针对螺旋立铣刀无偏心或下偏心正交车铣轴类零件,研究了立铣刀圆周刃切除工件的切屑几何形状和切入切出角,沿铣刀轴向划分若干个微元体,对每个微元体建立瞬时切削力计算公式,并求积分得到瞬时正交车铣切削力预测模型,仿真分析正交车铣切削力.在车铣复合加工中心进行无偏心正交车铣切削力实验,将仿真结果和实验结果进行对比,验证了切削力预测模型的正确性.

针对普通旋转锉制造工艺与应用中的刀齿汇交于刀具顶点,造成容屑空间小、切削条件差等问题,提出了一种分区型旋转锉加工算法,在齿底轮廓面上进行分区型刀刃曲线的规划,并通过小圆心角、斜平面等参数,实现对旋转锉外形轮廓与刃形的有效控制.为适应旋转锉加工机床结构多样化、复杂化的发展趋势,解决用户数控加工后置处理过程灵活定制的问题,借鉴机构运动学方法,采用旋转变换矩阵,实现对机床结构统一化建模,并运用逆运动学方法,完成旋转锉加工的通用后置处理过程.刃磨实验验证了所提出的加工算法的正确性,能够满足实际使用要求.

通过磁折射理论及相应的有限元模型分析了加厚过渡区的磁场分布特性,主要包括由于内外径变化产生的空间磁场和由于壁厚变化产生的磁感应强度的非均匀性;找到并确认了变径产生的空间磁场是造成漏磁检测信号基线漂移的主要原因,并通过差分法进行了消除;同时,也发现了变壁厚区磁化的非均匀性会导致同当量缺陷的漏磁场信号不一致,通过分析壁厚及磁化强度对漏磁场的影响,提出深度饱和磁化方法.结果表明:该方法能有效消除钻杆过渡带区域的背景磁场干扰并保证信号一致性,使漏磁法能适用于钻杆加厚过渡带的检测.

针对负压伺服控制系统随压力工作点变化的强非线性和低工作压力时的非对称性,设计了自调整模糊PID控制器.该控制器由PID类型模糊控制器(FPIDC)和模糊自调整机构复合构成,自调整机构以压力工作点和FPIDC的前级输出值为参变量,实现了FPIDC输出比例因子的在线自适应调整.实验研究表明:该控制器对压力工作点变化适应性较好,且在工作压力较低时保持良好的动态性能,解决了常规PID控制器难以适应不同压力工作点以及由低压时充气、抽气非对称性引起的动态跟踪性能较差的问题,实现了负压伺服控制系统的高精度和快速响应.

使用Coiflet小波尺度函数作为插值函数,构造了一种基于零矩尺度函数的小波有限元,同时构造了二维Coiflet小波,并以其尺度函数作为插值函数构造了二维小波有限元.由于Coiflet小波同时具有尺度函数消失矩和小波函数消失矩,因此简化了移动矩计算方法,使移动矩和联系系数等相关计算更方便、准确.引入了转换矩阵,实现从小波空间到物理空间的转换.以一个一维微分方程和二维赫尔姆兹方程为例,使用本文方法对这两个问题进行了数值求解,结果表明Coiflet有限元法能够得到很高的精度.

为了研究不规则形貌对模具表面摩擦性能的影响,采用了一种操作简单、成本经济的加工方法——化学腐蚀法获得冷作模具钢Cr12表面的三种不规则形貌,分别对具有光滑表面和不规则表面形貌的试件进行乏油润滑状态下的摩擦磨损试验,得到了试件的摩擦系数和磨痕形貌.经过研究分析可知:不规则表面形貌可以有效地降低摩擦系数;摩擦系数的大小与表面接触峰的密度有关,在一定表面形貌下,表面接触峰数越多,摩擦系数越小且磨损程度也越小;随着表面腐蚀坑大小和深度的增大,摩擦系数先减小后增加;经过腐蚀后的试件表面硬度有了一定程度提高,增强了试件的耐磨性.

针对最小二乘复频域法在噪声干扰下模态参数识别精度不高的问题,采用分母替换函数,提出有理函数拟合改进算法,将其迭代后引入最小二乘复频域法.通过简支梁实验台锤击信号得到频域响应函数,代入到改进的算法中进行研究.结果表明:有理函数拟合最小二乘复频域法比最小二乘复频域法在噪声干扰下的识别效果较好,经过有理函数拟合改进后的多项式在阶次较低的情况下能识别出全部极点并得到更理想的稳态图,且对阻尼比的识别更接近真实值.

