当期目录

    2021年 第32卷 第01期    刊出日期:2021-01-10
    版权页和目次
    2021, 32(01):  0. 
    摘要 ( )   PDF (369KB) ( )  
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    专稿
    强基固本创新拓步——2021年主编寄语
    董仕节
    2021, 32(01):  1. 
    摘要 ( )   PDF (261KB) ( )  
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    机械基础工程
    工况参数对机械密封液膜汽化特性及性能的影响
    陈汇龙;桂铠;李新稳;韩婷;谢晓凤;陆俊成
    2021, 32(01):  2-11.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.001
    摘要 ( )   PDF (15266KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为了研究动压型机械密封液膜汽化特性和密封性能,建立了涉及水的饱和温度与压力的关系、黏温效应以及牛顿流体内摩擦效应的密封间隙液膜汽化计算模型,以螺旋槽机械密封为例分析了工况变化对液膜汽化特性及密封性能的影响规律。研究结果表明:介质温度升高时,存在平均气相体积分数突增的临界温度值,且随转速的增大临界温度值增大;介质压力和转速的增大对汽化有抑制作用,转速增大易使较高的汽化程度迅速降低且在某转速值处出现突变点,介质温度升高使得突变转速值增大;密封性能受工况变化的影响明显,特别是在汽化临界温度值、突变转速值处性能的变化速率迅速增大;液膜汽化首先发生在螺旋槽背风侧堰区,且随介质温度升高快速覆盖槽堰区并向坝区推进;随着转速的增大,润滑膜气相的周向分布更加均匀且高汽化区域会向外径侧移动。
    一种基于协同近似的多学科设计优化方法
    易永胜1,2;李伟1;高亮1;肖蜜1;邱浩波1
    2021, 32(01):  12-17.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.002
    摘要 ( )   PDF (2556KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为避免求解复杂工程系统多学科设计优化问题时需要反复调用复杂耗时的多学科分析和进行繁琐的灵敏度计算,提出了一种基于协同近似(CMSO)的多学科设计优化方法。首先通过一种协同模型来筛选出更能反映多学科问题本身属性的样本点,通过协同模型来保证系统的多学科一致性;然后通过这些样本点分别构建自适应代理模型,并进行代理模型的验证和确认;最后选择最佳的代理模型来构建多学科优化模型并使用序列二次规划法进行优化求解。通过一个数学算例和圆柱螺旋压缩弹簧设计案例验证了CMSO法的可行性和有效性,且与单学科可行法的比较结果表明了CMSO法的高效性。
    核电站指套管磨损缺陷的扫频涡流检测及创新型特征提取
    张磊1;刘武军3;解社娟1,4;王小刚2;孔玉莹2;马强2;陈振茂1
    2021, 32(01):  18-25.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.003
    摘要 ( )   PDF (7389KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    为避免核电站指套管在微振磨蚀作用下产生磨损缺陷导致反应堆冷却剂泄漏,需要精确定量指套管磨损缺陷深度。建立了指套管涡流检测的有限元模型,通过仿真分析了指套管磨损缺陷的深度、轴向长度、周向角度对涡流检测信号的影响,结果表明涡流检测信号的相位角特征与缺陷深度不是独立相关的,使用常规单频涡流检测方法会导致缺陷深度误差过大。基于此提出了指套管磨损缺陷的扫频涡流检测方法,并从中提取了创新型特征,即过零频率特征。仿真分析结果表明过零频率特征与缺陷深度高度独立相关。
    基于Lamb波时间反转法的复合材料损伤检测
    夏小松;郑艳萍
    2021, 32(01):  26-31,53.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.004
    摘要 ( )   PDF (1184KB) ( )  
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    为检测复合材料损伤,利用Lamb波时间反转法的聚焦特性,在复合材料布置压电传感器激励和接收Lamb波。时间反转法无需对比基准信号就能快速准确地实现损伤的判别,提出的改进损伤成像方法可实现损伤情况可视化。实验研究验证了检测方法的有效性和改进损伤成像方法的优越性。
    超导磁液推力轴承的结构设计及性能分析
    闫岗1;袁小阳1;陈润霖2;贾谦1;金英泽1
    2021, 32(01):  32-39.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.005
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    为提高大型飞轮储能系统的效率和稳定性,设计了一种超导磁力与静压流体力相复合、由16块超导瓦和8块带小孔节流器的静压瓦组成的推力轴承。首先基于超导体局域模型和静压流体方程建立分析模型,然后采用解耦的方法分析复合轴承的刚度等性能指标,对复合轴承进行优化。结果表明复合轴承既可以保证稳定悬浮,又能保持较大的刚度,其功率损耗也在可接受范围内。
    基于概率输出弹性凸包的滚动轴承故障诊断方法
