化

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科氏效应对叶片-桨毂-轴耦合系统振动特性的影响规律研究

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应用力学学报 2022年第3期39卷 527-535页

作者：周子宣黄修长华宏星上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学振动冲击噪声研究所上海200240

采用几何精确模型与阶次截断方法描述叶片的空间变形,建立了考虑科氏效应与离心刚化作用的叶片-桨毂-轴耦合系统动力学模型,推导了耦合系统振动微分方程。采用Rayleigh-Ritz法进行数值离散,计算了不同刚度比、半径比、转速和叶片数下,... 详细信息

采用几何精确模型与阶次截断方法描述叶片的空间变形,建立了考虑科氏效应与离心刚化作用的叶片-桨毂-轴耦合系统动力学模型,推导了耦合系统振动微分方程。采用Rayleigh-Ritz法进行数值离散,计算了不同刚度比、半径比、转速和叶片数下,科氏效应对系统模态频率的影响。研究表明:叶片-桨毂-轴耦合系统模态中包含耦合和非耦合两类模态,耦合模态频率在考虑科氏效应后发生明显降低;随着半径比增加,科氏效应对第1阶耦合模态频率的影响逐渐减弱,对第2阶耦合模态频率的影响逐渐增强;转速的增加会提升耦合模态对科氏效应的敏感性;刚度比处于10;~10;范围内时发生叶片模态振型转换的现象,模态振型转换后科氏效应的影响更为显著;随着叶片数目的增加,科氏效应对模态频率的影响逐渐减弱。研究结果可为旋转叶片-桨毂-轴耦合系统的动力学设计提供理论参考。

关键词：叶片-桨毂-轴耦合系统固有频率几何精确科氏效应 Rayleigh-Ritz法

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平面二自由度过约束并联机构运动学标定方法

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机械设计与研究 2025年第1期41卷 1-6+12页

作者：刘瑞睿吴海宇于洋梁振鹍王皓陈根良上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室江南造船(集团)有限责任公司上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室

过约束并联机构凭借其高稳定性和强负载特性被广泛应用在精密加工、智能制造等众多重要场景中，由于制造精度和结构变形的存在，过约束并联机构运动精度不高。本文针对一种用于大型部件运动调姿的过约束并联机构存在末端定位精度较差的... 详细信息

过约束并联机构凭借其高稳定性和强负载特性被广泛应用在精密加工、智能制造等众多重要场景中，由于制造精度和结构变形的存在，过约束并联机构运动精度不高。本文针对一种用于大型部件运动调姿的过约束并联机构存在末端定位精度较差的问题开展参数误差建模和标定研究，其构型为2-P(Pa)。基于POE方法建立机构考虑几何偏差与结构变形的运动学模型。在此基础上推导支链到整机的误差传递模型，继而构建了机构的参数辨识与标定流程。在样机中对本文的标定方法进行实验验证，实验结果表明该标定方法显著提高了机构的末端定位精度，其平均位置残差和姿态残差分别为0.45 mm与0.001 9 rad,较标定前提升88.2%与81%,验证了方法的有效性。

关键词：过约束并联机构运动学参数标定误差建模

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高温合金蜂窝芯高速铣削材料去除机理与损伤行为

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机械工程学报 2022年第23期58卷 284-295页

作者：史兰宇王晨光陈杰郭国强黄文斌安庆龙明伟伟陈明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海航天精密机械研究所上海201600

高温合金蜂窝芯材料具有高比刚度、轻质和能量吸收特性好等优异性能,被视为下一代高超声速飞行器热防护结构极具潜力的材料。高速铣削是高温合金蜂窝芯零件成型过程中重要的减材制造工艺,在蜂窝芯材料高速铣削时,蜂窝芯材料面内刚度低... 详细信息

