当期目录

    2010年 第21卷 第15期    刊出日期:2010-08-10
    机械基础工程
    壳结构声场耦合分析的光滑有限元-有限元法
    姚凌云, 于德介, 臧献国
    2010, 21(15):  1765-1770. 
    摘要 ( )   PDF (4107KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高壳结构-声场耦合分析的计算精度,将光滑有限元法(smoothed finite element method, SFEM)推广到壳结构-声场耦合问题的结构域分析中,推导了光滑有限元-有限元法分析壳结构-声场耦合问题的计算公式。结构-声场耦合系统方程在结构中用位移法表示;在流体中用声压法表示。在结构域中应用分区应力光滑技术,提高了弯曲刚度矩阵和膜刚度矩阵的计算精度和效率;在流体域中应用标准有限元模型进行分析。以六面体声场-结构耦合模型和简化的微车声固耦合模型为研究对象,结果表明,与有限元相比,该方法在分析结构-声场耦合问题时具有更高的精度。
    金属带式无级变速器带轮变形研究
    张武, 周春国, 刘凯
    2010, 21(15):  1771-1774. 
    摘要 ( )   PDF (2902KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    带轮变形是影响金属带式无级变速器传动效率的众多因素之一。它会导致金属带的偏斜,加剧变速器各部件间的磨损,缩短变速器使用寿命。采用ANSYS软件对带轮变形进行分析,确定NDIV编号为20时的网格划分模式,分析结果表明,随着传动比的增大,主动轮变形减小、应力则是先减小后增大,从动轮变形和应力增大。分析结果在一定程度上与其他学
    复杂型面构件超声检测中的路径校验方法
    李雄兵, 杨岳, 胡宏伟, 倪培君, 阳程1
    2010, 21(15):  1775-1779. 
    摘要 ( )   PDF (3615KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    给出了一种高效实用的超声自动检测路径校验方法:将探头在声束方向上延长合适的距离得到一个虚拟的圆柱体,路径校验转化为构件表面与虚拟圆柱体的干涉检测。在干涉检测中首先将构件曲面分解成若干曲面片并利用包围盒表示,然后采用投影法将圆柱体和包围盒的空间干涉问题转化为平面干涉问题,只需计算投影图是否有重叠就可判断是否干涉,如果存在干涉便将包围盒中的曲面片进行细分并用若干四边形表示,继续采用投影法进行精确检测。最后通过实验验证了该方法的有效性,并讨论了包围盒的选取对算法性能的影响。
    An efficient and practical methodology was proposed to realize the path checking: a virtual cylinder was obtained when the transducer was prolonged in the direction of ultrasonic beam, then the path checking was replaced by interference detection between the virtual cylinder and the surface of component. In the interference detection, firstly the surface of component was discretized into many patches presented by bounding box. Secondly the algorithm of orthographic projections was used to detect the collision between the virtual cylinder and bounding box. After that, the patches of the component which interfere with bounding box were subdivided into many quadrangles, finally interference detection between cylinder and quadrangles was conducted so that the accurate results of path checking can be obtained. The influence on algorithm’s performance of choosing bounding boxes was discussed. The results of many experiments show the validity of this method.
    多线切割机控制系统的研制
    蒋近, 戴瑜兴, 彭思齐
    2010, 21(15):  1780-1784. 
    摘要 ( )   PDF (3846KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    分析了多线切割机的总体结构,说明了它的工作原理,给出了其控制系统的硬件和软件实现框图。重点研究了多线切割机中张力控制和多电机同步控制两个难点问题,设计了一种机电一体化的张力控制方案,使用伺服电机代替重锤施加张力,通过伺服电机的绝对值编码器反馈实时位置,调整收放线电机的速度,保证切割线的张力稳定。分析了多电机的控制结构,建立了多电机同步的运动模型,采用基于虚拟主轴和无模型自适应控制来实现多电机的同步运动。样机实验结果表明张力控制稳定,多电机同步控制性好,证明所采用方法正确可行。

     

    高温超导磁悬浮储能飞轮轮毂结构的优化设计
    魏学敏, 汤继强
    2010, 21(15):  1784-1787. 
