我国机械工程研究进展与展望(2)
2我国机械工程研究进展综述
机械工程研究是先进制造技术的不竭源泉。推 动我国制造业自主发展的主要驱动力是先进制造技 术,航天和国防先进装备几乎完全立足于自主创新 技术。在航空、车辆、家电、微电子、轻工业、石 化、工程机械等制造业,自主创新的技术和自主品 牌也越来越多。
在国家自然科学基金等的资助下,机械工程研 究近年来取得了一系列突出进展和原创性成果,为 我国机械工程和经济建设提供了大批新理论、新技 术和新方法,在国内外产生了重要影响,有的领域 已在国际学术界占有一席之地。
2.1摩擦学领域
纳米摩擦学、生物摩擦学、极端环境下的摩擦 学和界面摩擦学是近年来摩擦学的主要发展趋势和 前沿。
温诗铸、雒建斌等发现在动力润滑和边界润滑 之间存在一个过渡区,提出了薄膜润滑的概念、发 明了纳米薄膜测量技术、建立了薄膜润滑的物理和 理论模型。薄膜润滑研究架起了动力润滑和边界润 滑之间的桥梁,被国际上著名专家GRANICK等评 价为“是对润滑研究的一个重要贡献”。摩擦学国家 重点实验室近来又在纳米尺度界面微观粘着摩擦与 生物运动的关系中,建立了壁虎爬行中快速粘附和 脱附理论模型;将分子膜气体润滑理论与表面力作 用相耦合,发现了磁头运动方程中范德华力对磁头 飞行特性的影响规律,使磁头滑块的承载能力和俯 仰转矩明显减小,改善了磁头飞行运动的稳定性; 在界面减阻研究中,提出了微旋涡、微凸体、微空 泡减阻新理论及新技术,大幅度降低了表面摩擦阻 力,该技术已经成功用于国家重要工程中[4]。
周仲荣研究群体针对工程中出现的大量微动 失效问题,发现了切向微动混合区域、建立了运行 工况和材料的微动图理论,提出了复合微动损伤机 制,发展和完善了微动摩擦学理论;在生物摩擦学, 特别在自然牙的摩擦学研究中,揭示了自然牙的微 观织构及其摩擦磨损机制;结合高速铁路中的轮轨 关系问题,系统开展了轮轨摩擦学研究,首次在试 验中发现了轮轨波磨现象,从理论和试验上深入分 析了轮轨波磨的形成机制,取得了重要突破[5]。
刘维民等将研制成功的纳米固体润滑技术用 于我国航空航天工程,发挥了重要作用。由于上述一系列突出的学术进展和成就,摩擦 学成为我国机械工程学科在国际学术界最具影响的 学科之一。
2.2机器人机构学领域
并联机器人机构学是近20年来国际机构学的 研究热点和学科前沿,也是我国学者在国际上具有 重要学术影响的研究领域之一。
性方法和通用自由度计算公式,主螺旋解析识别模 型,一阶和二阶运动影响系数模型,以及性能与构 件尺度空间模型。利用上述理论综合出数十种新机 构,开发出多维力传感器、微操作机器人、地震模 拟器,并为锻造操作机、伺服压机、电铲等装备的 自主设计提供了重要的理论依据。
黄田、汪劲松等[7]提出基于线性空间理论的少 自由度并联机构雅可比矩阵普适性建模方法,及包 括运动/力传递特性和优质尺度域在内的多种性能 评价与参数优化设计方法,攻克了运动学标定,轨 迹规划、运动/力控制,动态性能检测等关键技术。 利用上述理论和关键技术,开发出5轴联动大型龙 门混联机床、飞行模拟器、柔性支撑装备、高速包 装机器人、5自由度混联机器人作业单元等多种工 程化装备,并在大型水电叶轮加工、射电望远镜重 大科学工程、锂离子电池生产线中得到成功应用。
宗光华等建立了一套以柔度矩阵为核心的全 柔性并联精微机构设计理论,开发出若干微纳操作/ 装配并联柔性微动平台。戴建生、丁希仑等[8]揭示 了空间变胞机构中拓扑演变规律,推动了空间结构 学的发展。孙立宁等提出基于大行程柔性较链的宏 微一体化柔性并联微动平台。张宪民等以平面3自 由度并联柔顺机构为平台,提出了综合考虑固有频 率、最大应力、最大驱动力等在内的低耦合精密定 位机构,并在电子制造装备中得到应用。
2.3机械动力学领域
非线性动力学、复杂机电系统的故障预示和智 能维护是机械动力学的前沿研究领域。
陈予恕等在高维非线性系统的分叉研究中,提 出了约束分叉理论、时变产生系统的安全域侵蚀理 论、非线性转子系统的稳定性量化分析方法,提出 了转子系统非线性故障诊断的系列方法和技术,解 决了国内十几个发电机组的振动疑难问题。
闻邦椿等在国际上率先提出振动利用工程的 概念,提出了概率一等厚筛分理论、振动同步和控 制同步理论,采用动态设计方法,设计研制了数十 种工程振动机械,创建了振动利用工程学科。
屈梁生等针对大型机组转子振动难题,提出了 全息谱的概念、发现了转子平衡过程在全息谱上的 表现,提出了用全息谱技术识别和诊断机组故障、 实现转子全息动平衡的方法和技术,在机组故障分 析诊断中发挥了重要作用。
胡海岩研究了三类典型的非线性振动控制系 统,提出了含时滞控制系统动力学、含弹性约束的 振动控制系统分叉机理和控制方法、含迟滞阻尼振 动控制系统的建模和控制方法,被国内外学术界多 次评价和引用,美国控制专家SCHAECHTER评价 为“耳目一新的系统方法”。
翟婉明提出并完善了被国际学术界称为翟.孙 模型的“机车车辆一轨道系统耦合动力学模型”,研 制了自主知识产权的机车车辆一轨道耦合动力学仿 真系统和安全性现场测试评估体系,并应用于我国 铁路机车的开发设计和铁路提速改造工程中,取得了重大的经济和社会效益[3]。
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