中国机械工程

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2013, 24(1): 0.

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电刷镀法制备钢基体超疏水表面的实验研究

徐文骥, 赵涌, 孙晶, 胡克, 宋金龙

2013, 24(1): 1-5.

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采用复合电刷镀技术,在Q235钢表面制备了具有超疏水性能的n-SiO2/Ni纳米复合镀层,在优选的工艺参数下,获得了接触角为1698°、滚动角为23°的超疏水表面。研究了刷镀电压和刷镀时间对镀层表面结构和疏水性的影响规律;分析了复合镀层表面和截面的结构形貌特点;研究了电刷移动速度对复合镀层中n-SiO2含量的影响规律。对镀层的接触角、表面粗糙度和显微硬度进行了表征。结果表明：刷镀电压和刷镀时间是影响复合镀层表面微观结构特征的重要因素;复合镀层表面的微纳米双重结构对表面的超疏水性起到了关键的作用。

多种路径形式组合的柔性针二维路径优化

赵燕江1, 张艳华2, 陈浩1, 张永德1, Yan Yu3

2013, 24(1): 6-11.

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针对斜尖柔性针在二维组织中的路径优化问题,首先引入了针的Unicycle运动学模型,并利用旋量理论和指数积方程计算了运动学正解,从运动学的角度证明了穿刺直线路径的可行性。基于运动学模型,分析了柔性针穿刺路径的形式,考虑入针姿态的优化,提出了采用多种路径形式组合的路径优化算法,建立了优化目标函数。在有无障碍两种情况下分别对针的穿刺路径进行了优化计算和仿真研究。仿真结果证明,采用该算法能有效地绕过障碍,准确达到靶点,并保证路径最优。在通常临床情况下,最优路径一般为控制度为2的包含直线形式的路径。
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圆柱度仪单截面自动对中调节方法的研究

张瑞, 卢好蕊, 张林娜, 郑鹏

2013, 24(1): 11-14.

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依据倾斜圆柱横截面为椭圆,在分析圆柱度仪工作台偏心和倾角调整原理的基础上,提出了一种新的单截面椭圆测量自动对中控制算法;根据调整运动的不同,提出了两种对中调节方法;结合谱分析技术实现了椭圆特征参数的便捷提取;采用LabView编制了相应的算法软件。仿真结果表明,单截面自动对中调节方法耗时短、精度高,显著提高了圆柱度仪对中的效率。

火炮身管-反后坐装置集成优化设计方法研究

洪亚军, 曹岩枫, 尹强, 徐诚

2013, 24(1): 15-20.

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为减小火炮发射时的后坐阻力,同时减小火炮身管质量,以节制杆结构参数、身管结构参数和内弹道装药参数为设计变量,以身管刚度、强度、寿命、弹丸初速等为约束,建立火炮身管-反后坐装置集成优化设计模型,并采用两种优化方法进行优化,再比较其结果。首先,采用加权组合法将两个目标函数归一为单个目标,应用模拟退火算法进行优化设计,优化后,后坐阻力减小53%,身管质量减小28%。其次,基于Pareto最优理论,采用遗传算法进行优化设计,获得了Pareto最优解集,给设计者提供了更多优化方案;根据工程经验,选取一组优化解,结果发现,对比原设计,后坐阻力减小504%,身管质量减小98%。研究表明,基于Pareto最优理论和遗传算法可以获得更好的优化方案。该研究提供的集成优化模型和算法为火炮身管-反后坐装置一体化设计提供了新方法。
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开槽冰冻固结磨料抛光微晶玻璃的工艺研究

杨张一, 左敦稳, 孙玉利, 童巨特

2013, 24(1): 20-24.

