下肢外骨骼机器人踝关节建模及动力学仿真

下肢外骨骼机器人是一种具有辅助助力和医疗康复功能的智能型机械装置。本文通过对人体踝关节结构分析,设计了被动气弹簧踝关节下肢外骨骼机器人,并建立了被动踝关节力学模型;利用OpenSim获得了正常人行走时一个步态周期髋、膝关节步态数据,将其导入ADAMS对所设计的下肢外骨骼机器人踝关节未加气弹簧和加气弹簧两种模型进行了动力学仿真,通过对两种模型运动曲线对比分析,验证了所设计的下肢外骨骼机器人在步态行走和动力学方面的可行性和正确性。     

河北迁安二马铁矿床三维地质建模研究及应用

在历年生产勘探获得的地质、测量、勘探工程、地质编录、取样与化验等地质原始资料的基础上，构建了基于Surpac软件的二马铁矿床三维地质模型。通过对三维建模结果的综合分析，并结合二马铁矿床成矿控制规律研究结果，对S1000~S1400勘探线深部矿体进行了成矿预测，为矿山接替资源预测提供了新途径。建立的二马铁矿床地表模型、断层模型、地层模型、矿体模型实现了矿区矿床的三维可视化，完整准确地表达出了地下地质体的空间位置关系以及矿岩信息，为矿床开采以及生产动态管理提供了基础。     

区域控制器的安全需求建模与自动验证

轨道交通区域控制器（ZC）是我国轨道交通信号系统选型的主流制式——基于通信的列车控制系统（CBTC）的核心子系统，其突出的安全性使得安全需求的形式化验证成为一个非常重要的问题.但是ZC自身的复杂性以及领域知识的繁杂难以掌握，使得形式化方法很难应用到安全需求的验证中去.针对这些问题，提出一种安全需求的自动验证方法，使用半形式化的问题框架方法（PF）来建模和分解安全需求，根据需求模型自动生成安全需求的验证模型和验证性质，在此基础上自动生成验证模型的Scade语言实现，并通过Design Verifier验证器对需求进行组合验证.最后，使用了某个实际案例ZC的一个子问题CAL_EOA进行了研究，实验结果证明了该方法的可行性与有效性，它能自动地将安全需求模型进行组合验证，改善了验证的效率.     

30CrNi3MoV钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对30CrNi3MoV钢进行单向热压缩试验,研究了其在变形温度950~1150 ℃、应变速率0.01~10 s^-1的热变形行为,构建了应变补偿型流变应力本构方程,并绘制出该钢的热加工图。结果表明,30CrNi3MoV钢真应力-真应变曲线有3种不同特征:高温小应变速率时,表现为典型的动态再结晶过程;低温小应变速率时,曲线为动态回复特征;应变速率较大时,应力随应变的增大而增大,无明显的峰值应力。采用5次多项式拟合构建的应变耦合流变应力本构方程具有高的精确度,采用该方程获得的预测值与试验值的平均相对误差为3.2%,相关性系数R值为0.993。从热加工图中得到试验钢最佳的热加工工艺参数范围是:变形温度为1020~1150 ℃、应变速率为0.03~0.35 s^-1。     

利用调度优化模型研究原油调合方案的可行性

针对某沿海炼油企业拟投用原油调合系统以稳定混炼原油的性质,设计方案要求将部分码头罐的操作模式由混储改为单储的情况,采用约束规划与数学规划复合建模,实现了码头至厂区大容积长输线模拟,建立了该企业的原油调度优化模型并研究了设计方案的可行性。针对240h调度周期、10种可加工原油、3艘到港油轮的复杂工况进行了优化计算。结果表明:该设计方案具备可行性,且油轮仍可实现到港即卸油,蒸馏装置混炼油种也可长时间保持稳定;模型的优化计算时间较短(小于15min),且对长输线收付及存油情况模拟准确,复合建模方法满足工业应用要求。     

