中国机械工程

樊宏周, 席光, 王尚锦

2010, 21(02): 127-130.

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为提高任意扭曲叶轮五轴整体铣制的加工质量和效率,在粗铣阶段,拟合出一个“加厚”的单一直纹面叶片来包络任意扭曲叶片,实现用侧铣来完全代替点铣加工;在半精加工阶段,对侧铣粗加工作出改进,选取符合条件的原设计任意曲面的型值线作为分界线,分段进行直纹面的拟合,实现分段侧铣,同时兼顾高效性和叶片成形面精确度要求。并以某型号叶轮为例,通过整体建模、数控编程以及实际加工验证了算法在实践中的可行性。

复杂柔性车载液压机械手弹性动力学建模方法研究

马振书, 梅涛

2010, 21(02): 131-136.

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利用动态子结构法研究一种柔性车载液压机械手的弹性动力学建模方法。考虑机械手动态设计和振动主动控制的实现,根据机械手各部件的实际边界约束条件,将机械手系统分解成由不同约束的连续梁构成的9个子结构,且在液压作动器的作用点设置约束模态坐标,以方便机械手振动主动控制方程的导出。在建立各子结构的动力学控制方程后,借助边界条件经综合得到系统的动力学模型。该方法易于实现、计算效率高,便于讨论结构参数对低阶模态的影响规律,也为机械手的振动控制提供了理论基础。

蒙皮数控拉形位移加载设计方法研究

何德华, 李东升, 吴志敏, 李小强

2010, 21(02): 137-140.

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针对蒙皮拉形工艺设计、数值模拟与数控拉形设备高效结合的问题,提出板料变形与数控拉形设备机构运动相耦合的位移加载设计方法。基于数控拉形设备VTL1000建立蒙皮数控拉形数值分析模型;采用几何解析方法推导板料变形与机构运动位移加载的关系,将关系解作为数值模拟的边界条件。用研究实例证明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。

装备系统测试性方案优化设计技术研究

陈希祥, 邱静, 刘冠军

2010, 21(02): 141-145.

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依据测试性方案在工程应用中的实际需求,对其内涵与要求进行了拓展和完善。通过建立测试性方案优化设计广义信息描述模型,从装备全系统全寿命的角度对装备测试性方案优化设计过程进行了详细阐述,进一步明确亟需突破的关键技术。在此基础上提出基于模型和多目标权衡的测试性方案优化设计研究思路,为构建适合于装备全寿命周期各阶段以及不同维修级别的测试性方案奠定基础。

一种光机洁净精密装校设备设计与研究

刘小波, 谢志江, 刘楠, 李梦奇, 张林

2010, 21(02): 146-150.

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分析了大型激光器下装模块的光机洁净精密装校流程和功能要求,提出了适合我国大型激光器装置特点的下装模块光机洁净精密装校设备的设计方案,

解决了光机洁净精密装校过程中下装模块的装校精度、洁净闭环、安全保护等关键技术问题,并进行了样机设计、生产制造、装校调试和验证考核。结果表明：该设计方案可行,满足了大型激光器的下装模块光机洁净精密装校要求。

球面配流副二维稳态压力场的数值求解方法研究

李小金, 苑士华, 胡纪滨

2010, 21(02): 150-154.

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推导出基于球面坐标系的贴体网格生成方程,在贴体坐标系下利用有限差分法迭代求解雷诺方程,得到了球面配流副的二维稳态压力场,在迭代求解网格生成方程过程中利用平均近似的方法将隐式迭代方程转化为显式方程,大大缩短了求解时间。用球面配流副近似平面配流副进行了压力场计算,计算结果与电模拟法的结果非常接近。应用该方法对液压变压器球面配流副进行了压力场计算,计算结果表明,当相邻油口压力接近时过渡区域的压力场分布不能忽略。

考虑共因失效的多态系统可靠性优化

李春洋, 陈循, 易晓山

2010, 21(02): 155-159.

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建立了考虑共因失效的多态系统可靠性优化模型,并对优化模型进行了求解。针对市场上可供选择单元的性能、可靠度和费用参数,建立了以系统费用最少为目标,以系统可靠度为约束条件的优化模型。利用通用生成函数法分析了考虑共因失效的多态系统可靠度计算问题,利用遗传算法分析了优化模型的求解问题,并且对比了不考虑共因失效时和考虑共因失效时所得到的优化结果。结果表明,在分析发生共因失效的多态系统可靠性冗余配置优化问题时,应更加注重所选择单元的可靠度而不仅仅是单元的冗余数量。

基于广义设计结构矩阵的激光装置装校流程分析

李梦奇, 谢志江, 李冬英, 任铮, 张林

2010, 21(02): 159-163.

