基于残余应力释放的航空结构件加工变形模型与结构优化方法

在毛坯成形过程中,材料力学性能的非均匀性导致铝合金厚板内产生残余应力,以致在后续切削加工过程中,随着材料的去除,残余应力的释放使得整体结构件发生变形,严重影响着整体结构件的尺寸稳定性。因此,定量化研究切削过程中残余应力释放的加工变形分析与预测是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过铝厚板的材料去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于整体结构件的残余应力等效为外力后,综合考虑铝厚板横向方向和轧制方向的残余应力,依据弯曲变形理论创新性地建立铝厚板内初始残余应力释放模型。残余应力释放模型不仅能够准确地计算整体结构件的加工变形,而且还能够方便地优化工艺参数完成加工变形的有效控制。根据模型计算值与有限元仿真值、实验测量值的相互比较,分析结果表明：无论是幅值还是变形曲线,计算值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。     

我国水资源情况调研与分析

近六年来,我国水资源总量及人均水资源量微略上升,而全国用水总量却逐年上升,这一矛盾最终都要在涉及到人们日常生活的水价中体现出来。调查研究发现,我国水资源污染问题严重、利用效率偏低、水资源费太低、污染治理投资不足等问题相当突出,改革水资源管理体制已迫在眉捷。这种改革应以党的方针、政策为指针,以充分考虑人民群众特别是低收入群众的承受能力为基础,以“水价”改革为切入点,以综合、配套、全方位的管理体制改革为核心。     

基于矢量角度和优化技术的定位误差新算法

在夹具设计中,为了分析与计算定位误差,保证工件的加工精度,提出了基于矢量角度和优化技术的定位误差自动算法.首先通过工件与央具的装配结构关系,建立了经过接触点的定位误差尺寸链搜索方法;然后基于矢量角度的推算,将定位误差尺寸链转化为有约束优化问题,以实现定位误差的自动计算.该方法为计算机辅助夹具设计系统的开发提供了基础理论.     

基于线性不等式方程组解的存在性及其通解的工件可达/可离性分析算法

工件的可达/可离性反映了将工件安装到/脱离出夹具装夹布局的可能性,分析可达/可离性有助于在工件上正确选择装夹表面和装夹点。为此依据工件与装夹元件的实际接触或装配情况,利用泰勒定理提出了工件可达/可离性模型。通过将工件安装到/脱离出装夹布局的可能性等价于可达/可离性模型的解的存在性,借助任意数可表达为两个非负数之差这一数学技巧作为桥梁,将工件可达/可离性模型的解的存在性问题转化为线性规划问题,提出了工件可达/可离性的判断方法。尤其是在判断可达/可离性模型有解的情况下,继而考虑了工件安装到/脱离出装夹布局的方向性。在此基础上,进一步将可达/可离的方向性转化为可达/可离性模型的通解,由此构建了求解线性不等式方程组的Γ-算法。这个“先有解-再求解”的算法仅涉及到装夹元件在工件表面处的位置与单位法矢量信息,不仅适用于形状复杂的工件,而且避免了可达/可离性模型无解情况下依旧求解的局限性,同时也拓展和丰富了自动化夹具设计的理论基础。     

基于7075铝厚板铣削加工的初始残余应力释放与再分布模型

在7075铝合金厚板的制造过程中,材料塑性变形和力学性能的非均匀性,势必导致毛坯内产生残余应力。而在后续的高速切削加工过程中,残余应力随着材料去除的释放与再分布,是引起飞机结构件加工变形的关键因素。因此,研究残余应力释放与再分布的解析方法能够更为清晰地了解加工变形的演变机理,是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。通过材料的切削去除转化为残余应力的释放,利用静力平衡条件将作用于飞机结构件的残余应力等效为外力后,依据小变形理论创新性地建立加工变形的分析模型。通过全面地考虑拉压、弯曲、以及转角引起的飞机结构件的厚向位置变化,利用叠加原理建立了残余应力再分布的力学模型。本文建立的解析模型,不仅能够准确地计算飞机结构件的加工变形,还能够分析毛坯残余应力的再分布状态,通过与有限元仿真值、实验测量值进行比较,结果表明：无论是幅值还是变形曲线,解析值都与仿真值具有高度一致性,而与测量值相比,尽管在变形曲线上具有很好的吻合性,但由于残余应力的测量误差使得两者在幅值上亦存在一定误差。     

