关键词： 机械动力   应用型人才   教育国际化  

摘要： 本文结合教育国际化理念,借鉴澳洲和美国两国应用型人才培养模式的经验和优点,对邵阳学院机械动力类应用型国际化复合人才的培养体系进行了探讨与分析,旨在培养具有国际市场竞争优势的复合应用型技术人才。

关键词： 非光滑动力学系统   分岔/混沌控制   线性反馈控制   Hopf分岔   Schur-Cohn稳定性判据  

摘要： 非光滑动力学系统相比于通常的光滑动力学系统来说存在着很多不同的动力学现象,譬如分岔和混沌等,前者指的是通过对原系统施加相应的控制器来改变原非线性系统的动力学特性从而获得所想要的动力学行为;而后者则是对原系统使用对应的控制器,使混沌运动转变为周期运动。本文根据非光滑机械动力学中的一些理论知识,主要对其中的分岔和混沌行为进行了研究,主要研究内容如下:1.通过振动筛的力学模型,对物料与筛面碰撞中的非光滑分岔进行了探究,并把反控制理论应用在振动筛系统的分析上,通过数值计算,原系统在线性反馈控制器的作用下通过调节控制参数得到了双Hopf分岔解,完成了对振动筛系统Hopf-Hopf分岔的反控制。对于一些振动系统,像落砂机、振动棒、搅拌机等,Hopf-Hopf分岔中存在的环面概周期运动可以提高该类机械的工作效率,譬如可以使搅拌机搅拌的更均匀,使筛分机筛分得更快。2.以对称弹性接触系统为研究对象,对其动力学行为进行分析,选取合适的定相位面,并对其施加间歇线性反馈控制律,通过对受控系统的运动稳定性分析,得到该系统混沌控制的显式条件,采用数值模拟,给出了系统周期运动的控制参数分岔图,直接选取合适的控制参数便可以将原系统控制在周期运动范围内。而该模型也可以通过扩展变化应用在含间隙运动副、车辆轮轨系统、齿轮传动系统等机械设备上,该方法可以用来提高这些设备的运行稳定性、工作效率和使用寿命,具有一定的实际工程意义。3.采用分岔控制的显式临界准则对机械系统的混沌运动进行了控制。与OGY方法、延迟反馈控制法、外加驱动力法等经典方法不同的是,这里根据Schur-Cohn稳定性判据,得到系统要做周期运动的条件,并将这些条件展开,得到的是含有系统参数的一些不等式,通过Matlab将这些不等式的公共区域画出,在符合条件的区域选择系统参数,在该系统参数下原系统的运动是稳定的周期运动,实现了预期目的。这种控制混沌的方法更简单,也更方便应用。

关键词： 并联式混合动力汽车   dSPACE   控制原型   开环测试  

摘要： 在现代汽车研究开发进程中,基于模块化的平台设计非常值得深入研究,其中V字型开发流程贯穿了汽车研究开发的整个生命周期。本文设计了一个基于dSPACE软件平台的混合动力系统控制原型,并以电驱动机械变速混合动力汽车作为研究载体,在接近实车环境下验证控制策略的优劣性,大大提高了整车控制器的开发速度,文章主要开展了以下几项工作:(1)根据整车的结构参数,对动力系统主要部件进行分析,利用AMESim仿真软件的优势,搭建并联式混合动力汽车整车模型。在AMESim中搭建各部件模型:发动机模型、电机模型、EMT模型、电池模型、车辆模型、驾驶员模型等,为后续验证控制策略提供可靠的测试对象。(2)通过分析并联式混合动力汽车工作模式,确定车辆工作模式选择机制。本文采用基于规则的动力分配控制策略,确定不同工作模式下转矩分配原则,建立系统转矩分配控制策略,通过对电驱动机械变速箱(EMT)的研究,分析EMT系统换挡过程,提出制定双参数换挡控制策略。通过AMESim与Simulink联合仿真,进行整车动力性和NEDC循环工况测试,验证转矩分配策略和换挡控制策略的合理性和可靠性。(3)分析混合动力系统控制模型的整体架构,在转矩分配和换挡控制策略验证完毕的基础上,搭建混合动力控制器原型,包括系统工作模式判断、系统转矩分配、传动系统、再生制动能量回馈、输入输出信号处理,整车上下电流程等控制策略,为混合动力系统控制原型试验提供完整的控制策略。(4)设计基于dSPACE的整车控制原型测试平台,搭建硬件平台和数据测试监控平台,并对控制原型进行开环测试,包括对传感器信号以及CAN总线的定标试验。最后进行控制原型驾驶员意图典型工况和EUDC驾驶循环工况测试,验证了混合动力系统控制原型的可靠性和有效性。本文结合V字型开发流程,搭建并联式混合动力系统控制原型开发平台,并进行相关工况测试试验,为混合动力汽车整车控制器开发研究提供了基础和依据。