    摘要 ( )   PDF (2955KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对一种高温超导磁悬浮储能飞轮轮毂结构,论述其优化设计方法,以达到提高储能密度的目标。运用有限元理论建立轮毂结构模型,以拓扑结构优化、材料优选与形状优化的方法对其进行优化。结果表明,在满足强度、一阶弹性共振频率、极转动惯量、几何尺寸、形状和控制系统等多学科约束条件下,轮毂的储能密度比设计方案提高了7.6%。该优化方法提高了转子的设计效率,对飞轮的高速储能有重要意义。
    石雕椭圆形廓多轴联动磨削的数学模型
    陈为旭, 张济宇
    2010, 21(15):  1788-1793. 
    摘要 ( )   PDF (4050KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于复杂型面的型值点,采用椭圆曲线法则,提出椭圆拟合算法,利用该算法来拟合石雕型面,得出雕像的椭圆曲线集合。控制磨削切片的回转角,使磨片的有效切削面为椭圆,通过五轴联动使磨片包络出石雕工件上的椭圆曲线,实现型面的快速精确加工。基于五轴联动数控磨削切机,设计出椭圆型面上磨削点的多轴运动控制轨迹,推导并建立了磨削切片与石雕工件相对位置的多轴联动的数学模型,给出了五轴联动的控制模式。测试结果表明,所提出的椭圆拟合算法、多轴联动数学模型及控制模式切实可行,能高效精确地实现石雕复杂型面的自动化磨削加工。
    并联机床的平衡机构设计及优化
    孟祥志, 李树军
    2010, 21(15):  1794-1797,1839. 
    摘要 ( )   PDF (3649KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在通过仿真计算获取并联机床势能分布规律的基础上,设计了机床的平衡机构。以平衡效果最佳为目标函数,通过优化计算,得出了该平衡装置的结构参数值。平衡后,机床各驱动关节的最大驱动力只有平衡前的13.7%,平衡效果很好。该平衡方案结构简单,平衡效果好,可为类似结构机床的平衡提供参照。
    基于一齿差式周期变化瞬时角速度传感器的设计原理及其实际应用
    韩少军, 张丙伟
    2010, 21(15):  1798-1800. 
    摘要 ( )   PDF (2261KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    提出一种对周期性变化的瞬时角速度采用一齿差的原理进行测量的方法并对其原理进行介绍,该测量方法可延长计算机的读取间隔时间、降低编码器的分辨率要求、降低传感器的制造成本和提高测量精度,并在链传动的瞬时角速度实测中进行了实验验证。
    热连轧机垂直振动特性研究
    范小彬, 臧勇, 王会刚
    2010, 21(15):  1801-1804. 
    摘要 ( )   PDF (3010KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    引入Duffing振子和参激刚度项后建立机座辊系的垂振非线性动力学模型,通过仿真与实测的对比,选用立方函数形式的轧件迟滞模型。仿真结果表明,轧辊振幅在一定条件下出现分岔,振动呈现混沌。通过对实测数据的时频分析,表明振动主频及其谱值随时间有显著的变化,并有分数谐共振或组合共振。关联维数及最大李雅普诺夫指数的计算结果也表明了垂振系统的非平稳及混沌特征。
    信息技术
    基于约束与尺寸混合驱动的虚拟数控机床技术
    王福元, 徐家文
    2010, 21(15):  1805-1808,1819. 
    摘要 ( )   PDF (3625KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    提出了一种虚拟数控机床设计方法。该方法首先建立虚拟数控机床模型,在机床运动部件中的主动与从动件之间建立约束关系,采用组件矩阵变换技术对主动部件的位姿矩阵进行变换,驱动部件运动;再利用WAVE技术在刀具与工件之间建立链接,实现切割运算,去除工件材料;最后采用插补技术对加工路径进行计算,得到各个运动轴的进给量,用它驱动机床运动轴运动,模拟加工过程。将虚拟数控机床技术运用于整体叶轮叶片电解加工,利用该技术建立了五坐标数控机床模型,并用它完成叶片加工过程模拟、运动干涉检查、加工自动编程等工作,有效地提高了工作效率与加工自动化程度。
    面向数控系统的容错实时调度算法研究
    丁万夫, 郭锐锋, 秦承刚
    2010, 21(15):  1809-1815. 
