工程碩士專業論文精選十篇

                            來源: www.1906175.com 作者:lgg 發布時間:2018-10-19 論文字數:38594字
                            論文編號: sb2018100621250923422 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
                            本文是一篇工程碩士論文,工程碩士(全日制)側重于學術理論與實踐;工學碩士側重于學術理論與應用;工程碩士(非全日制)側重于學術實踐。
                            本文是一篇工程碩士論文,工程碩士(全日制)側重于學術理論與實踐;工學碩士側重于學術理論與應用;工程碩士(非全日制)側重于學術實踐。工程碩士(全日制)與工學碩士屬于統一教育體系,只是類型不同,而工程碩士(非全日制)屬于不同教育體系。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇工程碩士論文,供大家參考。
                             

                            專業工程碩士論文精選篇一

                             
                            第 1 章 緒   論
                             
                            1.1 課題來源及研究背景和意義
                            本課題是校企合作項目,企業是深圳某一高新技術公司,項目的名稱是“插入式差壓流量計的研究”。 流量是現實生活中常見的被測量對象,流量的測量大多采用專用的商業化流量計,測量單位一般為立方米每小時、升每分鐘。流量計的種類眾多,它主要的分類方法主要有以下幾種。根據流量計工作原理的不同,主要有熱式、差壓式、超聲波式、電磁式、渦輪、渦街流量計等;根據流量計的安裝方式的不同,分為管道式、插入式、粘附式流量計等;根據被測流體介質狀態的不同,可以分為氣體、液體流量計等[1-3]。流量是工業應用中重要計量單位,流量計在工業測量領域應用很廣,在能源傳輸、流體檢測、電力工程等各個領域占有重要的位置。特別是資源危機、人口膨脹的我國,在國家號召節能環保的大環境下,需要精度更高的流量計來滿足測量要求[4,5]。 差壓式流量計作為傳統流量計應用較多的一種,其發展歷史比較悠久,相關的研究理論也比較成熟[6-8]。壓差檢測裝置和壓差發生裝置是構成差壓式流量計的最重要部分。差壓流量計作為檢測流體平均速度的裝置,工作原理是流體介質流經節流裝置時產生的壓力差與流速之間存在一定關系來進行測定流量的。差壓式流量計廣泛應用于流量檢測、能源傳輸等領域。 差壓式流量計具有結構簡單、使用壽命長、成本較低、不易受流體介質影響等優勢,缺點是大部分的標準節流裝置結構復雜,且尺寸較大,對安裝定位的要求很高[9,10]。市場上差壓式流量計大都是管道式的差壓流量計,管道式差壓流量計安裝比較復雜,限制了管道式差壓式流量計的推廣。為了克服管道式流量計的以上弊端,同樣根據傳統差壓流量計工作原理,均速管流量計在流量計市場上得到越來越多的應用,管道式均速管流量計結構圖見圖 1-1,插入式均速管流量計見圖 1-2。均速管流量計有效的克服了傳統壓差發生裝置的體積限制,可以方便的進行安裝。但是均速管流量計往往對測試管道的的尺寸有特定要求,同一規格的流量計只適用于同一規格的管徑,通用性差。本文目的是設計一種新型插入式差壓流量計,增強均速管流量計的通用性。 
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                            1.2 均速管流量計的特性
                            作為歷史發展較短的的差壓流量計一種,均速管流量計近年來越加受到市場的關注,更多的企業開始使用均速管流量計。均速管流量計與傳統式差壓流量計 相比,均速管流量計的優勢如下[11,12]: (1)結構組成簡單,安裝便捷,維護成本低。 (2)阻塞比小,永久性壓損小,從而有效的節約了能源。傳統的差壓流量計如孔板式流量計的壓力損失大,最大達到了壓差的 80%,而均速管流量計壓力損失最少可以達到壓差的 2%,最多為壓差的 15%,這樣就降低了運行成本,它的每年的運行費用只有孔板的 2%~3%,所以均速管流量計應用在能源傳輸領域中,可以大大地節省運營成本。 (3)適用管徑范圍大。隨著現在能源行業管道的增大,在大管徑運輸的條件下,傳統的差壓流量計失去了成本優勢,均速管流量計的測量管徑范圍最大可以達到 9 m,最小可以達到 25 mm,管徑越大,測量結果越精確。均速管流量計可以測量的流體介質種類多。 (4)性能穩定,安裝方便。由于組成均速管流量計的所有部件都有固定的位置,減小了部件移動對流體測量的影響,穩定性能好。市場常見的均速管流量計的精度在 1%左右,穩定性每年波動約 1%。 正是由于均速管流量計的以上優勢,使得均速管流量計可以在上百種流量計中市場排名在 10 位左右,在管徑大于 400 mm 的情況下,更是成為眾多流量測量的首選。但是由于均速管本身的結構和工作原理,使得均速管流量計也有一些弊端限制了流量測量的精度和使用,主要有以下特點[13,14]。 
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                            第 2 章 差壓流量計數學模型的建立及仿真研究
                             
                            本章首先對傳統的均速管流量計的工作原理進行了研究,并且根據傳統的均速管流量計流量的計算公式,探討了擬設計的半管插入式差壓流量計的流量計算方法。利用流體仿真軟件驗證了圓形截面探測桿作為均速管流量計壓差產生元件的工作原理。對常見的均速管流量計截面形狀為圓形和子彈頭型進行數值仿真,得出了探測桿前后兩端壓差的大小,并且對不同速度下的儀表系數、平均儀表系數、線性度誤差進行了計算。利用分析法和數值仿真法設計了新型的壓差發生裝置的截面,與圓形截面和子彈頭型截面的仿真結果進行對比,得到了新型截面的探測頭可以產生更高的壓差值,儀表系數的線性度誤差更小,并且設計了差壓流量計的探測頭結構。 
                             
                            2.1 均速管流量計的工作原理的研究
                            均速管流量計結構組成圖見圖 2-1。其主要的傳感元件是插入管道中的探測桿,作為最主要的探測部分,很大程度上決定了流量計的測試精度。傳統的均速管差壓流量計的迎流面開有成對的取壓孔,迎流面所測得壓力是總壓,一般背流面的取壓孔位置設在管道的軸線中心處,測試得出的壓力值是流體的靜壓值。均速管流量計就是利用迎流面與背流面分別測得的全壓與靜壓的關系來測試管道流速的,進而得到管道的氣體流量。
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                            2.2 CFD軟件與流體運動控制方程
                            隨著計算機軟硬件性能的提高和對流體力學理論研究的深入,越來越多的流體仿真軟件即 CFD 軟件得到了越來越廣泛的使用。CFD 軟件可以對實際的流體建模并進行數值仿真,實踐證明了 CFD 軟件可以很好的模擬流體的實際運動狀況,加快了研發周期[35,36]。本文首先使用 CFD 軟件對管道內流體繞流均速管流量計的截面的模型進行數值仿真,目的是研發一種新型的差壓流量計的截面形狀,并對新型的探測截面進行試驗研究。Gambit 是當今應用較多的 CFD 前處理軟件,它具有結構清晰,功能強大,簡便易學等優點。Gambit 具有很強的建立模型的能力,可以建立點、線、面、體的結構,包括二維模型和三維模型,Gambit 軟件也支持大部分的 CAD 建模軟件的模型的導入。它可以對導入的 CAD 模型進行自動修復,減小了因模型導入而發生的微小變形,不會影響導入模型的精度。Gambit 前處理軟件可以自動的生成多種形式的網格,它具有多種高效率的網格劃分算法,可以獲得質量很高的網格。Gambit 軟件可以生成兼容性很強的網格文件,可以輕松的導入不同的 CFD軟件中進行數值計算。Fluent 軟件是應用最多的商用流體仿真軟件,模擬真實的流場可以有效節約物質與時間成本,計算結果精度高、速度快,與真實流場的吻合度高,所以被廣泛用于能源傳輸、航空航天、交通制造等領域。Fluent 軟件包含的湍流模型種類眾多,有 k-ε 模型、k-ω 模型等,同時支持用戶使用自己設計的湍流模型。該軟件可以支持多種性質的流體介質,流體介質可以是粘性或者非粘性,壓縮或者非壓縮性質。
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                            第 3 章  差壓流量計的結構設計 .......... 18 
                            3.1  流量計的傳感器選型 ......... 19 
                            3.1.1  壓差信號采集與校準 .......... 19 
                            3.1.2  氣壓傳感器和溫度傳感器 .......... 25 
                            3.1.3  三通電磁閥 .......... 26 
                            3.2  差壓流量計關鍵部件的焊接工藝 ..... 27 
                            3.2.1  導氣管與探測頭焊接的工藝 ...... 27 
                            3.2.2  激光焊接 ...... 28 
                            3.3  差壓流量計關鍵部件密封設計 ......... 28
                            3.4  本章小結 ..... 30 
                            第 4 章  差壓流量計的硬件電路設計與軟件設計 ...... 31 
                            4.1  硬件電路設計 ..... 31
                            4.2  差壓流量機的軟件設計 ..... 35 
                            4.2.1  主程序設計 .......... 35 
                            4.2.2  數據采集模塊設計 ...... 37 
                            4.2.3  流量計算模塊的設計 .......... 37 
                            4.3  本章小結 ..... 38 
                            第 5 章 差壓流量計的測試平臺與測量 ...... 39 
                            5.1  測試平臺的組成 ......... 39 
                            5.2  樣機的性能指標測試 ......... 40 
                            5.3  差壓流量計誤差分析 ......... 47 
                            5.4  本章小結 ..... 48 
                             
                            第 5 章 差壓流量計的測試平臺與測量
                             
                            完成了新型差壓流量計的整體結構設計、硬件電路的設計和軟件設計之后,制造差壓流量計的各個零件并裝配樣機,為了得到新型差壓流量計的性能指標,還要對完成的差壓流量計樣機在測試系統上進行管道測試,測試差壓流量計的各個性能指標是否滿足性能指標要求,然后對測試結果進行數據分析,進而對插入式差壓流量計進行改進。
                             
                            5.1 測試平臺的組成
                            差壓流量計的測試校準可以由專業的計量院進行檢測,由于合作單位具有多年的流量計研發經驗,本測試的實驗平臺是公司已有的流量計校驗系統,該校驗系統的簡易結構圖見圖 5-1,實際的校驗系統組成圖見圖 5-2。測試平臺主要包括以下幾個主要部分:空氣壓縮機部分,它的作用是產生一定壓力的壓縮空氣,用于流量計的校驗;電機部分,產生具有一定流速的的壓縮空氣;儲氣罐,用于儲存一定的穩壓壓縮空氣,氣體壓力的穩定對于流量校驗具有重大意義;標準表,該校驗系統采用的標準表是高精度等級的渦輪流量計,用于對管道內的壓縮空氣進行流量測量,為被測流量計提供精確參照;校驗系統還包括了壓力變送器和溫度傳感器件,用于對校驗系統壓力和溫度的監控;校驗系統還包括空氣過濾器,總氣路和分支管道的電磁閥,溫度調節器等裝置;校驗系統有工控機作為主要的控制系統,用于檢測管道內氣壓、溫度等參數,控制各種管道閥門的開關,管道內流體的流速大小等。 
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                            結   論
                             
                            傳統的均速管流量計對被測試氣體管道管徑有嚴格的要求,即統一規格的均速管流量計只能用于測量特定管徑的管道。為了提高均速管流量計的通用性,由傳統的全管式探測桿、多對取壓孔改為半管式、一對取壓孔的結構,同時設計了新型的探測頭截面形狀,使得探測頭的測量結果更加穩定。并對設計出的樣機在流量測試平臺上進行管道測試,得到流量計主要的性能指標。主要的研究工作和結論如下:
                            (1)利用 CFD 軟件對常見的均速管探測頭的截面形狀進行繞流分析,與設計的新型探測頭截面形狀進行對比,確定了設計的探測頭可以得到更好的性能。
                            (2)完成了插入式差壓流量計的整體結構設計和主要的裝配工藝設計。整體結構設計主要有流量檢測涉及的傳感器的選型,包括差壓、氣體絕壓、溫度傳感器等。選用合理的裝配工藝,使得流量計可以工作在高溫高壓的工作環境中。
                            (3)完成了對插入式差壓流量計的硬件電路設計和軟件部分的設計。硬件部分主要有信號采集、數據處理、電源轉換、SDI 通信等模塊。同時對差壓流量計軟件部分進行了框架設計。
                            (4)完成了插入式差壓流量計的測試。對差壓流量計進行了雙向測量,對實驗數據進行記錄,計算出了流量計的流量測試誤差、儀表系數、線性度、重復度等性能指標。對影響流量計精度的因素進行了詳細的分析,以減小影響因素對測試結果的影響。 
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                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇二

