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2013年 第24卷 第20期    刊出日期：2013-10-25
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2013, 24(20):  0. 
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机械基础工程
钎焊套料钻钻削碳纤维增强复合材料层合板出口撕裂缺陷的成因分析
牟娟;陈燕;徐九华;傅玉灿;王伟锋
2013, 24(20):  2699-2704. 
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针对碳纤维增强复合材料钻孔时钻头寿命短、易产生加工缺陷等问题,将钎焊金刚石套料钻应用于碳纤维增强复合材料的钻削加工中。为更好地说明钎焊金刚石套料钻的加工性能，选取了复合材料钻削中常用的金刚石涂层麻花钻进行比较，并选择了实际加工中严重影响加工质量的出口撕裂缺陷进行成因分析。通过检测与分析出口处加工质量，得到以下结论：对于不同结构形式的钻头，仅依靠轴向力及扭矩并不能判断是否产生撕裂缺陷;在相同工艺参数下，钎焊金刚石套料钻的轴向力及扭矩均小于金刚石涂层麻花钻的轴向力及扭矩,使用钎焊金刚石套料钻更有利于减少撕裂缺陷,提高加工效率。
直动型溢流阀非线性动力学行为研究
姜万录1,2;朱勇1,2;杨超1,2
2013, 24(20):  2705-2709. 
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针对溢流阀阀芯震颤导致液压系统产生非线性振动问题，建立了溢流阀非线性动力学模型，利用MATLAB/Simulink进行了数值仿真。研究了受自身结构参数和外部主要因素影响下溢流阀的非线性动力学行为。研究结果表明，对溢流阀非线性动力学行为进行研究能够发现系统参数对溢流阀动态特性的影响规律，对优化溢流阀的结构参数、提高溢流阀运行的稳定性、防止液压系统产生自激振荡有重要的理论指导意义和工程实际意义。
内外螺旋管道机器人性能分析和结构参数优化
梁亮1;朱宗铭1;胡冠昱1;唐勇1;陈柏2;许焰1
2013, 24(20):  2710-2716. 
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数值比较了内外螺旋机器人、单节外螺旋机器人和双节外螺旋机器人的轴向推进力、管道壁所受最大压力、液体对机器人的承载力和液体对机器人周向阻力矩与其外壳转速的关系，分析了内螺旋转速和外螺旋转速的变化对机器人轴向推进力的影响以及机器人外螺旋槽结构参数(槽口宽a2、
槽底宽b2、倾角α2、螺旋槽槽深h2、螺纹升角Φ2和螺纹线数n2）对机器人轴向推进力的影响，
并运用正交试验优化方法优化了外螺旋槽结构参数组合。结果表明：内外螺旋机器人单位有效体积的推进力和液体对其的承载力最大;外螺旋参数的变化对机器人性能的影响远大于内螺旋参数的变化对机器人性能的影响;机器人外螺旋槽结构参数和机器人轴向推进力成非线性关系。在管道直径和机器人内外径确定的条件下，一组最优的外螺旋槽结构参数组合为：a2=1.25mm，b2=0.75mm，α2=70°,h2=0.8mm,Φ2=30°,n2=10。
基于FEM与SPH耦合算法的单颗磨粒切削玻璃的动态过程仿真
段念;王文珊;于怡青;黄辉;徐西鹏
2013, 24(20):  2716-2721. 
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采用有限元法(FEM)与光滑质点流体动力学法（SPH）耦合算法,假设以圆锥作为磨粒的形状,以玻璃为工件材料，进行了单颗金刚石磨粒的三维磨削仿真。仿真结果表明：磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起，且磨屑发生粉末化现象;沟槽的实际宽度远大于磨粒的切削宽度，断裂裂纹向沟槽两侧扩张，裂纹扩展一段后就停止不前而残留下来，成为残留裂纹。该方法可以较好地解决传统有限元法进行脆性材料磨削仿真时容易发生单元畸变的问题，验证了FEM与SPH耦合算法应用于脆性材料磨削仿真研究的可行性。
轮腿式爬楼梯移动机器人的设计及运动特性分析
朱坚民;李付才;李海伟;翟东婷
2013, 24(20):  2722-2730. 
