中国机械工程

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2018, 29(19): 0.

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弯曲钢丝绳股内钢丝张力变化仿真与实验

李伦1，2;赵德阳1，2;李济顺1，2，3;薛玉君2;邹声勇3;马伟1，2;杨少东1，2

2018, 29(19): 2269-2276.

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以1+6型钢丝绳为研究对象，应用有限元方法进行仿真分析，得到绳股内各丝张力随钢丝绳-天轮接触弧长与钢丝绳捻距比值的变化规律，并通过实验对仿真结果进行验证。运用灰色关联度分析法对仿真结果和实验结果进行对比分析，阐述了钢丝张力变化的周期性规律。研究结果表明：当钢丝绳-天轮接触弧长等于钢丝绳捻距一半的奇数倍时，绳股内钢丝弯曲张力差值较大；当钢丝绳-天轮接触弧长等于钢丝绳捻距一半的偶数倍时，绳股内钢丝弯曲张力差值较小。

砂轮表面形貌定量评价及修整效果研究

刘伟1，2;商圆圆1，2;邓朝晖1，2;刘仁通1，2

2018, 29(19): 2277-2283.

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基于砂轮表面磨粒出刃面积，提出砂轮表面磨粒出刃面积率Sr的概念，在此基础上提出磨粒出刃度βd和磨粒出刃面积分散度δs两个指标来评价砂轮表面形貌特征。用滚轮修整器对树脂结合剂金刚石砂轮进行修整实验，分析了不同修整方式、修整深度和修整速比对βd和δs的影响。采用修整后的砂轮进行磨削实验，分析了不同特征参数的砂轮对磨削力和工件表面粗糙度的影响。研究结果表明，采用较小的修整深度、较小的修整速比，多次进给修整砂轮时，磨粒出刃度高、磨粒出刃面积分散度小，修整效果好。当βd为69.35%、δs为1 000 μm2时，磨削力、表面粗糙度最小，表明砂轮磨削性能最好，证明修整质量最高。因此所提出的βd、δs两个指标能对修整后的砂轮表面形貌进行有效评价，且磨粒出刃面积的检测方法简单，检测效率较高。

基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法

赵林峰1;杨军1;张荣芸2;陈无畏1

2018, 29(19): 2284-2289,2297.

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通过对非线性汽车动力学模型进行分析，提出了一种基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法。轮胎侧向力的估计采用三个基本步骤，首先基于干扰观测器对侧向力横摆力矩进行估计，然后利用最小二乘法对两前轮与两后轮侧向力之和进行估计，最后采用垂向载荷按比例分配的经验方法对各轮胎侧向力进行估计。基于MATLAB/Simulink软件，对此轮胎侧向力估计系统进行仿真，将所得结果与CarSim动力学仿真软件结果进行对比，并采用硬件在环仿真平台进行试验验证。结果表明，所提估计算法能够准确地估计出轮胎侧向力，避免了复杂轮胎模型的运用以及对地面附着系数的依赖。

基于响应曲面法的YG8硬质合金刀片化学机械抛光工艺参数优化

袁巨龙1，3，4;毛美姣1，2;李敏1，3，4;刘舜2;吴锋2;胡自化2;秦长江2

2018, 29(19): 2290-2297.

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为了快速确定YG8前刀面抛光的最佳工艺参数，提高加工效率和精度，利用响应曲面法对YG8硬质合金刀片抛光工艺进行优化试验研究。通过单因素试验确定抛光转速、抛光压力、磨粒粒径和磨粒浓度的水平，并对4个工艺参数进行中心复合设计试验。建立了材料去除率RMR和表面粗糙度Ra的预测模型，基于响应曲面法优化工艺参数获得最佳工艺参数为抛光转速65.5 r/min、抛光压力156.7 kPa、磨粒粒径1.1 μm、磨粒浓度14%，此时得到了最小表面粗糙度预测值Ra=0.019 μm，材料去除率RMR=56.6 nm/min。试验结果表明，基于响应曲面法的材料去除率与表面粗糙度预测模型准确有效。

智能汽车环境感知算法测试评价系统开发

隗寒冰1;曹旭1;赖锋2

2018, 29(19): 2298-2305,2311.

