当期目录

2010年 第21卷 第10期    刊出日期：2010-05-25
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机械基础工程
低周疲劳失效的涡轮盘可靠性灵敏度设计
张义民, 王鹏, 杨周, 张飞
2010, 21(10):  1135-1139. 
摘要 ( )   PDF (3560KB) ( )  
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将有限元方法、低周疲劳模型、径向基函数神经网络技术与可靠性理论相结合,给出了涡轮盘低周疲劳可靠性灵敏度设计方法。应用径向基函数神经网络拟合得到随机设计变量与失效寿命之间的函数关系式,根据随机摄动法与可靠性灵敏度技术进行灵敏度设计。径向基函数神经网络技术的引入克服了工程实际无法给出极限状态函数显式的问题,而灵敏度技术使各变量对可靠度的影响得以定量表达,具有很好的指导意义。
压电陶瓷驱动器弹性套筒的研究
程伶俐, 余晓芬, 余卿, 胡佳文
2010, 21(10):  1139-1142. 
摘要 ( )   PDF (2943KB) ( )  
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针对未封装的压电陶瓷驱动器不能承受剪切力、使用时极易损坏,封装的压电陶瓷驱动器价格昂贵等问题,研制了一种弹性套筒作为未封装压电陶瓷驱动器的保护装置。根据弹性力学原理,对圆柱体套筒进行局部切割,形成弹性元件,产生弹性变形。改变弹性套筒的结构参数,可以优化其设计。建立了弹性套筒的驱动力模型。进行了加装弹性套筒的压电陶瓷驱动器位移特性实验,实验结果表明,该装置不影响压电陶瓷驱动器的使用性能,可以保护驱动器,而且加工简单,具有很好的实用价值。
 
多关节机器人逆运动学问题的实时求解
印峰, 王耀南, 夏汉民
2010, 21(10):  1143-1148. 
摘要 ( )   PDF (4081KB) ( )  
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机器人运动学方程往往呈高度非线性特性,其逆运动学计算较为复杂,实时性也难以保障。针对该问题,提出一种基于类电磁机制的逆运动学求解新方法,随机抽取问题可行域内一组初始解,仿照电磁理论中带电粒子间吸引-排斥机制,使得粒子快速收敛到问题的最优解,并结合变尺度法进一步提高求解精度。针对变尺度法中最优搜索步长难以精确计算的问题,以微搜索步长为条件,根据机器人运动微分方程推导得到变步长计算公式。最后通过算例验证了该方法的有效性。
磁粉离合器仿真分析研究
周云波, 常思勤
2010, 21(10):  1149-1152. 
摘要 ( )   PDF (2832KB) ( )  
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提出了基于三维磁场仿真分析的磁粉离合器电磁场分析方法。利用Ansoft电磁场仿真分析软件,建立磁粉离合器的三维仿真模型,通过较为精细的自适应网格对其力矩—激磁电流关系、力矩—滑差特性进行了分析,分析结果表明仿真分析数据与试验数据相一致,确定了磁粉离合器主要设计参数与其性能之间的定量关系,可以作为进行磁粉离合器优化设计的基础。
一种新的正幅值带尾部信号的时滞滤波器设计
王晓军
2010, 21(10):  1153-1156,1178. 
摘要 ( )   PDF (3335KB) ( )  
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针对带有零点的柔性系统,设计出一种新的正幅值约束的带尾部信号的时滞滤波器。该滤波器能够适应任意形式的系统输入,而且设计过程和期望的系统输出值无关,同时,对于参数时变系统,提出了新的鲁棒性约束条件,最后把设计的带尾部信号的时滞滤波器应用到桥式起重机的定位和防摆控制之中。仿真结果表明,该滤波器的应用能有效缩短起重机小车定位的调节时间,而且与基本的时滞滤波器级联控制时,可以有效消除负载的残留振荡,有利于作业效率的提高。
基于桨叶模态修型的直升机减振优化
王红州, 刘勇, 张呈林
2010, 21(10):  1157-1161. 
