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[硕士论文] 张開
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的飞速发展,复合材料兼具多种材料优良性能的特性在世界上被广泛的开发,逐步应用到航天、军事等多种领域。在复合材料制品的成型质量中制造工艺与材料性能具有同等地位。与以往外固化成型方法不同,热芯缠绕工艺采用加热管在芯模内部通入高温水蒸汽的方法将复合材料的缠绕与加热固化两道工序同步化,有效的减少设备和占地面积、降低工人操作的复杂性,提高了成型效率,使复合材料实现了边缠绕边固化的一体化成型。
  复合材料缠绕制品中环氧树脂的使用频率很高。环氧树脂是热塑性材料,固化中需控制的温度特征参数很多,温度的精准控制是关键。当前温控中最突出的问题是加热时芯模轴向温度分布不均匀,这与芯模内部加热管道的结构存在直接关系:高温水蒸汽在芯模内部进行循环时,在封闭式尾部处对流效果不理想和存在流量、温度损失,使得复合材料在成型过程中首尾受热不均匀,可能存在应力变形、分层等现象。而且圆形导气孔口附近的芯模外表面温度等温线呈同心圆分布,内外温差较大,导致此处的壳体局部更易分层。
  针对以上问题,本文介绍了常用缠绕设备和复合材料壳体成型质量影响因素,建立了芯模内部加热管道蒸汽物理模型。基于流体分析软件FLUENT用二维模型对水蒸汽在加热管中的流场分布进行仿真,根据仿真速度云图和节点图分析了导气孔处的蒸汽速度与入口蒸汽流速以及加热管道结构之间的关系。根据分析结果对加热管改进,并对优化前和优化后的芯模管道进行了三维热流耦合:结果显示优化后的芯模内表面上的温度分布能满足预期要求,同时表明研究中温度轴向分布不均匀的因素是流量。最后,针对导气孔处芯模温度同心分布温差较大问题,运用射流理论分析了圆孔口不利于蒸汽扩散的原因,分析结果显示矩形孔是更理想的孔口形状。
[硕士论文] 孔祥臣
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的不断发展,复合材料缠绕制品以其优异的性能,越来越广泛的应用到各个领域。在复合材料缠绕成型工艺中,经研究发现,加热固化比常温固化的制品强度至少可以提高20%~25%,并且加热固化可以使固化反应比较完全,大大提高了化学反应速率,减少固化所需要的时间,缩短了整个生产周期。因此,对复合材料缠绕制品热固化工装的设计和研究,具有一定的理论意义和实践应用价值。
  从现有的复合材料缠绕制品工装存在的不足出发,对复合材料缠绕制品热固化工装进行了设计,本论文主要完成以下几个方面的研究:
  (1)对复合材料缠绕制品热固化工装进行设计,根据其工装的基本要求,设计一套工件轴距可调、各工件各自围绕自己的轴心自转且单一动力的复合材料缠绕制品热固化工装。以solidworks为设计平台,对此工装进行三维实体模型的建立。
  (2)当进行轴距调整时,对平面螺纹螺旋副进行了受力分析,求出旋转所需要的力。同时,在对张紧机构的运动轨迹分析中,分别对单个张紧轮和两个张紧轮的运动模型做了简化,建立了张紧弹簧机构带动链条径向移动的距离b与伸缩臂移动距离a的一种函数关系,借助matlab绘制张紧机构的运动轨迹曲线图,对运动轨迹进行了对比分析,得出两个张紧轮移动的距离可以比单个张紧轮移动的距离缩短100mm,有利于弹簧的选择,并且可以有足够的空间来布置张紧机构。
  (3)利用有限元分析软件ANSYS Workbench对复合材料缠绕制品工装的关键零部件进行有限元分析,静力学的结果表明结构的应力和应变都在许用范围之内。
  (4)对复合材料缠绕制品热固化工装的电气控制系统进行设计,包括核心控制元器件的选择、控制电路图的绘制、Modbus-ASCII通讯协议的介绍和控制核心各个功能程序块的编写。主要实现了基于RS-485的PLC与VFD-B系列的变频器通讯控制,并且采用触摸屏进行人机界面的交互,实现了对旋转速度的数控化。
[硕士论文] 汶睿
机械工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:生产线的平衡研究对于制造型企业具有重要意义,在约束条件确定的情况下,将一系列相互之间具有优先关系的作业要素分配给合适数量的工作站,以实现生产线的平衡。对生产线进行平衡优化不仅可以提高生产线平衡率,节约工时和降低成本,还可以提高产品质量,最终增强企业的竞争力。生产线的不平衡不仅会造成大量的在制品堆积,也会造成工时损失,严重时甚至会导致生产线的中止。
  论文首先介绍了装配生产线平衡问题的基本概念,以及装配生产线平衡问题在国内外的研究现状。以某压缩机公司泵体装配线为研究对象,在全面实地调查了解的基础上,分析和总结现有装配线存在问题。将课题研究问题归纳为第二类生产平衡问题,结合改进遗传算法与工业工程方法的各自优点,提出利用改进遗传算法来分析和工艺工程方法改善的解决思路。为解决装配线平衡的问题提出了改进方向和优化方法。
  围绕该装配线平衡优化目标,通过测定标准工时,建立数学模型,利用改进遗传算法在MATLAB中对装配线工艺进行重新排列和组合,优化工艺流程,提高装配线平衡率并降低平衡指数。之后在算法求得解的基础上,利用程序分析和动作分析等方法从总体工序到具体动素进行深入研究,使优化方案更符合生产实际。