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针对非结构化复杂环境对移动机器人的运动要求，结合轮式和腿式移动机构的优点，设计了一种高效、稳定的轮腿式爬楼梯移动机器人。设计了机器人的主要结构,分析了机器人的稳定性及转向性能。平地行走、转向、越障、上下楼梯等实验结果表明:设计的轮腿式爬楼梯移动机器人结构简单,运动灵活,控制方便,控制精度高,不需对运行步态进行预先规划,它不仅可以在崎岖不平的环境中实现快速行驶,而且实现了快速稳定的爬楼梯功能，具有很强的越障能力和环境适应能力。
平面冗余驱动并联机构自适应滑模同步控制
龙亿;杨晓钧;李兵
2013, 24(20):  2730-2735. 
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基于Kane方程，建立了平面二自由度冗余驱动并联机构的动力学模型。基于轨迹轮廓误差，定义了机构的同步误差及滑模面，将动力学方程线性化，设计了自适应滑模同步控制器并对机构进行了稳定性分析。通过MATLAB仿真计算，并与计算力矩法进行比较发现，自适应滑模同步控制法优于计算力矩法，能够很好地实现轨迹跟踪。
信息技术
基于未知输入观测器的板带轧机液压压下系统故障诊断
董敏;周彬
2013, 24(20):  2735-2740. 
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为解决板带轧机液压压下系统故障辨识和定位问题,通过建立系统精确数学模型,应用未知输入观测器方法进行故障诊断和隔离。在建立系统状态方程的基础上对系统故障进行分析,确定了不同故障的方向矢量;应用未知输入观测器和广义残差集理论将系统故障作为未知输入，通过设计未知输入观测器组获得对特定故障方向具有鲁棒性的广义残差集进行故障诊断;仿真及试验验证了诊断方法的正确性和可行性。
汽车自动变速箱中周转轮系设计方案的自动创成
李雨桐;王玉新
2013, 24(20):  2741-2746,2752. 
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以汽车自动变速箱结构特征为依据,总结归纳出三自由度以内六至九杆周转轮系图形载体拓扑图谱,通过对图形载体进行符合设计规则的转动副、齿轮副的标注,齿轮副内外啮合类型的标记,同构方案的识别,以及违反自动变速箱结构特征方案的剔除等过程,实现了符合设计要求的非同构周转轮系方案创成的计算机化,并给出了便于计算机识别的符号方案。
螺栓连接单搭接件疲劳特性试验与全寿命估算方法研究
郁大照1;陈跃良2;高永1
2013, 24(20):  2747-2752. 
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飞机搭接件结构在疲劳载荷下会产生裂纹并扩展，而目前对搭接件结构参数与其疲劳寿命的关系研究还不够系统，且寿命估算模型只考虑了全寿命的一部分。对不同结构参数的三螺栓单搭接件的疲劳特性进行了试验研究，并以现有工程方法为基础，构建了基于材料初始不连续状态的搭接件全寿命估算模型。结果表明，搭接件的疲劳破坏具有一定的隐蔽性，在一定条件下，采用直孔形式、增大孔间距和螺栓预紧力、减小孔直径等都可以改善搭接件的疲劳特性。数值估算结果与试验结果的对比表明，所建寿命模型具有一定的精度，能满足工程需要，计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。
基于ICPSO优化的极限学习机在故障诊断中的应用
高斐1,2;李洪儒1;许葆华1
2013, 24(20):  2753-2757. 
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极限学习机(extreme learning machine,ELM)的分类性能受随机产生的输入权值和隐层阈值的影响,为此,提出一种改进的混沌粒子群算法(ICPSO),用以优化输入权值和阈值,得到基于ICPSO优化的ELM故障诊断模型。仿真和实验结果表明,ICPSO算法改善了ELM网络的学习效率和诊断精度,可有效应用于故障诊断。
机械基础工程
气路静电监测技术在涡喷发动机试车中的应用
刘鹏鹏;左洪福;孙见忠;蔡景
2013, 24(20):  2758-2763,2790. 
