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关键词： 比能耗   采集率   废石混入率   遗传蚂蚁算法   LS-DYNA  

摘要： 在钴结壳开采过程中,对钴结壳及其基岩的破碎是一个重要的环节,既要保证足够高的采集率,又要能降低破碎比能耗和废石混入率,这是相关研究的关键问题。 论文通过理论推导,建立了优化模型,并构建一种基于遗传算法和蚂蚁算法的混合算法,针对不同的微地形,对所建的优化模型进行优化,同时运用LS-DYNA对模型进行动力学仿真,最后通过实验验证该优化模型的正确性。本文的主要成果及结论如下： 1、根据海底采矿作业的特点,对截齿、采集头进行了力学分析,得到了截齿、采集头受力的计算公式；根据螺旋滚筒及其截齿的运动特性,推导出钻结壳切削平均切削厚度的近似计算方法。 2、根据采集头的工作特点,推导出截齿的三向阻力的计算公式；根据海底微地形的特点,建立采集头切削钻结壳及其基岩的采集量计算模型；在考虑比能耗、采集率、废石混入率多种因素下,建立了优化模型。 3、构建一种基于遗传算法和蚂蚁算法的混合算法,该算法充分利用了遗传算法全局快速寻优和蚂蚁算法局域收敛性能好的优点,取得了优化性能和时间性能的双赢,同时编制了相应的优化设计程序,针对不同的微地形,对所建的优化模型进行优化,最后对优化结果进行线性回归分析,分别得到了采集头轴心高度、牵引速度、滚筒转速与粗糙度、相对平均高程、高程平均标准差之间的关系。 4、运用ANSYS/LS-DYNA对钴结壳的切削过程进行了模拟,通过模拟得出了在不同切削速度下钴结壳切削比能耗和切削力3个方向分力的变化规律,从而验证优化设计结果的正确性；运用MATLAB对三向阻力进行频谱分析,得到了频域中各载荷的能量分布曲线,从中分析得出各向载荷的主要频率集中在0-20Hz之间,从而在进行采集头结构设计时要尽可能使其固有频率远离主要频率。 5、根据上述研究,作者进行了实验研究,通过实验测试证明,实验的结果与优化设计的结果吻合较好,达到了预期的理论研究目的。

关键词： 6-SPS并联机器人   工作空间   体积影响因子   运动学正逆解   样条曲线函数   参数化   优化设计  

摘要： 6-SPS并联机器人具有结构刚度大、承载能力强、运动精度高、位置反解简单等优点,不仅应用在各个领域,也是国内外学者研究的热点,其运动学和动力学及优化对机器人及其控制的研究提供了主要的理论意义。 本文在传统Stewart平台的基础上,进行了结构改进,设计出结构对称的6-SPS并联机器人结构,利用MATLAB软件绘制出考虑杆件干涉与否的并联机器人的工作空间,提出影响工作空间体积的工作体积影响因子。论文重点研究了应用虚拟样机技术求解并联机器人运动学的正逆解,在动平台末端中点添加点驱动,直接测量6根杆件的位移-时间曲线得到运动学逆解。利用ADAMS/View提供的强大后处理功能,把测量杆件的轨迹曲线转化成样条曲线函数后作为已知的函数加在移动副上,然后测量动平台末端轨迹曲线,得到运动学正解。对机构进行速度和受力分析,得出二者之间存在着对偶关系。接着根据虚功原理分析机构算出虚位移矢量,在运动学的基础上研究结构的动力学,列出多刚体系统拉格朗日动力学方程,仿真并绘制了各个杆件的力、力矩、速度、加速度曲线图,能直观地看到各杆件的运动情况。 最后,选择结构的关键结构点作为参数化设计变量,以驱动杆件输出的最大驱动力为目标函数,进行多次重复优化设计试验,得到了驱动力的最大值,和取得最大值时的参数点。不仅优化了机构性能,还优化了机构。