                             
                            第 1 章   緒論
                             
                            1.1   研究背景及意義
                            軸流風機作為工業生產和日常生活中的流體(旋轉)機械,在國民經濟中起到關鍵的作用,并應用到各種場所和行業,如軌道交通、家用電器、汽車行業、公路隧道和各類電子設備的散熱等[1-5]。目前,我國各類風機的使用總數達到 2100 萬臺,其中在礦業資源開發上風機用電量占采礦用電的 30%,鋼鐵工業的風機用電量占生產用電的 20%,交通運輸業中汽車發動機冷卻風扇的消耗功率占發動機輸出功率的 5%~12%[6]。隨著我國經濟的高速發展和經濟規模的擴大,能源的需求日劇增加,能源的供需矛盾日益突出,軸流風機的功耗基數大,開展其節能降耗的研究成為廣大科研工作者需要解決的難題。 在工業化和現代化的今天,噪聲已經成為影響人們正常學習、生活和工作的重要污染,人們長時間暴露在噪聲污染的環境中,不僅影響身心健康,而且會誘導各種疾病的產生。低壓軸流風機目前普遍存在工作效率低、噪聲值較高等問題。目前,越來越多的科研工作者開始研究如何提高風機的工作效率和降低其噪聲[7-10]。軸流風扇的噪聲主要可歸結一下幾大類:氣動噪聲、氣固耦合噪聲、機械結構振動噪聲、電機噪聲,其中氣動噪聲占主要部分,相對而言難以有效的控制[11]。降低風扇噪聲的主要途徑有兩種:一是控制噪聲源來降低噪聲,利用流體力學和空氣動力學原理對風扇的主要工作部件進行有效設計,控制邊界層以及內部渦流的復雜結構,進而降低噪聲。二是控制噪聲傳播路徑降低,采用吸聲、隔聲、消聲、阻尼減振等傳統控制技術。相比較而言,前者技術難度較大,目前尚未有成熟的有效的方法;后者只能在一定程度上降低噪聲,并未從根本上降低風扇的噪聲問題,降噪效果不顯著。 仿生學在許多科學研究和技術工程領域都取得了巨大的成就。隨著現代科學技術的發展和工程實際的需要,在眾多的工程技術領域也相應地開展了對口的技術仿生研究[12]。因此,在軸流風扇的設計和優化過程中,運用仿生學原理,尋找新技術、新思路來提高其氣動性能、工作效率,降低氣動噪聲,對于節能減排和可持續發展具有重要意義。 
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                            1.2   軸流風機研究現狀
                            彎掠葉片定義來源于對航空機翼的研究。葉片在周向順時針旋轉方向傾斜稱為“前彎”,逆時針方向旋轉傾斜為“后彎”;葉片在軸向逆來流方向傾斜稱為“前掠”,順來流方向稱為“后掠”,如圖 1.1 所示[13]。彎掠葉片與氣流相互作用時,不僅存在軸向和周向力,還存在徑向力。近年來,彎掠葉片在軸流風機葉片上的優良性能已被廣大研究者 所證實。葉片彎掠設計不僅可以有效的控制流動損失、提高氣動效率、降低氣動噪聲,而且還能在一定程度上提高風機穩定工作區域[14-18]。 上海交通大學李楊[19]對低壓軸流風機周向彎曲葉內的流動特征進行了詳細的實驗和數值模擬研究,通過遺傳算法和人工神經網絡結合的優化設計方法,對 T35 型低壓軸流風扇葉片進行了優化設計,如圖 1.2 所示;研究發現,周向前彎 6.1°優化葉輪與原型葉輪相比在氣動和聲學性能上都有明顯的提高,全壓系數提高了 3.56%,A 級聲壓級降低了 6dB,穩定工作區增加了 36.4%。 T.Wrigh 和 W.E.Simmons[20]對低壓軸流風機研究發現,氣動和聲學實驗表明前彎、前掠葉片提高了風扇的體積流率和全壓;相比原型風扇,平均聲壓值降低了 7dB。如圖1.3 所示,法國學者 Hurault[21]等通過實驗和數值模擬相結合的方法分析發現,前掠葉片能減小速度在徑向上的分量,相反,后掠葉片卻增加速度在徑向上的分量;彎掠葉片對葉片下游的湍動能有重要的影響。 
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                            第 2 章   軸流風機葉片仿生設計
                             
                            2.1   風機葉片仿生設計學術思想 
                            大自然界中,生物經過億萬年的進化,形成了具有與環境相適應的軀體特征。對魚類而言,其附加器官魚鰭必然與其主流流場相適應的。魚在游動的過程中,通過肌肉對魚鰭的擺動進行主動控制,魚鰭在長期的被動環境中,久而久之必然進化成和魚體周圍流場相適應的優良構形以減小魚鰭在流動過程中所受到的阻力。國內外研究者關注了魚鰭的水動力學性能,通過應用流場可視化技術分析魚鰭的擺動產生的尾渦結構[89-91]。如圖 2.1 所示,對大部分魚類而言,魚鰭都是由剛性骨質鰭條和柔性皮膚連接而成,這種構形具有非光滑與柔性兩種減阻特性的生物耦合系統必然會對周圍的流場形成良好的適應性和協調性。 早有研究表明,剛性肋條表面和柔性表面均可以抑制湍流猝發,降低壁面法線方向的速度梯度及湍動能的損耗,降低壁面湍流強度,削弱壁面脈動壓力,減小壁面阻力和降低噪聲的作用。因此,基于柔性及肋條形貌特征的魚鰭仿生表面應用于軸流風機葉片的設計,可能會獲得更加優良的減阻降噪性能。 
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                            2.2   仿生風機葉片正交試驗方案
                            試驗優化設計是在最優化思想的指導下,通過廣義試驗進行最優設計的一種優化方法,也是應用數學的一個新興分支[92]。它從不同的優良性出發,合理的設計試驗方案,有效控制試驗干擾,科學處理試驗數據,全面進行優化分析,直接實現優化目標,已經成了現代優化技術的一個重要方面。 正交試驗設計是研究多因素、多水平的一種設計方法。正交試驗是根據正交性從全面試驗中挑選出部分能反應全部試驗特性的點進行試驗,這些點具備了“均勻分散、齊整可比”的特點。正交試驗設計的基本程序是設計試驗方案和處理試驗結果。主要步驟為[92]:明確實驗目的、確定試驗指標、確定需要考察的因素及水平、選用合適的正交表、表頭設計。 本試驗的目的是為了探究葉片壓力面的剛柔相間結構對風機氣動和聲學性能的影響,并獲得在設計試驗空間內的最優解。參考本實驗室前期對軸流風機的研究,并綜合考慮可行性和工程技術等因素,剛柔相間結構主要從肋條形態結構、肋條的高度、肋條的間距三個因素進行試驗研究,同時每個因素選取三個水平。試驗因素水平表見表 2.1: 
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                            第 3 章  仿生風機葉片氣動性能試驗 .... 21 
                            3.1  風機及其分類 ..... 21 
                            3.2  軸流風機主要氣動參數 ......... 22 
                            3.3  氣動性能試驗 ...... 25
                            3.4  本章小結 .... 35 
                            第 4 章  仿生風機葉片氣動噪聲測試試驗 ...... 37 
                            4.1  氣動噪聲源 ........ 37 
                            4.2  軸流風機噪聲 ...... 38
                            4.3 軸流風機噪聲的主要物理量 ....... 40 
                            4.4 軸流風機噪聲的評價 ....... 43 
                            4.5 氣動噪聲試驗 ....... 44
                            4.6 試驗結果分析 ....... 49
                            4.7 本章小結 .... 61 
                            第 5 章  仿生風機葉片模型數值模擬 .... 63 
                            5.1  CFD 前處理 ........ 63 
                            5.1.1  計算區域及網格劃分 ....... 63 
                            5.1.2  數值模擬方法 ....... 65 
                            5.1.3  邊界條件和求解設置 ....... 66 
                            5.2  模擬結果分析 ...... 68
                            5.3  機理分析 .... 71 
                            5.4  本章小結 .... 72 
                             
                            第 5 章   仿生風機葉片模型數值模擬
                             
                            本章應用 Fluent 軟件對仿生風機葉片的氣動性能進行數值模擬,風機葉片表面柔性材料對邊界層流場結構的影響通過數值模擬的手段準確模擬存在較大的難度。本文模擬是將柔性表面簡化成剛性表面,重點考察壁面結構對于風機內流場的影響機制。
                             
                            5.1   CFD 前處理 
                            風機的具體尺寸參數見第 2 章,風機數值模擬風洞模型如圖 5.1 所示,整個風洞模型分為四個區域,分別為:入口段、葉片轉動、葉頂間隙流動和出口段區域。為了簡化模型和提高網格劃分的質量,忽略風機支架對流場的影響。 網格的劃分和選擇是數值分析的關鍵環節,同時也是保證獲得理想結果的關鍵因素之一。構建合理、適合模型要求和相對簡單的網格不僅能有效的提高工作效率,同時能加快計算的收斂。 為了保證網格對仿生風機葉片模型表面肋條結構的適應性,采用非結構四面體網格對計算區域進行離散。風機葉片表面進行局部加密,以保證可以更好的捕捉風機內部的流動情況和葉片表面的流場分布。網格劃分采用 Hypermesh 軟件,相比其他網格劃分軟件,Hypermesh 軟件對 CAD 模型有良好的適應性、對幾何模型的前處理功能比較強大、導入復雜的幾何模型不容易失真。 網格的疏密在一定程度上決定了求解結果的準確性,因此在求解之前,要對計算域進行網格無關性分析。對于圖 5.1 的計算模型來說,模擬結果的主要影響區域為葉輪段網格的疏密。如圖 5.2 所示,本次模擬采用的是原型風機在 2320rpm 轉速下不同網格數和流量對應關系圖,隨著網格數量的增加,風機出口流量達到一定值之后趨于穩定,且同試驗結果較為吻合,可以作為本次分析的網格劃分依據。 
                            ..........
                             
                            結論
                             
                            (1)分析了基于魚鰭形態及材料特性的剛柔相間結構表面用于風機葉片流場的可行性;采用高精度的 3D 打印技術,制備了風機葉片剛性表面模型,并保證了表面肋條結構不失真和較低的粗糙度。選用 EVA單面海綿泡沫單面膠帶,粘貼于兩肋條表面間,完成了試驗樣件制備。 
                            (2)采用 LW-9015-250 全自動風量及壓力測量試驗風洞對仿生葉片風機模型進行了氣動性能測試,獲得了流量-靜壓曲線、流量-功率曲線、流量-靜壓效率曲線。對比分析可知,仿生風機的最大靜壓和最大流量略有降低,但其功率消耗均明顯低于原型風機,降幅約在 2%~4%;在工作電壓為 7.5V 和 9.5V,同原型風機相比,大部分仿生葉片風機模型的最大靜壓效率得到了明顯提高,其中電壓為 7.5V 時,1、2 號仿生風機最大靜壓效率提高了 10.1%和 6.9%;電壓為 9.5V 時,2、6、8、9 號仿生風機最大靜壓效率分別提高了 4.2%、3.4%、6.2%和 3.0%。 
                            (3)采用北京聲望公司提供的聲學測試儀器對仿生風機和原型風機在不同工作電壓下的 A 記權聲壓級頻譜和總噪聲值進行了測試。通過對仿生風機和原型風機的 1/3倍頻程頻譜圖對比分析發現,電壓為 5.5V 時,風機的主要噪聲為寬頻噪聲,離散噪聲不明顯;電壓為 8.5V 和 11.5V 時,在低頻段出現了幾處離散噪聲點,仿生風機對寬頻噪聲和離散噪聲均有顯著的抑制作用,相比與離散噪聲值,仿生風機寬頻噪聲的 A 聲級的降低較為顯著;在中高頻段,A 聲級較原型風機有明顯的降低。由此可知,剛柔相間表面對渦流的產生和脫落均有抑制作用。
                            .........
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇三

                             
                            第 1 章 緒論
                             
                            1.1 研究背景及意義
                            我國具有豐富的林木資源,國家林業局發表的《全國林業生物質能發展規劃(2011-2020 年)》顯示:我國現有林地面積約3億 hm2,現有森林面積約2億hm2,蓄積137億 m3;人工林保存面積約 0.6億 hm2,蓄積約19.6億 m3;林木資源還存在很大潛力,約180億噸[1]。我國每年產生的林木剩余物可達到 9億噸,其中大約有 3 億噸可作為能源再利用,折合為標準煤約 2 億噸,可以很好的緩解能源問題。目前,林木資源中作為生物質能再利用的主要有三類:木質資源、木本油料和淀粉植物。 隨著我國經濟的快速發展和生活水平的提高,人們環保意識的提高,各級政府和各界人士更加重視城市的園林綠化和生態環境建設,由此產生了大量的“園林植物廢棄物”。“園林植物廢棄物”是指園林植物凋落或者在人工養護過程中產生的植物殘體,主要是植物的枝條、果實、雜草和落葉等[2]。據統計,北京、上海等地每年產的園林垃圾產量都在 10 萬噸以上[3]。但是目前對林木剩余物和園林剩余物的利用還十分的原始粗陋,大量的生物質得不到妥善的利用,仍以填埋、就地堆放或者作為廢棄物進行焚燒的方式進行處理。不僅造成了能源上的浪費和安全上的隱患,還違背了可制續發展的戰略方針,切斷了生態系統中物質循環和能量流動,使土壤肥力得不到自我維持和補充。因此,將這些植物剩余物進行資源化、無害化處理成為目前主要的問題。目前對林木剩余物和園林剩余物的利用有以下幾方面。 (1)生物質能。生物質能是指太陽能以化學能形式貯存在物質中的能量,它間接或直接來源于植物的光合作用,可以轉化為固態、液態和氣態燃料。生物質能資源豐富,是一種清潔能源,可以很大程度上緩解環境問題,同時它也是唯一可再生的碳源。林木質能源作為生物質能源的一個分支,占有十分重要的地位。目前對它的開發和利用主要有:①固態、液態、氣態燃料,②生物柴油,③木粉發電等[4]。林木質能源具有清潔型、可持續性、易得性等特點,例如生物柴油的燃燒產物中的 CO、CO2、顆粒物低于普通柴油,并且不含 SO2、鉛等有毒物質[5,6]。 
                            ....
                             
                            1.2 樹枝粉碎機國內外現狀
                            目前,國內有些科研院所和部分工廠已經研究和開發了一些新型的樹枝粉碎機,國內對樹枝粉碎機的理論研究和成品的開發主要如下。 宋寶昌和程立杰[16]研制了一款集切削、粉碎、篩選為一體結構的 FS 型粉碎機。該機移動便利、結構簡單、操作維修方便,主要的粉碎對象是林區的灌木藤條,目的是為食用菌培養提供養料。 顧正平和沈瑞珍[17]設計了一款盤式短刀枝椏削片機。該機用短刀代替傳統的長刀,把短刀按照一定的規律布置在刀盤上,切削時一把刀片退出切削,另一把刀片立即進入切削(見圖 1.1)。這種新型的盤式短刀切片機切削力小且波動小,工作比較穩定;噪音和振動大幅度降低,噪音比長刀降低了 5.5~10.9dB,可以在城市作業;刀片磨碎均勻,使用壽命增長。牛曉華等[18]設計了一款主要針對于野外林地現場作業的 3ZSX-20 型高效樹枝粉碎設備。由拖拉機進行牽引和提供動力,拖拉機的動力經過萬向傳動軸,帶動切削刀盤和粉碎錘旋轉,并驅動進料輥旋轉,生產效率高,但噪音大。 張漢月和黃激文[19]設計了一款便于在園林現場作業的樹枝切碎機。采用自走式,動力配置靈活,結構簡單,安全可靠,噪音小。 周雪梅等[20]設計了一款可以適用于切削不同直徑和不同形狀樹枝的雙刀盤三喂入式樹枝粉碎機,見圖 1.2。該機有兩種刀盤和三種喂料口,其中水平機械自動進料口和主刀盤(有 4 個刀片)配合工作,傾斜自由進料口和副刀盤(有 2個刀片)配合工作,上開口的進料直接進入粉碎室粉碎。
                            ......
                             