高温合金蜂窝芯材料具有高比刚度、轻质和能量吸收特性好等优异性能,被视为下一代高超声速飞行器热防护结构极具潜力的材料。高速铣削是高温合金蜂窝芯零件成型过程中重要的减材制造工艺,在蜂窝芯材料高速铣削时,蜂窝芯材料面内刚度低且高温合金塑性好,较小的切削力就会使蜂窝壁产生较大的塑性变形,导致蜂窝芯加工精度较低、加工损伤难以控制,对后续焊接、装配等工序产生不利影响。基于有限元仿真对蜂窝壁切削材料去除机理进行了深入研究,探索了铣削参数、刀具类型和铣削方式对铣削过程中铣削力和加工损伤的影响。研究结果表明,蜂窝壁切入角是影响蜂窝芯材料切削加工过程中瞬时应力分布和成屑机理的关键性因素。得到了铣削参数、刀具类型和铣削方式对高温合金蜂窝芯加工过程中加工损伤的影响规律。对于铣削参数,过大的进给量会导致芯格变形等加工损伤,降低切削速度会提高微小毛刺等加工损伤发生的频率;本文采用的三种刀具的对比结果表明,立式铣刀加工质量最好。插铣方式会产生明显的轴向冲击,而侧铣方式可以有效避免轴向冲击。研究成果为高温合金蜂窝芯低损伤高性能加工提供了理论依据和工艺技术储备。

关键词：蜂窝芯高温合金铣削材料去除机理加工损伤

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DLP打印β-磷酸三钙/纳米黏土复合支架的制备与表征

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无机材料学报 2022年第10期37卷 1116-1122页

作者：张航韩坤原董兰兰李祥上海交通大学机械与动力工程学院机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海理工大学健康科学与工程学院上海200093

β-磷酸三钙(β-TCP)具有生物降解性和生物相容性,但其固有的脆性限制了其在承重种植体中的应用。为进一步提高β-TCP的力学性能和生物相容性,本研究以纳米黏土(Nano clay,NC)为添加剂,采用数字光处理(Digital light processing,DLP)技... 详细信息

β-磷酸三钙(β-TCP)具有生物降解性和生物相容性,但其固有的脆性限制了其在承重种植体中的应用。为进一步提高β-TCP的力学性能和生物相容性,本研究以纳米黏土(Nano clay,NC)为添加剂,采用数字光处理(Digital light processing,DLP)技术制备了β-TCP/NC(TNC)复合支架,支架TNC10多孔结构孔径为200~300μm。当加入NC含量为10%(质量分数)时,支架(TNC10)各结构特征的烧结收缩最小。加入NC不会改变TCP的物相成分,且支架表面均匀分布Si、Mg元素。加入NC可以提高TCP支架的压缩强度,NC(粒径<500 nm)融合在TCP颗粒的间隙中,对比纯TCP支架,TNC10支架的压缩强度提高了10%。另外,TNC10组较纯TCP的比表面积增加2倍以上。TNC降解速率更快,可以持续释放Ca、Mg、Si、Li等离子,并且TNC降解液保持弱碱性的环境。研究结果表明:加入NC对β-TCP支架的力学强度、降解性能均具有一定的促进作用。利用DLP方法打印的具有良好的理化性能的多孔生物陶瓷支架在骨修复领域有巨大应用前景。

关键词： β-磷酸三钙 DLP打印多孔支架纳米黏土

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多通道振动信息融合的柱塞泵异常检测方法

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液压与气动 2023年第7期47卷 28-36页

作者：鲁思杰潮群刘成良上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

目前柱塞泵的故障诊断普遍采用监督式机器学习,但实际工程应用中难以收集到大量带有标签的故障训练集。提出一种无监督式机器学习的柱塞泵异常检测方法,在训练阶段仅需要柱塞泵健康状态下的振动数据。同时,为了提升在不同工况下柱塞泵... 详细信息

