关键词： 富营养化   沉水植物   苦草   联合仿真   多体系统动力学  

摘要： 在水生态方向上，水污染问题是最重要的问题，而水体富营养化是最为重要的一种水污染形式。此次研究的目的在于找到一种方法改变东湖水体富营养化的现状乃至改变淡水湖泊水体的富营养化趋势从而修复水体的生态平衡。针对此目的，本文设计了一种新型苦草种植机械用于提高水生植被修复的工作效率，并建立其虚拟样机模型进行动力学分析与优化设计。 所完成的主要工作包括：从水体富营养化开始讨论，提出修复水生植被的方式改善水质环境，通过对武汉东湖的采样数值分析得出东湖的富营养化指数，选用水生植被当中的沉水植物作为修复东湖水生态的基础对象，着重分析了沉水植物苦草对富营养化水体的水质改善效果，得出苦草种植在富营养化水体中的重要性。以四杆机构为设计理论依据，以苦草为种植目标通过三维软件SolidWorks设计了一种新型苦草种植机械作为水生态修复的工具，通过简化的数学模型推导了机械在植苗过程中幼苗的运动轨迹方程。针对部件设计的特殊性，通过对建立的分类管理，引进PIM模型导入法，直接实现了SolidWorks与ADAMS联合仿真，并结合苦草种植机械的动力学仿真的结果，为该设备的结构优化设计提供方案参考。本文的研究工作表明，通过水草种植等生态修复手段有助于对水体富营养化的改善，而此次设计的苦草种植机械可以大为提高沉水植物——苦草种植的工作效率。

关键词： 输电线路   脱冰跳跃   除冰   机械式除冰装置   数值模拟  

摘要： 在特定的温度和风等自然条件下，输电线上的覆冰会融化脱落，从而引起电线的上下振动和横向摆动。输电线覆冰脱落可能引起闪络、跳闸、烧伤电线等电气事故，甚至导致金具损坏、断线、杆塔折损、倒塔等机械事故，严重影响输电线路的安全运行。因此对输电线路脱冰动力响应问题及其除冰技术的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。 本论文首先研究并获得了利用ABAQUS有限元软件模拟输电线路覆冰脱落动力响应的数值模拟方法。通过将桁架单元设置为材料不可压缩，得到模拟覆冰导线的索单元，进一步利用等效密度和等效惯性加速度的方法模拟输电线路的覆冰荷载、风荷载以及导地线的脱冰荷载等，利用文献中脱冰跳跃模拟实验结果验证了方法的正确性。 以某500kV同塔双回输电线路为研究对象，采用数值方法对塔线体系在覆冰、脱冰以及风荷载组合工况下的安全性进行全面地研究。首先建立包括输电杆塔、导地线、绝缘子串和间隔棒等金具在内的塔线耦合体系精细有限元模型。数值计算塔线体系覆冰后的应力分布，模拟得到覆冰脱落后输电杆塔和导地线的动力响应，进而分析研究塔线体系的安全性。结果表明，所研究线路在覆冰和脱冰跳跃过程中塔线体系是安全的。此外，将塔线耦合体系中导地线脱冰后的动力响应计算结果与不考虑杆塔变形的导地线模型模拟结果进行比较，得出杆塔变形对导地线脱冰动力响应影响很小的结论。 利用导线模型模拟了不同参数条件和脱冰工况下导线的脱冰动力响应，得到耐张段档数、脱冰率、档距、覆冰厚度、风速、高差、绝缘子串长度、导线型号和子导线根数等因素对导线脱冰后最大冰跳高度和横向摆幅的影响规律。结果表明，最大冰跳高度和横向摆幅均随档距和脱冰率的增加而增大，而耐张段档数、高差、绝缘子串长度和子导线根数等对其值影响较小。基于数值模拟结果，得到导线脱冰后最大冰跳高度与其脱冰前后静止状态下弧垂差之间的线性关系，以及风荷载作用下导线脱冰后最大横向摆幅与其脱冰前后平衡状态下风偏改变量之间的线性关系，进而给出连续档覆冰导线最大冰跳高度和横向摆幅的简化计算公式。利用该简化计算公式可以简化高压输电线路导线之间以及导地线之间绝缘间隙的设计。 研究了覆冰导线机械式除冰过程的数值模拟方法。用相互平行且共用节点的两层单元分别模拟导线和覆冰，实现导线覆冰状态的模拟。覆冰采用多孔弹性模型，考虑温度和孔隙率对其力学行为的影响，并引入拉伸破坏准则判断覆冰的失效。编写了ABAQUS有限元软件的用户材料子程序VUMAT，利用VUMAT定义覆冰的本构模型和删除破坏单元。模拟研究了不同孔隙率、环境温度、耐张段档数、档距、覆冰厚度、冲击载荷大小等条件下覆冰单导线的冲击除冰过程。模拟结果表明，覆冰孔隙率较小时可将其简化为弹性体，孔隙率较大时采用多孔弹性模型与实际更接近。温度变化对除冰效果的影响很小，而冲击载荷幅值、档距和覆冰厚度等对除冰效果的影响明显，在设计机械式冲击除冰装置时应予以考虑。 提出一种覆冰四分裂导线机械式除冰装置设计原理，该装置可以替代冰区分裂导线的相内间隔棒，具有经济、安全等特点。实现该机械式除冰装置除冰过程的数值模拟方法，模拟研究了该装置的可行性和除冰效能。讨论了除冰装置张开位移、除冰装置安装个数、档距、覆冰厚度和耐张段档数等对除冰效果的影响规律，所得结果可以为四分裂导线机械式除冰装置的设计提供参考。