关键词： 机械设计制造及其自动化   材料成型及控制工程  

摘要： 2014年1月原机械与材料学院更名为机械与动力学院,学院现设有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程、工业工程、能源与动力工程、核工程与核技术六个本科专业,其中机械设计制造及其自动化为国家特色专业、第二批卓越工程师教育培养计划专业和省本科品牌专业,材料成型及控制工程为第三批卓越工程师教育培养计划专业。拥有机械工程一级硕士点、机械工程专业学位点、机械工程

关键词： 水下机械臂   轨迹跟踪   水阻力矩   滑模控制  

摘要： 近年来,水下机械臂经过不断发展,现在已经被广泛应用到海洋资源开发工程的研究和应用中。水下机械臂工作环境具有高度的非线性,在浅水环境下作业的水下机械臂,其作业精度常常受到流体粘性阻力等实际环境影响。水下机械臂轨迹跟踪控制器的设计关系到水下机器人能否稳定工作,而机械臂各关节间角度、角速度等的运动控制是实现机械臂末端执行器精确工作的前提。因此,研究水下机械臂由闭合到展开轨迹的跟踪、运动控制等具有重要的理论与应用价值。首先,介绍了一种对机械臂各连杆进行建模的通用性方法D-H法。通过D-H法来建立机械臂坐标系,整理并填写由水下机械臂的连杆扭角、连杆偏置、关节转角、连杆长度等参数组成的信息列表,然后通过齐次坐标转换建立机械臂在笛卡尔空间中的几何关系。正运动学问题研究的是在知道机械臂各连杆参数信息的情况下,运用齐次转换矩阵推算出末端执行器的运动位姿。与之相反,逆运动学问题研究的是在已知水下机械臂的连杆扭角、连杆偏置、连杆长度等参数信息并且知道末端执行器位姿的情况下,通过欧拉变换推算出机械臂各连杆的关节转角。然后,运用切片理论分析并推导机械臂各连杆所受水阻力及附加质量力等非线性作用力,建立较为精确的水下两关节机械臂系统的动力学方程。搭建水下机械臂仿真模型并运用ODE45求解动力学方程。对比分析有无水阻力对机械臂运动轨迹的影响。最后运用滑动模态控制理论,通过构造与角度跟踪误差、角速度跟踪误差有关的滑模面,设计滑模自适应控制律,完成对水下机械臂角度、角速度轨迹跟踪的仿真。最后,针对多关节水下机械臂的轨迹跟踪问题,在滑模控制理论的基础上,引入径向基神经网络模型,建立了基于神经网络的轨迹跟踪滑模控制器。利用径向基神经网络对水下机械臂的水阻力、附加质量力及不确定性波浪流干扰等非线性耦合力进行非线性函数逼近,然后在控制律中加入鲁棒项来消除逼近误差,并通过李雅普诺夫稳定性理论设计权值矩阵的更新律,确保了系统的全局稳定性。最后对两关节水下机械臂进行仿真实验,验证基于该方法所设计的控制算法具有很高的轨迹跟踪精度和鲁棒性。

