中国机械工程

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2014, 25(24): 0.

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电池极片轧机液压压下系统的建模仿真与实验研究

张伟, 袁丛林, 刘广阔

2014, 25(24): 3267-3271.

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为了提高极片轧机的轧制效率和轧出极片质量，对极片轧机液压压下系统进行了分析,给出了电池极片的负载特性方程,建立了包括液压泵站在内的系统仿真模型，并对恒轧制力和恒位移两种方式进行了实验和仿真分析对比。仿真结果与实验结果基本一致，表明所建立的仿真模型具有实际参考价值，为液压控制系统参数优化和设定合理的压制工艺提供了依据。

基于坐标孔的翼肋柔性装配协调方法

郭飞燕, 王仲奇, 康永刚, 李西宁, 张修坤, 曾天

2014, 25(24): 3271-3277.

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为保证翼面类部件外形的装配准确度,研究了以坐标定位孔为协调定位基准的内定位装配方式对装配准确度的影响。对比分析传统翼肋产品的外形定位方式的协调方法,根据以坐标定位孔为协调定位基准协调外形轮廓过程中的优势,提出了一种翼肋柔性装配方法，设计了翼肋定位执行末端，在虚拟环境下进行了柔性定位仿真验证。结合飞机数字化制造流程，分析其装配协调过程，计算以坐标孔为协调基准的外形尺寸误差。某型飞机前缘襟翼的柔性装配实例表明：柔性定位单元结构简单，成本较低，翼肋柔性装配准确度完全满足外形精度设计要求。

周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度理论模型研究

胡伟, 江征风, 曾荣, 陈雷, 王立伟

2014, 25(24): 3278-3281,3288.

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以弧形弹簧自身变螺旋角的特征为基础建立了周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度理论模型。基于弧形弹簧曲线方程，根据弧形弹簧螺旋角成周期变化的特点，结合相关力学理论推导出弧形弹簧传递扭矩与总变形之间的关系(弹簧静刚度)。应用周向长弧形弹簧双质量飞轮静刚度实验台进行了试验研究，试验结果与理论结果的对比验证了该静刚度理论模型的可行性与准确性；对比多种其他静刚度理论模型，该方法提高了静刚度计算精度。

热管铣刀散热基本结构关键参数优化

刘志军, 全燕鸣

2014, 25(24): 3282-3288.

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为给基本结构优化后的热管铣刀设定合理的结构参数，对热管铣刀的热流过程进行了优化分析，对与散热增量关系不明确的结构参数进行了深入讨论，并进行了该类参数与散热增量间的量化关系实验。首先建立热管铣刀结构参数与散热增量之间的关系评定实验平台，再通过系列正交试验获得各试验因子与散热增量之间的关系，并获得各因子的最佳取值，最后基于实验得到的各参数最佳值制造一把热管铣刀，并以此热管铣刀进行切削测温实验，进而验证正交试验结论的正确性。实验结果表明，相比结构参数未优化的热管铣刀，优化后切削区的温降达到50℃以上。

一种内螺旋管道机器人

梁亮, 江华, 唐勇, 陈柏, 段想平

2014, 25(24): 3289-3294.

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提出了一种内螺旋管道机器人(简称内螺旋机器人）。设计了该机器人的结构，建立了机器人的动力学方程，数值计算了机器人在管道内运行时管道内壁所受的压力、机器人的轴向推进力和液体对机器人的周向阻力矩。结果表明，当驱动为外磁场驱动时，内螺旋机器人轴向推进力和周向阻力矩都会增大，但对管道壁的损伤也会增大。以机器人轴向推进力和能效指标为优化目标,采用正交优化方法得到一组最优的内螺旋槽几何参数。根据内螺旋机器人的工作原理,设计制造了内螺旋驱动样机,该样机在充满201甲基硅油管道中的运行实验证明了内螺旋机器人的可行性。提出的内螺旋机器人表面光滑,能悬浮运行,对管壁的损伤小,可用于人体内腔的微细管道中。

一种基于虚拟力的多机器人编队控制系统

楼晓春, 谢宇

2014, 25(24): 3294-3297,3302.