  最后运用Visual Components仿真软件对改善的工艺方案进行建模和仿真,对比现有装配线分析单位时间产量和各工位利用率数据,验证工艺方案实际应用的有效性和可行性。结果表明平衡方案应用到企业实际生产中具有良好的效果,在实际中得到企业认可并可将研究成果应用到实际生产中,实际增加单日产量158台,提高装配线平衡率至77.8%,降低平衡指数至8.1。对于节约人员和设备成本、稳定产品质量、改善各工位生产负荷、提高企业竞争力具有积极影响。对优化企业资源配置、提高企业生产效率和竞争力具有积极意义和良好效果。
[硕士论文] 夏军雁
计算机科学与技术 广西师范大学 2017(学位年度)
摘要:碰撞检测是物理仿真、路径规划、虚拟装配及触觉渲染等诸多计算机科学领域内的一类基础问题,至今已有许多解决该问题的算法被提出,然而这些算法各有优劣。例如V-Clip算法、Lin-Canny算法、GJK算法都将多面体视为凸体对象,因此对于凹多面体,需要通过构造凸包来转化为凸体对象。而且当具体到实际应用中时,还会遇到一些其他挑战:例如触觉渲染要求极高的刷新率;精密零件的虚拟装配不但需要算法能够快速得到结果,而且对结果的准确性要求也很高,因此根据实际应用环境对已有的凸包构造算法和碰撞检测算法进行优化改进是一个值得研究的领域,具有理论意义与实际工程价值。
  本论文以刚性的基于三角形图元的机械表精密零件模型作为研究对象,论述了凸包构造和碰撞检测两个阶段的相关问题。本文主要进行的工作及成果如下:
  1.研究了凸包的性质,并在此基础上对三维空间的卷包裹(Gift-Wrapping)算法和快速凸包(QuickHull)算法的基本思想和计算复杂度进行了论述,重点讨论了快包法的优缺点,并由此提出了一种改进的三维点集凸包构造算法,该算法通过优先考虑与凸包顶点共面的其他顶点,避免中间面的产生,减少最终构成凸包的图元数量。本文使用该算法构造零件模型的凸包,利用凸包加快包围体的构造,并实现机械表零件与夹具及环境的快速碰撞检测和仿真。
  2.研究了碰撞检测全局阶段的N-体剔除方法:包围体树、空间剖分以及拓扑法,并讨论了各自的适用场景。在拓扑法中,我们重点分析了最著名的扫掠剪除(SaP)算法以及其各类变种的优缺点和执行效率,并提出一种基于样本估计的SaP优化算法,该算法通过样本估计动态选择离散排序轴,降低了大型场景中模型积聚和模型规模变化对实时性的负面影响。实验结果表明新算法的性能优于其他同类算法,且能够适应各种场景环境,其适用性更广。
  3.研究了碰撞检测局部阶段的精确相交测试方法,针对现有包围体树算法的实时性不足、对机械表装配场景的适用性不佳的问题,本文提出一种改进的混合包围体树算法,该算法在创建树节点时使用了多个相关包围体,并对树的构造方式进行修改,从而对零件模型间的相交状态可以更加精确高效的检测。我们还对如何优化内存占用进行了讨论。
  4.利用Unity3D引擎实现了机械表虚拟装配系统,并以系统的场景为模板构造实验环境,以碰撞检测算法的运行时间、准确性以及综合性能几个方面为考察目标,设计了两个算法对比实验。通过分析与传统算法的对比实验结果,验证了本文提出的SSVs混合包围体树算法在性能上优于传统算法。
[硕士论文] 解胜
机械工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:双材料管类零件是一种具有优良综合性能的高效管件,被广泛应用于电子、电器、机械和生活用具等领域。由于界面端两侧材料的物性不连续,双材料圆管承受载荷时,其界面端可能存在应力奇异性,容易在界面端形成严重的应力集中,从而引起界面裂纹或脱粘,进一步导致双材料圆管的破环。
  本文利用有限元分析平面双材料圆环界面的应力分布情况,探索平面双材料圆环结构产生的界面端应力奇异性现象。基于多重应力奇异性数值分析方法,结合有限元分析,总结提出平面双材料圆环界面应力奇异性特征值的计算方法。在此基础上,提出分析计算双材料圆管界面端奇异应力场的一般性方法。通过分析不同材料组合双材料圆管的θ-λ图,得出双材料圆管的材料组合应满足的配对条件,以达到减小或消除应力奇异性的目的。通过实验研究,测量分析双材料圆管界面端的应力场,分别与理论分析结果和有限元仿真模拟相对比,结果表明,实验所得结论与两者均相符合,进一步验证了本文提出的理论方法的合理性与可行性。通过本文研究,为解决双材料圆管界面端应力奇异性问题提供理论和实验方法,并进一步为典型的双材料圆环结构在工业上的应用提供了理论依据。
[硕士论文] 朱献悦
机械工程 苏州大学 2016(学位年度)
摘要:结合了客户定制和大规模生产这两者优点的大规模定制生产模式是21世纪一种新的生产方式,在满足客户需求多样性的同时也适应了现代企业对敏捷性(低成本,高效率)的高要求,而模块化技术则是大规模定制模式能否成功的关键因素之一。据统计大约70%的产品设计属于产品修改或是变型设计,利用模块化设计方法可以高效的利用设计资源,降低大规模定制中产品族的装配和制造成本,还可以简化、缩短设计过程,促进产品更新等一系列优点。
  论文首先综述了模块化技术的定义、特点以及作为先进生产制造技术的优势,详细介绍和分析了复杂产品模块划分必要性以及面向大规模定制的复杂产品模块划分理论和应用,并阐述了国内外学者在模块化技术和模块划分方面所取得的研究进展。然后基于前人的研究基础,对模块划分方法、模块划分方案评价和模块设计进行了深入分析和研究,并结合Modular BOM(MBOM)和相关性矩阵的概念,提出了一种基于MBOM表的模块划分新方法。并以封带装置为例,对其进行模块划分,结果证明基于MBOM表的模块划分具有计算量小、可实施性强等优点,验证了此模块划分方法的优越性。
