机械学院课题集锦

机械学院课题集锦2005.10.81、 粗糙集理论在故障诊断中的应用综述课题背景与检索目的粗糙集理论是波兰数学家Z.Pawlak于1982年提出的一种数据分析理论。1991年Z.Pawlak的专著《粗糙集关于数据推理的理论》（RoughsetsTheoreticalAspectsofReasoningaboutData）的问世，标志着粗糙集理论及其应用的研究进入了活跃时期。1992年在波兰召开了关于粗糙集理论的第一届国际学术会议。1995年ACMCommunication将粗糙集列为新浮现的计算机科学的研究课题。人工智能研究的一个崭新领域——数据挖掘（DM）和数据库知识发现（KDD）。粗糙集理论与概率方法、模糊集方法和证据理论方法等其他处理不确定性问题理论的最显著的区别是他无需提供问题所需处理的数据集和之外的任何先验信息。由于该理论未能包含处理不精确或不确定原始数据的机制，所以与其他处理不确定性问题的理论有很强的互补性。故障诊断是一个典型的信息融合过程，需要对设备运行中的多种信息进行综合处理和协同分析。在实际应用中，设备的特征信号（如振动、噪声）和机器运行参数（如介质的压力、温度）很多，都能反映设备运行的状态。我们首先要对获得的信号或机器运行特征提取，之后还要对诊断特征进行压缩或约减，剔除不需要的特征，或对大量的特征进行简化，从而大大减少诊断信息融合过程的计算工作量，提高故障诊断的效率。由此可以看出，粗糙集理论可以剔除大量的特征中具有冗余信息的特征，从而简化特征的个数，问后续工作提供很大的便利。2、 烟气废热溴化锂制冷机仿真模拟研究课题背景：近年来，随着世界经济的飞速发展，人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁。为此，对太阳能、地热和工业废热等低品位能源的利用已越来越成为人们关注的焦点。而吸收式制冷由于具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的CFCs为工质等独特的优点，也越来越受到人们的青睐。能用于吸收式制冷的工质对有很多，大约有40余种［1］。但目前应用最成熟的工质对还是氨-水、水-漠化锂溶液，其他的工质对大都未工业化。在高于0°C时，采用水-漠化锂溶液作为吸收式制冷工质比氨-水系统有着非常明显的优越性：首先，它可使制冷机双效化;其次，做为制冷剂的水具有较大的蒸发潜热且没有毒性；第三,水-漠化锂溶液具有较高的化学稳定性；另外，由于水-漠化锂溶液在真空条件下工作，因此没有发生爆炸的危险。水一漠化锂溶液制冷工质对的采用为吸收式制冷的发展提供了广阔的发展前景。漠化锂制冷机根据结构型式可分为单筒、双筒和三筒型，根据系统可分为单效型、双效型、冷温水两用型以及三泵、两泵和无泵系统。其主要热源有蒸汽、热水、燃气燃油、废热热源以及太阳能源。传统的漠化锂制冷机主要以煤，油，煤气燃烧产生的高温高质量热量转化为低温低质量的热量再来驱动漠化锂制冷机，在这过程中必然要产生可用能的损失，从能源利用角度来看是很不合理的。但是如果漠化锂吸收式制冷机的加热源是余热、废热或化学反应热，则从整体来看，大大提高了能源的利用率，所以漠化锂制冷机所用的热量最好是低温废热。我国工业余热资源的回收率仅33.5%，即2/3的余热资源尚未被利用。⑵工业余热资源分布在各工业行业业余热资源分布在各工业行业，更为集中的是在钢铁、有色金属、化工、建材、石化、轻纺与机械等七个部门企业中。近年来，由于生产工艺过程的要求，科学技术的发展，对产品质量要求的提高及日益迫切的改善劳动条件的要求，同时，由于漠化锂吸收式制冷机组性能的改善和可靠性与寿命的显著提高，某些工业企业已开始用漠化锂吸收式制冷为车间的空调通风或工艺过程提供冷量，收到了良好的经济效益与社会效益。文献［2］论述了利用漠化锂回收工业余热的5种原则性方案，基本是利用工业废热产生蒸汽或热水，然后作为蒸汽或热水制冷机组发生器的驱动热源。这样就增加了诸如废热锅炉等中间换热设备。现阶段我国利用废气的漠化锂吸收式制冷机还未有定型产品，这就要求我们需要根据具体的工作要求进行漠化锂制冷机组的具体设计。由热力学理论可知，温度越高的热量，其作功能力也越强，能量分级利用，才能实现最高效率地利用能量。