期刊,工程设计学报 2024年卷2期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

工程设计学报

浙江大学中国机械工程学会

主办单位：浙江大学中国机械工程学会

主　　编：冯培恩

出版周期：双月刊

国际刊号：1006-754X

电子邮箱：zdgcsj@zju.edu.cn

电　　话：0571-88272805

邮政编码：310007

地　　址：杭州市天目山路148号

工程设计学报/Journal Journal of Engineering DesignCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>本刊是由浙江大学、中国机械工程学会主办，浙江大学出版社出版的学术性国际合作科技期刊。多年来一直得到国家自然科学基金委员会、德国机器制造协会（VDMA）的资助。学报被美国《剑桥科学文摘(工程技术）》（CSA（T)）、波兰《哥白尼索引》（IC) 、中国科技期刊精品数据库、中国学术期刊（光盘版）、《中国学术期刊文摘》、《中国机械工程文摘》、《工程机械文摘》等十几家数据库收录，入选《中文核心期刊要目总览》2008年版（即第五版）核心期刊、中国科学引文数据库2009--2010年来源期刊、中国科技核心期刊（中国科技论文统计源期刊）。荣获第一届、第二届、第三届中国高校特色科技期刊奖，2007--2008年浙江省优秀科技期刊一等奖。主要读者对象为各种技术产品制造业（以机电产品行业为主）的设计、开发和研究人员。

正式出版

收录年代

基于多判别器辅助分类器生成对抗网络的故障诊断方法研究

叶子汉王中华姜潮吕新...

137-150,159页

查看更多>>摘要：在强冲击、强辐射、极高温等极端恶劣的工作环境下,机械设备的故障模式复杂多样,获得充足且有效的故障数据变得非常困难甚至难以实现,以致故障诊断的准确性受限,后续检修维护方案难以有效制定.针对这一问题,提出了一种多判别器辅助分类器生成对抗网络的数据增强算法.通过设置3个判别器、1个生成器并添加独立的分类器,构建了新的辅助分类器生成对抗网络模型.针对在该模型训练中存在的不稳定性问题,通过引入Wasserstein距离构造新的损失函数,并采用稳定性更具优势的单边软约束正则化项替换原有的L2梯度惩罚项来解决模型崩溃问题;在此基础上,采用高效通道注意力机制来进一步提高模型的特征提取能力.将所提出的模型应用于扩充机械设备故障数据集,辅助深度学习智能诊断模型的训练.多个故障数据集扩充实验表明,与现有模型相比,新模型所生成数据的质量更高,故障诊断的准确率也得到进一步提高,因此具有较高的应用价值.

关键词：

多判别器辅助分类器生成对抗网络高效通道注意力机制Lipschitz(利普希茨)约束数据增强故障诊断

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基于遗传算法-模糊PID的双喷头FDM型3D打印机温度控制方法

冀炳晖茅健钱波

151-159页

查看更多>>摘要：熔融沉积成形(fused deposition modeling,FDM)3D打印需要将打印喷头加热至材料所需温度后才能开始打印.由于单喷头FDM型3D打印机的打印效率较低,以及其加热系统的滞后性较大且稳定性差,使得整个成形过程既耗时又浪费资源,且成形件的质量不高.为解决上述问题,结合打印材料物理性质和化学性质的差异性,提出了一种基于遗传算法-模糊PID(proportional-integral-derivative,比例-积分-微分)的温度控制方法,以实现对双喷头FDM型3D打印机加热方法的控制,并建立温度控制系统的MATLAB/Simulink仿真模型,以验证所提出的控制方法的可靠性.仿真和实验结果表明,与传统PID控制、模糊PID控制相比,遗传算法-模糊PID控制的响应时间缩短了36.03%和32.45%,调节时间缩短了28.06%和20.99%,具有响应速度快、调节时间短、超调量小和控制效果稳定等优势.研究结果可为复合材料的双喷头FDM 3D打印提供参考.

关键词：

熔融沉积成形双喷头温度控制遗传算法模糊PID

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基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计

谢海波洪昊岑王柏村姜伟...

160-167页

查看更多>>摘要：由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法.首先,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真分析方法,对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析;其次,对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析,构建了阻尼槽结构的多目标优化模型;最后,求解了低脉动阻尼槽结构.优化后的结构参数:阻尼槽半径为2.21 mm,阻尼槽长度为10.32 mm,阻尼槽错配角为16.54°.优化后压力脉动率为0.59%,相比于优化前的0.75%降低了0.16%,脉动幅值为0.25 MPa;优化后流量脉动率为12.02%,相比于优化前的5.61%降低了43.59%.研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导.

