基于参数化方法的圆碟形水下滑翔机结构轻量化设计

圆碟形水下滑翔机结构质量大小对其性能影响较大。为提高圆碟形水下滑翔机结构分析效率,在圆碟形水下滑翔机耐压壳结构分析的基础上,对圆碟形耐压壳结构进行参数化设计及优化研究。运用ANSYS参数化设计语言APDL对圆碟形耐压壳进行参数化建模与分析,采用零阶与一阶相结合的优化方法,对圆碟形水下滑翔机耐压壳结构进行轻量化设计。结果表明,参数化分析方法有效地提高了分析效率,优化后所得最优解与初始值相比,质量减轻了29.4%,圆碟形水下耐压壳轻量化效果明显。     

基于响应面法的双螺杆泵容积效率建模优化

双螺杆泵容积效率的影响因素复杂且容积效率计算困难。为解决此问题,提出一种基于理论模型及响应面法相结合的容积效率建模优化方法。基于平行平板液流理论建立双螺杆泵效率理论模型,进行敏感度分析,筛选出影响泵容积效率的最敏感设计参数为间隙、压差及动力黏度。基于正交试验和响应面法,通过有限元数值仿真分析,建立泵容积效率与敏感参数的拟合关系模型。仿真结果表明所选择的敏感参数对效率影响均显著。基于该拟合关系模型,以容积效率为优化目标,建立优化模型并求解,获得最优敏感参数组合,使泵容积效率显著提高。所提优化方法可降低仿真计算的复杂性,提高理论模型的精度。     

基于格子Boltzmann方法的分叉微通道内非牛顿流体流动特性研究

为探究分叉微通道内非牛顿流体的流动特性,将非牛顿流体幂律模型引入牛顿流体格子Boltzmann模型,在不同分叉角度矩形截面微通道内数值模拟不同质量分数剪切稀化流体的流动行为;通过分析流动过程中密度随时间的变化趋势以及稳态流动下的密度,得到微通道内压力的分布以及流动区间的压力降;分析溶液质量分数、入口速度与分叉角度对非牛顿流体流动特性的影响,探讨流体特性和微通道几何构型对非牛顿流体流动行为的影响机制。结果表明:分叉角度为90°的微通道内流体的压力降最小,当分叉角度大于90°时,压力降随着分叉角度的增大而减小,当分叉角度小于90°时,压力降随着分叉角度的增大而增大;流体入口速度和流体溶液质量分数增大,压力降均增大;流体溶液质量分数增大使得分叉角度和入口速度对出口处压力降的影响更为显著;微通道内各截面处压力降分布呈抛物线形。     

基于拮抗机制的可变刚度流体驱动柔性致动器研究

柔性致动器具有柔顺性高、环境适应性强及人机交互性好等特点。针对传统柔性制动器刚度控制性能差的问题,基于柔性伸长肌和收缩肌的拮抗机制,提出一种新型可变刚度的流体驱动柔性致动器,该致动器能够实现伸长/缩短的复合动作,并通过协同调整伸长和收缩力实现刚度的控制;基于伸长及收缩织物的柔性形变机理,建立了柔性致动器的力学特性模型,并进行了仿真分析;开展了柔性致动器的力学特性试验,测试了致动器在不同充压及形变位移下的力学特性,并验证了柔性致动器的刚度调节特性。     

图学美育的探索与实践

图学与美学同属于形象思维范畴,他们在形式与内容上互相渗透,创造者的设计意图需要通过工程图样来表达,美的产品设计只有与工程图样相结合才能在产品中显示它的艺术魅力;而图样只有融入美学才能使设计变得完美,在工程图学教学中融入美学因素是十分必要的。将美学思想融入到工程图学教学的各个环节,用美学原理解释工程制图课程的学习内容,辅以按照美的规律而进行的教学活动,引导学生发现、感受图样中的美,并在此基础上去创造美和表达美,改变枯燥、乏味的课堂教学,让学生在美的情境中不断培养学习兴趣,激发学习动力,使教和学真正成为一个愉快的过程,对于提高教学质量、深化素质教育都有着积极而深远的意义。     