摘要 ( )   PDF (3823KB) ( )  
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基于Hamilton原理推导了模态修型减振优化的有限元动力学模型,通过修改桨叶的剖面刚度和线密度来改变结构的动力学模态。以最小振动载荷为目标函数,以桨叶剖面刚度及质量为设计变量,以桨叶的频率、自转惯量、质量及模态修型参数等为约束条件,进行了减振优化。算例表明：在约束条件都满足的情况下, 优化后,3/转的桨根剪力减小了55.4％,4/转的桨根剪力减小了66.5%,5/转的桨根剪力减小了53.4%,优化效果明显。
基于液压变压器的挖掘机动臂势能再生系统
张树忠, 邓斌, 柯坚
2010, 21(10):  1161-1166. 
摘要 ( )   PDF (4151KB) ( )  
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为了解决挖掘机工作装置下降时大量势能转化为热能的问题,提出一种以液压蓄能器为储能元件,通过液压变压器回收和再利用动臂势能的节能系统。分析了其结构原理,并以7t的挖掘机为研究对象,建立了工作装置机械结构和液压系统模型;在典型挖掘循环中对动臂液压缸速度、蓄能器液压变压器转速和排量等参数进行了数值仿真,并计算出动臂势能、回收能量、再利用能量和再生的流量等;对系统运行过程和能耗进行分析与对比,结果表明该系统运行状况良好,可显著提升节能效果,是挖掘机节能减排的有效途径。
基于SPEA的多目标柔性作业车间调度方法
王云, 谭建荣, 冯毅雄, 李中凯
2010, 21(10):  1167-1172. 
摘要 ( )   PDF (3985KB) ( )  
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研究了多目标柔性作业车间调度问题,构建了以制造工期、加工成本及交货期为目标函数的柔性作业车间多目标调度模型,应用改进的强度Pareto进化算法（SPEA）进行求解。在该算法中,引入模糊C-均值聚类（FCM）加快外部种群的聚类过程。采用约束Pareto支配和双层编码策略,一次运行就能够求得Pareto最优解集,并利用模糊集合理论的方法得到Pareto解的优先选择序列和选出一个最优解。最后,将该方法应用于某机械公司车间调度中,验证了该方法的有效性和适应性。
 
小生境蚁群优化及其在JSSP中的应用研究
甘屹, 李胜, 张志伟
2010, 21(10):  1173-1178. 
摘要 ( )   PDF (3981KB) ( )  
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借鉴蚁群的并行、多样化寻优活动,提出蚁群基本调度规则。为了改进优化性能,提出小生境蚁群优化策略,从信息素分布的时变性、蚂蚁更新信息素策略和信息交流突变性方面改进了基本蚁群算法,提出将小生境蚁群优化调度规则(MACO SR)用于求解车间调度问题的方法。并在MACO SR的启发函数、更新路径等环节中加入蚂蚁等待时间要素。通过求解目标函数为最小化最大加工完成时间的车间调度问题,并与基本蚁群算法、蚁群基本调度规则进行比较,证明了小生境蚁群优化调度规则能获得相当好的优化结果,具有较好的寻优性能。
基于设备能力的可重组布局规划研究
宋士刚, 李爱平, 徐立云
2010, 21(10):  1179-1183. 
摘要 ( )   PDF (3535KB) ( )  
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为提高企业对市场的敏捷反应能力及市场竞争力,给出了可重组制造系统的重布局规划流程。根据产品的生产工艺,基于现有布局及各个设备的加工状态对设备进行分阶段优化布局,综合考虑物料搬运成本、设备重置成本以及生产损失成本建立了数学优化模型。以最小化系统重布局成本为目标,应用动态规划算法实现了基于设备能力的可重组布局规划。实例验证了该布局规划的可行性和有效性。
基于资源-逻辑动态耦合的生产质量管理系统过程模型
段桂江, 徐庆丰
2010, 21(10):  1184-1189. 