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针对多机器人协同控制问题,采用Zigbee无线通信系统,设计了基于局部信息存储的黑板通信方式，将领航-跟随算法与虚拟力法相结合,定义了基于距离与速度分量的虚拟力，通过引入随机发生函数、变排斥力反馈控制算法,解决了多机器人自组织协作中瘫痪死锁、决策冲突的问题，构建了三台两轮差速驱动的小型移动智能体物理实现平台。仿真结果及移动机器人实体实验证明了该方法的有效性和可行性。

基于抽样净益的指数型产品Bayes可靠性鉴定试验

王燕飞, 杨沐华

2014, 25(24): 3298-3302.

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利用Bayes决策理论，对指数型产品的失效率进行了可靠性鉴定试验方案的设计。根据实际经济损失与失效率之间的关系确定了决策损失函数,使损失真正量化。采取定数截尾方式，以验后风险准则下的弃真和存伪两类风险的约束为前提,依据抽样净益最大的原则确定了最大样本量和失效数。根据后验损失准则，得到满足产品鉴定的合格判定时间。为此，使用者能够从经济方面考虑获得比单纯用概率风险方案更加合理有效的鉴定方案。最后用算例验证了方法的有效性和可应用性。

基于应变模态和信赖域优化的结构损伤识别方法

李世龙, 马立元, 董, 彬, 王天辉

2014, 25(24): 3303-3307.

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将应变模态与信赖域优化算法相结合，提出了基于应变模态的最小二乘目标函数，将损伤识别问题转化为二次优化问题。由于传统的应变模态差既包含损伤位置信息，又包含损伤程度信息，对其进行目标函数最小化时容易产生误判,因此对应变模态目标函数进行了改进，改进后的优化分两步进行，实现了损伤识别的先定位、后定量。最后，通过两个数值算例对该方法进行了验证，结果表明改进方法的识别效果更为理想，为应变模态法在实际工程中的应用提供了新思路。

基于嵌入式SRVPMCD的模式识别方法

潘海洋, 杨宇, 马利, 程军圣

2014, 25(24): 3308-3313.

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针对多变量预测模型（VPMCD）模式识别方法的固有缺陷和机械故障特征难以选择的难题，即特征维数较多时对时效性的影响和特征选择需要引入主观因素的现状,提出了一种基于嵌入式的逐步回归多变量预测模型（SRVPMCD）模式识别方法。该方法首先通过逐步回归引入变量并计算其显著水平,建立只包含显著特征值的预测模型，同时实现嵌入式特征选择和建模分类的功能，然后用所建立的预测模型来预测待分类样本的特征值，最后把预测结果作为分类依据进行模式识别。对滚动轴承故障信号的分析结果表明，基于嵌入式SRVPMCD的模式识别方法可以实现特征选择和分类的双重功能，在保证识别精度的前提下，比原VPMCD方法及其组合方法可以更快地识别滚动轴承的工作状态和故障类型。

基于压缩感知弱匹配追踪算法的信号特征提取

李鑫滨, 马阳, 邱建坤, 张淑清

2014, 25(24): 3314-3320.

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针对滚动轴承故障诊断中的特征提取问题,提出一种基于压缩感知弱匹配追踪算法的特征提取方法。针对轴承故障信号特征特点构建了一个由傅里叶字典和冲击时频字典组成的联合字典,作为弱匹配追踪算法中的过完备冗余原子库。进而利用改进的简化粒子群寻优算法在联合字典原子库中寻找最能匹配轴承故障信号特征的原子，实现故障信号的快速高效稀疏分解。在信号重构阶段提出了一种改进的阈值降噪策略,解决了软阈值降噪存在恒定偏差以及硬阈值降噪的不连续问题。对CWRU（Case Western Reserve University）轴承数据中心所提供的标准轴承故障信号和某钢厂滚动轴承实测信号进行了仿真，仿真结果验证了该方法的优越性。

插补前加减速运动时间周期化等效变换算法

尹涓, 罗福源

2014, 25(24): 3320-3325.