  最后在上述研究的基础上,本文通过Inventor二次开发技术以及基于Inventor的三维参数化模型库建立方法的研究,运用Inventor与Visual Basic Studio之间的通讯连接,开发了封带装置快速装配系统并将其成功应用于公司产品设计中,为模块化快速装配提供了应用基础,有效地提升了封带装置的设计效率,降低了封带装置的开发成本,也进一步说明了基于MBOM表的模块划分方法的实用性和可行性。
[硕士论文] 王丽
机械电子工程 哈尔滨工业大学 2016(学位年度)
摘要:在科学技术迅猛发展的今天,大科学装置是国家维持持续发展的支撑条件,大科学装置的研发和制造一直是制约我国军品发展的瓶颈问题,包括研发周期长、制造费用高等问题。
  装配是复杂产品形成过程的一个重要环节,装配质量和效率除了对装配过程的质量控制之外,设计阶段对装配的考虑才是主要的决定因素。针对这一现象,本文在可生产性工程的基础上,分离出可装配性工程这一领域,通过分别对可装配性和可装配性工程进行研究和分析,提出了基于大型复杂精密系统的可装配性工程的体系框架,包括可装配性工程组织结构、面向装配的设计指南、可装配性评价系统和可装配性工程文档管理系统四大模块,并以此设计出针对大型复杂精密系统的可装配性工程的实施方案和应用指南,其中应用指南主要以功能模型的形式呈现,实现了可装配性工程与产品研发过程的有效交互。
  同时,本文提出将项目管理的方法和工具应用于可装配性的实施过程规划中,借助Primavera6项目管理软件,对产品的研发过程进行规划,并设计出适用于大型复杂精密系统的可装配性管理系统,该系统包括上述可装配性工程体系框架中所包含的四大模块,并实现了对可装配性工程实施过程的控制、对可装配性评价和可装配性信息的管理功能。
  论文的最后,以神光工程中的终端光学组件为例,将此方案应用于终端光学组件(FOA)的可装配性工程的实施过程中,借助于Primavera6的项目管理软件和DELMIA仿真软件,对终端光学组件中的倍频装配体进行装配建模和装配过程的模拟仿真,并对其可装配性进行分析以及对其可装配性工程实施过程进行应用,发现该组件存在与装配有关的设计问题,从而得出了该可装配性实施方案是可行的结论。
  本课题的研究将对缩短产品研发周期、减少研发和制造过程的成本、提高产品的研发效率有着积极促进的意义。
[硕士论文] 雷康华
测试计量技术及仪器 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:虚拟装配是虚拟现实技术在工业领域的重要应用,是面向装配的设计技术与虚拟现实技术的结合。在虚拟场景中模拟零件的装配过程,可以分析产品的可装配性、规划产品的装配序列。虚拟装配不仅能提高产品的装配精度及效率,而且可以减少制作物理样机的成本,缩短产品的研发周期。目前虚拟装配已广泛应用于工业设计、生产制造、教学培训等诸多领域。
  本文结合Pro/E二次开发技术对虚拟装配技术进行了研究,并在Virtools开发平台上实现了模型的拆/装和人机交互装配。针对虚拟装配过程中装配序列规划、模型数据转换、Virtools中的脚本编辑及界面设计等问题进行了研究。
  基于Pro/E的产品虚拟装配开发中,通过遍历模型树提取零件的特征信息和空间位姿信息,并在零件自动拆卸过程中对零件进行碰撞干涉检查,建立干涉表,根据零件间的干涉关系选择拆卸方向,生成可行的拆卸序列。由“可拆即可装”原理,将拆卸序列求逆生成产品的装配序列。在此基础上,对位置特殊、沿单一拆卸方向不能拆卸的零件采用双向快速扩展随机树(Bi-RRT)算法进行路径规划。以零件初始点和目标点为起点相向扩展随机树,直至两棵树节点距离小于一个阈值或采样次数达到最大值,然后反向搜索树节点生成一条从初始点到目标点的无碰撞拆卸路径,实现复杂环境中零件的拆卸。
  以3ds Max作为Pro/E和Virtools之间的转换媒介,借助接口插件Virtools for Max导出Virtools可识别的格式文件,实现Pro/E模型的数据转换。将3d Max中导出的模型和Photoshop中制作的场景图片导入Virtools,利用Virtools的行为交互(BB)模块及Virtools脚本程序语言(VSL)生成人机交互界面来实现零件的自动拆装和分组装配功能。最后将开发的虚拟装配实例发布为可独立于Virtools环境运行的.exe文件。
[硕士论文] 荣云
机械工程 西南科技大学 2016(学位年度)
摘要:针对立式铆钉机钣金件人工铆接效率低,钣金件尺寸范围广,种类多,无专门适用于钣金件铆接,而换置自动铆钉机加工时需专用模具,不宜于钣金件铆接的问题,提出了一种基于工业机器人结合十字滑台的自动送板装置,并配合铆钉机铆接的方案。对于小尺寸板件,基于工业机器人的自动送板装置可单独使用,对于较大尺寸板件,也可作为取放板装置配合基于十字滑台的自动送板装置使用;分别对两种装置进行设计,对于基于十字滑台的装置设计出了可配合立式铆钉机使用的自动送板装置。通过电磁铁固定工件,使用导轨调整可装夹工件范围,由十字滑台及光电传感器实现铆钉目标点X、Y方向的精确定位,电动推杆控制其Z方向运动,并利用导柱自由行程消除铆接变形,实现自动铆接。