关键词： 能耗   负重量   负重部位   运动学参数   动力学参数  

摘要： 研究目的: 运动与能耗已经成为目前国际研究的热点之一,尤其是如何提高在日常生活中一般运动的能耗率从而提高运动效率,是促进全民健身运动的急需解决的问题之一。本研究的目的是通过在不同部位,负不同的重量,研究各种负重类型条件下的能耗差异,以及引起这种差异的生物力学原因。为全民健身方法的选择提供科学的依据。 研究方法: 选取8名青年受试者,自愿参加本实验。受试者在六个不同的部位:足,小腿,大腿,手,前臂,上臂,分别负不同的重量:0.5kg,1kg,1.5kg。在Gaitway跑步机上,以1.2m/s的速度在跑步机上进行测试,受试者佩戴K4b2后,熟悉运动环境10分钟,在开始测试的第五分钟,十分钟,十五分钟和十九分钟的时候,同步采集Vicon三维运动捕捉系统,K4b2采集二十分钟。数据采用spss17.0统计软件进行重复测量方差分析,显著水平p=0.05。 研究结果: 1)在各种负重类型条件下,仅有足部负重1.5kg的时候的能耗有差异(p=0.00<0.05),其他负重条件下均无差异。 2)不同负重条件下,膝关节的角度变化均没有差异。 3)不同负重条件下,踝关节的运动速度仅有足部负重1.5kg的时候的能耗有显著差异(p=0.026<0.05),其他负重条件下,均无差异。 4)部位作为主效应,对于能耗的影响比较显著(p=0.00<0.05)。重量最为主效应对于能耗的影响不显著(p=0.188>0.05)。二者的交互对于能耗的影响不显著(p=0.153>0.05). 结论: 在不同类型的负重条件下,足部负重1.5kg的时候,能耗率有显著性差异,小负荷对于能耗率的影响,只有在足上才相对显著,负重对于能耗率的影响,初步认为是由于对踝关节的速度的影响而造成的,负重对于膝关节角度的变化没有影响,这应该是因为人的长期神经控制形成的习惯的结果,与跑步机这种运动环境也是有一定关系的。小重量负重情况下,负重的部位对于能耗率的影响要大于负重重量的影响,对于增加能耗率的负重部位的选择,应该以下肢为主,下肢中,应该以足为主,上肢差异不明显。手持重物的健步走对于能耗率的影响不明显。

关键词： 转子   轴承   动力学特性   油膜参数   识别  

摘要： 旋转机械是工业部门中应用最为广泛的关键机组,一旦发生机械故障,会造成巨大的经济损失及人员伤亡。转子-轴承系统是旋转机械中的核心设备,其运行状态对整个机组的工作状况有很大影响,因此对转子-轴承系统动力学特性进行研究具有重要意义。 本文主要研究转子-轴承系统的动力学特性以及轴承油膜参数的在线识别方法。建立双圆盘转子-轴承系统动力学有限元模型,采用短轴承理论假设推导了油膜力表达式。通过编制Fortran有限元程序研究系统在轴承油膜力作用下的动力学行为,以及油膜压力在轴承圆周方向和轴向方向的变化规律曲线。研究了利用轴颈位置的振动数据识别轴承油膜参数的识别算法,编制了Fortran识别程序,通过仿真算例对算法和程序进行了验证,证明了算法的正确性。在转子轴承试验台上进行试验,通过识别程序识别出试验台的轴承油膜参数,为在线故障识别及油膜参数识别提供理论支撑。

