关键词： 纳米机械加工   晶体铜   分子动力学模拟   亚表面损伤层  

摘要： 作为纳米技术分支之一的纳米加工技术是在纳米尺度范围内制造物理、化学和生物等功能结构与器件的基础,已经成为衡量纳米技术发展水平的重要标志。纳米机械加工技术如金刚石刀具车削、金刚石磨粒加工以及金刚石微探针纳米刻划等可以使加工精度达到纳米量级、加工形成的结构与器件的尺寸达到纳米量级,为制造三维纳米结构与器件提供了创新的途径,是一种重要的由上而下的纳米加工技术。 然而,纳米机械加工技术的发展目前受到加工理论、加工工艺及加工质量的测量与评定等诸多因素的制约。其中,缺乏对纳米机械加工机理特别是表层形成机理的理解是制约纳米机械加工质量提高的重要因素之一。除了实验研究外,国内外学者普遍采用分子动力学模拟来研究纳米机械加工机理,并得到了许多有价值的研究结果。然而,在前人的研究中大部分工件材料为单晶形式,而对多晶材料纳米机械加工的分子动力学模拟研究较少。纳米机械加工是一个刀具与材料高度耦合的过程,多晶材料不同于单晶材料的变形机理直接影响纳米机械加工的结果。此外,前人对纳米机械加工中引入的亚表面损伤层的实验和仿真研究主要是检测亚表面损伤层的深度及分布,而对多晶材料的亚表面损伤层的形成机理研究较少。在纳米机械加工中工件材料内部的结构和组织状态的变化是形成亚表面损伤层的一个重要原因。因此,针对上述存在的问题,本文基于摩擦磨损、晶体塑性和纳米力学等理论,使用分子动力学模拟研究了单晶铜、双晶铜和纳米晶体铜纳米机械加工表层形成机理,具体研究内容包括如下几个方面: 建立了包含多种结构材料(单晶铜、双晶铜、纳米晶体铜)的纳米机械加工的分子动力学模型。从分子动力学基本原理角度出发选择了经典牛顿运动方程的积分方法、精确描述体系的势能函数和模拟真实环境的系综等参数,得到了分子动力学模拟的精确原子模型;结合晶体结构、重位点阵和维诺图等建立了单晶铜、双晶铜和纳米晶体铜的原子结构模型;结合晶体塑性理论和先进的晶体缺陷分析技术辨别了工件内部形成的缺陷的种类和位置。 基于摩擦磨损、晶体塑性和纳米力学等理论,使用分子动力学模拟研究了单晶铜、双晶铜、纳米晶体铜纳米机械加工机理,包括工件材料变形、加工力变化、表层形成等。在纳米机械加工单晶铜中研究了工件材料变形机理、加工表面形成机理,以及势能函数、加工速度、晶向、刀具几何形状等参数对纳米机械加工的影响;在纳米机械加工双晶铜中研究了位错-晶界交互作用特别是位错-孪晶界交互作用对工件材料变形以及加工结果的影响;在纳米机械加工纳米晶体铜中,分别采用全三维纳米晶体铜和准三维柱状纳米晶体铜原子结构模型来揭示纳米晶体铜纳米机械加工机理。 基于晶体铜纳米机械加工亚表面损伤层的形成机理的研究,提出了一种基于纳米压痕的亚表面损伤层深度的定量预测方法。使用前人建立的不同变形区域的原子势能变化模型实现了亚表面变形层深度的定量预测;建立了基于纳米压痕的亚表面损伤层的硬度检测模型,用来辨别亚表面损伤层中工件材料与未加工的工件材料的压痕硬度的差异,实现了亚表面损伤层深度的定量预测。 在发现纳米机械加工亚表面损伤层产生孪晶现象的基础上,提出了一种利用孪晶变形来控制和改善亚表面损伤层的新设想。使用分子动力学模拟研究了晶粒尺寸对纳米晶体铜纳米机械加工中孪晶变形的影响;使用分子动力学模拟研究了纳米孪晶铜纳米机械加工机理,以及孪晶界间距对纳米机械加工的影响。 为了使纳米机械加工的分子动力学模拟的结果可信、有用,分别从分子动力学模拟基本原理、材料机械性能的纳米压痕检测、纳米机械加工结果这三个方面逐级开展分子动力学模拟与实验的对比。检测了当前使用的经验势能函数描述的体系的体积模量、剪切模量和杨氏模量,并与实验测得的值进行了定量对比;基于单晶铜纳米压痕的分子动力学模拟获得的压痕深度-压痕硬度曲线求得了单晶铜的杨氏模量,并与纳米压痕实验测得的值进行了定量对比;进行了单晶铜(010)晶面和(111)晶面的纳米压痕实验,并从工件表面形貌的角度与分子动力学模拟的结果进行了定性的对比。