    杨路航1;李宝庆1;王平2,3;王健2,3;杨宇1
    2021, 32(01):  40-46.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.006
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    针对弹性凸包的分类超平面仅由凸包顶点约束形成而忽略其他大部分样本点的决策贡献,导致分类精度降低的缺陷,提出了一种概率输出弹性凸包分类方法。该方法在使用凸包顶点形成分类超平面后,求出所有样本到超平面的距离,通过稀疏映射最小化交叉熵似然函数将距离输出转化成后验概率输出;在处理多分类问题时,将各个分类器的输出概率进行成对耦合,进一步提升多分类弹性凸包的分类精度和鲁棒性。将该方法应用于滚动轴承故障诊断,不同数据集验证该方法具有较高的鲁棒性且能准确识别滚动轴承故障。
    基于线锯高效切割的复杂直纹面模型建立及仿真
    许志腾;黄辉;崔长彩
    2021, 32(01):  47-53.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.007
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    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    针对天然石材、人工晶体等材料复杂曲面加工中,初始毛坯与最终产品形状差别较大,粗加工材料去除量大,导致加工效率低、刀具磨耗严重的问题,提出了一种基于线锯加工和点加工协同去除的高效粗坯加工的解决思路。根据线锯加工特点,提出了对最终产品的数字化模型进行分层处理,利用多边形对各层二维外轮廓曲线进行包络,将层与层之间的多边形进行顺序拟合得到相应直纹面模型的建模思路。分析了不同包络多边形边数、连接方式所构建的不同直纹面模型对粗坯加工时间的影响。仿真结果表明,虽然增加多边形的边数或者通过层间旋转可以减小剩余未加工材料体积,但整体粗坯加工时间反而有所增加,从而不利于提高效率。粗坯加工时间可作为综合评价指标来优化构建直纹面模型。
    增材制造
    基于喷射粘结工艺的陶瓷坯体后处理性能调控
    曹澍1,2;何雪明3;颉芳霞1;俞经虎3
    2021, 32(01):  54-64.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.008
    摘要 ( )   PDF (15199KB) ( )  
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    商用设备在进行陶瓷坯体成形时不易对坯体组织进行调控,难以成形高致密坯体,且常压后处理强化效果较差.基于自开发成形系统和自有材料,通过调节成形粉末配方、调控铺粉层厚、切换铺粉方法等调控Al2O3坯体的成形组织,成形了相对密度为43.9%的高致密坯体。采用“陶瓷浆料渗透+分步烧结”综合化后处理流程研究了不同坯体组织的渗透强化机理,并以此为依据对预烧结过程进行调控,显著提升了高致密成形坯体的最终性能,常压烧结后相对密度达89.3%,抗弯和抗压强度分别为91.9 MPa和813.2 MPa。该研究所用材料、工艺和装备仪器门槛低、易操作,为制备高性能结构陶瓷提供了一种灵活、快捷的技术方案。
     基于激光超声的电弧增材制件内部缺陷深度检测
    袁久鑫;秦训鹏;张进朋;汪小凯
    2021, 32(01):  65-73.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.009
    摘要 ( )   PDF (7868KB) ( )  
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    针对增材制件表面质量差、内部缺陷在线检测困难的问题,开展激光超声对电弧增材制造试块内部缺陷检测的研究。为保证缺陷检测结果的准确性,采用缺陷反射法与激发源、接收源同步移动检测方式。对比理论计算、仿真分析、实验结果,确定传播路径和检测波形,在A扫中得到缺陷反射波幅值,在B扫中得到缺陷反射波成像,根据幅值大小和成像结果,准确探测出10 mm深度内直径为1 mm的内部缺陷,得到缺陷深度影响规律。研究结果为增材制造在线检测提供了参考。
    五轴3D打印的通用后置处理
    饶勇建1,3;付国强1, 2, 3;陶春1,3;高宏力1,3;邓小雷4
    2021, 32(01):  74-81.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.010
    摘要 ( )   PDF (8441KB) ( )  
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    引入打印机的结构参数以表示两旋转轴与工件在机架坐标系中的位置,并采用指数积理论建立了双转台五轴3D打印机通用正向运动学模型。结合三角函数周期性、旋转轴行程、五轴结构特点等获得旋转轴角度双解的具体表达式,并提出基于旋转角度最短路径的选择原则以获得旋转轴角度的最佳组合。利用选择的旋转轴角度求出各平动轴位移量,获得的所有运动量都是基于各轴零位的绝对运动所得,进而生成能直接用于加工的数控打印代码,可在没有旋转刀具中心点跟随功能的帮助下完成加工。结合双转台、摆头转台、双摆头3种不同类型的五轴3D打印机研究了通用后置处理方法。将该方法用于五轴3D打印、五轴数控加工试验和多种结构类型的五轴加工仿真,验证了其正确性与通用性。
    先进材料加工工程
    板材拉深成形电控永磁压边方法研究
    张红升1,2 ;秦泗吉1;程啸1;曹丽琴2
    2021, 32(01):  82-91.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.011