针对液力机械传动装置湿式多片离合器的结构特点,研究了离合器单摩擦副转矩的传递特性,提出了等效摩擦系数概念,用以描述摩擦副接合过程经历的不同润滑阶段.应用Abaqus有限元软件分析了湿式离合器多摩擦副不同接触面接触压力的分布规律,在此基础上建立了多片湿式离合器接合过程转矩计算模型.通过对比分析,所建立的转矩模型和功率损失模型均大于传统模型的计算结果,更接近实际工作情况.仿真结果表明:增加润滑油黏度或减小表面联合粗糙度,可使接合转矩上升平稳;减小摩擦副弹性模量,会使粗糙接触转矩响应减慢,增加接合时间.

针对冗余第二代小波包分解存在频带错位与误差积累缺陷,分析了其产生的原因,研究了相应的消除算法,并将频带错位与误差积累消除算法融合,提出了一种改进的冗余第二代小波包变换.该变换既避免了冗余第二代小波包变换中存在的频带错位缺陷,又消除了误差积累缺陷,非常适合于机械故障信号的预处理,并成功应用于直升机齿轮箱故障诊断中.应用结果表明:相比于冗余第二代小波包变换与第二代小波包变换,改进的冗余第二代小波包能实现对信号无频带错位、无误差积累、无频率折叠地分解,能更准确有效地提取隐藏在强噪声和其他强干扰背景下故障特征信息.

为了提高湿式多片盘式制动器的运行和制动特性,以轮式挖掘机驱动桥湿式多片式盘式制动器为研究对象,针对湿式制动器在非制动运行过程中带排特征现象,通过考虑表面沟槽作用、油膜收缩现象和层流N-S方程,建立湿式制动器带排特性预测体系,研究在不同体积流量、动力黏度和摩擦副间隙下湿式制动器带排转矩和温度变化规律.分析结果表明:在摩擦副间隙为变量情况下,带排特征预测模型摩擦副间隙越大,带排转矩峰值越低;在体积流量为变量情况下,带排转矩预测模型体积流量越大,带排转矩峰值越大;在冷却液动力黏度为变量情况下,带排转矩预测模型冷却液动力黏度越大,带排转矩峰值越大.

在软质工具机械抛光的基础上耦合外置环形磁场的辅助控制,采用混合铁磁性颗粒的硬质游离磨粒作为磨削介质,实现磁场辅助的软质工具游离磨粒抛光加工,并研究该工艺对抛光加工效率和质量的影响.通过抛光轨迹补偿实验,确定合理的轨迹补偿参数,并利用自行开发的轨迹规划软件,生成补偿后的抛光加工轨迹.采用正交实验的方法对多种金属材料的磁场辅助游离磨粒抛光加工过程进行参数优化研究并作对比验证,结果表明:外置的辅助磁场可提高软质工具抛光加工效率,改善工件抛光的表面粗糙度.

为了实现双定子液压马达的径向间隙补偿与可靠密封,提出了一种连杆外滚柱结构形式.依靠马达工作时产生的离心惯性力与液压力差,将连杆与滚柱分别压紧内、外定子曲线,形成密封容积;对不同工况下的双定子液压马达进行了受力分析,得到了各接触面正压力的数学表达式;同时搭建了试验台进行验证.结果表明:连杆外滚柱结构的双定子液压马达能够在实现滚压的同时具有更高地容积效率和比功率,连杆滚柱组与外定子间有滚动摩擦,减少了对定子曲线的磨损,延长了马达的工作寿命.

提出了一种单斗-链式旋臂物料提升机方案,研究了一种考虑物料惯性参数存在不确定情况下的提升机的非线性鲁棒位置控制方法.阐述了物料提升机的工作原理,采用第二类拉格朗日方程建立了物料提升机的动力学模型.假设控制力大小有界,基于一个给定的隐式李雅普诺夫函数设计了物料提升机的连续反馈位置控制器.控制器的增益是系统状态变量的可微函数,随着状态变量逐渐趋向于零,该增益逐渐趋向于无穷大,但是控制力始终满足给定的约束.基于牛顿迭代法与龙格库塔法数值求解了系统的动力学方程.计算结果表明:所设计的控制器抑制了惯性参数摄动的影响,实现了物料提升机点到点的精确位置控制,具有较好地鲁棒性.

