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    1. 我国中小企业数字化转型的模式与对策
    王柏村, 朱凯凌, 薛塬, 白洁, 臧冀原, 谢海波, 杨华勇,
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1756-1763.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.013
    摘要598)      PDF (5220KB)(428)    收藏
    推动中小企业数字化转型对我国制造业的全面提质增效具有重大意义。中小企业在数字化转型中存在成本过高、路径模糊、人才短缺等问题,且缺少数字化转型的分析框架与参考范式,因此构建了中小企业数字化转型的分析框架,明确了实现数字化转型关键因素,通过案例研究归纳提出了中小企业数字化转型的四类基本路径模式。基于上述研究,为我国中小企业的数字化转型提出针对性对策建议,以期推动中小企业数字化、智能化发展。
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    2. 融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法
    戴佳斌, 张洁, 吴立辉
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1640-1646.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.001
    摘要566)      PDF (4600KB)(156)    收藏
    晶圆制造过程中的生产特征数据大规模、特征间复杂关联和特征样本强相关特性导致晶圆加工周期预测效率低与预测精度不高,因此提出了一种融合双重注意力机制与并行门控循环单元的晶圆加工周期预测方法。首先,利用Relief-F算法对生产特征数据进行降维处理;然后,基于模糊C均值算法对数据样本进行工艺相似性聚类,并设计并行门控循环单元网络来挖掘晶圆lot特征样本间的强相关特性;最后,设计了双重注意力机制来学习关键特征内部及特征与加工周期的复杂关联信息。实验结果表明,所提出方法能有效缩短预测训练时间,提高预测精度
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    3. 采用改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法求解不相关并行机混合流水车间调度问题
    郑堃, 练志伟, 顾新艳, 朱长建, 徐慧, 冯雪晴
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1647-1658,1671.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.002
    摘要551)      PDF (4458KB)(114)    收藏
    针对不相关并行机的混合流水车间调度问题,提出了改进两点交叉算子(ITPX)的自适应遗传算法。首先,利用精确取点方式提高两点交叉算子的求解性能;其次,论证了基于激素调节的自适应选择概率引导种群的收敛趋势;然后,建立优质染色体池和记忆因子来记录种群迭代的优质解,并实现两种不同区域的交叉。实验结果表明,ITPX可节省优化时间,提高求解性能;自适应概率可增强收敛性;改进两点交叉算子的改进自适应遗传算法(ITPX-IAGA)可缩短40%以上的求解时间,并提高求解性能。
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    4. 基于深度时间卷积神经网络与迁移学习的流程制造工艺过程质量时序关联预测
    阴艳超, 施成娟, 邹朝普, 刘孝保
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1659-1671.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.003
    摘要517)      PDF (13154KB)(111)    收藏
    针对流程生产多工艺参数时序耦合导致的生产质量难以准确预测的问题,提出了基于深度时间卷积神经网络与迁移学习的生产质量快速高效预测方法。借助序列到序列的学习框架,采用深度时间卷积神经网络和时序注意力机制构成的编码器提取多源关键时序特征,采用残差长短期记忆神经网络构成的解码器挖掘质量时序信息,引入迁移学习解决预测模型对生产质量在线预测适应性的问题。实验表明所提方法的预测精度与稳定性优势显著,且在小样本数据预测时具有较高的预测精度和计算效率。
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    5. 智能制造中的人-信息-物理系统协同的人因工程
    杨晓楠, 房浩楠, 李建国, 薛庆
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1710-1722,1740.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.008
    摘要481)      PDF (5740KB)(253)    收藏
    人信息物理系统(HCPS)的智能制造理论体系明确了人在智能制造系统的中心地位。从智能制造人机协同的需求出发,基于人机交互鸿沟理论,在行为、意图、认知三个层面讨论了人因工程在“人本智造”中的研究重点。围绕虚实融合场景、多模态人机交互及认知量化等方法,阐述了人因工程在促进HCPS智能融合的重要作用。最后,从实现HCPS集成的智能制造系统出发,提出了“人本智造”的研究方向和学科发展建议。