附加气室空气弹簧隔振的振动筛动力学建模与分析

附加气室空气弹簧在两个气室之间设有节流元件,可吸收振动的能量,具有良好的阻尼特性。作为一种新型隔振元件,附加气室空气弹簧能缩短振动筛过共振区时间,减小共振振幅及附加倾摆运动,提高振动筛运行的平稳性。分析振动筛二自由度动力学模型,并求解运动学微分方程,发现振动筛实际振动方向角不等于激振力作用方向角,振幅和抛掷指数也可用单自由度模型表征;利用热力学和流体力学理论建立附加气室空气弹簧的线性模型,得到其刚度阻尼的表达式,基于此,推导出附加气室空气弹簧的振动筛动力学模型,并建立运动学微分方程;搭建附加气室空气弹簧隔振系统和振动实验台,测试实验台的运动学参数;在MATLAB/Simulink环境下对所建动力学模型进行仿真研究,并与实验台测试结果进行了比较分析。结果表明:模型仿真振幅为5.321 mm,实验测试的稳态振幅为5.372 mm,二者误差仅为1%,具有较高的准确性。模型仿真结果显示:电机转速对振幅影响较小,对抛掷指数影响较大,随着电机转速由840 r/min增加到990 r/min时,振幅由4.549 mm降为4.427 mm,抛掷指数由3.6上升到4.9;改变隔振系统的初始气压可以调节振幅,当初始气压由0.1 MPa增加到0.6 MPa时,振幅由4.446 mm增加到6.159 mm;节流孔直径对振幅的影响不明显,当节流孔直径由2 mm增加到20 mm时,振幅由4.443 mm变为4.467 mm;通过改变电机转速和隔振系统初始气压组合,可以使试验台振幅在4.45～6.16 mm、抛掷指数在3.46～6.16内变化,实现对振动筛的调节。     

船用螺旋桨的逆向建模研究

为了缩短船用螺旋桨的再设计周期,降低再设计难度,针对船用螺旋桨提出了一种基于逆向设计软件Geomagic Design X和三维建模软件UG的逆向建模方法。详细介绍了螺旋桨的逆向建模过程和主要操作流程,通过比较放样和面片拟合生成叶片NURBS曲面的方法和原理,得到一种合适的叶片曲面作为叶片重构的基础。采用Geomagic Quality软件对螺旋桨进行整体精度分析,结果发现螺旋桨重构模型和螺旋桨点云数据之间的偏差在允许范围之内,验证了此螺旋桨逆向建模方法的可行性,同时为类似的逆向建模提供了思路。     

3-UPU并联自动调平机构控制系统设计

为解决自动调平机构系统稳定性差和调平精度低的问题,设计了一种基于3-UPU并联机构和PI鲁棒滑模控制的调平系统。首先,基于螺旋和反螺旋理论,设计了一种3-UPU并联机构作为系统的调平机构,并建立了机构的动力学方程,为调平控制系统提供了控制对象。然后,在PI控制的基础上,利用鲁棒滑模算法的抗摄动、实时修正系统非线性的功能,设计了一种PI鲁棒滑模控制器,并运用Lyapunov函数证明了控制器的稳定性。最后,分别采用两种控制方法对机构的调平误差进行了仿真分析,结果表明:PI鲁棒滑模控制器有更佳的调平精度和较小的稳态误差,为调平机构的研究提供了一种参考方案。     

发动机多楔皮带轮旋压工艺的研究

针对发动机多楔皮带轮大变形成型工艺问题,对塑性变形理论、多楔皮带轮材料本构模型及材料间摩擦类型等方面进行了阐述,对多楔皮带轮旋压过程中的毛坯、旋轮、芯模、尾顶进行了三维建模与装配,并对各零件之间的相对运动进行了分析。根据皮带轮楔型结构特征,基于Deform软件和刚塑性模型,提出了采用冲压和4道旋压工艺的多楔皮带轮成型方案。进行了有限元数值仿真,分析了各道旋压工序的实时动态应力应变状态及成型缺陷。通过模具试制和实际加工,对冲压和4道旋压工艺的方案进行了验证。研究结果表明:多楔带的齿槽和齿状填充饱满,加工的工件外形尺寸与零件图基本吻合,成型效果较好;该旋压工艺方案能较好完成多楔皮带轮成型加工。