检索结果-内蒙古大学图书馆

振动与冲击 2023年第16期42卷 181-188,208页

作者：向艳蒋国璋张严徐曼曼武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

桁架类点阵结构具有质量轻、比强度/比刚度高、减振吸能性好,且拓扑构型简单、增材成型可靠性高等优点,被广泛应用于航天器各关键承载部件设计。传统桁架类点阵设计大多囿于等截面设计约束,严重制约了优化设计的寻优潜能,难以满足航天... 详细信息

桁架类点阵结构具有质量轻、比强度/比刚度高、减振吸能性好,且拓扑构型简单、增材成型可靠性高等优点,被广泛应用于航天器各关键承载部件设计。传统桁架类点阵设计大多囿于等截面设计约束,严重制约了优化设计的寻优潜能,难以满足航天器结构超轻质、高强度的性能要求。为突破传统点阵的等截面形状约束,构建基于显式拓扑描述函数的变截面几何描述模型,实现变截面点阵几何形状的自由描述;采用能量均匀化方法精确计算变截面点阵单胞宏观等效弹性张量,并建立变截面点阵几何描述参数关于其宏观等效弹性张量的近似响应模型;以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最大体积模量或最大剪切模量为目标函数,建立变截面点阵几何描述参数的优化数学模型,并采用基于近似模型辅助的粒子群优化算法实现上述优化模型的高效求解。数值算例表明,相较于等截面点阵,在相同材料用量下,优化后的变截面点阵的体积模量和剪切模量性能更优。所提方法进一步拓展了桁架类点阵的设计空间,有效提升其力学性能,在航天器结构轻量化设计方面具有应用推广前景。

关键词：点阵结构变截面显式拓扑描述能量均匀化粒子群优化算法

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基于Pavlou方法的焊接结构疲劳寿命预测

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焊接学报 2023年第9期44卷 16-23,I0003,I0004页

作者：魏国前郭子贤闫梦煜赵刚武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

变幅载荷作用下的疲劳寿命预测一直是焊接结构完整性评估的重要内容.基于Pavlou提出的疲劳损伤区概念,采用BS7608标准中推荐的S-N曲线,运用有限元热传导分析技术,提出了一种焊接结构疲劳寿命的预测方法.针对承载型十字焊接接头、非承载... 详细信息

变幅载荷作用下的疲劳寿命预测一直是焊接结构完整性评估的重要内容.基于Pavlou提出的疲劳损伤区概念,采用BS7608标准中推荐的S-N曲线,运用有限元热传导分析技术,提出了一种焊接结构疲劳寿命的预测方法.针对承载型十字焊接接头、非承载型十字焊接接头和对接焊接接头,开展了二级变幅载荷谱块的拉伸疲劳试验,分别采用Miner模型、M-H模型和Pavlou方法估算了试件的疲劳寿命.结果表明,Pavlou方法的预测精度明显高于其它2种模型,预测寿命与试验寿命误差散射图中数据点的分布形态更加合理,验证了Pavlou方法的精确性和有效性.进一步讨论了焊接接头S-N曲线存活率对疲劳寿命预测精度的影响,提出2.3%存活率可以获得较为满意的预测结果.

关键词：焊接结构疲劳寿命变幅载荷非线性损伤模型 S-N曲线存活率

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考虑宏观结构性能的多材料微结构拓扑优化设计

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振动与冲击 2024年第11期43卷 185-193页

作者：张磊倪绍豪蒋国璋张严宫逸文武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于... 详细信息

多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法,提出了基于参数化水平集的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先,构建了基于差集的多材料水平集描述模型,利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后,引入交替活动相算法,将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题,以减少设计变量与约束条件,提高计算效率。最后,采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量,以宏观结构柔度最小化为优化目标,各相材料用量为约束条件,构建多材料微结构拓扑优化模型,并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明,所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计,所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。

关键词：拓扑优化多材料微结构水平集方法均匀化方法交替活动相算法

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焊趾半径对疲劳短裂纹演化行为的影响

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焊接学报 2023年第11期44卷 88-95,I0007,I0008页

作者：钟广生魏国前闫梦煜冯梓彬武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

焊趾半径对焊接结构的疲劳性能有重要影响.综合泰森多边形法和子模型技术,采用粘塑性率相关的晶体塑性本构,在宏观的十字形焊接接头焊趾局部构建了二维微观RVE(representative volume element)子模型.基于滑移带平均的疲劳指标参量计算... 详细信息