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    6. 新型无耳托板螺母拉铆过程数值仿真与试验验证
    王守财, 孙昂, 刘如刚
    中国机械工程    2023, 34 (07): 875-881.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.014
    摘要465)      PDF (7273KB)(82)    收藏
    一种新型304不锈钢无耳托板螺母的安装效率较高且能减少疲劳源,在航空领域应用广泛。基于Johnson-Cook模型建立了有限元模型,对该螺母拉铆成形过程载荷变化趋势、塑性流动、夹紧力与干涉量、夹层状态对铆接质量的影响分别进行分析,并开展了螺母的铆接安装试验。结果表明:有限元仿真模型与试验载荷曲线符合性较好,最大载荷误差为2.4%;螺母在受压应力远高于材料屈服应力时才发生结构失稳,迅速形成褶皱,塑性流动主要沿径向发展;拉铆过程可以给夹层提供一定量的夹紧力与干涉量,夹紧力在完成铆接后达到最大值,且在一定范围内夹层的斜度不影响夹紧力的大小,铆接过程最大干涉量为4.6%左右。
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    7. 曲线焊缝的机器人焊接轨迹规划与高频控制
    吴超群, 赵松, 雷艇
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1723-1728.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.009
    摘要456)      PDF (6070KB)(226)    收藏
    机器人实时焊缝跟踪系统中,轨迹规划时间及控制延迟过高会影响跟踪精度和焊接质量。针对这一问题,结合B样条曲线插补算法和外部引导运动模块,提出一种用于曲线焊缝的分段式实时轨迹规划与控制方法。首先根据插补时间最优原则将轨迹分段,然后采用三次非均匀B样条插补每段轨迹并得到插补点,最后设计了机器人高频控制器,利用外部引导运动模块以4 ms为周期将插补点依次发送给机器人,引导机器人运动。试验结果表明,该方法在100 ms内即可完成正弦曲线焊缝的规划并引导机器人焊接,跟踪精度控制在±0.2 mm以内,实现了轨迹的快速规划和高频控制。
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    8. 基于Preston-PSO算法的多方向机器人磨抛轨迹生成方法
    李佳璇, 李论, 周波, 赵吉宾, 朱光, 王正佳,
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1729-1740.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.010
    摘要429)      PDF (13506KB)(130)    收藏
    针对机器人磨抛加工过程中的纹理现象,提出一种基于Preston公式和粒子群优化算法的多方向性机器人磨抛加工轨迹生成方法,获得能自适应曲面模型的光顺无拐角、覆盖均匀且具有多方向性的磨抛加工轨迹。仿真与实验证明,与方向平行轨迹的加工效果相比,此算法生成的轨迹能有效抑制表面条形加工纹理的产生,减小加工表面粗糙度,提高表面质量,获得良好的镜面加工效果。
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    9. 机器组成概念从近代到现代的演变
    张策, 杨廷力, 刘建琴
    中国机械工程    2023, 34 (10): 1135-1139.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.001
    摘要400)      PDF (2405KB)(405)    收藏
    随着生产力的发展,机器在发展,“机器组成”的概念也在演变。现代社会对机器的要求逐步提高,而复杂的机器来源于对传统机器的改造,了解机器的演变是对传统机器进行改造的必要过程。马克思在《资本论》中描述了机器的组成,当时适逢第二次工业革命开始,但其后不过数年,控制系统就加入到机器中,马克思的“机器组成说” 开始被突破;20世纪下半叶,在第三次科技革命中,机电一体化概念出现,电子技术、控制技术和传感器技术等被融入到机械系统中。通过机械的发展历史说明了机器组成概念的演变过程,并提出了更准确的现代机械系统的定义,从而给人以启发,增加对机器本身的了解,对现代机械产品设计者具有指导意义。
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    10. 一人多机模式下考虑相似学习效应的车间调度问题
    张维存, 顾洪羽
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1701-1709.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.007
    摘要380)      PDF (4248KB)(139)    收藏
    考虑作业相似性和人员学习效应的影响,建立了一人多机生产模式下多目标作业车间的调度模型,并设计了基于网格筛选外部档案的遗传算法(GFEAGA)对其进行求解。采用两阶段的编解码方式和改进的N6邻域搜索方法以提高求解效率。为平衡人员负荷,设计了人员的选派方法。基于网格排序筛选非支配个体,以提高解集的多样性。实验验证了GFEAGA求解的高效性和优越性,分析了模型中相似性和学习率的灵敏性。
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    11. 基于数据挖掘的注塑产品质量在线故障检测及预测
