高速切削高温合金GH4169数值模拟与实验

为了准确模拟高温合金GH4169高速切削过程,深入研究了高速切削GH4169的有限元建模技术,包括有限元模型的建立、材料本构模型、切屑分离准则以及接触摩擦模型等关键技术。为了模拟高速切削GH4169的切屑分离过程,研究切屑形态及其形成机理,分别采用Johnson-Cook和各项同性硬化本构关系模型对GH4169的高速加工过程进行二维正交切削有限元模拟,2种模型都获得了相类似的锯齿状切屑。在此基础上,模拟了基于上述2种模型的应力场、温度场和切削力曲线。为了验证有限元模型的有效性和正确性,在CA6140机床进行了GH4169高速车削实验,实验获得的锯齿形切屑验证了2种有限元模型的正确性,实验结果表明:随着切削速度的增大,锯齿状切屑的锯齿化程度增大;绝热剪切是导致高速切削GH4169生成锯齿状切屑的主要原因。实验测量的切削力曲线和切削温度场,与有限元模型A输出结果更好地吻合,进一步表明模型A比模型B更能反映GH4169的实际高速加工特性。      

面齿轮车齿加工中切削角度和切削力计算

为了提高面齿轮的加工效率，结合车齿加工圆柱齿轮的方法，提出了一种利用车齿刀加工面齿轮的加工方法。分析了车齿加工的工作原理，建立了加工运动关系模型及车齿加工坐标系，推导了车齿刀切削刃上切削点的切削速度。对车齿刀前后刀面进行设计，建立了切削角度数学模型，分析了刀具切削角度在加工过程中的变化规律。利用VERICUT和DEFORM仿真分析软件对车齿过程进行验证，获得了加工后误差及加工参数对切削力的影响规律。     

数控机床动态轨迹误差的MATLAB仿真计算方法研究

对数控铣床加工过程中的动态轨迹误差进行了研究,介绍其产生原因和基于MATLAB的仿真计算方法,并给出了2坐标和4坐标典型运动轨迹在不同进给速度下的动态轨迹误差的仿真建模和计算实例.仿真结果表明,高速铣削加工中的动态轨迹误差所引起的工件轮廓误差是不可忽略的误差因素.     

航空氧气减压器性能仿真分析

对战斗机用供氧系统氧气减压器结构及工作原理进行分析,以逆向式减压器为研究对象,通过理论简化结构模型和气体动力学原理,建立了减压器稳态和动态数学模型.利用MATLAB/Simulink进行了减压器性能的数值仿真计算,从理论解析和仿真结果两方面综合分析了减压器的稳态特性和动态特性,通过对仿真计算结果与试验结果的对比分析,表明所建立的数学模型是准确的,采用的仿真计算方法符合计算精度要求.以此为基础分析了减压器的结构参数对其静态特性的影响,找出了影响减压器动态特性的主要因素,对减压器的设计和改进工作具有很好的参考作用.     

太阳电池阵地面展开仿真技术研究与试验验证

基于动压头简化公式、3D-FLUENT 全流场仿真以及附加质量方法, 针对实践七号(SJ-7) 太阳电池阵地面展开系统进行了研究, 首次实现了多体动力学与空气动力学实时耦合计算在太阳电池阵研究上的应用. 三种仿真计算方法所得结果相互得到了验证, 在计算精度方面大大优于以往做法, 同时与地面试验实测结果得到了很好的统一. 该方法目前已成功应用于其他在研型号任务.      

一种简化递推偏最小二乘建模算法及其应用

在已有的偏最小二乘相关算法基础上,提出一种简化的递推偏最小二乘算法,即直接采用自变量主元的2个回归系数矩阵来取代残差矩阵进行递推计算,进一步简化了递推计算过程,在保证建模精度的同时,使计算速度提高了近一倍.并以数控铣削加工过程中切削合力峰值在线建模为应用实例,对切削过程z传递函数的参数进行了在线辨识计算,由估计模型重构了切削过程的输出,其结果与实验测量值是一致的,且误差很小.仿真和实验结果表明,该简化递推偏最小二乘建模算法是正确和有效的,并且具有计算量小、辨识速度快、建模效率高等特点,适用于数据量较大、建模速度要求较高的研究对象的在线建模.      