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基于硬件在环仿真平台和六自由度驾驶模拟器，开发了智能汽车环境感知算法测试评价系统。为兼顾仿真测试的可重复性、可拓展性及道路测试的真实性，采用真实交通场景作为输入场景信息；针对现有检测算法评价依赖人工识取的不足，提出了基于机器学习的标准检测算法和基于数据关联的检测评价算法，并将系统测评结果与人工识取结果进行对比。实验结果表明，所开发的测试评价系统方案可行，测试精度较高，实时性较好，在模糊、遮挡、光照变化等复杂环境下均可实现对各种不同特性的车道线和车辆目标的准确测评，能较好地满足智能汽车环境感知算法测试评价的要求。

无人水下航行器摆式发电装置设计与研究

方子帆1，2，3;葛旭甫3;何孔德1，2，3;马增武3;方婧2

2018, 29(19): 2306-2311.

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针对海洋无人水下航行器能源供给需求，设计了一款小型化摆式发电装置，该装置搭载在无人水下航行器内部，受波浪、海流、潮汐等影响，航行器产生摆动，获取海洋动能，并将其转换成稳定的电能。详细论述了摆式发电装置的工作原理、系统结构和设计方案，建立了系统机电耦合动力学仿真平台进行仿真分析，并开展了样机试验验证。研究结果表明：该摆式发电装置设计是可行的，实现了电能稳定输出，有效发电效率达到了24.40%。

一种考虑参数相关性的可靠性优化设计方法

王倩蓉;姜潮;方腾

2018, 29(19): 2312-2319,2326.

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在求解具有非线性相关性结构的可靠性设计优化问题时，现有的相关性处理方法在某些情况下可能会得到精度较低的优化结果。基于Copula函数提出了一种可靠性优化设计方法，用于求解存在非线性相关性结构的可靠性优化设计问题。该方法根据已知的样本对各备选Copula函数进行参数估计，并根据AIC准则选出最优Copula函数。根据最优Copula函数，构建联合概率分布函数，最后求解结构可靠性优化设计问题。通过两个数值算例验证了该方法的有效性，并讨论了不同Copula函数对优化结果的影响。

一种基于最小条件的线轮廓度误差评定方法

陆辛成1;黄美发1;唐哲敏1;钟艳如2

2018, 29(19): 2320-2326.

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提出一种模拟实际量具测量过程的方法来评定线轮廓度误差。该方法遵循国家标准中对形状公差的最小条件要求，通过分析测量点与对应包络边界的位置关系，将测量点集视为刚体，计算边界收缩至最小区域的过程中刚体与边界可能出现的相对运动，最终使所有测点位于最小包容区域内。结果表明：所提方法的评定过程相对于常用优化算法的大范围搜索更有全局性与单一性，可有效避免出现由算法缺陷导致搜索结果陷入局部解的情况。该方法适用于线轮廓度误差的评定。

偏心运动双平面超精研抛圆柱面研究

姚蔚峰1;袁巨龙2;江亮3;冯凯萍4;陈锋5

2018, 29(19): 2327-2334.

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对偏心运动双平面超精研抛圆柱面的加工技术进行了理论和试验研究。基于几何运动学理论建立了加工系统数学模型，应用速度矢量法求解圆柱工件各运动参数，进而实现了工件圆柱面加工轨迹的仿真，分别分析了工件中心至夹具中心距离与夹具中心至研磨盘中心距离的比值、夹具自转转速与夹具公转转速的比值对加工轨迹形态和轨迹交叉角度的影响规律。在自制试验装置上对轴承钢GCr15圆柱滚子进行了超精研磨和抛光试验，改善了一批工件圆柱面的圆度和表面粗糙度及其偏差。仿真结果和试验结果的比较分析说明，仿真结果可反映实际工件表面微观加工痕迹的相互交叉的几何特征。

基于NSGA-Ⅲ算法的采煤机滚筒优化设计及系统开发

毛君1;王鑫1;陈洪月1，2;张坤1;白杨溪1

2018, 29(19): 2335-2342.

