基于颗粒阻尼技术的数控机床轻量化研究

随着数控机床向高精度、高速度和绿色化发展,轻量化数控机床的优势越来越明显。以ZN-XK2840数控龙门镗铣床为例,提出一种基于颗粒阻尼技术的数控机床轻量化设计方法。首先通过有限元法对常规数控机床结构的静态性能进行分析,对其壁厚进行优化,对轻量化的机床结构的静态性能进行分析,确保其最大变形量和强度满足使用要求;然后对常规数控机床的动特性如模态特性、谐响应进行分析。颗粒阻尼技术能够在振动传递路径有效降低机床结构振动,通过建立颗粒系统-龙门铣床动力学模型,采用自主开发的离散元动力学软件分析安装颗粒阻尼器后的机床结构动态特性,与常规机床进行动特性对比。对按轻量化的设计方案制造安装颗粒阻尼器的龙门镗铣床,在空运转和铣削加工过程中测量其加速度幅值与位移幅值,发现两者均小于常规机床;经检测,其重量相比同类产品减少53.8%,有效实现了轻量化。     

VSV调节机构的仿真提速和精度补偿措施

可调静叶调节机构对提高燃气涡轮发动机喘振裕度具有重要作用。基于多体动力学理论和自开发参数化建模平台,构建了考虑温度效应、尺寸误差、运动副间隙、非线性摩擦接触等复杂因素的五级联调刚柔耦合动力学模型。解析推导了轴-衬套法向非线性接触力表达式,并验证了采用不同法向接触力模型对仿真结果的影响不足2.198%;通过简化建模单元、向求解器提供力元对状态变量的偏导数,在确保刚柔耦合动力学模型计算精度的前提下,使得计算效率最大可提升24.56%;基于有限差分法,求解了可调静叶调节机构的阻滞力、角度调节精度对部分参数的局部灵敏度,据此提出了改善机构性能的补偿措施,并通过动力学仿真验证了补偿措施的有效性。     

加力燃油计量装置的AMESim 仿真研究

为获得加力燃油系统数字化仿真与性能验证平台,采用功能划分的方法分析了典型计量装置的功能模块,确定了伺服阀-随动活塞、计量活门-等压差活门是决定计量装置动态特性的主要组成部分,对其进行了数学建模。鉴于获得的数学模型描述系统特性时缺乏相关元件特性参数的设计依据,建立了由计量活门、等压差活门、电液伺服单元等组成计量装置的AMESim模型,计算主要结构参数后仿真分析了其稳态和动态特性。结果表明:基于控制系统构成的加力燃油计量装置功能划分与数学建模可为仿真研究与参数设计提供指导,AMESim可用于动态过程仿真与性能预测。     

面向五轴数控加工仿真的机床运动位姿算法研究

数控加工仿真是制造业发展过程中数字化与智能化的集中体现,然而现有研究在机床运动位姿计算精度上还存在不足,如未考虑数控系统指令模式、加减速控制以及机床几何误差等约束条件。针对上述问题,本文对五轴机床仿真运动算法进行研究,首先对五轴数控机床拓扑结构、模型和坐标系进行了完整定义,在此基础上探索了基于数控系统指令模式的刀具轨迹仿真密化以及相应的时间标记计算方法,并结合五轴数控机床几何误差模型,得到了更符合实际几何状态的机床模型运动位姿。通过对仿真机床实例的拓扑结构建模、刀位轨迹仿真密化以及机床模型位姿计算,对所提出的机床运动位姿算法进行了验证,证明该算法的可行性和有效性。     

数控机床轻量化技术研究进展

随着工业技术的快速发展,对数控机床和生产系统的要求越来越多地聚焦在节能与绿色发展等问题上,这给数控机床开发人员带来了新的挑战。轻量化技术不仅能够节省大量材料,而且还能优化机床结构的性能,为高性能数控机床的研制创造了有利条件。阐述了轻量化技术在数控机床中的应用,讨论了轻量化设计方法对机床绿色循环制造及其可持续发展的影响;着重分析了实现数控机床轻量化设计目标的有效方法及技术手段,并且对轻量化技术在数控机床设计中的发展前景进行了展望,提出一些建议。     

基于多体系统理论的数控机床综合误差建模技术

误差补偿是进一步提高机床精度的重要途径,真实准确的误差模型对最终的误差补偿的效果起着决定性的作用.采用基于多体系统理论的建模方法,对机床拓扑结构、机床的误差元素和坐标系之间的变换矩阵进行充分分析,建立了特定数控机床的综合误差模型,为后期实施对特定机床的实时误差补偿提供了误差计算依据.     

基于VERICUT的车铣复合加工中心虚拟仿真研究

随着零件结构和加工工艺的日益复杂及数控机床加工速度、精度和智能化水平的不断提高,各类数控机床已经成为装备制造业,特别是航空、航天、军工等制造业必不可少的加工设备,而以提高数控加工效率和自动化水平为目标的多轴复合加工机床又已经成为机床制造业的一个重要发展方向.     