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利用设计结构矩阵（DSM）可以处理反馈和迭代运算的优点,提出包括DSM方阵和DSM长矩阵的广义设计结构矩阵,并采用该矩阵进行激光装置装校流程分析。DSM方阵体现了相同领域的元素关系,DSM长矩阵反映了不同领域的元素关系,利用广义DSM可全面、科学、有效地收集和分析基本数据。建立了分析流程的一般顺序。以片箱为例进行装校流程分析,结果验证了分析方法的有效性。

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机械产品装配过程质量控制决策研究

王波, 晓青

2010, 21(02): 164-168,174.

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在“装配质量熵”概念的基础上,通过综合考虑装配活动关键程度和潜在质量损失对装配活动质量控制策略的影响,建立了装配活动“综合装配指数”指标,并在此基础上给出了装配过程控制策略决策方法。该方法提高了装配过程质量控制决策的客观准确性和主动预防控制能力,为研究开发装配过程质量控制决策支持系统提供了理论依据。

基于微分进化的MFFT轧辊偏心诊断技术

王哲英, 王可, 孙兴伟

2010, 21(02): 169-174.

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针对FFT对轧辊偏心信号分析的局限性,提出了基于微分进化的MFFT方法。论述了方法的基本思想、实现过程及其关键步骤。通过仿真实验表明,基于微分进化的MFFT方法可以较好地分析当采样持续时间不是信号周期整数倍时的轧辊偏心信号。以某五机架冷连轧机为研究对象,应用基于微分进化的MFFT方法实现对轧辊偏心的诊断,结果表明:在该五机架连轧机中,第1架轧机的轧辊偏心因素、末架轧机的轧辊偏心因素及热轧前钢坯上的水印因素,是造成末架轧机轧制力波动的主要原因。该诊断方法可以为轧辊偏心的定性分析与在线控制及补偿提供可靠的依据。

基于表面间三棱锥体积测度的点云配准

张梅, 文静华, 张祖勋, 张剑清

2010, 21(02): 175-178,211.

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提出一种基于离散对应特征和表面间平均三棱锥体积测度的改进ICP算法,进行了多视激光点云配准。通过寻找两片点云重叠区域内的有效点与对应三角形对,并将有效点与对应三角形对所夹的空间三棱锥体积作为误差测度来指导激光点云的配准;将点与对应三角形的质心作为对应点对,估计出新的空间位置转换关系。实验结果表明：该改进算法具有较高的配准精度且收敛速度较快。

双参数地基上输流管道的稳定性分析

梁峰, 金基铎, 杨晓东, 闻邦椿

2010, 21(02): 179-183.

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研究了双参数地基上两端铰支输流管道在定常内流作用时的静态稳定性和脉动内流作用时的动态稳定性问题。利用复模态方法计算了系统静态失稳临界流速,并应用平均法得到了脉动内流作用时管道的前两阶主参数共振区域,讨论了地基的线性刚度、剪切刚度及一些系统参数对临界流速和参数共振区域的影响。研究结果表明：改变两个地基刚度均可以影响系统的静态和动态稳定性,但剪切刚度的作用更显著,不能忽略;管道轴向预紧力、质量比、黏弹性系数及平均流速等参数也对系统稳定性有着不同的影响。

剪式单元可展机构静力学分析与拓扑优化设计

杨毅, 丁希仑

2010, 21(02): 184-189.

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利用矩阵凝聚法,推导出了一种五自由度剪式单元的有限元模型,并对一种圆柱式折叠结构进行了静力学分析。将拓扑优化中的SIMP法引入到可展机构的优化设计中,对可展机构进行了拓扑优化研究。分别以结构柔度最小化和结构效率最大化作为优化目标函数,对圆柱式折叠结构进行了拓扑布局优化。优化后的结构质量大大减轻,而结构效率得到提高。对结构的动力学性能进行了探讨。研究结果对可展机构的轻量化设计有一定帮助。

全程S曲线加减速控制的自适应分段NURBS曲线插补算法

潘海鸿, 杨微, 陈琳, 谭华卿, 孙红涛

2010, 21(02): 190-195.

