機械動力學與振動、機械設計理論

　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系。基于力的疊加原理推導了離心力的表達式。根據(jù)微段帶的法向、切向受力平衡，推導了拉力的表達式。介紹了帶當量摩擦系數(shù)的計算公式，指出了相關文獻力計算方法的局限性。推導出了摩擦型帶傳動力的一種簡化計算公式，并提出了一種詳細計算方法：在進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。本文提供的推導過程及提出的力計算方法可作為相關教材教學內(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，提出了基于坐標變換的無約束優(yōu)化改進算法，適合于坐標輪換法、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)化問題進行了計算。計算結果表明（）如采用變換坐標改進優(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。
　考慮電機的機械特性、滑塊的質(zhì)量、移動副摩擦力，基于力學原理導出了牛頭刨床六桿機構的運動分析和動力學分析的解析法計算公式。采用該計算公式可對該機構的運動情況和受力情況進行計算機仿真。
　　根據(jù)由歐拉角表示的連體坐標系和平移坐標系之間的方向余弦矩陣，在右手坐標系中推導出萬向聯(lián)軸節(jié)兩軸之間轉(zhuǎn)速關系，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，再根據(jù)中間十字架的特點，求得從動軸某點的坐標，從而確定從動軸的轉(zhuǎn)角，進而得出主動軸與從動軸的位置關系，再而通過求導得到兩軸的速比關系式。該關系式與采用矢量計算法得到的關系相同。計算結果表明當主動軸勻速轉(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。
　　　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，引導電子圖書的大眾化。

　　通過在《機械優(yōu)化設計》教學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)化方法的改進算法。針對迭代終止準則（點距、區(qū)間、落差）、牛頓類方法（二階導數(shù)為零奇異矩陣求逆的處理）等提出避免被零除的改進算法；針對隨機方向法提出減半步長尋找隨機方向、雙向?qū)?yōu)確定方向*點的改進算法；引入盲人探路思想，針對可行方向法提出確定邊界的改進算法，針對復合形法提出尋反射點的改進算法；針對具有平原的特殊目標函數(shù)，提出雙向?qū)ふ业倪M退法改進算法；針對黃金分割法（應用于約束優(yōu)化問題）提出保證至少一個黃金分割點在可行域之內(nèi)的改進算法；針對二次插值法，提出簡化程序模塊的改進算法。

　　提出了一維盲人探路優(yōu)化設計方法，其數(shù)學實現(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計空間尋優(yōu)，以符合適用性條件作為更新當前點的前提。設計了算法的程序流程圖，分析了該方法的特點。對目標函數(shù)為單峰函數(shù)和非單峰函數(shù)的優(yōu)化問題求解進行了計算機計算，驗證了該方法的收斂性和適應性。計算結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。該方法作為教學內(nèi)容用于教學，如同將罰函數(shù)法解釋為圍墻土堆法一樣，具有形象化教學方法的特點。

　　鑒于語言的普及和機械原理課程設計的編程需要，結合編程實踐，有針對性地總結了語言基礎。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、運算符與表達式、三種基本程序結構、數(shù)據(jù)輸入輸出的概念及在語言中的實現(xiàn)、函數(shù)及預處理命令等機械原理課程設計有可能涉及的內(nèi)容。設計了二維矢量兩種表示方法的轉(zhuǎn)換程序和機器zui大盈虧功的求取程序。針對小型泵的主機構給出了動力學分析與計算程序設計方法，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構、三維裂縫、海洋平臺、板狀結構、碟形彈簧抗震器等結構動力學問題中的應用。介紹了海洋平臺輸送管道的振動研究。得出的結論是：在柔體動力學理論尚未成熟完善的情況下，運用成熟的剛體動力學理論、彈簧力學特性等理論研究大型結構的動力學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行為具有重要的理論和實踐意義。

　　在采用剛體動力學方法研究工程問題中普遍存在著閉環(huán)結構，其動力學仿真存在約束違反問題?；诖耍岢隽私稻S違約修正方法，令閉環(huán)結構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)結構多體系統(tǒng)的標準形式剛體動力學方程，其計算機仿真結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)生機理的研究。根據(jù)意識與潛意識的關系，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理論提出了心理紊亂發(fā)生機理的論點。睡眠缺失造成意識削弱而潛意識增強的現(xiàn)象是發(fā)生心理紊亂的機理。基于這一結論，解釋來自于主流媒體（央視法制等節(jié)目）與心理紊亂相關的事件，從而驗證了這一論點。

　　基于抽油桿減震器在抽油機中的應用，研究了該碟形彈簧多體系統(tǒng)的動力學問題。建立了該系統(tǒng)的動力學方程，采用動力學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系統(tǒng)的附加動載荷，從而降低抽油機系統(tǒng)對抽油桿的位移激勵，進而有效地避免抽油桿的脫扣和斷裂。計算機仿真結果與現(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)學推導的《機械優(yōu)化設計》提出形象化教學方法。以形象化的圖形和比喻講解優(yōu)化方法的原理。除采用多媒體教學外，形象地講解優(yōu)化原理，恰當?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《機械設計》課程設計常用的減速器設計為例，提出了幾條指導建議：以傳動比分配與確定作為帶傳動、齒輪傳動設計的主線；以潤滑方式選擇作為軸和軸上零件結構設計的前提；以鍵的選擇和軸承壽命計算作為軸結構尺寸的設計依據(jù)；以力的疊加原理作為軸強度校核、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錯誤的結構。