纳卫星散热面与隔热层的联合设计模型与算法

纳卫星的被动热控系统对卫星舱内的温度控制及其有效载荷的可靠工作具有重要意义.散热面与隔热层设计是被动热控设计的两大关键环节.在对其进行传热学分析的基础上,建立了纳卫星散热面面积及隔热层厚度的联合设计模型和求解算法,阐述了应用这一联合设计模型与算法的具体流程,并以一太阳同步轨道纳米卫星为例,在客观分析其轨道热环境特点的基础上,对其散热面面积和隔热层厚度进行了设计计算、结果分析和仿真验证,得出了各设计参数间的制约关系,设计结果的分析及仿真验证表明:采用散热面和隔热层的联合设计可以得到较好的被动热控效果,这一联合设计模型与算法为纳卫星的被动热控系统设计提供了简便的设计计算模型和求解算法.      

波导窄边纵向缝隙耦合特性的研究

本文介绍两矩形波导窄边之间的及H面T形接头的长缝隙的耦合特性。考虑到波导壁厚度的影响,导出求解缝隙的口面场、散射场和等效参数的表达式。给出了计算实例并与实验值进行了比较。所获结果适合于主、副波导尺寸相同和不同的情况,缝隙尺寸、波导壁厚度可以是任意的。     

基于CUDA的超声二维声场EFIT仿真

随着图形处理器（GPU）的快速发展,基于计算设备统一构架（CUDA）可以方便地将并行计算技术应用于超声声场数值仿真计算,极大地提升计算效率。阐述了弹性动力学有限积分算法（EFIT）的原理,在采用CPU实现带吸收边界的钢材料二维点源激励声场仿真的基础上,基于GPU实现了仿真模型的并行计算,介绍了GPU程序的设计流程和参数优化方法,包括纹理内存使用、吸收边界优化和数据传输优化。对比了相同条件下CPU和GPU仿真计算的耗时和平均计算效率,定量分析了GPU对于EFIT模型效率的提升。比对结果表明,EFIT具有良好的并行计算条件,采用并行计算方法能够有效提升模型计算速度,对于复杂声场仿真应用具有广阔的应用前景。      

基于现代实验设计技术的巡航导弹概念设计

采用跳跃弹道空地巡航导弹为算例,研究了新型实验设计技术,即拉丁化近正交海默斯利序列取样法,在多学科设计优化中的应用.应用该实验设计方法进行了实验设计,并对取样结果与传统拉丁方取样进行了对比;基于支持向量机构建了学科近似模型,通过对验证数据的回归分析,检验了支持向量机响应的可靠性.应用该近似模型对算例进行多学科设计优化,并通过与精确模型的对比,检验了该近似模型的准确性.拉丁化近正交海默斯利序列取样法是一种高效的现代实验设计方法,在相似的实验条件下比传统拉丁方设计具有更好的正交性和均匀性,在复杂系统多学科优化设计中具有很大的应用价值.      

基于铣削力的刀具磨损监控研究

以铣削实验为基础,分析了铣削力中包含的与刀具磨损状态有关的频谱特征,分析了切削用量对切削力功率谱的影响,对比了切削力各分量的特征对刀具磨损状态的反映.从对铣削力功率谱的分析中得出:径向力功率谱对刀具磨损状态更敏感,其中有与刀具磨损状态密切相关的特征频段,而切削用量对该特征频段的影响不明显;还通过对切削力的时域分析,讨论了铣削力中径向力和切向力的分力比值对刀具磨损状态的反映.     

刀具磨损的偏最小二乘回归分析与建模

简述了偏最小二乘回归方法;对在不同切削条件下车削加工过程刀具后刀面磨损的多组实验数据,采用偏最小二乘回归方法,根据变量重要性指标分析和因子载荷分析,从8个变量及其组合中筛选出了6个用于建模的自变量,并以后刀具磨损量作为因变量,建立了对所选自变量(切削速度V、切削分力的均值F_x、F_y和F_z、分力比值F_y/F_x和F_z/F_x等)的偏最小二乘回归模型;采用建模数据覆盖的切削条件下的实验数据和建模数据未覆盖的切削条件下的实验数据,分别对模型进行了验证.结果表明,采用偏最小二乘回归方法选择的自变量是合理的,所建立的刀具磨损的回归模型可以较满意地计算出不同切削条件下刀具后刀面的磨损量.     