    陈昱, 项薇, 龚川
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1749-1755.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.012
    摘要361)      PDF (1793KB)(130)    收藏
    注塑件的尺寸精度与注塑工艺参数、注塑过程中各阶段实时条件及实时工况的变化都有关联。开发了一个基于数据挖掘的工件质量诊断模型,利用模内温度、压力、位移等高频传感器采集到的实时数据构建了高维时序特征集,采用三段式特征选择法确定了关键特征子集,并将其用于训练基于LightGBM分类器的质量在线检测模型。基于卷积神经网络长短期记忆网络(CNN-LSTM)的时序模型预测了各特征的未来值,结合分类器完成了产品质量的事前预测。验证结果显示在线检测宏的平均召回率达到89.1%,事前预测宏的平均召回率为81.6%。
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    12. 复杂视觉测量系统的标定参数优化及精度评估
    孙家乐, 罗晨, 周怡君, 王伟, 张刚
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1741-1748,1755.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.011
    摘要351)      PDF (3739KB)(96)    收藏
    复杂视觉测量系统存在多种标定误差,且误差的相互耦合直接影响系统测量的精度,因此提高系统标定参数的准确性是保证系统测量精度的关键。提出了一种基于多维角点误差补偿的标定参数优化方法。首先定义多维角点误差函数,建立相应的优化模型,并利用LM算法求解最优的标定参数;然后以系统标定误差优化率来评价参数优化方法对系统标定优化的效果。实验结果表明系统标定误差优化率可达48%,系统测量精度较高,满足测量需求。
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    13. 需求扰动作用下的供应链库存系统优化模型
    吴迎年, 张晶, 李庆奎, 焦帅,
    中国机械工程    2023, 34 (14): 1672-1682,1700.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.004
    摘要340)      PDF (7177KB)(69)    收藏
    针对需求扰动作用下的供应链库存系统,设计了一种改进型滑模控制器与扰动观测器相结合的供应链库存系统优化模型。基于供应链系统产品运营逻辑关系建立了三级网状供应链系统的动态库存模型;设计了基于自适应指数趋近律的改进型滑模控制器和扰动观测器相结合的优化模型。在保证系统稳定的前提下,该优化模型能抑制需求扰动对供应链库存系统的影响。仿真对比实验验证了优化模型的有效性。
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    14. 高锁螺母收口、装配及松动过程有限元分析
    张京东, 邓博, 桂学文, 李健, 廖日东
    中国机械工程    2023, 34 (12): 1387-1394,1406.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.001
    摘要328)      PDF (12625KB)(256)    收藏
    针对UNJ螺纹高锁螺母开展了有限元建模方法研究,编写了可生成结构化网格的建模程序,并建立了精细的有限元网格模型。对高锁螺母的收口过程、装配过程及受到横向载荷下的松动行为进行了有限元仿真,并通过拧紧试验对仿真得到的锁紧力矩值进行了验证。仿真结果表明:在一定收口量范围内,高锁螺母的最大径向位移量以及锁紧力矩均与收口量近似满足线性关系,且随着收口量的增大,最大径向位移量与锁紧力矩均增大;高锁螺母的锁紧力矩越大对应防松性能越好,然而收口量对防松性能存在最优值,当收口量超过最优值后,继续增大收口量对防松性能的提升效果并不显著。
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    15. 增材制件内流道精整加工技术研究进展
    王磊, 邬宇梁, 赵纪元, , 卢秉恒,
    中国机械工程    2023, 34 (07): 757-769.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.001
    摘要314)      PDF (17271KB)(332)    收藏
    金属增材制造技术在航空航天领域具有复杂内流道的构件成形上具有广阔的应用前景,然而具有复杂内流道的增材制件的精整加工是工业应用的瓶颈问题。分析了内流道机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的加工原理、关键技术及国内外研究进展。针对增材制件内流道精整加工需求,分别研究了机械抛光技术、化学与电化学抛光技术、电解质等离子抛光技术的适应性问题及探索方向。针对增材制件内流道精整加工关键技术发展趋势提出了展望:①研究针对功能梯度材料、多金属材料的增材制件内流道精整加工技术;②研究针对具有复杂几何形状、内部复杂分叉、渐变毛细结构、拓扑结构等复杂内流道的复合精整加工技术或组合加工技术;③研究针对内流道精整加工质量的高精度检测方法和几何误差的三维重构技术。
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    16. 航天用大展收比豆荚结构变形规律模型及其仿真验证
    杨硕, 张杰, 孔宁, 王浩威, 王晓宇, 庄原