关键词： 固定结合部   虚拟材料   解析法   参数化   振型   固有频率  

摘要： 随着数控机床向高精化、高速化、智能化的方向发展,人们对数控机床的性能指标尤其是动态特性性能指标的要求越来越高。对高端数控机床而言,动态特性是整机性能的关键,因此机床动力学性能已成为当今新的研究热点。然而,有资料表明整机结构中60～80%的总动刚度、90%的总阻尼都来自结合部。显然,机床结合部的动力学特性显著影响整机结构的动力学行为。长期以来人们从理论和实验上对此进行了大量的研究。结合部动力学建模是研究结合部动力学特性的重要手段。由于数控机床的结合部类型以及描述结合部模型参数的多样性,目前结合部的模型不能满足高端要求以及尚没有参数化模型,因此急需一种高精度的参数化建模方法。本文工作如下 第一,提出一种基于虚拟材料的机床固定结合部动力学参数化建模法,即将固定结合部看成一种等截面的虚拟材料,从而将固定结合部等效为虚拟材料与两结合表面零件的固定连接,以工程数据(结合面积、结合力、结合面粗糙度、结合零件的弹性模量和泊松比等)为参数建立固定结合部动力学解析模型,解决了动力学模型工程实用性问题。 第二,建立了虚拟材料弹性模量、切变模量、泊松比、密度的解析解模型,应用赫兹接触理论和分形理论,分析了固定结合部法向和切向特性的相互影响,在此基础上利用商用有限元软件,开发了基于虚拟材料的参数化固定结合部动力学模式嵌入方法,从而为机床机械结构整机的高精度动力学建模工程化应用提供了一种新方法。 第三,研究了基于表面粗糙度(Ra)估计分形维数和分形粗糙度参数的方法。推导表面轮廓的结构函数,给出确定分形维数和分形粗糙度参数的实验方法。给出分形维数、分形粗糙度参数与表面粗糙度之间的近似换算式。实验结果表明:分形维数和分形粗糙度参数与取样长度无关,分形维数随表面粗糙度减小而增加,分形粗糙度参数随表面粗糙度减小而减小。 最后,对虚拟材料的理论解进行有效性验证。以4类零件结合部为研究对象,以测试试件的实验结果为基准,对一系列试验试件的理论模态与实验模态(考虑模态保证准则)进行比较,即相似振型定性比较、相应的固有频率定量比较。理论模型的振型与实验的振型基本一致,理论与实验固有频率的相对误差大多小于10%。在分析前4类零件结合部结果的基础上,以CKX5680七轴五联动车铣数控装备整机结合部为研究对象,对解析法进行有效性验证,理论振型与实验振型基本一致,理论与实验固有频率的相对误差小于9%。

关键词： 机械工业   江苏省  

摘要： 日前,江苏省机械工业联合会公布了2010年度江苏省机械工业科技进步奖获奖名单,由江苏华通动力重工有限公司和南京工程学院、东南大学联合研发的"沥青路面现场微波热再生养护装备研发与产业化"科研项目成果,喜获江苏省机械工业科技进步一等奖。该项目在江苏省科技成果转化资金项目资助支持下,消化吸收了国外先进技术,经过两年

关键词： UVMS   指数积   Kane方程   流场分析   力/位置混合控制  

摘要： 随着海洋开发进程的加快,对水下作业装备的需求日益增加。带有操作机械手的水下机器人系统在对海洋环境和资源进行考察和开发的作业过程中,能够完成复杂的水下操作任务,因此对水下机器人-机械手系统(Underwater Vehicle - Manipulator System,简称UVMS)进行动力学建模,运动控制以及工作过程的稳定性研究具有重要意义。 本文采用指数积公式(product exponentials formula)分析了UVMS运动学问题,在运动学分析的基础上,求得系统的广义主动力和广义惯性力,此过程采用合理的水动力学公式来建立系统的水动力学模型,基于Kane方程建立了UVMS的动力学方程。利用机械系统动力学分析软件ADAMS进行了UVMS的仿真,并且与用Kane方程建立的UVMS动力学模型做了对比,比较了两种建模方法的优缺点。 为了实现UVMS的控制,本文用ADAMS和MATLAB联合仿真,实现机械手末端的精确定位。然后分别从基于转矩的位置控制,基于转矩的力/位置混合控制,从仿真结果上证明采用合适的控制策略,可以实现机械手末端的精确定位,并且控制作用力。 UVMS在运动过程中,外部海洋环境会对其产生水阻力等作用力。为了研究UVMS机械手在工作过程中水作用力对其的影响,保证操作任务的顺利进行。用Fluent对UVMS的水动力学进行了分析,并且在仿真过程中仿真结果的水阻力系数与已有文献的实验数据做了对比。

