基于作物力学特性的甘蔗收割机参数优化与田间试验

以粤糖54-474甘蔗为试验对象，针对其甘蔗皮和甘蔗芯开展力学特性测试。在这些力学特性参数的基础上建立力学仿真模型，进行甘蔗切割的有限元分析与修正，并在此模型的基础上设计正交试验，对甘蔗收割机的刀具往复速度、工作速度、刀具夹角等参数进行优化。基于正交试验得到的优化参数，研制手扶式甘蔗收割机，并开展田间试验。结果表明：甘蔗破头率为6.9%,定向铺放率为91%,损失率为1.4%,初步达到了设计要求。     

重型机械新型轮边减速器优化设计

【目的】为了解决目前工程机械、重型载货汽车轮边减速器存在的外形庞大、结构笨重等问题,设计了一种新型轮边减速器.【方法】利用仿真分析软件ADAMS自身提供的优化算法,在保证总传动比不变的情况下,改变齿轮传动路线,以差速器体积最小为精确化的目标函数、确定设计变量及其并行设计的约束条件,对其进行运动仿真分析.【结果】得出轮边减速器体积最小时所对应的各变量具体值;通过对比分析,仿真结果与理论设计相一致,验证了新型轮边减速器结构设计的正确性.【结论】应用仿真软件对模型进行结构优化,为产品的理论设计奠定了良好的基础.     

基于堆积试验的玉米包衣种子离散元参数标定

为获得基于黏结颗粒模型（BPM）玉米包衣种子离散元仿真所需的精确接触参数，基于堆积试验对玉米包衣种子的仿真参数进行标定。对郑单958玉米包衣种子分类筛选后，通过激光扫描仪对轮廓较好的种子进行扫描，得到点云数据，并通过CATIA软件对点云数据进行处理，最终得到玉米种子仿真模型。设计Plackett-Burman试验，通过Isight软件的近似模型与DOE联合模块对试验结果进行分析，筛选出对堆积角影响显著的参数：玉米种子-玉米种子静摩擦系数、法向刚度与切向刚度。基于Isight软件RSM优化模块，根据Box-Behnken试验结果建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，得到参数的最佳组合：玉米种子-玉米种子静摩擦系数0.269、法向刚度2.54×10⁸ N·m^-3、切向刚度5.93×10⁷ N·m^-3。将标定参数仿真所得堆积角与真实试验值进行对比，二者相对误差为0.98%。上述结果表明，响应面分析可用于标定玉米包衣种子的离散元仿真参数，为玉米气力式排种器的结构设计与参数优化提供参考。     

玉米种子电磁振动定向装置仿真模型的建立与验证

针对实际电磁振动定向装置进行多因数多水平试验研究时存在周期长、受加工精度影响大等问题,利用ADAMS等软件建立参数化的玉米种子电磁振动定向装置和种子仿真模型,通过试验测定玉米种子与定向滑槽之间的接触参数,系统定义玉米种子与定向滑槽之间的接触。从振动分析、接触力和模型振动效果3方面对该模型进行验证。结果表明:该电磁振动定向装置和玉米种子的仿真模型振动效果符合实际,接触的定义准确,激振力与振幅线性相关,符合实际弹簧片变形规律和电磁振动理论,可以用来代替实际电磁振动装置进行电磁振动下玉米种子姿态翻转与定向传输的模拟仿真试验和优化试验。     

穿轮配重轻型跑车及其轻量化设计

针对轻型集材索道,设计穿轮配重轻型跑车,并阐述其工作原理.采用SolidWorks建立跑车的三维实体模型,应用HyperWorks建立跑车挡板有限元模型,通过网格划分、定义材料属性、创建边界条件和约束条件对挡板进行静力学分析;通过设置优化参数(设计变量为挡板厚度、目标函数为体积最小化)对挡板结构进行了尺寸优化,以达到结构轻量化的目标.结果表明:优化后的跑车挡板模型满足强度及刚度要求,跑车整机质量下降了18.6%.     

基于ADAMS的4UX—550型马铃薯收获机仿真研究

应用ADAMS软件对4UX-550型马铃薯收获机进行了动态仿真,建立了4UX-550型马铃薯收获机仿真模型,得到了摆动筛质心的速度、加速度,找到了摆动筛装置的关键参数,通过优化仿真,得到了马铃薯收获机达到最佳分离状态时的关键参数取值.     