飞机结构数字孪生关键建模仿真技术

飞机结构安全性设计思想经历了从静强度设计、安全寿命设计、损伤容限与耐久性设计到单机追踪的演变,未来有进一步向结构数字孪生的方向发展的趋势。飞机结构数字孪生是数字线程驱动的,多学科、多物理、多尺度、多保真度、多概率的模拟仿真系统,采用在线传感器监测、离线地面检查、飞机运行历史等多源数据,反映并预测对应飞机结构实体在全寿命周期内的行为和性能,有望革新现有的飞机结构使用和维护模式。面向疲劳寿命管理,提出飞机结构数字孪生的5项关键建模仿真技术,分别是载荷和损伤的数据获取技术、多尺度建模和力学分析技术、含裂纹复杂结构的精确高效仿真技术、基于降阶的数字孪生高效建模技术和考虑不确定性与多源异构数据的剩余寿命评估技术,并详细探讨这五项关键技术的研究现状与发展方向,为飞机结构数字孪生的系统研究与工程应用提供参考。     

基于滑模变结构的永磁同步电机精确线性化控制

 永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合系统,从非线性动态数学模型出发,应用精确线性化理论,实现了永磁同步电机系统的输入-输出线性化与解耦。通过线性化模型设计速度跟踪控制律,用指数滑模变结构控制器来设计电流调节器,算法简单实用,提高了速度跟踪的快速性和精确性。仿真和实验结果表明,该控制策略具有理想的动态性能和良好的鲁棒性。     

航空发动机整机振动耦合动力学模型及其验证

针对航空发动机整机振动,建立了一种通用的复杂转子-支承-机匣耦合动力学模型.在模型中,利用有限元方法对转子和机匣系统进行建模.支承系统采用集总参数模型,计入了滚动轴承和挤压油膜阻尼器的非线性,定义了多种支承和连接方式,以适应多转子和多机匣的复杂结构建模.运用数值积分获取系统非线性动力学响应.针对两个实际的航空发动机转子实验器,建立了整机耦合动力学模型,进行了整机模态实验验证,结果表明了航空发动机整机振动耦合动力学建模方法的正确有效性.      

高空试车台供气压缩机组动态仿真建模方法研究

针对国内高空试车台研究中缺少对供气压缩机组动态仿真研究方法的现状,提出了一种适用于该热力系统的动态仿真建模方法。基于守恒方程,获得了压缩机、管网、换热器、调节阀的动态仿真计算模型;将Greitzer压缩机模型应用到复杂热力系统的动态建模中;在容腔模型的基础上增加流动损失计算模块,提出了“容腔-损失”管网模型。在Matlab/Simulink平台上搭建了某试车台供气压缩机组动态仿真模型。将仿真结果与实验结果对比,验证压缩机、管网等部件动态仿真模型的可靠性。其中,压力、温度的仿真结果的平均误差均小于1%;与传统的容腔模型相比,“容腔-损失”管网模型误差明显减小。证明了该建模方法的精确度与可靠性。     

LMS航空发动机仿真技术机电液一体化解决方案

LMS Imagine.Lab AMESim为用户提供了一个完整的-维仿真平台对多领域智能系统进行建模和分析,并预测其多学科专业耦合性能.而且是市场上集成基于模型的系统建模的这一先进开发技术最成熟的商业平台.现已广泛应用于全球领先的航空、航天、汽车、重工、工程机械等先进制造业.     

强瞬变空气系统的模块化仿真建模

提出一种针对强瞬变空气系统的模块化建模方法,该方法将空气系统模型分解为由规范接口互联的4类基本元件,并考虑了空气系统强瞬变过程中容腔效应和气体惯性力的耦合影响.基于面向对象的技术开发了仿真程序,并使用公开的数据对模型进行验证.结果表明:该仿真模型能够正确模拟空气系统强瞬变过程中的局部逆流、压力波传导、多容腔耦合振荡等毫秒时间量级物理现象,不仅如此,其模块化的设计特征也为进一步耦合精细的空气系统元件和建立复杂空气系统网络奠定了基础,该模块化仿真方法在航空发动机空气系统的复杂动态响应特性和机理的研究中具有切实应用前景.      