因此在选用漠化锂制冷机时，如果热源温度比较低，仅100r左右，则利用单效漠化锂机就能达到最高效率，其空调工况效率为0.7左右。而对直燃式，热源温度比较高，仅用两效制冷机就达不到最高的效率。为了达到提高效率的目的最好选用三效、甚至更多效的制冷机，国内外已有相关报道［4］，但由于高温下漠化锂溶液腐蚀性强，添加剂辛醇要分解，高发压力高，并没有完全投向市场［5］。而如果热源温度达到160°C左右，则我们就要利用双效机，这是最经济的方法，PongsidSrikhirin［3］比较了不同类型的制冷系统，认为与其他类型制冷系统相比，双效漠化锂制冷机具有较高的性价比。3、小冲孔高温蠕变试验技术课题背景、目的石油化工、航空、航天、电力、核电等行业中存在大量长期在高温环境下运行的压力容器及压力管道等金属构件，现代化过程工业的工艺设计更是向着高温、高压和大型化发展，以提高装置的效益。这样，其中一些高温高压承载构件的意外破坏就可能会导致灾难性的后果和重大的经济损失，因此，对这些构件的安全性要求越来越高。为了保证上述高压高温构件安全可靠长周期运行，这就存在如何评估高温服役材料脆化程度，如何预测高温原件剩余寿命，以及如何评价带裂纹服役高温元件完整性等一系列亟待解决的问题。解决上述问题，其基本前提是获得这些在役构件的高温性能。在获取在役构件的高温性能方面，我们通常用到传统的无损检测方法和取样试验方法，可是两者又各有其局限性——前者简单、无损，但所测知的信息不完整，也不足够精确；后者准确可靠但具有破坏性。因此，尽可能减少取样损伤，要求所取试样体积要很小；另外，某些特殊情况也限制了试样的尺寸，如在中子辐射后材料的损伤研究中，因粒子加速器产生的损伤区域很窄，这样试样的尺寸受到严格限制。又如在焊接接头热影响区性能变化规律研究中，因热影响区区域范围窄，试样尺寸也必须很小。对于这类微型试样，显然用常规试验方法来获得材料力学性能已无能为力，因此必须寻求新的既有效又经济的试验方法和手段。一方面，要尽可能采用无损或半无损检验的方法，另一方面又必须最大限度地得到材料的性能，小冲孔试验技术兼备无损和取样两种优势，正是解决这种两难问题的有效方法。小冲孔试验技术兼备无损和取样两种优势，正是解决这种两难问题的有效方法。简单地说，小冲孔试验技术（SmallPunchTestTechnique，简称SP）是一种利用冲杆以一定速度冲压试样薄片，并记录试片从变形到失效整个过程中的载荷一位移（或变形-挠度）数据，并借此分析得出材料各种性能参数的试验方法⑵八十年代初由Ames实验室提出，其本质上是一种微型试验技术。近年来，国内外对应用微型试验法来评价材料性能进行了大量试验，取得了一些成果，这些研究所用微型试样的形状及试验装置与常规试验相同，并且主要侧重于室温下力学性能，对于高温下的力学性能研究很少，特别是与高温损伤特性的关联方面。本课题是国家自然科学基金项目“基于小冲孔蠕变试验的在役高温构件寿命估算方法研究”的子课题，预期目标是研制成具有较高精度的小冲孔高温蠕变试验系统。并使用此系统的试验装置进行薄片试样的小冲孔高温蠕变试验，揭示小冲孔蠕变变形行为特征和微观物理机理和规律，研究高温结构的剩余寿命工程评定方法。4、薄膜蒸发器CAD系统研究与开发研究背景：薄膜蒸发器是一种新型、高效的蒸发设备，其结构形式多样，在国内外已广泛应用于化工、轻工、制药，环保、食品等行业。目前薄膜蒸发器的研究和推广应用获得了一些进展，但用于设计计算的基础资料仍是不足，很多设计和产品都是在成功经验基础上进行工程放大估算的结果，而没有一套完整的理论计算设计方法，影响了薄膜蒸发器的推广应用。开发薄膜蒸发器辅助设计软件是高效设计薄膜蒸发器必然要求，而施工图的高效绘制是开发薄膜蒸发器辅助设计软件难点之一。目的：开发薄膜蒸发器辅助设计软件5、螺旋折流板换热器流体流动和传热特性的研究课题背景换热器是炼油、化工、能源等工业部门的一种重要单元设备。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10〜20%；在炼油厂中，换热器约占总设备投资的35〜40%左右。近年来，世界各国围绕高效率、低能耗、低成本的目标，对各类换热器进行了大量研究，开发了多种高效、紧凑的换热设备，如波纹板换热器、板齿式换热器、螺旋板换热器等。