摘要 ( )   PDF (4422KB) ( )  
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针对现代质量管理业务的过程化与柔性化需求,分析了生产质量管理业务过程,提出了一种可扩展的柔性业务过程管理模型。该模型将生产质量管理过程模型分解为路由逻辑和过程资源,路由逻辑描述质量业务活动按照既定条件和顺序执行的过程规则,过程资源描述过程执行所需要的人、数据、约束等资源信息,通过路由逻辑与过程资源之间的动态耦合实现柔性化的生产质量管理业务应用。最后,介绍了基于该过程模型所构建的具有过程柔性的生产质量管理系统及其工程应用。
信息技术
机械振动监测中的无线传感器网络时间同步研究
汤宝平, 曹小佳, 张国垒
2010, 21(10):  1190-1194. 
摘要 ( )   PDF (3647KB) ( )  
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通过分析多节点时间同步误差对机械振动监测的影响,得出机械振动监测中无线传感器网络时间同步方法应具有微秒级精度、低功耗以及多跳同步的特点。提出了一种低功耗的多跳时间同步方法,在已有单跳同步方法的基础上,使用基于贪婪启发式的算法来选取多跳同步方法中的参考节点对,从而将该单跳同步方法扩展到多跳同步。仿真与实验表明,所提方法与经典同步方法RBS具有相同的同步精度,并且大幅降低了同步能耗,可以满足机械振动监测的要求。
基于虚拟样机技术的飞机地面运动多学科协同仿真
张明, 聂宏, 朱如鹏, 熊俊杰
2010, 21(10):  1194-1199. 
摘要 ( )   PDF (4240KB) ( )  
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将多学科协同仿真技术应用于飞机地面动力学研究,以ADAMS/Aircraft软件的多体动力学建模为核心,联合CATIA软件生成飞机和起落架几何构件,联合PATRAN/NASTRAN软件进行模态分析生成柔性体,联合MATLAB软件建立控制系统模型,采用落震与静力试验的结果校核模型,然后对飞机地面滑跑转弯、防滑刹车、摆振等运动进行多学科协同仿真。结果表明,该仿真模型能准确模拟飞机的地面运动,并得到一些有意义的结论。
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万能轧制线高速钢轨轧制参数优化模型研究
郭煜敬, 谢志江, 王彦忠, 陶功明, 杨奇凡
2010, 21(10):  1200-1202,1207. 
摘要 ( )   PDF (2841KB) ( )  
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针对高速钢轨万能轧制线多变量强耦合的特征,以钢轨断面轧制精度为目标,将优势区间控制算法与神经网络相结合,建立了钢轨轧制参数优化模型。将生产现场采集的大量轧制过程数据与钢轨断面检测数据建立对应关系,数据预处理后利用优势区间控制算法求出特定生产条件下的辊缝及轧制力的初始值,再利用神经网络对初始值进行偏差修正。实践证明,该模型能够减少主观因素的影响,提高钢轨的轧制精度。
基于虚拟样机的轴向柱塞泵压力脉动特性研究
徐兵, 李春光, 张斌, 许书生
2010, 21(10):  1203-1207. 
摘要 ( )   PDF (3509KB) ( )  
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介绍了虚拟样机技术在轴向柱塞泵仿真研究中的应用。借助虚拟样机技术并根据柱塞泵的物理模型参数,分别在MSC.ADAMS和AMESim环境下构建了柱塞泵的动力学模型和液压模型。利用二者模型的底层接口,搭建了液固耦合的轴向柱塞泵虚拟样机模型。基于虚拟样机,研究了油液黏度、体积弹性模量对柱塞泵出口压力脉动特性的影响,得到了泵出口压力脉动幅值及脉动率随体积弹性模量增大而增大的线性关系,也总结出了泵出口压力脉动幅值及脉功率随油液黏度增大而增大但变化幅度逐渐减小的结论。 
机械基础工程
4R1P型主动平衡器的设计研究
张英, 姚燕安, 查建中
2010, 21(10):  1208-1213. 
摘要 ( )   PDF (4146KB) ( )  
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4R1P型主动平衡器为独立式结构,由平面两自由度4R1P机构和控制电机组成,4R1P机构的一个输入轴兼作输出轴,与待平衡机构相连,另一个输入轴与控制电机相连,通过对4R1P机构结构参数和控制输入的恰当设计实现平衡作用。建立了基于输入扭矩、摆动力矩、摆动力和控制电机最大功率的优化设计模型,提出了相应的设计步骤,并给出了该型主动平衡器的设计算例,结果表明：在不同的平衡目标下,4R1P型主动平衡器的两种安装方案对机构各项动力指标都具有较好的平衡作用,通过调整其控制输入运动规律,可以有效地补偿因工况改变而造成的机构动力性能的变化。
氮离子注入与氮化提高Ti6Al4V合金冲击磨损性能的研究
王艳, 仲荣
2010, 21(10):  1214-1217. 