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采用成形模具热压法给微米级α-Al2O3冰冻固结磨料抛光垫开槽。设计四因素三水平正交试验,对开槽冰冻固结磨料抛光垫抛光微晶玻璃的工艺进行了研究,与同样试验条件下未开槽冰冻固结磨料抛光垫的抛光效果进行了对比分析。结果表明：开槽情况下的去除率比未开槽情况下的去除率提高40%左右,微晶玻璃表面形貌略有改善但出现划痕现象,主轴转速对材料去除率影响更为显著。
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基于MDO方法的车用三效催化转化器设计优化

刘孟祥1, 2, 刘湘玲3, 龚金科3

2013, 24(1): 25-29.

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以车用三效催化转化器（TWC）的转化效率、压力损失、质量以及抗热冲击性能为目标函数,建立了TWC多学科设计优化（MDO）模型。在充分考虑各学科之间的耦合效应基础上,通过采用自适应混沌优化算法与VB编程对MDO模型进行求解。优化结果表明,压力损失减少699%,质量减少1168%,位移变形减少2091%,TWC转化效率提高542%。试验证明该方法用于TWC是有效的。

基于机械物理法的废旧热固性酚醛树脂回收工艺的试验研究

宋守许, 胡健, 石磊, 杨雪峰

2013, 24(1): 29-34.

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基于机械物理法的基本原理,以废旧热固性酚醛树脂为研究对象,分析其回收机理。采用响应面法中的Box-Behnken模式,对回收工艺参数中最主要的三个因素（转速、时间和入料粒径）进行试验优化设计,并建立了多元二次模拟方程。试验结果表明：转速、时间和入料粒径对热固性酚醛树脂降解的显著程度由高到低分别为转速、入料粒径、时间,热固性酚醛树脂降解率最大时的回收工艺参数是转速2940r/min、时间95min、入料粒径071mm。

基于信号共振稀疏分解的转子早期碰摩故障诊断方法

陈向民, 于德介, 罗洁思

2013, 24(1): 35-41.

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提出了基于信号共振稀疏分解的转子早期碰摩故障诊断方法,该方法用信号共振稀疏分解从转子系统振动信号中提取早期碰摩冲击信号。与常规的基于频带划分的信号分解方法不同,信号共振稀疏分解方法根据信号中各成分品质因子的不同,将信号分解成高共振分量和低共振分量。当转子出现早期碰摩故障时,振动信号由以转频及谐波为主要成分的周期信号、包含转子故障信息的瞬态冲击信号以及噪声组成。周期信号为窄带信号,具有高的品质因子,可分解为高共振分量;瞬态冲击信号为宽带信号,具有低的品质因子,可分解为低共振分量。利用信号共振稀疏分解方法从转子早期碰摩信号中提取冲击成分,根据冲击的周期可进行转子早期碰摩故障诊断。算法仿真和应用实例验证了该方法从转子系统中提取早期碰摩冲击信号的有效性。
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基于弹性稳定约束的桁架臂顶节铰点布局优化研究

王欣1, 王成林1, 周杨1, 徐金帅2

2013, 24(1): 41-46,51.

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运用铁摩辛柯弹性稳定性理论,将桁架臂结构简化成铁摩辛柯梁形式,并以最小屈曲储存应变能为目标函数建立数学模型。针对该模型,在MATLAB环境下编制了优化分析程序,并运用改进的遗传算法对桁架臂顶节铰点布局优化问题进行求解,然后对比分析桁架臂优化前后的稳定性,以确定该数学模型是否合理。研究结果表明,优化模型是合理的,它为解决桁架臂顶节铰点布局方案优化问题提供了一种新的更有效的途径。

高速开关阀在液压缸起动与到位过程中的速度控制研究

高钦和, 宋海洲, 刘志浩, 董庭琼, 杨志勇

2013, 24(1): 47-51.

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为了研究液压缸起动和到位过程中的速度控制问题,设计了高速开关阀与液压缸并联连接的油路,即将高速开关阀连接于液压缸有杆腔与无杆腔之间。分别针对液压缸起动和到位两个过程的速度控制问题,开展了仿真与实验研究。研究结果表明,高速开关阀能有效降低液压缸起动时的活塞最大加速度和到位时的活塞末速度,实现起动过程和到位过程中的速度控制。

大展弦比复合材料机翼刚心分析与剪裁设计

董永朋1, 2, 霍世慧1, 华林1, 王富生1, 岳珠峰1

2013, 24(1): 52-55.