    摘要 ( )   PDF (5279KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对数控系统的混合任务调度以及高可靠性的特点,提出一种基于软件容错模型的实时调度算法(FT-MT)。该算法在系统运行前预先分配替代版本的执行区间,使得替代版本在其截止期内尽可能地推迟执行,为主版本的完成提供了最大的可执行时间。同时,为了避免主版本的早期失败对后续任务的影响,增加了主版本的可执行规则,提高了主版本可执行性的预测精度。仿真实验表明,与同类算法相比,FT-MT算法在提高数控系统容错能力方面更为有效。
    直升机数字样机区域化上下文设计方法研究
    陈阳平, 高亮, 王琛, 谢强, 丁秋林
    2010, 21(15):  1815-1819. 
    摘要 ( )   PDF (3622KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为提高直升机协同设计效率,提出数字样机区域化上下文设计方法,设计实现该方法的系统框架。结合直升机研发的特点,建立基于AABB层次树的数字样机区域表达数学模型,用于数字样机区域的生成与搜索;运用链接关系图表达数字样机的关联关系,通过数字样机模型链接关系的求解实现模型之间的关联影响性分析。在某型直升机研制过程中采用该方法,提高了数字样机区域化模型的加载效率和准确率,缩短了子系统优化和零组件更改的周期。
    大规模定制环境下的参数驱动产品配置设计方法研究
    艾辉, 万立, 熊体凡, 陈立平
    2010, 21(15):  1820-1824. 
    摘要 ( )   PDF (3403KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了提高大规模定制环境下制造型企业产品配置设计的效率,提出了一种参数驱动产品配置设计方法。该方法以参数化配置单元(PCU)为基本元素构建产品结构模型,封装了功能、性能、结构、几何等特征相似的零部件,使用参数表征零部件的特征,并定义基于参数的驱动规则,将产品的配置知识转化为特征参数之间的约束关系。在此基础上设计了基于递归算法的快速配置求解过程。最后以某企业的防火门产品实际应用为例,验证了该方法的可行性。
    机械基础工程
    基于表面响应模型法的城市轨道交通用直线感应电机次级结构优化
    王立强, 卢琴芬, 叶云岳
    2010, 21(15):  1825-1830. 
    摘要 ( )   PDF (4344KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    建立了城市轨道交通用单边直线感应电机(SLIM)的3D有限元模型,通过次级结构参数化分析研究了次级结构参数对电机启动力特性的影响,找出了两个对启动力特性影响较大的参数,即次级铝板厚度与次级宽度。建立了仅需少量3D参数化有限元的分析结果,以及基于神经网络的SLIM启动力特性的表面响应模型。基于SLIM的表面响应模型,以次级铝板厚度与次级宽度为设计变量,以获得最大启动推力及最小法向力为优化目标,利用多目标遗传算法对SLIM次级结构参数进行了优化。提出了结合直线电机综合力性能指标进行最佳次级结构参数选择的方法。仿真与实验结果验证了电机表面响应模型以及优化方法的有效性。
    大型冷凝设备水下智能清洗机器人的研制
    朱江, 王耀南, 余洪山, 许海霞, 刘理
    2010, 21(15):  1830-1835. 
    摘要 ( )   PDF (4367KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对电厂120MW以上容量机组的大型冷凝设备污垢在线清洗,研发了一种清洗机器人。根据冷凝水室的工作环境,对机器人的行走机构、供水管道和机械臂的传动机构作了针对性设计,并研制了样机。采用基于视觉伺服的方法,实现了冷凝管口的自主定位控制。经实验测试,机器人的性能指标基本满足大型冷凝设备清洗自动化的需求,可推广应用于电力、化工、制药等行业,对促进大规模安全生产、节能降耗有重大的意义。
    支撑结构多目标拓扑优化设计研究
    方子帆, 杨磊, 杜道佳, 何孔德, 张屹
    2010, 21(15):  1836-1839. 