                            第 2 章 仿生刀片的設計與加工
                             
                            在“優勝劣汰,適者生存”的自然法則下,生態系統中的生物為了不被淘汰而進化出了各種適應環境的本領。其中,許多動物的切削行為,與人類進行的切削行為相比,它們在性能上更加突出,如功耗小,耐磨損,土壤粘附率低等特點。 
                             
                            2.1 仿生原型的選擇
                            自然界中很多動物存在著切削行為,按照切削部位的不同可以分為七大類:齒(包括齒舌)切削行為、爪趾切削行為、口器切削行為、頭部(包括吻部)切削行為、體切削行為、產卵器切削行為和綜合型切削行為。 許多學者對動物爪趾切削行為(大多為土壤動物,如穿山甲、螻蛄、蜣螂、家鼠等)進行了深入研究,研究表明動物爪趾廓曲線具有曲率波動變化的特征,并初步認為這種爪趾的觸土面在切削土壤的過程中受到較低的切削阻力[47-51]。 郭志軍等[52]利用 XTL30-CTV 體視彩色顯微鏡研究了達烏爾黃鼠爪趾縱剖面內的上、下輪廓線的幾何特征,見圖 2.1。利用最小二乘法擬合得到達烏爾黃鼠爪趾縱剖面內的內、外輪廓線的曲線。 依據曲率公式計算,根據上述方程(2.1)、(2.2)可以得到兩式的曲率變化形式,見圖 2.2。從圖中可以看出輪廓曲線曲率變化趨勢,它的爪趾輪廓線是變曲率的,內輪廓曲線的曲率變化曲線可以看成兩條拋物線的耦合(見圖 2.2(a)),外輪廓曲線的曲率變化曲線可以近似看成一條拋物線(見圖 2.2(b))。 
                            ........
                             
                            2.2 河貍的簡介
                            河貍屬于河貍科(Castor fiber),哺乳綱嚙齒目,在我國屬于國家一級保護動物[55]。河貍主要在夜間出來活動,白天很少出去活動,不冬眠。河貍以植物為食,主要以嫩枝、植物的皮和樹根為主,也食水生植物;秋季,它們會用鋒利的牙齒,將大樹啃咬成 1 m 左右的小段,藏到洞口處的深水間,為冬季儲備食物。河貍可以稱得上建筑大師,它們把大樹咬斷,用來建造棲息場所。在河貍棲息的場所,可以經常看到它們的杰作—碗口粗的樹樁。由于它們的生活習性,經過自然的進化,造就了河貍鋒利的門齒和發達的咬肌,咬斷一棵直徑 40 cm 的樹,它們只需 2 h,見圖 2.7。 劉國林等[56,57]針對河貍門齒進行了研究。研究發現,河貍的門齒是由一對上頜門齒和一對下頜門齒構成的(見圖 2.8、圖 2.9 和圖 2.10)。上門齒和下門齒外形存在很大的差異,上門齒的齒尖部分,中間高、兩邊低;下門齒的齒尖部分,中間低、兩邊高。在門齒曲率方面,上門齒的彎曲曲率較大,而下門齒的彎曲曲率較小。在啃咬樹木或其它植物時,它們的作用也各有差異,上門齒不僅有撕咬作用,還要兼顧將碎屑帶走的作用,下門齒起到切入樹木的作用。在本研究中主要針對河貍的下門齒進行研究。 
                            ....
                             
                            第 3 章 切削刀片靜力分析...... 23 
                            3.1 樹枝模型與強度理論....... 23 
                            3.1.1 均質性假設 ..... 23 
                            3.1.2 強度理論 ..... 23 
                            3.2 切削力分析........ 26 
                            3.3 ANSYS 簡介 ..... 29 
                            3.4 切削刀片的靜力分析....... 30 
                            3.5 本章小結....... 34 
                            第 4 章 刀片切削性能試驗...... 37 
                            4.1 試驗設備及儀器..... 37
                            4.2 相關性驗證試驗..... 37 
                            4.3 切削性能對比性試驗....... 44 
                            4.4 本章小結....... 51 
                            第 5 章 樹枝粉碎試驗.... 53 
                            5.1 試驗設備及方法..... 53 
                            5.2 試驗安排....... 56 
                             
                            第 5 章 樹枝粉碎試驗
                             
                            通過低速順紋切削試驗對普通刀片和仿生刀片的切削性能有了初步的研究,為了更加直觀的了解四種刀片的切削性能,本章主要研究切削刀片在正常工作條件的性能,了解普通刀片和仿生刀片在實際生產中的差異,并與低速順紋切削試驗進行比較,分析兩類試驗的差異。
                             
                            5.1 試驗設備及方法
                            由 DHDAS-5923 動態信號采集儀、計算機和DHDAS 信號測試系統軟件(見圖 5.2)組成,用于數據的采集、存儲和分析。 試驗中利用電測法通過粘貼在底刀片背面的電阻應變片來測定切削刀片在切削樹枝時切削力的大小。其工作原理是當電阻應變片受力時,引起敏感柵電阻量的變化從而引起電壓或電流的變化;然后,電信號通過信號調理設備(電橋盒)的放大、濾波等處理;接著由數據采集設備(DHDAS-5923 動態信號采集儀)將電信號轉化為數字信號,傳輸給計算機;最后由計算機上的配套軟件與動態信號采集儀進行數據交換,并完成數據的采集,將數據存儲到計算機內,便于以后進行數據的讀取和處理。 電橋盒用于連接應變片和動態信號采集儀,通過電橋盒將試件上的應變片組成合理的橋路,將試驗過程中應變片電阻的微小變化,轉換為電壓信號供放大器進行信號放大。電橋盒內使用的是標準 120 Ω 電阻,當所使用的應變片為非標準120 Ω 電阻時,應使用全橋或半橋方式進行測量;安裝完成后,要檢測應變片與連接線的總阻值,使用標準 120 Ω 應變片測量時,其總阻值應在 120 Ω±1%范圍內,否則會造成橋路的不平衡,使所測量的數據出現錯誤。 試驗中采用半橋方式進行相關的測量,其中一電阻片是工作片(Rg),另一電阻片為補償片(Rd),見圖 5.3、圖 5.4 和圖 5.5。 
                            .....
                             
                            結論
                             
                            本論文介紹的研究工作,將仿生學與刀具優化相結合,根據河貍下門齒的特征曲線及其變曲率特征,設計了 3 種類型的仿生刀片。設計過程中運用 ANSYS軟件對普通刀片和仿生刀片進行靜力分析,優化刀片參數,直至普通刀片和仿生刀片都在剛度和強度上滿足要求。利用正交試驗對選取的因素進行相關性的驗證試驗;利用萬能試驗機對普通刀片和仿生刀片做低速條件下的對比切削試驗;最后,在實際工作條件下,用 400 型樹枝粉碎機對普通刀片和仿生刀片做粉碎對比試驗,得出了以下主要結論。
                             (1) 在 ANSYS 軟件靜力分析過程中發現,普通刀片總的變形位移小于仿生刀片,即普通刀片的剛度要高于仿生刀片;但是普通刀片總應力卻高于仿生刀片,即仿生刀片的強度高于普通刀片。但它們的強度和剛度都符合要求。 
                            (2) 運用正交試驗,通過極差與方差分析對試驗因素(切削速度、樹枝直徑和樹枝長度)進行了相關性驗證。通過極差分析可以得出以下三點:主次因素順序為 B(樹枝直徑)、C(樹枝長度)和 A(切削速度);優水平為 A1、B3、C3 ;最優組合為 A1B3C3。通過方差分析得出了各因素與試驗指標的相關性,在試驗方案所選取的因素水平內,切削速度的顯著性水平 α 為 0.01,與切削阻力不顯著性相關;樹枝直徑的顯著性水平 α 為 0.05,與樹枝長度都與切削阻力顯著性相關。 
                            (3) 在用萬能試驗機做低速切削的對比試驗中,主要從最大切削阻力、平均切削阻力、功耗三方面來評價普通刀片與仿生刀片。 
                            ....
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇四

                             
                            第 1 章  緒  論 
                             
                            1.1 課題背景及研究的目的和意義 
                            課題來源于實驗室合作項目。主要開展機器人自主儀表識別的魯棒性研究,機器人非定點儀表識別在不同視角和距離范圍內有效識別的實現,以及不同照明條件和陰影反光等惡劣條件下儀表識別方法的研究,并完善儀表識別建模界面的軟件開發。當前電力系統對自動化水平、智能化程度的要求不斷提高。就我國國內電力系統情況來看,大多數電站均采用帶有玻璃外殼的壓力計、避雷器(電流表)、液位計、濕度計、非智能開關等一系列需要人工記錄數據的傳統儀表。這些儀表均是非數字化非智能化設備,而靠人眼觀測、記錄數據,不僅精度低、可靠性差,更存在較大的安全隱患。因此,為實現電站的智能化、自動化的巡檢成為十分必要的科學研究,集自動導航設備、圖像傳感器、紅外熱像儀以及聲音傳感器為一體的巡檢機器人,能夠進行變電站的高壓線短路、斷路等情況的熱像檢測,儀表讀數識別等一系列巡檢任務。 
                            .........
                             
                            1.2  巡檢機器人視覺系統相關技術的國內外研究現狀
                            對于場景環境位置或者需要預估目標位置的情況,機器人的一些外感傳感器與機器人本體的參考系轉換是必須獲取的,因為通過知道參考系的變換可以得到這些傳感器觀測值相對于機器人的位置關系,這就是進行攝像機標定的目的,也就是進行從二位圖像恢復出空間點的三維坐標的三維重建過程[1]。而只有這樣才能夠在機器人眼睛參數變化的情況下對位置未知的目標進行有效的檢測、定位、跟蹤、識別等處理。 然而傳統的標定方法需要借助于標準件進行攝像機內參數的標定,這些標準件的幾何參數(如形狀及尺寸)均必須已知,例如利用精密加工的標定塊進行標定,如圖 1-1 所示,標定塊上的標志點坐標在世界坐標系下是已知的,再用這些標志點與圖像坐標系下提取到的標志點進行比對,依據圖像序列相應約束條件計算得到攝像機內外參[2];另外還有張正友的平面標定方法也屬于一種傳統的借助于標準件參照物的攝像機標定方法,張的標定方法所參照的標準件不是立體標準件而是一種平面的標定板,與立體標定塊類似,平面標定板上也繪制有高精度黑白方格以供提取其中的標志點,其原理類似于文獻[2]的方法也是對應點匹配,另外還有利用圓點代替黑白方格作為標志點的標準件,也是將標準件在某一固定物距附近以不同的角度拍攝多幅圖像,根據圖像序列中標志的變形情況、圓心位置及標準件的已知參數得到約束條件,從而標定出相機內外參。雖然傳統標定方法精度較高,但算法相對復雜,而且只適用于焦距固定的場合,在不方便使用標定物的場合也不適用[2]368,[3]。如圖 1-2 所示為平面標定模板。主動視覺攝像機標定法,就是已知令攝像機按照預定路線、軌跡以及量級進行運動拍攝標定場景圖像序列,預定運動必須是定量且定性的,即規定攝像機平移某一固定距離,或者繞某一固定中心做純轉動,其中距離及中心點坐標即為定量信息,而純平移運動或純旋轉運動即為定性信息。利用這些既定信息的約束即可對攝像機參數矩陣進行線性求解[4-6]。這種方法精度沒有傳統方法高,但是卻減少了對應用場景的限制。
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                            第 2 章  自主儀表視覺識別系統設計與分析
                             
                            2.1  引言
                            為完成巡檢任務,巡檢機器人除了 AGV(Automated Guided Vehicle 自引導小車)本體以外,還需要一個視覺平臺,該平臺一般被稱之為云臺。云臺有兩個自由度,分別為俯仰和水平旋轉,再加上攝像機焦距的變換則構成Tilt-Pan-Zoom 三自由度的機器視覺平臺。 
                            ........
                             
                            2.2  巡檢機器人視覺平臺設計
                             
                            2.2.1  需求分析
                            對于任何一個視覺系統都要針對相應的任務選取合適的相機,如基于視覺的工業生產線檢測、基于視覺的非接觸式測量、物體識別與定位跟蹤是三種非常常見的應用,每一項應用對攝像機參數都有著不同的要求。 典型的生產線視覺檢測系統就是利用已知的合格產品的圖像數據與生產線上的每一個產品進行比對,得到每個產品與標準產品之間的偏差,從而實現產品的質量檢測。圖像傳感器是二維高精度非接觸式傳感器,在質量檢測這樣的應用背景下,必須要求攝像機同時具有高分辨率和高色彩分辨率(即每個像素點的分辨率高),這里的色彩分辨率可以為灰度圖也可以為彩色圖。基于視覺的非接觸式測量系統首先標定出空間點與圖像像素點之間的關系,根據這一坐標變換關系,即可依據計算圖像中目標物所占的像素數目精確測量目標物的尺寸。在這樣的應用背景下更是要求攝像機擁有較高的分辨率,但對像素色彩分辨率的要求則不高,這是因為計算目標物需要提取目標的邊緣和輪廓,故而一般對動態范圍及彩色能力要求并不高[40]。對于物體識別和定位跟蹤等應用,對攝像機參數的要求則出入較大,這是由于識別物體需要考慮到目標物尺寸、物距要求、場合變化程度(一般場合變化較大),因此分辨率的選取要綜合考慮這些要求,有些特殊場合不僅要求攝像機具有色彩分辨力,更是要求攝像機有夜視功能,或具有寬動態功能[41]。 本課題的背景為變電站巡檢機器人儀表識別應用,因此,為絕對的代替人力實現全天候的巡檢,就要求攝像機能夠適應 24 小時不同光照環境的影響,其中也包括過度曝光、背光、逆光、下雨、霧霾以及夜間等極端光照環境。而同時由于場地限制還要求巡檢機器人最大可視距離為 50 m,也就是說攝像機必須具備自動變焦以及對焦功能,這就要求攝像機的鏡頭達到一定的焦距,分辨率也必須為高清。除此之外,巡檢機器人與后臺 PC 的通訊都是通過無線網橋進行數據傳輸的,而圖像的傳輸必須進行壓縮,而壓縮后的圖像質量會有所下降,必須均衡比較相機的性能才行。 
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                            第 3 章  基于絕對對偶二次曲面的相機自標定方法的研究 ..... 19 
                            3.1  引言 ...... 19 
                            3.2  攝像機自標定理論基礎 .... 19
                            3.4  自標定實驗結果 .... 29 
                            3.5  本章小結 .... 30 
                            第 4 章  基于視覺的目標儀表定位算法的研究 ....... 31 
                            4.1  引言 ...... 31 
                            4.2  基于視覺選擇性注意機制的圖像預處理算法 .... 31 
                            4.2.1  算法分析 ........ 31 
                            4.2.2  顯著性實驗與分析 .... 35 
                            4.3  基于視覺的云臺姿態微調方法 .... 37 
                            4.3.1  機器人視覺平臺控制原理分析及其設計 .... 38
                            4.3.2  基于視覺的儀表精確定位方法 ........ 39 
                            4.4  本章小結 .... 41 
                            第 5 章  儀表亮斑處理及其識別算法的研究 ..... 42 
                            5.1  引言 ...... 42 
                            5.2  亮斑產生原理分析 ...... 42
                            5.3  基于顯著性分析的光斑去除方法 ...... 43
                            5.4  基于輪廓特征的指針式儀表識別 ...... 49
                            5.5  本章小結 .... 51 
                             