  对于基于工业机器人的装置设计出了可配合机器人的末端执行器。通过电磁铁固定工件,使用滑槽调整可装夹工件范围,对机器人路径进行设计,完成取板、放板动作,并配合光电传感器实现铆钉目标点定位,利用压缩弹簧消除铆接变形,实现自动铆接。为了分析板件变形对目标点定位的影响,对装夹条件下的板件进行有限元分析,确定了板件变形规律,变形对铆钉目标点在X、Y方向上不会产生位置移动,不需要进行位移补偿。按照铆钉工艺流程对两种装置进行控制系统的设计,包括控制系统的硬件设计和控制流程的设计。采用分支限界法优化铆钉路径,确定目标点最短路经。
  通过样机实验验证,无论是在单独使用还是在配合使用情况下,装置运行顺畅,均能满足设计要求,实现了钣金件铆接过程的全自动化,解决了人工铆接难的问题,提高了生产效率且实用性强,适用范围广,为铆钉机自动化改造提供了依据。
[硕士论文] 姜伟
机械电子工程 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:本课题设计了一种新的基于约束的力反馈虚拟装配培训系统。系统使用Virtools引擎作为显示引擎,Havok引擎用来创造物理环境,提出装配约束的设计来辅助装配,并使用力反馈器作为人机交互设备。装配培训系统中主要有4个核心模块:1)物理引擎模块;2)约束模块;3)力反馈模块;4)机构运动仿真模块。物理引擎可以轻易的创造一個物理环境,提高虚拟环境在视觉方面的真实性。提出基于约束的装配来解决将物理引擎引入虚拟装配中带来的问题,即物理引擎难以处理有插入的装配。同时,约束的引入,使得在空间装配中,不需要准确感知零件在三维空间中的深度,在处理有插入的装配时,缩减了装配培训时间,提高了装配培训效率。为了解决物理引擎的运算速度(~100Hz)远低于力渲染的更新频率(~1000Hz)。采用异步通信的方式,通过共享内存实现进程间的数据通信。力的计算分为重力,碰撞检测力以及约束力。重力计算的由零件的包围盒大小决定。使用弹簧质点模型来进行碰撞时力的大小计算,主要变量为碰撞后力反馈器的真实位置和光标显示位置之间距离以及力反馈器手柄移动速度。约束力分为移动约束力和转动约束力矩。移动约束力又分为滑动约束力和销钉约束力。机构的运动仿真可以用来测试是否正确装配。和CAD软件中常见的机构运动仿真相比,在装配培训系统中的运动仿真有力的反馈,增强了与虚拟环境的交互性。除了装配培训系统中的核心模块,还通过多个挂件丰富了系统的功能。
  本设计的创新点在于:
  1)设计了基于约束的力反馈虚拟装配培训系统。与传统基于鼠标键盘的虚拟装配相比,使用力反馈器进行交互提高交互的真实感。相比于传统的基于约束的虚拟装配,三角面片模型的创建和物理引擎实现了快速碰撞检测和模拟更真实的虚拟环境,大大增加了虚拟环境视觉真实性。相比于单一的物理碰撞虚拟装配系统,约束的引入又在尽可能不影响显示真实性的情况下大大提高了装配的效率;
  2)基于拆卸的装配序列生成方法。操作人员不仅可以根据拆卸的顺序得到初始的装配顺序。同时,可以根据动画,对现有的装配顺序作出改变。同时,拆卸过程也是零件自动记录约束信息的过程;
  3)除了显示模块和物理引擎模块,系统中其它所有的功能都是可以关闭的。这种“挂件”系统的设计思路可以减少进程在运行中的内存消耗和CPU的运算。
[硕士论文] 郑璐钧
机械制造及其自动化 中北大学 2016(学位年度)
摘要:模具主要通过对所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工,在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中,60%~80%的零部件都要依靠模具成型。模具的随型冷却通道可有效加快模具的冷却速度,提升产品质量的同时提高了生产效率。而随型冷却通道大多是由多段不同曲率弯曲孔构成的,有效加工模具的随型冷却通道,是本文所设计的自导向弯曲孔加工装置的主要功能之一。
  电解加工是基于阳极溶解原理的一种特种加工方法,具有加工速度快、表面质量好、加工范围广、阴极无损耗等优点,在航天、航空、兵器制造等领域应用十分广泛。本文中的自导向弯曲孔加工装置正是在电解加工理论的基础上所设计的。
  本文首先自行提出了一种弯曲孔加工的方法,并通过数控系统对电极进给方式的有效控制,加工出理想曲率的弯曲孔形状,并构思出一套完整的装置设计方案。然后在此基础上,有机地将装置分为三个独立系统进行设计,针对每一系统,将所设计出的装置方案进行细化,详细设计每一个零件,并且对关键部件如:电极以及电极的牵引控制部件——移动控制条等结构,结合相应的理论知识,运用理论计算、仿真模拟等手段进行结构设计、材料和型号的选择,并针对其中的不足之处进行改进、优化和试验验证。最后,在装置装配图设计初步完成后,拆分出各个零件,按照图纸加工所需的非标准零部件,采购所需的外购件,完成自导向弯孔加工装置的整体装配及调试。按照实际加工的需要,选择表面加工质量和加工精度作为衡量指标,通过正交试验的方法拟定了相应的试验方案,进行弯曲孔加工工艺试验,确定了相应的电解液浓度、工作电压、工作电流、初始加工间隙和间隙电解液压强以及各工艺参数的最优组合。利用此自导向弯孔加工装置,进行弯曲孔加工试验得到理想的加工结果。
[硕士论文] 杨和