汽车侧面碰撞中头胸部安全气囊的优化研究

为减少汽车侧面碰撞中驾驶员胸腹部的综合伤害,并保证头部HIC值满足C-NCAP的法规要求,采用有限元分析模型、逐步回归代理模型和序列优化方法对头胸部气囊进行了优化设计.以验证过的汽车有限元模型为基础,建立了一个L型头胸部气囊的有限元仿真模型.模拟了侧面安全气囊在侧碰撞条件下的响应过程,优化分析了气囊设计参数,从而进一步提高了该车的综合安全性能,进而对其优化解的可靠性进行了评估.研究结果表明:安全气囊材料泄气参数为0.040 8,气囊体积约为10.32 L,起爆时间为10 ms为最优,得到侧面碰撞的综合伤害评估值下降了16%,且保证了头部HIC值满足法规要求.     

城市雨水管网模型参数的率定与评价

为推动排水管网模型在城市雨水管理领域的应用,建立了上海市某居住小区雨水管网模型,通过实施管道流量测量,对常用产汇流模型的主要参数进行了率定,并对径流体积和洪峰的影响参数进行了灵敏度排序.结果表明:对径流体积与洪峰流量,最主要的影响因素是不透水表面径流系数/有效不透水面积因子和不透水表面比例;对径流体积影响较小的参数是管壁粗糙系数和地面坡度;对洪峰影响较小的参数为透水表面的渗透性能和地面坡度.总体而言,Horton公式参数的灵敏度最大,英国模型参数的灵敏度最小.研究成果可为城市排水管网模型参数的选择与率定提供参考.     

基于HyperMesh和LS-DYNA的玉米籽粒碰撞损伤动态过程的有限元分析

为了明确玉米在籽粒收获过程中的碰撞损伤机制,寻求较小损伤的收获方式,利用三维扫描技术逆向建立玉米籽粒的三维实体模型,通过基于Hyper Mesh和LS-DYNA的籽粒碰撞有限元分析,研究在不同含水率(11.78%、17.63%、23.45%、29.31%、34.73%)、不同碰撞速度(4、6、8、10、12 m/s)下籽粒损伤动态过程,量化在不同因素水平下的碰撞过程中接触力、Von Mises应力和变形的变化,以确定在不同含水率下籽粒的损伤临界速度;提取关键的数字和图像结果,利用回归分析和响应曲面分析研究单因子及交互效应对响应值的影响规律;结合非线性多目标优化的计算方法,对碰撞参数进行优化计算,以验证所建立的回归模型的合理性。结果表明:玉米籽粒在碰撞时,应力由较小的接触区域向四周扩散,最大接触力、最大Von Mises应力随含水率的增大而减小,随碰撞速度的增大而增大,最大变形则相反;籽粒在含水率为11.78%、17.63%、23.45%、29.31%、34.73%时的临界损伤速度分别为5.51、6.75、8.15、9.36、10.57 m/s;建立的预测模型具有合理的决定系数,最佳碰撞参数组合为含水率26.99%,碰撞速度5.17 m/s,对应的最大接触力为19.30 N,最大应力为40.64 MPa,最大变形为0.73 mm,与实际仿真试验结果的误差小于8%,证明了回归模型的可靠性。     

基于Plackett-Burman试验设计与响应面法优化玉米秸秆离散元模型

为了减小免耕播种机防堵装置数值模拟的误差,结合物理试验与仿真试验进行玉米秸秆离散元参数的标定。基于Hertz-Mindlin with bonding 接触模型建立了玉米秸秆离散元模型,以物理试验与仿真试验中临界载荷的相对误差为试验指标进行仿真单轴压缩试验;采用Plackett-Burman试验筛选出具有显著性影响的试验因素;采用Box-Behnken响应面法对玉米秸秆离散元模型进行优化。试验结果表明:接触半径和单位面积切向刚度对试验指标影响极显著(P<0.01),单位面积法向刚度对试验指标影响显著(0.01<P<0.05);玉米秸秆的最优离散元参数为,接触半径1.2 mm、单位面积法向刚度9.361×10⁷ N/m³、单位面积切向刚度9.845×10⁷ N/m³,在此条件下,仿真压缩试验的临界载荷为950.2 N,与物理试验值935.4 N的相对误差为1.58%,验证了参数的可靠性。标定的玉米秸秆离散元模型可用于免耕播种机防堵装置的数值模拟,为防堵装置结构优化改进提供了依据。     