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为满足现代数控加工的高速度、高精度要求,提出基于7段式S曲线加减速全程规划的NURBS曲线自适应分段插补算法。该算法根据NURBS曲线几何形状将其自适应分段,并计算曲线段各项参数值、对应S曲线加减速规划（速度规划为17种类型）中加减速类型和自适应调整速度曲线加减速时间。在固定插补周期下,与单独自适应算法、5段式S曲线加减速控制方法的仿真结果相比,在满足加速度与加加速度限制条件,且最大弦高误差不超过0.5μm时,该算法插补精度高于单独自适应算法,与5段式S曲线加减速控制方法近似,且其全程平均进给速度比5段式S曲线加减速控制方法平均进给速度提高21.7%,达到594mm/s。

改善钛合金切削加工性的置氢工艺及置氢量优化

危卫华, 徐九华, 傅玉灿, 侯红亮, 李志强

2010, 21(02): 196-201.

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为了改善钛合金的切削加工性能,提出将钛合金进行置氢处理后再进行切削加工。在650℃、750℃和800℃下对Ti-6Al-4V合金进行了置氢处理,并在干切削条件下对其开展了切削力、切削温度对比试验。结果表明：在置氢工艺相同时,随着置氢量增加,热电偶的热电势系数越来越大;主切削力在650℃置氢时相对未置氢试件仅降低2%,750℃置氢时没有降低,而800℃置氢时主切削力约下降了8%;切削温度均呈现先快速降低、经过一平缓变化段后又快速增加的变化趋势,在650℃、750℃和800℃置氢情况下,切削温度相对未置氢试件分别约降低了50℃、76℃和80℃。最终确定优选的置氢工艺为：在800℃下置氢、保温6h、随炉冷却至室温;最佳置氢量范围为0.21%~0.37%。

基于粒子群算法和分割逼近法的复杂曲面轮廓度误差计算

廖平

2010, 21(02): 201-205.

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建立了复杂曲面轮廓度误差的数学模型,提出采用分割逼近法计算测点到NURBS曲面的最小距离。将分割逼近法和粒子群优化算法相结合,用于计算复杂曲面轮廓度误差,该方法易于计算机实现,且计算精确度高,可以达到任意给定的精度,非常适用于三坐标测量机。

永磁同步电机自适应模糊滑模变结构控制

张细政, 王耀南, 袁小芳

2010, 21(02): 206-211.

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设计出一种结合T-S模型与滑模技术的自适应模糊滑模控制器,用于PMSM系统的鲁棒速度跟踪。采用自适应技术对不确定性范数进行估计,全局控制器由T-S模糊局部补偿器与滑模监督控制器构成。该方法能够充分利用模糊逻辑控制和滑模控制的优点,且全局闭环系统的跟踪性能和鲁棒性能得到显著改善。实验结果证明了该方法的有效性和正确性。

基于改进的DSM耦合任务规划方法的研究

李潇波, 赵亮, 许正蓉

2010, 21(02): 212-217.

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以工业机械手的系统设计为例,阐述了设计结构矩阵(design structure matrix,DSM)表达耦合任务信息的方法,通过对改进DSM优化算法的描述,完成了工业机械手系统设计任务的顺序规划,同时,应用合理的公式对优化后的DSM与原DSM矩阵复杂度进行了计算,结果表明：经过改进算法优化后的DSM比原DSM复杂度大大降低,表明耦合任务的规划使设计任务的流程更加清晰,耦合关系更加明确,达到了规划的目的。

小径向切深铣削稳定性分析与验证

梁睿君, 叶文华, 黄翔

2010, 21(02): 218-221.

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通过仿真方法分析了断续切削的动力学模型和稳定性预测模型的适用条件,分析了径向切深和附加Lobe对小径向切深铣削稳定性的影响及其深层原因。通过小径向切深的铣削试验,获得了切削振动的时域信号和频谱;结合高速切削和断续切削的周期分岔失稳理论,对模型预测结果进行了验证。仿真和试验研究结果表明：随着径向切深的减小,铣削稳定性提高;在小径向切深铣削中,稳定切削的转速区间增多。

基于硅模具的Zr基非晶合金微成形工艺研究

王栋, 廖广兰, 潘, 杰, 彭平, 柳林, 史铁林

2010, 21(02): 222-225.