    中国机械工程    2023, 34 (07): 780-788.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.003
    摘要306)      PDF (4964KB)(216)    收藏
    豆荚结构又称可盘卷管状伸展臂,是一种具有大展收比的弹性伸展结构,可以被压缩成板状装载在航天器上,需要时自行展开为空心筒,用于展开太阳翼、卫星天线等组件,能够缩小航天器发射时的体积。设计豆荚结构尺寸时需要考虑其力学性能。针对豆荚结构收纳过程中力学特性影响因素变化多、计算量大等问题,利用力学分析设计了一种数值模型,可以计算不同尺寸参数的豆荚结构整个压缩过程中的压缩力变化。利用有限元分析软件ABAQUS对压缩变形进行仿真分析,对比数值模型的计算结果与仿真结果误差小于10%。通过数值模型分析得到了豆荚结构尺寸参数对压缩力的影响。
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    17. 航空机匣环件曲面结构超声全聚焦检测与缺陷定量方法
    关山月, 汪小凯, 华林, 李一轩,
    中国机械工程    2023, 34 (08): 892-898.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.002
    摘要304)      PDF (9571KB)(156)    收藏
    航空发动机机匣所用环形锻件的沟槽和圆角部位容易产生各类缺陷。针对环形锻件的曲面结构,提出了超声全聚焦检测与缺陷定量方法。在待测区域建立圆柱坐标系并划分网格点,设计了0.8 mm当量缺陷对比试块,采集了网格点处缺陷最大幅值数据集,将数据集在深度和角度两个方向拟合,建立了距离-角度-幅值曲面缺陷定量评价方法。某机匣环件试样实验结果表明缺陷定量方法的误差小于1 dB。
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    18. 多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断
    张龙, 胡燕青, 赵丽娟, 张号
    中国机械工程    2023, 34 (08): 966-975.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.011
    摘要301)      PDF (9432KB)(159)    收藏
    针对单通道信号特征信息不充分的问题,提出了一种多通道信息融合与深度迁移学习的旋转机械故障诊断方法。首先使用小波变换将多传感器采集的一维信号生成多幅时频图,然后将时频图信息融合为多通道图像,最后将预训练的深度残差网络作为迁移模型对旋转机械进行故障诊断。圆柱滚子轴承、某局机务段机车轴承和齿轮箱数据集的识别准确率分别为99.23%、99.78%和99.50%,凯斯西储大学轴承数据集的跨工况迁移试验识别准确率达93.12%,这表明所提方法具有一定的优越性和可扩展性。
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    19. 孔边裂纹的旋转涡流检测
    朱玉龙, 赵迎松, 方阳, 陈洪恩, 陈振茂,
    中国机械工程    2023, 34 (08): 883-891.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.001
    摘要299)      PDF (6432KB)(248)    收藏
    将调幅旋转涡流检测技术用于叶片气膜孔边任意方向裂纹的无损检测。首先,开发了调幅旋转涡流检测信号数值模拟方法和程序,计算结果表明调幅旋转涡流方法可有效检测孔边裂纹。其次,开发了旋转涡流检测探头和检测实验系统,对含孔边裂纹的气膜孔模拟试件进行了检测实验。检测实验与理论分析的结果一致,验证了所提数值模拟方法和调幅旋转涡流检测技术对孔边裂纹检测的有效性。
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    20. TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素
    王瑞, 赵志敏, 黄晶, 刘鑫, 冀相云, 苏春建
    中国机械工程    2023, 34 (10): 1230-1240.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.013
    摘要299)      PDF (11513KB)(67)    收藏
    为探究TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素,进行Gleeble热模拟实验,获得了TA2、Q235B材料在不同工况下的真实应力与应变。采用数值方法确定了TA2和Q235B的JC本构模型参数,并结合温度、外载荷等边界条件建立了去应力退火的有限元仿真模型,采用热处理实验验证了所建立模型的准确性。结果表明一定的张力载荷可改善应变分布状态,但过大的张力载荷会导致残余应变局部集中,复合比与总厚度均会影响应力分布进而影响应变状态。
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    21. 重型磁悬浮转子跌落保护轴承失效机理
    李子麟, 时振刚, 铁晓艳, 杨国军, 任文亮, 姚佳康, 王玉明, 王子羲
    中国机械工程    2023, 34 (09): 1009-1018.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.001
    摘要296)      PDF (11267KB)(137)    收藏