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针对数控系统插补前加减速控制计算得到的运动时间不是插补周期的整数倍的问题,提出了基于连续时间速度曲线与位移等效变换原理，生成满足插补周期整数倍特征的周期化离散速度曲线的方法，并以梯形加减速为例，详细推导了起止速度为任意正实数情况下不同加减速阶段的各个插补周期的进给速度计算公式。该方法无需改变插补周期，易于与传统伺服运动控制系统兼容。插补实例表明，提出的方法能够生成匀速运动速度严格等于指令速度的速度曲线，保证以指定的速度通过线段终点，且具有较高的运动效率与插补精度。

液体静压转台倾斜油膜承载特性解析

熊万里, 符马力, 王少力, 吕浪

2014, 25(24): 3326-3333.

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针对CFD数值仿真计算过程中建模周期长、计算效率低的缺点，基于各封油边当量油膜厚度思想采用解析法来研究液体静压转台倾斜承载特性,推导了倾斜油膜承载力、弯矩和刚度的计算公式，提高了计算效率。利用CFD软件Fluent对油膜进行了数值仿真,结果表明倾斜油膜承载力误差保持在6%以内,弯矩误差保持在8%以内,验证了解析公式的可靠性。利用所提出的解析方法研究了倾斜位移率、供油压力、节流孔径和转速对油膜基本性能参数的影响规律。

冲压成形中凹模入口角曲线优化

王晋炜, 郭水军, 杨旭静, 郑娟

2014, 25(24): 3333-3337.

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冲压成形时,凹模入口角的形状对模具与工件之间的摩擦、冲压件表面质量以及模具使用寿命均有着重要的影响。为能获得最优的凹模入口角,提出了采用三次样条曲线作为凹模入口角曲线的新工艺方法。以板料与凹模入口角处的摩擦力做功为研究对象,基于响应面和试验设计方法,在满足成形质量前提下,优化凹模入口角曲线。结果表明:采用优化后的三次样条曲线进行凹模入口角设计，可以减小凹模入口角处的摩擦力做功，且摩擦力做功分布较均匀；可延长模具使用寿命,并可以提高工件表面质量。

显微成像系统的多参数自适应优化技术

王洪伟, 陈果, 李爱, 陈立波

2014, 25(24): 3338-3342.

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在基于显微磨粒图像处理的磨损故障诊断系统中,图像质量是保证磨粒分析的关键。而磨粒显微图像的成像质量与摄像机参数、光源参数有非常大的关系。采用遗传算法,对摄像机参数和光源参数进行了6个参数自动优化,利用标准图像与某参数下的图像差异构造了适应度函数,通过实数编码、赌轮选择、算术交叉和均匀变异等遗传算法操作,最终得到了一组最优的摄像机和光源参数。在该组参数下，磨粒图像与标准图像达到了最佳的逼近。最后，通过实验验证了该方法的正确有效性。

级联分段线性随机共振的微弱信号检测

孙虎儿, 王志武

2014, 25(24): 3343-3347.

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针对强背景噪声下微弱信号检测困难的问题，提出了一种级联分段线性随机共振的微弱信号增强检测方法。该方法采用分段线性随机共振模型，避免了经典双稳系统对强噪声下弱信号提取时存在的饱和现象,同时,选用的分段线性系统的级联方式可使高频噪声被有效滤掉，低频信号能量不断增强。仿真信号和滚动轴承故障信号的检测结果表明,该方法可以适应更低信噪比信号的检测,参数调节方便，检测结果优于级联双稳系统，具有良好的工程应用前景。

基于影响系数的6-PUS并联机构逆向运动学分析

谢志江, 王成非, 史浩明, 王俊杰, 游诗茂

2014, 25(24): 3348-3352.

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以一种6-PUS并联机构为研究对象，据其结构特点得到了运动学逆解及影响系数矩阵，建立了正确的运动学方程。利用MATLAB软件对机构运动学性能指标进行了理论计算与仿真分析，获得了相应的运动学性能指标图谱。通过算例证明了该性能图谱能为机构的设计和优化以及控制策略的选择提供理论依据。

基于形式概念分析的3D零件结构模型关键结构确定方法

吴强, 谢丽萍, 董雁

2014, 25(24): 3352-3358.

