排气歧管流固耦合仿真与试验

针对发动机排气歧管的断裂问题,对某发动机排气歧管的热负荷进行流固耦合分析,并在台架试验中测量其温度场和应变.考虑热辐射和材料的非线性,建立排气歧管的内流场CFD模型、传热模型和有限元模型,分析得到排气歧管的温度场、应力场和塑性应变云图等.仿真结果与试验结果吻合较好.仿真结果表明排气歧管汇合处的温度最高,塑性应变最大位置与试验测得的断裂危险区域吻合.     

无人驾驶车辆局部路径规划的时间一致性与鲁棒性研究

在无人驾驶系统中,局部规划在跟踪全局路径的同时完成避障,提高了规划系统在动态未知环境中的工作能力.避障分析的有效性是局部规划最重要的功能之一.然而在仿真和实车测试中发现,广泛使用的基于优化求解的局部规划算法无法在不依赖全局精确定位时保证规划结果满足时间一致性要求.时间不一致将导致车辆的实际行驶路线偏离初始规划结果,造成避障分析失效.本文设计了基于前向预测的局部路径规划算法,在不依赖全局精确定位的前提下保证规划结果的时间一致性.除了时间一致性问题外,跟踪控制误差也是导致规划结果避障分析失效的主要原因之一.现有研究大多通过膨胀障碍物体现误差的影响,然而这种方法无法避免车辆驶入膨胀危险区域而停车.本算法在路径生成过程中增加误差影响,用通行区域代替原有不具有宽度的规划路径进行避障分析,既可以解决误差导致的避障失效,又避免出现膨胀障碍物带来的问题.通过V-Rep软件与实车规划程序进行联合仿真,在能够体现时间一致性影响的典型场景中对本算法与基于最优化曲线生成的局部路径规划算法进行比较, 验证了该算法具有更好的安全分析有效性.应用本算法的北京理工大学无人驾驶平台参加了2013年智能车未来挑战赛,在无人干预的情况下顺利完成 18公里城郊赛段和5公里城市赛段行驶,展现了良好的避障能力.     

新型仿生六足机器人导航系统的建模与仿真

针对新型仿生六足机器人工作任务和作业环境的要求,设计了一种基于INS-GPS器件的专用组合式导航系统。该导航系统采用集中开环式组合方式,以INS和GPS器件输出的导航数据差作为滤波器的输入值,运用经典卡尔曼滤波理论对该导航系统进行了实时修正,并根据仿生六足机器人运动特性和测量任务的要求,建立了该导航系统的位置、速度组合测量方程,并运用MATLAB软件进行了仿真,仿真结果表明:采用该组合式导航系统可大大提高仿生六足机器人的导航精度,为仿生六足机器人实现智能化、实时化控制奠定了基础。     

基于复杂性测度的变矩器流场仿真湍流模型稳健性分析

为研究液力变矩器流场仿真常用湍流模型的稳健性问题,对基于ANSYS/CFX的某液力变矩器流场仿真系统,分别采用15种湍流模型进行抽样计算。并基于蒙特卡罗法,对系统输入变量进行服从正态分布的微小扰动,分别在低速和高速两种计算工况下,对每种湍流模型进行200次抽样。基于复杂性测度理论,将获得的输入输出数据进行了复杂性分析,在此基础上,对仿真系统拓扑结构稳健性和输出变量的稳健性进行了计算,并给出了各种湍流模型稳健性的定量指标。分析结果表明:在变矩器流场性能仿真中,剪应力输运模型的综合稳健性最好。     

二甲醚均质充量与柴油喷射复合燃烧方式对发动机性能的影响

为优化内燃机燃烧,在一台高压共轨增压中冷柴油机上进行了二甲醚均质充量与柴油复合燃烧对降低发动机的NOx和碳烟排放的研究,并与单独燃烧柴油的发动机性能进行了对比研究.试验结果表明,在二甲醚供给量控制在不发生爆震燃烧的前提下,在低负荷时,复合燃烧方式的有效热效率比单独燃烧柴油时稍低,相差很小;在大负荷时,复合燃烧方式比单独燃烧柴油的有效热效率显著提高.说明二甲醚作为一种新型燃料,对于大幅降低柴油发动机的NOx排放和碳烟排放是非常有效的.     

3种基于HCS12定时器的PWM波形发生器的设计

在车辆ASR系统开发中,提出了基于HCS12单片机增强型定时器复用I/O输出PWM信号的开发方案,解决了由于硬件限制导致PWM输出通道的不足的问题。介绍了单片机增强定时器通过输出比较寄存器、输出比较中断、TCNT输出翻转实现PWM波形输出的3种方法,详述了各方法中重要寄存器的设置和逻辑对应关系,并给出了相应的波形输出图和程序流程图,通过理论分析和实验结果探讨了不同设计方案的优缺点。     

液力变矩-减速装置制动特性流场分析

为准确获取液力变矩-减速装置的制动特性,建立了某型液力变矩-减速装置制动工况下各叶轮及辅助液力减速器流道模型。运用CFD技术分析了液力变矩-减速装置泵轮、涡轮闭锁状态下在1000～2000r/min转速时的各叶轮及辅助液力减速器流道内部速度流线、压力场分布特点,并进行了制动特性仿真计算。仿真结果与实验结果对比计算误差在10%以内,表明仿真方法和仿真模型准确、可靠。     

基于超球面支持向量机的综合传动状态判别

以油液光谱分析数据为基础,建立了基于超球面支持向量机的综合传动状态判别模型。利用主成分分析法,对油液光谱分析数据进行预处理,并进行主成分提取的研究分析。研究了参数的变化和异常样本对模型性能的影响。实验研究表明,基于超球面支持向量机的状态判别模型准确可行,能实现综合传动的状态判别。     

新型液力变矩减速装置变矩工况叶轮有限元强度分析

基于单向流固耦合理论建立了某型液力变矩减速装置叶轮有限元强度分析模型,分析了模型的载荷及边界条件,进行了求解计算与结果后处理。通过实例分析,研究了液力变矩减速装置叶轮在变矩工况下结构强度问题,得到了各工作轮极限工况的等效应力分布和总体变形量,为液力变矩减速装置叶轮强度分析提供了一种有效的方法。     

机械类实验室开放式教学改革与探索

机械类实验教学是理工科教学的重要环节,它不仅是获得知识的重要途径,而且对培养学生的工程素质和实际动手工作能力具有十分重要的作用。随着科学技术的发展,新技术、新方法不断涌现,为满足不同基础、不同能力和不同专业兴趣学生的要求,大胆改革原有的教学模式,将基础性实验内容与设计性实验相结合,开展"开放式"机械类实验教学既有利于学生掌握研究原理,又使学生熟悉研究方法,掌握技术技能和提高创新能力。