    国家重点研发计划《高速精密悬浮轴承》对保护轴承跌落承载能力的要求是:转子质量不小于3000 kg,跌落转速不小于3000 r/min,抗跌落次数不小于10。基于此开展了对保护轴承设计研发及跌落失效机理的研究。提出了两种适用于跌落工况的陶瓷球混合保护轴承方案:满装球无保持架方案和非满装球带保持架方案。搭建了包含动力学、热学在内的转子跌落仿真模型,对不同方案跌落过程的受力和发热过程进行了仿真。将保护轴承安装到试验台架中进行测试,验证了仿真模型的有效性。在测试中发现无保持架保护轴承发生严重失效。对失效轴承的损伤情况进行观察和检测,发现由于滚动体间摩擦因数大,滚动体发生卡死现象,使滚动体与滚道、内圈与转子间发生持续干摩擦,造成内圈严重烧伤与磨损。
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    22. 基于SAO的专利数据驱动产品创新设计
    林文广, 刘晓东, 肖人彬
    中国机械工程    2023, 34 (15): 1765-1777.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.001
    摘要296)      PDF (5241KB)(290)    收藏
    借助大数据挖掘技术,提出基于主语-谓语-宾语(SAO)的专利数据驱动产品创新设计方法。首先通过语义依存句法挖掘专利文本数据库中的SAO结构,获取产品元件之间的作用关系信息;其次构建面向产品系统的复杂网络知识模型,并引入结构洞理论计算复杂网络中元件约束性系数,以此确定创新目标元件,并借助Word2Vec计算元件语义相似性系数,利用SAO相似性算法计算功能相似性系数;在此基础上,融合推荐算法以及组合矩阵,分别围绕结构创新、功能创新以及功能优化三个方面实现产品创新。最后以具有典型代表性的卫浴花洒产品为例,对所提方法进行了详细的演示,充分证实了所提方法的有效性和先进性。
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    23. 基于多代理模型的离心叶轮高效优化设计方法
    刘基盛, 计良, 李威, 贾志新, 成金鑫, 方鹏程
    中国机械工程    2023, 34 (08): 899-907.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.003
    摘要291)      PDF (8420KB)(152)    收藏
    针对自动优化设计时迭代过多、耗时过长等问题,建立了基于多代理模型优化算法的离心压气机叶片高效寻优模型,研究了全局/局部模型管理策略和样本填充方法,对比分析了多代理模型与常用的元启发式优化算法(粒子群算法、多岛遗传算法等)的综合性能,验证了多代理寻优模型的高效性。离心叶轮优化结果表明:等熵效率提高了0.73%,总压比增大了0.18%,喘振裕度提高了1.1%;与经典粒子群算法相比,优化时间缩短54.9%。
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    24. 分子动力学模拟纳米颗粒添加剂对边界润滑的影响
    潘伶, 林国斌, 韩雨晴, 余辉
    中国机械工程    2023, 34 (10): 1140-1156.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.002
    摘要287)      PDF (12614KB)(176)    收藏
    通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型,采用分子动力学分别模拟了在25,50,100,200 MPa 4种压力下,含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑油沿膜厚方向的密度分布。在润滑体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子与铜颗粒原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。采用微纳米划痕仪测量了含铜颗粒润滑剂的摩擦因数。结果表明:不同压力下两种润滑体系中的十六烷基础油均出现分层现象;纳米粗糙峰直接接触时,接触界面仍存在少量的正十六烷分子,且分子主链的排列方向与剪切方向相同;在200 MPa时铜颗粒使固体壁面的最大应力减小35.3%,提高了润滑体系的承载能力;不含铜颗粒润滑体系润滑油膜在50 MPa时破裂,含铜颗粒润滑体系润滑油膜在200 MPa时破裂;模拟计算的边界润滑状态下两种润滑体系的摩擦因数符合试验测量值。
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    25. 摆线针轮多齿啮合特性与承载接触分析方法
    王永强, 魏冰阳, 徐家科, 杨建军
    中国机械工程    2023, 34 (10): 1151-1158.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.003
    摘要286)      PDF (4467KB)(227)    收藏
    采用包络法推导了摆线轮齿廓方程并进行了齿面接触分析,获得了齿面接触参数;提出侧隙几何学分析的精确算法,解决了传统侧隙算法只能针对等移距修形的缺陷;采用逐齿消隙法求解变形协调方程,避免了常规啮合分析的误差与不确定性,提高了承载接触分析的计算精度和计算效率。给出了齿面接触分析到承载接触分析的完整计算流程,获得了任意转角位置、不同修形方式的精确载荷参数。
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    26. 矩形管辊弯成形角部充满度分析及试验验证
    邢梦龙, 杜凤山, 付玉涛