关键词： 机械合金化   振动磨   动力学分析   离散元分析   高速摄像  

摘要： 机械合金化是一种新型制备合金材料的方法,其工作原理是利用磨筒和磨球的高能碰撞、冲击运动,使得两种以上金属粉末发生相变。常用的机械合金化设备有行星球磨机、搅拌球磨机、振动球磨机(振动磨),其中振动磨的研磨效率最高,对振动磨刚体及散体的动力学分析是研究振动磨工作机理的关键,对选择合适的机械合金化参数具有重要的参考价值。本文将以QM-3A型高速摆振球磨机为研究对象,主要从刚体和散体两方面进行动力学仿真分析,并进行初步的实验研究。首先,从刚体角度建立磨筒的运动学和动力学模型,分别运用齐次坐标变换和Lagrange方法推导六自由度动力学方程,仿真分析了磨筒的振动形态和振动轨迹,发现磨筒的运动轨迹是椭圆形摆动,磨筒截面内径向各点的振动轨迹变化较大;其次,从散体角度建立磨筒和磨球的刚散耦合模型,针对不同配比组合的偏心轴转速、偏心距,及磨球大小、个数,仿真计算磨球的平均受力、磨筒的受力以及磨球的动能,发现磨筒在低转速、高振幅以及大小磨球组合的工况下有利于机械合金化的发生;最后,利用高速摄像的方法对球碰撞的微观过程进行实验研究,提取了单球自由落体时与桌面接触、弹出等瞬间的速度和位移,据此计算了磨球的法向接触刚度,与理论计算的法向接触刚度进行对比发现,刚度数据的量级相同但有数值误差,初步探讨了实验方法的可行性。本文从刚体和散体两方面对振动磨进行了动力学仿真分析,为机械合金化的机械参数设置提供理论依据;并应用高速摄像进行了初步的实验研究,计算了单球的法向接触刚度。其他机械参数如装球量、球料比等,可在后面的研究中继续进行仿真分析;实验部分可以通过增加实验数据、安装力传感器来减小实验误差,并继续使用高速摄像进行微观参数研究。

关键词： 无创正压通气(MPPV)   急性心力衰竭   呼吸衰竭   血流动力学   血氧状态  

摘要： 随着我国医疗水平的提高,人们的健康得到了更高的保障.但是,有医疗水平的限制,目前对很多疾病,还没有很有效的治疗方法.本文研究的主要目的:分析BiPAP无创机械性通气(NIPPV)对急性心力衰竭并呼吸衰竭的临床效果及血流动力学和血氧状态的影响.方法:选取近两年在我院ICU住院治疗的急性心力衰竭合并呼吸衰竭的急者360例,将其随机分为两组.对照组(n=180)常规抗心力衰竭、呼吸衰竭药物治疗;观察组(n=180)在常规抗心力衰竭、呼吸衰竭的药物治疗的基础上采用BiPAP呼吸机进行无创通气治疗.结果:观察组的治疗总有效率、显效率均明显高于对照组(P<0.05),两组急者治疗前HR,RR,SBP,DBP以及PCO:均无显著差异(均P>0.05),治疗后治疗组的HR,RR,SBP,DBP以及PCO:均明显低于对照组(P<0.05).结论:与传统药物治疗相比较,无创正压机械通气可以明显降低急者的病死率,提高AHF合并RF的治疗显效率和治疗总有效率,是一种快速安全有效的抢救措施.

关键词： 非光滑机械动力学系统   Melnikov方法   碰振系统   颤振   混沌  

摘要： 近年来,在实际需求的推动下,特别是工程方面的应用,越来越多的数学家和力学家开始关注非光滑动力学机械系统,并非常重视非光滑动力学机械系统理论体系的研究与实践。到目前,广大学者们一直致力于各种理论分析方法,以期分析和解决非光滑机械系统中的复杂动力学问题。Melnikov方法作为研究动力系统全局分析的一种非常实用的解析方法,尽管已经在光滑系统中取得了很大的发展和改进,但如果将经典的Melnikov方法直接用来分析研究非光滑系统,其分析结果肯定会是非常不准确的,所以必须修改、补充以完善Melnikov方法来分析研究非光滑系统的运动特性。为此,本文以两类二自由度的非光滑、非线性机械系统作为研究对象,扩展经典的Melnikov方法得到应用于非光滑系统中的拓展Melnikov方法,用该方法还分析两类机械系统的复杂动力学特性。本文主要开展了如下方面的研究:***方法是研究非光滑动力学系统同宿分岔、异宿分岔以及次谐分岔等非常实用的分析方法。主要介绍了Melnikov方法的基本定义,然后给出了同宿轨道和异宿轨道以及次谐轨道的Melnikov函数的简略的推算过程,并利用摄动法和Poincaré映射法重点分析了一类不连续系统和含间隙刚性碰撞系统的Melnikov方法。2.试图揭示二自由度非光滑模型在高速切削过程中的颤振运动的动力学特性,如非光滑分岔、混沌运动等等。建立了高速切削过程中车刀-工件运动耦合的一类二自由度振动非光滑模型。分别利用经典的稳定性分析方法-特征根法和扩展的Melnikov方法来分析高速切削二自由度非光滑系统中的动力学响应,得到产生稳定周期运动(颤振)的临界参数区域,最后运用数值方法模拟验证了该方法分析高速切削过程中的颤振运动的动力学特性的有效性。3.运用扩展Melnikov方法分析了一类二自由度碰撞振动系统的双碰周期2解特性,确定了系统稳定双碰周期2运动的存在条件,即在参数域内的一条临界曲线。利用数值模拟验证,证明了该扩展Melnikov方法分析二自由度碰撞振动系统的双碰周期2运动有效性。