                            第 5 章  儀表亮斑處理及其識別算法的研究
                             
                            5.1  引言
                            變電站儀表種類繁多,其中不乏帶有玻璃外殼的儀表,如壓力計、油溫計、避雷器電流表等。而巡檢機器人在復雜多變的室外環境下檢查這些帶有玻璃外殼的儀表時,由于光照角度的原因會拍攝到帶有亮斑干擾的儀表表盤圖像,不利于機器人對儀表讀數進行自動判讀,如圖 5-1 所示。在本文的應用場景中,鏡面反射現象即高光現象是必然存在的,這種情況下物體表面顏色特征及紋理特征都會減弱甚至消失,嚴重的情況下則會影響圖像質量[46]。如 Wolff 等人[47]利用光的極化特性分析漫反射情況下的高光去除算法。Nayar 等人[48]將極化信息分析及顏色分析結合在一起,一次作為約束來評估高亮區。而 Sato 等人[49]利用移動的光源獲取系列圖像對高光區域進行去除。這些方法盡管能夠獲得較好的結果,但是這些算法需要的是序列圖像,計算量也極大,因而限制了其應用面。 第一次提出利用顏色直方圖將圖像顏色矢量化后去除高亮區域的是Klinker 等人[50],這種方法的原理是基于雙色反射模型的。該法無需任何硬件設備和圖像序列,僅憑一張圖像即可處理,但去除的效果卻不太理想。Yoon等人[51]開新穎的利用股票機制來分離高亮區域的方法,不過這種方法并不能適用于表面紋理復雜的物體。Tan 等人[52]則同樣是利用單幅圖像去除鏡面反射區域,此法無需顏色分割,而且適用于具有復雜紋理表面的物體。 
                            .......
                             
                            結   論
                             
                            本文設計了一款巡檢機器人視覺系統,該機構具有三個自由度,可以調節工作平臺的空間姿態角,彌補了移動機器人定位誤差及各機械誤差導致的遠距離識別較小目標過程中變焦造成的視野減小、丟失目標等問題,研究了室外環境下儀表表盤圖像存在光斑干擾的特殊場景儀表識別的預處理算法,實現了精確判讀指針式儀表的目的。論文所做的具體工作如下:
                            (1)針對實際應用,搭建了巡檢機器人視覺平臺系統,采用二自由度純轉動機構來設計巡檢機器人云臺,實現工作平臺在空間調整姿態的目的。并且引進了基于云的數據計算平臺,將耗費資源的任務交付云端處理,提高了效率。
                            (2)利用絕對對偶二次曲面像變換對變參的攝像機系統進行自標定,從而獲得當前狀態下攝像機內參,并實現外參恢復。提出一種權重分配自底向上與自頂向下相結合的顯著性分析算法,該法能夠提取最顯著區域,從而縮小檢測區域,實現快速儀表定位,獲得目標相對圖像中心的距離,實現圖像尺寸到云臺旋轉角度的轉換,控制云臺及攝像機實現光學變焦,將目標放大到可識別尺寸。
                            (3)針對室外環境下,由儀表玻璃外殼反光及雨后水滴聚光區域造成的高亮干擾這一特殊情況,設計了相應的預處理算法過程。對于鏡面反射造成的儀表反光情況,采用移動機器人平移后重新拍攝圖像進行識別即可消除高亮影響。而對于水滴聚光區域的小光斑,則采用基于 Exemplar-Based 圖像修復算法,利用單幅圖像即可有效修復具有復雜信息的圖像。 
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                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇五

                             
                            第一章緒論
                             
                            1.1課題來源和研究背景
                            隨著我國社會經濟的發展進步和現代化建設的不斷加速,工業生產過程中出現的事故和危害也在不斷增加。有數據顯示,歐美等發達國家安全生產狀況在人均GDP水平達到1000到3000美元時,這個國家的安全生產形勢則處于非常糟糕階段,表現在高發性的安全事故和因不能得到及時救援而急劇上升的死亡人數;然而當人均GDP超過3000美元時,事故發生的頻率則會逐漸下降[1]。目前,我國經濟迅速發展,國民生產總值不斷增加,而部分較發達省市也己經達到人均GDP水平在1000-3000美元之間,由于工業迅速發展帶來的安全事故發生頻率也在不斷增加,而其中因為有毒有害氣體泄漏造成的事故更是時有發生。2012年10月22日晚10時40分左右,湖北省洪湖市德炎水產公司發生氦氣泄漏事故,致使479人中毒。2014年11月5日清晨5時15分左右,衢州巨化集團發生苯泄漏事故,致使多人中毒,其中兩名工人因搶救無效不幸遇難。這樣的例子不勝枚舉,有毒有害氣體泄漏事件對公民人身安全造成了巨大的威脅,同時也給國民生產造成了重大的損失,其危害性令人觸目驚心,因此,有毒有害氣體泄漏后快速地應急救援處置方式和更加先進的救援設備的研宄,是尋求安全生產的必經之路,其對國民經濟的可持續發展有著非常重大的意義。本課題基于北京市科委重點項目“涉氯涉氨現場危險品快速消納裝置研制與開發”,以北京市二商集團西郊冷凍廠為試點單位,旨在研制出一種適用于有害氣體泄漏事故的快速消納裝置,實現事故現場的快速應急處置。對西郊冷凍廠進行現場調研后,發現冷凍廠車間面積約為1000m3左右,車間中遍布用于輸送液氨管道,在管道結合處極易發生泄漏而造成重大危險事故,故而把氨氣這種刺激性異味氣體定為本課題的主要研究對象,并根據有效換氣次數確定車間發生氨氣泄漏后的風量為10000m3/h。同時考察到因為生產設備原因,車間內部無法再安裝傳統有害氣體處理的大型設備。故而本課題依據實際情況,提出一種一般室外條件下使用的、發生氨氣泄漏后可快速移動并可以用于大風量泄漏下快速吸收有害氣體的車載凈化裝置,以實現有害氣體的緊急處理,并使其達到排放標準,解決以往的應急裝備不能用于大風量處置且無法快速移動的難題。
                            .........
                             
                            1.2有毒有害氣體凈化技術現狀
                            隨著世界經濟的發展和各國對工業安全生產的關注,人們對有毒有害氣體危害性的認識也在不斷加深,圍繞有毒有害氣體的凈化處置,國內外廣大研究學者們發揚了勇于探索的精神,不斷尋找合理高效的解決方法,一系列有毒有害氣體凈化處理的措施被用于應急處置和日常工業生產廢氣凈化中。目前存在的有毒有害氣#處理方法有燃燒法、溶液吸收法、催化轉化法、吸附劑吸附法、生物處理法、等離子體凈化法等[6].燃燒法又稱為熱力燃燒法,是指把有害氣體的溫度提升到可燃氣態污染物的溫度,在高溫高氧的情況下使其完全燃燒分解,最終降解成C02和等無機物,具有燃燒徹底、凈化效率高等優點。這種方法需要有害氣體中含有一定濃度的可燃氣態污染物,并需要通過輔助燃料燃燒來提高有害氣體的溫度。該方法可用于凈化各種可燃性氣體,其凈化程度在供氧充分的情況下,依賴于反應溫度、停留時間和瑞流混合等三個要素。該方法在處理部分有機廢氣(如碳氫類化合物)時具有明顯的優勢,但是當廢氣中含有S、C1等元素時則無法使用,易造成二次污染和中毒。
                            .......
                             
                            第二章介質阻擋放電等離子體技術凈化氨氣的機理研究
                             
                            2.1低溫等離子體基礎理論
                            等離子體是一種氣態物質,但其并非氣體,它包括一系列的分子、原子、離子、高能電子及自由基等活性物質,通常被認為是固體、液體、氣體以外的物質第四態,因為大量活性物質的存在,使其性質表現出高度的不穩定性。等離子中的粒子和活性物質處于不停的運動及相互碰撞之中。在外加電場的作用下,等離子體中的電子可獲得非常高的能量,通過撞擊其他粒子而發生能量交換,產生一系列化學反應。事實上,等離子體在人們的日常生活中并不少見。例如,閃電和極光都是由大量等離子體組成,宇宙中百分之九十以上的物質都是以等離子體狀態存在的。等離子體同樣可以通過人工的方式產生,如本文要研宄的介質阻擋放電就是人工產生等離子體的一種常用方式。等離子體主要包括高溫等離子體(hot plasma)和低溫等離子體(cold plasma)兩大類,這是國際上慣用的分類方法。高溫等離子體也稱熱平衡等離子體,其產生對溫度有非常高的要求,通常情況下高達10,OOOeV以上,相當于100,000,000°C,eV(electronvolt)是等離子體領域中常用的溫度單位,leV=11600K。其電離率接近100%,電子、離子及中性粒子的溫度基本一致,如太陽和恒星不斷發出的等離子體。正是由于高溫等離子體的特殊性,使其在通常條件下很難產生和應用。而低溫等離子體(也叫冷等離子體)則恰恰相反,是一種非熱力學平衡的等離子體,在一般環境溫度下即可產生,是在工業生產中被廣泛應用的一種等離子體。低溫等離子體在放電過程中,其電離率較低,電子的溫度很高,大約為103K?104K,但是離子溫度和中性粒子的溫度則很低,并且遠遠小于電子的溫度,幾乎可以與室溫持平,這樣整個體系就會呈現低溫的狀態[20]。
                            .........
                             
                            2.2等離子體的產生方法
                            工業生產中用于產生低溫等離子體的方法是多種多樣的。其常用的產生方法主要有:氣體放電法、射線輻照法、熱電離法、激波等離子體法、光電離法和激光等離子體法等。其產生過程中受各種因素影響,如氣壓高低、頻率大小、電極種類、放電間隙、放電功率以及外界環境因素等等。一般情況下,氣體是不導電的絕緣介質,如果把氣體密封到一個容器中,在兩極間施加直流電壓,并逐漸增大,當電壓增大到某一個高值時,就會在回路中產生電流,電極間氣體的絕緣性被破壞,發生擊穿,即氣體放電【14】。氣體放電法是目前被廣泛使用的產生低溫等離子體的方法,在等離子體技術領域具有重要的地位,同時因其優良的性質,也是最適合本課題用于凈化處有毒有害氣體的等離子體發生方法。
                            ...........
                             
                            第三章等離子體凈化器的設計......22
                            3.1等離子體凈化器的設計思路......22
                            3.2等離子體反應器的設計......23
                            3.3等離子體發生電源的設計......27
                            3.3.1電源參數的設計......27
                            3.3.2電源的集成設計......30
                            3.4 本章小結......31
                            第四章等離子體凈化裝置集成..................32
                            4.1北京市二商集團西郊冷凍廠基本情況......32
                            4.2用于涉氨現場的移動車載應急救援裝置......33
                            4.3等離子體凈化裝置設計集成......34
                            4.4本章小結......42
                            第五章等離子體裝置凈化氨氣實驗......43
                            5.1氨氣凈化的實驗方案設計......43
                            5.2氨氣凈化的模擬實驗......44
                            5.3實驗結果的分析......44
                            5.4本章小結......50
                             
                            第五章等離子體裝置凈化氨氣實驗
                             
                            5.1氨氣凈化的實驗方案設計
                            目前,關于等離子體凈化裝置的研究大多集中于實驗室水平的仿真與模擬實驗,這雖然有助于理解反應的機理并且可為后續的研宄提供一定的理論支撐,但要使等離子體凈化裝置真正用于工業生產實踐中并在應急救援處置中發揮積極的作用還需要考慮到實際反應中氣體的特性及環境因素的影響,這都是實驗室模擬所不具備的。除此之外,本文的等離子體凈化裝置是用于10000m3/h的大風量下氨氣泄漏事件的,故而需要不斷通過實驗檢測其凈化效率,以確保在有害氣體泄漏事件發生之后等離子體的工作效率。本章節主要通過采用氨氣與空氣的混合氣體,以北京市二商集團癥細冷凍廠為試點單位,來模擬真實泄漏的場景,進行實驗研究。其實驗裝置主要由風機、等離子體凈化裝置(包含等離子體發生盤與電源控制系統)、配氣裝置和氨氣傳感器等四大部分組成,實驗示意圖如圖5-1所示。其中,配氣裝置部分是由標準氣體氣瓶、流量控制閥(包括解壓閥和流量計)、混合氣體瓶組成的,如此可以通過調節解壓閥和流量計控制氣體的流量,使其充分混合均勻之后,再打開通往等離子體掙化裝置管道上的解壓閥,同時開啟風機,使混合氣體通過等離子體凈化裝置。 
                            .......
                             