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介绍了一种运用有限元分析软件确定大展弦比复合材料机翼刚心位置的方法,并将该有限元分析方法得到的计算结果与理论方法进行比较,两者最多相差75%。将该方法运用到工程中,以大展弦比复合材料机翼刚心轴线的位置作为目标函数,静强度和稳定性作为约束,蒙皮、梁腹板各个铺层角的厚度和桁条、梁缘条的横截面积作为设计变量进行优化设计。经过多岛遗传算法和序列二次规划算法的迭代计算,最终得到机翼模型刚心轴线的最佳位置,与优化前相比刚心轴线位置更靠近于机翼前缘。

协同环境中基于轻量化的3D异构CAD模型干涉检查

刘清华, 李帅, 刘云华, 万立

2013, 24(1): 56-60,77.

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为了解决异构CAD产品模型干涉检查比较困难等问题,提出了一种基于轻量化模型的对异构CAD产品模型进行干涉检查的实现方法,利用轻量化模型的精细度模型,采用分层过滤的方法,实现了快速干涉检查,并对干涉结果从可视化显示和分析报告两方面进行处理,然后将协同设计插件作为设计端与协同设计管理平台（PLM）的中间层,及时把干涉检查结果发布给设计者以便作出修改。该方法已经在商品化的产品设计可视化平台InteVue中得到应用,应用结果表明,其干涉检查结果可以作为模型设计的有效参考。

面向飞机协同设计的零部件成熟度评估方法

周安宁1, 2, 李文正2

2013, 24(1): 61-65.

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飞机协同设计中并行度的提高带来了冗余反复设计的增加,实时、量化的成熟度指标是这一问题的解决途径。针对飞机协同设计对成熟度指标的要求,提出了一种综合模糊评估方法。该方法依据CPM设计理论,使用零部件的物理完备度、指标符合度、创新度和目标偏离度,评估其剩余的修改程度。在具体描述评估的方法和过程的基础上,将评估方法应用于一个具体的飞机部件协同设计场景,演示其实施过程,并探讨各影响因子在评估结果中的影响情况。最后,通过应用实例说明,该评估方法反映了设计过程中成熟度的真实取值和波动规律,能有效辅助协同设计的展开。
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机械工程学科2012年度科学基金管理工作综述

王国彪1, 赖一楠1, 黄海鸿1, 宋建丽2

2013, 24(1): 66-72.

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综述了2012年度国家自然科学基金委员会机械工程学科科学基金项目的评审及资助情况;以机械摩擦学与表面技术和高能束制造两个典型领域申报项目为例,对申请热点进行了分析。回顾了国家自然科学基金委员会科学处在促进学术交流与合作、重大项目立项、重大研究计划项目中期评估和青年人才队伍培养等方面的管理举措;总结了科学基金项目研究进展与人才培养成果情况。

叶盘结构频率转向特征及失谐敏感性实验研究

赵志彬, 贺尔铭, 王红建, 陈熠

2013, 24(1): 73-77.

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搭建了用于失谐叶盘结构固有特性及失谐敏感性研究的实验平台,对谐调叶盘结构的频率转向现象进行了实验研究,验证了以往理论分析和有限元仿真中发现的频率转向特征和模态振型转换现象;通过在叶尖粘贴不同的质量块,模拟了三种典型的叶片失谐形式,实验研究了失谐叶盘结构的模态局部化问题;针对同一叶片失谐形式下不同的模态密度区域,实验研究了模态密度对失谐敏感性的影响规律。实验结果与有限元实验仿真结果吻合较好。

计及悬架和路面扰动下的轮式悬架移动机械手动力学研究

李蕊, 张明路, 孙凌宇, 张建华, 张小俊

2013, 24(1): 78-84.