关键词： 旋转机械   吸振器   变刚度   谐响应   临界消能  

摘要： 动力吸振器是结构振动控制学科领域的研究热点,它的基本工作原理是通过调整自身结构物理参数改变其固有振动特性。现阶段研究的特点是利用控制单元实现吸振器对主系统的半主动跟踪,在较大频率带宽上减小主系统振动。针对传统动力吸振器有效吸振带宽窄、变质量吸振器容易引入非线性因素的问题,本文提出一种线性变刚度调频吸振结构-圆截面悬臂式动力吸振器,通过在悬臂梁上附加一个可转动的圆截面质量块作为变刚度单元,使其在悬臂梁上的不同位置距离进给变化,对吸振器整体刚度调谐,最终实现被减振对象转子等效主系统一阶临界共振区能量耗散,提高转子结构有效工作转速带宽。本论文研究的主体内容如下:(1)在振动力学理论的基础上,分析了传统动力吸振器基本原理,包括P、Q定点理论及吸振器参数优化理论,并通过Matlab仿真分析得到悬臂梁-质量块耦合吸振系统结构参数变化对主系统的减振效果影响。(2)提出一种变刚度圆截面悬臂式动力吸振器,分析了悬臂式变刚度动力吸振器吸振原理,设计了其三维结构模型。利用Simulink仿真模型动态描述吸振器的固有频率与主系统的受迫振动频率靠近会增大吸振器子系统的振动幅值。表明利用吸振器对转子系统一阶临界共振区的消能减振在理论上的可行性。(3)求解悬臂式动力吸振器耦合结构的各阶模态固有频率,通过改变质量块在悬臂梁上不同位置距离,确定可以拓宽悬臂式动力吸振器的一阶固有频率带宽范围,提高对转子结构轴系临界振动控制的可适应性。(4)建立了悬臂式吸振器子系统-转子系统振动主系统三维模型,应用Ansys对单跨转子系统的三维模型进行了有限元网格划分,建立其有限元模型,后对此结构进行动力学Modal分析和Harmonic分析,得出单跨转子轴系前四阶约束模态振型,找到转子轴系在受迫振动响应下的位移最大响应点,判断利用吸振器可实现临界振动消能效果。(5)搭建了转子装置的实验测试系统,对变刚度动力吸振器能否对转子系统的消能效果进行实验研究验证。依据设计尺寸加工得到相对应的圆截面式悬臂梁质量块吸振器,通过改变质量块在悬臂梁上的不同位置来改变其等效刚度及固有频率,实现对转子系统的一阶临界转速的消能减振过程。后续搭建了多重吸振器对转子台进行消能吸振研究,验证对转子系统的最优消能减振效果。其实验结果表明,随着质量块在悬臂梁上的不同位置变化,动力吸振器可以在48 Hz-61 Hz范围内进行消能吸振,但在一阶临界转速min/r3600处消能减振效果最佳,使主系统振动幅值减小约14.5dB,说明该动力吸振器可实现转子系统的消能减振效果,其安装方式和设计尺外形可为后续研究提供参考。

