弹流润滑问题求解软件框架的构建

弹流润滑问题的求解涉及到弹性变形和流体动力润滑之间的多物理耦合作用的分析,求解过程很复杂和困难。通过建立MATLAB和ANSYS软件之间的有限元网格影射中间件实现了弹流体润滑问题有限元求解环境的构建。这种影射关系可以使不同软件之间的进行动态数据交换,从而实现不同分析过程之间的耦合作用。以径向空气轴承中的弹流润滑为例介绍了其具体的实现。     

面向复杂产品的问题流网络构建及求解过程模型

针对经典TRIZ理论工具解决复杂产品中多冲突问题具有的局限性,强势思维一般理论（General theory of powerful thinking,OTSM）主要解决复杂跨学科创新性问题并进行一般化的表达,但没有明确给出消除多冲突及寻求最优解决路径的一般方法。通过对复杂产品构建问题流网,从中选取关键问题,进而转化成冲突网,然后对其中的关键冲突进行判别并转化成参数网,应用TRIZ工具进行冲突解决并提出解决方案,提出了关键问题的判别方法和关键冲突网到参数网的转化规则,给出了问题流网、冲突网及参数网的构建过程,最终建立了面向复杂产品的问题流网络构建与求解过程模型。以工程机械900吨架桥机作为实例进行创新设计,验证了该过程模型的有效性。     

基于混合Petri网的蓝宝石衬底生产线碳流动态建模与应用

蓝宝石衬底广泛用作LED产品的衬底材料，其加工精度高且工序复杂，主要包括切片、倒角、研磨、退火、上蜡、铜抛、软抛、清洗环节。蓝宝石衬底在加工过程中存在设备能耗高、能效低且辅料回收利用率低等问题，从而导致生产成本高且对环境产生不利影响。以碳排放为表征量，对蓝宝石衬底生产线碳流动态建模开展研究。首先，定义了蓝宝石衬底生产线碳流系统边界，分析了蓝宝石衬底生产线中能量流、物料流和碳流，建立了蓝宝石衬底生产线碳流动态模型，并提出了基于生产性能与经济效益的两种碳效率评价指标；其次，根据碳排放与工艺过程的强耦合特性，基于混合Petri网对蓝宝石衬底生产线碳流动态特性进行了建模与仿真；最后，通过应用实例验证并求解了生产线的碳效率。     

基于设计流与知识流交互的产品创新求解模型

为在概念设计阶段合理组织设计过程并有效利用设计知识,激励设计者策略化地产生创新设计方案,提出一种基于设计流与知识流交互的产品创新求解模型.根据功能、行为、结构等设计要素的不同特点及对设计过程的不同支持作用,建立了面向多样性设计、适应性设计和原创性设计的设计流;基于设计流构建了由功能知识、行为知识和结构知识构成的知识流,通过设计流与知识流的多层次往复映射实现不同的设计目标.基于课题组创新设计服务平台开发了相应功能模块,并完成了对咖啡机的创新设计过程,验证了该求解模型的有效性.     

液压约束活塞发动机配流系统的多目标优化研究

建立了液压约束活塞发动机配流系统的多目标优化模型，采用复合形法进行了优化研究。通过MATLAB语言程序对配流系统进行优化设计，并对优化数学模型进行求解。通过对优化前后的结果进行分析，证明了液压约束活塞发动机配流系统多目标优化模型的正确性。对配流系统优化后的容积效率进行了仿真分析，仿真结果与实验结果对比表明，容积效率的改善程度比较显著。     

液压约束活塞发动机配流系统的多目标优化研究

建立了液压约束活塞发动机配流系统的多目标优化模型,采用复合形法进行了优化研究。通过MATLAB语言程序对配流系统进行优化设计,并对优化数学模型进行求解。通过对优化前后的结果进行分析,证明了液压约束活塞发动机配流系统多目标优化模型的正确性。对配流系统优化后的容积效率进行了仿真分析,仿真结果与实验结果对比表明,容积效率的改善程度比较显著。     

复杂机电系统的全局耦合建模方法及仿真研究

运用键合图和功率拓扑键合图,建立了一个典型复杂机电系统——高速轧机的全局耦合动力学模型,揭示了各子系统之间的耦合关系,分析了由于耦合导致的影响,借助拓扑约束键及因果线,系统数学模型可由子系统数学模型分立——联合运行求解,大大降低了模型的病态程度和仿真时间;数学模型高度模块化,因而可方便地拆卸、拼装以适用于不同类型的轧机。对研究结果进行对比表明所建立的全局耦合动力学模型比一般孤立系统动力学模型更接近实测数据。方法具有一般意义,可用于其他复杂机电系统的动力学建模和分析。     