    中国机械工程    2023, 34 (07): 866-874.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.013
    摘要282)      PDF (11323KB)(58)    收藏
    为了提高矩形管辊弯成形角部的成形精度,根据体积不变定律和金属秒流量相等原则对矩形管角部欠充满原因进行分析;结合工厂实际生产参数建立辊弯成形有限元模型,分析圆管管径和壁厚对成形过程中增厚系数、角部充满度的影响;根据角部欠充满区域中性层弧长线性对应关系进行圆管管径修正,确定系数修正关系式;对角部成形过程进行损伤判定,筛选出合适的圆管管径,将其仿真结果与试验进行对比。结果表明:辊弯成形过程中壁厚的增大使得角部处于欠充满状态;壁厚越小,成形过程中的增厚系数越小,所需圆管管径越小;圆管管径越大,角部充满度越好,同时管径的增大会增加辊弯出口处角部内侧损伤的可能性;仿真与试验结果的误差较小,验证了仿真模型的准确性。
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    27. 基于强化学习算法的水下滑翔机路径跟踪研究
    石晴晴, 张润锋, 张连洪, 兰世泉,
    中国机械工程    2023, 34 (09): 1100-1110.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.011
    摘要271)      PDF (6340KB)(264)    收藏
    针对洋流影响下水下滑翔机实际路径与预定路径偏差较大的问题,在传统的长短期记忆网络模型的基础上引入注意力机制,建立了具有长短期记忆与注意力机制的神经网络洋流预测模型;利用深度神经网络生成水下滑翔机运动的动态Q表,并通过强化学习算法选择最优运动姿态,同时考虑洋流的影响,构造了基于深度强化学习的水下滑翔机路径跟踪算法。结果表明,基于注意力机制的长短期记忆网络相较于传统的整合移动平均自回归模型与长短期记忆网络,其洋流预测具有更小的均方误差与均方根误差,具有良好的预测能力;相较于传统的PID控制,深度强化学习模型可使水下滑翔机轨迹均方根误差降低50.9%,显著提高了路径跟踪精度。
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    28. 显式动力学驱动的轴承变工况故障诊断方法
    张龙, 张号, 王朝兵, 王晓博, 文培田, 赵丽娟
    中国机械工程    2023, 34 (08): 982-992.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.013
    摘要267)      PDF (11814KB)(81)    收藏
    实际工程应用中,旋转机械通常处于变工况状态,不同工况样本特征分布的差异限制了故障诊断模型的应用范围。为解决变工况下特征分布不一致的问题,提出了显式动力学驱动的轴承变工况故障诊断方法。首先,采用有限元法仿真多工况、多故障类型的样本,通过冗余属性投影得到不同故障类型下的仿真投影矩阵;然后,利用仿真投影矩阵同步消除实测信号特征样本的复杂工况冗余信息;最后,结合支持向量机进行轴承变工况的故障诊断。通过两组变工况轴承数据集对所提方法进行验证,验证结果表明,仿真投影矩阵有效消除了冗余工况信息,投影后的故障诊断准确率达到100%。
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    29. 进给系统角接触球轴承的热力耦合分析
    李朕均, 赵春雨
    中国机械工程    2023, 34 (07): 821-829.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.008
    摘要266)      PDF (5602KB)(139)    收藏
    对角接触球轴承热力耦合性能进行预测分析是保证机床工作精度的关键。基于赫兹接触理论结合热网络方法,建立滚珠丝杠进给系统成对安装轴承工作状态下的动态热力耦合模型,考虑了温升热效应下的球轴承内部润滑状态以及热膨胀,提出了轴承的动态热力耦合分析数值计算方法。探明了轴承内部接触参数和摩擦生热的时变规律。研究表明:转速、外部载荷等工况影响轴承的摩擦接触特性,轴承性能显著受热力学行为的影响。提出的轴承动态热力耦合分析模型可以有效预测轴承非线性热行为下的接触特性。
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    30. 光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计
    董小虎, 王士涛, 周德淳
    中国机械工程    2023, 34 (10): 1207-1213.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.010
    摘要266)      PDF (5559KB)(232)    收藏
    在太阳能光伏跟踪支架系统中,冷弯型檩条结构被用于支撑光伏板,安装位置介于主梁与边框之间。首先构建以结构柔顺度最小为设计目标、单元相对密度为设计变量、体积与一阶固有频率为约束的拓扑优化数学模型,基于SIMP法获得檩条结构的最优布局构型,在此基础上,对拓扑优化构型进行工程化设计,并制造加工出相关结构。然后根据太阳能光伏跟踪支架实际服役于不同风速荷载下的环境,设计分步测试载荷工况,分别对优化前后的檩条结构进行静动态仿真分析,由仿真结果可知优化后的檩条结构在抗弯、抗扭性能以及固有频率方面均得到了提高,从而验证了优化设计方法的有效性。最后采用实验测试方法对优化设计后的檩条结构性能进行验证。研究结果表明,在机械性能明显增强的前提下,檩条结构实现了减重8.8%。