耦合空气系统的燃气轮机拓扑自构建建模方法

为了实现通用性强、可扩展性好、灵活高效的整机性能模型通用建模,提出了一种拓扑自构建的燃气轮机整机性能通用 建模方法。基于面向对象思想,采用模块化技术构建通用部件库,再通过拓扑接口关联部件组成整机模型,建立了适用于不同燃 气轮机类型的整机性能仿真模型。耦合了多支路复杂空气系统迭代求解模型,将其作为部件嵌入整机模型,以取代现有的定比例 引气量计算方法。采用跨平台图形开发框架及图像可视化技术,开发了人机交互友好的整机性能预测平台。采用典型双轴燃气 轮机算例,与试验结果进行了对比验证。结果表明：对于动力涡轮出口温度,采用恒定引气比方式和当前耦合方法的计算结果与 试验结果对比得到的最大误差分别为3.36%和1.31%;对于出口压力的计算在多数工况下的计算精度也有所提高。提出的拓扑自 构建的燃气轮机整机性能通用建模方法实现了部件自由搭建及整机拓扑自构建,且耦合空气系统后,整机性能仿真精度显著 提高。     

干切滚齿机床温度场特性辨识及分布优化

齿轮是航空航天等领域的重要基础件,其加工质量受到机床热态特性等的影响.为探究绿色干切滚齿机床的热态问题,提出一种多场耦合模拟和热成像重建相结合的温度场特性辨识方法.根据干切滚齿机床的多源热流特征分析,建立结构–热–流体多物理场耦合的干切滚齿机床温度场仿真模型;结合热像重建和仿真模拟分析,揭示干切滚齿机床的温度场分布特性...     

产学研用创新 服务机床行业——机械工业数控机床优化技术重点实验室

数控机床产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业,其制造水平高低和拥有数量是衡量一个国家工业现代化程度的重要标志。机械工业数控机床优化技术重点实验室于2010年12月由中国机械工业联合会批准建立,依托单位为上海理工大学。实验室通过产学研紧密结合的方式,围绕数控机床设计与加工工艺领域的关键共性技术,基于现代设计技术与机床动态性能分析与检测技术,以缩短设计周期、减小装备制造费用、提高装备性能为目标,开展关键技术研究工作。     

产学研用创新 服务机床行业——机械工业数控机床优化技术重点实验室

数控机床产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业,其制造水平高低和拥有数量是衡量一个国家工业现代化程度的重要标志。机械工业数控机床优化技术重点实验室于2010年12月由中国机械工业联合会批准建立,依托单位为上海理工大学。实验室通过产学研紧密结合的方式,围绕数控机床设计与加工工艺领域的关键共性技术,基于现代设计技术与机床动态性能分析与检测技术,以缩短设计周期、减小装备制造费用、提高装备性能为目标,开展关键技术研究工作。     

飞行器智能结构系统研究进展与关键问题

 飞行器智能结构是由传感器、驱动器、控制元件和基体结构组成的集成系统,它具有承载、检测、判断与动作等功能,可显著提升飞行器的性能。根据国内外飞行器智能结构系统研究的最新进展,论述了飞行器结构动力响应主动控制、智能机翼、旋翼以及飞行载荷谱监测与结构损伤诊断等的基本原理与技术问题;指出了飞行器智能结构系统研究在埋入式功能元件、复杂非线性多场耦合系统的动力学建模与控制以及智能结构系统中的损伤和失效问题等方面所面临的关键技术问题和挑战。     

基于Monte Carlo的聚焦型X射线脉冲星望远镜多物理场耦合分析方法

聚焦型X射线脉冲星望远镜(XPT)是涉及光学、机械学、热学等多学科的复杂航天载荷,多物理场耦合分析对提高其在轨性能和可靠性至关重要。传统的光机热多场耦合分析(MCA)方法并不能考虑X射线能量及其反射率信息,而且存在学科间数据传递困难的问题。为此,首先基于Monte Carlo和X射线全反射理论提出了一种高效的多物理场耦合分析方法。该方法同时考虑X射线能量和反射率两大特征信息,基于有限元分析(FEA)法建立了XPT热-结构物理场耦合方程和有限元分析模型,针对不同工况进行热分析、结构分析以及热-结构物理场耦合分析。其次,采用Construction Geometry函数分别提取不同工况下光学镜头面形的形变量,并基于多项式函数对变形后的镜头面形进行拟合和误差分析。然后,基于所提方法对变形后的光学系统聚焦性能进行分析与评价,得到镜头形变对XPT光学聚焦性能的影响规律。最后,以多层嵌套的XPT为例,对不同视场角和形变的X射线光学系统聚焦性能进行了仿真分析。结果表明,在全视场时热-结构耦合形变、热形变及结构形变导致XPT聚焦性能分别下降30.01%,14.35%和7.85%,弥散斑均方根依次为2.9143 mm,2.6038 mm,2.5311 mm。通过与试验结果对比分析,验证了所提方法的有效性,可用于XPT的可靠性设计。     

国产数控机床动态精度技术现状与对策

高档数控机床是支撑航空、航天及能源工程等领域零件加工的关键装备.当前我国已经可以设计和制造各种结构型式的高档数控机床,但是机床的性能与国外先进产品相比仍然存在一定差距,其中高速下的动态误差大是主要差距之一.将动态误差定义为进给轴执行器末端位置相对于指令位置的偏差,并划分为闭环内动态误差和闭环外动态误差两部分.以某国产数...