机械设计及理论 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:机床大件螺栓装配是机床制造的重要环节,装配质量直接影响机床的性能,当前对于螺栓装配常常依赖于各厂家积累的经验,对装配质量评估尚无明确系统的研究。本文从螺栓装配过程中产生的装配应力入手,通过实验测试和建模分析的手段,研究了装配应力状态与机床动态应变和振动的影响规律,提出了一种基于装配应力测试-数据分析-建模优化的装配质量评估方法和装配方法,对于提升装配质量实现优良装配具有一定借鉴意义。
  本文首先介绍了国内机床制造现状,概述了国产机床存在的不足,在总结前人研究的基础上,提出基于装配应力测试分析的机床装配质量的分析方法。
  以某实验平台的线轨滑块-工作台螺栓装配为研究对象,用实验测试的方法研究了其滑块的装配应力状态,实验结果证明将所有螺栓按照相同的推荐力矩进行装配时,各线轨滑块上的装配应力表现出较大的差异。
  设计实验研究了单螺栓连接装配应力状态,研究了结合面粗糙度对单螺栓连接装配应力的影响规律,研究结果表明随着粗糙度的增大,螺栓装配沿着螺栓方向的压缩应力逐渐增大。这也证明了线轨滑块-工作台螺栓装配中各线轨滑块间装配应力表现出不均匀性具有一定的必然性和普遍性。
  在以上研究的基础上,本文针对线轨滑块-工作台螺栓装配,设计了39组不同的装配应力状态,测试在各装配应力状态下的动态应变和振动信号峰峰值,通过实验数据建立了Kriging模型,结合模型分析了装配应力状态对动态应变和振动的影响规律。
  在保证模型精度有效的基础上,以提升动态应变性能为目标,对装配参数进行了优化,将优化结果与传统装配工艺进行对比,证明动态应变的相关指标得到了大幅的提升,以此提出基于动态应变分析的装配质量评估方法和装配方法,对于实现优良装配具有一定借鉴意义。
[硕士论文] 孙皓亮
材料加工工程 南京航空航天大学 2016(学位年度)
摘要:数控渐进成形技术是一种具有一定柔性的钣金零件制造工艺,其核心思想就是快速原型制造中的分层制造技术。其在生产中可以不使用模具成形零件,从而简短生产准备时间,在小批量生产中,能降低生产成本。然而,在成形机理上,渐进成形工艺对零件力学性能、表面质量以及疲劳寿命的影响仍有一些问题值得探索。
  本研究主要内容包括:⑴渐进成形工艺对零件的成形性能与力学性能研究。对材料冲压成形性能与渐进成形性能分别进行试验测试,比较两者在成形性能区别,并分析了渐进成形过程中应变状态,并对渐进成形后变形区材料力学性能做比较试验,从而得出渐进成形工艺参数(成形角、成形轨迹层间距、成形工具头直径)对零件力学性能影响的基本规律。⑵渐进成形工艺参数对零件表面质量的研究。以渐进成形中三个主要的工艺参数(成形角,成形轨迹层间距,成形工具头直径)为对象,研究了这三个工艺参数与零件表面质量的关系。其中包括:渐进成形对零件表面粗糙度的影响和渐进成形对表面显微硬度的影响。在对表面粗糙度影响的研究中,还就其与三个工艺参数的关系进行了几何推导,并通过试验,进行了验证。而对表面显微硬度影响的研究,则通过试验及受力分析,分析工艺参数的影响。⑶渐进成形工艺参数对零件疲劳寿命的研究。通过试验研究渐进成形三个工艺参数与零件寿命的关系,结合对渐进成形零件表面质量和力学性能的研究,分析了各个工艺参数对零件疲劳寿命影响的一般规律。
[硕士论文] 李彦虎
机械工程 西安理工大学 2016(学位年度)
摘要:随着社会的发展和国民经济的增长,人们对工业产品的要求越来越高,而对于一件工业产品而言,其制作材料往往是消费者最关注的。近年来,大力发展复合材料符合我国的绿色低碳经济发展,我国经济的持续发展给复合材料在国民经济各领域的应用提供了广阔的空间,如新能源风力发电机叶片、机械、医疗、石油化工管道等诸多领域。在众多工业领域的纤维增强复合材料制品当中,管道所占的比重逐年越来越大,尤其管道行业中的连接部件——弯管,其所占比重逐年递增,因为在管道行业中,弯管属必不可少的连接配件,连接配件的性能直接决定着管道行业的发展。因此本文针对复合材料弯管的缠绕成型方法及控制进行研究十分重要,不仅具有理论上的指导意义,而且在实际应用中具有远大的现实意义。
  本研究主要内容包括:⑴通过复合材料弯管纤维缠绕模型的建立,并对其纤维稳定缠绕条件进行推导,给出稳定缠绕线型所需的最小缠绕角,绘制纤维缠绕过程中缠绕角与弯管曲率半径和管半径之比二者的关系曲线图,得出环面上的缠绕规律,确定缠绕角的变化趋势以及管径比与缠绕角之间的关系;⑵采用数值计算功能强大的MATLAB软件,对其整个缠绕过程中的线型进行数值仿真分析,验证文中所提出线型的合理性与正确性;⑶为了实现对复合材料弯管纤维缠绕成型过程的控制,推导与复合材料弯管相配套的弯管纤维缠绕机坐标运动方程,得到纤维缠绕过程中的轨迹坐标,并开发纤维缠绕的数控(NC)代码转换界面,通过输入线型设计所得的已有数据可将其转换成相应的可直接用来被数控缠绕机识别的缠绕加工代码,为实际生产大大的提高了效率,并且降低了成本;⑷针对弯管类非轴对称体部件,基于VB6.0创建可视化界面,可以直观的显示仿真模具的中心曲率半径、管半径、圆柱段长度、纱宽、切点数以及缠绕循环周期等各个相关参数,并基于VB6.0结合MATLAB生成三维仿真效果,使得设计结果能够快速高效的实现仿真模拟,为以后的实际生产提供有力的理论依据。
[硕士论文] 吴卫星
车辆工程 华东交通大学 2016(学位年度)
