关键词： 分子动力学   高铬合金   加工机理   纳米压划痕  

摘要： 核主泵推力轴瓦的性能关系到整个机组的性能。轴瓦对材料性能具有很高的要求。添加耐磨涂层可以满足要求,但涂层具有非均匀性、微裂纹、维护成本较高等缺点。而高铬合金由于其材料本身的优良性能,可以很好地解决这一问题。由于高铬合金属于新型材料,合金的各物理性质也并未完全可知,通过实验探索其加工机理具有一定的困难。采取计算机仿真探索高铬合金的加工机理是一项行之有效的方式,本文利用分子动力学(MD)仿真对高铬合金的加工机理进行了探索并对结果进行了验证。按照高铬合金的组分和各元素含量,选取Fe、Cr、Ni、C四种元素,通过混合置换晶胞和间隙晶胞建立了高铬合金的分子动力学模型。目前没有一种单一准确的高铬合金势函数,本文采用三种势函数(L-J势函数、Tersoff势函数和EAM势函数)叠加耦合的方式构建了整个体系的势函数模型,并对势函数的准确性进行了验证。对高铬合金进行了纳米压痕仿真,通过对比发现:仿真中球形压头比圆柱形压头更符合实际情况,综合考虑计算精度、计算时间等因素,所以选择球形压头进行了后续的压痕仿真。模拟了不同压深的压痕过程,仿真结果表明:在刚开始塑性变形时高铬合金中小范围内有位错产生。随压痕深度的增加,弹性回复率呈下降趋势,并趋于稳定;塑性变形功越来越成为主要的做工方式,弹性回复做功的影响在降低。对高铬合金进行了划痕仿真,模拟了高铬合金的磨削过程,划痕的平均切削力随划痕速度和划痕深度的增大而增大,且划痕深度越大,损伤层厚度越大。纳米划痕的深度从5?到20?损伤层厚度从3.68?增加到11.7?。损伤层原子间的键角小于原来晶体结构的键角、原子间纵向距离变小,造成了加工硬化。对高铬合金进行了拉伸模拟,研究结果表明:当应变在ε=0.025时,剪切带逐步形成,通过测量得到剪切带和施力方向所成角度为45.1度;继续拉伸后,发生剪切带断裂,高铬合金颈缩直至断裂;由拉伸模拟最终获得了高铬合金的屈服应力为4.52 Gpa。采用Swadener模型Ⅰ,计算了磨削过程的残余应力,结果表明经半径为40?的磨粒加工后的高铬合金的残余应力为0.99 GPa。最后对高铬合金进行了纳米压痕实验,分析了压痕深度对正应力、硬度以及弹性模量的影响,实验中这些物理量的变化趋势与分子动力学模拟所获得的变化相同,说明分子动力学模拟能够在一定程度上对实验的变化趋势进行预测,从微观角度为高铬合金的超精密加工提供了理论支撑。

关键词： 柔性机械臂   关节间隙   动力学分析   接触碰撞  

摘要： 空间机械臂在航天领域的广泛使用,大幅提高了空间站建设、使用、维护等环节的效率和安全性。随着空间任务复杂程度的提高,高性能机械臂的研制日益重要。空间机械臂一般由多个轻质细长杆组成,因此,机械臂在大范围移动时柔性臂杆会产生振动,对机械臂系统的控制精度带来了巨大挑战。此外,机械臂旋转关节间隙处产生的冲击碰撞也会引起振动。机械臂一般含有多个柔性臂杆和关节间隙,柔性臂杆弹性变形与柔性臂杆弹性变形间的耦合、间隙与间隙间的耦合、间隙与柔性臂杆弹性变形间的耦合对系统动力学特性带来了较大影响。因此,本文通过分析多间隙和柔性臂杆耦合对机械臂系统的动力学特性影响研究,为机械臂的稳定控制和运行提供理论指导。首先,本文基于柔性多体系统动力学理论,利用模态综合法建立了柔性机械臂系统的动力学模型,为了引入关节间隙的影响,引入了阶跃函数,将用于描述轴与轴承运动状态的间隙数学模型和矢量模型嵌入到柔性机械臂系统动力学模型中,形成了含间隙柔性机械臂系统动力学模型,为分析多间隙和多柔性的机械臂系统动力学特性做准备。由于间隙的存在会引起轴与轴承产生接触碰撞,为了合理描述间隙处的碰撞特性,分别采用库伦摩擦力模型和非线性弹簧阻尼模型来描述间隙碰撞产生的法向碰撞力和切向摩擦力。其次,基于以上理论支撑,以平面二自由度空间机械臂为研究对象,分析了不同弹性模量和不同柔性臂杆个数对空间机械系统动力学特性的影响规律,以及不同间隙尺寸和不同间隙个数对机械臂系统动力学的影响规律。最后,分析了单间隙与单柔性臂杆耦合对机械臂系统动力学特性的影响规律,以及不同间隙个数对柔性机械臂系统动力学特性的影响规律,为提高空间机械臂的运行稳定性提供了一定的帮助。