焊趾半径对焊接结构的疲劳性能有重要影响.综合泰森多边形法和子模型技术,采用粘塑性率相关的晶体塑性本构,在宏观的十字形焊接接头焊趾局部构建了二维微观RVE(representative volume element)子模型.基于滑移带平均的疲劳指标参量计算滑移带的成核寿命和扩展寿命,通过降低具有最小寿命的滑移带的弹性模量模拟裂纹的形成,实现了宏观-微观跨尺度疲劳短裂纹演化行为仿真.分析表明:当焊趾半径小于0.5 mm时,成核寿命随着焊趾半径增大而增大;当焊趾半径大于0.5 mm时,成核寿命主要受到晶粒形态与取向的影响呈现波动性变化.焊趾RVE子模型可划分为焊趾圆弧影响区和非影响区.在焊趾圆弧影响区,裂纹演化行为主要受到焊趾半径影响,成核位置有所差异,扩展速率随裂纹循环次数呈线性上升;随着裂纹扩展,焊趾半径影响逐渐减小,晶粒形态与取向影响逐渐增大;当裂纹扩展到非影响区,裂纹演化行为主要受到晶粒形态和取向的影响,扩展速率呈现较大的波动性.

关键词：疲劳指标参量晶体塑性焊趾半径短裂纹

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基于生成对抗网络的跨分辨率拓扑优化方法的比较研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 132-140页

作者：朱赫鹏丁喆张严李小白武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院武汉430081

拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计... 详细信息

拓扑优化的迭代过程涉及大量有限元分析与灵敏度更新步骤,且随着划分网格数目的增加,其优化过程将耗费大量的计算成本。利用深度学习方法,通过建立低分辨率中间构型与高分辨率拓扑结构之间的映射关系,可实现结构的跨分辨率拓扑优化设计,从而大幅提高其计算效率。该文基于两种不同的生成对抗网络,构建了可实现跨分辨率预测的拓扑优化方法,并将其扩展至三维结构的优化预测。首先,以柔顺度最小化为目标函数,利用各向同性材料惩罚法生成不同载荷条件、初始位移和体积分数下的优化结构数据集;然后,分别利用Pix2pix和Esrgan网络解决其跨分辨率预测问题,其中对于Pix2pix网络,使用了残差模块代替其生成器内部的卷积模块,以增强网络对低层信息的复用;最后,通过二维和三维算例验证了所提方法的有效性,并与现有基于CGAN(conditional generative adversarial network)网络的方法进行了比较研究。结果表明,综合考虑计算精度和计算效率,基于Esrgan网络的方法表现更优,最适合应用于跨分辨率拓扑优化设计。

关键词：拓扑优化柔顺度跨分辨率预测 Pix2pix Esrgan

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面向寿命定制的废旧产品再制造设计过程模型研究

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机械工程学报 2023年第13期59卷 238-245页

作者：江志刚张俊辉朱硕鄢威张华武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学绿色制造工程研究院武汉430081

寿命定制是量化废旧产品再制造需求并保障再制造产品设计质量的重要途径。针对废旧产品再制造设计目标不明确、设计质量不稳定等问题,引入寿命定制策略提升再制造设计过程的可解释性、增强设计模型的导向作用,考虑设计需求与废旧产品自... 详细信息

寿命定制是量化废旧产品再制造需求并保障再制造产品设计质量的重要途径。针对废旧产品再制造设计目标不明确、设计质量不稳定等问题,引入寿命定制策略提升再制造设计过程的可解释性、增强设计模型的导向作用,考虑设计需求与废旧产品自身失效特征对再制造设计过程的双重影响,基于产品质量功能展开(QFD)的思想创建再制造产品寿命定制设计屋模型,实现面向寿命定制的废旧产品再制造设计。在寿命定制设计屋模型的关键再制造设计参数分析模块中,建立设计需求和失效特征双向反馈的寿命影响因素相互关系矩阵,得到影响寿命的关键设计参数;在再制造设计参数的生成模块中,构建基于关键设计参数的BP神经网络寿命预测模型,并以定制寿命为优化目标,采用神经网络-果蝇优化算法(BP-FOA)将最接近定制寿命的再制造设计参数作为最优解输出。以典型家电产品电冰箱的再制造设计过程为例,对模型的有效性进行验证。

关键词：再制造设计寿命定制设计过程模型客户需求失效特征

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动态模式分解及其在轴承早期故障诊断中的应用

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振动与冲击 2022年第12期41卷 313-320页

作者：文明党章余震吕勇魏国前武汉科技大学冶金装备与控制技术教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081 武汉科技大学国家实验机械教学示范中心武汉430081

滚动轴承是装备制造业中关键基础零部件,其在服役过程中的工作状态直接决定着主机产品的性能、质量和可靠性,有效的轴承早期故障监督检测技术是实现设备预防维修的重要保证。提出将动态模式分解(DMD)算法改进后应用于轴承早期故障信号... 详细信息