基于有限元分析的形状优化算法,构建圆的渐开线型柔性板弹簧的有限元模型.以最小应力集中系数作为优化目标,最小应力值作为参变量,并分别以椭圆方程和阿基米德方程作为工具曲线确定形状控制参数,对板弹簧槽端封闭曲线进行形状优化.计算结果表明:最显著降低应力集中系数和最大应力的是经修正的外偏型阿基米德线封闭曲线,其次是椭圆弧线;优化计算结果与实验结果符合较好,表明所采用的柔性弹簧形状优化方法有效.

以熔融热态钢渣为起始原料,在高温状态下加入质量比为1.0∶1.5的石英砂对钢渣进行调质,得到的钢渣玻璃熔体采用熔融法制备微晶玻璃.利用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜／能谱仪(SEM／EDS)研究晶化时间对微晶玻璃析晶和性能的影响.结果表明:微晶玻璃的主晶相为透辉石［(Mg6Al2Fe2)Ca(Si1.5Al5)O2］,晶体形貌为块状,直径约为10～20 μm,分布均匀.随着晶化时间的增加,样品的密度、显微硬度、耐腐蚀性呈逐渐增强的变化趋势.经700 ℃核化2 h,900 ℃晶化5 h后的微晶玻璃综合性能较好.

利用平衡的二阶WAF算法研究了复杂地形上的二维溃坝问题.基于三角形网格建立了扩展平衡的有限体积格式,用WAF格式和HLLC Riemann求解器近似数值通量,中矩形公式离散地形源项,重新定义数值河床处理干湿边界问题,保证算法是平衡和扩展平衡的.利用WAF数值算法研究了复杂地形条件下的二维溃坝波演进问题,较好地模拟了溃坝波在传播中同固体壁面碰撞、反射的现象,计算数据和已有结果相符,证明WAF算法能有效处理溃坝间断解、复杂地形和干湿边界问题.

针对垂直轴水轮机流固耦合问题,采用均布力法和插值法相结合的单向流固耦合方法,在不同速比的工况下,分析叶片应力、水轮机整体应力、位移以及应变的变化规律,得出垂直轴水轮机在旋转过程中最危险工作方位角及其随速比变化的规律.结果表明:在一定速比下,当水轮机转到某一方位角时,叶轮受合力最大,此方位角为最危险工况;最危险方位角随着速比增大而增大,并逐渐接近叶片弦线与来流速度方向垂直的位置即90°;基于均布力法和插值法对水轮机叶片进行单向流固耦合分析,可以得到相同变化规律,在数值上均布力法更趋于保守.

采用硫酸钠溶液长期浸泡的方式,并通过测试砂浆抗压强度变化特征,研究再生细骨料掺量对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响,同时利用IR光谱、XRD衍射以及SEM等微观测试技术对其损伤破坏机理进行分析.研究结果表明:砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能随着再生细骨料掺量的增大而下降,当掺量大于40％时,下降尤为明显.微观测试分析表明:再生细骨料砂浆发生硫酸盐侵蚀破坏是钙矾石和石膏等腐蚀产物的共同作用结果,然而当再生细骨料掺量较低时(<20％),钙矾石为破坏的主导因素,随着掺量的增加(≥60％),石膏成为破坏的主导因素；此外,上述腐蚀产物的数量随再生细骨料掺量的增多而增加.

在机械澄清池中投加粉末活性炭,强化澄清池的生物处理作用从而增强对氨氮等污染物的去除,同时与PVC超滤膜联用,研究组合工艺的净水效能及排泥量对微污染物去除的影响.研究结果表明:该组合工艺出水水质逐步提高并达到稳定状态,对氨氮和CODMn的去除率稳定时分别能达到95.8％和45％;生物澄清池出水细菌总数略有增加,超滤膜出水细菌总数达标,组合工艺出水中颗粒物含量远低于100 mL-1,出水生物安全性较高.通过生物澄清池前处理,有效地降低了膜污染,在30 L／(m2•h)的通量下,PVC膜运行稳定,不可逆污染较少.改变生物澄清池排泥量对不同微污染物的去除影响不同.

用HNO3,HCl,NaOH及NH3分别对颗粒活性炭进行表面改性,通过静态吸附试验研究水中BrO3-在颗粒活性炭上的吸附特性,考察了活性炭孔径分布及官能团变化对BrO3-吸附的影响,测定了活性炭的吸附动力学曲线和吸附等温线.结果表明: BrO3-在活性炭上的吸附符合伪二级速率方程及内颗粒扩散模型,吸附中存在孔扩散过程,且孔扩散为活性炭吸附的主要速率控制步骤.活性炭的中孔体积是其吸附能力的主要控制因素,同时活性炭表面较高的碱性官能团和零电荷点法(pHpzc)有利于BrO3-的去除.