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将气路静电监测技术应用于涡喷发动机状态监控。在利用静电电压信号计算电荷信号的过程中，利用最小二乘法解决了电荷信号存在漂移趋势的问题。分析了试车过程中电荷信号及其特征参数，表明航空发动机燃烧室积碳故障能够引起静电信号特征参数出现异常变化。结合模糊数学理论并借鉴民航发动机故障图方法，建立了某型涡喷发动机试车过程中的分解决策模型，采用实际数据验证了该模型能在一定程度上解决试车过程中发动机存在的过分解和欠分解的工程实际问题。
多相材料的连续体结构拓扑优化设计
占金青1;卢清华2;张宪民3
2013, 24(20):  2764-2768. 
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采用改进的过滤技术进行多相材料的连续体结构拓扑优化设计。以应变能最小化作为目标函数，结构体积作为约束，建立多相材料的连续体结构拓扑优化模型，将移动近似算法用于拓扑优化问题求解，采用改进的过滤求解技术对目标函数灵敏度及单元设计变量进行过滤，避免迭代过程中出现数值不稳定现象。数值算例结果表明，采用改进的过滤技术的多相材料连续体结构拓扑优化设计方法是有效的，能够获得清晰的结构拓扑图。
再生骨支架内部结构性能的综合评价
尤飞1;胡庆夕2;朱晓锦2
2013, 24(20):  2768-2774. 
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在分析影响再生骨支架内部微观结构性能因素的基础上,构建了支架内部结构性能的综合评价指标体系。根据各项评价指标对支架的生物活性、力学强度、降解速度等性能的影响程度，建立支架内部结构性能的层次分析模型;基于层次分析法(AHP)理论和计算方法，确定各项评价指标在内部结构性能综合评价中的权重值。基于灰色关联度分析的评价理论，构建支架内部结构性能的综合评价模型;计算各项评价指标的灰色关联度值，以此综合评判支架内部结构性能的优劣，保证再生骨支架具有良好的生物活性、较好的力学性能以及均衡的降解速度。
基于BITD和同态滤波解调的齿轮故障诊断方法
钟先友1,2;曾良才2;赵春华1,2;陈保家1
2013, 24(20):  2775-2780. 
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针对齿轮故障振动信号的非平稳特征以及本征时间尺度分解(ITD)方法的缺点,提出了B样条改进的本征时间尺度分解(BITD)和同态滤波解调相结合的故障诊断方法。首先采用BITD方法对齿轮振动信号进行分解，将其分解为若干个合理旋转分量之和,然后用相关系数筛选出最能表征故障信息的合理旋转分量进行同态滤波解调来提取故障特征。仿真信号与齿轮故障诊断工程实例分析验证了该方法的有效性。
基于超声波的LCD面板玻璃无损分离实验研究
王玉琳;蒋浩;赵凯;刘光复
2013, 24(20):  2780-2784. 
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提出了一种基于超声波的LCD面板无损分离方法。适当地选择碱性溶液或酸性溶液，在超声波的辅助作用下，可以有效地溶解LCD上下玻璃基板之间的封框胶，去除玻璃基板上的ITO镀层，从而得到完整、清洁的玻璃基板，同时可以回收稀贵金属铟。所得的玻璃基板可用于生产新的LCD面板，大大提高其回收价值。
近场超声悬浮承载能力及影响因素的理论及实验研究
马希直;王胜光;王挺
2013, 24(20):  2785-2790. 
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应用流体动力润滑理论分别建立固定悬浮体以及自由悬浮体的超声气体挤压膜气膜压力模型，并对模型进行数值求解，获得超声频振荡气体挤压膜的压力分布及承载能力，在此基础上利用Christensen平均模型讨论了表面粗糙度对承载能力的影响。结果表明：气体挤压膜具有较大的承载能力，且承载能力大小主要取决于挤压运动的振幅和频率，其中，振幅对气体挤压膜承载力影响最为显著，而频率影响次之。低频范围内，频率对承载力的影响较大，而随着频率的升高其影响逐渐趋于平稳。构造适当的表面纹理可以在一定程度上提高气体挤压膜的承载力。研究结果可以为超声悬浮器件或涉及挤压膜问题的微纳器件设计提供参考。
求解单行布局问题的一种变邻域搜索算法
张则强;谭思捷;黄玉真;程文明
2013, 24(20):  2791-2796. 