关键词： 动力机械传动装置   振动信号分析   故障诊断   小波分析   支持向量机   DS证据理论   LabVIEW  

摘要： 随着《中国制造2025》全面实施,机械设备在日常生活中越来越普及,同时也发挥着越来越重要的作用。众所周知动力机械传动装置作为机械设备的“心脏”,直接关系机械设备能否正常运转,因此动力机械传动装置振动信号分析和故障诊断对工业生产效率和维修成本等方面具有重大研究意义。本文主要从动力机械传动装置振动信号的采集方面入手,对振动信号数据采集卡进行设计;针对采集的振动信号进行小波分析并提取特征向量,应用支持向量机进行故障诊断识别,并基于DS证据理论进行多特征融合决策来提高故障诊断识别率;最后通过ZQ-200减速机的滚珠轴承振动信号数据来验证本文提出的关于动力传动装置振动信号分析与诊断技术的正确性与可行性。本文具体研究内容如下:对振动信号数据采集进行需求分析和总体方案设计。依据需求和总体方案进行振动传感器选型、传感器测量点布置和基于TMS320C6748的振动信号采集卡设计,最终实现对动力传动装置振动信号数据采集。对采集的振动信号进行预处理,消除采集时混入高频、趋势项等噪声干扰;选择合适的小波变换和小波基函数对振动信号进行分析并提取具有代表性的时域、频域、时频域特征;分析常见齿轮和轴承故障类型和成因,选择合适的核函数和惩罚参数,利用支持向量机对提取的特征值进行故障类型识别,运用DS证据理论对支持向量机单特征故障识别结果进行融合决策,提高故障诊断精度;通过ZQ-200减速机的滚珠轴承振动信号数据对本文提出的方法进行验证,结果表明本文提出的振动信号分析与诊断技术对动力机械传动装置故障具有很好的诊断识别率。运用LabVIEW软件平台和本文提出的振动信号分析与诊断技术对振动信号分析与故障诊断系统进行设计,并通过实例对系统进行测试与功能验证。

关键词： 多连杆   机械式   压力机   动力学  

摘要： 多连杆机械式压力机朝向高精度、自动化的方向进步,近年来机械制造行业的发展,更是为多连杆机械式压力机的发展提供了市场机遇.多连杆机械式压力机应该保持着最优的工作状态,采用动力学分析的方法优化该结构的运行,满足机械行业的需求.本文主要分析多连杆机械式压力机的动力学.