关键词： Programming and algorithm theory   Electromagnetism   Valves   Switching systems   Electric contacts  

摘要： Purpose - The fast and flexible development of fast switching electromagnetic valves as used in modern gasoline engine demands the availability of efficient and accurate simulation tools. The purpose of this paper is to provide an enhanced computational scheme of these actuators including all relevant physical effects of magneto-mechanical systems and including contact mechanics. Design/methodology/approach - The finite element (FE) method is applied to efficiently solve the arising coupled system of partial differential equations describing magneto-mechanical systems. The algorithm for contact mechanics is based on the cross-constraint method using an energy-and momentum-conserving time-discretisation scheme. Although solving separately for the electromagnetic and mechanical system, a strong coupling is ensured within each time step by an iterative process with stopping criterion. Findings - The numerical simulations of the full switching cycle of an electromagnetic direct injection valve, including the bouncing during the closing state, are just feasible with an enhanced and robust mechanical contact algorithm. Furthermore, the solution of the nonlinear electromagnetic and mechanical equations needs a Newton scheme with a line search scheme for the relaxation of the step size. Originality/value - The paper provides a numerical simulation scheme based on the FE method, which includes all relevant physical effects in magneto-mechanical systems, and which is robust even for long-term contact periods with multitude re-opening phases.

关键词： 工程机械行业   动力元件   机械展   配套件   工程车辆   东方红   影响力   品牌   宝马   柴油机   压燃发动机  

摘要： 1展会情况"上海宝马工程机械展"是世界最大的工程机械展bauma在中国的延伸,同时也是2010年亚太地区最具影响力的国际性行业博览会。bauma China2010暨第5届中国国际工程机械、建材机械、工程车辆及设备博览会于2010年11月23—26日在上海新国际博览中心召开。本届展会展示面积超过23

关键词： 乒乓球机械手   仿人型   参数识别   运动学控制   低维投影   扩展最小二乘   动力学控制   LuGre摩擦力补偿   扰动观测器   碰撞检测   安全响应  