                            總結
                             
                            本課題來源于北京市科委安全生產領域重點項目,以北京市二商集團西郊冷凍廠為試點實驗單位,基于介質阻擋放電的低溫等離子體技術,以設計研制用于有害氣體泄漏緊急處置的等離子體凈化裝置為最終目的,進行了一系列理論研究、機理分析、實驗研究及參數優化等工作。首先,本文對介質阻擋放電產生等離子體凈化有害氣體的原理進行了一系列研究,理解了等離子體在凈化過程中產生的一系列活性物質的作用機制,并對其與氨氣反應的化學機理進行了分析,得到等離子體凈化氨氣后的主要產物,為后續等離子體凈化裝置的設計打下了理論的基礎。隨后,根據國內外等離子體反應器的設計現狀,在通過理論分析和實驗研究的基礎上,對現有反應器的參數進行了一系列的優化,并研制出一種矩陣式的介質阻擋反應器,并通過一系列的實驗設計了高壓電源的參數。之后,在對西郊冷凍廠進行現場調研的基礎上,確定其泄漏時可能發生的危險情況,據此對等離子體反應裝置進行實驗集成,并不斷完善,并將其用于后續的模擬實驗。在實驗中,不斷調整反應條件和參數,以得到等離子體凈化裝置的凈化效率及其影響參數。主要工作及結論如下:
                            1等離子體凈化裝置凈化有害氣體的效率受到反應器參數(包括介質材料和尺寸、電極尺寸、放電氣隙等)、電源參數(包括電壓、頻率等)、反應氣體濃度和流速、環境條件等的影響。
                            2本課題設計的等離子體凈化裝置其最佳反應電源是電壓在20KV左右、頻率在12KHz左右的高頻高壓脈沖電源,在此基礎上集成電源系統,以220V為輸入電壓,通過變壓器輸出高頻高壓電源。
                            3通過理論推導與實驗研究得出,基于介質阻擋放電的低溫等離子體凈化裝置凈化氨氣后的產物為N0X、H20、NH4N03、NH4N02、03、N2及少量未被去除的氨氣等。
                            4本課題設計的等離子體凈化裝置是由36組等離子體盤集成的柜式等離子體裝置,在常溫常壓的條件下,當氣體濃度不高于lOOOppm時,其凈化效率可達到50%以上。
                            .........
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇六

                             
                            第一章  緒論 
                             
                            1.1  選題的背景及意義
                            哺乳動物作為當今世界上軀體結構、功能行為最為復雜的高級動物類群[1,2],經過幾百萬年自身及外界的演變,進化出了許多與外界環境相適應的結構、形態等特性,這些特性為人們在工程學領域方面的設計與研發提供了良好的靈感和優秀的藍本[3-6]。哺乳動物按營養方式分類可以分為:食肉動物、雜食動物和食草動物三種類型,而牙齒作為哺乳動物獵食和進食最不可或缺的器官組織,始終伴隨著動物自身的進化演變而變得與其生活習性更加息息相關。 自古以來,對于哺乳動物牙齒的認識和利用就已經與人們的生活緊密地聯系在一起,比如:人牙的健康與飲食密切相關,狼牙、虎牙等可以用來避邪,象牙制成昂貴的生活器具,豬牙是我國秦腔牙技不可缺少的組成部分,等。進入現代社會,隨著科學技術的迅猛發展,對于哺乳動物的牙齒研究和應用不再僅僅局限于它的象征意義和作為簡單道具的使用,而是從它的結構形態、材料組成、微觀結構和力學特性等出發,應用于現代科學與工程領域,比如:基于河貍門齒結構形態的特性應用到電火花強化涂層木工刀具上,用豬牙代替人牙進行大規模的醫學實驗,根據食人魚牙齒的構形及硬度特性設計仿生剪刀等。 雖然對于哺乳動物牙齒的認識與研究越來越多,但是也有一些不足之處,例如:關于哺乳動物牙齒的研究主要集中在工程和醫學領域,具有一定的局限性;關于哺乳動物牙齒的研究都是零碎的、不系統的,僅僅看到某一動物牙齒的表面現象才開始考慮研究應用等。 本文的研究主要從解決以上問題作為出發點,系統地對三種食性的哺乳動物(食肉動物、雜食動物、食草動物)的牙齒的基礎特性進行全面地研究分析并總結規律,為以后的關于哺乳動物牙齒的仿生研究應用提供基礎實驗依據。本文所選用的三種食性的哺乳動物分別為食肉動物的狗、雜食動物的豬和食草動物的梅花鹿。 
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                            1.2  相關研究的國內外現狀
                            生物摩擦學(Bio-tribology)是 Dowson[7-8]等于 1973 年首次提出來的,定義如下:研究與生物系統相關的所有摩擦學問題[9]。具體是指基于生物體材料的流變性質,以生物的摩擦、粘附和潤滑為中心,研究摩擦學行為及其與生物結構,生物材料等特征之間的相互關系的一門學科[10-13]。生物摩擦學是一門新興的交叉學科,它涉及廣泛,比如醫學、材料學、生物學、摩擦學、機械學等,主要分為人體生物摩擦學和仿生摩擦學兩大類[14]。 人體生物摩擦學顧名思義是指人體特定領域的生物摩擦學,它的研究領域主要包含以下 3 個方面:(1)研究人體內組織與器官組成的摩擦副。如兩個關節之間的摩擦,肌肉與骨骼之間的摩擦,角膜和眼瞼之間的摩擦,等。研究的主要目的是理解掌握摩擦學的機理,并將獲得的成果用于修復重建受損和衰退的組織器官。(2)研究人體內組織與人造器官組成的摩擦副,即生命體和非生命體組成的摩擦副。如天然牙與人工義齒、眼瞼與人工角膜、足底皮膚和鞋襪等,研究的主要任務是防止這些非生命體對人體造成二次傷害。(3)研究在人體環境中工作的人工摩擦副,起主要作用的都是人工材料。如人工關節、人工心臟瓣膜等,這方面的主要工作是預防人工摩擦副通過摩擦產生的摩擦熱、磨粒等通過人體液體介質漫布全身,對人體產生嚴重不良影響[15-17]。 仿生摩擦學的主要研究對象是自然界中的生物系統,主要目的是研究它們自身存在的奇異摩擦學現象,從中獲取靈感和啟發,并將研究成果應用到工程技術領域,這就是仿生摩擦學的由來。仿生摩擦學研究的重點主要包括以下 3 個方面[18]:(1)關于流固界面的黏附與自清潔,這主要與摩擦學中的潤滑密切相關。Barthlott[19]等研究并發現了“荷葉效應”,這在疏水材料的研究開發上得到了非常廣泛的應用。(2)關于生物腳掌與固體表面的黏附仿生摩擦,壁虎等動物腳掌上附有剛毛,Gorb[20]等以壁虎為仿生原型,研究設計了一種人工剛毛,能夠附著在的光滑表面。(3)關于生物表面磨損特性的仿生摩擦學,沙魚(sandfish)在沙漠中能夠快速穿行與它的特殊表面密切相關,Rechenberg[21]等研究發現沙魚表面的耐沖蝕磨損要強與鋼和玻璃表面。
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                            第二章  試驗方法 
                             
                            2.1  試驗材料的選取與制備 
                            2.1.1  試驗材料 
                            狗的門齒、犬齒和臼齒(選用長春市 6~7 個月的中原太行犬);豬的門齒、犬齒和臼齒(選用長春市 10~12 個月的長白豬);鹿的門齒、犬齒和臼齒(選用長春市 12~16個月的家養梅花鹿)。為了消除因所選物種年齡問題而出現的誤差,經查閱相關文獻可知,狗的平均壽命為 10~15 年,從出生 6~12 個月可以達到性成熟,豬的平均壽命約為 20 年,從出生 5~12 個月可以達到性成熟,鹿的平均壽命約為 20 年,從出生 18~24個月可以達到性成熟。因此,選用的物種年齡如上所示。 
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                            2.1.2  試樣制備
                            在制備試樣之前,要先將分離出的牙齒進行清洗處理后置于蒸餾水中并保存在冰箱恒溫室內以備用,溫度設置為 4℃。在制樣過程中,要先用電動打磨機(GWS8-125C,BOSCH 公司,德國)切除牙齒的齒根部分。隨后制備成兩種平面試樣:(1)縱剖面(如圖 2.1a 中的 A 區域),在水冷卻條件下用精密切割機(IsoMet? 4000,BUEHLER公司,美國,如圖 2.2)以牙尖為起點牙根為終點的中軸線縱剖為兩半,將此剖開的平面作為試驗面,然后用液態樹脂將試樣(縱剖面朝下)包埋在尺寸為 30 ㎜×30 ㎜×20 ㎜的特制模具中,得到牙齒試樣(如圖 2.1b);(2)頜面(如圖 2.1a 中的 B 區域),在水冷卻條件下用切割機將牙冠以下全部切除,僅將牙冠部分包埋得到牙齒試樣(如圖 2.1c)。待包埋用樹脂材料完全凝固硬化之后將試樣取出,先后采用 400#、600#、800#、1500#、2000#的勇士牌砂紙在水冷卻條件下進行打磨,形成約為 2 ㎜×2 ㎜的試驗面(此試驗面因牙齒種類的不同而所處位置也不同), 并用研磨拋光機(Metaserv250,BUEHLER 公司,美國,如圖 2.3)進行拋光,直至表面粗糙度 Ra低于 0.2μm 為止(通過上海泰明光學儀器有限公司生產的 JB-5C 型粗糙度輪廓測試儀測得),此拋光機能夠進行精細拋光,可以減少牙齒試樣表面的損傷。在制備試樣的過程中,要使用無水乙醇和蒸餾水輪流清洗產生的污垢。 
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                            2.2  試驗儀器及裝置
                            摩擦磨損試驗主要在摩擦磨損試驗機(UMT,CETR 公司,美國)上進行,試驗儀器如圖 2.5 所示。該儀器可以滿足大部分金屬、塑料、陶瓷、涂層等的摩擦學和機械測試需求,能測得的主要參數為負載(伺服控制)、摩擦力,力矩和系數(靜態和動態)、磨損量和磨損率、接觸高頻聲發射和電子接觸電阻等。牙齒“微觀”力學性能試驗主要在低載荷原位納米力學測試系統(Triboindenter,Hysitron 公司,美國)上進行,試驗儀器如圖 4.1 所示。該儀器可以進行精確納米尺度測量力學屬性如硬度,彈性模量,摩擦,耐磨性和粘合強度,可以實現材料評價尺度從超薄薄膜到塊體積材料,同時也提供了原位掃描探針顯微成像一起進行定量納米壓痕和納米劃痕測試。 
                            ........
                             
                            第三章  牙齒的摩擦學特性對比研究 ...... 19 
                            3.1  試驗簡介 ...... 19 
                            3.2  試驗材料的選取和制備 .......... 19 
                            3.3  摩擦磨損機理介紹 .... 19 
                            3.3.1  摩擦定律及機理 ......... 19 
                            3.3.2  磨損定律及機理 ......... 20 
                            3.4  試驗結果與分析 ........ 22
                            3.5  本章小結 ...... 35 
                            第四章   牙齒的力學性能對比研究 ........ 37 
                            4.1  試驗簡介 ...... 37 
                            4.2  試驗材料的選取和制備 .......... 37 
                            4.3  維氏硬度 ...... 37 
                            4.3.1  維氏硬度簡介 ...... 37 
                            4.3.2  維氏硬度測量 ...... 39 
                            4.4  納米壓痕技術 ..... 40
                            4.5  試驗結果與分析 ........ 44
                            4.6  本章小結 ...... 52 
                            第五章  牙齒的劃痕測試對比研究 .......... 55 
                            5.1  試驗簡介....... 55 
                            5.2  試驗材料的選取和制備.... 55 
                            5.3  試驗結果與分析......... 56
                            5.4  本章小結....... 67  
                             
                            第五章  牙齒的劃痕測試對比研究
                             
                            5.1  試驗簡介
                            涂層與基體之間界面結合力的大小是衡量涂層好壞的重要指標之一,其中對界面結合力的測量和評測是材料學方面的一個重要問題[93,94]。目前,測量涂層與基體之間界面結合力大小的方法有如下幾種:劃痕法、壓入法和激光沖擊法[95,96],其中劃痕法是最常用的方法,它可以高效地測定涂層和基體的結合特性,同時具備多種形式的監測方法且重復性較好,是一種成熟的試驗方法。“臨界載荷”(Lc),是利用劃痕法進行測量的最重要指標,這是因為它與基體間的界面附著功和剪切強度存在一定的關系[97,98]。在劃痕測試試驗中,存在多種因素會對臨界載荷產生影響,比如:涂層的材料與厚度、基體的材料與硬度及基體的表面粗糙度等。 眾所周知,牙齒作為一種復雜的復合生物材料,雖然具有梯度特性、各向異性和多功能等特點,但是依然可以分為牙釉質、釉質牙本質界、牙本質。本文將牙釉質、釉質牙本質界、牙本質近似看做涂層與基體的關系,用劃痕法對不同食性哺乳動物的牙齒釉質進行劃痕測試。不同食性哺乳動物牙齒的劃痕測試主要在 CSM 公司生產的Revetest Xpress 型劃痕測試儀上進行,在縱剖面上進行刻劃,劃痕從齒尖一側開始,到齒根一側結束。 
                            ..........
                             
                            結論 
                             
                            本文主要以食肉動物的狗、雜食動物的豬和食草動物的梅花鹿的牙齒為研究對象,利用摩擦磨損試驗機以 Si3N4陶瓷球與牙齒試樣對磨并結合共聚焦激光掃描顯微鏡測量磨損表面深度進行牙齒的摩擦學特性測試,采用維氏硬度計、納米力學測試系統對牙齒的力學性能進行研究,通過劃痕測試儀測得牙齒的結合強度,結合生物摩擦學、納米力學理論、生物材料學、試驗優化設計等理論方法系統地對以狗、豬、鹿為代表的三種食性哺乳動物的牙齒進行研究,主要得出以下結論:
                            1)  三種動物牙齒的摩擦因數隨時間變化的曲線都可以分為三個階段:①接觸初期,摩擦因數緩慢增大階段,這是因為在與 Si3N4陶瓷球接觸的初期,三種動物牙齒的釉質表面粗糙度很低,因此剛開始三種動物牙齒的摩擦因數較小;②經過一段時間,摩擦因數迅速增大階段,出現上述情況是受牙齒礦化程度和釉柱晶體致密度不同的影響;③隨著時間的增加,摩擦因數最終穩定階段,隨著試驗的進行,從牙齒釉質表面上剝落下來的片狀釉質受到反復擠壓而使尺寸變得更加細小,此時的細小釉質顆粒起到了潤滑作用,使得牙釉質與 Si3N4陶瓷球間的磨損強度降低,摩擦因數進入穩定階段。 
                            2)  三種動物牙齒的釉質縱剖面經過摩擦磨損試驗之后,形成了類似于橢圓形的磨斑,主要的磨損形式有疲勞磨損、粘著磨損和磨粒磨損。根據磨損表面的形貌可以粗略判斷這種牙齒的耐磨性,磨損表面形貌的特征主要有磨屑剝落、龜裂現象和細小磨粒等。牙齒耐磨性的好壞與釉柱的致密程度和排列形式密切相關。 
                            3)  通過共聚焦激光掃描顯微鏡對試驗之后牙齒的磨損表面深度測量,根據深度的大小可以精確判斷牙齒的耐磨性。最終測得,門齒中豬門齒的耐磨性略好于鹿門齒,狗門齒的耐磨性最差;犬齒中耐磨性的排列順序是:狗犬齒>豬犬齒>鹿犬齒;臼齒中鹿臼齒的耐磨性最好,豬臼齒次之,狗臼齒最差。三種動物牙齒耐磨性好壞的排列順序與維氏硬度的順序一致,說明硬度大的這三種動物牙齒耐磨性也好。 
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                            參考文獻(略)