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已有的基于装配结构模型的零件结构编码方法,是对所有结构码进行搜索对比的,因而检索效率不高。为解决这一问题,提出了一种基于形式概念分析的关键结构确定方法。通过将零件功能表面与位置关系映射为具有二元关系的形式背景，构建了三维零件结构模型的概念格。引入信息熵，用权值发现重要属性以及概念内涵，从而对不同重要程度的形式概念进行了排序。据此可根据设定的阈值并考虑与中心权值的偏差确定零件的关键结构，这为利用结构编码进行高效零件查询奠定了基础。

奥氏体不锈钢制压力容器应变强化工艺研究及安全性分析

韩豫, 王可胜, 陈晓平, 张柱

2014, 25(24): 3359-3364.

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根据欧盟EN 13458-2: 2002中关于奥氏体不锈钢制压力容器应变强化标准确定了材料的许用应力,设计并制造了奥氏体不锈钢制试验容器，合理制定了焊接工艺并对容器焊缝进行了射线和渗透检测，所有焊缝质量均达到Ⅰ级合格。通过自行开发的精确自动加压设备对试验容器实施应变强化工艺,通过测量应变强化后容器周长变化量来计算强化容器的永久变形量，并与理论值进行了比较,两者吻合较好。对应变强化容器进行了爆破试验，以确定其爆破压力和爆破部位，并测量容器启裂部位的周长变化量和壁厚减薄量，检验强化容器的塑性储备。探究了应变强化容器极限承载压力和爆破安全系数并讨论了其安全性。

双毂倒挡齿轮温锻成形金属流变行为及工艺研究

李亨, 陈文琳, 周瑞, 施卫兵, 吴玉程

2014, 25(24): 3364-3367,3390.

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根据齿部带有倒锥的双毂倒挡齿轮结构特点,提出了一种两步温锻+冷精整的新工艺。以某双毂倒挡齿轮零件为例进行实验发现齿形下角隅充填不满,为解决此问题建立了齿轮温锻成形过程的刚塑性有限元仿真模型，分析了其速度、应力与应变等场量信息，结合盐酸热蚀后的金属流线探讨了成形过程中金属的流动规律，通过在模具上设置凹槽增大金属径向扩展“波形”最终使得轮齿角隅充填饱满。齿轮测量仪检测结果表明：采用提出的新工艺能够获得满足双毂倒挡齿轮要求的轮齿齿形。

基于热喷涂的轴类零件再制造工艺及其残余应力分析

曹华军, 童少飞, 陈海峰, 舒林森

2014, 25(24): 3368-3372.

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热喷涂技术是再制造工程的关键支撑技术之一，是实现损伤零部件表面尺寸快速恢复、性能大幅提升以及服役寿命延长的重要技术手段。热喷涂制备的涂层系统内过大的残余应力对再制造零件的质量和可靠性有着重要的影响。以某废旧滚齿机主轴为例，采用等离子喷涂技术对磨损的外锥面进行了修复,基于有限元法对涂层/基体系统在冷却过程中产生的残余应力及其分布情况进行了分析和预测,并用X射线衍射法检测验证了所建立的分析模型的合理性以及模拟结果的可信度。涂层系统残余应力的模拟结果和检测结果具有很好的一致性。

不同应力比下U75V轨道钢疲劳裂纹扩展行为研究

吕斌1,2;丁振宇1,2;高增梁1,2

2014, 25(24): 3373-3377.

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对高速铁路常用轨道钢U75V进行了不同应力比下的疲劳裂纹扩展门槛值测试和疲劳裂纹扩展试验。试验结果表明，应力比对U75V轨道钢的裂纹扩展行为有着显著影响。利用分级降载法测得的疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小,裂纹扩展速率随应力比的增大而增大。对裂纹断口微观形貌进行了细致观察分析，发现整个疲劳断口分布有凸条纹棱线。疲劳门槛值附近出现沿晶体学平面的穿晶小刻面；低扩展速率区凸条纹棱线平行排列，棱线方向与珠光体片层方向一致；高扩展速率区的棱线出现弯曲及碎裂，同时伴有解理断面及二次裂纹。

核电汽轮机转子焊缝金属原奥氏体尺寸对疲劳裂纹稳定扩展区和近门槛区临界点的影响规律研究

孙林根, 蔡志鹏, 潘际銮, 刘霞, 许晓进, 丁玉明

2014, 25(24): 3378-3384.

