自主式静压气体轴承实现无究刚度的条件分析

传统的静压气体径向轴承由于低刚度而存在着振动和运动精度不高的问题,为此,作者提出一种自主式气体轴承控制方案,这种新型轴承帅检测轴颈位移的非接触式传感器,驱动轴颈的控制阀及调节整个系统的控制器组成,当有径3种节流控制方案,并得到相应的实现无究刚度的数值解。     

隐函数求解法在单供气孔静压气体球轴承参数优化中的应用

摈弃不可压缩流简化,在已知承载力的条件下,以最大静刚度为设计准则,建立了显含单供气孔静压气体球轴承3个结构参数和隐含轴承刚度的隐式方程.利用隐函数的导数及矩阵的正定性,讨论了隐函数极值存在的条件.在约束条件中加入了小孔节流器的实现条件、稳定性工作条件及加工制造限制条件等.编制MATLAB程序求解了隐函数极值及其对应的轴承结构参数取值,计算结果与使用不可压缩流简化得到的显式刚度方程的优化参数完全一致.     

最大刚度下单孔静压圆盘止推气体轴承的参数优化

根据已知承载力求最大静刚度的设计准则,采用不可压缩流简化方法,推导出显含圆盘止推轴承结构参数的等效刚度计算式.图解法分析结果表明,轴承的最大刚度点位于设计平面内稳定性约束条件和供气孔直径约束条件的交点;数值优化计算的结果与图解法一致,计算方法可行.     

基于静特性分析的环面节流静压圆盘止推气体轴承参数设计

用保角变换有限元方法研究环面节流静压圆盘止推气体轴承几何参数对其静特性的影响。结果表明,对承载力和流量影响较大的参数是供气孔直径d和供气孔数n,对静刚度值影响较大的参数是无量纲供气孔分布圆半径C、供气孔直径d和供气孔数n。依照优先考虑静刚度指标兼顾流量、承载力指标的设计原则,得出较佳的几何参数取值范围。     

气体静压轴承用多孔SiC陶瓷的制备及静态性能

以α-SiC和β-SiC粉末为原料,羧甲基纤维素为造孔剂,制备了多孔SiC陶瓷.探讨了烧结温度、成型压力和造孔剂含量对SiC陶瓷的气孔率、显气孔率以及弯曲强度的影响,研究了用不同渗透率的多孔SiC陶瓷制备气体静压轴承的承载能力和静态刚度.结果表明:在高温下,β-SiC转变为α-SiC,同时,通过α-SiC的蒸发-凝聚过程实现了SiC陶瓷的烧结,并形成无收缩自结合结构;试样的气孔率和显气孔率随烧结温度和成型压力的增加而略有降低,但弯曲强度却增大;造孔剂含量越高,试样的气孔率和显气孔率越大,弯曲强度越低.添加质量分数为10%的造孔剂,经250MPa冷等静压成型,在2 400℃下制备的试样气孔率和显气孔率分别为28.91%和24.03%,渗透率为7.74×10-13 m2,弯曲强度为63.8MPa.因此,多孔SiC陶瓷的渗透率越低,利用它制备的气体静压轴承的承载能力越低,静态刚度就越高.     

细长机械臂的刚度灵敏度分析与参数优化

针对细长机械臂的结构优化问题,提出了一种基于刚度灵敏度分析的参数优化方法.以三自由度固体火箭发动机内壁打磨机器人为例,首先给出了系统结构模型并建立了机械臂的刚度模型;其次,针对机械臂上7个关键部位的壁厚对弯曲刚度的影响进行了灵敏度分析,确定出对机械臂刚度敏感的4个部位壁厚变量;最后,以该4个壁厚变量为设计变量进行优化设计,得出了最优方案.仿真结果表明,经过参数优化后的机械臂刚度提高7.04%.该研究结果为此类机械臂的结构优化问题奠定了理论基础.     

切削过程仿真及工艺参数优化

加工工艺及其相关参数优化是协调加工质量、效率和成本等目标的主要途径之一.以切削过程为对象,研究基于有限元法（FEM）的切削过程建模与分析方法,考察了切削工艺参数对切削力的作用及其优化策略,根据切削力计算、仿真和实验对比结果,指出现有切削效应分析方法及相关仿真软件的应用尚有一些值得进一步深入研究的内容.     