滚动轴承是装备制造业中关键基础零部件,其在服役过程中的工作状态直接决定着主机产品的性能、质量和可靠性,有效的轴承早期故障监督检测技术是实现设备预防维修的重要保证。提出将动态模式分解(DMD)算法改进后应用于轴承早期故障信号的特征提取中,传感器采集得到的原始时间序列通过投影降噪后进行动态模式分解,采用软阈值法自适应地根据原始信号噪声水平得到若干单频模式,对这些模式分量进行多尺度排列熵值计算,通过阈值法筛选出原始动力学系统中的低秩成分,对其进行恢复重构后提取早期故障特征频率。在仿真信号和实测信号的试验研究中验证了提出方法的有效性。

关键词：动态模式分解(DMD) 多尺度排列熵自适应截断秩特征提取

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基于多寿命特征的废旧机电产品再升级设计研究进展

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机械工程学报 2022年第7期58卷 183-192页

作者：朱硕潘志强江志刚鄢威张华武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学绿色制造工程研究院武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

随着高新技术的迅猛发展,机电产品升级换代与资源浪费之间的矛盾正愈发激化。值得关注的是,产品升级换代的速度越快,其废旧品的再制造恢复价值就越低,再制造升级需求也就越大。由于废旧机电产品在服役过程中物理、技术、经济多属性寿命... 详细信息

随着高新技术的迅猛发展,机电产品升级换代与资源浪费之间的矛盾正愈发激化。值得关注的是,产品升级换代的速度越快,其废旧品的再制造恢复价值就越低,再制造升级需求也就越大。由于废旧机电产品在服役过程中物理、技术、经济多属性寿命的不平衡性以及再升级需求的多样化,导致再升级设计方案生成与优化极具个性化与复杂性,对其研究具有很高的学术价值与工程应用价值。为此,通过探究再升级设计的问题特征,以量大面广的废旧机电产品为对象,综述其寿命演化分析、再升级设计模型、再升级设计优化方法的代表性研究进展,进而指出废旧机电产品再升级设计的研究层次及其主要研究趋势与重点研究内容,以促进高品质再制造工程的实施,推动高端智能再制造升级的规模化发展。

关键词：再升级设计多属性寿命废旧机电产品再制造升级智能再制造

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基于改进人工蜂群算法的人机协作装配线平衡优化

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计算机集成制造系统 2024年第10期30卷 3525-3534页

作者：郑晨昱李梓响唐秋华张子凯张利平武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081

随着员工成本的增加,协作机器人逐步应用于装配线以独立完成或者协助员工完成装配操作。针对人机协作装配线平衡问题,构建了混合整数规划模型以优化生产节拍,该模型可精确求解小规模案例,同时提出改进人工蜂群算法求解大规模问题。该算... 详细信息

随着员工成本的增加,协作机器人逐步应用于装配线以独立完成或者协助员工完成装配操作。针对人机协作装配线平衡问题,构建了混合整数规划模型以优化生产节拍,该模型可精确求解小规模案例,同时提出改进人工蜂群算法求解大规模问题。该算法采用操作排序向量和装配模式向量双层编码方式以及有效的解码获得可行的调度方案,并在改进的观察蜂阶段保留较优的种群,在改进的侦察蜂阶段提升新解的性能,在局部搜索阶段提高算法的局部搜索能力。最后,通过与已有算法对比,表明改进人工蜂群算法具有优越性,可以高效求解人机协作装配线平衡问题。

关键词：装配线平衡人机协作人工蜂群算法智能优化算法

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多斜孔节流气浮支承的微振动特性研究

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摩擦学学报 2023年第11期43卷 1264-1272页

作者：李世泽于普良鲁炅尹先雄徐珲胡回罗强武汉科技大学冶金装备及控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081

为提升气浮支承的稳定性及其定位精度,设计了1种多斜孔节流气浮支承.建立气浮支承的CFD (Computational Fluid Dynamics)模型,基于大涡模拟方法,研究节流孔高度、节流孔倾斜角度、节流孔直径和供气压力对气浮支承瞬态流场的影响.研究结... 详细信息

为提升气浮支承的稳定性及其定位精度,设计了1种多斜孔节流气浮支承.建立气浮支承的CFD (Computational Fluid Dynamics)模型,基于大涡模拟方法,研究节流孔高度、节流孔倾斜角度、节流孔直径和供气压力对气浮支承瞬态流场的影响.研究结果表明:随着节流孔倾斜角度的增加,气浮支承的微振动先减小再增大,当节流孔倾斜角度为110°时气浮支承的稳定性最佳.随着节流孔高度的增加,气浮支承的微振动随之减小.当节流孔高度增加到0.4 mm后,继续增加高度对气浮支承微振动基本没有影响.气浮支承的微振动随节流孔直径的增加而减小.气浮支承的微振动会随着供气压力的增加而增大.多斜孔节流结构可改变均压腔内流场状态,提升气浮支承的稳定性,且静态特性基本保持不变.

关键词：气浮支承微振动斜孔节流器大涡模拟湍流涡

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