                             

                            專業工程碩士論文精選篇七

                             
                            第一章    緒論
                             
                            1.1 論文研究對象及課題來源
                            宇航產品中存在大量的、典型的薄壁件產品。從薄壁件的常規概念出發,通常認為在環形件、殼體件、盤形件、套筒件、軸類件以及平板件中,產品的壁厚與輪廓尺寸(或內徑曲率半徑)之比小于 1:20 時,可認其為薄壁件[1]。此類型的零件具有的顯著特點是剛度低,結構復雜,在加工時極易由于誤差變形或工件顫振,降低了工件的加工精度。雖然從設計的方面來說問題不大,但是加工過程要達到設計的結果具有相當的難度。尤其當零件的形狀及尺寸精度要求高時,機床或者加工設備的切削力大小及波動、微幅振動、切削溫度、裝夾形式等都會對其產生較大的影響,從而難以保證加工的精度[2]。特別是對于特殊行業用的某些壁厚很薄的產品,因其材料剛度較低,甚至不能按常規方法進行機械加工,需要發展新的加工工藝。 此類薄壁零件已經較為廣泛地應用于航空航天工業中,例如火箭的殼體、衛星的展開機構、運載器的固定支座等。加之航空航天零件對制造精度的特殊要求,在同樣的剛度和強度等力學特性需求的同時,還需要產品具有較小的重量;為此一些新型難以加工的材料多會被利用,諸如鈦合金、鋁鎂合金等輕質材料。如此一來,增加了制造薄壁件產品的困難,提高了制造的成本,這也是產品設計到加工實現過程的一大難題[3]。因此,結合機床和材料的基礎信息進行薄壁件產品的可制造性設計,具有十分重要的工程價值。 本文涉及的宇航薄壁件產品兼顧上述定義,但對其內涵將進行拓展,針對特殊的應用背景和定制化(個性化)需求,特別地將某宇航產品的 XX-XX 箱間段和 XX-XX一二級級間段的八類零件均稱之為薄壁件,這些零件包括壁板、蒙皮、桁條、半框環、口蓋、連接板、插座、接頭、支座等;后續的研究中將給出這些零件中部分零件的結構示意圖及模型數據。同時,后續的研究中也將分類梳理這八大類零件涉及的主要成形工藝方法,為制造工藝知識庫的構建提供基礎數據。 本論文課題來源于科技部國際合作項目(編號:2010DFB80730):宇航產品智能化設計制造集成技術與系統聯合研究。 
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                            1.2 論文研究目的和意義
                            宇航產品所屬零件大多為定制化零件,其結構復雜、技術含量高、質量要求高、涉及學科領域多,是典型的技術密集、知識密集和資金密集的復雜部件。尤其近年來,隨著我國“載人航天”工程二期、“探月”工程二期、新一代大型運載火箭等一批重大型號工程的研制,我國宇航產品型號研制生產呈現出研制品種多、研制周期緊、生產批量變化大等特點,從而對宇航產品快速設計及制造的能力提出了更為迫切的要求。在傳統的宇航產品開發流程中,設計和制造環節被分割為兩個相對獨立部分,產品的設計過程沒有全面考慮制造的可實現性、經濟性、加工周期、質量保證條件等產品生產要素[4,5],這種研發模式常常不可避免地造成設計方案和企業的制造能力不協調,其結果必然帶來企業需要付出很大的成本、周期、效益的代價,來滿足一個不切合生產實際的設計方案,甚至會造成設計方案的反復,嚴重影響型號產品的開發周期。 近年來,設計制造一體化方面的研究也越來越受重視,國外研究人員在設計制造一體化方面做了很多工作,已較為顯著地縮短了產品開發周期,提高了產品質量和競爭力。隨著信息技術的發展和產品開發周期的不斷壓縮,智能化的設計評價技術已經成為未來工程設計領域發展的必然趨勢[6]。通過總結經過驗證的海量設計、制造知識,開發智能化的設計工具和虛擬驗證工具,可以極大降低研制風險和縮短研制周期。這項技術已經成為國外先進工業發展的標志和競相投入研究的重要方向。但在國內,相關的研究工作還處于起步探索階段,尚缺少完整的應用實例。 
                            ........
                             
                            第二章   考慮薄壁件產品 MAS 的設計模型
                             
                            2.1  產品智能化設計過程及 DFX 決策 
                            產品設計是一個產品解決方案生成與其結果評價的迭代過程。在確定一個具體的解決方案之前,設計人員應首先采取概念設計方法。對于一個復雜的產品在概念設計階段需要將團隊或者不同設計部門的已有設計經驗結合在一起,然而,在協作設計的過程中必然存在對設計決策的不一致,因而很難做到在做設計決策和優化方案時能夠獲得各個方面的知識。同時協作過程也存在著分工、協調,以及其他管理上的困難。   “為某一方面而設計(Design  For  X,DFX)”設計思路的提出為產品設計過程中的協同處理提供了重要的指導,具體是通過將“做”和“不做”的設計規則用檢查表單的形式列出,以確保設計方案滿足了“X”方面。關于 DFX 設計的一個主要缺點是,這些工具僅用一個狹窄的片面的視角去看不斷進化的解決方案,而沒用相互關聯,多個“X”角度的視角。此外,當主要的設計決策已達成時,DFX 工具主要用于進行分析。此外,DFX 知識是通用的,而不是針對特定問題的。在這個意義上,不能為設計人員提供關于哪些規則適用于目前情況的指導。設計專家系統由于其具有預測建模能力,可以支持概念設計。然而,在設計和開發過程中,由于知識的組織方式不是從需要協調的資源方面的角度來建立的,從而對系統提供了一個狹隘的設計解決方案,很難權衡生命周期的各個方面。此外,存在于設計人員頭腦中的知識組織形式較為獨立,很難做協調維護,并且在知識動態進化過程中,需要隨時來處理出現的新問題。約束網絡能協助設計人員之間通過多方面的合作,以避免生命周期問題的產生。 
                            .......
                             
                            2.2  基于設計制造信息的設計決策模型
                            本節將討論依據設計制造信息而實際得到的產品模型的過程,揭示在零部件綜合設計過程中,設計結果是如何產生的。為便于理解,需要首先進行設計決策過程的規范化處理。 如圖 2-7 所示,對于設計過程中的每一個階段,設計人員都有一個決策結果集合[P]及一些可能的解決方案集合{O},可定義為決策方案 P{O}。由上文可知,決策方案 P{O}由可重復使用的產品設計要素組成。設計人員在決策過程中從決策方案中選擇;在此過程中,設計人員需要考慮一系列的問題,如可制造性、可裝配性以及產品的使用功能等。在兼顧上述方面的前提下,設計人員選擇出合適的一系列決策結果,并將決策結果 D{O}引入的產品模型中。
                             
                            第三章   面向制造的產品設計特征提取及重構 ...... 43
                            3.1  產品 DFM 過程的特征信息需求 ...... 43
                            3.2  設計特征的提取 ........ 43
                            3.3  基于可制造信息的三維重構方法 .......... 50
                            3.4  薄壁件關鍵幾何特征關系提取及判斷 ....... 54
                            3.5  本章小結 .......... 62
                            第四章   產品 DFM 過程的知識表達及知識庫構建 ......... 63
                            4.1  產品 DFX 過程的知識表達及其管理 ......... 63
                            4.2  面向 DFM 的產品制造知識及其提取 ........ 69
                            4.3  制造知識庫構建 ........ 77
                            4.4  設計過程知識庫的調用策略 ........ 80
                            4.5  數據庫協同管理 ........ 83
                            4.6  本章小結 .......... 86
                            第五章   產品 MAS 平臺及 DFX 系統集成 ........ 87
                            5.1  產品 MAS 原理及體系 ....... 87
                            5.2 MAS 平臺框架設計 ........ 93
                            5.3 考慮 MAS 的典型宇航薄壁件 DFX 系統 ........ 97
                            5.4 基于 MAS 的 DFA 應用 .......... 102
                            5.5  本章小結 ........ 110
                             
                            第六章   考慮 MAS 的典型宇航薄壁件 DFM 原型系統實現
                             
                            本章結合前幾章具體的理論基礎和局部實例,給出針對某特定宇航薄壁件產品的可制造性分析平臺,發展其原型系統并給出具體的分析過程。 
                             
                            6.1  原型系統框架 
                            圖 6-1 顯示了整個可制造性評價體系包括了知識庫和數據庫、核心算法和工具、建模和評價過程、標準規范以及應用。 根據上述框架構建的原型軟件系統結構框架圖如圖 6-2 所示,圖中顯示各個軟件單元之間的組成關系。具體包括了用戶界面層、工具層、知識庫管理和數據庫管理層。 根據可制造性分析基礎和評價方法,編寫了軟件原型系統研發,開發了用于制造特征獲取的 Pro/E 插件軟件工具,如圖 6-3 所示。 圖 6-3  給出了在 Pro/E 中構建的對象模型,本文開發原型系統中,對該對象的提取是發展基于零件 Pro/E 模型的制造特征提取工具。 這個插件工具基于被加工零件的 Pro/E 三維模型,進行零件制造特征的提取,能夠實現自動獲取和列表顯示零件中的特征、參數名、參數值,插件中存儲的參數和模型參數同步,可雙方向更新,支持用戶挑選“制造特征”,并保存為文件,為可制造分析軟件提供輸入數據。
                            ..........
                             
                            結論
                             
                            宇航產品結構復雜、技術含量高、質量要求高、涉及學科領域多,是典型的技術密集、知識密集和資金密集的復雜部件,其設計過程任務繁重且涉及不同部門的協同,薄壁件產品是此類產品的典型代表。大多數已有的傳統設計與制造過程是較為獨立的,即設計過程往往不能很好地兼顧產品的可制造性,由此導致設計出的復雜產品并不能被制造加工出來,造成了設計效率低下且返工引起的時間和經濟成本的顯著提高。針對這一現狀,本文開展一類特定的宇航薄壁件產品的設計及可制造性集成技術研究,旨在提出的面向制造的產品設計方法,解決其中的設計與制造沖突問題,最后通過開發相應的原型系統得以驗證此方法的可行性。研究具體內容和取得的創新成果包括:  
                            1.發展了考慮產品可制造性的典型宇航薄壁件的 DFX 方法。首先,構建了用于指導產品的整個生命周期內的設計的決策知識模型。其次,針對知識融合的 DFX 模型,考慮其 MAS 過程,發展了典型宇航薄壁件的多決策設計模型。以一個宇航典型零件(某接頭)的縮痕缺點解決設計實例,顯示了智能化的產品設計過程。最后,結合制造資源、過程、特征關系及對象模型細化了上述產品的設計模型,以此來滿足其定制化設計制造需求。 
                            2.提出了一種面向可制造性的產品設計特征提取及重構方法。首先完成了對產品DFM 過程的特征信息進行分析,并給出了這對研究對象典型宇航薄壁件的設計特征的提取過程及實現方法;隨后結合可制造信息發展了基于可制造信息的三維重構方法,其中包括設計特征和重構特征的求相交和整體三維重構的方法。最后為后續的 MAS 提供技術支持,結合薄壁圓筒件的沖壓成型可制造過程構建了其決策分析方法,并發展了基于模糊數學理論的沖壓工藝決策中存在的不確定因素分析模型,并給出一組具體的針對薄壁件設計的評價標準值。 
                            .........
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇八

                             
                            第1章 緒論 
                             
                            1.1 課題背景及其研究意義 
                            艦船在行駛過程中難免存在零部件的損傷與脫落,隨著艦船裝備的快速化發展進程,裝備保障成為一個重要問題。裝備保障包括備件換用和損傷修復兩種方式;但是僅從換件角度考慮,需要大量的備件,這與艦船有限的載重要求形成對立。因此,除了儲藏裝備常用損傷備件外,儲備系列化零件毛坯和再制造修復零件加工成為艦船裝備保障的關鍵內容[1]。因此,設計制造船用多功能數控機床成為目前國內艦船裝備保障加工的重要內容。 目前,船用機床加工主要體現在兩個方面: (1)民用船用機床方面  以 20 世紀 80 年代中期日本研發的多功能船用機床方案為代表[2],如圖 1.1 所示,該機床的優點:具備普通車床、銑床、刨床和鉆床的電動操作功能,結構緊湊,價格低廉,比較適合空間局限的船舶環境使用。缺點:機床防護功能差,新品維修的周期為 6 個月左右;不具備數控加工功能,只能解決常用工件的基本加工,加工精度低;不具備環境適用性要求,沒有抗干擾能力和良好的防鹽霧腐蝕功能;機床底座采用角鋼與管鋼焊接,抗振性能較差。  以美國海軍艦隊裝備保障機床為代表,20 世紀 90年代美軍就開始了 MPH(Mobile Parts Hospital)計劃,如圖 1.2 所示,保障性加工機床以日本的 MAZAK 加工中心為主[3]。該機床具備的優點:機床加工性能優越,具備 CAD/CAM 模塊化兼容技術,能夠較好地實現多品種損傷零件的加工要求。缺點:MAZAK 機床價格較高(400 萬人民幣左右)、要求操作技術高;同時,機床控制系統的安全性受制于供應商,并且機床不具備保障性操作功能和耐鹽霧腐蝕的特有設計。 
                            .........
                             
                            1.2 船用機床的耐波性 
                            船用機床與通用機床最大的區別是艦船的海洋波浪振動環境。研究表明[4-6]為了實現機床的抗振穩定性,對于加工精度 0.01mm 的中小型通用機床混凝土減振地基厚度 0.35m 左右;然而,船用機床只能通過螺栓與艦船甲板緊固連接,其運行環境直接關聯于所在艦船的波浪振動特點。面對船用機床的工作空間、承載重量以及艦船波浪載荷的搖蕩影響,船用多功能數控機床要求具備良好的耐波性和穩定性特點;并且船用機床結構的耐波性是其動態穩定性的主要指標。因為船用機床固定于艦船上,所以其耐波性研究與艦船耐波性研究具有一致性。艦船的耐波性是指艦船在風浪中能夠保持足夠的穩定性和結構強度,并具備安全航行的性能[7,8]。艦艇的耐波性是指艦艇在一定海況下具有適當的艦體運動環境,以保證人員及各種武器、系統和其他裝備能正常工作的能力[9]。因此,船用機床的耐波性定義為:在波浪載荷引起的艦船振動環境下,機床具備極端振動環境的結構強度和可靠性,并具備在艦船適居性運行環境下的保障性加工能力。 根據波浪載荷對艦船運動的影響形式不同,可以分為波浪搖蕩載荷和砰擊載荷[7,10,11]。船用機床固定在艦船上,具備與艦船相似的波浪載荷運動特點,所以船用機床的搖蕩和砰擊分析成為機床結構耐波性動態性能的主要內容。 
                            .........
                             