摘要:纤维金属层板铆接构件广泛应用于工业各个领域,尤其是航空航天领域。由于铆接结构中存在许多接触界面,这些接触界面处在外载荷的作用下很容易产生应力奇异性和微动疲劳破坏,因此,分析纤维金属层板铆接界面端的应力奇异性场和微动疲劳对改善铆接结构强度和可靠性具有重大意义。研究的主要内容有以下几点:
  1)针对铆接结构的特点,应用特征函数扩展技术分析柱坐标下接触界面端的应力奇异性问题。首先建立柱坐标下圆柱体端面接触边缘附近的三维渐近位移场和应力场渐近表达式。然后根据铆钉/被铆接件接触界面端的边界条件,建立一个非线性特征方程组,据此求解界面端邻域的应力奇异性指数、位移和应力角分布函数的数值解,此方法的准确有效性得到了有限元计算结果的验证。分析了平头、沉头以及半圆头铆钉构成的铆接结构的应力奇异性问题,考察了铆钉材料、铆钉类型和摩擦系数对接触界面端应力奇异性指数和应力场角分布的影响。
  2)通过有限元ABAQUS软件,以铝合金纤维层板与45号钢板组成的铆接构件为研究对象,得出了纤维金属层板铝板层与铆钉铆接触界面上应力分布情况,分析了循环疲劳载荷、铆钉预应力以及接触表面摩擦系数变化对接触界面上的应力场影响。
  3)介绍了临界平面法以及相关的应变能密度准则,计算了纤维金属层板铝板层与铆钉帽之间接触界面部分的损伤参量值在上面的分布云图以及接触内外边缘上的分布曲线,最后讨论了常温和降温状态下铆钉预应力、循环载荷和界面摩擦系数的变化对损伤参量的影响。
[博士论文] 楼铭
机械工程 上海交通大学 2015(学位年度)
摘要:为实现汽车节能减排的发展目标,国家在大力推动节能汽车和新能源汽车发展的同时,汽车轻量化也已经得到我国政府和企业的高度重视。综合考虑先进高强钢和轻合金的减重效果、力学性能、安全性、耐腐蚀性、回收率以及应用成本等各方面因素,可以预见,未来以先进高强钢和轻合金为代表的高质强比材料的混合应用将成为全球汽车车身轻量化的关键手段。
  然而,多材料混合车身的设计与制造对传统汽车车身装配连接方法提出了巨大的技术挑战。目前,汽车工业中使用最广泛的车身板件装配工艺是电阻点焊,但是由于轻合金与先进高强钢的电导率、热导率、熔点等热物理属性差异巨大,以及熔化焊时两者界面极易形成硬而脆的金属间化合物,使得传统电阻点焊工艺难以将两者有效连接。而自冲铆接工艺作为一种自动化程度较高的冷成形技术,避免了熔化焊时热量输入所带来的问题,可以有效连接轻合金与高强钢等各类异种材料。然而,随着高强钢强度等级的不断提升,使得基于成形技术的自冲铆接工艺面临着新的技术挑战。作为一项节能、高效的工艺方法,电辅助加工技术利用材料的电致塑性效应,通过在材料成形过程中施加外部强电流,降低材料的变形抗力,从而获得更好的成形效果。迄今,电辅助加工技术已成功应用于金属拔丝、带材辊压以及弯板等领域。
  基于上述背景,本文提出将电辅助加工技术与传统自冲铆接工艺相结合的电辅助自冲铆接工艺新方法,旨在通过对铆接时的高强度钢板施加高密度电流,利用其电致塑性效应降低变形抗力以改善铆接质量。针对这一研究目标,本文首先搭建材料电辅助单轴拉伸实验系统,通过双相钢电辅助拉伸实验,研究材料电阻率和力学性能随电流密度的变化关系,以此分别获得电辅助条件下材料的温度场预测模型和热/电效应解耦的材料电致塑性本构模型;之后基于上述模型,通过有限元仿真手段对电辅助自冲铆接工艺的可行性和原理开展研究;最后,从工程应用角度出发,搭建了一套电辅助自冲铆接原型系统,通过实验方法,对典型车用双相钢和铝合金的自冲铆接异种接头进行了电致塑性效果验证。具体的研究内容如下:
  1)双相钢电辅助加工电热特性研究
  基于材料电阻率的马希森定律,研究低电流密度条件下试样温度和应变对其电阻率的影响规律;同时根据材料电辅助加工的特点,建立材料电辅助单轴拉伸实验系统,研究大电流施加时,电流密度对材料变形过程中电阻率变化的影响规律,从而构建综合考虑了温度、应变、电流密度和电效应的材料电阻率模型;并在此基础上,建立双相钢电辅助加工温度预测模型对材料电辅助加工过程中的温度历程进行理论预测。
  2)双相钢电致塑性本构模型建立
  利用材料电辅助单轴拉伸实验系统,研究双相钢在电辅助单轴拉伸过程中的力学特性,分析电流对材料弹塑性特性的影响规律;在此基础之上,结合等温拉伸实验结果,获得不考虑应变率的双相钢 Johnson-Cook本构模型的各项参数。之后,通过对比JC模型的理论预测值和材料电辅助单轴拉伸的实验值,对本构模型进行修正,最终形成考虑电致塑性效应的JC修正本构模型。
  3)电辅助自冲铆接接头成形机理仿真分析
  基于双相钢电辅助加工温度预测模型和考虑电致塑性效应的JC修正本构模型,建立考虑了材料电致塑性效应的自冲铆接工艺过程热-力耦合数值仿真模型,分析电流的施加对自冲铆接接头几何形貌以及应力应变分布的影响规律。
  4)电辅助自冲铆接工艺典型应用研究
  根据仿真模型的结果,在传统自冲铆接设备的基础上,自行开发电辅助自冲铆接实验原型系统,通过实验研究不同强度等级双相钢自冲铆接过程中电流的施加对其接头成形过程、几何形貌、显微硬度分布以及力学特性的影响规律,为该方法的工业应用奠定基础。
[硕士论文] 李欢
机械工程 天津大学 2015(学位年度)
摘要:Cf/SiC复合材料具有密度低、比强度和比模量高、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好、可设计性强和结构尺寸稳定性好等优点,因此被广泛应用于火箭、导弹、飞机等航空航天领域和其他高技术领域中。然而,Cf/SiC复合材料属于难加工的硬脆复合材料,采用常规的机械加工方法,在加工过程中容易产生切削力大、刀具磨损快、发热严重等现象,而且加工后的表面质量不高。此外,对于形状比较复杂的零件,如异形、深腔构件,常规的机械加工将面临更大挑战,当加工刀柄过长、切削力过大容易造成刀柄刚度不足、刀具偏心旋转,从而严重影响加工质量。