关键词： 复杂机械系统   特征提取   拓扑动力系统   信息空间   符号序列   拓扑熵  

摘要： 随着现代工业和科学技术的快速发展以及自动化程度的进一步提高，机械系统结构日趋复杂化，因此对复杂机械系统故障诊断的要求也越来越高。而故障信息的特征提取是系统故障诊断的重要部分，国内外学者研究了多种特征提取方法，解决了复杂机械系统故障诊断的一些问题，但还有许多问题值得探讨和研究。本文在拓扑学和拓扑动力系统的基础上，对复杂机械系统故障信息的特征提取问题进行了研究，具体的内容包括： 首先，本文在拓扑学和拓扑动力系统的理论基础上，构建了复杂机械系统状态特征信息拓扑空间，描述系统的拓扑动力系统模型，实现对系统特征的描述，为系统的故障信息特征提取奠定基础。 其次，通过研究拓扑动力系统轨道的性质来分析系统的特性，进而实现对系统的特征提取。将系统的轨道符号化，用符号序列的方式描述系统的轨道信息，通过分析符号序列的复杂度，计算符号序列的符号熵即拓扑动力系统的拓扑熵，来识别系统的振动状态，拓扑熵即为系统的故障特征量。并把基于拓扑动力系统的复杂机械系统故障信息特征提取方法应用于旋转机械系统故障特征提取问题中，通过仿真模拟，验证了所提出的理论方法的可行性。 最后，对旋转实验平台进行故障诊断实验，通过对实测信号进行特征提取分析，实现了系统不同运行状态的有效识别，从而验证了所提出的基于拓扑动力系统的故障信息特征提取方法的有效性。