然而由于实际化工生产中高温、高压、强腐蚀等工艺条件的限制，管壳式换热器仍占据着主导地位，（约占我国全部换热器总数的80%）。弓形折流板换热器是最普通的管壳式换热器。在这种换热器中，折流板起着改变壳程流体的流动方向和支撑管束的作用。但这种折流板存在以下这些缺点：（1）流体垂直冲击折流板和壳体，在壁面造成较大的沿程压力降；（2）折流板与壳体、壁面的相接处产生交大的滞流死区，降低了设备的传热效率（一般约有总传热面的20〜30%左右的死区），同时造成流体的返混，并增加壳程积垢；（3）高速流体横向掠过换热管，容易诱导管束的横向震动，造成管口开裂及泄漏。螺旋折流板换热器是90代开发的一种新型的管壳式换热器。这种换热器是将折流板布置成近似的螺旋面，使壳程流体实现近似的连续螺旋状流动，以实现降低壳程压力降及强化传热的目的。90年代出现了这种新型管壳式换热器的商业产品，但是对这类换热器的研究却鲜见有报道，甚至98年以来出现的文章与最初公布的结果几乎相同。目前如欧美、俄罗斯等国家已有商业产品并使用，但是开发这些设备的研究成果并未在公开文献上报道。国内尚处于开发阶段，有关与这方面的资料更少。换热器的传统设计方法是利用相似理论原理，以简化换热器模型为基础，进行流体流动和传热的数据测量，再通过放大等数据后处理方法得到与实际情况相接近的特性参数。通常，试验测试费用昂贵而且耗时，并且实际换热器中流场的可视化和流量的测量也相当困难。许多计算管壳式换热器中流动阻力和传热的方法都是基于试验数据拟合得到的关系式。运用这些方法不能预测换热器内详细的流动、换热和湍流场，只能给出整体压降和传热系数。另一方面，随着计算机技术的进步，CFD技术技术从20世纪60年代以来在全世界范围内得到了迅速发展，并被广泛应用于能源、动力、化工等工业领域。利用CFD技术和试验研究的结合可以很好的解决以往设计中存在的弊病，因此，人们越来越认识到基于一定试验数据的数据分析是获得复杂物理问题的一个节省投资、减少浪费、方便可行的途径。6、 聚四氟乙烯在密封领域的应用背景和目的：流体密封装置广泛应用于工业、农业、国防和人们的生活之中，就一座中等规模的石油化工厂而言，静密封点数以十万计。流体的密封通常都是靠密封面间相互紧密接触以阻止流体通过来实现的，但任何制造或加工方法都不可能形成绝对光滑的理想表面，也不可能实现密封面间的完全嵌合，因而在相互接触的密封面间总是存在着细微的间隙或通道，在相连接的组件间放置垫片或密封胶等密封元件并施加压紧力，使其产生弹性或塑性变形以填补、堵塞这些缝隙，从而阻止流体的泄漏，这是密封的基本原理，因此在密封过程中，密封材料的性能对密封效果起着至关重要的作用。随着科学技术的发展和人们健康意识的提高，一些老的密封材料和结构已经不能满足日趋严格的环境要求，不能适应比较苛刻的工况条件。国内外许多研究机构和生产单位正在着手研制性能优异的密封材料和密封元件，而聚四氟乙烯具有无毒，无污染性，适用于各种复杂形状的密封面等特性，因而在密封行业得到了广泛应用，成为食品、医药和强腐蚀场合的首选密封材料。进一步加强聚四氟乙烯在密封方面应用的研究是发展密封技术的一个重要趋势，具有广阔的前景。7、 焊接自动化在不停输带压开孔技术中的应用研究背景：管道在运输液体和气体过程中应用的相当广泛，但在一条主管道铺设完成以后往往需要在主管道上另外接出新的分支管道，这时就要停止管道的运输，关掉总的阀门开关，以便于进行焊接和开孔等操作，以连接新的分支管道。但在大型的化工企业或者重要的运输线路上停工会造成巨大的经济损失，这就要求在开孔的过程之中不停工，也就是要带压进行开孔、焊接等操作。这样就带来了很大的安全问题，特别是运输一些易燃易爆的有毒气体就更加的危险，所以需要考虑在焊接和开孔过程中利用自动化技术，一方面减少工作人员的危险，同时也能提高焊接质量。8、 关于CAPP技术的信息检索课题背景：信息检索是我们获得外部信息和开始研究的起点，也是贯穿整个研究全过程的。通过检索不仅确定了研究方向和课题，了解了题目CAPP的基本情况及今后的发展方向；而且通过检索全面收集有关信息。随着对研究课题认识的不断深入，及时调整信息检索策略，充分发挥网络的优势，对自己的课题研究方向不断的进行深入了解及充实。