機(jī)械動力學(xué)與振動、機(jī)械設(shè)計理論

　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。基于力的疊加原理推導(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(qiáng)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?；诖?，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。基于張弛原理和潛意識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(qiáng)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?；谛蜗蠡虒W(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(qiáng)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)。