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2019年 第30卷 第07期    刊出日期：2019-04-10
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2019, 30(07):  0. 
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机械基础工程
考虑共因故障的系统组成单元故障严重性测度模型
曹颖赛;刘思峰;方志耕;董文杰
2019, 30(07):  757-762. 
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针对共因故障影响下的系统组成单元故障严重性测度问题，借助合作博弈思想，将系统组成单元看作是博弈的参与主体，将共因部件组定义为博弈过程中形成的联盟，构建了考虑共因故障的系统组成单元故障严重性Shapley值测度模型。首先，针对传统故障严重等级测度的不足，建立了故障严重等级非线性转换函数；其次根据共因故障特征提出了其联合严重性测度方法；然后根据共因部件组的形成概率以及系统组成单元对不同共因部件组联合严重度的边际贡献，求解出了共因故障影响下的系统组成单元故障修正严重度；最后结合某型号数控机床主轴系统的案例研究，探讨了不同非线性转换以及是否考虑共因故障对系统组成单元故障严重性测度的影响，表明了所提方法的可行性。
两挡纯电动汽车传动系统参数优化和试验对比
盛继新1;张邦基1;朱波2;王明1;金秋谈1
2019, 30(07):  763-770,776. 
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为提高纯电动汽车驱动效率，参照一款两挡双离合(DCT)纯电动汽车，改用两挡机械式自动变速器(AMT)传动系统方案，建立多目标遗传算法的参数匹配模型。以电机峰值功率和峰值扭矩为综合设计目标，以整车动力性指标为限制条件，优化电机参数；为增加纯电动汽车续驶里程，优化传动系统高效工作区间，以整车综合工况电池耗电量最小为设计目标，以整车动力性指标和平顺性指标为约束条件，运用全局优化遗传算法对纯电动汽车两挡AMT齿轮速比进行优化，并与纯电动两挡匹配车型和纯电动两挡DCT试验车型作对比。研究结果表明：相较于纯电动两挡匹配车型，优化后的车型0～100 km/h加速时间缩短了5.79%，NEDC工况续驶里程提升了0.31%，HWFET工况续驶里程增加了1.44%；相较于纯电动两挡DCT试验车型，优化后的车型0～100 km/h加速时间缩短了10.31%，NEDC工况续驶里程增加了5.85%。
复合材料层合结构在防覆冰/除冰系统中的应用
陈炳彬;张征;鲁聪达;吴化平;柴国钟
2019, 30(07):  771-776. 
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设计了一种基于复合材料层合结构的新型防覆冰/除冰系统。此多功能复合层合结构由铜基超疏水材料、非对称正交铺设的双稳态可变形结构和聚酰亚胺加热膜构成。铜基超疏水材料起到延迟水滴结冰、减少表面覆冰和降低冰层与接触面之间黏附力的作用；聚酰亚胺加热膜驱动双稳态结构发生稳态突变时，产生的热量会快速融化冰层；双稳态结构形态突变时会产生机械振动，从而形成一套新型电热-机械耦合防覆冰/除冰机制。通过测试，该系统表面水接触角可达155°，具有良好的超疏水特性、可变形性、耐高低温交变性和紫外线耐性等特性。
基于多孔介质材料和仿生设计的汽车阻流板减阻机理
袁志群1,2,4;谷正气3
2019, 30(07):  777-785. 
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为了解决传统阻流板自身气动阻力过大的问题，提出了多孔介质阻流板和仿生阻流板两种新结构方案。利用计算流体动力学方法分析了两种方案在不同横摆角工况下的气动阻力变化规律，揭示了两种新结构的减阻机理;相比传统阻流板，两种新结构的气动阻力峰值分别减小了3.3%和4.7%。在此基础上，提出了仿生阻流板和侧裙的组合结构方案，解决了传统阻流板中大横摆角时整车气动阻力增大的问题；相比传统阻流板，组合结构的气动阻力峰值减小了10.7%。比例模型风洞试验验证了所提方案的正确性。
顶驱中心管螺纹力学行为模拟及优化研究
况雨春;黄何松;闵桃源
2019, 30(07):  786-793. 
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针对顶驱中心管螺纹粘扣、断裂等问题，基于弹塑性理论、von Mises屈服准则以及中心管材料本构模型试验研究结果,建立了扭矩作用下的二维、三维有限元模型，并通过实验结果与数值模拟结果验证有限元分析的可靠性，对比二维、三维的分析结果验证二维轴对称模型方法的可靠性，获得了中心管螺纹接头的应力分布规律和力学特性，指出紧扣扭矩对螺纹连接强度影响极大。在此基础上，结合现场失效的螺纹接头，对螺纹锥度、螺距以及有效螺纹牙长度3个参量进行敏感性分析，综合考虑连接强度以及生产成本推荐了参量最优值。
基于公理设计和模块关联矩阵的产品族设计耦合分析
程贤福;邱浩洋;万丽云;王浩伦
2019, 30(07):  794-803. 