风冰联合作用下大型单桩海上风电机组动力特性

考虑风荷载与冰荷载联合作用对大型单桩海上风电机组的影响,基于IEA 15 MW超大型单桩海上风电机组,采用一体化分析软件Openfast建立风冰联合作用下大型单桩耦合数值模型,开展超大型单桩海上风电机组在风冰联合作用下的动力响应分析。探究不同加载时长、冰激振动模型以及疲劳损伤组合方法对大型单桩海上风电机组的动力响应规律。计算结果显示：不同冰载数值计算模型塔基与泥面线载荷的计算结果差别较大,泥面线受冰荷载影响较大,同时泥面线位置较塔基位置承受更大的疲劳损伤,应重点关注。采用不同的荷载组合方向进行泥面线与塔基位置的疲劳损伤估计时,计算结果较风冰联合作用下疲劳损伤相对误差较大。因此,宜采用风冰联合加载的方法进行大型单桩海上风电机组的动力响应模拟,进而开展超大型单桩海上风电机组的疲劳损伤估计。     

沉船重油电磁感应加热仿真与实验研究

针对沉船水下抽油过程中重油加热的需求,提出一种基于电磁感应原理利用油舱外板加热重油的方法,根据电磁理论及热传导理论建立了加热过程的数学模型,使用有限元软件进行数值模拟,得出重油加热过程温度衰减规律,利用油舱模型进行重油加热模拟实验,测量油舱加热过程重油温度变化及衰减规律。通过模型进行重油水下电磁加热的验证可知,实验结果与数值仿真重油加热温度变化规律有良好的匹配性。该电磁加热重油技术设备简单、加热效率较高,在防止沉船燃油泄漏领域具有较好的应用前景。     

常规立方晶格点阵轮的设计与静力学分析

为实现压气机叶轮在刚度和强度具有可调性的同时降低叶轮质量,基于常规立方晶格结构设计出一种新型轻量化压气机叶轮。通过3种模型悬臂梁比较计算,证明渐进均匀化(asymptotic homogenization,AH)方法在大规模点阵计算问题上具有较好的计算精度。在此基础上,采用AH方法对不同单胞填充率的点阵轮在仅考虑80 000 r/min的惯性荷载时的静力学性能进行了数值计算。研究结果表明,对于所研究路径,点阵轮的变形和应力介于无填充轮和实心轮之间,大叶片外缘的周向变形最大与最小变形差值(极差)在所有研究工况下均小于无填充轮和实心轮。对于填充率为0.4的情况,其周向变形极差值比实心轮约低23.25%,比无填充轮约低55.46%,其质量相对于实心轮可降低17.08%。这意味着点阵轮相对于传统压气机叶轮除了能较大降低叶轮质量,还将具有更好的周向抗畸变能力和更高的工作效率。同时,点阵轮相对于无填充轮和实心轮叶片边缘具有更小的轴向应力,因此可为设计更高转速的压气机叶轮提供强度保证,同时也为叶轮结构的轻量化设计提供了一种新的设计思路。     

基于小波神经网络的畸形波预报

为对畸形波这类突发性事件进行较为准确的预报,避免畸形波对海上建筑物和人员安全产生的巨大危害.采用紧致型小波神经网络模型,根据某岛礁地形实测数据建立的岛礁三维模型中测得的波高试验数据,选取试验数据中3种典型波高时间序列分别实现了包含畸形波的波浪数据对常规波浪的预报、包含近似畸形波的波浪数据对畸形波的预报以及常规波浪对包含畸形波的波浪数据的预报.为验证小波神经网络模型精度,同时采用常规神经网络BP模型在相同条件下对3种典型波高时间序列进行预报,最后将两种神经网络预报结果精度进行对比.研究结果表明:小波神经网络能较好的捕捉畸形波突发事件,对于3种工况中的波面整体预报精度以及畸形波处的预报精度,小波神经网络预报模型均高于BP神经网络预报模型,预报的波高曲线也与实际波高曲线拟合效果更好.在神经网络训练样本中若存在畸形波特征,也将进一步提高对未来畸形波的预报精度.该项研究对船舶或海洋工程的畸形波风险预警具有一定的应用价值.     

基于临场感的遥操作机器人共享控制研究综述

共享控制策略作为基于临场感的遥操作机器人的主要控制模式,能够充分利用操作者的感知、判断和决策能力,也能发挥出机器人自身的优势. 阐述遥操作机器人临场感技术;综述遥操作共享控制策略的发展现状,主要基于触觉反馈引导、运动学限制规避以及共享因子分配等,对各控制策略的原理进行介绍,并梳理和分析遥操作共享控制策略发展中的瓶颈和不足,如共享因素的单一化或僵硬化、时延问题和机器人自主判断能力有限等问题. 针对研究存在的局限性,从3个方面对未来的发展提出展望,分别为提升干预水平、加强机器人意图预测、结合机器学习, 具有一定的指导意义.