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对轮式悬架移动机械手进行动力学研究。综合考虑移动载体的线弹性-阻尼悬架和不平路面等工况,结合轮式悬架移动机械手的约束方程,提取了系统独立坐标变量和关联坐标变量,构建出包含构件坐标变量的轮式悬架移动载体的驱动力模型,建立了轮式悬架移动机械手动力学模型,采用数值仿真对比研究了不同载体移动速度、不同线弹性-阻尼悬架和不同路面对动力学模型的影响。研究结果表明,载体的移动速度对其沿垂直方向的波动的中心位置影响大,悬架刚度和路面扰动对移动载体沿垂直方向的波动范围、移动载体的倾角变化范围、移动载体的驱动力的变化范围均有影响。
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基于扭转模态的管道裂纹聚焦成像

田振华, 徐鸿, 杨志磊

2013, 24(1): 85-89.

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利用超声导波技术,对管道的裂纹检测进行了研究,理论分析了扭转模态的传播特点。基于有限元模拟,分析了不同尺寸裂纹对T(0,1)模态传播的影响。为检测管道中裂纹的位置和尺寸,引入了综合聚焦成像算法。利用该算法,将接收到的反射波在管道不同位置(θ, z)处聚焦成像,并建立管道的成像分布I(θ,z)。成像结果直观地反映了裂纹的位置和尺寸。
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海水润滑塑料轴承的微观热弹流润滑分析

张丽静, 王优强

2013, 24(1): 90-94.

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考虑轴承表面海水润滑膜温度场和轴承表面横向粗糙度等因素,对塑料轴承的弹流润滑问题进行了研究。利用压力求解的多重网格法和弹性变形求解的多重网格积分法以及温度求解的逐列扫描技术,得到塑料轴承微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了连续波状粗糙度、载荷、轴承转速对海水润滑膜压力及膜厚的影响。数值计算结果表明：轴承表面粗糙度对润滑膜压力和膜厚分布都有一定影响,连续波状粗糙度使润滑膜压力和膜厚分布产生振荡;转速和载荷对压力分布影响较小,随转速的增大、载荷的减小,膜厚都有明显的增大。

高速滚珠丝杠副气液二元冷却系统设计与仿真

刘永平, 陈祯, 芮执元

2013, 24(1): 95-98.

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针对高速滚珠丝杠进给系统由于摩擦发热而导致丝杠产生热变形误差的问题,提出一种高速滚珠丝杠副整体循环冷却和重点发热区域局部冷却的气液二元冷却方法,用于抑制机床因高速运转产生热变形而导致传动刚度和加工精度的变化。通过对不同冷却方式下滚珠丝杠副温度场的变化,以及不同冷却速度情况下滚珠丝杠热变形的仿真分析,验证了气液二元冷却系统的可行性。

碳化铬涂层T/P 24在750℃空气中的抗氧化性能研究

吴守军, 桂单明

2013, 24(1): 99-103.

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采用粉体埋入辅助涂层法在T/P 24表面制备了碳化铬涂层。采用质量变化、物相变化研究了PIRAC碳化铬涂层T/P 24在750℃空气中的氧化行为。结果表明：氧化后碳化铬涂层试样表面观察不到形貌变化,几乎检测不到氧化铬和质量变化,证明PIRAC碳化铬涂层具有优良的抗氧化能力。不同温度下制备的PIRAC碳化铬涂层组成的不同,导致涂层表现出不同的抗氧化能力。对涂层组成与抗氧化能力差异和750℃长时间暴露导致涂层中Cr23C6形成Cr3C2现象进行了分析。
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拼焊板车门焊缝布置与尺寸优化设计方法研究

陈刚强1, 李光耀1, 孙光永1, 2, 郭瑞泉3

2013, 24(1): 103-109.