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针对产品族设计耦合问题，分析比较了其与单一产品设计耦合的异同之处，提出了一种基于公理设计和模块关联矩阵的耦合分析方法。以公理设计为指导，进行功能需求分析及类型划分；分析了产品族客户需求、功能要求、设计参数和模块之间的对应关联关系，考虑适应性设计参数的影响度并将其分为两类以确定产品族的共性和差异性；从策略层面减弱产品族设计的耦合性。从操作层面的角度，根据设计参数零部件间的综合关联关系，通过聚类重构生成几个相互之间具有较小依赖度的模块，分析设计参数间的变更传播关系，建立产品族模块关联矩阵；从模块内部的耦合和模块之间的耦合两方面探讨了关联特性。最后通过电力液压盘式制动器实例阐述了产品族设计耦合分析过程。
考虑路面附着和自适应时间系数影响的车道保持控制
凤鹏飞1，2;金会庆1，2;王慧然3;刘法勇4
2019, 30(07):  804-811. 
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分析了路面附着系数对车辆控制的影响，根据车辆线性二自由度模型与一定的预瞄信息获得车辆-道路动力学模型，并给出了基于Brush轮胎模型的路面附着系数估计算法。针对车道保持转向过程中的车身横摆角速度与转向角的时间延迟现象，提出与路面附着系数有关的自适应时间系数，并加入到车辆-道路动力学模型中。在此基础上，基于滑模控制理论设计横摆角速度滑模控制器来跟踪期望车辆状态，获得理想的转向角。最后，进行了基于CarSim/Simulink的仿真计算和硬件在环台架试验，研究结果表明，在不同路面附着系数下考虑自适应时间系数可改善车道保持控制效果。
面向响应准确度的参数不确定性模型确认方法
项涌涌;潘柏松;罗路平;谢少军
2019, 30(07):  811-817,824. 
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针对参数不确定性模型中概率与区间混合不确定性情况的模型确认问题，提出了面向响应准确度的模型确认方法，并阐明了确认过程的具体实施步骤。根据响应数值结果的非精确累积分布函数和响应试验结果的经验分布函数求解模型确认准则参数，并评估模型确认结果。对于不满足评估要求的模型，建立以待修正区间不确定性参数总置信水平最大为优化目标，以模型确认评估标准和模型参数初始值为约束条件的优化模型，运用遗传算法求解优化问题,并得到模型参数修正值。将模型确认方法应用在圣地亚热传导问题中，结果表明：所提方法可明显提高预测精度和响应准确度，结果真实可信。
一种分级同步重力卸载试验台
杨国永1,2;王洪光1;姜勇1;凌烈1
2019, 30(07):  818-824. 
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卫星天线驱动机构由两个正交的旋转关节组成，为了在发射前测试其性能，提出了一种分级同步重力卸载方法，并根据该卸载方法搭建了气浮试验台。该试验台能够对天线驱动机构的两个正交关节进行重力卸载，同时提供两个关节的转动自由度。试验台采用两层结构的形式，用气浮垫和气浮主轴组合实现重力卸载，提供了驱动机构所需的两个关节的转动自由度。带载测试能够真实反映驱动机构的性能，椐此设计了基于频率和转动惯量约束的模拟负载，并安装在所设计的气浮试验台上。两层结构的形式解决了两轴转动惯量的耦合问题，同时能够达到给定的频率要求。对气浮试验台进行了测试，证明了分级同步重力卸载方法的有效性。
同步器摩擦特性建模仿真与试验
张志刚;余晓霞;郑燕杰;李腾
2019, 30(07):  825-831. 
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同步器在同步过程中经历了液力摩擦、混合摩擦、固体摩擦三个阶段。为了有效地分析同步器的工作过程，分别对三个阶段建立了数学模型。利用AMESim和MATLAB-Simulink模块建立了同步器工作过程的联合仿真模型，并进行了仿真分析与试验验证。研究结果表明：仿真模型能够对换挡力、换挡位移、同步力矩、变速器输入转速进行准确地仿真，对同步时间的计算误差小于9.58%。
考虑范德华力的微型活齿传动系统应力分析
曹富林;史旭飞;许立忠
2019, 30(07):  831-839. 
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提出了一种微型集成活齿传动系统，介绍了其工作原理，推导了微尺度下任一活齿在不同啮合位置的静力学方程，利用范德华势函数对活齿所受的范德华力进行求解，研究了考虑范德华力时啮合活齿所受波发生器、活齿架、中心轮三者作用力的变化规律；运用Hertz理论，对活齿与波发生器、活齿架、中心轮的接触应力进行了理论推导，并研究了微结构不同几何参数对活齿所受作用力及接触应力规律的影响。
可持续制造
基于拆解难度和模糊聚类的泛化报废汽车拆解成本预测
张春亮;陈铭
2019, 30(07):  840-845. 
