为提高工业机器人在焊接、喷涂等领域的工作效率和稳定性,工业机器人时间最优速度规划问题得到广泛研究,但受制于运动学、动力学模型的准确性及优化问题求解方法的效率,大多数方法很难在保证稳定性及不超速的前提下达到时间最优。文中采用指数积求解机器人运动学,考虑运动学及动力学约束对时间最优问题进行建模,最后基于凸优化问题相关理论进行求解。仿真结果表明,机器人能以相对稳定的速度达到时间最优,该方法可为工业机器人的实际应用提供理论依据。

针对3-PRS+2P混联机构进行了运动学分析,运用几何法与坐标变换相结合的方法建立了该机构的逆运动学方程,并求出该机构的逆运动学解析解。将求刀位点位姿转化为求动平台三顶点坐标的方式,建立该机构的正运动学模型,同时采用双参数数值延拓同伦算法求出正运动学的数值解。基于Maple计算出逆解的解析表达式,解的结构简明且易于编程,基于Matlab编程实现正解迭代过程,数值解达到精度要求。运用UG与Matlab的联合建模、计算与仿真的方式验证了正逆解的正确性。

运用滑移网格技术、三维非稳态Navier—Stokes方程和标准的k—e湍流模型对工业中常用的D型多级节段式离心泵进行了全三维瞬态流场的数值模拟，分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题。滑移网格设置在多级离心泵叶轮出口与固定导叶入口之间的交互界面，对每个时间步求解流动方程。对任一个叶轮旋转周期内，分析叶轮径向力、静压等参数出现脉动信号频率与动、静叶片数的关系；分析静、动叶片间静压值沿周向的变化规律。该三维非稳态模拟结果可为多级离心泵的水力优化设计提供依据。

采用封闭式叶轮结构,设计了长短复合式S型叶片和矩形流道断面叶片两种不同叶片结构的旋喷泵水力模型;利用ANSYS-CFX软件对两种水力模型的流场进行三维数值模拟,分别得到两种模型的压力场、速度场。通过对设计方案扬程、效率、轴功率的计算,分析了两种旋喷泵水力模型的性能特征。模拟计算结果表明：对于小流量旋喷泵的叶轮结构,矩形流道断面叶片的性能优于长短复合式S型叶片。

应用Rayle igh-P lesset气泡方程建立离心泵空化模型,并与气液两相湍流控制方程耦合求解,得到了多级离心泵内三维湍流场及气液相分布,捕捉到气泡的初生、发展及冷凝过程。计算了不同流量下的离心泵的必需汽蚀余量并与实测结果进行了对比分析。

液环泵喷射器设计涉及较多的结构参数选取,用CFD计算对其性能优化时需要反复调整这些结构参数进行三维几何建模。通过喷射器几何建模的参数化设计,可避免繁琐的重复建模,提高三维流道几何模型的建模效率,缩短设计周期。本文采用Pro/toolkit二次开发技术对喷射器流道模型进行参数化设计,研究了Pro/toolkit的菜单设计、UI对话框和MFC对话框设计技术。以VC＋＋6.0为编译和连接工具开发了喷射器的参数化设计程序,大大提高了建模效率。

应用ANSYS—CFX软件及标准k-ε湍流模型，实现了对多级多出口离心泵整机全三维流场的数值模拟，通过分析不同出口设置下的泵内流场分布和压力分布，发现处在泵出口下游段的泵级流量为零，级内的液流处于自循环状态，伴随有较大的能量损耗，且产生较大的静压，对泵强度及可靠性产生一定影响。然后计算出泵的特性曲线，发现当泵出口设置在多级离心泵最后一级时，泵扬程及效率达到最高，泵出口位置越向前级移动，多级泵扬程和效率下降越多。最后通过与试验性能曲线进行对比，验证了计算方法及结果的准确性。

采用CFD技术对多级多出口离心泵的能量损耗进行分析研究。当泵出口设置在多级泵中段时，泵出口下游段泵级出现明显的大尺度涡旋，级内的液流处于自循环状态造成严重能耗。为定量掌握分析该部分能耗，将泵出口后下游段的流动域卸除进行模拟计算及性能预测，与原模型的性能对比得到能量损失结果。计算结果显示，随着泵出口下游段级数的增多，泵扬程没有明显变化，泵总效率却显著下降，但平均每级效率损失减少。

运用ANSYS workbench软件，选取IS100—65—200型单级单吸离心泵作为研究对象，对离心泵包括叶轮、螺母和轴等转子系统进行单向流固耦合分析。在流固耦合计算中，施加到固体结构的流场载荷不仅有叶轮和蜗壳内部流场，同时还考虑了叶轮前后腔的流场载荷；对转子系统力学分析仅对轴承与轴接触处采用轴向和径向约束较符合实际的约束条件。此外，为了解泵转子系统的固有频率和临界转速等问题，本文还对转子系统进行了模态分析，得到了其固有频率和振型，并将计算得到的临界转速与常规的临界转速计算结果进行了对比分析。

离心泵反转作透平（PAT）作为一种方便快捷的能量回收装置，具有显著的工农业应用价值，PAT应用的前提是掌握离心泵正反转模式下性能参数的换算关系。本文从有限叶片数的欧拉方程和转轮进出口速度三角形出发，推导了PAT转轮特性方程。借鉴离心泵叶轮和压水室的特性匹配原理，由PAT转轮与压水室特性方程联立求解获得了PAT的最优工况点流量、扬程等参数的预测计算公式。该性能预测方法仅需已知转轮和压水室的几何参数而不受比转速等条件的限制，具有通用性和实用性。预测方法得到了PAT的实测结果的验证，性能预测和试验结果的相对误差都在工程允许的范围内，表明本文所提出的性能预测方法是切实可行的，可为PAT的选型及应用提供理论依据。