关键词： 分子动力学模拟   丁腈橡胶   摩擦磨损   碳纳米管   石墨烯  

摘要： 高分子材料凭借其优异的力学和热力学性能、抗摩擦磨损特性、轻质、抗腐蚀性和价格低廉等优点被广泛应用在农业、石油化工、海洋、航空航天等科技领域。但高分子材料在应用中,常常承受高温、高压、磨粒磨损等复杂因素的耦合作用,导致基体材料出现过早断裂和磨损等失效情况,缩短了设备使用寿命,造成了大量的经济损失。因此,探索高分子材料失效机理和研究提升其机械和摩擦磨损特性的方法具有十分重要的意义。目前,混入炭黑、白炭黑和纤维等传统补强体系仍被广泛使用,但该类补强体系通常具有不可再生、难易降解、比表面积低等局限性。导致了环境污染并损坏高分子轻质这一重要特性,并且其补强能力也十分有限。基于连续理论的计算和宏观的实验研究仍然是现阶段主要的方法和途径。在原子维度的结构构象和体系随时间变化的过程却无法进行实时观测和分析,微观理论分析与支撑十分薄弱。近年来,随着纳米技术和材料科学的不断发展,以碳纳米管(CNTs)和石墨烯(GNS)为代表的碳纳米材料,凭借其良好的力学和热力学性能、高比表面积、轻质等优异性质,可以打破传统补强体系的局限性,成为新一代高分子材料的理想纳米补强体系。同时,随着纳米技术与计算机技术的不断结合,分子动力学理论逐步成熟,利用该方法不但可以得到体系内原子的运动轨迹,还可观察到原子运动过程中的各项微观细节,同时又可以计算材料的宏观性质,它是对理论计算和实验研究的有益补充。本文旨在从微观维度出发,揭示碳纳米材料增强高分子基体机械和摩擦磨损性能的微观机理,探索提升高分子基体各项性能的方法与手段。文中构建了CNTs、GNS增强高分子基体的分子模型,利用分子动力学模拟分析了纳米复合材料的宏观性能,模拟结果表明,通过加入CNTs和GNS,高分子基体的弹性与剪切模量、拉伸强度、硬度、断裂性能等性能均得到有效提升。通过对原子浓度、径向分布函数、界面能量等微观信息的计算和统计,讨论并揭示了碳纳米材料对高分子基体机械性能补强的微观机理,研究发现,CNTs与GNS表面的范德华力与静电作用力可黏结吸附周围的高分子链段,高分子基体更加坚固,同时提升了高分子基体自身强度,保证了应力在基体内的均匀传递,并且可以在裂纹处起到有效的连桥作用,从而可有效抵抗外载荷作用和延缓裂纹扩展。对比分析了CNTs与GNS补强高分子基体机械性能的差异性,构建了同等质量分数的CNTs和GNS补强高分子基体的分子模型,利用分子动力学模拟了碳纳米材料从高分子基体内的拔出行为和拉伸过程。从微观角度分析了两者之间差异与材料失效的微观机理。模拟结果显示,由于GNS特有的二维原子构型,相较于CNTs具有更高的比表面积,可提供更大的表面吸附力,形成更强的补强界面,延缓高分子基体断裂失效,从而提升了对高分子基体在各个方面的补强能力。文中构建了CNTs、GNS/橡胶复合材料与金属之间的摩擦副分子层模型,利用分子动力学方法模拟两者之间的摩擦行为,同时模拟了不同径向压力与摩擦速度下的摩擦行为,计算了摩擦系数与磨损量等摩擦学性能参数,通过计算和统计摩擦过程中的原子浓度分布、界面能量、原子速度、分子键能量等微观信息,揭示了不同情况下橡胶材料与金属之间的摩擦机理,讨论了CNTs与GNS在增强橡胶材料摩擦学性能中的作用。研究表明,由于CNTs与GNS表面的范德华力和静电力的作用,橡胶分子链被牢牢吸附在碳纳米材料表面,改善了橡胶基体内部的应力传递和抗剪切变形等性能。同时摩擦界面的摩擦应力、温度和原子运动活性得到有效降低,提升了其抗摩擦能力。本文最后提出了表面官能化GNS和交联GNS两种新型纳米补强材料,分别构建了不同改性下的GNS增强高分子基体复合材料的分子模型,模拟分析了复合材料的机械性能、热力学性能与摩擦学特性,着重对比了表面改性前后,基体内补强界面的差异,从微观角度揭示其增强机理。模拟结果表明,将GNS与高分子进行交联处理后,高分子链可同时被石墨烯表面的范德华力、静电作用力和交联化学键所吸引和束缚,产生了更强的补强界面,降低了高分子链的运动活性,缩小了基体内的自由体积,可有效抵抗外载荷作用,提升了高分子基体的机械、热力学以及摩擦学性能。