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數字化設計研究所
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數字化設計研究所
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數字化設計研究所簡介

師資隊伍:數字化設計研究所現有教員及實驗技術人員14人,其中教授2人、副教授6人、講師3人、高級工程師1人、工程師2人。

主要教學工作:數字化設計研究所負責本科生的必須課有:機械原理、機械設計、機械設計基礎、機械原理課程設計、機械設計課程設計、機械設計基礎課程設計和機械基礎實驗;負責的碩士研究生課程有:高等機構學、機械創新設計理論與技術、生產流程分析與設計、生產過程信息管理與分析、機械設計中的計算機技術基礎與軟件應用等。

國際合作

l        2005-2007年英國倫敦大學國王學院 Jian S Dai 來校訪問,開展技術合作。

l        2007-2009年美國田納西技術大學Kwun-lon Ting教授來校訪問,開展技術合作。

l        2009年-2011年美國田納西大學工業工程與信息學院 Fong-Yuen Ding教授來校訪問,開展技術合作。

主要科研領域:機械系統數字化設計、高檔數控機床數字化設計理論與方法、風力發電裝備數字化設計理論和方法、機構分析與綜合、生產模式與精益生產方式。

1、機械系統數字化設計

1)機械系統方案設計的狀態空間方法

理論方法:提取基本機構的運動功能特征,以特征狀態變換方程、矩陣的形式實現基本機構的功能表達。構建運動變換的特征狀態空間,通過建立設計元素與空間元素的映射關系,把機械系統運動方案設計問題轉化為特征狀態空間內的路徑軌跡規劃問題。構建特征狀態空間理論體系,為串、并、混聯機械系統運動方案設計提供新理論與新方法。

2)復雜零件的數字化設計

理論方法:提出將復雜機械零件結構設計分解為幾何建模與功能約束、概念設計、剛度強度設計、工藝與造型設計四部分,其中概念模型是以材料分布在需要之處為目標,從而為復雜機械零件的結構設計提供概念模型和理論依據。

3機械系統創新設計  

理論方法:構建復雜機械產品創新方案設計,實現功能原理方案選型、尺度性能綜合與結構布局設計三階段工作的集成設計方法,為大連重工起重集團多車翻車機、焦煤搗固機、滾切式定尺剪、電動平移板坯夾鉗等產品提供技術方案并得到應用。

4)液壓系統的數字化設計  

理論方法:從液壓系統的功能本質及內部元件間的組成機理出發,定性提取液壓元件、子回路以及系統的功能特征,建立抽象的能量特征狀態空間模型予以表達。將傳統的液壓系統方案設計問題轉化為模型空間內的能量特征狀態分析與綜合過程,進而通過矩陣方程求解與連通關系圖匹配來實現液壓系統的自動方案設計。   

2、高檔數控機床數字化設計理論方法 

機床熱變形誤差補償方法與實驗技術

通過機床熱變形實驗和有限元模擬,以及多點位移傳感器測量方法采集主軸位移誤差,建立機床的溫度場分布和熱變形規律,應用微分流形理論對機床溫度場進行降維,實現傳感器測點布局優化;利用多元回歸理論建立熱誤差補償數學模型實現對機床熱變形引起的誤差進行補償,提高機床加工精度。

3、風力發電裝備數字化設計理論與方法

1)復雜曲面數字化設計

理論方法:應用微分流形方法建立齒輪修形前后曲面的映射關系,采用ANSYS數值求解,建立求解最佳齒輪齒面的新方法,研究出特有的齒輪接觸區域細化方法,細化單元精度能達到0.01mm。同時結合數據庫技術,以Visual Basic為平臺,開發出面向工作載荷的齒輪修形應用軟件。

工程應用:該研究成果在工程實際中得到應用,如大連重工·起重集團通用減速機廠兆瓦級風力發電增速器齒輪修形技術,大連橡塑機股份有限公司20萬噸混煉擠壓造粒機組減速器齒輪修形技術等。

