机械动力学与振动、机械设计理论

　带传动中带受到的离心力为惯性力，由此受到的离（向）心拉力存在于整条带上，在弯曲部分，使带与带轮间的正压力减小，从而影响承载能力。分析了带的基本受力关系。基于力的叠加原理推导了离心力的表达式。根据微段带的法向、切向受力平衡，推导了拉力的表达式。介绍了带当量摩擦系数的计算公式，指出了相关文献力计算方法的局限性。推导出了摩擦型带传动力的一种简化计算公式，并提出了一种详细计算方法：在进行微段带的受力分析时将轴向压力分解在两个正交方向上，然后对两组算式沿带长进行积分，求得两个方向上的力，zui后将两力合成为带传动作用在带轮上的力。本文提供的推导过程及提出的力计算方法可作为相关教材教学内容的补充。

　　采用加固围墙的内点惩罚函数法和传统的外点惩罚函数法，研究了约束优化问题的求解。针对惩罚函数法的序列无约束优化问题含有脊的特点，提出了基于坐标变换的无约束优化改进算法，适合于坐标轮换法、模式搜索法、Powell法等无须计算梯度值的方法。对含等式约束和不等式约束的优化问题进行了计算。计算结果表明（）如采用变换坐标改进优化算法则可寻得含脊优化问题的真*点，否则易寻得伪*点；（）一维盲人探路优化方法是一种有效的一维寻优方法；（）加固围墙的内点惩罚函数法对初始点没有特殊要求，比传统的内点惩罚函数法具有更广的适用范围。
　考虑电机的机械特性、滑块的质量、移动副摩擦力，基于力学原理导出了牛头刨床六杆机构的运动分析和动力学分析的解析法计算公式。采用该计算公式可对该机构的运动情况和受力情况进行计算机仿真。
　　根据由欧拉角表示的连体坐标系和平移坐标系之间的方向余弦矩阵，在右手坐标系中推导出万向联轴节两轴之间转速关系，可修正教材中的公式。以主动轴为研究对象，求得在既定位置中间十字架上某点的坐标，再根据中间十字架的特点，求得从动轴某点的坐标，从而确定从动轴的转角，进而得出主动轴与从动轴的位置关系，再而通过求导得到两轴的速比关系式。该关系式与采用矢量计算法得到的关系相同。计算结果表明当主动轴匀速转动时，从动轴的转速呈周期性变化，变化的幅值与两轴之间的夹角有关。
　　　电子图书具有取代传统纸质图书的趋势，本文的研究旨在推广电子图书的制作，引导电子图书的大众化。

　　通过在《机械优化设计》教学实践和科研实践中对各种经典优化方法的研究，提出一些经典优化方法的改进算法。针对迭代终止准则（点距、区间、落差）、牛顿类方法（二阶导数为零奇异矩阵求逆的处理）等提出避免被零除的改进算法；针对随机方向法提出减半步长寻找随机方向、双向寻优确定方向*点的改进算法；引入盲人探路思想，针对可行方向法提出确定边界的改进算法，针对复合形法提出寻反射点的改进算法；针对具有平原的特殊目标函数，提出双向寻找的进退法改进算法；针对黄金分割法（应用于约束优化问题）提出保证至少一个黄金分割点在可行域之内的改进算法；针对二次插值法，提出简化程序模块的改进算法。

　　提出了一维盲人探路优化设计方法，其数学实现仅为步长的减半或增倍、以及探测点的适用性条件检验。为提高寻优效率，以步长增倍提高接近*点的速度，以步长减半提高收敛速度并保证在整个设计空间寻优，以符合适用性条件作为更新当前点的前提。设计了算法的程序流程图，分析了该方法的特点。对目标函数为单峰函数和非单峰函数的优化问题求解进行了计算机计算，验证了该方法的收敛性和适应性。计算结果表明该方法具有收敛速度快、计算量小、适用范围广等优点。该方法作为教学内容用于教学，如同将罚函数法解释为围墙土堆法一样，具有形象化教学方法的特点。