基于漂移流模型的管道一维气液两相流数值仿真与分析

两相流模型受到双曲线性质的影响，因为很难获得雅可比矩阵的简洁解析表达式，从而限制了开发Roe型黎曼求解器。针对管道气液两相流流动现象，利用一维气液两相流漂移流模型，建立了管道一维气液两相流控制方程，采用基于时间的限制器，使用Lax-Wendroff方法求解方程组，并以此开发了数值求解器。以垂直管中油气两相流为模型算例，计算了不同时刻的管中沿管道方向的含气率分布，通过分析比较，文中采用的漂移流一维气液两相流模型和数值算法能够满足管道一维气液两相流流动的工程应用。     

基于功能关系模型和过程模型的冲突区域确定方法研究

针对TRIZ中运用功能模型进行冲突区域确定过程中,因其无法表达与时间/顺序有关信息而造成的因果分析不全面,和冲突区域难以确定的问题,在对两类功能模型的本质进行研究的基础上,提出了一种综合功能过程模型和功能关系模型的冲突区域确定方法。首先建立了系统功能结构,分析了每个功能元实现的流转换的过程,根据实际功能元输入/输出流属性与期望属性的差值,确定了问题功能元;然后按照问题功能元对应的物理结构建立其功能模型,通过功能模型确定与问题相关的根原因及对应的冲突区域;最后运用TRIZ工具进行了求解,以自动售粮装置工作过程中出现的问题为例,应用该方法进行了分析与求解。研究结果表明:因为综合考虑了功能实现的过程及元件间作用,该方法能够更全面地分析确定系统中与问题相关的冲突区域。     

考虑运输的柔性流水车间多处理器任务调度的混合遗传优化算法

多处理器任务调度在制造业有着较广泛的应用,为了解决实际柔性流水车间环境下的多处理器任务调度优化问题,研究了考虑运输时间和释放时间的多阶段柔性流水车间多处理器任务调度问题,该问题为NP-hard问题,以最小化最大完工时间为目标建立了柔性流水车间多处理器任务调度整数规划模型。为有效求解该问题,首先研究了工件加工机器流生成机制、单工件加工机器流矩阵编码方案和批量工件加工机器流编码方案。进而设计了基于机器空闲随机筛选的工件安排机制,产生该规划的初始解生成方法,以最小化最大完工时间原则进行新解筛选。然后构建基于工件顺序与加工机器流同步交叉的新解更新过程、基于工件顺序与加工机器流同步变异的新解调整过程,并利用迭代贪婪算法完成调整和重建操作,产生全新方案以改善求解质量,最终形成结合迭代贪婪算法的混合遗传融合优化策略。仿真实验利用解的下界得出偏差百分比,分别用遗传算法、迭代贪婪算法和混合遗传融合优化算法对不同规模的问题进行测试,结果表明,混合遗传融合优化算法能够获得较好的近优解。     

齿轮箱类系统的结构声功率流传递特性

以齿轮箱类复杂耦合系统为背景,推导“柔性振源齿轮轴-多维柔性轴承连接路径-柔性能量接受箱壁”的子系统导纳矩阵关系式,建立了系统的结构声功率流传递模型。建模过程中充分考虑了振源的力／力矩多维激励、振动功率流传递路径的柔性以及多维耦合特征。研究了齿轮箱不同的功率流传递路径及各路径之间的耦合特征,并对传递路径的柔性和引起箱体壁横向振动的功率流进行了定量分析。研究结果显示,该模型可方便地分析各子系统性能参数对整个耦合系统功率流特性的影响。     

基于多Agent的分布式模型管理与组合方法

为在分布网络环境下快速准确地进行科学决策,提出了可实现分布式的模型管理与组合的多Agent模型系统。设计了系统组成成分———管理Agent和模型Agent的结构,分析了它们的功能和行为。利用逆向推理技术实现模型Agent的动态自动组合,给出了利用多个模型Agent组合求解复杂问题的过程。最后,以某企业产品开发中的投产决策问题为例,论述了模型系统的工作过程。与传统模型系统相比,该系统具有模型远程调用和运行、模型动态自动组合等功能,为研究开发复杂问题的决策支持系统提供了新的模型系统建模方法。     

基于数据包络分析的制造系统的C2R及其扩展投资决策模型

为评价制造系统投资决策的有效性,将系统输入分解为信息流、物料流及能量流,将系统输出分解为稳定性、自组性和整体性,分别用可测度的特定参数表示。在此基础上,建立了基于技术与规模同时有效的多投入多产出的C^2R数据包络分析决策模型。为单独评价制造系统的技术有效性,将C^2R模型扩展为C2GS2模型;为在决策过程中引入投资决策者的主观偏好,将C^2R模型扩展为带有决策者偏好锥的C2WH模型。     