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研究了利用硅模具进行微成形的热压工艺,针对超塑性成形Zr65Cu17.5Al10Ni7.5非晶合金微零件过程进行分析,提出精确去除非晶合金飞边的方法,并采用质量分数为40%的KOH溶液(温度为80℃）腐蚀去除硅模具得到微型零件。利用该工艺成功制备出尺寸精度很高、模数为0.1mm、齿数为20、厚度为300μm的非晶态微型直齿圆柱齿轮。该工艺用于制备高性能非晶合金微型零件优势明显,尤其对于芯部是复杂结构的微型零件更具成形优势。

电弧超声对焊接过程热量传递的影响

何龙标, 李路明, 吴敏生

2010, 21(02): 225-228.

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电弧超声作为高频调制电弧的声学表征,影响焊接的热量传递过程。在分析熔融金属对高频声波的吸收作用形成电弧超声的热效应基础上,通过热电偶测量获得电弧超声引入前后焊接接头过热区的冷却温度曲线,发现电弧超声能够促进焊接热传导过程,加快过热区的冷却速度,有利于抑制过热区组织的长大,从而获得细小的焊缝组织和良好的接头性能。

基于VCCT复合材料柔性梁疲劳寿命研究

鲁国富, 刘勇, 张呈林

2010, 21(02): 229-233.

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建立了直升机复合材料柔性梁的二维有限元模型,计算了在离心力和挥舞弯矩载荷作用下柔性梁的应力－应变场;应变计算值与试验值基本一致,说明该模型是合理的。针对柔性梁内部断层引起的分层,引入了虚拟裂纹闭合技术;

考虑分层尖端前后单元长度不等和大转动的影响,修正了应变能释放率的计算公式。结合有限元模型和虚拟裂纹闭合技术,计算了分层扩展时的应变能释放率。利用应变能释放率的最大值预测了柔性梁的分层疲劳寿命,预测结果与试验值相一致。

并联混合动力电动汽车动态协调控制策略及仿真研究

严运兵, 颜伏伍, 杜常清

2010, 21(02): 234-239.

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并联混合动力汽车在发动机和电动机工作过程中,需要根据路况进行能量分配和工作模式切换。以并联混合动力汽车在状态切换过程中总转矩不发生大的波动为控制目标,提出“转矩预分配＋发动机调速＋发动机动态转矩估计＋电动机转矩补偿控制”的动态控制策略。以MATLAB为仿真平台,搭建了基于整车动态控制的仿真模型,对上述基本控制算法进行了定工况和全工况仿真验证。结果表明,在各种状态切换过程中,动态控制算法能有效控制混合动力系统的转矩波动,保证动力传递的平稳性。

基于标准脉冲数比较法的汽车轮胎压力监测与报警系统研究

韩宗奇, 刘全有, 王立强, 张忠孝, 鞠学坤

2010, 21(02): 240-244,251.

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汽车ABS轮速传感器发出的脉冲数与轮胎压力密切相关,记录并分析定距离内各个车轮所发出的脉冲数,就能间接监测各个车轮的轮胎压力。在轮胎道路试验数据的基础上,提出了轮速传感器原始脉冲数和标准脉冲数的概念,给出了利用标准脉冲数间接监测轮胎压力的新方法,这些方法包括车轮标定和脉冲数修正方法、标准脉冲数比较方法、标准脉冲数误差阈值计算方法、确定轮胎压力异常的小样本统计判断方法等。基于上述方法制作了间接式轮胎压力监测系统样品,经实车道路试验效果良好。研究结果对设计和开发利用轮速传感器脉冲的轮胎压力监测系统具有重要参考意义。

重型车辆AMT硬件在环仿真试验研究

邓涛, 孙冬野, 秦大同, 刘振军, 胡建军

2010, 21(02): 245-251.

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以重型车辆电控机械式自动变速器(permanent magent synchronous motor,AMT)样机开发为应用背景,基于MATLAB/Simulink/Stateflow/RTW与dSPACE软硬件系统,开发了重型车辆AMT硬件在环仿真试验系统。利用该系统实时验证组合型两参数换挡控制策略,并进行了平路起步、坡道起步以及连续加、减挡AMT样车道路试验。结果表明：所开发的硬件在环仿真系统能快速、

有效地验证重型车辆AMT控制策略,正确评估其综合性能,为重型车辆AMT控制器的开发提供了很好的系统测试平台。

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