  为了解决异形、深腔Cf/SiC复合材料复杂形面构件难加工的难题,本文提出了使用超声振动锉削的加工方法,即将刀具设计成与被加工型面一致的形状,在加工过程中,刀具不旋转且在轴向施加超声振动,与此同时,刀具做与振动方向垂直的水平进给运动,从而实现运动轨迹的叠加,达到去除材料的目的。
  针对超声振动锉削这一创新的加工方法,本文主要进行了以下几方面的研究工作:
  (1)研究超声振动锉削Cf/SiC复合材料的加工机理,在此基础上进行超声振动锉削运动学分析,推导超声振动锉削硬脆复合材料的材料去除率和锉削力数学模型,揭示了超声振动锉削加工的锉削原理。
  (2)针对超声振动锉削的加工轨迹进行仿真模拟与优化分析,在对金刚石锉削刀具表面形貌进行仿真,得到不同粒度的磨粒位置分布关系的基础上,进行不同磨粒粒度、不同超声振幅、不同进给速度下的锉削轨迹仿真,并完成锉削轨迹优化研究。
  (3)研制附件化的超声振动锉削加工头,其主要包括超声波信号发生系统、换能器、变幅杆、刀具、专用刀柄以及高速滑环,并完成超声波加工头的性能测试,搭建超声振动锉削Cf/SiC复合材料实验平台。
  (4)在实验平台的基础上,从锉削力、表面形貌和表面质量等方面将超声振动锉削和普通锉削进行对比,验证超声振动锉削Cf/SiC复合材料的可行性。并通过单因素实验,探究刀具粒度、超声功率、锉削深度和进给速度对锉削力和表面质量的影响规律,得到超声振动锉削Cf/SiC复合材料的加工工艺规律。
[博士论文] 马靖
工业工程 合肥工业大学 2015(学位年度)
摘要:随着全球市场竞争的加剧,制造业作为国家经济发展的支柱产业与核心动力,将面临前所未有的严峻挑战,为了适应复杂多变的市场环境,以物联网技术为基础的智能制造战略成为制造工业发展的新方向。机械制造业为整个国民经济提供技术装备,在国民经济发展中具有举足轻重的作用,而装配是机械产品制造过程中的最后一个生产阶段,具有对产品质量影响大、管理与作业过程复杂等特点,迫切需要通过发展和应用物联网技术来提高装配系统的智能化程度。鉴于此,论文以机械产品装配系统为研究对象,主要围绕制造业物联网环境下智能高效的机械产品装配系统的建模及关键技术展开研究,旨在提高机械产品装配过程透明化与智能化水平,为构建制造业物联网环境下的机械产品智能装配系统提供一种参考模式和实现途径。
  首先,在综述智能制造相关领域研究现状的基础上,分析了物联网的产生、内涵、基本目标及其在智能制造战略中的作用,指出了制造业应用物联网技术所面临的问题,阐述了课题研究的必要性,给出了课题的主要来源、主要研究内容和整体研究框架。
  接着,在分析制造物联的内涵与特征的基础上,提出了制造业物联网环境下的机械产品智能装配系统,定义了系统的内涵和特征,构建了系统的整体运行框架、网络物理环境及拓扑结构,提炼了系统建模的关键技术。
  然后,围绕课题的核心研究目标,分别对系统建模的关键技术进行了深入研究,具体包括:
  (1)为了解决制造业物联网环境下的机械产品装配资源的表达、理解、封装、传递与共享等问题,论文首先提出了制造业物联网环境下的机械产品装配资源(制造物联资源)分类方法;其次,综合利用本体元建模、语义建模等理论和方法构建了制造物联资源的层次模型、整体模型、语义模型和数据模型;最后,基于资源任务匹配与闭环映射机制,设计了制造物联资源映射与组态框架,实现制造物联资源对象的结构化处理与封装。
  (2)针对制造业物联网环境下的机械产品装配系统多源异构数据感知、集成与交互问题,设计了制造物联资源的数据结构与编码结构,提炼了多源异构数据感知与集成框架,构建了制造业物联网环境下的生产数据交互体系。
  (3)为了实现系统由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,采用面向对象的思想将系统抽象为由若干工艺关联、功能相互独立的装配单元组成的对象集合;据此,结合物联网技术在制造业的应用模式,提出了制造业物联网环境下的机械产品智能装配单元,提炼了智能装配单元的内涵和特性,设计了智能装配单元的结构、运行框架、作业原理以及作业控制图,并对作业控制图的实现方法进行了研究。
  (4)针对机械产品装配过程中所存在的较多不确定性因素,在形成装配资源互联感知与集成的基础上,依据装配系统的功能层次特性,设计了一种多层动态优化体系,提炼了装配过程动态优化因子完备集,构建了基于物联熵的动态优化指标计算模型,设计了一种基于实时感知信息驱动的装配过程动态优化模型,为机械产品装配过程的实时分析和动态优化提供支撑。
  最后,采用面向对象的赋时着色Petri网与VisObjNet仿真技术对系统进行抽象、建模和仿真,并开发了制造业物联网环境下的机械产品智能装配系统原型,验证了本文所提出方法的可行性和有效性。
[博士论文] 陈华
机械工程 上海交通大学 2015(学位年度)