基于融合评价指标和神经网络的刀具磨损预测

机械加工过程中的刀具磨损状态对零件的加工质量、生产效率和成本影响极大。对刀具磨损的采集信号进行合理准确地降噪处理,是实现刀具磨损检测的核心技术。利用熵值法构造出信噪比、平滑度、均方根误差3个传统评价指标的权重,提出降噪质量的融合评价指标。对比仿真信号的去噪结果与真实信号发现,融合评价指标更具可行性和优越性。以最大融合评价指标为目标,提出降噪参数的优化方法。针对小波阈值去噪后的实际刀具磨损振动信号,与传统的单个评价指标相比,融合评价指标优选出来的降噪参数,不仅能够去除\[6 kHz,12 kHz\]高频部分的噪声信号,而且能够比较完整地保留\[0 kHz,6 kHz\]低频部分的真实信号。通过提取出刀具磨损特征值,建立切削工艺参数与刀具磨损之间的神经网络预测模型。刀具磨损试验结果表明,预测结果与试验测量值之间的最大误差不超出6.0%,进一步验证了基于多指标融合评价的最佳降噪参数能够准确地提取出刀具磨损信号的特征量。     

基于翘曲度阈值约束的铝合金板材热轧工艺优化与实验验证

蛇形热轧是能够保证板材中心发生充分变形、破碎铸造状态下粗大晶粒为加工组织的铝合金厚板制备关键工艺,为此研究了板材在蛇形轧制工艺过程中产生的翘曲变形及其控制问题。通过研究铝合金板材轧制的机理模型,构建铝合金板材的蛇形轧制有限元仿真模型,得到有限元仿真值与参考值、测量数据吻合较好,应力、应变的最大相对误差仅为6.92%和7.33%,而翘曲因子也只有13%左右的误差;基于有限的训练样本组合,建立等效应变和翘曲因子的耦合预测模型,得到预测值与相应仿真值的误差不超过6%;在翘曲因子不超过规定阈值的约束条件下,建立使等效应变达到最大的轧制工艺参数优化模型,通过轧件等效应变构造个体的适应度函数,提出了轧制工艺参数优化模型的遗传算法求解方法。利用该方法不仅实现了铝合金板材轧制工艺参数的合理设计与选择,而且提高了板材轧制过程的仿真计算效率。     

基于运动学方法的线性尺寸定位误差通用建模与分析

定位误差是评价夹具性能的重要指标 ,分析定位误差是夹具设计中的一个重要环节。由于定位元件与工件的制造误差 ,工件安装后将不可避免地产生位置偏移 ,定位误差就是由于工件上的工序基准点位置在加工方向上发生偏移而引起的。现有夹具定位方案误差分析方法 ,如合成法、极限位置法以及微分法所建立的定位误差计算模型仅适用于特定类型的定位方案 ,不具备通用性 ;而目前利用运动学方法所建立的夹具模型仅考虑了定位接触点位置的影响 ,没有考虑调刀基准点位置偏移的影响。为此 ,根据运动学方法 ,在完善夹具模型的基础上 ,本文提出线性尺寸定位误差的通用模型与分析技术。     

夹具自动化设计中定位方案的生成式设计方法

为提高金属切削加工的精度,研究了计算机辅助夹具设计系统在定位方案自动化设计中的应用,建立了定位方案的生成式逐点设计方法.基于齐次线性方程组解的存在性,建立了定位正确性的理论条件,并根据几何空间约束条件,推出了定位正确性的工艺条件.基于分布迭代思想,提出了逐个选择定位基准并在其上逐个布局定位点的生成式逐点设计方法.通过典型实例讨论了该方法的分析应用过程.     

基于齐次线性方程组的工件自由度分析技术

工件自由度的合理约束是夹具设计的关键,基于定位原理的数学模型,根据齐次线性方程组解结构的性质,首先推导了三个定位方案的合理性判据;然后,基于刚体运动学,建立了描述加工要求和理论约束自由度之间关系的自由度模型;最后,利用典型实例详细讨论了自由度模型及合理性判据的分析应用过程。