为解决传统内燃式液压自由活塞发动机对压缩比控制要求严格的缺点,采用单组元推进剂代替传统的矿物燃料,利用单组元燃料催化分解后释放出的高温混合气推动活塞组件往复运动,提出了一种对外输出液压能的新型液压自由活塞发动机.采用Fluent软件模拟在脉冲工作方式下,催化床的床载、比表面积、孔隙率、流阻等对单组元燃料分解特性和寿命的影响.通过在动力腔头部安装辅助电磁排气阀的方式来提高活塞的运行频率,提高输出功率.采用隔热陶瓷和合理的排气口设计来减小动力腔壁面热量损失,提高输出功率.利用软密封和硬密封相结合的方式来阻止动力腔的气体进入液压泵,保证了系统工作可靠.
为实现已有设计实例的重用,满足对设计基元层次相似搜索的要求,提出了一种三维模型检索方法.在模型B-Rep数据结构基础上,通过构造离散曲面获取三维模型的离散点集.利用正态分布种子作为索引,对离散点集进行随机选取,计算任意两点之间的欧氏距离获得三维模型的欧氏距离序列.通过分治快速排序和概率分布统计获得三维模型的形态分布图,将其作为三维模型的检索索引,并进行了鲁棒性分析.使用BP神经网络对不同模型的形态分布图进行非线性映射,通过比较三维模型的形态分布图获得其形状相似度,实现了设计基元的检索.开发了原型系统,以机械零件的不同粒度设计基元为重点进行验证和应用,实验结果表明,该方法具有较好的可计算性和较高的检测精度,对于实现已有设计重用及提高产品设计效率具有重要意义.
为了理解工业设计领域中设计活动的特征,提出利用信息框架概念划分设计认知策略的方法.基于系统输入、输出原理,采用信息要求的实验方法,对产品设计前期形成的信息内容范畴、数量和草图方案进行分析,建立包含5种设计信息类型的框架,将设计师处理设计问题的信息加工方式分为信息框架、非信息框架和准信息框架3种.通过比较这3种认知策略各自的特征,深入分析创新活动在设计信息加工方面的一般规律.该划分方法减少了设计活动分类、时间、设计对象类型因素对区分认知策略的影响,更为普遍地反映了认知策略的特征,并在设计教育实践中得到了应用和验证.
为了模拟低频空间结构动力学测试时的零重力环境,研制出一种高精度的气动悬挂系统,解决了系统设计中的气动关键技术问题.从系统设计角度分析了试验装置的工作原理和系统参数对垂直悬挂频率的影响,以指导系统的低频设计.基于空气静压润滑的原理,设计了内部供压节流孔支撑的无摩擦气缸以消除系统的摩擦力,建立了活塞和缸筒间隙内气体泄漏流动和径向承载能力的数学模型,并分析了结构参数对其性能的影响,指出影响气缸性能的关键因素是活塞间隙和节流孔尺寸.利用比例阀构建了压力控制系统以实现高精度的重力补偿.试验结果表明,该气动悬挂系统可以满足低频、高精度和无摩擦的设计要求,验证了方案的可行性和有效性.
分析了钵苗在有序抛秧机振动输送板上的运动,建立了钵苗运动特征界限值和运动速度的数学模型.通过改变曲柄半径、转速、振动板倾角等参数,对钵苗运动进行了模拟计算,并运用高速摄影技术对钵苗运动速度进行了试验研究.钵苗运动特征界限值和运动速度的模拟计算值与试验值在数值和变化趋势上接近,但钵苗的运动特征界限值K1的试验值小于模拟计算值.钵苗运动速度分别随着曲柄半径、转速、振动板倾角的增大而增大,当曲柄半径为2.0 mm时,钵苗运动速度与振动情况均较为合适.提出的钵苗在振动板上运动的理论分析与计算方法可以用于抛秧机振动输送机构参数的选择与优化计算.
针对超级稻机械化育秧时每取秧面积上播1、2颗稻种的要求,研制了振动式稻种胚胎有序排列排种器.分析了稻种在振动板上的运动过程,在导向板段稻种进行有序排列,再在V型槽中形成均匀的种子流.根据稻种表面定向生长茸毛的特性,从理论上分析了稻种在运动过程中胚胎方向沿导向板转向一致的机理,并且经过高速录像验证.对稻种在振动板导向板段、V型槽中的运动进行动力学分析,分别建立了稻种在这两个阶段的运动特征值和运动速度的计算模型.试验结果表明，所设计的排种器能够使85％以上的稻种胚胎方向转向一致,播种速度能够与播种流水线的速度匹配.
非支配排序遗传算法用于气动发动机设计不能获得完整的功率与比功关系曲线,为此对程序中的等级排列子程序和分散性估计方法进行了改进.将两目标优化问题中的性能指标分别定义为空间性能指标和跟随性能指标.通过一个区间分布参数将空间性能指标分成多段,位于同一区段内的个体根据其跟随性能指标的大小进行等级排列.个体间的分散性只根据空间性能指标进行计算.通过对预先设计的以正弦函数为目标的优化问题进行求解,验证了改进后的程序能够获得准确、分布均匀的解.与NSGA-II算法相比,改进后的程序用于气动发动机设计可以得到更加完整的设计信息.
分别利用化学还原和电化学镀覆方法,对经过浓硫酸浓硝酸混合液酸化预处理的多壁碳纳米管进行Pd和Cu的掺杂,并制备成电流型气敏传感器.以甲醛、苯、甲苯、二甲苯作为测试气体,通过电化学分析仪测试它们在不同气体种类和体积分数下的响应.实验结果表明,传感器在常温下具有较高的灵敏度和重复性,金属粒子的掺杂使传感器的灵敏性和选择性都有较大的改变.影响气敏特性的主要因素包括：碳纳米管自身的结构缺陷、气体分子与金属团簇的反应、金属粒子形成的局部催化活性中心.
将变密度拓扑优化方法应用于发动机气缸体轻量化设计中.以气缸体上施加最大爆发压力工况下的载荷为边界条件,以气缸体总柔度最小为优化目标,以气缸体体积比为约束条件,以单元密度为设计变量,对气缸体进行拓扑优化.对优化后的结构重新建模,分析了在最大爆发压力工况下的应力分布.结果表明,气缸体质量减轻了5 kg,最大主应力与优化前相当,整体应力分布更加均匀,达到了等强度设计的目的.将变密度法应用于气缸体的等强度轻量化设计,有助于确定气缸体的最佳形状,并减少重复设计验证的次数.