　　鉴于语言的普及和机械原理课程设计的编程需要，结合编程实践，有针对性地总结了语言基础。简单介绍了Turbo C 2.0软件的安装与程序调试、数据类型、运算符与表达式、三种基本程序结构、数据输入输出的概念及在语言中的实现、函数及预处理命令等机械原理课程设计有可能涉及的内容。设计了二维矢量两种表示方法的转换程序和机器zui大盈亏功的求取程序。针对小型泵的主机构给出了动力学分析与计算程序设计方法，提出了根据能量守恒定律计算等效驱动力矩理论值的方法。提出了编写程序的步骤，强调在编程不熟练的情况下手写程序的重要性。

　　本文综述了刚体弹簧组合体在混凝土结构、三维裂缝、海洋平台、板状结构、碟形弹簧抗震器等结构动力学问题中的应用。介绍了海洋平台输送管道的振动研究。得出的结论是：在柔体动力学理论尚未成熟完善的情况下，运用成熟的刚体动力学理论、弹簧力学特性等理论研究大型结构的动力学问题是可行而有效的方法。值得注意的是研究流体中的刚体弹簧组合体动力学行为具有重要的理论和实践意义。

　　在采用刚体动力学方法研究工程问题中普遍存在着闭环结构，其动力学仿真存在约束违反问题。基于此，提出了降维违约修正方法，令闭环结构中两个体的一组运动参数为冗余变量，根据位移级、速度级、加速度级约束方程，由闭环中其它体的运动参数表示，从而使方程数与变量数相等。建立了两种含闭环结构多体系统的标准形式刚体动力学方程，其计算机仿真结果证明了本文方法的正效性。

　　　基于潜意识理论，界定了心理紊乱。综述了心理紊乱发生机理的研究。根据意识与潜意识的关系，提出了心理状态分为睡眠状态、清醒状态、心理亚健康状态、失智状态的分类方法。基于张弛原理和潜意识理论提出了心理紊乱发生机理的论点。睡眠缺失造成意识削弱而潜意识增强的现象是发生心理紊乱的机理。基于这一结论，解释来自于主流媒体（央视法制等节目）与心理紊乱相关的事件，从而验证了这一论点。

　　基于抽油杆减震器在抽油机中的应用，研究了该碟形弹簧多体系统的动力学问题。建立了该系统的动力学方程，采用动力学仿真方法证明了抽油杆减震器可以有效地降低抽油杆作用于抽油机系统的附加动载荷，从而降低抽油机系统对抽油杆的位移激励，进而有效地避免抽油杆的脱扣和断裂。计算机仿真结果与现场试验相一致。本文的定量研究为抽油杆减震器在工程中的应用提供了理论支持。

　　基于对形象化资料易形成长久记忆的特点，针对有较多枯燥数学推导的《机械优化设计》提出形象化教学方法。以形象化的图形和比喻讲解优化方法的原理。除采用多媒体教学外，形象地讲解优化原理，恰当地运用形象化的比喻，如充分地发挥盲人探路（爬山）的思想，形象地命名惩罚函数法为围墙土堆法。基于形象化教学方法的思想，对该课程的内容补充有：一维盲人探路优化方法、一阶导数法的思想；采用分段形式的惩罚项加固围墙以防止内点惩罚函数法在寻优过程中越过边界等。

 　　以《机械设计》课程设计常用的减速器设计为例，提出了几条指导建议：以传动比分配与确定作为带传动、齿轮传动设计的主线；以润滑方式选择作为轴和轴上零件结构设计的前提；以键的选择和轴承寿命计算作为轴结构尺寸的设计依据；以力的叠加原理作为轴强度校核、轴承寿命计算中方向未知力的处理原则。zui后列举了几处易表达错误的结构。