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    31. 钛合金超声冲击强化研究现状及发展趋势
    查旭明, 袁智, 秦浩, 袭琳清, 张涛, 姜峰
    中国机械工程    2023, 34 (19): 2269-2287.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.001
    摘要257)      PDF (36447KB)(205)    收藏
    梳理、介绍了钛合金超声冲击强化技术的工艺原理与研究进展;统计分析了不同超声冲击工艺参数(静压力、超声振幅和滚压次数)对钛合金表面层性能的影响规律,结果表明不同工艺参数的择优对钛合金性能强化有重要影响,同时各工艺参数也会存在优化临界值,超过临界值反而会降低其服役性能;总结了现阶段超声冲击强化技术在工程应用上面临的难点,并结合智能制造提出超声冲击强化技术未来发展方向。
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    32. 基于深度学习的汽车梁类件冲压回弹研究
    聂昕, 谭天, 申丹凤
    中国机械工程    2023, 34 (07): 838-846.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.010
    摘要256)      PDF (6054KB)(145)    收藏
    提出了基于深度学习的汽车梁类零件回弹预测方法。基于二维回弹理论,将三维梁类零件离散为若干截面,采用双平面投影法和图像二值化方法,将梁类零件的截面曲线转换为神经网络模型可识别的双通道图像数据。基于拉丁超立方采样法对影响梁结构零件的冲压工艺参数及板料材料参数变量进行采样,通过CAE回弹仿真得到后续深度学习网络的训练样本。为研究梁结构在不同几何截面、材料参数、工艺参数作用下的回弹问题,采用基于LeNet-5、AlexNet、NiN的卷积神经网络模型作为几何截面识别模型,同时使用全连接神经网络模型耦合材料参数和工艺参数的方法,得到该梁类零件回弹算法模型。以某汽车梁类结构零件作为研究对象,基于高斯混合聚类将回弹样本分为小回弹、中等回弹、大回弹三个类型。将各类回弹样本分别通过回弹算法模型进行验证,结果表明,基于AlexNet的模型准确度最高,同时算法鲁棒性相较于其他两种也更强,更适合梁类件的回弹预测。
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    33. 整体叶盘叶片型面高精度六轴检测与误差补偿方法研究
    郑刚, 闫立方, 张开伟, 张旭
    中国机械工程    2023, 34 (08): 908-915,922.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.004
    摘要252)      PDF (6186KB)(134)    收藏
    为提高三坐标测量机对整体叶盘的测量效率和精度,解决大尺寸整体叶盘超出测量机量程等问题,构建了基于三坐标测量机和高精度转台的六轴测量系统。依据空间坐标变换原理建立了转台坐标系与叶盘工件坐标系的数学模型,提出了一种整体叶盘不同叶片坐标系随转台旋转后的空间误差补偿方法。检测结果表明,在保证每个叶片型面参数测量精度满足工艺要求的前提下,测量效率平均提高了28.22%。对比未配置转台的测量数据,新的六轴测量系统测量水平整体叶盘叶片型面轮廓对比误差基本在0.008 mm以内,最大对比误差小于0.015 mm,比测量倾斜整体叶盘的误差更小且更稳定。
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    34. 导轨直线度惯性测量的时空一致技术
    王海同, 任子啸, 刘志华, 蔡晨光, 蔡永林,
    中国机械工程    2023, 34 (08): 916-922.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.005
    摘要249)      PDF (7133KB)(140)    收藏
    针对数控机床需长期检测精度及单一传感器测量信号无法与导轨空间对应的问题,提出了一种导轨直线度惯性测量的时空一致技术。建立了正弦叠加形式的导轨直线度误差模型,基于导轨直线度误差空间频率,采用一种多速测量方案消除了导轨倾角误差并截取了对应频率的误差信号。将限位传感器作为采集卡的同步触发器,实现了导轨直线度误差时空一致性测量。与激光干涉仪和相位延迟测量数据的对比验证了所提测量方法的准确性与有效性。
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    35. 真空灭弧室主屏蔽罩的固体颗粒介质成形工艺
    曹秒艳, 胡晗, 李小钊, 宋鹏飞, 隋宽鹏, 付敏,
    中国机械工程    2023, 34 (08): 1000-1006.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.015
    摘要249)      PDF (6034KB)(106)    收藏
    针对真空灭弧室主屏蔽罩截面形状复杂造成的难成形问题,提出了主屏蔽罩的固体颗粒介质成形(SGMF)工艺。基于ABAQUS有限元软件建立了主屏蔽罩的有限元-离散元耦合分析模型,研究了成形路径、摩擦因数、填料高度对主屏蔽罩成形的影响,确定了主屏蔽罩的合理成形工艺参数,设计并制造了主屏蔽罩SGMF模具。试验验证了有限元-离散元耦合模型的准确性,并基于模拟的合理参数获得了主屏蔽罩零件。
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    36. 考虑法向接触力变化的机器人砂带磨削参数研究
    陈庚, 向华, 叶寒, 肖飞
