基于设计关联矩阵与可拓聚类的产品模块划分方法

针对大规模定制与产品平台战略技术,模块化设计是一种有效的设计方法,而模块的划分是该方法的关键.文中结合公理设计与设计结构矩阵,利用独立公理进行产品功能划分,建立产品设计矩阵,再结合设计矩阵与设计结构矩阵,构建产品设计关联矩阵,然后利用可拓聚类算法对该关联矩阵进行聚类运算,以此来完成产品设计的模块划分;并将所划分的模块用独立公理再次做功能独立性分析,最终确定产品模块.最后以桥式起重机起重小车模块划分为例,验证了该设计方法有效性和可行性,提高了产品设计效率,降低了设计成本.     

高性能主轴偏心状态传递矩阵法的研究

分析电主轴的结构组成并进行简化建模,针对电主轴的偏心状态,采用电磁学对其进行力学分析;基于传递矩阵法对分段电主轴的简化模型进行机械动力学分析,对轴系的典型单元的状态进行了数学描述,递推出整个轴系的传递矩阵;综合电磁学与机械动力学的分析结果,修改部分典型单元的状态矩阵,根据电主轴整体的边界条件,得到偏心电主轴的传递矩阵方程即轴系的频率方程。     

基于构态变换的变胞机构结构综合

讨论了一种在运动中构态可变并改变自由度的新机构。基于构态变换的矩阵运算,提出了变胞机构结构综合的新方法。从其终态出发,应用终态的拓扑结构及其相应的邻接矩阵,进行了杆件添加和相应构态变换的矩阵运算,研究了所有组合可能性,并应用拓扑对称性去除重复情况,从而综合出新的变胞机构。     

3自由度柔性微机器人的静刚度分析

柔性微机器人要求具有很高的定位精度，而其静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对目前对柔性微机器人静刚度分析中存在的不足，采用了结构分析中的柔度矩阵法：首先建立起机构中柔性单元的柔度模型，同时通过不同坐标系间的转换和单元节点处位移协调方程和力平衡方程的建立，递推出机器人末端相对参考坐标系下的静刚度矩阵。最后，以3自由度并联柔性微机器人为实例分析了该机器人的静刚度。分析表明：利用柔度矩阵法分析柔性微机器人运动学问题不仅便于计算，更接近柔性机构的本质。     

动力响应问题的摄动Riccati传递矩阵方法

基于Riccati传递矩阵法,给出了一维不确定参数结构系统动力学响应问题的二阶摄动计算方法。该方法在用于一维结构系统动力响应问题的摄动分析时,不需要按振型展开,避免了基于有限元的矩阵摄动方法所带来的模态截断误差问题,提高了分析结果的精度。以多跨转子——轴承系统为模型,导出了动力响应问题摄动R iccati传递矩阵法的具体计算公式,并编制了相应的计算分析程序。算例对弹性支承的等截面梁的动力响应问题进行了摄动分析,摄动计算结果和精确计算结果吻合良好。     

基于分离速度的七自由度仿人手臂自运动研究

首先分析了一种七自由度冗余仿人手臂的运动学正问题，然后求解了其雅克比矩阵，最后基于分离速度控制法，利用求得的雅克比矩阵对其进行自运动分析实验。实验结果表明，分离速度法求运动学逆问题，本质上是一种速度积分方法，存在数值计算误差。     

弧齿锥齿轮弯曲应力计算

提出了一种计算弧齿锥齿轮弯曲应力过程的应力影响矩阵方法。此方法应用应力叠加原理,将二次插值得到的接触迹线应力影响矩阵与载荷分布矩阵相乘,建立齿根弯曲应力影响矩阵,从而得到随载荷过程而变化的齿根过渡曲面上的弯曲应力过程。只需一次有限元计算,便可获得整个啮合周期的齿根过渡曲面上弯曲应力分布变化过程。该方法计算精确且极大地简化了计算过程。     

基于区间数设计结构矩阵的任务分解与重组

现代产品的开发往往在多个单位协作进行,而在一种新产品开发之前,很难准确掌握各功能部件设计间信息交流情况。针对这种情况,给出一种粒度可调的任务分解和重组方法。它先将产品按结构(或功能)进行详细分解,建立了其结构(或功能)树,得到对应小粒度的设计任务集;接着,用区间数描述各设计任务间信息交流程度,从而构建区间数设计结构矩阵;然后,根据所需粒度,选择合适的可能度水平λ,得到相应的截矩阵;最后,根据一定的准则将各设计任务进行聚类,即信息交流程度高的设计任务重组为一个任务。重组后的各设计任务类就是最终的设计任务分解集。文章给出了该方法的步骤,并通过示例说明其具体实现。示例分析表明该方法具有较好的参考价值。     