大型风电机组关键承载部件主动阻尼降载优化控制

为降低大型风电机组关键承载部件的载荷和疲劳损伤,通过施加主动阻尼控制来进行降载,从而延长机组关键承载部件寿命。首先从理论上分析主动阻尼控制的基本原理与其关键控制参数,并应用FAST与MATLAB的联合仿真平台分别对叶片、塔架、传动链施加主动阻尼控制进行仿真,根据仿真结果分析了5 MW风电机组关键承载部件主动阻尼控制的有效性。然后设计在现有变桨功率控制环上加入主动阻尼控制环的独立变桨控制策略,同时建立一种适用于载荷控制效果评估的疲劳损伤计算方法,利用遗传算法以风机关键承载部件疲劳经济损失最小为目标进行各主动阻尼控制器与独立变桨控制器参数的联合优化。最后对算例机组进行了独立变桨载荷控制仿真,仿真结果表明,所设计的独立主动阻尼控制策略与参数优化方法在不影响功率控制的同时能够降低关键部位的疲劳载荷,并且能够取得最优化控制效果。     

有源电力滤波器的参数计算及其控制

研究了使用有源电力滤波器消除电网畸变电流的问题，分析了输出电流跟踪控制误差对补偿性能的影响，推导了参数的近似计算公式，提出了解决补偿电流时延问题的一种新的控制方法。通过实验证实了该滤波器的有效性。     

用于坛紫菜光合效率的DIVING-PAM参数优化研究

采用DIVING-PAM叶绿素荧光测定仪比较了坛紫菜（Porphyra haitanensis)藻体在不同光合有效辐射强度（photosynthetically active radiation,PAR）、暗处理时间和不同测量时间间隔下光合效率值的变化。结果表明,为了在最短的测量时间内获得准确的坛紫菜藻体叶绿素荧光指标测量结果,叶绿素荧光测定仪的最佳参数应设定为:PAR 100 μmol·m-2·s-1,最佳测量时间间隔30 s,最适暗处理时间15min。同时发现坛紫菜藻体光合效率的日变化在每天的10:30~18:30时间段内最为稳定,可以作为测量叶绿素荧光指标的最适时间段。     

地铁扣件Ⅲ型弹条的静力学模型与参数优化分析

地铁钢轨通过弹性扣件固定在道床的轨枕上,弹条是弹性扣件的关键部件,通过弹条的弯曲和扭曲变形产生扣压力,保证钢轨之间轨距正常和可靠连接,同时吸收车辆行驶产生的冲击能量,达到减振的作用。本文为了研究地铁扣件III型弹条自身相关参数对其力学性能的影响并进行参数优化,通过金属材料拉伸试验测得了Ⅲ型弹条的基本力学参数,开展扣压力试验得到了弹条扣压力与弹程的关系。建立了弹条的静力学理论模型,并使用单位力法推导了线弹性变形假设下弹条扣压力与弹程的关系,与试验所得数据吻合良好,验证了模型的可行性。根据理论模型推导了弹条不同截面的内力表达式,并以第四强度理论计算了弹条的应力危险点,结果表明,危险点发生在小圆弧靠近跟端θ=61°附近的截面。研究了材料参数和几何参数对弹条应力状态以及扣压力-弹程曲线的影响,提出了弹条基于材料参数和几何参数的优化方案：在规范规定的扣压力范围内,弹条横截面直径应不小于20mm,弹条的小圆弧半径r应不大于20mm。     

主动光学反射镜面形的校正能力及其优化设计

研究评价主动反射镜的校正能力以及如何获得最大校正能力的方法，在分别计算出各个作动器响应函数的基础上，通过其线性组合使镜面分别产生与Zernike多项式各基元波面尽可能一致的面形，并通过分析比较两者的一致性程度评价主动光学反射镜的校正能力．用有限元法(FEM)进行了静力学分析和计算，从而给出具有最佳校正能力的作动器分布的优化方案．     

变刚度悬丝支撑微纳测头的结构参数优化与动态特性分析

构造了一种基于悬丝约束支撑的变刚度微纳测头。利用压电装置驱动柔性机构变形,改变悬丝所受的轴向张紧力及横向刚度,进而改变测头约束支撑机构的整体刚度。通过正交试验法优化测头的各项结构参数,确定最优尺寸。基于有限元方法,仿真验证测头的各向同性、灵敏度、固有频率及瞬态响应等性能。通过仿真得到测头刚度关于悬丝轴向伸长量的变化曲线,结果表明测头具有一定的变刚度性能。提出的变刚度测头丰富了现有测头的结构形式,研究成果对该类型结构形式的测头的实际应用奠定了前期基础。     

磁悬浮主被动飞轮和被动磁轴承轴向力设计分析

针对现有商业卫星用磁悬浮飞轮存在发射成本高、体积大、重量大、功耗大、结构复杂和控制难度大等缺陷,提出了采用三自由度自稳定被动磁轴承代替原有磁轴承方案的磁悬浮主被动飞轮。分别介绍了飞轮和被动磁轴承结构、工作原理;通过等效磁荷法对被动磁轴承轴向力和轴向力刚度进行了数学建模;采用数值分析法,对被动磁轴承不同高宽比和气隙宽度的轴向力—位移曲线进行分析比较,并基于工程实际,选用高宽比为2和气隙宽度为1mm的被动磁轴承模型;采用有限元法,对飞轮在仅轴向偏移、径向偏移扰动、径向扭转扰动和同时发生径向偏移扰动与径向扭转扰动四种工作状态下轴向力自稳定性进行了分析。研究结果表明,轴向自稳定性满足性能需求,该自稳定被动磁轴承为商业航天卫星的磁悬浮飞轮的性能提升与成本降低提供了新的思路。