关键词： 机器人   动力学   模态分析   拓扑优化   轻量化  

摘要： 轻量化是机械装备制造业的创新主题之一。由于轻量化能够明显的节能增效，近年来世界上各大装备制造业厂商都在想办法为设备“减肥”，各种新型轻量化技术的开发和应用已成为研究热点。 在满足高速、高精度的要求下，机器人减重能够降低自身负载，减低生产成本，但对机械臂本身的结构设计也提出了更高的要求。本论文以MOTOMAN-HP20D串联型机器人为例，对其动力学特性及机械臂优化设计进行了研究，探讨了动态下机器人机械臂的拓扑优化方法。论文主要开展了以下几方面的研究工作： 首先建立了MOTOMAN-HP20D型号机器人的DH坐标及运动学方程，求解了机器人的运动学逆解。使用运动学逆解计算了指定轨迹下各个关节的转角驱动时间参量，将其应用于虚拟样机模型，验证了运动学逆解的正确性。通过一点采集多点激励的实验模态方法，得到了机器人的模态特性。在此基础上，通过与实验结果的对比验证，建立了更加精确的考虑部件柔性的虚拟样机模型。 通过动力学和有限元分析，确定L臂为优化对象，提取了极限工况下L臂的载荷谱。应用拓扑优化理论，对L臂进行了拓扑优化设计，并根据拓扑优化设计结果重新设计得到了两种新的机械臂构形。通过分析对比，得到了最优的机械臂设计方案。 论文结合机器人学、多体动力学和结构拓扑优化等理论，在多学科综合的基础上，给出了一种结合机器人动力学特性的拓扑优化方法，并将其应用于机器人机械臂的结构优化设计，在满足机器人性能的前提下，得到了质量更轻的机械臂结构。论文的研究成果将可以为机械装备的结构轻量化和成本降低提供一种可供借鉴的方法。

关键词： 机械化学   机械化学反应   结构宏观动力学   反应宏观动力学   结构转变  

摘要： 在机械化学反应动力学中引入结构转变分析,并借鉴燃烧合成领域的结构宏观动力学理论,本文提出了机械化学反应结构宏观动力学及其研究方法,从化学反应和物质结构转变两方面共同对材料的机械化学合成过程进行考察并成功应用于锐钛矿型TiO2、CaO+TiO2以及Fe2O3+ZnO体系的研究。 主要结论如下： 1、剪切力促进了锐钛矿相的晶型转变,通过改变机械力作用方式,可望实现锐钛矿型Ti02沿着不同的相变途径转化,这对合成有晶型组成要求的Ti02陶瓷材料具有实际参考价值。本实验条件下的研究表明,锐钛矿型Ti02在行星球磨机和搅拌球磨机中的相变历程表现为锐钛矿相→TiO2-Ⅱ相→金红石相的分步相变;在振动磨样机中除了分步相变外,还发生了锐钛矿相→金红石相的直接相变。 2、在相同研磨条件下,碱土金属氧化物MgO、CaO、BaO与锐钛矿型Ti02的机械化学反应速率依次增大。实验表明,机械化学合成中存在同系递变现象。锐钛矿型Ti02与碱土金属氧化物的机械化学反应过程中可发生锐钛矿相的相变,导致反应过程存在差异。 (1)在MgO+TiO2体系中,锐钛矿型TiO2难以直接与MgO发生反应得到MgTiO3,而是首先发生锐钛矿型Ti02向TiO2-Ⅱ相的转变,新生相TiO2-Ⅱ较锐钛矿相有更好的反应活性,可以与MgO发生反应得到MgTiO3。 体系存在如下的化学反应：TiO2(Anatase)→TiO2-Ⅱ AO+TiO2-Ⅱ→ATiO3 (2)对于CaO+TiO2及BaO+TiO2体系,未检测到TiO2-Ⅱ相,锐钛矿型TiO2易与CaO和BaO直接发生反应得到CaTiO3和BaTiO3。 体系存在如下的化学反应：AO+TiO2(Anatase)→ATiO3 3、在相同研磨条件下,CuO、NiO、ZnO三种金属氧化物与Fe2O3的机械化学反应速率依次增大。研究表明,反应物和生成物的结构相似,则反应容易进行;反之,则反应相对困难。 4、锐钛矿型Ti02体系生成金红石相的机械化学相变动力学、CaO+TiO2体系和Fe2O3+ZnO体系的机械化学反应动力学均满足Avrami-Erofe’ev模型,属于形核生长机制,表明产物晶核随机产生并随后长大。 (1)锐钛矿型Ti02体系的相变动力学方程为：[-ln(1-α)1/1.9147＝0.2484t(振动磨样机,710rpm) (2)CaO+TiO2体系的反应动力学方程为：[-ln(1-α)]1/0.8685=0.3658t(行星球磨机,500rpm,球料比20：1) (3)Fe2O3+ZnO体系的反应动力学方程为：[-ln(1-α)]1/133262=0.0859t(行星球磨机,500rpm,球料比20：1) 5、以Fe2O3+ZnO体系合成ZnFe2O4的机械化学过程为例,进行了动力学的能量方法研究。研究表明,Fe2O3+ZnO体系的机械化学反应按Avrami-Erofe’ev动力学模型拟合可以得到很好的拟合效果。在本实验条件下,对于确定的球料比,反应转化率只与能量输入直接相关。用能量代替研磨时间来度量机械化学反应动力学可有较少的研磨参数限制。动力学方程在不同球料比条件下的具体形式为：[-ln(1-α)]1/1.3179=0.0254EKum(球料比40：1)[-ln(1-α)]1/1.3706=0.0151EKum(球料比20：1)