基于改进m序列的压缩采样观测矩阵设计

为了降低对嵌入式系统数据采集的硬件要求,提出了一种适用于模拟信号采集系统的压缩采样方法,为压缩感知观测矩阵提供了一种低功耗硬件实现方法。介绍了观测矩阵设计的相关要求,并提出了带压缩采样矩阵的高斯随机观测矩阵及基于改进的m序列的压缩采样矩阵硬件实现方法。考虑系统功耗及外围电路复杂度问题,提出利用MSP430微处理器完成压缩采样系统设计,并利用滚珠丝杠动态测试中的振动信号完成对系统的验证。实验结果表明,该系统能以低于亚乃奎斯特采样频率的采样率对振动信号进行压缩采样,能较为精确地重构出原始信号。     

Compliance-based matrix method for modeling the quasi-static response of planar serial flexure-hinge mechanisms

A matrix method is proposed to model the direct and inverse quasi-static response of constrained/over-constrained planar serial mechanisms with flexure hinges under bending, axial, and shear planar (three-dimensional) loading and small-deformations. The method uses a basic three-point compliance matrix corresponding to one rigid link and one adjacent flexure hinge that are subjected to one point load. This matrix connects the displacements at a point on the rigid link with the load that is applied at another point on it, and the deformations of the flexure hinge at its distal point. The quasi-static model of planar serial flexure-based mechanisms with multiple links under single/multiple point loading results from linearly superimposing all relevant hinge-link-load triads defined by their three-point matrices. A displacement-amplification planar device with right circularly corner-fileted flexure hinges is studied using several refinement stages of the matrix method to generate a model whose predictions are confirmed by finite element simulation.     

Analytical Compliance Modeling of Serial Flexure-Based Compliant Mechanism Under Arbitrary Applied Load

Analytical compliance model is vital to the flexure- based compliant mechanism in its mechanical design and motion control. The matrix is a common and effective approach in the compliance modeling while it is not well developed for the closed-loop serial and parallel compliant mechanisms and is not applicable to the situation when the external loads are applied on the flexure members. Concise and explicit analytical compliance models of the serial flexure-based compliant mechanisms under arbitrary loads are derived by using the matrix method. An equivalent method is proposed to deal with the situation when the external loads are applied on the flexure members. The external loads are transformed to concentrated forces applied on the rigid links, which satisfy the equations of static equilibrium and also guarantee that the deformations at the displacement output point remain unchanged. Then the matrix method can be still adopted for the compliance analysis of the compliant mechanism. Finally, several specific examples and an experimental test are given to verify the effectiveness of the compliance models and the force equivalent method. The research enriches the matrix method and provides concise analytical compliance models for the serial compliant mechanism.     

Transmission loss estimation of three dimensional silencers with perforated internal structures using multi-domain BEM

The calculation of the transmission loss of the silencers with complicated internal structures by the conventional BEM combined with the transfer matrix method is incorrect at best or impossible for 3-dimensional silencers due to its inherent plane wave assumption. On this consideration, we propose an efficient practical means to formulate algebraic overall condensed acoustic equations for the whole acoustic structure, where particle velocities on the domain interface boundaries are unknowns, and the solutions are used later to compute the overall transfer matrix elements, based on the multi-domain BEM data. The transmission loss estimation by the proposed method is tested by comparison with the experimental one on an air suction silencer with perforated internal structures installed in air compressors. The method shows its viability by presenting the reasonably consistent anticipation of the experimental result.     

基于模态法的形变重构技术应用研究

针对相控阵雷达领域天线阵面结构实时变形监测的需求,研究了基于模态法的应变测量形变重构方法。该方法采用光纤光栅传感器测量面板表面应变,通过模态理论实现应变–位移的转换,重构出反射面形貌。文中以某相控阵雷达实验平台为研究对象,通过有限元软件提取其模态位移矩阵和模态应变矩阵,计算获得应变–位移转换矩阵。通过实验测量,提取了多种工况下面板的应变值,采用模态法进行了反射面形貌重构,对重构结果和实际位移值进行了比对与分析。结果表明,模态法形变重构可以较为准确地重构反射面变形。     

基于姿态矩阵判据的光学焦距在线快速标定

针对在轨运行的微小航天器发射过程的振动引起的结构变形和在轨太阳光照产生的结构热变形会使发射前对惯性恒星罗盘(Inertial Stellar Compass:ISC)标定的光学系统焦距偏离实际值,进而影响微小航天器的高精度姿态确定的问题,提出了一种基于姿态矩阵判据的ISC光学系统焦距在线快速标定方法.首先,分析了光学系统焦距与姿态矩阵的映射关系;然后,利用任一时刻由滤波生成的姿态矩阵,结合姿态矩阵单位正交特性的这一判据,采用迭代法实现了ISC光学系统焦距的在线快速标定.实验结果表明:该方法对ISC光学系统焦距的标定精度同星点质心提取的像素精度相当,大约为0.01个像素.该方法可在轨随时进行光学系统焦距的标定,标定速度快,且不需要采集大量姿态测量传感器的数据,标定效果良好.     

