可持续制造理念的关键要素之一就是减少能源、水、物料资源的消耗。研究结合能量流和物料流分析,从综合资源损耗的角度评估切削过程可持续性。引入热力学[火用]分析方法,在统一的指标下量化能量流和物料流,建立了切削过程[火用]损失模型,以总[火用]损失作为衡量资源损耗指标。为了揭示切削液和切削参数对切削过程综合资源损耗的影响,进行了干车和湿车加工实验分析。研究结果表明(1)车削过程的物料流[火用]损失是主要的资源损耗,降低物料资源消耗是减少切削过程[火用]损失的优先选择;(2)总体上湿车过程总[火用]损失更大,切削液的使用从能量和物料两方面增大了湿车过程总[火用]损失;(3)干车和湿车过程的总[火用]损失在一定范围内随着切削速度增大而减小,变化逐渐趋于平缓;(4)随着切削速度增加干车和湿车过程总[火用]损失的差值逐渐减小,...

利用有限元软件Abaqus建立了不同凹坑结构简化的三维制动器模型,并结合热力耦合相关理论和正交试验法,探究了凹坑的深度h0、直径D0、圆周方向相邻凹坑间隔度数e及类型Ty对制动盘温度及应力的影响机制;在此基础上,研究分析了不同非光滑表面形态制动盘的温度场及应力场,并探究了在最优组合下,紧急制动过程中不同制动初速度及压力下的非光滑制动盘温度随半径的影响规律。结果表明,通过正交试验法得到的凹坑深度h0为5 mm、直径D0为8 mm、圆周方向相邻凹坑间隔度数e为20°的正方形凹坑制动盘温度及应力最小,为最优组合。其中,正方形凹坑制动盘具有最好的散热性能。随着制动初速度和压力的增大,该制动盘面的温度逐渐增加,制动盘的最高温度均出现在制动盘半径136 mm处。

运用热力耦合及传热学相关理论,利用有限元软件Abaqus建立正交各向异性C/SiC材料的汽车通风式制动器模型;以此为基础,对该模型在紧急制动过程中不同制动初速度、不同制动压力以及制动盘的不同纵向膨胀系数进行了模拟和分析。结果显示,在热力耦合作用下,制动盘节点单元温度曲线呈现出“锯齿状”波动,热应力主要出现在摩擦副接触的中间区域;在紧急制动过程中,制动压力和初速度越大,制动盘面温度上升越明显,而不同制动盘膨胀系数对制动盘最高温度的影响不显著。

为了进行丝杠硬态旋风铣削下工艺能耗与工艺性能协同优化研究,提出一种同时考虑切削比能、表面粗糙度和表层残余应力的多目标优化方法。基于Box-Behnken试验设计,采用响应曲面法对丝杠硬态旋铣的切削比能、表面粗糙度和表层残余应力进行建模,进一步构建了以丝杠硬态旋铣工艺参数为变量、以低能耗和高性能为优化目标的多目标优化模型。采用改进型非支配排序遗传算法对该模型进行求解,并通过试验数据和优化结果的比较论证了本文优化方法的有效性。

当前在产品轻量化设计时因缺乏考虑产品制造过程的环境影响，导致产品制造阶段的环境影响增加，甚至抵消在设计阶段已减少的环境影响，为此提出一种考虑产品制造过程环境影响的轻量化设计方法。基于有限元分析方法，建立一种以产品重量和产品的环境影响为优化目标，以产品机械性能为约束的产品结构优化数学模型，通过优化产品的形状参数达到减少产品重量和环境影响的目的，其中产品的环境影响分别从产品的原材料阶段和制造阶段进行评估。案例分析结果证明了该方法的可行性。