新疆农田粉土离散元仿真参数标定

【目的】标定新疆地区粉土离散元仿真模型,量化分析农业机械触土部件与土壤的相互作用。【方法】采用EDEM离散元仿真软件,运用斜坡试验标定土壤与触土材料（65 Mn）之间的接触参数,堆积角试验标定土壤与土壤之间的接触参数,以斜坡滚动距离为优化目标进行回归分析。【结果】土壤与65 Mn之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.51,静摩擦系数0.56,动摩擦系数0.08,JKR表面能4.12;以堆积角为优化目标,土壤之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.57,静摩擦系数0.65,动摩擦系数0.23,JKR表面能4.49。滚动距离和堆积角的误差分别为6.05%、1.28%。【结论】在建立的仿真模型条件下,在8、9、10 km/h作业速度下,犁体仿真试验与实际试验的工作阻力相对误差为5.69%、5.95%、6.49%,建立的模型真实可靠。     

玉米秸秆饲料除尘筛出物离散元数值模拟参数标定

为提高玉米秸秆饲料除尘过程中离散元数值模拟参数的准确度,采用物理试验与数值模拟相结合的方法对玉米秸秆饲料的筛出物进行离散元数值模拟参数标定。将物理试验测定筛出物中秸秆与尘土的接触参数作为数值模拟参数选择依据,利用Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验确定对数值模拟休止角影响最显著的因素。以物理试验得到的休止角(41.668°)与标准筛除尘率(13.24%)为目标值,对显著性参数进行寻优;应用最优参数组合进行休止角与标准筛除尘率数值模拟,验证标定参数组合数值模拟精确性。结果表明:对数值模拟休止角影响显著的因素为,尘土接触模型JKR表面能、尘土-尘土恢复系数和尘土-尘土滚动摩擦因数;最优参数组合为,尘土接触模型JKR表面能9.052 J/m²、尘土-尘土恢复系数0.52、尘土-尘土滚动摩擦因数0.182。数值模拟休止角与物理试验休止角相对误差为1.26%,标准筛数值模拟除尘率与物理试验除尘率相对误差为7.93%。     

白萝卜种子颗粒模型离散元接触参数标定与试验

在利用EDEM与FLUENT耦合模拟白萝卜排种器排种过程时,白萝卜种子颗粒参数设置以及模型的选择直接影响仿真结果的可靠性。结合白萝卜种子真实颗粒和仿真堆积试验,标定了不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的2个主要接触参数：白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。采用自动填充方式创建了不同填充球颗粒半径白萝卜种子的离散元模型。利用Plackett-Burman试验对物料特性影响参数进行分析,发现白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数、白萝卜种间静摩擦系数对堆积角的影响极显著。结合台架与仿真堆积试验,建立了2个主要接触参数与堆积角的二元回归模型,以白萝卜种子实际堆积角为目标对参数进行寻优,得到不同填充球颗粒半径白萝卜种子模型的白萝卜种子-有机玻璃静摩擦系数和白萝卜种子间静摩擦系数。结合堆积角相对误差率与仿真时间分析最佳球颗粒填充半径,当白萝卜种子离散元填充颗粒半径为0.25 mm时,其仿真精度和仿真时间最优。得到的最佳填充球颗粒模型以及标定的接触参数,为白萝卜种子排种器研究提供一定的参考。     

柔性飞机起落架改进设计

综合运用着陆响应模拟和优化设计方法以改进大柔性飞机起落架的设计.以弹性飞机的三质量块等效模型、油气缓冲器多方指数气体弹力模型、油气缓冲器速率平方油孔阻力模型和幂函数轮胎力模型模拟弹性飞机着陆动力学.考虑了大柔性飞机着陆撞击中的缓冲器最大行程、最大缓冲器力及机翼最大位移,对起落架参数进行优化设计.结果表明,大柔性飞机机体结构弹性对起落架参数设计有较大的影响,采用优化设计的油针式缓冲器可以改进起落架的着陆性能.     