关键词：

轴向柱塞泵配流盘阻尼槽多目标优化低脉动

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基于参数化多体动力学模型的内齿式回转支承动态优化设计

曹望城韩佳轩姚廷强

168-177页

查看更多>>摘要：内齿式回转支承兼有滚动轴承的回转支承特点和齿轮啮合传动特点,在联合载荷作用下其动态性能的影响因素众多,容易出现轮齿磨损或断齿、套圈滚道磨损和运行精度变差等问题.综合考虑钢球与内外套圈滚道、保持架兜孔的动态接触作用及内齿圈轮齿间的啮合传动作用,建立了内齿式回转支承参数化多体接触动力学模型.分析了沟道曲率半径、保持架兜孔孔径、初始接触角和轮齿变位系数等关键设计参数对回转支承齿轮啮合力、1号钢球与N1滚道的接触力、内齿圈质心轴向和径向振动位移的影响规律.在此基础上,采用试验设计(design of experiment,DOE)方法,对内齿式回转支承的关键设计参数进行全因子试验设计及计算,获得了多参数影响下回转支承的动态性能.结合线性加权法,运用统一量纲法和权系数法构造新的多目标优化函数,提出了回转支承动态性能的多变量多目标优化设计方法,得到回转支承的轮齿啮合力下降了49.27%,1号钢球与N1滚道的接触力下降了29.6%,内齿圈质心轴向振动位移减小了5.41%,内齿圈质心径向位移减小了15.88%,回转支承的性能得到了优化.研究结果为回转支承的动态设计提供了参考.

关键词：

回转支承多体动力学试验设计动态优化设计多目标优化

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基于响应面法的绞磨机辅助拉尾绳装置优化设计

蔡锦云刘忠王罡赵庆斌...

178-187页

查看更多>>摘要：针对绞磨机辅助拉尾绳装置的轻量化问题,结合装置的刚度和强度要求,提出了一种基于响应面法的优化设计方法.通过对绞磨机辅助拉尾绳装置进行参数化建模和静力学分析,将辅助拉尾绳装置的关键结构尺寸作为设计参数,以整体质量最小为目标函数、最大等效应力和最大变形量为约束条件,采用中心复合设计法建立响应面模型,并对响应面的拟合程度和设计参数的灵敏度进行分析.基于响应面模型迭代寻求最优解集,以获得辅助拉尾绳装置的最优设计参数.经优化设计后,辅助拉尾绳装置的质量减小了29%,且工程验证表明,辅助拉尾绳装置整体轻便高效且工作可靠,达到了预期的应用效果,由此验证了所提出的优化设计方法的可行性和有效性.研究结果可为同类型工程装备的结构优化设计与实际应用提供理论支撑和技术指导.

关键词：

绞磨机辅助拉尾绳装置有限元分析响应面法优化设计

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铸铝一体化车门的多目标可靠性优化设计

吴勃夫吴姚烨贝璟吴宗扬...

188-200页

查看更多>>摘要：为提升车门的轻量化水平与性能,采用"材料—结构—性能"一体化集成方法设计铸铝一体化车门.基于构建的铸铝一体化车门有限元模型,以车门的厚度为设计变量,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络近似模型和二阶响应面近似模型并分别结合二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)、多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法以及多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对车门的下沉刚度工况位移、上扭转刚度工况位移、下扭转刚度工况位移、一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率和质量进行确定性优化设计.在此基础上,考虑材料及加工制造等不确定性因素,对确定性优化解的质量水平进行6Sigma可靠性分析与优化.结果表明,二阶响应面近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门的最佳轻量化,RBF神经网络近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门下沉刚度工况位移的最小化.上述2种组合分别实现了车门轻量化与安全化的设计目标.研究结果可为车身零部件的优化设计提供参考.

关键词：

铸铝一体化车门轻量化径向基函数神经网络近似模型二阶响应面近似模型多目标粒子群优化算法6Sigma可靠性

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振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能研究

席兴盛胡国良朱文才喻理梵...