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为了提高采煤机滚筒的工作性能和设计效率，综合考虑采煤机滚筒尺寸约束关系及性能指标，提出了以装煤效率、截割比能耗和载荷波动为优化目标，叶片厚度、叶片螺旋升角、叶片头数、同一截线上的齿数和截齿安装角为优化变量的采煤机滚筒优化模型。采用NSGA-Ⅲ算法对提出的有约束多目标采煤机滚筒优化模型进行寻优，利用MATLAB开发了采煤机滚筒优化设计系统，以某公司截割实验的煤岩参数、工况条件为输入，通过采煤机滚筒优化设计系统得到滚筒最佳设计方案，该滚筒相对于MG500/1130WD采煤机滚筒，装煤能力提高了12.7%、截割比能耗降低了8.0%、载荷波动系数减小了20%。结合CAD技术以及初始图形交换规范（IGES）形成了完整的采煤机滚筒三维虚拟模型。

有源相控阵雷达阵面热变形预测建模理论

苗恩铭;魏新园;刘辉;潘巧生

2018, 29(19): 2342-2346.

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目前大部分研究均通过软件仿真的方法来预测有源相控阵雷达阵面热变形，但仿真结果与真实情况存在一定偏差，为此，提出了有源相控阵雷达热变形预测建模理论。通过实验测量得到阵面热变形和温度变化，依据模糊聚类结合灰色关联算法对温度测点进行优化，建立各方向热变形量的预测模型。实验结果表明：该模型具有较高的预测精度和稳健性，从而可实现阵面热变形的准确预测。

纳米尺度孔边裂纹裂尖Ⅲ型应力强度因子研究

肖俊华1;崔友强1;徐耀玲1;张福成2

2018, 29(19): 2347-2352.

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研究了纳米尺度圆孔孔边裂纹在远场反平面剪切载荷作用下的断裂性能。基于Gurtin-Murdoch表面弹性理论和保角映射技术，利用复变弹性理论获得了该类非均匀材料应力场的解析解，给出了裂尖Ⅲ型应力强度因子的闭合解。基于所得解答，研究了孔边的应力场分布规律，讨论了裂尖应力强度因子的尺寸依赖效应以及圆孔相对尺寸对应力强度因子的影响。研究结果表明：孔边应力场呈现非单调分布，表面效应对孔边不同位置应力的影响程度不同；当圆孔裂纹的尺寸在纳米量级时，裂尖应力强度因子具有显著的尺寸依赖效应；圆孔相对裂纹尺寸对裂尖应力强度因子的影响规律受表面性能的制约，同时表面性能对应力强度因子的影响也取决于圆孔的相对尺寸。

基于改良C-W节约算法的甩挂运输车辆调度模型

张笛1;钟明2;陈龙1;梁军1;葛慧敏1;谈建祥3

2018, 29(19): 2352-2356.

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为研究甩挂运输车辆调度模型，以带有时间窗的车辆配送模型为基础，构建了包括油耗成本、过路费成本、装卸停歇时间成本和延时惩罚成本在内的总成本最小目标函数，建立了基于不同载重油耗方程的甩挂运输车辆调度模型。在算法上，构建了改良型的C-W节约算法，并用该算法找出了一个9客户案例的最优物流配送路径。

机床装备在役再制造的内涵及技术体系

曹华军1;杜彦斌2

2018, 29(19): 2357-2363.

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针对我国量大面广的在役机床装备整体技术水平落后，难以满足我国制造业工业转型需要的问题，在对我国在役机床装备运行状况与问题进行分析的基础上，阐述了机床装备在役再制造的内涵，提出了机床装备在役再制造的实施流程；从基础共性技术、关键性技术两个方面出发，建立了机床装备在役再制造的技术体系框架，并重点对各项关键技术进行了分析论述；最后，结合某在役重型机床再制造实践，分析了机床装备在役再制造的综合效益及应用前景。

定子铁心混合叠压再制造电机的齿槽转矩分析

宋守许1，2;杜毅1，2;许可1，2

2018, 29(19): 2364-2370.