以便在此基础上准确调整确定自己的研究重点。CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP软件在广义的CAD领域中是研究和发展较早的软件技术之，CAPP的发展却是最迟的部分。与同类的CAD/CAM的软件技术相比，CAPP软件的发展却大大落后于CAD、CAM软件。在许多企业里，加工部门早已用上了CAM软件，产品的设计部门早已甩掉了图板，甚至用上了三维的设计和分析软件，而工艺设计部门却迟迟扔不了钢笔，仍然重复着几十年来的工作习惯和方法。个别企业为了追求计算机应用的普及，使用一些通用的办公软件，或者二维CAD软件来代替CAPP工作。90年代中后期，制造业的企业信息集成成为大家关注的热门话题，在一些企业实施了企业级的PDM或MRPII甚至ERP软件后，才发现CAPP成为阻碍企业信息化建设的瓶颈。因此发展CAPP技术是企业信息化的当务之急。9、 基于网络智能化沥青混凝土搅拌设备的研究课题背景：在这科学技术帽新月异的飞速发展今天，检索是及其重要的。这一点老师已在课上强调了多次.通过这门课的学习，加上课题的部分实践，我也有所体会。信息检索是一切科研的前提，并且贯穿于整个课题的始终。通过检索，我们可以了解到前人的研究的广度和深度，这可以为我们的开题提供参考，同时可以在他们的基础上继续研究，这样不仅可以使我们的研究少走弯路，而且我们是在对前人所作研究的继承、发展和创新。10、数控强力切削机电系统动态特性及参数优化的研究课题背景：机床工作中的切削颤振是限制加工质量和切削效率的主要原因，而且还影响机床和刀具的使用寿命，产生的噪声还会污染工作环境，严重时甚至使机械加工过程无法进行。目前，CNC机床、加工中心、5MS等广泛使用，为保障这类机械加工设备在强力切削、高速切削状态下能够正常运行，切削颤振的控制变得越来越重要。关于切削颤振的控制，国内外学者已经进行了大量的研究工作。但是，在以往的研究中，乎都是从数控、伺服、刀具、加工工艺或加工过程的某一个侧面对数控强力切削进行研究的，而缺乏一个整体考虑的思路，从而建立起来的模型精度不高，在生产实践中的应用也就受到限制，本课题希望运用系统动力原理与现代控制论整体考虑机床的机械部分和机电控制系统，建立与实际生产状况下较接近的数控强力切削颤振的模型，通过数字仿真实现机床参数的在线优化，为提高生产效率做出理论指导，从而具有广泛的应用前景。沥青混凝土拌和设备计量配料控制系统的研究课题背景与目的随着国民经济的迅速发展，国家对道路、桥梁及城市基础设施建设的投入大增，使得商品混凝土行业逢勃发展。特别是高速公路的迅猛发展，人们对优质沥青混凝土的需求不断增加，也促使了沥青混凝土生产机械得到了较快的发展。如何选择高品质的沥青混凝土生产机械生产出高效益、高品质的优质沥青混凝土成为沥青混凝土生产企业所关心的问题。而在沥青混凝土生产设备中沥青混凝土计量配料控制的好坏对生产沥青混凝土的质量显得至关重要。我的课题目的就是研究沥青混凝土拌和设备计量配料控制系统，怎样使它们达到最佳配比，以适应高等级路面的需求。为了进一步了解这方面的研究进展，我对该课题的相关内容进行检索，并写出综述。高速铣齿数控加工过程几何仿真及工艺参数优化的研究背景和目的虚拟制造技术是由计算机仿真、建模技术、计算机图形学、人工智能、并行工程和多媒体技术等多学科交叉形成的综合系统技术,是敏捷制造的关键技术之一.其目的就是要是在产品设计阶段,借助建模与仿真技术，及时和并行地模拟出产品未来制造过程,并预测及评价产品性能和产品的可制造性，从而更有效、更经济和更柔性地组织生产,达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化和生产效率的最大化.显然，对产品加工模拟仿真技术作为虚拟制造的关键技术之一就显得尤为重要.对齿轮的加工过程的进行计算机仿真不但可以节省产品的试制时间，提高效率，也可以降低产品成本。在高速切削中，正确合理地选择切削参数对保证产品质量，提高生产率，降低成本起着十分重要的作用。目前，就我国数控技术的发展现状而言，切削参数的选择是困扰高速切削的一个大问题。运用现代切削理论，数学建模分析方法寻找参数的最优组合，是切削参数选择的一个重要方向。