    摘要 ( )   PDF (9623KB) ( )  
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    为了克服传统压边方法不能独立施加压边力,电磁压边能耗高且发热量大的问题,提出了一种基于电控永磁技术的压边方法。根据电控永磁技术和拉深成形工艺的特点,研制了带有磁力压边装置的拉深成形模具。采用有限元方法模拟了磁极单元和磁垫的充退磁过程,在进行磁场和力学场耦合分析的基础上,确定了以磁吸力作为压边力施加在成形板坯上的接触压力分布。由有限元软件模拟的电控永磁压边与传统压边作用下板坯的成形效果可知,两种压边方法所得拉深件的应变分布基本一致。采用电控永磁压边方法分别对直径为180 mm和195 mm的08Al板坯(厚度为0.98 mm)进行了拉深实验,拉深高度为48 mm,结果表明,电控永磁压边方法可以实现压边力的独立加载,能够提供足够大的压边力。最后,分别计算了采用传统压边方法、电磁压边方法和电控永磁压边方法的能量消耗,其中,电控永磁压边方法节能效果最好,相对于电磁压边方法,节能高达95%以上。
    车门防撞梁热成形工艺优化仿真与试验
    胡健1;陈泽中1;刘涛2;杨金华3
    2021, 32(01):  92-100.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.012
    摘要 ( )   PDF (11950KB) ( )  
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    基于DYNAFORM软件热冲压模块,研究了由B1500HS钢制成的某型轿车车门防撞梁热成形过程。通过引入H13模具钢热物性参数,并将相变潜热因素考虑在内,利用多步差分法得到了温度场单元体变分公式;依据车门防撞梁结构特征进行工艺分析,建立了车门防撞梁的两种热力相耦合模型。通过对比分析两种方案下整体及典型M形截面应力场、温度场和厚度分布结果发现:带压料板式方案所得产品热成形及淬火后应力场、温度场及厚度分布均匀,更适合热冲压成形。最后依据压料板式方案进行了成形试制,得到车门防撞梁的显微组织均为马氏体,底部与顶部的马氏体板条更为细小,维氏硬度超过450HV,符合热冲压零件性能标准。
    Q235覆管对AA5052铝合金基管颗粒介质胀形行为的影响
    陈光1;赵长财1;杨卓云1;董国疆2;曹秒艳3
    2021, 32(01):  101-110.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.013
    摘要 ( )   PDF (5005KB) ( )  
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    采用AA5052铝合金挤压管作内层基管、Q235碳素结构钢卷焊管作外层覆管的钢铝复合管对复合管颗粒介质胀形行为进行研究。通过塑性理论分析胀形过程中管间切向摩擦力及法向压力对基管应力大小的影响;利用数值模拟分析管间摩擦因数和覆管各向异性对基管的应变成形极限的综合影响,并给出单管、复合管胀形时的壁厚减薄情况和基管的应力、应变分布;通过管材颗粒介质内高压胀形试验,对比单管和复合管胀形条件下铝合金管的极限胀形比,分析复合管的变形协调性。结果表明:通过施加Q235碳素结构钢覆管,减小了AA5052基管胀形区中间截面处的双向拉应力,基管胀形区壁厚减薄变小,胀形比提高了22%,复合管下基管最大减薄率为17.5 %,成形性能显著提高。
    工程前沿
    基于压电叠堆的液体高频正弦压力激励源研制
    李博1;杨军1;张鹤宇1;张兆晶2;龚铮3
    2021, 32(01):  111-116,125.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.014
    摘要 ( )   PDF (5635KB) ( )  
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    利用压电叠堆驱动封闭管腔中液体介质进行正弦运动,以实现液压管腔中压力的正弦变化。依据压电叠堆的压电效应和管腔谐振原理,设计了单压电叠堆和双压电叠堆两种结构形式的高频正弦压力激励源,并对两种装置进行了对比。研究结果表明:双压电叠堆式装置产生正弦压力的方式新颖,工作频率高达30 kHz,产生的正弦压力幅值大,正弦波形失真度小,且在同一频率下可调节正弦压力幅值与波形,可满足压力传感器和测试系统对动态压力的计量与校准需求。
    P2混合动力发动机启动控制设计
    莫崇相;修彩靖;梁万武
    2021, 32(01):  117-125.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.01.015
    摘要 ( )   PDF (15665KB) ( )  
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    在研究P2双离合器变速器混合动力构型发动机启动控制理论的基础上,设计了P2混合动力总成发动机启动动态工况的控制策略,给出了相应控制过程的动力控制目标值计算公式及相应的分析。通过对所设计的启动控制策略进行仿真及实车测试,验证了该控制策略能有效地实现发动机的启动功能。同时由实车测试车辆的纵向加速度曲线可知,所设计的控制策略在车辆平顺性上也取得了很好的效果。
    英文目次
    2021, 32(01):  126. 
    摘要 ( )   PDF (106KB) ( )  
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