考虑多源信息耦合的高速涡轮泵转子动力学公理化设计方法

强耦合轴承、密封、平衡盘等部件的高速涡轮泵转子在设计过程需要处理不同领域的信息,如摩擦学、动力学、流体力学等学科的信息。为实现对这些多源信息的解耦和知识融合,提出基于公理设计的高速涡轮泵设计方法。该方法实现了对高速涡轮泵动力学设计的四层次功能需求域(Functional requirements,FRs)分解及其设计参数域(Design paramenters,DPs)映射,将14个DPs集成在5个物理部件(轴承、端面密封、推力轴承、平衡盘、转子)中,并由此发展了14×14的公理设计矩阵;由此矩阵获得了基于多源信息耦合的涡轮泵转子动力学设计顺序的流程图;对在该设计方法的指导中完成了对某涡轮泵转子的动力学设计,并对设计结果进行了评估。结果显示提出的基于公理设计方法优化了高速涡轮泵动力学设计过程和结果。     

架构约束条件下产品模块识别的可视化方法

为了在考虑架构约束条件的产品模块化过程中直观地识别出模块,提出一种基于可视化对角矩阵的方法.首先通过包含架构约束条件的遗传算法自动产生一组优化的模块划分方案;其次根据优化解集构建出成组可能性矩阵(GLM)并对其对角化,得到对角GLM(DGLM);再将DGLM的非对角单元根据可能性值进行着色;最后通过DGLM辨识出系统的典型结构和各种潜在的模块.以磁共振成像设备中的注射器为实例,验证了该方法的有效性.     

图像分形法研究多孔骨支架微观形态

为了研究多孔材料微观形态特征:孔隙率、渗透率的数学模型,为进一步研究数值仿真提供基础数学模型;采用分形数学和图形图像处理技术深入开展多孔材料分形维数研究,通过分形维数推导出多孔材料孔隙率φ,渗透率K的数学表达式;通过对6种羟基磷灰石骨支架微观形态的研究,得到6种骨支架的孔隙率、渗透率;通过与密度法得出的孔隙率对比研究,表明图形图像法得到的孔隙率数学模型行之有效,同时能从理论上计算出孔隙率和渗透率,简化了测量实验方法以及为多孔材料的数值分析奠定数学模型基础.     

水润滑螺旋槽端面密封的理论及试验研究

螺旋槽端面密封是液体火箭发动机涡轮泵用轴端密封的首选;考虑粘温、流体泄漏及热传导,建立了适合于内外双槽中间密封坝结构端面密封的理论分析模型,发展了螺旋槽密封膜厚控制方程和合适的边界条件;以此研究了密封特性参数(端面开启力、液膜刚度、摩擦力矩等)受不同运行参数(工作转速、压差等)和结构参数(槽深等)的影响规律.以水为密封介质,试验研究了处在不同压差和转速条件两类不同槽深的双螺旋槽端面密封的性能.理论和试验研究表明密封端面温升和摩擦力矩随转速和密封压差的增加而增加,槽深对温升和端面摩擦力矩影响不大;试验研究结果很好地验证了理论模型的正确性,为液体火箭发动机涡轮泵轴端密封的设计提供了理论和试验基础.     

基于CPLD的SPI-GPIO接口模块的设计

本文设计了一种基于CPLD的SPI-GPIO模块,使得主芯片通过SPI接口与CPLD通信,以实现系统IO扩展的功能.鉴于CPLD中的功能模块应该在满足使用要求的情况下尽可能地降低模块所占用的资源和运行频率,该设计避免了采用高速率时钟信号采样低速率SPI信号的方式,而是直接采用主芯片的SPI接口信号SCK作为模块的驱动时钟,制定了数据帧协议,并在通信协议中引入了2个冗余位来满足时钟信号的要求.综合结果表明,该设计能够降低模块占用的资源,仿真和实际测试验证了该模块的功能.     