为了研究投加化学除磷药剂对活性污泥系统的影响,利用间歇实验考察FeCl3•6H2O投加对系统出水水质、活性污泥胞内贮存物以及胞外聚合物(EPS)含量和组分的影响.结果表明:随着投加Fe3+ 质量浓度的增加出水COD质量浓度逐渐降低,而系统对氨氮的去除效果影响不大;当Fe3+ 投加量小于8 mg／L时,出水磷酸盐质量浓度由2.32降至0.24 mg／L;当投加量超过8 mg／L时,出水磷酸盐质量浓度则增加到1.83 mg／L,PHA及糖原的合成和降解受到抑制,每g混合液体挥发性悬浮固体(VSS)中PHA水解量和糖原的合成量分别从53.11和83.53 mg／g下降到11.12和25.29 mg／g;铁盐的投加会影响不同类型EPS(总EPS、溶解性EPS、松散结合型EPS和紧密结合型EPS)的含量,但不会改变不同类型EPS的组分.

推导出非黏合柔性立管弯曲时螺旋条带曲率和挠率的变化量,采用能量法考虑了这一局部变形对螺旋层弯矩曲率关系和弯曲刚度的贡献,并基于此建立了柔性立管弯曲响应分析的理论模型.算例分析表明:条带的局部变形对立管完全滑移刚度的影响较大,应在分析时予以正确考虑;将理论分析与实验测试的结果进行了对比,二者符合较好;条带的局部变形还将引入相应的应力成分,采用梁理论对此进行了计算,与商用软件的结果对比显示其对应力的影响较大.

为了研究风力机平台的运动特性,利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和莫里森方程计算平台水动力,采用准静态悬链线理论模拟系泊系统,利用海洋工程工具SESAM软件建立了完整高效的风力机系统数值模型.针对自主设计的半潜式海上浮式风力机基础进行了水动力分析,数值分析结果与实验值符合较好.通过系统运动响应的统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响.研究结果表明:该系统数值模型时效性较好,可真实反映浮式风力机平台的运动特性,风力机载荷在大幅增加平台的纵摇和纵荡响应的同时会对纵荡和系泊载荷频谱产生最直接的主导性影响.

为研究复合材料螺旋桨的预变形设计,采用面元法和有限元法相结合的迭代算法,选择两种运行工况和十种铺层方式,研究纤维铺层对螺旋桨水动力及变形特性的影响,并择其中两种铺层方式进行了预变形设计.结果表明:纤维铺层对螺旋桨的水动力性能和变形均有较大影响,仅改变材料特性难以提高螺旋桨的推进效率;不管采用何种铺层方式,变形后纵倾总是在减小,侧斜总是在增加;单向铺层的螺旋桨当铺层方向与叶梢侧斜角相近时,其抵抗变形的能力较强;组合铺层方式的螺旋桨,不同角度的铺层仍然发挥其各自的作用并影响整体变形特性,改变层间铺设顺序对几何参数变化的影响较小; 经过预变形设计的复合桨,在设计工况能够实现与刚性桨等同的性能,而在非设计工况下性能优于刚性桨.

为了实现弱信号环境中的高灵敏度GNSS信号跟踪,提出了一种改进的非相干GNSS信号频率锁定方法,利用非相干累积消除电文反转的影响,扩展有效能量累积时间范围,改善了信噪比;设计了基于非线性加权累积偏差的最优频率间距计算方法,得到频率鉴别线性范围最大的非相干频率鉴别器;通过延长相干和非相干累积时间,实现宽线性鉴频范围的高灵敏度频率锁定环路.理论分析和蒙特卡罗仿真结果表明:所提出的方法可以改善频率跟踪灵敏度和牵引范围,在不进行电文估计、静态环境信号强度为-160 dBm的情况下,可以实现稳定跟踪并保证一定精度.

提出一种基于随机指令注入的抗旁路攻击硬件防护技术,通过在处理器内部嵌入一个指令自动产生与插入模块,在处理器运行过程中实时产生一些随机的指令并随机插入到正常指令执行序列中,打乱正常指令执行时序,起到了随机延迟与功耗混淆的作用,克服了现有软件随机延迟技术存在的缺陷.采用影子寄存器等策略解决随机指令执行与正常指令的冲突问题;通过采用配置寄存器来灵活地对随机指令注入功能进行控制,减少了系统防护开销,提高了防护效率.实验结果表明该技术比现有随机时间延迟技术安全性更强而且开销更低.