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研究了25Cr2Ni2MoV核电汽轮机低压焊接转子模拟件埋弧焊焊缝金属疲劳裂纹扩展速率和应力强度因子幅关系曲线，发现了不同试样疲劳裂纹稳定扩展区和近门槛区临界点对应的应力强度因子幅不同的现象。使用逆推法在金相中确定了临界点位置，并进一步研究了临界点处的原奥氏体晶粒尺寸，发现其与裂纹尖端单向塑性区最大尺寸有较好的对应关系。而模拟件多层多道焊焊缝金属组织不均匀性带来的临界点位置的差异是造成门槛值测试结果分散的重要原因之一。

基于遗传算法的汽车紧急避让控制与优化

汪伟, 赵又群, 贝绍轶, 刘文婷, 许健雄

2014, 25(24): 3385-3390.

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考虑轮胎侧偏特性的非线性,在MATLAB/Simulink中建立了非线性两自由度汽车紧急避让转向模型,并通过实车试验验证了模型的正确性。基于汽车操纵稳定性评价和单神经元自适应PID控制理论,得到了汽车紧急避让控制算法，实现了车辆以不同车速跟踪给定单移线，且结果良好。在此基础上，利用多岛遗传算法进行控制参数优化设计，以实现系统的最优控制。对控制参数优化前后的汽车以相同速度跟踪给定路径进行仿真计算。结果表明：以最优控制参数进行计算的路径跟踪精度更高，具有良好的鲁棒性和自适应性。

流固耦合作用对汽车侧窗气动噪声的影响

谢超, 谷正气, 宗轶琦, 罗泽敏, 江财茂

2014, 25(24): 3391-3396.

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气动噪声是高速行驶下汽车的主要噪声源,在组成气动噪声的三部分声源中,偶极子声源占主导地位,而偶极子声源又取决于车身表面脉动压力。应用双向流固耦合方法对汽车的表面脉动压力进行数值计算,利用CFX软件进行流场计算,ANSYS软件进行结构计算，以MFX-ANSYS/CFX为数据耦合平台，采用双向同步求解的方法，对流场和侧窗结构响应进行联合求解，并将耦合前后的计算结果与风洞试验进行对比。结果表明，流固耦合作用使得流场压力脉动增强，且车速越高，流固耦合作用对气动噪声的影响越大；与非耦合数值计算相比，耦合计算结果更接近试验值，具有更高的准确性。

基于Bekker理论的新能源矿运车转向特性研究

刘相, 柳波, 龙紫照, 高宇

2014, 25(24): 3397-3402.

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针对矿运车转弯不灵活、转弯半径过大的缺点，对液压系统进行了改进。依据Bekker地面力学理论，建立了矿运车转向过程的运动学和动力学数学模型，借助ADAMS和AMESim软件建立矿运车动力学和液压系统联合仿真模型，分析了矿运车的转向特性。仿真结果和现场实验数据的对比分析表明,采用改进的液压系统方案能够形成稳定的内外侧车轮速度差，从而顺利实现车体转向。

某款轻型商用车降油耗方法

姜健, 校辉, 吴朝晖, 吴冰

2014, 25(24): 3403-3407.

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通过整车风阻系数、汽车轻量化和整车传动系速比优化,以及置换低滚阻轮胎等方法进行某款轻型商用车的燃油经济性提升。应用CFD数值模拟方法对某商用MPV车身进行空气动力学仿真及优化，并结合油泥模型风洞试验对降风阻效果进行验证；应用整车轻量化方案，以及使用低滚阻轮胎对整车的滚动阻力进行优化;通过传动系总速比优化，使该款商用车在NEDC的运行工况下更加接近经济区域。

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2014, 25(24): 3408.

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