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设施布局问题对于企业内部的物流合理化起着重要作用,
单行布局问题作为设施布局问题的一个典型特例,属NP-hard问题,常规方法难以精确求解。针对单行布局问题的
复杂性,提出了一种改进的变邻域搜索算法进行求解。首先构建单行布局问题的数学模型,然后分析模型并构造一种有效的初始解;针对问题特征,设计了4种邻域结构,该邻域结构采用了从简单到复杂的推进搜索机制;改进了局部搜索算法并对邻域结构进行搜索;最后进行了实例验证,并与多种经典算法进行了对比，结果表明,所提变邻域搜索算法
可在短时间内得到单行布局问题高质量的近优解。
基于混合语言变量的工程特性优先度确定方法
王增强;李延来;蒲云
2013, 24(20):  2797-2803. 
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为了有效地反映质量功能展开中不精确和不清楚的信息，提出了基于混合语言变量的工程特性优先度确定方法。首先，评估成员采用确定的语言变量给出顾客需求与工程特性的关联强度评估矩阵，进而集结评估成员的相对重要度和顾客需求的重要度，通过计算偏差得到工程特性的基本优先度;其次，评估成员利用不确定的语言变量判断各项工程特性的竞争现状，得到各项工程特性的竞争优先度;最后,将基本优先度和竞争优先度合成，确定各项工程特性的综合优先度。以长袋低压脉冲除尘器的新产品设计为例，证明了该方法的可行性和实用性。
材料工程
外星轮热挤压模具结构及工艺参数联合多目标优化
李路;王放
2013, 24(20):  2804-2809. 
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针对外星轮热挤压过程模具负载大、填充性能波动的问题,
对关键的模具结构参数（入口斜度，根部圆角，模口圆角）及核心工艺参数（挤压速度，摩擦因数，坯料初始温度，模具预热温度，模具硬度）开展联合优化，以期获得负载和填充性能的平衡。首先应用部分析因试验设计，针对最大成形载荷和填充能力进行主参数效应筛选,对得到的关键因子进行拉丁超立方抽样并对样本点进行有限元模拟。以关键因子为变量、有限元模拟结果为响应，分别建立最大成形载荷和填充能力的径向基函数近似模型。基于上述近似模型，采用线性加权和法将所得近似模型转化为单目标函数，利用粒子群算法进行全局寻优，得到优化的关键结构和工艺参数组合，并通过仿真和生产试验验证了优化结果的正确性。
新型锯丝的弹塑性冷绕成形与回弹研究
姚春燕;陈思源;彭伟
2013, 24(20):  2809-2814，2819. 
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为提高新型锯丝冷绕成形的精度，对内外线径的关系进行了研究。通过分析锯丝成形时所受载荷及弹塑性变形，建立了拉伸弯曲组合的力学模型，从而得出了轴向力影响下弯矩与弯曲半径之间的数学关系。利用纯弯下的M-k曲线，采用用特征点切线表征塑性段曲线的方法确定了回弹弯矩和回弹曲率，推导出了内外线径的理论计算公式，并以锯丝的冷绕成形实验验证了公式的可靠性。从材料和工艺方面提出了回弹控制措施，对新型锯丝的生产具有一定的指导意义。
 
铝合金与不锈钢热补偿电阻点焊接头性能研究
石红信1;邱然锋1;张晓娇1;尹丹青1;于华1;张柯柯1;里中忍2
2013, 24(20):  2815-2819. 