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针对报废汽车拆解前的成本评估问题，建立了一种基于拆解难度和模糊聚类的一般性综合成本评价模型。提出了影响报废汽车拆解难度的因素，通过模糊聚类分析确定不同车型在拆解过程中具有相同拆解难度的零组件；给出了聚类模型的拆解成本误差评价方法。以4台3类报废实验车型（轿车、运动型多用途汽车（SUV）、多用途汽车（MPV））的物理拆解实验数据为例，量化评价了基于模糊聚类的泛化拆解成本模型,结果表明，该模型具备各类车型的共性聚类特征，拆解成本最大误差低于28%。建立的拆解成本预测模型为报废汽车拆解企业关于拆解内容的决策问题提供了方法依据。
考虑振动特性的钢铝复合车架多学科优化
宋燕利1,2;徐勤超1,2;徐峰祥1,2;阮仕礼1,2;苏建军3;王琏浩3
2019, 30(07):  846-851,876. 
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以国内某款纯电动轻卡车架为研究对象，利用正交试验法开展零件材料对车架性能的显著性分析，确定高强铝合金板材替换方案，以获得钢铝复合车架。针对钢铝复合车架与驾驶室发生共振等问题，采用考虑静态刚度和动态频率的多学科优化模型，进一步对钢铝复合车架进行多厚度匹配设计优化。结果表明，轻量化车架在保证性能的前提下，第4阶频率提高1.5 Hz，避开了危险频率范围；车架总质量减小13.5 kg，减重幅度为7.2%。
砂轮磨切中表面活化剂对超声制备纳米雾化液性能的影响
蒙臻1,2;崔智1;倪敬1,2;杨永丰1,2
2019, 30(07):  852-857. 
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为了分析表面活化剂对超声制备纳米雾化液性能的影响，以砂轮磨切机为研究对象，分别进行了干切试验，以及高水基溶液、水基溶液+表面活化剂、水基溶液+石墨烯颗粒和水基溶液+表面活化剂+石墨烯颗粒4种润滑条件作用下的切割试验。试验结果表明：雾化液可有效减小磨切机切割力，而表面活化剂通过减小雾化液液滴润湿角(最大可减小24.9%)，可改善石墨烯颗粒在溶液中的分散度，使纳米雾化液更好地发挥润滑作用；相比高水基雾化液，添加表面活化剂的纳米雾化液可在切入阶段进一步减小35.4%的切向切割力和57.2%的径向切割力。
增材制造
激光选区熔化的风场仿真与流道结构优化
梁平华1;唐倩1;余志强2;冯琪翔1;刘威1
2019, 30(07):  858-863. 
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针对激光选区熔化的黑烟残留问题，基于E-Plus-M250激光选区熔化成形设备，运用ANSYS ICEM CFD、ANSYS FLUENT等软件对保护气供气流道截面与成形仓黑烟产生区域的截面进行仿真模拟，并根据仿真结果对保护气供气流道进行结构优化。结果表明成形仓粉床面的黑烟残留问题是由激光扫描区域风场分布不均匀造成的。对供气流道结构进行多次改进优化与流场仿真，结果表明，理论上可将进风口截面风速分布标准差值从0.472 7降低至0.182 1。实验验证了优化方案的有效性，采用优化后的流道结构能更有效地去除成形仓中激光熔化金属粉末时产生的黑烟。
基于最小理论支撑体积的模型三维打印的打印方向分析
姜晓通1;郭保苏2;彭庆金3;刘德利1
2019, 30(07):  864-871. 
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针对三维打印过程中，打印后模型的支撑体积需减小的问题，研究了模型打印方向与模型支撑体积的对应关系，提出了一种计算最小理论支撑体积所对应的模型打印方向的方法。介绍了离散网格模型理论支撑体积的理论背景，给出了理论支撑体积的计算方法；分析了理论支撑体积函数的可导性，针对该函数的不可导性，利用无导数优化算法计算了最小理论支撑体积所对应的打印方向。实验表明，所提出的方法能够准确地计算理论支撑体积所对应的打印方向。
先进材料加工工程
不等厚板激光拼焊在线碾压机构碾压轮结构参数优化设计
陈东1;许敏2;李治3;郭松1;高彦凯1
2019, 30(07):  872-876. 
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碾压技术是解决不等厚板激光拼焊间隙问题的有效方法，碾压轮是碾压机构的核心构件，其结构参数直接影响碾压效果。通过对碾压过程的仿真分析，确定了碾压轮结构参数与宽展及碾压力的关系。利用仿真试验的结果数据，通过学习和训练，建立了碾压机构的RBF神经网络模型，基于该模型获取了10 000组试验数据。在大数据的基础上，以碾压力小、宽展量大为优化目标，完成了碾压轮结构参数优化。基于优化结果设计了碾压机构，并对碾压效果和碾压后的焊接效果进行了验证。
不锈钢单侧磁控电阻点焊工艺研究
徐野1;祁麟2,3;韩晓辉1;叶结和1;李永兵2,3
2019, 30(07):  877-881. 
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为提高单侧焊接接头的质量，减少焊接缺陷，基于传统双侧轴向磁化装置，设计了一种适用于单侧电阻点焊设备的单侧径向充磁磁控装置。通过与传统电阻点焊进行对比性实验，研究了传统焊点与单侧磁控焊点随焊接电流的变化规律，揭示了单侧磁控电阻点焊装置对焊点熔核形貌、熔核尺寸、微观组织、力学性能等方面的作用机制及改善效果，验证了单侧磁控电阻点焊工艺的可行性。
英文目次
2019, 30(07):  882. 
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