201-209页

查看更多>>摘要：为了解决磁流变阻尼器对外部电源的过度依赖以及避免其断电失效的风险,设计了一种结构简单、可实现振动能量采集的磁流变阻尼器.该阻尼器由基于磁流变效应的减振装置和基于电磁感应原理的发电装置组成.首先,基于磁路欧姆定理建立了电磁感应发电装置的振动能量采集数学模型;其次,应用MATLAB软件进行发电装置发电性能分析,研究了装置发电性能与结构设计变量之间的关系;接着,采用COMSOl软件对2种不同永磁体组结构的发电装置进行了电磁仿真分析与对比,重点分析了发电装置永磁体组高度对发电性能的影响;最后,仿真分析了不同振动频率和幅值对装置发电性能的影响.结果表明:在一定范围内,感应线圈绕线槽高度值与发电性能指标值基本呈线性关系,永磁体组高度、导磁垫片高度与绕线筒径向厚度均存在最优值.无论在何种频率或幅值振动激励下,永磁体组高度为30 mm的发电装置单线圈感应电压的峰值比永磁体组高度为20 mm的大42.5%左右,输出功率峰值大22.3%左右.研究结果可为提高振动能量采集型磁流变阻尼器发电性能提供参考.

关键词：

磁流变阻尼器能量采集电磁感应发电性能

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下肢康复外骨骼机器人设计与性能分析

常佳辰韩亚丽孙翰史传棋...

210-220页

查看更多>>摘要：为了更好地辅助偏瘫患者的康复训练,设计了一种基于盘式电机驱动的下肢康复外骨骼机器人,并通过助力效果可视化研究与性能分析来验证其不同康复训练模式的有效性.首先,对下肢康复外骨骼机器人的结构进行了详细设计,并利用OpenSim软件进行了人机耦合的生物力学分析.然后,开展了基于位置跟踪控制的被动康复训练实验以及抗阻康复训练实验并采集表面肌电信号,验证了所设计下肢康复外骨骼机器人在不同模式下辅助患者康复训练的有效性.结果表明,穿戴下肢康复外骨骼机器人能使人体膝关节的力矩减小50%左右;在被动康复训练实验中,跟随误差为-4°～8°,且人体下肢目标肌群的肌肉激活度呈明显的周期性变化;在抗阻康复训练实验中,人体下肢目标肌群的肌肉激活度随负重的增加而提高.所设计的下肢康复外骨骼机器人具有良好的灵敏性和跟随性,其被动及抗阻康复训练模式均有助于偏瘫患者下肢的康复,具有广阔的应用前景.

关键词：

下肢康复外骨骼机器人康复训练生物力学分析位置跟踪控制肌肉激活度

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气动扇形腔室软体弯曲驱动器的设计及分析

汪启亮李永起刘通洪永烽...

221-229页

查看更多>>摘要：为了设计结构简单、制作方便、易于建模的大角度弯曲驱动器,提出了一种扇形腔室结构的软体多腔室弯曲驱动器.该驱动器由超弹性材料制作而成,并在Yeoh本构模型的基础上,建立了输入空气压力与弯曲角的函数关系.利用Abaqus有限元分析软件对驱动器在不同驱动气压下的弯曲变形进行了仿真,分析了腔室端面半径、腔室壁厚、腔室端面夹角、凹槽深度、底层厚度等结构参数对驱动器弯曲角度的影响.制作了软体驱动器,搭建了气动控制实验平台,测试了驱动器的弯曲性能,输入气压为0～65 kPa,弯曲角度为0～218°,仿真结果与实验结果基本吻合.基于弯曲驱动器设计了一种夹爪长度可调的软体夹持器,测试了其对不同尺寸、形状、质量的物体的夹持效果,实验结果验证了所设计驱动器和夹持器的实用性,表明驱动器具有良好的弯曲性能.研究结果可以为软体驱动器的进一步研究提供参考.

关键词：

软体机器人多腔室弯曲驱动器扇形腔室

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一种柔性采摘机械臂的运动学分析与仿真

张伟涛赵栋杰王禄包新棉...

230-237页

查看更多>>摘要：针对刚性机械臂在果蔬采摘作业中的不足,设计了一种结构简单、运动灵活的柔性采摘机械臂.首先,基于等圆弧假设建立了柔性采摘机械臂的运动学模型,对其进行了从关节空间到操作空间和从驱动空间到关节空间的正、逆运动学分析以及各柔性关节之间的解耦分析.然后,利用MATLAB软件对柔性采摘机械臂的运动学模型进行了数值计算,同时利用ADAMS软件建立柔性采摘机械臂的虚拟样机模型,选用与理论分析相同的工况开展运动学仿真,验证了理论分析结果的准确性.仿真结果表明,该柔性采摘机械臂可实现灵活、协调运动.研究结果可为后续柔性机械臂的运动控制提供依据.

关键词：

柔性采摘机械臂运动学模型仿真分析

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