摘要 ( )   PDF (2913KB) ( )  
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采用高频低压等离子体浸没离子注入(HLPIII)技术对Ti6Al4V合金实施氮离子注入与氮化处理,在新型小载荷冲击磨损试验机上进行了冲击磨损试验,并与基体试样作对比研究。结果表明：经氮离子注入与氮化处理后的试样,在同一冲击力、冲击周次下磨痕深度减小;在不同冲击力下,试样临界冲击周次增加;离子注入与氮化处理可有效降低冲击载荷作用时表面的黏着性能,提高Ti6Al4V合金抗冲击磨损的能力。
基于Stribeck摩擦模型的干摩擦滑块接触问题有限元分析
唐进元, 周炜, 陈思雨
2010, 21(10):  1218-1221,1259. 
摘要 ( )   PDF (3583KB) ( )  
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以干摩擦滑块模型为对象,基于有限元理论研究了Stribeck摩擦条件下的准静态单边接触问题,探讨了Stribeck摩擦对接触求解的影响。研究结果表明：随着接触体相对速度的改变,摩擦因数相应变化,接触面上的应力与位移的分布随之改变, 应力最大相对误差达100.08%;Stribeck模型考虑了速度对摩擦因数的影响,更能描述接触的真实情况。利用编制的软件包和ANSYS对比分析了库仑摩擦时滑块的应力分布,从而验证了自制软件包的正确性。
基于GPU的冲压成形快速计算方法
王建华, 李光耀, 李胜, 孙光永, 伍广
2010, 21(10):  1222-1227. 
摘要 ( )   PDF (4467KB) ( )  
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为了解决计算时间过长这一制约有限元计算在实际工程中应用的瓶颈问题,提出了一种利用现有的图形处理器(GPU)和可编程序的着色渲染语言(CG)加速有限元计算的方法。该方法按照GPU的特点设计出了单元信息表示方法,实现了单元内力计算的同步,克服了以往利用CPU进行有限元计算时程序并行程度不高的缺点。研究结果表明,针对板料成形问题的仿真计算效率提高了近10倍,大大缩短了计算所需的时间,对解决实际工程问题具有应用价值。
基于变形协调的叠层垫板组合结构有限元分析
湛利华, 黄明辉, 彭伟波
2010, 21(10):  1227-1231. 
摘要 ( )   PDF (3710KB) ( )  
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叠层垫板组合结构是巨型成形装备中不可缺少的重要组成部分,承担了将作用在其上的集中载荷均匀地扩散传递到本体结构上,从而改善整体装备受载状况的作用。常规的基于结构强度设计方法获得的叠层垫板组合结构常由于叠层垫板间变形不协调而导致载荷传递在局部聚集,无法真正实现集中载荷在接触面间的均匀扩散传递。运用商用MARC软件建立了螺栓预紧的叠层垫板组合结构三维有限元模型,通过改变总高度及不同垫板层厚度组合、调整预紧螺栓分布,研究了力流在叠层垫板及其接触面间的传递规律,实现了巨大集中载荷流在叠层垫板组合结构中的均匀扩散传递。
 
用于动物疫苗注射的无针注射系统的设计
陈凯, 周华
2010, 21(10):  1231-1234. 
摘要 ( )   PDF (2952KB) ( )  
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设计了一种以弹簧为动力、可以连续吸药及注射的无针注射系统,影响无针注射质量的主要系统参数有喷孔直径、药物注射剂量、活塞（安瓿）直径、推射力等。喷射穿刺能力与注射完全度是对动物疫苗进行无针注射质量评价的重要指标,与喷射最大压力和喷射功率相关。给出了在给定系统参数情况下预测喷射压力与喷射功率的物理模型,并用实验验证了模型的正确性。最后通过计算给出了确定系统参数的一个实例。
基于脉冲涡流技术的连铸坯表面缺陷检测
欧阳奇, 张敏, 赵立明, 张立志
2010, 21(10):  1235-1239. 