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传统拼焊板零件的焊缝线位置的确定是依靠工程经验来进行试错设计的,导致拼焊板的性能得不到充分的发挥。为了提高拼焊板零件的设计水平,集成双向渐进结构优化方法、灵敏性分析方法和尺寸优化方法,提出一套拼焊板零件设计的新方法。应用新方法进行了车门拼焊板系统的设计研究,研究结果表明,在保证拼焊板车门各种刚度性能要求指标下,车门系统减重125%。新方法能有效提高拼焊板零件的设计水平,一定程度上促进我国汽车工业的发展。

摩托车排气净化消声器性能分析

黄泽好, 杨超, 黄一桃, 吴晓宇

2013, 24(1): 110-114.

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研究了催化器结构对消声器性能的影响,在催化器内加入细插入管建立新催化器模型来模拟催化器的内噪声传递及损失,分析并对比了安装与未安装催化器的消声器的噪声传递损失,运用GT-Power软件建立摩托车发动机工作过程与带催化器的消声器的耦合仿真模型,得到消声器在发动机各转速下的插入损失和压力损失。分析结果显示,消声器在中低频段消声效果较好,在中高频段消声效果较差。根据仿真和试验结果对消声器结构进行改进,改进后的消声器在发动机各转速下消声效果得到改善,插入损失增加3~5dB,仿真结果与试验结果吻合良好。

基于高强度钢选型及成本控制的车顶结构耐撞性优化设计

陈新, 雷飞, 陈国栋, 官凤娇

2013, 24(1): 115-120.

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针对高强度钢在车身结构设计中的应用成本与效率问题，提出一种车顶结构耐撞性设计方法，并对某车型进行优化设计。首先进行全局灵敏度分析，筛选出影响车顶强度的主要承载部件;然后将高强度钢的选型作为离散设计变量,厚度作为连续设计变量，同时对材料成本和总质量进行约束，建立车顶结构耐撞性优化的数学模型;最后，采用移动最小二乘法构造近似模型，结合遗传算法对主要承载部件进行优化设计。结果表明：在部件总质量和材料成本的控制下,车顶承载能力提高18.53%。该方法为高强度钢在车顶结构耐撞性优化设计中的应用提供了一种选型参考。

基于序列响应面法的汽车结构件蜂群优化设计

陈黎明, 陈文亮

2013, 24(1): 120-124.

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将蜂群算法应用于汽车结构件的优化问题。先由试验设计和序列响应面法构建目标函数及约束条件的代理模型,再应用改进的蜂群算法求解最优设计。在优化过程中调用的是代理模型,显著减少了有限元计算次数,提高了优化效率。最后,选取典型实例对该算法进行验证,比较预期值与实际值的结果表明,该算法具备了足够的求解精度,能够满足工程实际要求。

现代大型风电机组现状与发展趋势

刘德顺1, 戴巨川1, 胡燕平1, 沈祥兵2, 3

2013, 24(1): 125-135.

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在各种可再生能源利用中,风能是使用最为广泛和发展最快的可再生能源之一,是近期内最具有大规模开发利用前景的可再生资源。通过对风力发电产业现状进行梳理、归纳和分析,总结了风电机组未来发展趋势,并对风电机组风轮气动分析、载荷计算与分析、结构动力学与控制、能量流传递与调控和变桨距系统等研究现状和面临的问题进行了分析。指出风电机组是涉及多学科理论的复杂非线性系统,包含多物理场和多物理过程,在进一步深入研究过程中,应充分运用多学科知识,采用系统科学的思想方法才能获得全面深入的研究结果。

汽车质心侧偏角估计的研究现状及发展

林棻, 黄超

2013, 24(1): 135-141.

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阐述了汽车质心侧偏角估计对于汽车稳定性控制的重要意义。从量测仪器、估计算法、物理模型、轮胎模型四个方面对国内外的质心侧偏角估计的研究进行了归纳、分析,重点列举比较了各类估计算法的优缺点,最后指出了建模的准确性、不同传感器信号的融合问题、传感器误差的处理、参数的自适应四个方面存在的问题以及发展趋势,并着重指出了参数自适应将是算法研究的重点。

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2013, 24(1): 142.

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