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機(jī)械動力學(xué)與振動、機(jī)械設(shè)計理論

發(fā)布時間: 2010-05-28  點擊次數(shù): 3033次

 帶傳動中帶受到的離心力為慣性力,由此受到的離(向)心拉力存在于整條帶上,在彎曲部分,使帶與帶輪間的正壓力減小,從而影響承載能力。分析了帶的基本受力關(guān)系?;诹Φ寞B加原理推導(dǎo)了離心力的表達(dá)式。根據(jù)微段帶的法向、切向受力平衡,推導(dǎo)了拉力的表達(dá)式。介紹了帶當(dāng)量摩擦系數(shù)的計算公式,指出了相關(guān)文獻(xiàn)力計算方法的局限性。推導(dǎo)出了摩擦型帶傳動力的一種簡化計算公式,并提出了一種詳細(xì)計算方法:在進(jìn)行微段帶的受力分析時將軸向壓力分解在兩個正交方向上,然后對兩組算式沿帶長進(jìn)行積分,求得兩個方向上的力,zui后將兩力合成為帶傳動作用在帶輪上的力。本文提供的推導(dǎo)過程及提出的力計算方法可作為相關(guān)教材教學(xué)內(nèi)容的補充。

  采用加固圍墻的內(nèi)點懲罰函數(shù)法和傳統(tǒng)的外點懲罰函數(shù)法,研究了約束優(yōu)化問題的求解。針對懲罰函數(shù)法的序列無約束優(yōu)化問題含有脊的特點,提出了基于坐標(biāo)變換的無約束優(yōu)化改進(jìn)算法,適合于坐標(biāo)輪換法、模式搜索法、Powell法等無須計算梯度值的方法。對含等式約束和不等式約束的優(yōu)化問題進(jìn)行了計算。計算結(jié)果表明()如采用變換坐標(biāo)改進(jìn)優(yōu)化算法則可尋得含脊優(yōu)化問題的真*點,否則易尋得偽*點;()一維盲人探路優(yōu)化方法是一種有效的一維尋優(yōu)方法;()加固圍墻的內(nèi)點懲罰函數(shù)法對初始點沒有特殊要求,比傳統(tǒng)的內(nèi)點懲罰函數(shù)法具有更廣的適用范圍。
 考慮電機(jī)的機(jī)械特性、滑塊的質(zhì)量、移動副摩擦力,基于力學(xué)原理導(dǎo)出了牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的運動分析和動力學(xué)分析的解析法計算公式。采用該計算公式可對該機(jī)構(gòu)的運動情況和受力情況進(jìn)行計算機(jī)仿真。
  根據(jù)由歐拉角表示的連體坐標(biāo)系和平移坐標(biāo)系之間的方向余弦矩陣,在右手坐標(biāo)系中推導(dǎo)出萬向聯(lián)軸節(jié)兩軸之間轉(zhuǎn)速關(guān)系,可修正教材中的公式。以主動軸為研究對象,求得在既定位置中間十字架上某點的坐標(biāo),再根據(jù)中間十字架的特點,求得從動軸某點的坐標(biāo),從而確定從動軸的轉(zhuǎn)角,進(jìn)而得出主動軸與從動軸的位置關(guān)系,再而通過求導(dǎo)得到兩軸的速比關(guān)系式。該關(guān)系式與采用矢量計算法得到的關(guān)系相同。計算結(jié)果表明當(dāng)主動軸勻速轉(zhuǎn)動時,從動軸的轉(zhuǎn)速呈周期性變化,變化的幅值與兩軸之間的夾角有關(guān)。
   電子圖書具有取代傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書的趨勢,本文的研究旨在推廣電子圖書的制作,引導(dǎo)電子圖書的大眾化。

  通過在《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)實踐和科研實踐中對各種經(jīng)典優(yōu)化方法的研究,提出一些經(jīng)典優(yōu)化方法的改進(jìn)算法。針對迭代終止準(zhǔn)則(點距、區(qū)間、落差)、牛頓類方法(二階導(dǎo)數(shù)為零奇異矩陣求逆的處理)等提出避免被零除的改進(jìn)算法;針對隨機(jī)方向法提出減半步長尋找隨機(jī)方向、雙向?qū)?yōu)確定方向*點的改進(jìn)算法;引入盲人探路思想,針對可行方向法提出確定邊界的改進(jìn)算法,針對復(fù)合形法提出尋反射點的改進(jìn)算法;針對具有平原的特殊目標(biāo)函數(shù),提出雙向?qū)ふ业倪M(jìn)退法改進(jìn)算法;針對黃金分割法(應(yīng)用于約束優(yōu)化問題)提出保證至少一個黃金分割點在可行域之內(nèi)的改進(jìn)算法;針對二次插值法,提出簡化程序模塊的改進(jìn)算法。

  提出了一維盲人探路優(yōu)化設(shè)計方法,其數(shù)學(xué)實現(xiàn)僅為步長的減半或增倍、以及探測點的適用性條件檢驗。為提高尋優(yōu)效率,以步長增倍提高接近*點的速度,以步長減半提高收斂速度并保證在整個設(shè)計空間尋優(yōu),以符合適用性條件作為更新當(dāng)前點的前提。設(shè)計了算法的程序流程圖,分析了該方法的特點。對目標(biāo)函數(shù)為單峰函數(shù)和非單峰函數(shù)的優(yōu)化問題求解進(jìn)行了計算機(jī)計算,驗證了該方法的收斂性和適應(yīng)性。計算結(jié)果表明該方法具有收斂速度快、計算量小、適用范圍廣等優(yōu)點。該方法作為教學(xué)內(nèi)容用于教學(xué),如同將罰函數(shù)法解釋為圍墻土堆法一樣,具有形象化教學(xué)方法的特點。

