中国机械工程

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2021, 32(12): 0.

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超声弱冲击能量导向激励装置设计与红外热像检测#br#

许章菁, 刘志平, 杜勇, 吴昊

2021, 32(12): 1387-1394. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.001

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超声变幅杆与碳纤维复合材料复杂结构件表面的接触为线接触，激励检测时，耦合效率低、接触应力集中，易出现二次损伤。基于惠更斯原理及双源干涉增强效应，提出一种面接触双源激励能量导向装置设计方法。使用ABAQUS建立有限元模型，分析激励装置尺寸及激励方式对圆管损伤温升的影响，确定了曲面双源装置设计参数，并进行了实验验证。实验结果表明，裂纹损伤最大温升增幅约为35.8%，曲面双源激励装置能够避免应力集中，有效降低二次损伤风险。

航天工业中胶接技术的研究现状分析

郭磊, 刘检华, 张佳朋, 李夏禹, 张秀敏, 夏焕雄

2021, 32(12): 1395-1405. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.002

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针对目前我国航天产品，尤其是航天精密机电产品的胶接装配技术研究不足的现状，介绍了航天胶接技术的应用类型，以及胶接技术在耐超高/低温性、高密封性、多功能性、高稳定性或低蠕变性、低挥发性等方面的应用特点。在此基础上总结分析了胶接装配的机理、关键工艺、静/动态力学性能、疲劳/老化特性等方面的研究进展。最后给出了航天工业胶接装配技术在工艺参数量化、动态力学特性以及先进胶接装备等方面的发展方向。

基于摩擦模型的挤压铸造机压射机构动态配合

朱谦, 游东东, 朱权利,

2021, 32(12): 1405-1413. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.003

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配合间隙是影响压射机构服役和工艺控制的核心要素，为研究压射机构配合间隙，提出一种压射机构的摩擦模型，并基于MSC.MARC软件二次开发将摩擦模型与数值模拟整合，整合摩擦的数值模拟结果与不考虑摩擦的普通数值模拟结果和压射实验结果的对比验证了整合摩擦模型数值模拟的有效性和准确性。对2500 kN压铸机压射机构进行多循环压射工艺模拟，研究了工作中配合间隙的变化规律，压射、冲头回程阶段的配合间隙变化剧烈，凝固成形阶段的配合间隙变化平缓，变化剧烈的主要原因是压室的轴向温度分布不均匀。

五自由度并联驱动机构及其位置分辨能力分析

张金柱, 史汉卿王涛, 黄庆学, 姜力

2021, 32(12): 1414-1422，1431. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.004

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提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构，基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征。利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型，求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵。基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型，并对理论模型进行了仿真验证。利用CAD变分几何法绘制了机构的可达工作空间。定义了机构的全域位置敏感度系数指标，系统分析了特定工况下的驱动系统分辨率对机构位置分辨能力的影响规律。

采用改进遗传算法优化神经网络的双目相机标定

张峰峰, 张欣, 陈龙, 孙立宁, 詹蔚

2021, 32(12): 1423-1431. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.005

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针对传统BP神经网络在双目相机标定过程中存在的迭代时间长、精度低等问题，提出了基于改进遗传算法优化BP神经网络的方法来完成双目相机标定。使用融合多格算法的Trajkovic算子进行角点检测，利用点对点空间映射和网格运动统计相结合的方法完成同名角点匹配，在此基础上，提取同名角点的像素值并计算其实际的三维坐标值。对遗传算法的交叉和变异概率及选择算子进行改进，利用改进后的遗传算法对BP神经网络进行优化，将像素值和三维坐标值分别作为BP神经网络的输入和输出，进而完成双目相机的标定。实验结果表明：优化前后的平均标定预测精度分别为0.66 mm和0.08 mm,其平均标定预测精度提高了88%。优化前后的标定测试迭代次数分别为736和169，优化后迭代速度提高了3.4倍。改进遗传算法优化BP网络在双目相机标定过程中取得较好的效果，满足了双目相机标定的要求。

基于死区补偿的电液位置伺服系统自抗扰控制

王立新, 赵丁选, 刘福才, 刘谦, 张祝新

2021, 32(12): 1432-1442. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.006

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针对电液位置伺服控制系统的比例阀死区、参数不确定及外部未知扰动等问题，设计了由自抗扰控制器与死区逆补偿构成的串联控制器。首先基于实验辨识构造死区逆模型对死区进行预补偿，然后根据系统特性设计了一阶自抗扰控制器，构造改进的扩张状态观测器对“总扰动”进行实时估计，并通过非线性控制律给予主动补偿。联合仿真与试验结果表明，所提出的串联控制器有效地补偿了比例阀死区，提高了系统动态性能和位置跟踪精度。

基于通用生成函数的结构可靠性优化策略

周金宇, 朱达伟, 王志凌

2021, 32(12): 1442-1448. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.007