关键词： 液压动力沉桩机   冲击机械系统   波动力学   力学模型   有限元仿真  

摘要： 冲击沉桩机利用冲击能产生极大力脉冲的原理，较静力沉桩机结构紧凑，而得到广泛应用。本文以某新型液压动力沉桩机冲击机械系统为研究对象，综合运用波动力学理论，Newton力学理论，matlab数据处理技术、有限元仿真等方法，建立液压动力沉桩机冲击机械系统动力学模型，获得了液压动力沉桩机的冲击沉桩力，研究了该沉桩机冲击机械系统中冲锤、拉压箱、拉杆、桩帽等关键零部件的动态特性。这为某新型液压动力沉桩机冲击机械系统的结构设计和效能评估提供了理论依据。 本文主要研究工作如下： （1）针对某新型液压动力沉桩机冲击机械系统工作原理，将其简化为“刚体—弹簧—刚体—弹性杆—刚体—弹簧—弹性杆”二元冲击系统模型，应用波动力学理论，建立该冲击机械系统的波动力学模型，获得了该液压动力沉桩机的冲击沉桩力，并进行了冲击过程中冲锤、拉压箱、拉杆、桩帽、预制桩等关键零部件的动态响应分析。 （2）基于机械振动学理论，将拉杆简化为单弹簧—单质量块系统，建立了液压动力沉桩机冲击机械系统的振动力学模型，分析讨论了缓冲弹簧刚度在波动力学模型和振动力学模型中对冲击沉桩力的影响。结论表明：当冲击载荷的周期远远大于弹性杆的周期时，可用振动模型替代波动模型，获得较为准确的冲击沉桩力;当冲击载荷的周期与弹性杆的周期之比较小时，需通过波动力学模型才能获得准确的冲击沉桩力。 （3）基于波动力学模型，分析了冲锤、缓冲弹簧、拉压箱、拉杆、桩帽、缓冲垫等零部件的设计参数对最大冲击沉桩力的影响。结果表明：缓冲弹簧和弹簧垫刚度对最大冲击沉桩力影响较大，且受冲击系统结构限制较小，可优先选择合适的缓冲弹簧和缓冲垫以获得理想的冲击沉桩力。 （4）运用LS-DYNA对液压动力沉桩机冲击机械系统进行了有限元仿真，得到了冲击机械系统的冲击沉桩力变化情况以及冲锤、拉压箱、拉杆、桩帽等关键零部件应力应变情况，并与波动力学理论模型的计算结果进行了对比分析。