摘要： 仿人型乒乓球机械手是模拟人手臂结构设计制造、用来击打乒乓球的机械手臂,具有6个以上自由度,可以灵活地实现绝大部分人手臂可以实现的动作。这类手臂是链式旋转关节机械手,与传统机械手臂相比,具有结构小巧、重量轻、速度快、控制灵活等特点。除了在手臂终端安装乒乓球拍完成击打乒乓球的任务以外,还可以安装各种夹具、灵巧手指等机构,完成各种演示、抓取等任务。其控制方法具有可扩展性,容易应用于焊接、喷涂、教学等机械手臂的控制中。该控制方法的研究也为家庭服务型机器人领域的机械手臂应用奠定坚实的基础。 本实验室设计制造的仿人型乒乓球机械手臂为7自由度手臂,三个版本的机械手臂都可以在位置、速度和电流三种控制模式下运行。位置模式对应的控制指令为各关节角度转换成的码盘读数,电机控制中的速度和力矩环由电机控制盒实现。速度模式也被称为运动学控制,对应的控制指令为各关节角速度,力矩控制环由控制盒实现。由于直流伺服电机电流与力矩成正比关系,因此电流模式也称为力矩模式,对应手臂动力学控制。该模式对应的控制指令为电机电流,控制盒使实际电机电流跟踪指令电流。本文的研究包含参数识别、运动学和动力学控制方法,主要研究内容包括： 1)针对机械手臂加工、组装等环节的不精确导致的手臂DH模型参数(也称为运动学参数、几何参数)不准问题,提出了一种使用Leica三维激光测量装置、基于大量测量数据的参数标定方法。通过标定得到DH模型参数的修正值,大幅提高了手臂终端的三维空间定位精度。对于动力学模型参数的识别,提出了一种基于二次优化的动力学参数识别方法。并针对识别参数构成的惯性矩阵非正定的问题,提出一种特征值调整使惯性矩阵正定化的方法,使得最终获得的动力学参数满足惯性矩阵正定化的条件。同时,本文给出了基于Solidworks三维建模的动力学参数估计方法。 2)提出一种针对点到点任务的冗余化方法,将传统的非冗余6维点到点任务投影到低维空间实现,使障碍避免等次任务可以通过冗余控制方法实现。同时本文给出了低维投影的示例以及投影函数需满足的数学条件。 3)针对冗余机械手臂多任务控制问题,提出一种扩展最小二乘方法,将关节限制以外的其他次任务转化为虚拟关节的关节限制问题,再应用加权最小二乘方法解决。并通过直接设定权重矩阵的逆矩阵和一步预测的方法设定其中加权矩阵的权值,实现冗余机械手臂在较多次任务约束情形下的控制问题。只要同时到达限制阈值的次任务数目不多于手臂的冗余自由度数目,该方法可同时保证主任务跟踪精度和多于手臂自由度数目的次任务的实现。 4)给出了仿人型机械手臂的动力学控制方法。针对动态LuGre摩擦力补偿问题,提出一种使用简化观测器观测鬃毛偏折状态的方法,并结合自适应控制律,使用Lyapunov方法分析了使用简化观测器的自适应控制的稳定性。单关节和多关节情形下的实验结果证明(?)该方法在动态摩擦力补偿中的优越性。 5)提出了一种适用于动力学参数中含有一定不确定性的机械手臂的碰撞检测算法。该算法基于动量守恒推导而出,构造一个扰动观测器观测手臂受到外部作用力的大小,并根据该观测器的结果判断是否与外部物体发生碰撞。在是否发生碰撞的判定中使用了观测器结果和其相邻周期变化量作为共同指标,并使用一个高通滤波器滤除观测结果中的低频分量,以减少不确定动力学参数带来的影响。该方法可有效的检测到外部碰撞的发生,并控制机械手臂远离碰撞区域,保证机械手臂与人的安全。

关键词： 机械动力学   专业知识体系   教学改革  

摘要： "机械动力学"是我校机械类研究生课程体系中的专业通识课,各理工科类的学校在研究生培养中都十分重视该课程的教学工作。结合课程教学实践过程提出了相应的教学改革建设方法。强调以"机械动力学"课程为支撑,为机械类研究生建立完善的专业知识体系。强化学生对相关专业软件掌握和运用,结合工程实例培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,提升学生的创新能力,并通过建立习题库和教学网站进一步提高教学质量。

标准号: DIN EN 12733-2011

摘要： This standard specifies safety requirements and their verification for design and construction of pedestrian controlled motor mowers with rotary and alternative cutting tools used in agricultural, forestry and landscaping to cut and/or mulch grass or similar plants or scrub and woody vegetation. For the purposes of this standard the following types of pedestrian controlled machines are considered to be motor mowers:- flail mowers;- grassland mowers;- scrub clearing machines;- sickle bar *** standard applies also to multipurpose machines when are used for cutting or mulching grass or *** standard does not cover lawn mowers (see EN 836), engine driven brush cutters and grass trimmers (see EN ISO 11806) or other lawn maintenance equipment.

关键词： Nanodiamonds  

摘要： Nanoparticles (NPs) offer promise for a multitude of biological applications including cellular probes at the bio-interface for targeted delivery of anticancer substances, Raman and fluorescent-based imaging and directed cell growth. Nanodiamonds (NDs), in particular, have several advantages compared to other carbon-based nanomaterials including a rich surface chemistry useful for chemical conjugation, high biocompatibility with little reactive oxygen species (ROS) generation, physical and chemical stability that affords sterilization, high surface area to volume ratio, transparency and a high index of refraction. The visualization of ND internalization into cells is possible via photoluminescence, which is produced by direct dye conjugation or high energy irradiation that creates nitrogen vacancy centers. Here, we explore the kinetics and mechanisms involved in the intracellular uptake and localization of novel, highly-stable, fluorophore-conjugated NDs. Examination in a neuronal cell line (N2A) shows ND localization to early endosomes and lysosomes with eventual release into the cytoplasm. The addition of endocytosis and exocytosis inhibitors allows for diminished uptake and increased accumulation, respectively, which further corroborates cellular behavior in response to NDs. Ultimately, the ability of the NDs to travel throughout cellular compartments of varying pH without degradation of the surface-conjugated fluorophore or alteration of cell viability over extended periods of time is promising for their use in biomedical applications as stable, biocompatible, fluorescent probes.