关键词： 巨型重载操作机   构型设计   可约特性   同构判定   动力学参数   缓冲设计  

摘要： 重载锻造操作机是在极端载荷条件下作业的巨型工业机器八，可夹持大型工件配合万吨压机实现自由锻造。由于重载锻造操作机输出自由度多且相互耦合，锻造过程中末端夹钳的位姿和速度操作能力、力承载特性及整体刚度随着机构的形位变化而动态变化，因此如何保证极端作业条件下锻造操作机在整个工作空间中的力操作能力和速度操作能力，是重载操作装备设计所面临的技术挑战。本文研究了巨型重载锻造操作机的构型设计方法和动力学性能，包括重载锻造操作机的机构可约设计方法、机构可约设计中的同构性判定方法、新型重载锻造操作机的运动学建模与仿真、新型重载锻造操作机的动力学参数识别和标定建模及实验、新型重载锻造操作机整机协调运动和主动缓冲建模与仿真等。主要内容如下： (1)建立考虑任务特征的多自由度操作装备构型原理，给出多自由度操作机构末端任务特征和驱动输入之间关联关系的可约建模方法，建立操作机构可约特性与构型的映射关系，以及基于可约特性的构型分类原理，为重载多自由度操作装备的机构构型设计提供理论基础，同时给出重载锻造操作机的构型可约设计方法与步骤并设计出新的锻造操作机机构。 (2)研究了机构可约设计中的同构性问题并建立同构判定模型，提出同构判定的特征系统方法，给出特征系统法同构判定的理论基础，建立机构可约特性的同构分类原理，对锻造操作机机构可约设计中的同构问题进行了判定。 (3)建立了新型锻造操作机的运动学模型，包括解析形式的位姿方程、速度等数学模型。 (4)建立了新型重载锻造操作机的动力学参数识别与标定模型，包括新型锻造操作机内外部力、杆件惯量和尺寸之间的映射关系，推导出映射关系矩阵，对锻造操作机的动力学参数识别和标定进行实验，比较了理论模型数据和实验数据之间的误差，并给出了误差源分析和误差消除方法。 (5)建立锻造操作机的整机协调运动与主动缓冲控制模型，设计了新型锻造操作机启动、停止运动和主动缓冲过程中的控制方程，并对设计结果进行仿真。 本文的研究成果是巨型重载操作机的构型设计和性能设计的基础，对设计重载锻造操作机和万吨压机智能联动控制系统具有明显的理论意义和应用价值

关键词： 短距风兰   原球茎   快速繁殖   动力学参数  

摘要： 以短距风兰(Neofinetia richardsiana)的种子为外植体,筛选了种子无菌萌发、原球茎增重、原球茎分化和小苗生根的适宜培养基；比较了不同的炼苗处理、基质消毒方式及基质配比对试管苗移栽成活率的影响；测定了原球茎增重培养的动力学参数；观察了种子萌发的形态学过程。结果表明： 种子无菌萌发的适宜培养基为1/2 B5+6-BA 1.0 mg L-1+NAA 0.2 mg L-1,萌发率为71.67%；原球茎增重悬浮培养的适宜培养基为B5+6-BA 1.5 mg L-1+ NAA 0.5 mg L-1,绝对生长速度为260%；原球茎分化的适宜培养基为MS+ NAA 0.2 mg·L-1+6-BA 1.0 mg·L-1+0.155% AC,分化率为875%；生根的适宜培养基为1/2 MS+IBA 0.3 mg L-1+NAA 0.5 mg L-1,生根率达100%。室内炼苗2d室外炼苗3d达到的炼苗效果较好,移栽成活率可达86%。用1000倍多菌灵浸泡基质5 min,基质配比为树皮：苔藓：火山石=2：1：1,移栽成活率高,可达90%。 原球茎的生长量变化曲分为下面几个阶段：0-6d为延滞期；6-12d为生长期；12-14d为稳定期；14-16d为静止期。在培养周期内,第8d时蔗糖含量迅速降低为9.17 g·L-1,果糖含量逐渐上升,培养后期果糖消耗较快,总糖在生长过程中呈缓慢下降趋势；磷酸盐在培养的前6d呈下降的趋势,然后有一个回升的过程,从第10 d以后缓慢降低；铵态氮在培养的第6d急剧下降为60.21 mg·L-1,第16d时消耗至19.63 mg·L-1；与铵态氮相比,硝态氮的变化比较缓慢,在培养的整个过程中逐渐降低；在培养周期的第8d,pH逐渐降低到3.7,并在培养的后期有缓慢上升,第16d时pH值维持在3.9左右。 种子在播种后的第10d,部分种子吸水膨胀,在第15d时,种皮呈丝状脱落,多数种子开始萌发,在第20d时,部分种子形成原球茎,在25d时,种子大量形成原球茎。

关键词： 汽包水位   串级三冲量给水控制系统   调节器  

摘要： 电力工业逐渐发展为大电网、大机组、高参数、高度自动化。本文设计的串级三冲量给水控制系统,可以克服在生产过程中产生的内、外扰动,通过进行MATLAB仿真,验证了系统可以保持稳定运行。