关键词： 随机参数转子系统   Riccati   传递矩阵法   概率密度   动力响应  

摘要： 随机参数转子动力学问题正在受到越来越多国内学者的关注，已经成为转子系统线性和非线性动力学问题之后的重要研究课题。但以往的研究多以求得随机参数结构反应的数值特征值为目标，从全面反映随机结构反应的概率信息的角度考察，这仅是对随机结构反应的一种较为宏观的把握，更为精细化的反映是对随机参数结构反应概率密度的把握。本文以随机摄动Riccati传递矩阵法导出的随机参数转子系统动力学响应与随机参数变量之间的函数关系式为基础，研究了通过数值积分方法获得了随机参数转子系统动力响应的概率密度的方法。主要研究内容和成果如下： 1.研究了在已知随机参数变量联合概率密度情况下的转子系统动力学响应的概率分布的计算方法，运用二次型、雅克比行列式及概率的相关知识，导出了用数值积分法计算动力响应概率密度的关键公式。 2.以MATLAB7.0为平台，开发了基于摄动Riccati传递矩阵法的随机参数转子系统动力响应概率密度计算程序。 3.基于该方法，以实验室的具有随机可控电磁支撑的Bentley转子为模型，计算分析了两个随机参数变量转子系统动力学响应的概率密度，并与Monte Carlo模拟方法对比。结果表明：当变异系数较小时，该分析方法具有很高的计算精度，且较随机模拟方法具有计算量小、速度快的优点；随着变异系数的增大，该方法的精度有一定的下降；当变异系数达到0.30时，仍然保持着较高的精度（在10%以内），能够满足工程实际的需要。 4.以锅炉给水泵转子为例，研究了两端轴承的四个主刚度参数随机变化情况下的转子系统动力响应的概率密度，并与Monte Carlo模拟方法对比。通过这个工程实例，说明了该方法的精度和实用性。

标准号: EN ISO 11806-2-2011

关键词： 康明斯   重装   发动机   机械动力  

摘要： 在bauma China 2012展的首日,康明斯与中国大型矿用电动轮自卸车制造商湘电重型装备股份有限公司(简称"湘电重装")为进一步加强合作,签署战略合作协议。康明斯将继续作为湘电重装国内市场的独家发动机供应商,为湘电重装的大型和超大型电动轮自卸车提供配套;在国际出口市场,湘电重装将优先选择康明斯发动机。康明斯(中国)投资有限公司副董事长兼中国区大马力发动机业务及客户服务支持总经理王洪杰先生和湘电重

关键词： 振动理论   振动机械   虚拟样机   仿真   机电耦合  

摘要： 振动机械是一种利用振动原理完成各种工艺过程的机械设备。目前，这类机械已被广泛的用于工农业生产及国防建设等各个部门。随着我国经济建设和科学研究事业的进一步发展，新用途的振动机械将会不断地涌现，并发挥越来越重要的作用。随着现代设计理论和计算机技术的迅速发展，为了保证这类机械的可靠性和有效运行，应用新的科学技术方法对振动机械进行全面系统的研究显得非常重要。 本文以惯性式振动机械为研究对象，基于虚拟样机技术对惯性振动机械的动力学做了下列研究： 对多种惯性振动机械进行了动力学分析，利用PRO/E软件建立了实体模型，并将其导入ADAMS软件中，通过仿真研究对振动机械的运动理论进行了验证，为新型振动机械的研发提供了理论依据。 提出了一种新型复频振动形式，并基于该复频振动原理，建立了两个不同的复频振动机械的虚拟样机模型，通过模拟仿真对这种复频振动的理论进行了验证。 建立了二电机激振系统的机电耦合数学模型，并创建了三相异步振动电机的Matlab/Simulink仿真模型和双轴自同步直线振动筛的虚拟样机模型，通过对电机及振动系统的仿真分析，对复杂的自同步现象进行了详细解释。 对物料运动理论进行了分析，并通过PRO/E及ADAMS软件进行建模仿真，分析了振动机械的运动对物料运动的影响，对振动机械的振动参数的选取具有重要意义。