基于离散元法的旋埋刀辊功率分配特性研究

旋埋刀辊作业功率是研究旋埋机理、优化刀辊结构的重要指标，研究旋埋刀辊各部件间功率分配特性可分析旋埋刀辊作业功率组成。通过土槽试验对离散元法仿真的土壤颗粒模型输入参数进行标定，对比不同接触模型在旋埋刀辊作业过程仿真中效果，并对不同工作条件下旋埋刀辊的功率分配特性进行单因素试验。结果表明：Hertz- Mindlin接触模型和Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中对刀辊扭矩较为敏感的输入参数为土壤-土壤滚动摩擦系数和粘结刚度，验证试验显示上述输入参数标定的平均误差小于6.5%；对比两种接触模型的仿真效果，Hertz-Mindlin with Bonding接触模型因引入额外粘结力，与实测值平均误差仅为0.7%，更适合对黏土进行仿真；旋埋刀辊作业功率超过一半来自螺旋横刀，不同工作条件下螺旋横刀功率均占刀辊总功率60%左右，且受前进速度、刀辊转速和耕深影响更大；由旋埋刀辊功率分配特性可知，螺旋横刀对刀辊总功率影响较大，应作为旋埋刀辊减阻降耗研究的重点。     

螺旋轴式移箱机构多学科协同优化与试验

为了提高螺旋轴式移箱机构整体性能,开展了螺旋轴式移箱机构多学科协同优化研究,分析了螺旋轴式移箱机构运动学、动力学和结构力学等学科性能,确立了多学科设计优化策略,并采用灵敏度分析方法,筛选出各学科设计变量。以螺旋轴一阶模态、机构接触力和质量为目标函数,构建了螺旋轴式移箱机构多学科协同优化模型。基于iSIGHT软件,搭建了移箱机构多学科设计协同优化集成平台,采用序列二次规划法进行了优化,并对结果进行了验证。结果表明,螺旋轴一阶模态由236.428 Hz提高到261.773 Hz,增加了10.72%;移箱机构工作时的最大接触力由479.832 N减小至402.528 N,降低了16.11%,减少了应力磨损;机构的质量由2 126.17 g减小至1 773.57 g,降低了16.58%,在降低质量的同时,提高了机构运行的平稳性和精准性,有效提高了移箱机构的综合性能。     

基于小波去噪和EMD算法在齿轮故障检测中的应用

小波去噪和EMD算法(Empirical mode decomposition,EMD)被广泛地运用在非平稳信号分析中。为了减小外部噪声及局部噪声对蜗轮蜗杆减速机振动信号干扰,降低样条插值时的拟合误差,提高EMD分解的质量,提出了一种基于小波去噪和EMD算法相结合的方法,对正常和有断齿的齿轮振动信号进行测试分析。结果表明,该方法能够准确地得到特征频率,判断出故障类型,证实了该方法在诊断蜗轮蜗杆减速机蜗轮故障的有效性。     

基于CFD-DEM的排肥用波纹管结构优化设计与试验

为探究波纹管结构参数与输送均匀性的关系，获得最优参数组合以提高气力排肥均匀性。本文基于CFD-DEM耦合仿真技术构建了以排肥均匀性变异系数为响应值的二次响应面模型，在单因素试验的基础上采用BDD法研究了波纹管幅宽、波纹间距和波长之间交互作用对排肥均匀性的影响，并获得了波纹管的最佳参数组合，最后进行台架试验对仿真模型与优化结果进行验证。仿真试验结果表明，排肥均匀性变异系数随波长、幅宽、波纹间距的增加先减小后增加，波纹管结构参数对排肥均匀性的影响显著性顺序为幅宽>波长>波纹间距。波纹管最优结构参数为波长18.103 mm,波纹间距12.158 mm,幅宽8.863 mm,此时排肥均匀性变异系数为7.5%。单因素台架试验中尿素颗粒仿真预测值与台架实际值变化趋势一致，数值基本重合，最优参数组合波纹管排肥均匀性变异系数与仿真试验预测值相对误差的均值为5.84%,说明仿真模型精确可靠。复合肥颗粒变化趋势与尿素颗粒基本一致，说明仿真模型具有普适性。本研究可为波纹管的使用与优化提供参考。     

脐橙可食率自动估测研究

利用脐橙重量与体积2个特征参数,通过建立BP网络模型,估测脐橙的可食率。结果发现,该方法对脐橙的可食率估测较高,预估可食率在74.48%～85.79%,均方差为3.19%,对样本的拟合效果较好。