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采用热补偿工艺垫片电阻点焊法对铝合金A5052与不锈钢SUS304异种材料进行了焊接。探讨了焊接参数对接头的抗剪与抗拉性能的影响，并通过电子显微镜对接合界面区进行了观察,分析了界面反应物形貌及厚度分布等微观特性。研究结果显示：一锯齿状反应层在接合界面生成，其厚度随焊接电流以及界面上位置的变化而变化,界面反应层对接头抗剪强度无影响，但能减弱接头抗拉强度。
车辆工程
AMT中度混合动力汽车经济性换挡规律研究
秦大同1;龙海威1;胡明辉1;叶心2
2013, 24(20):  2820-2825. 
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针对装备机械自动变速器（AMT）的中度混合动力汽车，综合考虑发动机、电动机/发电机、电池和传动系统的效率，以动力传动系统效率最优为目标，确定了驱动工况各工作模式工作区域。在此基础上，分别对各模式下的经济性换挡规律进行研究，获得了中度混合动力汽车驱动工况下的经济性换挡规律。在MATLAB/Simulink平台上，采用ECE+EUDC循环工况对所提出的经济性换挡规律进行仿真，结果表明，与ADVISOR中的传统换挡控制规律相比，所提出的换挡控制规律能较好地提高整车的燃油经济性。
电动轮自卸车动力总成悬置系统分析与优化
尹庆1;谷正气1,2;陶坚1;伍文广1;徐亚1
2013, 24(20):  2826-2831. 
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针对电动轮自卸车动力总成结构特点,根据能量解耦理论和最优化理论,建立了电动轮自卸车动力总成悬置系统六自由度动力学模型，以其六自由度解耦率最大为优化目标,采用优化拉丁方法,分析出影响解耦的主要参数,结合遗传算法、模拟退火法对电动轮自卸车动力总成悬置系统进行了优化设计。然后将优化结果视为满足正态分布的随机变量,运用Monte Carlo方法对其进行稳健性分析，以考察设计值的变化对目标函数的影响。结果表明，运用此优化方法对悬置系统进行优化能有效提高解耦率，优化结果稳定可靠，基本满足稳健性要求。
S-修正的自适应卡尔曼滤波与模糊卡尔曼滤波相结合的汽车状态估计算法
黄超;林棻
2013, 24(20):  2831-2835. 
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精确的汽车状态信息的获取是汽车动态控制系统正常工作的前提。建立了二自由度汽车动力学模型,提出了将S-修正的自适应卡尔曼滤波与模糊卡尔曼滤波相结合进行汽车关键状态估计的方法。模糊卡尔曼滤波利用所设计的模糊控制器通过实时监测信息实际方差与理论方差的比值,实现对时变量测噪声的协方差矩阵的实时在线估计,提高了算法在时变量测噪声情况下的鲁棒性;S-修正的自适应卡尔曼滤波算法基于滤波不发散理论推导得出实时修正因子S,进而对估计误差协方差矩阵直接加权。两种方法的结合在总体上提高了在汽车动力学系统过程噪声与量测噪声协方差矩阵不准确情况下算法的鲁棒性与估计精度，最后通过基于ADAMS的虚拟试验验证了该方法的有效性。
机车发动机用凸轮轴非圆磨削凹弧段轮廓重构方法研究
李静;张伟;沈南燕;王歆令
2013, 24(20):  2836-2839. 
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在分析带有凹弧段的机车发动机用凸轮轴的加工难点的基础上提出了一种凸轮轴磨削新工艺，即采用大小砂轮配合磨削凸轮轴轮廓。为了避免大砂轮磨削时对凹弧段产生干涉,
对比研究三次多项式、五次多项式曲线重构方法，仿真实验分析了两种重构曲线轮廓磨削运动规律,结果表明,五次多项式重构曲线轮廓磨削对机床头架、砂轮架的伺服跟踪性能要求较低，且磨削运动规律曲线较平滑。磨削试验验证了仿真分析的正确性，表明采用基于五次多项式凸轮轴轮廓重构的凹弧段磨削新工艺具有一定的可行性，在保证凸轮轴磨削轮廓精度的同时提高了磨削加工效率。
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2013, 24(20):  2840. 
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