摘要:发动机结构复杂、功能要求多,由缸体、曲轴、连杆、活塞、气门和缸盖等众多精密零部件装配而成。零部件的精度直接影响到发动机的功率、扭矩和油耗等性能。摸清零部件精度与整机性能的映射关系,对于发动机的设计和制造至关重要。目前,发动机装配体的公差分析仍以传统的一/二维尺寸链为主,难以有效处理特征上的方向和形状等几何公差信息、及其相互间的耦合关系。三维公差分析技术在三维空间表达特征的变动,并将这些变动量传递到功能要求处,可以将传统尺寸链无法处理的几何公差及其耦合关系考虑进来,使得分析过程更加合理、分析结果更加精确。三维公差分析可从尺寸链角度分析发动机精度与性能的映射关系。
  雅克比旋量模型是一种典型的三维公差分析模型,其结合了适合公差表达的旋量模型和适合公差传递的雅克比矩阵,有着简洁的数学表达和精确的求解结果,以及丰富的工程语义。对于诸如发动机等含有大量几何公差信息、以平面和圆柱特征为主、且轴孔多为间隙装配的复杂装配体,雅克比旋量模型是理论上较为合适的三维公差分析模型。
  本文将雅克比旋量模型引入到发动机装配体的公差分析中,建立特征旋量在组合公差限制下的矢量变动及其相互间的约束方程,并给出了考虑这些变动和约束关系的传递算法。同时,针对发动机装配体中存在着局部并联的尺寸链结构,提出了该结构的旋量表达及求解算法。此外,为了区分量化每一个参与计算的公差,创建了统计条件下的公差贡献度及其分解算法,最终实现了对发动机装配体准确可靠的三维公差分析。本文的研究内容及创新成果如下:
  (1)典型特征三维几何公差的雅克比旋量建模方法
  针对发动机零部件的特征和公差类型,首先介绍了平面和圆柱特征的旋量表达,并从数学原理上详细推导了圆锥结构的旋量表达式。同时,也介绍了雅克比旋量模型的特点及存在的不足。然后,给出了圆锥、圆柱和平面特征在公差、尤其是组合公差限制下的旋量中各矢量的变动及其相互间的约束方程。引入这些变动和约束关系,保证了基于旋量的公差表达模型与公差标准相一致。最后,应用蒙特卡洛仿真方法,将特征旋量中的矢量变动和约束方程融入到雅克比旋量模型中,提升了雅克比旋量模型的准确性和可靠性。
  (2)局部并联尺寸链的雅克比旋量构造与求解
  针对发动机装配结构的特点,将在雅克比旋量模型的串联传递路径中可构成局部连接回路的这类装配连接结构定义为局部并联尺寸链,并总结归纳了几种典型的由平面和圆柱特征所形成的局部并联尺寸链结构。对这些结构进行深入分析,提出了在雅克比旋量模型中处理这种特殊结构的方法。该方法避免了并联雅克比矩阵的建模求解,提高了模型的实用性。
  (3)雅克比旋量模型的公差贡献度计算及分解
  针对极值条件下雅克比旋量模型公差贡献度的局限性,本文给出了统计条件下雅克比旋量模型的公差贡献度计算方法。然而,该算法仅能计算特征上所有公差的贡献度,对于特征上的组合公差信息,尚不能量化分解其各自的贡献度。因此,基于数据拟合方法,将特征上的组合公差贡献度分解到每一个具体的公差,以实现区分量化每一个公差信息的目的。
  (4)雅克比旋量模型在发动机装配公差分析中的应用
  在上述研究的基础之上,对发动机的曲柄滑块机构和配气机构进行了三维公差分析。对于曲柄滑块机构,重点介绍了平面和圆柱特征旋量中矢量的变动及其相互间的约束关系建模方法,以及局部并联尺寸链的处理方法。对比结果验证了本文所提方法的准确性和可靠性。对于配气机构,则重点介绍了挺柱选配前后的计算过程,现场实际分组情况印证了计算的准确性。
  本文面向复杂发动机装配体的大量几何公差信息,研究基于雅克比旋量模型的三维公差表达和传递建模方法,提出了在雅克比旋量模型中考虑局部并联尺寸链的计算方法,给出了统计公差贡献度的量化及分解算法,不仅为汽车发动机装配体的公差分析和优化提供新的理论方法和技术指导,对航空航天发动机的公差分析也具有指导意义。
[硕士论文] 刘思聪
机械电子工程 重庆理工大学 2015(学位年度)
摘要:在机械装配过程中,零件之间采用过盈联接的方式到处可见,因此过盈联接是仅次于螺纹联接的常用联接方式。过盈联接配合的实现基本上采用压装的方式,而压装质量的好坏对其后续使用有着重要的影响。当前,对于过盈联接压装后质量的判定还存在着一些不足,导致其判断的准确性并没有达到理想的水平,出现较多的误判断。
  本篇论文通过对压装质量判断现状进行分析后,提出了一种基于压装力-位移曲线的优化判断原则,并且基于虚拟仪器 LabVIEW软件开发了由工控机作为上位机的在线监控系统,进一步提高了对于压装合件判断的准确性,同时对于上一道零件加工工序的改进也可以起到参考和引导作用。
  首先,本文通过研究国内外过盈联接技术,在理论上对于压装力和压装位移之间的关系做了分析,并且针对实际情况中会出现的满足泰勒原则的锥度孔的压装情况,进行了理论上的分析,并且确定出锥度孔压装的合格与否的判据。
  其次,根据理论上的分析研究,提出满足要求的压装力-位移曲线判断原则,并且对可能出现的一些结果情况进行了分析和说明。并提出对理论压装力-位移曲线的修正方法,使之更符合生产实际。
  然后,对在线监控系统的控制策略进行了分析和研究,并且通过理论计算,得出了控制策略参数的选择依据,并且对监控系统的设计原则进行了详细的阐述。
  最后,在对测试系统进行搭建后,通过以虚拟仪器 LabVIEW作为开发平台,围绕上位机的各个控制界面进行了设计开发,使之对压装过程与质量监控智能化。
  该论文的完成既依赖一定的理论基础,又有控制理论的研讨和控制系统的设计,具有较强的实用性,对压装判断技术是完善与补充,具有一定的重要意义。
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