    摘要 ( )   PDF (2921KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    以支撑结构为对象,研究了多工况下结构材料的最优布局和结构固有频率最大化的多目标优化问题。在基于变密度连续体结构拓扑优化方法的基础上,采用折中规划法研究多工况下多目标优化函数问题,建立了支撑结构的拓扑优化模型,利用分析层级法确定了各子目标的权重,进行了多目标拓扑优化,得到了材料的优化布局方案,减轻了结构质量,提高了结构固有频率。研究表明拓扑优化方法适用于板壳类结构的优化设计。
    新型挤压油膜阻尼器油膜压力特性分析
    张蕊华, 汤军浪, 熊智文, 胡莹
    2010, 21(15):  1840-1843. 
    摘要 ( )   PDF (3004KB) ( )  
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    钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的磨削力研究
    詹友基, 李远, 黄辉, 徐西鹏
    2010, 21(15):  1844-1849. 
    摘要 ( )   PDF (4444KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    采用钎焊金刚石砂轮对两种硬质合金进行磨削实验,通过测量磨削过程中的磨削水平力和垂直力,对砂轮所受的单位宽度法向力、切向力和力比进行了研究。建立了单颗磨粒磨削力与加工参数间的理论模型,并用实验数据进行验证。理论分析了磨削深度、进给速度对单位宽度磨削力、单颗磨粒磨削力及力比的影响程度。
    切削过程中悬浮粉尘颗粒的空间分布特性研究
    任凡, 刘飞
    2010, 21(15):  1849-1854. 
    摘要 ( )   PDF (4212KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    在分析切削粉尘产生和扩散机理及其影响因素的基础上,提出使用粉尘浓度分布的相对指标来描述悬浮粉尘颗粒空间分布特性。通过对典型材料的车削实验,测得不同切削速度的机床附近若干空间点的粉尘浓度;对实验数据进行二维三次插值处理,获得直观的粉尘浓度分布等值线图;计算了不同方向间和同方向不同距离处粉尘浓度的变异系数。通过数值分析发现,在低速切削时粉尘浓度分布具有明显方向性和浓度梯度,而在高速切削时粉尘浓度分布在各方向上相对均匀,且浓度梯度小。上述研究结果可为粉尘空间的粉尘控制提供参考。 
    螺旋机器人的结构参数对人体肠道壁损伤影响的优化研究
    梁亮, 唐勇, 庞佑霞, 胡冠昱
    2010, 21(15):  1855-1859. 
    摘要 ( )   PDF (3800KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    设计了一种无损伤螺旋式医用微型机器人,建立了机器人运行时肠道黏液的动力学控制方程,运用计算流体力学方法数值分析了机体正转和反转两种情况下,不同机器人结构参数(倾角α、槽面宽度与螺距之比β1、槽底宽度与螺距之比β2、槽深与半径间隙之比γ、螺旋角Φ和螺纹线数n)与肠道壁所受压力的关系,得到了最优的机器人结构参数值。

     

    基于复合材料固化变形的铺层顺序优化方法
    庞杰, 金海波
    2010, 21(15):  1859-1863. 
    摘要 ( )   PDF (3676KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    引入反映铺层顺序的代理模型,通过数值实验计算了不同铺层顺序下结构的铺层顺序参数,失稳特征值和固化变形大小,在此基础上分别构造了固化变形和失稳特征值对铺层顺序参数的响应面模型,并根据所得响应面模型优化得到最优的铺层顺序参数,再通过铺层顺序的反向设计得到实际的铺层顺序。结果表明:在满足结构稳定性约束条件下,通过铺层顺序优化可以减小固化变形大小,基于代理模型的铺层顺序优化方法可以显著提高铺层顺序的优化设计效率。

     

    材料工程
    Zr基非晶合金过冷液态区的微反挤压实验研究
    吴晓, 李建军, 郑志镇, 周华民
    2010, 21(15):  1864-1868. 
