機(jī)械動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)理論

　帶傳動(dòng)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?；诹Φ寞B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(jì)算公式，指出了相關(guān)文獻(xiàn)力計(jì)算方法的局限性。推導(dǎo)出了摩擦型帶傳動(dòng)力的一種簡(jiǎn)化計(jì)算公式，并提出了一種詳細(xì)計(jì)算方法：在進(jìn)行微段帶的受力分析時(shí)將軸向壓力分解在兩個(gè)正交方向上，然后對(duì)兩組算式沿帶長(zhǎng)進(jìn)行積分，求得兩個(gè)方向上的力，zui后將兩力合成為帶傳動(dòng)作用在帶輪上的力。本文提供的推導(dǎo)過程及提出的力計(jì)算方法可作為相關(guān)教材教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充。

　　采用加固圍墻的內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法和傳統(tǒng)的外點(diǎn)懲罰函數(shù)法，研究了約束優(yōu)化問題的求解。針對(duì)懲罰函數(shù)法的序列無約束優(yōu)化問題含有脊的特點(diǎn)，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(jì)算梯度值的方法。對(duì)含等式約束和不等式約束的優(yōu)化問題進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)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(diǎn)，否則易尋得偽*點(diǎn)；（）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(diǎn)懲罰函數(shù)法對(duì)初始點(diǎn)沒有特殊要求，比傳統(tǒng)的內(nèi)點(diǎn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力學(xué)分析的解析法計(jì)算公式。采用該計(jì)算公式可對(duì)該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況進(jìn)行計(jì)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(dòng)軸為研究對(duì)象，求得在既定位置中間十字架上某點(diǎn)的坐標(biāo)，再根據(jù)中間十字架的特點(diǎn)，求得從動(dòng)軸某點(diǎn)的坐標(biāo)，從而確定從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而得出主動(dòng)軸與從動(dòng)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(jì)算法得到的關(guān)系相同。計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)主動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)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(shì)，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(jì)》教學(xué)實(shí)踐和科研實(shí)踐中對(duì)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(duì)迭代終止準(zhǔn)則（點(diǎn)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(duì)隨機(jī)方向法提出減半步長(zhǎng)尋找隨機(jī)方向、雙向?qū)?yōu)確定方向*點(diǎn)的改進(jìn)算法；引入盲人探路思想，針對(duì)可行方向法提出確定邊界的改進(jìn)算法，針對(duì)復(fù)合形法提出尋反射點(diǎn)的改進(jìn)算法；針對(duì)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(duì)黃金分割法（應(yīng)用于約束優(yōu)化問題）提出保證至少一個(gè)黃金分割點(diǎn)在可行域之內(nèi)的改進(jìn)算法；針對(duì)二次插值法，提出簡(jiǎn)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(jì)方法，其數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)僅為步長(zhǎng)的減半或增倍、以及探測(cè)點(diǎn)的適用性條件檢驗(yàn)。為提高尋優(yōu)效率，以步長(zhǎng)增倍提高接近*點(diǎn)的速度，以步長(zhǎng)減半提高收斂速度并保證在整個(gè)設(shè)計(jì)空間尋優(yōu)，以符合適用性條件作為更新當(dāng)前點(diǎn)的前提。設(shè)計(jì)了算法的程序流程圖，分析了該方法的特點(diǎn)。對(duì)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(jì)算機(jī)計(jì)算，驗(yàn)證了該方法的收斂性和適應(yīng)性。計(jì)算結(jié)果表明該方法具有收斂速度快、計(jì)算量小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)。

　　鑒于語言的普及和機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的編程需要，結(jié)合編程實(shí)踐，有針對(duì)性地總結(jié)了語言基礎(chǔ)。簡(jiǎn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)、函數(shù)及預(yù)處理命令等機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)有可能涉及的內(nèi)容。設(shè)計(jì)了二維矢量?jī)煞N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(duì)小型泵的主機(jī)構(gòu)給出了動(dòng)力學(xué)分析與計(jì)算程序設(shè)計(jì)方法，提出了根據(jù)能量守恒定律計(jì)算等效驅(qū)動(dòng)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(tái)、板狀結(jié)構(gòu)、碟形彈簧抗震器等結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題中的應(yīng)用。介紹了海洋平臺(tái)輸送管道的振動(dòng)研究。得出的結(jié)論是：在柔體動(dòng)力學(xué)理論尚未成熟完善的情況下，運(yùn)用成熟的剛體動(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)行為具有重要的理論和實(shí)踐意義。

　　在采用剛體動(dòng)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(dòng)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(gè)體的一組運(yùn)動(dòng)參數(shù)為冗余變量，根據(jù)位移級(jí)、速度級(jí)、加速度級(jí)約束方程，由閉環(huán)中其它體的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)方程，其計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果證明了本文方法的正效性。

　　　基于潛意識(shí)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(shí)與潛意識(shí)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?；趶埑谠砗蜐撘庾R(shí)理論提出了心理紊亂發(fā)生機(jī)理的論點(diǎn)。睡眠缺失造成意識(shí)削弱而潛意識(shí)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(yàn)證了這一論點(diǎn)。

　　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(dòng)力學(xué)問題。建立了該系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，采用動(dòng)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(dòng)載荷，從而降低抽油機(jī)系統(tǒng)對(duì)抽油桿的位移激勵(lì)，進(jìn)而有效地避免抽油桿的脫扣和斷裂。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(duì)形象化資料易形成長(zhǎng)久記憶的特點(diǎn)，針對(duì)有較多枯燥數(shù)學(xué)推導(dǎo)的《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》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\(yùn)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(duì)該課程的內(nèi)容補(bǔ)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(xiàng)加固圍墻以防止內(nèi)點(diǎn)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(jì)》課程設(shè)計(jì)常用的減速器設(shè)計(jì)為例，提出了幾條指導(dǎo)建議：以傳動(dòng)比分配與確定作為帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主線；以潤(rùn)滑方式選擇作為軸和軸上零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提；以鍵的選擇和軸承壽命計(jì)算作為軸結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)依據(jù)；以力的疊加原理作為軸強(qiáng)度校核、軸承壽命計(jì)算中方向未知力的處理原則。zui后列舉了幾處易表達(dá)錯(cuò)誤的結(jié)構(gòu)。