摘要 ( )   PDF (3423KB) ( )  
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为了实现高温连铸坯表面及近表面缺陷在线检测和缺陷坯及时分拣,提出了连铸坯表面缺陷脉冲涡流检测方法并进行了实验研究。对连铸坯表面缺陷的脉冲涡流检测信号进行差分分析和时域分析,提取了连铸坯表面缺陷信号的电压峰值、峰值时间及过零时间等特征量,并分析得到点缺陷、线缺陷、星状裂纹等缺陷对脉冲涡流检测信号特征值的影响规律。研究表明,采用脉冲涡流技术实现高温连铸坯表面及近表面缺陷的无损在线检测技术是可行的,电压峰值、过零时间和峰值时间与缺陷种类及缺陷的形态密切相关,为进一步研究高温铸坯表面缺陷检测和重构奠定了基础。
电火花线切割加工连杆裂解槽技术研究
刘晓宁, 唐勇军, 张永俊
2010, 21(10):  1240-1245. 
摘要 ( )   PDF (4326KB) ( )  
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针对汽车连杆裂解槽加工的难题,提出了一种电火花线切割加工的全新工艺方法。分析了裂解槽的工艺参数要求,详细阐述了电火花线切割加工裂解槽的实现方案和获得高质量裂解槽的保证措施。研究了电源参数对切槽速度的影响,发现裂解槽底部微裂纹对裂解加工的重要影响,并提出微裂纹主动控制的新思路。最后,分析了单边裂开和发生断丝现象的原因,并成功进行了裂解加工验证试验。
氮化硅陶瓷球化学机械抛光机理的研究
朱从容, 吕冰海, 袁巨龙
2010, 21(10):  1245-1249. 
摘要 ( )   PDF (3527KB) ( )  
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为探究氮化硅陶瓷球化学机械抛光过程及磨料与工件材料的相互作用规律,选用四种不同的磨料对氮化硅陶瓷球进行了抛光实验。通过对抛光后表面粗糙度的检测,讨论了不同种类磨料对工件表面粗糙度的影响。利用SEM观测工件表面形貌,探讨了不同磨料对工件的材料去除方式。采用X射线衍射技术分析了水基CeO2磨料抛光氮化硅陶瓷球后工件表面的化学反应生成物,对化学机械抛光的热力学分析进行了验证,分析了其化学机械作用过程。结果表明,CeO2是抛光氮化硅陶瓷球非常有效的一种磨料,利用水基CeO2抛光液对氮化硅陶瓷球进行化学机械抛光,获得了表面粗糙度Ra为4nm的光滑表面。
 
学科发展
汽车动力学中若干关键状态和参数估计研究的现状与发展
赵又群
2010, 21(10):  1250-1253. 
摘要 ( )   PDF (2647KB) ( )  
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阐述了汽车动力学中若干关键状态和参数估计研究的重要性。描述了汽车动力学中若干关键状态和参数估计的内涵,给出了主要的研究方法和一些应用实例。最后指出了汽车动力学中若干关键状态和参数估计研究中的关键问题,并指出该项研究能够为汽车动力学建模、汽车底盘控制系统开发奠定必要的理论基础。
小口径管内机器人技术的研究进展
乔晋崴, 尚建忠, 陈, 循, 罗自荣
2010, 21(10):  1254-1259. 
摘要 ( )   PDF (3871KB) ( )  
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从小口径管内机器人的特殊应用场合出发,针对无流体管道工作环境,将小口径管内机器人按运动方式概括为轮式、蠕动式与振动式三种类型,以驱动源为分类标准详细介绍了各种小口径管内机器人的发展过程与研究现状,并对其优缺点及适用场合予以分类讨论。在此基础上将小口径管内机器人技术的研究发展分为四个阶段,依次为移动机构的设计与优化、特殊传感器的设计、能源与信号传输的无缆化,以及自主控制的实现,明确了小口径管内机器人技术发展的研究内容。
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