环路式复合行星齿轮系统功率流的杠杆分析方法

环路式复合行星齿轮系统因其结构关系复杂,导致系统中各基本构件之间的转矩与功率关系复杂多变,形成多种功率流类型。为在设计过程中可以快速判断系统的功率流类型,提出了一种复合式杠杆分析方法。在单一行星轮系的杠杆模型的基础上,结合耦合系统的结构特性,应用叠加原理,建立了反映环路系统特性的复合式杠杆模型,并介绍了该模型在单环路系统特性分析中的应用方法。在分析中,该模型可以直观反映出各基本构件之间的转速关系,转矩关系以及功率关系,继而得出单环路系统的功率流类型。结合模型中反映行星轮系与封闭机构的特性参数的力臂,还可计算出上述特性的数值。在此基础上,介绍了该方法在双环路系统的功率流类型分析中的推广应用,为多环路系统的分析提供了新思路。     

板带轧制过程二维流函数-无网格伽辽金求解方法及其应用

针对无网格伽辽金法(Element free Galerkin method,EFGM)在求解板带轧制过程塑性变形时计算效率低及边界处理相对复杂等问题,在保留EFGM的基本求解思想与框架基础上,将流函数引入EFGM,推导建立一种针对板带轧制过程的二维无网格方法——流函数-无网格法(Flow function-element free Galerkin method,F-EFGM)。由于在该方法中,以求解域内各节点流函数值为未知变量,速度场通过流函数求导得到,进而求解其他场量,实现了对刚度矩阵的降阶。采用流函数作为未知基础变量不仅能自动满足体积不可压缩条件,还使本质边界条件和摩擦边界条件的施加更加简便。为考核验证该方法,建模并仿真分析二维平面应变轧制过程,发现计算效率比原EFGM大大提高,计算结果与经典文献的刚塑性有限元计算结果和文献中实测结果吻合较好。     

高速径向柱塞泵配流阀的动态特性与结构优化研究

针对高速液压泵的研制过程中,配流阀响应频率与泵转速的匹配问题,对柱塞泵系统的流量特性、配流阀滞后问题及结构优化进行了研究。通过阀芯力平衡方程,建立了配流阀动力学模型,基于经典控制理论,通过求解力平衡方程确定了系统传递函数,并对其时间响应进行了验证;在理论分析的基础上,应用AMESim软件,分析了高速阀配流系统的动态流量特性,研究了锥阀和球阀两种阀芯结构以及泵转速对系统动态特性的影响。研究结果表明:随着泵转速的提高,系统回流明显,使容积效率明显下降;锥阀更适合高速阀配流系统,同时在锥阀底部设置阻尼孔,可明显减缓阀芯对阀座的冲击力,提高阀座的使用寿命。     

齿轮箱类系统的结构声功率流传递特性

以齿轮箱类复杂耦合系统为背景,推导“柔性振源齿轮轴－多维柔性轴承连接路径－柔性能量接受箱壁”的子系统导纳矩阵关系式,建立了系统的结构声功率流传递模型。建模过程中充分考虑了振源的力/力矩多维激励、振动功率流传递路径的柔性以及多维耦合特征。研究了齿轮箱不同的功率流传递路径及各路径之间的耦合特征,并对传递路径的柔性和引起箱体壁横向振动的功率流进行了定量分析。研究结果显示,该模型可方便地分析各子系统性能参数对整个耦合系统功率流特性的影响。     

基于IDEF的复杂机电系统状态解析

利用功能-行为-状态建模思想,提出了基于IDEF的复杂机电系统状态解析方法。首先利用IDEF0建立复杂机电系统功能结构的形式化表达,然后基于功能-行为映射关系并根据行为之间的时序、逻辑关系利用IDEF3建立复杂机电系统行为过程的形式化表达,最后将系统行为过程形式化表达模型中的行为单元的行为映射为状态,形成复杂机电系统的状态变迁网络。基于状态变迁网络,可以获得复杂机电系统行为过程中的状变迁序列,进而实现复杂机电系统的状态解析。     

载流摩擦磨损系统研究

基于摩擦学的三公理,对载流摩擦磨损的机制进行研究,建立了载流摩擦磨损的系统构成图、功能平面图、微观接触的电接触状态图和载流摩擦磨损电传导电路模型,分析了火花和电弧产生的原因,得到了载流磨损量与法向载荷之间的关系模型,较好地解释了电因素对摩擦磨损的作用,为载流摩擦磨损的研究建立了理论分析基础.     

基于协同仿真的输弹机动力学建模与分析

以某自行火炮输弹机为研究对象,以建立能逼真反映其动力学特性的虚拟样机模型为方法。针对目前机电液耦合仿真常见方法中存在的不足,选择了适合于大型复杂系统耦合仿真的协同仿真方案。基于Pro／E和ADAMS建立的输弹机机电液耦合虚拟样机,较好地解决了机电液耦合、多碰撞变拓扑等建模难点,并通过VV＆A验证了虚拟样机的置信度,为复杂机电液耦合系统的动力学分析提供了有益参考。