    摘要 ( )   PDF (3398KB) ( )  
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    利用微反挤压实验,研究了Zr55Cu30Ni5Al10大块非晶合金在过冷液态区域内的超塑性微成形工艺。选取不同的温度(705~735K,5K一个间隔)和不同的冲头速度(2μm/s~8μm/s,递增1μm/s)进行交叉实验,并对挤压成形过程以及影响成形的工艺因素进行了分析。结果表明,非晶合金的微反挤压过程可以分为四个阶段,且零件的挤压深度随成形温度的升高或冲头速度的降低而增大,在710~725K的温度范围内,零件的挤压深度对温度更敏感。低速或高温成形容易使坯料晶化,因此较为理想的挤压工艺条件为725K左右和6μm/s的冲头速度,在此条件下成功地挤压出了壁厚为0.1mm和0.05mm的微型杯零件,SEM显示该成形件杯口整齐,与模具尺寸的符合性较好。
    外压自增强圆筒的设计计算方法
    朱瑞林, 朱国林
    2010, 21(15):  1869-1874. 
    摘要 ( )   PDF (4023KB) ( )  
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    基于特雷斯卡(Tresca)屈服条件,在导出外压圆筒弹-塑性应力解析解的基础上,建立了外压自增强圆筒基本理论,进而提出了相应的设计计算方法。结果表明,虽然外压圆筒的弹性及弹-塑性应力解析解与内压圆筒不同,自增强处理后的残余应力也不同,但外压与内压圆筒的残余应力的当量应力、操作压力引起的弹性应力的当量应力、总应力的当量应力及弹-塑性应力的当量应力均相等,从而导致外压圆筒自增强与内压圆筒自增强的许多结果在形式上一样。
    模具型面及冲头对304不锈钢三通成形效果影响研究
    郭训忠, 陶杰, 李鸣
    2010, 21(15):  1875-1878,1889. 
    摘要 ( )   PDF (3611KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    利用数值模拟研究了不同形式模具型面及冲头对采用液压胀形工艺制备的三通管件成形质量的影响,并研究了不同成形压力加载路径对应的成形效果。根据数值模拟结果,采用新型润滑涂层及相应的成形装置进行了管件冷成形实验。在支管高度、壁厚减薄率分布方面,管件实验结果与模拟结果非常一致。研究结果表明,采用较优的模具型面及冲头可以有效提高三通管件的成形质量。
    车辆工程
    新型孕妇安全带的保护性能研究
    曹立波, 肖开艳, 肖慧青
    2010, 21(15):  1879-1884. 
    摘要 ( )   PDF (4110KB) ( )  
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    提出了结合传统三点式安全带使用的新型包裹状孕妇安全带,建立了较为详细的孕期为30周的子宫有限元模型,并结合5百分位女性多面体人体模型建立了怀孕30周孕妇仿真模型,对该孕妇模型进行了刚性冲击器和腹部安全带试验验证。建立了新型包裹状孕妇安全带的有限元模型,并利用所建立的孕妇模型及安全带模型,进行了不同碰撞速度、不同安全带使用条件下的正面碰撞孕妇损伤研究。结果表明,新型包裹状孕妇安全带能防止腰带上移,降低子宫部位前冲能量,从而有效降低子宫胎盘接触面处应变,且不影响传统三点式安全带对母体的保护效果。另外,延伸率为14.5%的包裹织物保护效果最好。 
    汽车电连接器振动可靠性室内试验强化系数研究
    陈剑, 修磊, 马文明, 陆兵, 李青
    2010, 21(15):  1885-1889. 
    摘要 ( )   PDF (3514KB) ( )  
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    采用实车路谱时域复现技术,对汽车电连接器进行振动可靠性室内强化试验,研究其在接近实际工况-振动应力和电应力联合作用下的可靠性。由于国标中没有对实车路谱的规定,使得强化试验时间不能确定,试验结果无法评价。用强化系数结合汽车整车质量评价方法,可以解决这些难题。根据材料的Miner线性累积损伤原理,得到用载荷幅值τ表示的强化系数K的数学模型;采用雨流计数法得到时域载荷幅值分布形式;利用国标中规定的正弦试验方法结合数据统计知识得到了电连接器材料的近似疲劳指数m值,最后求得的强化系数与汽车试验场道路强化系数较接近。用强化系数求出强化试验时间以及故障里程,根据故障里程可以对试验结果进行评价。