关键词： 航天返回   计算流体力学   直接蒙特卡洛模拟   机械展开   气动力   气动热  

摘要： 本文以机械展开式再入飞行器为研究对象,采用数值模拟的方法研究了其气动力和气动热特性。目的是加深对机械展开再入飞行器这一新提出的再入返回方式的认识和了解,为未来机械展开再入飞行器的设计和应用提供技术支持和借鉴。首先简要介绍了本文数值模拟中的研究方法,具体包括CFD(计算流体力学方法)、DSMC(直接蒙特卡罗模拟)方法,并对本文计算所使用的软件做了说明,为接下来的气动力和气动热数值计算打下基础。其次说明了本文研究的机械展开再入飞行器的几何外形,通过流固耦合方法分析了其在最大动压弹道工况下的柔性面变形情况,在此基础确立了计算采用的简化模型;讨论了高超声速下的气动计算关键技术,明确了本文数值计算采用的热化学非平衡模型。然后通过CFD方法计算分析了连续流下不同速度和迎角下机械展开再入飞行器的流场特性、升阻特性和俯仰力矩特性,通过DSMC方法分析了稀薄大气环境下机械展开再入飞行器的流场和受力特性;在此基础上讨论了连续流过渡至稀薄大气段的气动力一致性问题。最后讨论了影响机械展开再入飞行器热流情况的几个主要因素,进而分析了高超声速情况下的热化学非平衡现象,在此基础上进一步分析了飞行器前端面主要部位的热流及总加热量。

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。

ISBN: (纸本)9787030589781

关键词： catalyst   acetylacetone   triphenylarsine   dimethyl acetylenedicarboxylate   dibenzoylmethane  

摘要： A kinetic and mechanistic investigation, using conventional UV-Vis spectrophotometry, of the reaction between dimethyl acetylenedicarboxylate (DMAD) and 1,3-dicarbonyl compounds including acetylacetone (ACAC) and dibenzoylmethane (DBM), has been conducted in a methanol environment with triphenylarsine (TPA) acting as a catalyst. Previously, in a similar reaction, triphenylphosphine (TPP) (instead of TPA) had been employed as a reactant (not a catalyst) for the generation of an ylide (final product). In the present work, of significance is the differential behaviour of TPA which, as a catalyst in the reaction environment, leads to a cyclopropane compound. Of other significance is the different behaviours of the two reactants in the kinetics and mechanism of the reaction. In previous work, TPP acted as a weak nucleophile (a reactant), so the first step of the reaction was recognised as the rate-determining step (RDS). Here, TPA reacts as a stronger nucleophile and a catalyst, resulting in the fourth step of the reaction (step(4), k(4), a proton transfer process) being recognised as the RDS. The reaction followed second-order kinetics. The proposed mechanism was adapted in accord with the experimental results and the steady-state assumption. The results showed that the reaction rate decreases in the presence of DBM, which participates in the second step (step(2)), compared to ACAC when it is present as another 1,3-dicarbonyl compound (structural effect). In addition, in previous work, the partial order of the reaction with respect to the 1,3-dicarbonyl compound was zero, while it is one in the present work. As a significant result, not only did a change in the structure of one of the reactants (TPA instead of TPP) create a different product, but also the kinetics and reaction mechanism changed. In addition, the reaction is enthalpy-controlled.

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： 动力换挡变速器   Romax Designer   寿命分析   动力学分析   优化  

摘要： 拖拉机作业时,地面状况复杂,传动系统承受载荷较大。此外,为保证农时,农业作业具有在特定时期内完成大量工作的特点。因此,提高变速器的寿命和工作可靠性,延长变速器无故障工作时间对农业生产有着重要意义。本文以某组合式动力换挡变速器的机械变速模块为研究对象,应用Romax软件建立其模型,并对各零部件进行仿真分析,研究了不同因素对变速器寿命的影响,对零部件设计参数及通用件和标准件选用合理性进行评价,并提出了相应的优化方案。具体研究内容如下:(1)基于拖拉机传动系统,对动力换挡变速器的结构和各挡位传动比组成进行分析,并通过Romax软件建立机械变速模块的摸型。(2)结合拖拉机在牵引或动力输出作业方式下机械变速模块的功率输入及输出特点,确定了用于仿真分析的载荷谱。(3)通过软件仿真与理论计算结果的对比,验证了所建立模型的正确性;基于齿轮、轴承和轴的寿命分析结果,对相关零部件的设计和标准件的选用合理性进行评价。(4)研究并分析了部分因素如材料、润滑等对变速器的齿轮、轴承和轴的疲劳寿命的影响,基于具体的分析结果,给出了变速器加工或产品化使用的建议。(5)对传动系统进行动力学分析,得到了各挡位齿轮在不同工况下的传动误差以及部分零部件的动态响应,综合静态分析结果,对变速器相关零部件进行优化研究。