关键词： 对称分布   群体药代动力学   离群值   贝叶斯方法  

摘要： 目的:研究对称分布用于药代动力学中参数的估计是否合理。方法:在广义线性模型框架下,以贝叶斯方法推导出模型中各回归参数的后验,再用MCMC算法结合模拟得出参数的具体值。结果:对5 000次模拟的结果进行统计分析,得到各参数的点估计值和置信域及相应图表,符合模拟的预设值。对称分布与广义线性模型结合,得到了较好的参数估计值。结论:群体药物代谢动力学中可以考虑使用对称分布进行参数的估计。

关键词： 膜-生物反应器   动力学参数   膜污染   系统稳定性   运行能耗  

摘要： 膜-生物反应器（MBR）技术以其优质和稳定的出水水质在国内得到了越来越广泛地应用。随着污水处理对脱氮除磷要求的提高，MBR脱氮除磷工艺的开发和研究得到了广泛关注。本研究以无锡地区3座处理城市污水的MBR脱氮除磷工程为研究对象，从污染物去除效果、动力学参数测定及系统运行稳定性3方面对MBR脱氮除磷工艺进行了监测与优化。研究得到以下主要结论： 3座MBR脱氮除磷工程对各污染物具有良好的去除效果，出水COD、TN、NH4+-N和TP均能够达到且远低于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A排放标准；COD、NH4+-N和TP的去除率基本能够达到90%以上，TN去除率达75%-85%。 测定了3座MBR脱氮除磷工程的好氧污泥动力学参数，其中测得异养菌衰减系数KdH为0.14-0.25d-1、自养菌衰减系数KdA为0.20-0.48d-1，异养菌理论产率系数YH为0.52-0.55gVSS/gCOD、自养菌理论产率系数YA为0.22-0.29gVSS/gCOD，COD的最大基质比去除速率vmax为1.27-1.78gCOD/（gVSS·d）、半饱和常数Ks为24.27-41.27mgCOD/L，氨氮的最大基质比去除速率vmN为0.11-0.15gN/（gVSS·d）、半饱和常数KN为2.35-2.63mgN/L，为今后的MBR工艺的工程设计和理论研究提供了参考依据和数据基础。 对3座MBR脱氮除磷工程的系统运行稳定性进行分析发现，每处理1吨水所需能耗为0.51～0.68kWh。从各单元的能耗分布看，好氧池和膜池是主要的耗能单元，耗能所占比例超过70%；从能耗的功能组成上看，曝气能耗所占比例最大，其中，好氧池风机和膜擦洗风机是主要的耗能设备。如何降低MBR的运行能耗，是MBR实际应用中需要解决的重要问题。 根据目前的技术水平对MBR工艺进行优化设计后发现，与CAS工艺相比，优化设计后的MBR工艺的污染物的单位成本的去除量要略高。今后，通过进一步节能降耗的研究，MBR工艺的经济性预计还会提高。

关键词： 纳米复合材料   参数振动   多尺度法   稳定性   分叉   混沌   参数识别  

摘要： 纳米复合材料作为一种新型材料,由于其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域。从对粘弹性材料的研究成果来看,其表现出丰富的非线性现象,树脂基纳米复合材料属于粘弹性材料,因此纳米复合材料动力学性能的研究有着重要的实际应用价值。 本文针对自备的纳米复合材料屈曲梁在参数激励下的非线性动力学特性进行了分析。由于其材料参数和本构关系的未知,增加了理论方法构建系统动力学方程的难度。因此我们通过构建参数激励系统非线性振动梁的实验装置,并采用实验建模的方法,建立了系统的动力学控制方程。利用多尺度法研究系统在1/2亚谐共振时系统稳态响应的幅频特性,同时分析了系统随激励幅值和阻尼系数变化时的稳定性和分叉行为。主要工作包括以下几方面的内容： 1.针对非线性动力学控制方程,研究了系统的稳定性和分叉特性。利用多尺度方法对系统的幅频响应和解的稳定性进行了分析,并采用数值模拟分析参数激励幅值、阻尼参数对系统分叉行为的影响。 2.用Runge-Kutta数值方法分析梁的动力学特征。用相平面图、Poincare映射、功率谱图、分叉图等方法分析梁的全局分叉情况,用最大Lyapunov指数判断振动的混沌特性,并分析系统通向混沌的道路。 3.基于增量谐波平衡非线性识别方法,以Mathieu-Duffing方程为例,验证了该方法在周期分叉和混沌运动状态下对系统识别的有效性。