2)諧波齒輪傳動數字化設計

理論方法:基于板殼理論和諧波齒輪傳動的工作原理研究輸入輸出運動、柔輪結構和負載與柔輪變形關系,建立柔輪變形函數;基于柔輪變形函數建立了諧波齒輪傳動輪齒運動學模型,瞬心線理論;以瞬心線的特性研究輪齒共軛嚙合特性,建立彈性共軛理論;以優化模型代替共軛關系模型,優化求解工藝可行的最佳齒廓;運用有限元仿真方法對柔輪齒廓的性能進一步優化,提高承載能力。

3) 風電設備實驗技術

研究內容:以流形學習理論為基礎,建立從高維流形向低維流形的同胚映射,實現數據特征的提取與分類,解決振動場和溫度場特征分類、環境噪聲分離以及多傳感器測點優化等問題。為大型風力發電機組齒輪增速器、偏航減速器、變槳減速器、制動器等關鍵部件的振動、噪聲、溫度、磨損、可靠性與壽命等實驗提供支持。

4、 機構分析與綜合

1)機構運動微分幾何學

理論方法:將微分幾何學中的相伴曲線方法發展到曲線與直紋面相伴以及直紋面與直紋面相伴的相伴曲面方法,并用來研究瞬軸面和空間連桿曲線以及連桿曲面的不變量與不變性,討論了瞬心線和瞬軸面與平面、球面和空間運動連桿點及連桿上直線軌跡的不變量之間聯系的統一表述形式,建立了基于瞬心線和瞬軸面的機構運動幾何學的統一曲率理論。

 針對機構的約束曲線、約束曲面均屬于規范曲線和曲面,對球面、圓柱面曲線,定斜、定軸、定距直紋面的性質進行探討,得到一般空間曲線成為球面曲線、圓柱面曲線以及一般直紋面成為定斜、定軸及定距直紋面的充分必要條件,為機構的運動綜合提供理論基礎。

2)機構近似綜合的統一模型和自適應方法

理論方法:從機構運動綜合的本質出發,將連桿機構的運動綜合問題歸結為尋找運動剛體上軌跡(近似)為約束曲線、約束曲面的(近似)特征點或直線,將約束曲線、約束曲面作為機構運動綜合的基本要素。以機構運動幾何學的曲率理論為基礎,從約束曲線的不變量與不變性出發,從廣義曲率角度討論有限分離位置情況下約束曲線曲面的幾何逼近不變式,以最大擬合誤差最小為原則建立曲線曲面自適應擬合的鞍點規劃模型,得到統一的法向誤差評價體系。

5、工業工程

從系統角度對機械制造企業的實際生產問題進行定量分析,提取時間、成本和質量等有效反映系統本質運作規律的特征信息并監視其狀態變化,構造特征狀態矩陣方程將生產過程映射到特征狀態空間中研究,轉化生產進度、成本和質量的瓶頸分析與動態控制問題為特征狀態空間中的度量評價與路徑規劃問題;在信息技術的支持下,形成生產過程的網上看板自動反饋控制體系,使系統更加高效率、低成本地運作,實現精益生產。

6、多學科數值模擬與優化

1) 制造過程多學科數值模擬與優化

管道焊接是涉及傳熱學、冶金學、力學、焊接工藝、材料科學的復雜多物理過程,廣泛應用于核電工業、近海工程、石油管道輸送等領域。焊接過程不可避免地在焊縫和熱影響區產生復雜的殘余應力場和微觀缺陷。在工作載荷和殘余應力的聯合作用下,其中的微觀缺陷就會萌發和擴展為裂紋,甚至導致突發性災難性事故。因此有必要在設計制造初期對焊接殘余應力進行預測和優化。

2)設計過程多學科數值模擬與優化

人工髖關節置換已成為治療嚴重髖關節骨性關節炎及股骨頭缺血性壞死的最佳選擇。然而由于摩擦和磨損,目前人工關節的使用壽命只有10-15年。為此需要建立解剖學有限元模型,進行接觸力學分析,對人工關節進行創新設計,以延長人工關節的使用壽命。

7、傳動機械學及機械結構強度

1)新型傳動及其在工程中的應用;

2)復雜及特種裝備研究;

3)機械結構強度;

8、康復工程

肌電控制假肢及智能控制假肢研究

 

 
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