  鑒于語言的普及和機(jī)械原理課程設(shè)計的編程需要,結(jié)合編程實踐,有針對性地總結(jié)了語言基礎(chǔ)。簡單介紹了Turbo C 2.0軟件的安裝與程序調(diào)試、數(shù)據(jù)類型、運算符與表達(dá)式、三種基本程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)輸入輸出的概念及在語言中的實現(xiàn)、函數(shù)及預(yù)處理命令等機(jī)械原理課程設(shè)計有可能涉及的內(nèi)容。設(shè)計了二維矢量兩種表示方法的轉(zhuǎn)換程序和機(jī)器zui大盈虧功的求取程序。針對小型泵的主機(jī)構(gòu)給出了動力學(xué)分析與計算程序設(shè)計方法,提出了根據(jù)能量守恒定律計算等效驅(qū)動力矩理論值的方法。提出了編寫程序的步驟,強調(diào)在編程不熟練的情況下手寫程序的重要性。

  本文綜述了剛體彈簧組合體在混凝土結(jié)構(gòu)、三維裂縫、海洋平臺、板狀結(jié)構(gòu)、碟形彈簧抗震器等結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題中的應(yīng)用。介紹了海洋平臺輸送管道的振動研究。得出的結(jié)論是:在柔體動力學(xué)理論尚未成熟完善的情況下,運用成熟的剛體動力學(xué)理論、彈簧力學(xué)特性等理論研究大型結(jié)構(gòu)的動力學(xué)問題是可行而有效的方法。值得注意的是研究流體中的剛體彈簧組合體動力學(xué)行為具有重要的理論和實踐意義。

  在采用剛體動力學(xué)方法研究工程問題中普遍存在著閉環(huán)結(jié)構(gòu),其動力學(xué)仿真存在約束違反問題。基于此,提出了降維違約修正方法,令閉環(huán)結(jié)構(gòu)中兩個體的一組運動參數(shù)為冗余變量,根據(jù)位移級、速度級、加速度級約束方程,由閉環(huán)中其它體的運動參數(shù)表示,從而使方程數(shù)與變量數(shù)相等。建立了兩種含閉環(huán)結(jié)構(gòu)多體系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式剛體動力學(xué)方程,其計算機(jī)仿真結(jié)果證明了本文方法的正效性。

   基于潛意識理論,界定了心理紊亂。綜述了心理紊亂發(fā)生機(jī)理的研究。根據(jù)意識與潛意識的關(guān)系,提出了心理狀態(tài)分為睡眠狀態(tài)、清醒狀態(tài)、心理亞健康狀態(tài)、失智狀態(tài)的分類方法?;趶埑谠砗蜐撘庾R理論提出了心理紊亂發(fā)生機(jī)理的論點。睡眠缺失造成意識削弱而潛意識增強的現(xiàn)象是發(fā)生心理紊亂的機(jī)理?;谶@一結(jié)論,解釋來自于主流媒體(央視法制等節(jié)目)與心理紊亂相關(guān)的事件,從而驗證了這一論點。

  基于抽油桿減震器在抽油機(jī)中的應(yīng)用,研究了該碟形彈簧多體系統(tǒng)的動力學(xué)問題。建立了該系統(tǒng)的動力學(xué)方程,采用動力學(xué)仿真方法證明了抽油桿減震器可以有效地降低抽油桿作用于抽油機(jī)系統(tǒng)的附加動載荷,從而降低抽油機(jī)系統(tǒng)對抽油桿的位移激勵,進(jìn)而有效地避免抽油桿的脫扣和斷裂。計算機(jī)仿真結(jié)果與現(xiàn)場試驗相一致。本文的定量研究為抽油桿減震器在工程中的應(yīng)用提供了理論支持。

  基于對形象化資料易形成長久記憶的特點,針對有較多枯燥數(shù)學(xué)推導(dǎo)的《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》提出形象化教學(xué)方法。以形象化的圖形和比喻講解優(yōu)化方法的原理。除采用多媒體教學(xué)外,形象地講解優(yōu)化原理,恰當(dāng)?shù)剡\用形象化的比喻,如充分地發(fā)揮盲人探路(爬山)的思想,形象地命名懲罰函數(shù)法為圍墻土堆法。基于形象化教學(xué)方法的思想,對該課程的內(nèi)容補充有:一維盲人探路優(yōu)化方法、一階導(dǎo)數(shù)法的思想;采用分段形式的懲罰項加固圍墻以防止內(nèi)點懲罰函數(shù)法在尋優(yōu)過程中越過邊界等。

   以《機(jī)械設(shè)計》課程設(shè)計常用的減速器設(shè)計為例,提出了幾條指導(dǎo)建議:以傳動比分配與確定作為帶傳動、齒輪傳動設(shè)計的主線;以潤滑方式選擇作為軸和軸上零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提;以鍵的選擇和軸承壽命計算作為軸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計依據(jù);以力的疊加原理作為軸強度校核、軸承壽命計算中方向未知力的處理原則。zui后列舉了幾處易表達(dá)錯誤的結(jié)構(gòu)。

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