                            第2章 船用多功能數控機床總體技術
                             
                            2.1 機床整體結構方案設計 
                            船用多功能數控機床的設計過程以功能適用性、經濟性、可靠性和全生命周期為目標。為了實現上述目標,課題組基于可重配置的設計思想,以通用可靠的經濟性數控機床 CK6136 和 XK7132 為結構基礎進行設計,機床具備結構可靠性和生產低成本的特點。可重配置機床可以根據用戶需求,選擇相適應的結構功能模塊進行設計,所以可重配置機床的設計與一般的模塊化設計有較大不同。模塊化產品均可按照模塊化設計的基本原理進行設計,即將一種產品或系統分解成一些功能和結構獨立的基本單元,然后按照用戶的需求組合,以滿足不同用戶的需求。機床的可重配置設計與模塊化設計不同,功能實現方式多樣,具有多種可重配置形式[84,85]。按可重配置的規模劃分,可分為全局可重配置和局部可重配置;按可重配置的方式劃分,可分為同一模塊多位姿可重配置和同一位置多模塊可重配置。兩類劃分方式沒有明確的界限,同一模塊多位姿可重配置與同一位置多模塊可重配置兩種形式也可以同時存在于一臺機床。根據艦船裝備的保障性加工需求,船用多功能數控機床的需要具備車、銑、車銑、銑車、鉆、鉸等多種加工功能,其設計方案的可重配置結構如圖 2.1 所示,主要特點見表 2.1。 圖2.1表明船用多功能數控機床以局部可重配置和同一模塊多位姿可重配置方案為主,便捷地實現了機床的銑削、臥車和立車功能。同時,采用的基于同一整體床身的銑床部件和車床部件使得多功能機床更加緊湊和復合化功能。并且車削主軸具備液壓鎖緊系統,能夠實現機床的 C 軸功能;并且能夠實現回轉類零件的可靠裝夾功能,解決了回轉類零件的夾具設計與安裝等問題。 
                            ........
                             
                            2.2 機床關鍵運動副校驗 
                            圖 2.3 所示船用多功能數控機床具備銑削、車削、銑車和車銑功能。機床工作過程中具有銑削立柱的 Z2向移動,車削托板的 Z1向移動,銑削刀具和車削刀具的進給運動。在這些運動中,Z1和 Z2的導軌滑塊分別承受立柱重力和托板重力的負載;在受到艦船搖蕩力作用時,其動態穩定性受到的影響較大。 根據圖 2.3 機床的結構特點可知:當機床橫搖運動時,由于銑削立柱的重量以及 Z2滑塊導軌運動副負載較大,因此 Z2滑塊導軌運動副成為影響機床動態性能的主要部件。因為船用機床固定于艦船上,所以其橫搖運動參數與所在艦船的橫搖參數一致,表 2.2 為船用多功能數控機床所在艦船的主要參數。  
                            .......
                             
                            第 3 章 船用多功能數控機床的模態分析 ........ 33 
                            3.1 模態分析原理 .... 33 
                            3.1.1 試驗模態分析 ....... 33 
                            3.1.2 計算模態分析 ....... 34 
                            3.2 船用多功能數控機床的試驗模態分析 ..... 35
                            3.3 機床結構的計算模態分析 ........ 41 
                            3.3.1 關鍵滑塊導軌運動副受力分析與振動模型構建 ........ 41 
                            3.3.2 包含運動副接觸特性的機床 FEM 模態分析 .... 45 
                            3.4 機床模態分析比較 ....... 47 
                            3.5 本章小結 ........ 48 
                            第 4 章 機床結構的波浪砰擊特性研究 ..... 49 
                            4.1 波浪砰擊載荷特點 ....... 49 
                            4.2 機床波浪砰擊載荷的瞬態響應分析 ....... 53
                            4.3 機床砰擊載荷的隨機振動分析 .... 64
                            第 5 章 艦船搖蕩環境對機床結構動態性能的影響 ....... 81 
                            5.1 波浪搖蕩載荷特點 ....... 81
                            5.2 宏微耦合振動模型構建 .......... 84 
                            5.3 機床搖蕩波浪載荷的諧響應分析 ......... 88 
                            5.4 本章小結 ........ 94 
                             
                            第7章 考慮波浪載荷特點的機床切削動態性能研究 
                             
                            機床切削過程動態性能主要受到機床工作環境、機床主軸系統、刀具以及工件特點的影響。船用多功能數控機床與傳統機床加工環境不同,船用機床在艦船環境下加工時受到波浪載荷的振動影響。為實現船用機床的快速保障性加工要求,必須滿足在艦船可適應區波浪載荷環境下機床正常運行的要求。同時,船用機床的加工是針對艦船多品種中小型零件的快速保障性加工,所以多功能數控機床加工動態性能研究以機床切削系統固有動態特性為基礎,重點研究機床切削系統固有特性、常用加工材料和典型再制造保障性涂層材料的切削動態特性。 機床切削加工動態性能研究的重要內容是確定機床切削穩定性閾值,從而衡量機床的振動性能,并為合理的機床切削工藝參數制定提供借鑒。為了獲得機床的切削穩定性閾值,需要研究機床切削顫振的特點。機床的切削顫振屬于機床切削系統的自激振動,其振動形式劇烈,嚴重影響到機床主軸系統穩定性、刀具壽命。目前機床顫振研究表明[114-120]影響顫振的主要因素包括:工件切削工步交互影響造成的再生顫振,工件與刀具摩擦造成的摩擦顫振和切削系統不同部件固有振動交互影響造成的振型耦合型顫振。其中,由于再生顫振屬于切削加工中經常出現的現象,并且該現象與切削工藝參數密切相關,所以再生顫振備受關注。但是,機床切削過程也伴隨強迫載荷條件的影響,當強迫載荷達到或者接近機床切削系統的固有振動參數時,就會出現機床切削過程的混合型振動。研究表明機床切削的混合型振動主要以強迫再生振動、強迫再生共振和強迫再生顫振三種形式存在,其中,強迫再生顫振十分劇烈,往往造成嚴重后果,機床加工必須避免該現象。 基于上述分析,本章的主要研究內容為可適應區波浪載荷對機床的影響、機床切削系統的動態特性研究和機床保障性再制造涂層切削加工研究。 
                            .......
                             
                            總結 
                             
                            為實現艦船裝備的中小型零部件快速保障性加工要求,課題組成功研制了適用于艦船環境的國內首臺船用多功能數控機床。該機床采用可重配置技術,集成了臥式車削、立式車削、銑削、鉆削以及復合加工的功能。船用機床與通用機床最大的區別在于艦船的波浪載荷振動環境,所以機床的可靠性和快速保障性加工性能成為船用多功能數控機床的關鍵內容。為此,本文研究內容包括機床總體技術、機床在艦船波浪環境下適用性、耐波性以及切削動態特性研究。 論文的主要研究內容和結論如下: 機床的固有模態是機床結構動態性能的關鍵內容,機床的模態參數是機床動態響應和切削動態分析的基礎。為獲得合理的機床結構固有動態特性,采用試驗模態與 FEM 計算模態振型匹配計算的方法得到了機床前 6 階固有模態參數。機床的模態參數為機床的耐波性分析奠定了基礎,并且對機床切削動態性能的研究提供了指導。同時,分析結果表明本文提出的考慮關鍵運動副結構結合面的 FEM數值模型能夠較好地體現機床的固有動態特性。 
                            .........
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇九

                             
                            第 1 章 緒論
                             
                            1.1 課題來源及研究目的和意義
                            隨著我國城市化進程的加快以及人口老齡化現象日益嚴重,我國的勞動人口數量在逐步下降。因此,越來越多的生產作業被服務機器人代替以節約勞動力,優化資源配置。機器人聯合會將服務機器人定義為一種半自主作業或全自主作業的機器,其服務讓人類生存的更好并且能讓其他服務設備工作的更好[1];德國技術與自動化研究所對服務機器人做了更具體的定義:服務機器人至少有三個運動軸,能夠重復編程并自由移動,能夠自主或半自主的進行工作。隨著傳感技術、控制技術、驅動技術以及材料技術的進步,在服務行業實現運輸、操作及加工自動化已成為了現實。因此,在諸多新的領域,服務機器人開始了廣泛的應用。從目前趨勢來看,在不久的將來,服務業機器人的數量將會超過工業機器人的數量。目前,很多國家和研究機構都在研發應用于專門領域的服務機器人,如救災機器人、家庭清潔機器人、醫用陪護機器人以及監控機器人等。根據相關數據的統計[2],服務機器人的銷售數量已接近 16 萬臺,價值約 35 億美元。其中,家用服務機器人的銷售數量約為 200 萬臺,銷售額接近 7 億美元;娛樂機器人的年銷售量為 110 萬臺,銷售額約 5.24 億美元。據預測,到 2016 年,各種家用服務機器人(清潔、割草、擦窗等機器人)將達到 1550 萬臺,價值 56億美元,各種娛樂休閑機器人將會達到 650 萬臺。這是一份市場份額巨大的蛋糕,尤其是家用智能清潔領域,已然引起眾多生產廠商的極大興趣。
                            .........
                             
                            1.2 常見的結構設計方法
                            傳統的結構設計大都是依靠經驗或者參考類似產品來完成,雖然設計結果能滿足使用要求,但是設計過程中具有一定的盲目性,設計出來的產品良莠不齊,普遍存在著成本高,原材料損耗大等缺點[3]。隨著現代設計理論的不斷發展以及計算機水平的提高,大量的功能型軟件以及先進的設計方法開始發揮作用,現代設計方法主要有以下幾種。CAD/CAE 技術:CAD/CAE 技術是一種計算機輔助設計方法,廣泛應用于設計領域以及制造領域。它可以用快速、便捷、準確的方式幫助技術人員在產品研發中的各個階段進行設計[4]。CAD/CAE 技術的廣泛應用既可以縮短產品的設計周期又可以極大的提升產品設計的精確性和標準化程度。CAE 中最常見的方法就是有限元法,它集成了力學、數學以及計算機技術三大學科的特點,具有很完善的理論基礎。它可以在虛擬環境下對設計的合理性進行驗證并將驗證結果作為設計的參考依據。采用這種方法能極大的縮短產品設計周期,產生很大的經濟價值以及應用價值[5]。在設計工作中,技術人員綜合運用 CAD/CAE 技術來解決設計中遇到的各個難題,對于絕大多數問題,CAD/CAE 技術都能給出很好的解決辦法。在設計過程中技術人員首先畫出機構的三維模型并施加相應的約束以及負載,觀察運動上是否滿足設計要求,有無運動學干涉現象,然后分析模型的應力狀況,并采取相應方法對所受應力進行優化。
                            .......
                             
                            第 2 章 總體設計方案
                             
                            2.1 收集器移動方式選擇
                            機器人的移動方式有很多種,常見的移動方式主要有輪式、履帶式、足式、蠕動式以及螺旋式,不同的移動方式有各自的優點,視具體應用情況以及外部環境限制而選擇相應的移動方式。輪式移動方式主要的優點是運動連續、平穩,缺點則是越過障礙物的能力相對欠缺。而且輪式移動方式的牽引力比較小,當遇到移動平面不平整時,會造成移動困難、傾斜等狀況。履帶式移動方式多應用于工作環境惡劣的情況下,其優點為牽引力大,抓地性好,翻越障礙物的能力尤為突出。此外,履帶式移動方式對地面環境的適應能力很強。但是其缺點是體積大、不靈活。足式移動方式是一種模仿自然界生物行走的移動方式,其環境適應能力突出,可以翻越壕溝、攀爬臺階。其缺點主要是結構非常復雜,控制起來比較困難,而且移動速度比較慢,所以實踐中難以得到廣泛應用。螺旋式移動機構應用的范圍比較窄,多用于各種管道中,如空調管道等環境中。其移動的動力主要來自于管道中的旋轉摩擦,缺點是無法產生太大的動力,移動速度較慢。由于收集器要求移動靈活,轉向方便,并且其工作環境比較固定,地面平坦,沒有太多的障礙物,所以本文決定采用輪式移動方式。輪子數目的多少以及底盤平面的布置都會對車體的靈活性,準確定位以及導航產生很大的影響,因此,移動機構的設計應爭取做到,控制方便,加工容易[15]。對于元件自動收集機構的移動方式主要有三輪移動,四輪移動兩種方式。
                            ........
                             
                            2.2 收集器外形選擇
                            對于自動收集器的外殼形狀,一般有兩類選擇,一種是長方形外殼,一種是圓盤形外殼。長方形外殼的主要優點是對于尺寸的控制比較靈活,尤其在寬度方面,可以通過調節兩個半軸的長度使得收集器的寬度達到一個合理的值,從而使得收集器空間緊湊,但是缺點也很突出,首先由于機器要有傳感器來采集周圍的信息,方形的外殼不利于傳感器的布置,對傳感器采集信息的精度以及信息耦合處理有一定影響,其次,方形的外殼不易躲避障礙物,當遇到墻角,狹窄空間時,方形外殼容易被卡住,極大地限制了機器的靈活性;圓形外殼對于障礙物的躲避比較有優勢,當外殼觸及障礙物時,機器接到控制系統的指示,會主動避讓,從而避免了被卡住的可能性。而且圓形外殼可以均勻布置傳感器,對于控制系統有較大的幫助。綜合上面的論述,論文將收集器外殼設計成前圓后方的形式,這樣子既有利于障礙物躲避,又可以減少整體重量,避免浪費不必要的空間。
                            .........
                             