定制化零件集成设计的几何特征与可制造模型构建

为解决针对航天运载工具普遍存在的定制化零件难于制造问题,文中提出在设计阶段既考虑其可制造性的集成设计思路.讨论了一类定制化零部件的几何特征和描述方式,依照其特点对其特征参数进行了定义;构建了考虑制造设备信息的可制造性评估模型,包括制造资源模型、制造过程模型、特征关系模型和制造对象模型.通过具体实例给出了集成设计过程的可制造模型部分结果.结果表明:模型兼顾了设计和制造信息,设计效率提高,制造成本降低.     

支持安全协同设计的设计问题分解方法

为了在协同设计中保护机密的产品设计信息,提出一种基于矩阵的设计问题分解方法.该方法针对现存的基于功能-参数矩阵的聚类算法往往导致受保护参数分散在多个模块且共享参数选择范围减小的问题,提出一种满足聚类约束条件的基于人工蜂群算法的聚类算法,并得到初始模块划分方案.为了进一步地减少受保护参数的信息泄露风险,提出一种调整初始模块划分方案的方法,其采用相对参与度指标来辨识容易造成受保护参数信息泄露的受保护功能;若存在这种功能,则调整相关功能和参数的配置,使得该功能在受保护模块中的相对参与度提高.最后以某溢流阀系统为例验证了文中方法的可行性和合理性.     

基于分形理论的骨支架微观形态建模

骨支架微观结构数学模型表达式的缺乏,制约着人工骨在数值仿真方面的研究和进展。文章基于分形数学理论和图像处理技术深入研究骨支架的微观形态,建立了骨支架多孔介质分形维数、孔隙率、渗透率和比表面积的数学模型;通过分形软件和图像处理试验计算医用异体骨的分形维数、孔隙率并根据密度法试验证明该方法行之有效,随之得出渗透率和比表面积数值。结果表明,基于分形理论的多孔介质数学模型可以应用于人工骨支架的数值分析研究,能够为人工骨多孔支架设计和多场耦合分析研究提供微观孔结构的理论指导,还可为骨支架多物理场耦合有限元分析提供基础参数解析表达式和广义有效弹性模量计算理论。     

保持特征的散乱点云数据去噪

为保证在去除点云数据噪声的同时不损失模型的细节特征,提出了一种基于特征信息的加权模糊C均值聚类去噪算法。首先,构建点云K-D树拓扑结构,根据点的r半径球邻域点统计特性去除大尺度离群噪声点。然后,利用主元分析法估算点云的曲率和法向量,根据曲率特征标识点云数据的特征区域,并采用特征加权模糊C均值聚类算法对特征区域去噪,采用加权模糊C均值聚类算法对非特征区域去噪。最后,使用双边滤波器对点云模型进行平滑。对提出的算法进行了验证实验,结果显示:去噪后点云模型的最大偏差保持在模型尺寸的0.15%以内;标准偏差保持在模型尺寸的0.03%以内。本文算法能够在有效去除不同尺度和强度的噪声的同时不损失点云模型的细节特征,去噪精度高,且对不同的噪声模型具有较强的鲁棒性。     

人工骨支架多场耦合力学数值仿真

建立多孔骨支架重组的多物理场耦合数值分析模型,研究了多孔骨组织支架在流固耦合情况下,骨架间隙营养液和骨架颗粒随外栽变化规律.仿照自然骨解剖结构建立了具有哈福氏(Haversian)和福克曼(Volkmann)管道的人工骨支架模型和用于数值分析的1/16简化模型,根据力学平衡条件推出应力场方程,建立动态孔隙率和渗透率数学模型;考虑骨架变形和营养液具有可压缩特性,根据流体力学连续性方程,推导出孔隙流体的连续性方程一渗流方程.辅以控制方程和定解条件,建立人工骨饱和多孔介质流一固全耦合渗流的数学模型;进而分析多孔人工骨支架应力场、孔隙间骨液压力场及渗流速度场在各种栽荷下的分布规律.