沥青混凝土拌和设备计量配料控制系统的研究课题背景沥青混凝土拌和设备是个较复杂的生产设备，其生产过程复杂，工作环境恶劣，灰尘多，干扰源多，振动大，尤其是现代高等级路面对沥青混凝土成品的质量要求更高，影响产品质量的关键是实际配料的准确性，因此对沥青混凝土拌和设备计量配料控制系统提出了较高的要求。这就要求控制系统可靠性高，实时性好。本课题就如何让实际配料达到最佳比作为目标来研究沥青混凝土拌和设备计量配料控制系统。查阅文献，了解目前此类控制系统的研究进展情况以及已经取得的成果，存在的问题和今后的发展方向。开放式数控系统设计课题的背景和目的计算机数控(CNC)系统作为制造形状复杂、高质量、高精度产品所必备的基础设备，已成为当今先进制造技术的一个重要组成部分。然而，现今市场上组成CNC系统（以FANUC,SIEMENS等为代表）的硬件模块和软件结构绝大多数是专用的、互不兼容的，系统各模块间的交互方式、通信机制也各不相同，这就造成了不同厂家控制系统的相对独立、彼此封闭。随着技术的进步，市场竞争的加剧，这种专用体系结构的数控系统越来越暴露出其固有的缺陷。一方面,各控制系统间互连能力差，影响了系统的相互集成，风格不一的操作方式以及专用件的大量使用，不但使用户培训费用增加,还给数控设备用户（NC系统的最终用户）带来很多不便；另一方面，系统的封闭性使它的扩充和修改极为有限,造成数控设备制造商（NC系统中间用户）对系统供应商的依赖，并难以将自己的专门技术、工艺经验集成入控制系统并形成自己的产品特点，这将不利于提高主机产品的竞争力。此外，专用的硬、软件结构也限制了系统本身的持续开发,使系统的开发投资大、周期长、风险高、更新换代慢,不利于数控产品技术进步。所以我选择这一热点课题作为自己的研究方向。有限元分析在汽车车身安全性设计中的应用课题背景：在科学技术日益发达的今天，汽车无疑已经成为人们生活中不可缺少的交通工具，如何提高汽车在碰撞过程中的安全性能，最大限度地避免或减轻乘员在汽车碰撞中的伤亡将成为我国汽车被动安全性研究的重要课题。国外对整车碰撞模拟的研究经过二十多年的发展，积累了大量的经验，也制定了相应的标准和规范，但是国内整车的碰撞模拟研究才刚刚起步，相应的标准和规范还没建立起来，涉及到的一些技术问题还没解决，同时就目前的硬件条件，技术力量，并不足以完成整车的碰撞模拟。车身必须有足够的强度保证其使用寿命以及合理的动力学性能指标以达到控制振动和噪声的目的。此外车身外形的风阻系数也会影响到整车的动力性能和经济性指标。车身结构设计在早期完全是靠经验类比，很难设计出优化的理想产品，并且设计周期很长设计强度也大，但随着计算机技术及有限元计算方法的不断改进和完善，显著提高了产品的质量并缩短了产品开发的周期。数控机床的可靠性背景：数控机床的可靠性即数控机床在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。数控机床的设计可靠性，主要取决于数控系统和机械部分的设计可靠性。现代数控机床的数控系统，趋向于采用模块化硬件的结构形式。根据不同机床的数控功能需要，可选择不同功能的模块进行组合。在优化、通用化、标准化的原则指导下，进行功能模块的设计与制造，能大大地提高数控系统的可靠性。目前我国设计开发的数控系统，其功能还需进一步完善，除直接用于加工的功能外，还应包括人机对话功能，机床故障自诊断功能，机床保护功能，刀具管理功能等。这些功能的配备，既能降低机床使用与维护方面的复杂性，又能极大地提高数控机床使用的可靠性。“九五”期间，我国数控机床骨干制造企业联合完成了国家重点科研项目《数控技术与装配工程化的研究》课题，以提高数控机床设计可靠性为抓手，积极消化吸收八五以来，我国数控技术取得突飞猛进的发展，使我国的制造业也取得了长足进步，焕发了勃勃生机。但与国外的同级产品相比，无论是在设计水平，还是在实际使用过程中，都大大逊色。国产数控系统质量问题主要表现在故障多、可靠性差、稳定性差、一致性差、制造工艺粗糙等方面。日本FANUC公司声称他们的系统平均无故障时间（MTBF）达3.6〜7.2万h,而我国达到3000h为合格,与日本相差一个数量级。因此需要提高我国数控机床的设计可靠性。加氢裂化反应器堆焊层表面裂纹