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为提高再制造电机的性能，用非晶材料与硅钢材料混合叠压制成再制造电机定子铁心。基于能量法并结合定子混合叠压再制造电机的结构特征，提出以分段叠加算法近似替代三维计算定子混合叠压电机齿槽转矩的方法；基于近似叠加算法，利用分段设置反向斜槽的方法来减小齿槽转矩。应用Ansoft 3D软件分析了混合叠压方式对电机齿槽转矩的影响规律；对比分析了不同混合比例下电机的性能参数，确定了混合叠压的材料比例；对确定混合比例下正反斜槽后电机的齿槽转矩与空载电动势进行了分析。结果表明，定子混合叠压再制造电机的齿槽转矩与叠压方式无关，只与所用材料的比例有关；反向斜槽相比于正向斜槽，在有效减小齿槽转矩的同时，对电机性能的影响较小。将混合仿真与叠加计算结果进行对比，验证了二维叠加近似计算混合叠压的可行性。

酸洗连轧生产线机组轧制功率建模及工艺参数优化

杨杰1;宋健1;胡琦1;张超勇2;孟磊磊2

2018, 29(19): 2371-2376.

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为了提高酸洗连轧生产线的能量效率，采用能量流的理论方法，建立了酸洗连轧生产线轧制功率模型，用于评估计算酸洗连轧生产线上机组的实时功率。根据某冷轧厂提供的酸洗连轧全线电机型号和功率表，将实际参数代入模型，求解出某一机组所需的功率，通过与该机组电机容量进行比较，验证了模型的准确性。最后以能耗最低和板形良好为优化目标，对功率模型的工艺参数进行多目标优化，设计了一种改进的粒子群算法进行求解，得到了最终优化结果。

粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金的放电等离子烧结工艺数值模拟与实验研究

贾建波1;刘文超1;刘海亮1;鹿超1;徐岩1，2;杨越1;骆俊廷1

2018, 29(19): 2377-2383.

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选用Ti-22Al-25Nb预合金粉末为实验初始原料，采用放电等离子烧结工艺（SPS）制备组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。采用MSC.Marc有限元软件对SPS过程中粉末的致密化过程进行了数值模拟，分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对粉末致密化过程的影响，揭示了粉末相对密度随烧结温度、保温时间和烧结压力的变化规律。根据模拟结果，在950~1 200 ℃温度区间、50 MPa烧结压力和10~20 min保温时间的条件下，完成系列SPS烧结实验，制备获得Ti-22Al-25Nb合金。系统分析了50 MPa/10 min烧结条件下温度对Ti-22Al-25Nb合金的相对密度、显微组织和力学性能的影响，揭示了烧结合金的断裂机制。实验结果表明烧结合金在950 ℃/50 MPa/10 min条件下具有最优的综合力学性能，延伸率和屈服强度分别达到8.14%和691.04 MPa。

基于均匀化循环理论的车身焊点布局优化方法

胡朝辉;崔雪姣;成艾国;秦晓凯

2018, 29(19): 2384-2388.

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提出一种基于焊点间距参数化的焊点布置优化方法，首先采用均匀分配理论建立几个不同焊点间距布置的有限元模型，进而根据循环迭代原理确定基于焊点等间距分布的迭代形式，并进行分析求解，最后以白车身刚度和车身关键区域最大应力值为约束条件，以焊点数量最小为设计目标，对焊点布置方案进行优化。该方法既保证了车身结构的性能要求，又保证了焊点均匀分布，提高了优化设计结果的工程实用性。

聚焦优质制造，助推质量强国——解读《优质制造》

赵亦希;李永兵;潘尔顺

2018, 29(19): 2389-2393.

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