目前柱塞泵的故障诊断普遍采用监督式机器学习,但实际工程应用中难以收集到大量带有标签的故障训练集。提出一种无监督式机器学习的柱塞泵异常检测方法,在训练阶段仅需要柱塞泵健康状态下的振动数据。同时,为了提升在不同工况下柱塞泵的异常检测性能,对柱塞泵壳体上多个方向的振动信号进行融合,将其时频图合成为RGB图像。通过变分自编码器重建图像,根据输入输出图像的差异度确定柱塞泵异常检测的阈值。通过故障模拟试验台所采集的柱塞泵典型故障振动信号进行实验,结果表明,相比于普通自编码器,变分自编码器和多通道振动信号融合能够提升不同工况下柱塞泵的异常检测性能。

关键词：柱塞泵异常检测小波变换变分自编码器信息融合

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孔挤压量对碳纤维增强复合材料孔壁损伤与疲劳性能的影响

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机械工程学报 2025年第7期61卷 134-143页

作者：王晨光王海航杨杰凡志磊周恩涛葛恩德安庆龙陈明上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 中国商飞上海飞机制造有限公司上海200436

碳纤维增强复合材料(CFRP)是先进飞行器中广泛使用的结构材料,其构件常通过机械连接应用于重要承力部位。这些结构在服役过程中需承受复杂的交变载荷,对其疲劳性能提出较高的要求。但CFRP构件中的结构孔在机械连接过程中易受螺栓的挤压... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)是先进飞行器中广泛使用的结构材料,其构件常通过机械连接应用于重要承力部位。这些结构在服役过程中需承受复杂的交变载荷,对其疲劳性能提出较高的要求。但CFRP构件中的结构孔在机械连接过程中易受螺栓的挤压作用,发生疲劳失效,影响飞行器的长期服役性能。针对上述问题,本研究提出一种CFRP孔挤压强化工艺,并通过仿真与实验结合的方式研究了挤压量对CFRP孔壁损伤和疲劳性能的影响,揭示了孔挤压工艺对CFRP/Ti连接件疲劳寿命的增益机理。研究结果表明,随着CFRP孔挤压量增加,挤压力不断增大,损伤也愈发严重。挤压量超过4%时发生严重损伤,损伤主要形式为0°层的纤维压缩断裂、90°层的纤维压弯断裂以及各层的基体压缩断裂损伤。孔挤压过程中压入的衬套可以降低CFRP/Ti连接件受载过程中螺栓对CFRP的挤压作用,减少应力集中,防止CFRP被压溃导致过早疲劳失效。挤压量为3%时,试样的疲劳寿命是普通试样的3.5倍,增益最为明显。挤压量过大所导致的过多初始损伤会使CFRP疲劳寿命增益受到抑制。

关键词：复合材料孔挤压挤压量损伤疲劳性能

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基于状态反馈线性化的阀控非对称缸系统模型预测控制

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液压与气动 2023年第1期47卷 70-76页

作者：戴博见陶建峰孙浩刘成良上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

针对使用PID方法对阀控非对称液压缸位置控制中出现的超调问题,以及传统非线性模型预测控制优化求解计算时间较长的问题,提出了一种基于状态反馈线性化的阀控非对称缸模型预测控制方案。首先建立了阀控系统状态空间模型,运用微分几何理... 详细信息

针对使用PID方法对阀控非对称液压缸位置控制中出现的超调问题,以及传统非线性模型预测控制优化求解计算时间较长的问题,提出了一种基于状态反馈线性化的阀控非对称缸模型预测控制方案。首先建立了阀控系统状态空间模型,运用微分几何理论讨论系统可反馈线性化的充要条件,并将非线性系统映射为新坐标空间内的线性系统模型;设计了反馈线性化模型预测控制器(Feedback Linearization Model Predictive Controller,FLMPC),讨论了线性系统下的约束问题,其中由于系统仿真预测时域远小于系统响应时间,对模型预测控制的损失函数加以修正。结果证明,在相同输入情况下,反馈线性化系统与原系统的位置误差满足控制需要,且在保证被控对象快速稳定控制的条件下,对比该算法与非线性模型预测控制的单步计算时间,证明该算法能够缩短计算时间。

关键词：非对称阀控液压缸位置控制反馈线性化模型预测控制

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