Gram-Schmidt回归及在刀具磨损预报中的应用

多元线性回归是一种应用广泛的统计分析方法.在实际应用中,当自变量集合存在严重多重相关性时,普通最小二乘方法就会失效.为解决这一问题,利用Gram-Schmidt 正交变换,提出一种新的多元线性回归建模方法——Gram-Schmidt回归.该方法可实现多元线性回归中的变量筛选,同时也解决了自变量多重相关条件下的有效建模问题.将该方法应用于机械加工过程中刀具磨损的预报分析,有效地进行了变量筛选,并得到了解释性强同时拟合优度也很高的模型结果.      

C/E复合材料螺旋铣孔切屑形状与切削温度研究

碳纤维增强环氧树脂基体(C/E)复合材料具有优异的性能,广泛用于制造飞行器结构件。在加工C/E复合材料连接孔过程中容易出现分层、撕裂等加工缺陷,而切削温度过高是导致加工缺陷的主要原因之一。螺旋铣孔作为新的制孔技术,加工C/E复合材料时表现出许多优于传统钻孔的特点,受到广泛关注。本文采用专用加工装备开展了C/E复合材料制孔试验,利用红外热像仪实时监测切削温度,分析了螺旋铣孔加工参数对切削温度的影响规律。根据螺旋铣孔运动学规律和切削原理,从未变形切屑形状特点入手分析了螺旋铣孔切削温度的来源和影响因素。研究结果可对深入理解螺旋铣孔加工机理、制定合理的螺旋铣孔加工工艺提供依据。     

CFRP超声振动套磨钻孔高效排屑机理和实验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）在普通套磨钻孔（CCD）过程中,切屑粉尘粘刀和料芯堵刀导致的排屑效果较差而影响套磨加工效率和加工质量的问题,采用超声振动套磨钻孔（UVCD）新技术进行了CFRP高效套磨钻孔的基础理论和实验研究。从理论上分析了CFRP超声振动套磨钻孔原理和高效排屑机理,同时结合所设计的超声振动气钻和车床平台实验验证了CFRP超声振动套磨钻孔的高效排屑钻孔效果。结果表明:相比于CFRP普通套磨钻孔,超声振动套磨钻孔极大提高了切屑粉尘和料芯的排屑效果,有效防止了切屑粉尘粘刀和料芯堵刀现象,明显降低了12%~20%的钻削力、16%~24%的切削温度和33%~39%的孔表面粗糙度,明显改善了CFRP孔加工质量并且延长了套磨刀具使用寿命。      

数控加工中等高线刀具轨迹的生成

针对高质量的等高线高速加工要求,设计并实现了数控加工中、根据刀位面及其Zmap模型计算等高线刀具轨迹的原理和算法.该算法充分考虑了刀位面Zmap模型的特点,能确保刀具轨迹始终处于顺铣状态,从而保证了良好的加工工艺性.算法稳定性好,计算速度快,并已在商品化软件CAXA-ME中成功实现.      

高碳醇/膨胀石墨复合相变热沉多目标优化

为解决高温工作环境下电子芯片的发热问题，设计采用相变材料（PCM）的控温模块，建立相变材料的控温模块模型。相变材料选择高碳醇/膨胀石墨复合材料。借助FLUENT软件进行数值模拟，探究在相同加热功率下，加热面积对控温时间的影响。对控温模块的几何尺寸进行参数分析，将数值模拟结果用于训练人工神经网络，实现对控温时间的预测。根据芯片发热功耗、芯片尺寸，通过NGSA-Ⅱ多目标优化算法优化控温模块几何尺寸，延长控温时间，降低模块质量。最终得到一系列非支配解集，可根据控温时间需求选择合适的模块尺寸设计。针对长宽为35.4 mm、发热功率为15 W的芯片进行控温模块优化设计。环境温度为80℃，温控目标小于90℃，控温时间180 s，优化后模块减重13.0%，模块内温度与液相分布也更均匀。      

用CBN刀具高速切削灰铸铁的试验研究

研究了CBN刀具高速切削灰铸铁时的刀具前、后刀面磨损、耐用度以及富氧气氛对切削性能的影响,所用的灰铸铁具有不同的铁素体、珠光体比例,最高切削速度达1＇100 m/min.研究表明Amborite刀具的刀尖磨损略大于BZN6000刀具,在较低速度下加工以铁素体为主的灰铸铁时更容易发生月牙洼磨损;BZN6000刀具以700 m/min的切削速度加工铁素体含量较高的灰铸铁时耐用度较高,Amborite刀具的耐用度随切削速度而升高;在富氧气氛中切削可以减轻刀具磨损,这一效果对BZN6000刀具更为显著.文章中对这些现象的原因进行了讨论.