                            第 3 章 驅動系統的設計.......12
                            3.1 驅動系統電機的選擇.....12
                            3.2 POM 塑料齒輪疲勞強度的計算......13
                            3.3 基于遺傳算法的減速器優化設計.........16
                            3.4 差速器的設計.........26
                            3.4.1 差速器簡介.........26
                            3.4.2 對稱圓錐齒輪差速器的齒輪設計.....28
                            3.4.3 差速器結構設計.........30
                            3.5 本章小結.........32
                            第 4 章 轉向機構的設計.......33
                            4.1 轉向機構簡介.........33
                            4.2 轉向梯形的優化設計.....35
                            4.3 轉向機構的設計.....41
                            4.4 本章小結.........43
                            第 5 章 UG 環境下轉向機構運動仿真..........44
                            5.1 運動仿真簡介.........44
                            5.2 UG 軟件及其運動仿真模塊的介紹........45
                            5.2.1 UG 軟件簡介........45
                            5.2.2 UG 運動仿真模塊介紹........46
                            5.3 轉向機構的運動仿真驗證.....48
                            5.4 本章小結.........52
                             
                            第 5 章 UG 環境下轉向機構運動仿真
                             
                            運動仿真屬于仿真技術的一種,它將三維模型按照合適的約束關系裝配起來,并對裝配體定義合適的運動副以及驅動,從而分析特定機構的位移、速度、加速度等運動規律[42]。本文的運動仿真主要是驗證轉向機構的最大偏轉角是否符合設計要求,內外偏轉角是否符合阿克曼轉向原理,以及轉向過程中是否平穩。
                             
                            5.1 運動仿真簡介
                            隨著CAD/CAE技術的發展,運動仿真技術已經成為產品設計的有效輔助手段,在計算機上設計出產品模型并進行仿真,模擬機構的運行狀態,既方便修改設計過程中的錯誤又可以縮短制造周期、減少設計成本[43]。運動仿真技術結合了運動學理論與仿真技術,其基本思想是按照機械原理的理論將機構轉化成空間中的連桿、運動副以及相應的約束條件,通過確定各個構件的位置、速度、加速度以及運動范圍的參數進行相應的分析和評價,并以此為依據進行設計方案的改進,從而達到理想的設計要求[44]。運動仿真通過定義各個運動件的約束來實現仿真過程,首先選定相應的運動構件并賦予其初始參數,然后定義這些運動構件的運動關系,使得這些運動構件能夠按照運動學上的規律進行動作從而完成運動仿真。用于運動仿真的軟件很多,其中最常見的是ADAMS解碼器,其可以用于多種機械系統的仿真[45],在運動仿真中一般要定義四種基本元素[46],分別為構件、力、力元以及驅動。其中構件可以定義為柔性構件和剛性構件兩種,兩者的區別是在外力作用下,構件的形狀是否發生變化;力元代表了力的類型,驅動則是各種機械原理上的運動副。
                            .......
                             
                            結論
                             
                            引腳元件自動收集器由結構部分和控制系統組成,本文負責設計收集器的結構部分。通過借鑒類似產品的設計經驗以及從控制成本、降低控制系統難度的角度出發,設計中采用磁鐵吸附磁性元件的工作方式并采用單電機后輪驅動,前輪轉向的移動方案,由此本文著重對驅動系統和轉向機構進行了設計。
                            (1)本文根據實際需要,對驅動系統的體積進行了優化。本文建立了基于罰函數法的二級減速器體積最小模型,并利用 MTALAB 軟件編寫遺傳算法程序進行優化求解,最后得到減速器體積最小時的相關參數。為了滿足收集器在轉向過程中平穩行駛的要求,本文添加了差速器部件并對差速器的結構進行了設計,將差速器置于大齒輪中,此種設計既充分保證了收集器差速行駛的功能又節約了體積。
                            (2)在轉向機構的設計中,為了保證收集器轉向時的平穩行駛以及減小轉向過程中的附著摩擦力,本文參考阿克曼轉向原理設計了梯形轉向機構,建立了內側車輪理論轉向角和實際轉向角之差最小值的數學模型,利用 MTALAB 軟件編寫程序進行優化求解,得到了轉向梯形的最佳臂長及底角,并利用 MTALAB 軟件編程畫出最優解狀況下的內側車輪理論偏轉角和實際偏轉角對比圖,為后面的運動仿真提供對比依據。
                            (3)本文在最后利用 UG 軟件的運動仿真模塊進行了轉向機構的運動仿真,仿真結果證明,轉向機構能滿足 25°轉向角的設計要求,并且轉向機構在轉向時,內外車輪轉向角符合阿克曼轉向原理。本文通過分析有關部件的運動位移變化情況,可知轉向機構工作平穩。
                            ............
                            參考文獻(略)
                             

                            專業工程碩士論文精選篇十

                             
                            第一章 緒論
                             
                            1.1 研究背景及意義
                            交通運輸是關乎國民經濟發展的基礎產業,也是衡量一個國家和民族經濟實力、綜合實力以及現代化技術水平的重要標志之一。根據目前交通運輸路面的使用現狀來看,瀝青路面在諸多方面優勢明顯;在瀝青路面上,車輛行駛平穩、舒適、震動小、噪音低、磨耗較小,且瀝青路面維修方便,開放交通所需時間短,因而被廣泛采用于各級公路施工中。據不完全統計顯示,現階段的所有重要路面(包括國道、省道、一級公路、二級公路等)中 90%左右路面為瀝青路面,而且隨著經濟的發展、公路覆蓋率的增加以及瀝青路面本身良好的路用性能,這個比例還將會有一定幅度的提升[1]。在我國國民經濟迅速發展的今天,隨著交通車輛通行量越來越大、車輛軸載迅速增長、車速不斷提高,瀝青路面發生的質量問題也隨之增多;例如有些路面前修后壞,有些路面使用壽命達不到設計年限等[2]。交通流量和車輛負載日益增大,因此為保證瀝青道路的使用壽命和路用性能(整體強度、水穩性、平整度等),對瀝青路面施工技術和瀝青混合料的質量提出了越來越高的要求。瀝青路面的質量與路用性能主要取決于兩大方面,第一是瀝青混合料成品的質量,第二是瀝青混合料的攤鋪技術。瀝青混合料是主要由粗集料、粉料、瀝青、填充料等材料混合而成同時具有一定溫度的復合材料,根據路面的等級要求,還可加入一些諸如聚合物、木纖維等特殊材料;由不同種類和比例的材料拌和而成的瀝青混合料具有不同的結構、力學特性及使用性能[3]。瀝青混合料成品的拌和是在瀝青混合料拌合站完成的,因此瀝青混合料拌合站從生產源頭上決定了瀝青混合料的質量,從而對瀝青路面瀝青層性能的好壞有著最直接的影響。
                            ........
                             
                            1.2 瀝青混合料拌合站的研究與發展現狀
                            根據工作原理與工藝流程的不同,瀝青混合料拌合站可分為連續式和間歇式兩種類型[5]。(1)連續式瀝青拌合站。連續式瀝青混凝土拌合站也稱為滾筒式拌合站。連續式瀝青混合料拌合站在冷骨料的級配控制、稱重計量及烘干加熱三個方面的工藝流程與間歇式拌合站相似,但在生產原理與整體結構上兩者仍有較大的不同。連續式瀝青混合料的拌和工藝流程如下:結合連續式瀝青混合料拌和工藝流程及其在施工中的使用狀況,可知該拌合站有如下幾個優點[6]:①能耗低,生產效率高。連續式滾筒瀝青拌合站電能總裝機功率不到200 KW ,生產每噸成品料所消耗的燃料相較于間歇式瀝青拌合站而言要少20%~30%。由于連續式拌合站在生產過程中加料、攪拌、出料這 3 個生產環節都是連續進行的,因此生產效率較高。同時在骨料進入攪拌機的過程中,各級別骨料在其料流的不同截面上分布均勻,骨料層的厚度較小,故而混合速度較快,攪拌后的均勻度也較高。②空間與時間上的連續性。空間上的順序可以根據生產需要靈活配置各級別物料的添加位置,而時間上的工序同步是提高生產效率的不二法門。這也是連續式瀝青混合料拌合站相比于間歇式較為明顯的優勢。③舊瀝青路面再生料利用率高。連續式瀝青混凝土拌合站對于舊瀝青路面再生料的利用能力要遠高于間歇式瀝青混凝土拌合站,這也是連續式瀝青混合料拌合站在美國和歐洲交通建設市場占據明顯優勢的主要原因之一。
                            .........
                             
                            第二章 標定過程的設備優化
                             
                            2.1 冷骨料供料流量分析
                            對標定過程的控制主要體現為對冷骨料供料流量的控制。冷骨料供料時,若將冷骨料的體積流量作為因變量來處理,則影響其變化的自變量即為冷料倉出料口的高度(下文簡稱為斗門高度)與集料皮帶驅動電機的轉速;在控制系統中,為明確系統的控制目標,同時為保證控制精度和控制的可行性,需對上面兩個自變量進行研究和分析。對冷骨料的體積流量進行分析時,需考慮瀝青混合料拌合站中冷骨料的配料系統和供料流程。通常情況下,目前間歇式瀝青混合料拌合站中冷骨料儲存倉(簡稱冷料倉)呈倒置漏斗狀,下端直接與集料皮帶相承接,如圖 2.2 所示。冷料倉出料端與集料皮帶運行方向相同的一側稱為出料口,可上下調整其開口高度,從而可控制冷骨料供料時的流量;出料端的另一側則固定不動,發揮固定擋板的作用。在冷料倉進行冷骨料的供應時,為盡可能地改善由于物料顆粒之間、物料顆粒與料倉側壁之間摩擦所造成的出料困難現象,通常將冷料倉底部設計為梯形,同時出料方向應該從冷料倉底部的小端流向大端。
                            .......
                             
                            2.2 冷料倉自動斗門設計
                            經研究,冷料倉自動斗門的結構組成方式不止一種,如齒輪齒條機構、連桿機構、凸輪機構等[16];考慮到冷料倉斗門高度的調整范圍及要求的調整精度,經過對比分析發現利用直齒輪齒條機構與步進電動機配合的方式實現對冷料倉斗門高度的控制較為方便。因此本文提供一種理論上可行的自動斗門設計方案,控制過程為:控制器→步進驅動器→步進電機→齒輪齒條機構(齒條機構與斗門焊接在一起),自動斗門的組成為步進電機和齒輪齒條機構。由于本文中對自動斗門的優化是在現有設備上進行,而標定時自動斗門在提升過程中僅受到斗門擋板自身的重力和斗門導軌的摩擦力,因此不再進行受力分析,主要對步進電機進行選型以及給出齒輪齒條結構參數。步進電機是機電一體化系統重要組成設備之一,它與普通電機最主要的區別是步進電機能將電脈沖信號轉變成線位移或者角位移;步進電機常作為開環控制系統中的執行元件,它能夠同時完成兩個控制任務,即傳遞轉矩和控制角位移或速度。在非超載的工況下,步進電機的轉速與停止位置僅取決于接收到脈沖信號的數目和頻率,負載是否發生變化對它的運行并無影響;即給步進電機施加一個脈沖信號,電機就會轉過一個步距角[17]。
                            ........
                             
                            第三章 自動標定系統控制方案的確定..........33
                            3.1 自動標定系統的控制過程與要求 .......... 33
                            3.2 自動標定系統控制方案的確定 ....... 34
                            3.3 斗門高度的調定控制 ......... 38
                            3.3.1 步進電機控制系統 ......... 38
                            3.3.2 PLC 對步進電機的控制方案....... 39
                            3.4 變頻器調速控制方案 ......... 40
                            3.5 PLC 與皮帶秤計量系統連接 ....44
                            3.6 本章小結.........46
                            第四章 自動標定系統硬件設計.........47
                            4.1 自動標定系統的控制組成.........47
                            4.2 控制系統 I/O 口的分析與分配 ........48
                            4.3 PLC 中央處理器和觸摸屏選型 .......50
                            4.4 標定系統控制參數設置......55
                            4.5 操作臺設計.....61
                            4.6 PLC 抗干擾設計 ..........62
                            4.7 本章小結.........64
                            第五章 自動標定系統軟件設計.........65
                            .1 PLC 控制原理 .......65
                            5.2 自動標定系統的軟件設計.........68
                            5.3 觸摸屏界面設計 .......... 74
                            5.4 關于標定曲線的幾點說明 ........ 78
                            5.5 本章小結 ........ 82
                             
                            第五章 自動標定系統軟件設計
                             
                            前面主要分析了自動標定系統的控制過程,以及各個控制子系統的控制方案、硬件選型、通訊方式以及控制參數設定,本章將對自動標定系統的控制程序進行設計。
                             
                            5.1 PLC 控制原理
                             
                            5.1.1 PLC 的工作原理和執行方式
                            PLC 工作全過程包括 3 個部分,分別為通電處理、掃描過程和錯誤處理;其工作方式為連續且循環的順序掃描,一次完整的連續循環掃描所用時間即稱為一個掃描周期,其量級通常為毫秒級。PLC 正常運行時對用戶程序的掃描嚴格地按照從上到下、從左到右的順序進行,逐條對程序指令進行讀取,當程序最后一條指令讀取完成時,即完成了一次掃描循環,而后返回到程序的首條指令并按照規定順序重新掃描,開始第二次掃描循環。根據 PLC 的工作原理以及工作特性可知,PLC 的工作方式為循環掃描,在執行控制程序時每次只驅動一個操作單元,按照程序中的指令順序對多個操作單元進行依次驅動。PLC 控制系統與其他控制方式的控制系統類似,系統的硬件電路連接以及各輸入/輸出端口的正確分配是系統控制程序正常運行的關鍵;控制程序都要對輸入信號進行運算、處理等,并據此發送輸出信號,因此結合 PLC 運行時一個掃描周期的劃分。
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                            結論
                             
                            本文對目前國內間歇式瀝青拌合設備常用的人工標定方法進行了分析,并以此為理論基礎,提出了一種基于 PLC 的自動標定系統。本文主要得到了以下幾點結論:
                            1、對標定設備作了適當的優化,完成了冷料倉出料口自動調節裝置(自動斗門)的設計,確定了標定過程基于電子皮帶秤的皮帶稱量系統;通過對變頻器工作特性、負載特性的研究,得出了集料皮帶驅動電機在標定過程中的最佳轉速比范圍內。
                            2、通過研究間歇式瀝青混合料拌合站的標定過程,經過綜合對比與分析設計了以PLC 為控制核心、以 HMI 為上位機的自動標定系統控制方案;同時確定了冷料倉自動斗門高度調定子系統、集料皮帶驅動電機調速系統和皮帶稱量子系統的控制方案。
                            3、通過研究自動標定系統整體及局部控制方案,完成了 CPU 和 HMI 的選型,并設計了硬件電路的連接與通信方式;根據自動標定系統的控制要求,完成了標定過程控制參數的設定。
                            4、完成了自動標定系統控制程序和觸摸屏操作界面的設計,通過設定標定系統的控制參數,得到了冷骨料供料時的“重量流量—電機轉速”標定曲線,進而確定動態標定過程中集料皮帶驅動電機的轉速。
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                            參考文獻(略)

                            原文地址:http://www.1906175.com/gclw/23422.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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