    中国机械工程    2023, 34 (07): 803-811,820.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.006
    摘要247)      PDF (5549KB)(189)    收藏
    叶片表面粗糙度与型面尺寸精度对航空发动机整体性能和使用寿命有重要影响,为了解决机器人砂带磨削的切入切出阶段及曲率变化较大部位的法向接触力变化对表面粗糙度和材料去除深度一致性的影响,设计正交中心组合试验并用宽度学习算法建立了磨削工艺参数与表面粗糙度和材料去除深度的预测模型,利用传感器测量的法向接触力与建立的预测模型,结合多重学习回溯搜索算法求解了自适应工艺参数,最后用得到的工艺参数进行了磨削试验,表面粗糙度和材料去除深度的试验值与模型预测值最大误差为14.2%和13.4%,表明所提方法可以保证表面粗糙度和材料去除深度的一致性良好。
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    37. 基于自适应增量Kriging模型的多目标稳健优化设计方法
    田宗睿, 智鹏鹏, 云国丽, 郭新凯, 官毅
    中国机械工程    2023, 34 (08): 931-940.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.007
    摘要246)      PDF (9011KB)(194)    收藏
    提出了一种自适应增量Kriging模型的多目标稳健优化设计方法。依据结构特征及优化目标,构建了增量Kriging代理模型,并提出混合加点采样策略,提高增量Kriging代理模型的自适应性;提出了柯西变异多目标粒子群优化(CMMOPSO)算法,通过改进惯性权重因子、个体学习因子和社会学习因子,同时引入柯西变异策略,提高优化模型求解的效率和精度;构建以结构相关参数为设计变量、性能指标标准差为目标、3σ变量缩减区间为约束的优化模型,综合CMMOPSO算法和灰色关联分析获得多目标稳健优化最优解。算例分析结果表明,所提方法不仅能够以较少的性能函数调用次数获得高精度结构优化模型,而且优化结果与传统方法相比,收敛速度更快、稳健性更好。
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    38. 抑制磨削振纹的多目标磨削工艺参数优化
    李国龙, 朱国华, 蒋林, 陶一杰, 贾亚超
    中国机械工程    2023, 34 (09): 1086-1092.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.009
    摘要246)      PDF (2038KB)(125)    收藏
    针对蜗杆砂轮磨削齿轮经常出现振纹的问题,采用某型新能源汽车用斜齿轮,通过正交设计实验的方法,探究了磨削工艺参数(砂轮线速度、砂轮轴向进给速度、砂轮径向进给量)对加工振动和齿面粗糙度的影响。采用多元二次回归的方法建立了以减小振动和齿面粗糙度为目标的多目标优化数学模型,采用遗传算法优化了磨削工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可在保持稳定的齿面粗糙度精度的同时大大削弱磨削中的振动,有效防止了振纹的产生,延长了机床的使用寿命。
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    39. 高精度微球半径测量模型及圆度评定方法比较
    李瑞君, 段刘辉, 赵文楷, 程真英, 范光照
    中国机械工程    2023, 34 (10): 1159-1163,1171.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.004
    摘要245)      PDF (3444KB)(143)    收藏
    提出了一种基于回转轴法和两点法原理的高精度微球半径测量模型,实现了基于半径变化量的微球圆度评定。建立了可以分离主轴跳动误差和计算各测量点对应半径的模型。利用团队开发的基于高精度气浮转台和两个迈克尔逊干涉仪的微球圆度测量系统,对标称直径为300 μm、圆度为250 nm的红宝石球的赤道圆截面进行了扫描测量。将采用所建模型测得的微球半径与采用直径算得的半径进行对比,并通过最小区域法对所测微球圆度进行评定,结果表明:所建模型与传统直径评定方法得到的微球圆度分别为280 nm和403 nm,标准差分别为2 nm和23 nm,所建微球半径测量模型准确可靠,利用所建模型和最小区域法评定出的微球圆度更加准确可靠。所建模型可以方便准确地获得被测微球的半径,可应用于微球圆度准确评定。
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    40. 一种复杂曲面无基准轮廓度的ER-BFGS评定方法
    付高财, 盛步云, 万润, 殷希彦, 盛甘霖
    中国机械工程    2023, 34 (08): 923-930.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.006
    摘要245)      PDF (6450KB)(142)    收藏
    针对大量测点导致曲面轮廓度计算耗时倍增的问题,提出一种基于熵正则化和BFGS算法的曲面轮廓度评定方法。该方法在点到曲面的最小距离函数的基础上,通过熵正则化原理将轮廓度最小区域评定模型的极大极小问题转化为无约束可微优化问题,并利用快速收敛的BFGS算法进行求解,实现了复杂曲面无基准轮廓度的快速评定。实验表明该方法在计算耗时方面比序列二次规划方法缩短约5%~19%,能有效提高在机测量效率。
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