基于区间数聚类分析的多属性瓶颈区域识别方法

制造业生产环境复杂,瓶颈现象的出现会制约其发展.针对利用单一数据识别单个瓶颈机器的方法难以具体描述系统瓶颈的问题,提出了一种基于区间数聚类分析的多属性瓶颈区域识别方法.首先采用k-means++聚类分析方法,根据决策矩阵比较各指标的相似程度,找出不同距离下的机器区域.然后利用决策矩阵求出的可能度矩阵排序向量找出各区域的...     

含复铰平面运动链拓扑对称性识别的邻接矩阵方法

提出了识别含复铰平面运动链拓扑对称性的邻接矩阵方法。根据能够反映复铰和多副杆特点的构件邻接矩阵和铰链点关联矩阵,按照构件或铰链点的划分,利用圆排列转动和圆排列对应匹配的方法进行构件或铰链点拓扑对称性的识别,并提出了基本算法。研究表明:该方法能应用于无复铰平面运动链,并且具有简便、直观、可靠和便于用计算机进行处理等特点。     

Configuration Analysis of Metamorphic Mechanisms Based on Extended Adjacency Matrix Operations

The adjacency matrix operations,which connect with configuration transformation correspondingly,can be used for analysis of configuration transformation of metamorphic mechanisms and the corresponding algorithm can easily be simulated by computer.But the adjacency matrix based on monochrome topological graph is not suitable for the topological representation of mechanisms with multiple joints.The method of adjacency matrix operations has its own limitations for analysis of configuration transformation of me...     

传递矩阵法分析平面柔顺机构的振动特性

为了分析柔顺机构的动态性能和力学传递关系,提出一种新型的基于传递矩阵法的振动力学模型。柔顺机构由若干个柔性铰链与杆件顺序联接而成,采用传递矩阵法描述其力学状态量的传递关系。将柔性铰链视为拉伸和弯曲变形的弹性梁,应用材料力学理论建立反映其自振性能的传递矩阵。将杆件视为刚体,采用动量矩定理建立其动力学模型,得到描述振动刚体的传递矩阵。按照柔顺机构的联接形式,将每个元件的传递矩阵进行拼装,得到系统总传递矩阵。总传递方程以柔顺机构的边界点状态矢量为未知变量,矩阵中的元素为机构结构参数和频率的函数。应用边界条件,可得柔顺机构的特征方程,通过求解方程可得系统的固有频率和振型。将外力纳入传递矩阵,建立反映外力激励与系统的关系的扩展传递矩阵以求解系统的频率响应。通过2种常用平面柔顺机构的动态性能分析,结果表明所建立模型的正确性,能精确描述柔顺机构力学传递关系。     

基于分辨矩阵基元的不完备故障诊断系统的规则提取技术

在故障诊断中,从不完备数据中获取规则要比从完备数据中获取规则困难,提出一种直接从不完备数据中获取最优广义诊断决策规则的粗糙集方法。给出分辨矩阵基元的定义,研究分辨矩阵基元的性质以简化分辨矩阵基元的计算过程;根据分辨矩阵基元的定义,给出不完备故障诊断决策表中面向对象的分辨矩阵的定义,并以此来构造面向对象的分辨函数,结合命题逻辑中的基本等价式,如分配律和吸收率等,给出一种计算最小面向对象约简的方法,实现不完备故障诊断决策表中面向对象的约简计算和最优广义故障诊断规则的获取。结合电力系统操作点的安全状态诊断实例给出所提出的方法在工程实践中的应用步骤,并证明该方法的有效性。     

一种通用二次旋转曲面面轮廓度算法

提出了一种通用求二次旋转曲面面轮廓度的算法。首先使用最小二乘法利用所有的测量点求出被测曲面的一般方程,根据被测曲面特征采用高精度算法从二次齐次变换矩阵求出一特定的特征值及其相应的特征矢量,则该矢量为二次旋转曲面的旋转轴线方向。然后以此方向作为被测曲面的基准轴线方向,确定出旋转及平移坐标变换矩阵。根据各参照曲面的特征,确定出被测曲面的面轮廓度计算公式。最后给出一个模拟实例以验证该算法的有效性。这一算法在数学模型建立过程中没有使用任何简化和近似的方法,所以不存在模型误差,仅有计算误差,具有精度高、算法稳定的特点,而且对被测物体的放置没有特殊的限制,在坐标类测量仪器中具有广阔的用途。