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为提高工程结构可靠性设计优化（RBDO）的求解精度，提出一种基于通用生成函数（UGF）的RBDO新方法。一方面通过系列响应面建立设计变量与概率指标的动态映射，消除传统双循环算法的内层循环；另一方面引入UGF进行可靠性分析，避开传统矩法在处理随机变量非正态、功能函数高度非线性问题时精度低或无法收敛的劣势。同时，结合非均匀离散化技术在既定的计算成本下提高分析精度。算例表明，所提方法合理可行且具有较好的鲁棒性。

制冷线性压缩机弹簧组件的设计与研究

陈洪月, 张站立, 林青竹

2021, 32(12): 1449-1455. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.008

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为减小弹簧组件体积并满足制冷线性压缩机的刚度需求，设计出一种基于阿基米德螺线的圆柱臂盘簧。采用有限元分析方法对涡旋臂板弹簧和新型圆柱臂盘簧的径向与轴向的刚度变化、应力变化特性和等效质量进行了分析对比，对两种弹簧的轴向刚度特性进行了实验验证，并将新型圆柱臂盘簧用于弹簧组件。研究结果表明，圆柱臂盘簧具有较大的径向刚度和轴向刚度，且动态刚度恒定，改进后的弹簧组在提供较大轴向刚度的同时有效减小了弹簧组的体积和质量。

基于弹性核凸包张量机的机械设备热成像故障诊断方法#br#

何知义, 邵海东, 程军圣, 杨宇,

2021, 32(12): 1456-1461，1478. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.009

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针对机械设备热成像故障诊断中图像样本向量化维数灾难和结构信息破坏的问题，提出了基于弹性核凸包张量机的机械设备热成像故障诊断方法。首先定义样本特征张量空间的弹性核凸包，然后求解弹性核凸包间的最优超平面来构建弹性核凸包张量机模型，最后以机械设备不同故障状态下的热成像图像为输入，实现机械设备的故障诊断。实验结果表明：该方法可以准确、稳定地对机械设备进行故障诊断。

基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划

李耀仲, 王书亭, 蒋立泉, 孟杰, 谢远龙,

2021, 32(12): 1462-1470. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.010

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针对传统移动机械臂运动规划未考虑停靠误差、规划效率低等问题，提出一种基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划方法。研究了停靠误差对移动机械臂运动规划的影响，制定了基于坐标转换的误差补偿措施。针对快速扩展随机树算法在局部空间中过度搜索的问题，改进回归过滤机制，避免了节点重复扩展。考虑边界节点的有效性，提出了随机点边界扩展机制以缩短碰撞检测时间。实验结果表明所提方法提高了运动规划效率。

液态金属柔性感知的人机交互软体机械手

刘会聪, 杨梦柯, 袁鑫, 孙立宁, 金国庆,

2021, 32(12): 1470-1478. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.011

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利用3D打印技术制作了基于液态金属微流道的应变传感器和弯曲传感器，并将应变传感器集成至人体传感手套，用于人手的手势检测；将弯曲传感器集成至软体机械手，用作软体机械手的姿势及运动控制，通过传感手套控制软体机械手实现了人机交互。实验证明传感手套不仅能控制软体机械手的姿势，还能精确控制每根软体手指的弯曲程度。

主应力场驱动的复杂薄壁件刚度增强方法

张伟南, 戴宁, 郭策, 余逸, 龚赛

2021, 32(12): 1479-1485. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.012

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针对传统井字形加强筋等加强方式在复杂薄壁件的刚度增强效果并不总是最优的问题，提出了一种复杂薄壁件的刚度增强方法。探究了基于主应力场模型的王莲筋脉布局的仿生原理，提出了主应力场驱动的复杂薄壁件轻量化刚度增强优化方法。实验结果表明，与井字形加强筋结构相比，结构质量基本相同时，该方法生成的复杂薄壁件的比刚度增大33%。

仿生跳跃机器人气动串联弹性关节的位置/刚度控制

沈双, 雷静桃, 张悦文

2021, 32(12): 1486-1493. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.013

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设计了一种气动人工肌肉驱动的串联弹性关节，基于气动人工肌肉Chou模型，建立了串联弹性关节的动力学模型，推导出关节刚度，获得了关节刚度与肌肉内部气压、弹性体刚度的关系。设计反向传播（back propagation，BP）神经网络整定PID参数的BP-PID控制算法，开展了气动串联弹性关节的位置与刚度控制研究。仿真结果表明BP-PID控制优于PID控制，关节位置跟踪精度由0.58°变为0.10°，关节刚度跟踪精度从0.026 N·m/rad变为0.005 N·m/rad。实验结果表明关节位置跟踪平均误差由0.347°减小到0.117°，关节刚度跟踪平均误差从0.024 N·m/rad减小到0.019 N·m/rad。

聚合物熔体跨尺度挤出过程的黏弹性流变特性

刘奎, 王敏杰, 赵丹阳, 李红霞

2021, 32(12): 1494-1503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.014

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在聚合物熔体微尺度动态黏弹特性实验的基础上，基于分子理论建立了跨尺度挤出过程中的熔体黏弹特性微尺度效应流变模型。流变模型反映了流道特征对黏弹性流动过程应力状态的影响。微尺度效应弱化了熔体的黏弹性流变响应，促进了分子链松弛。模型的微尺度效应通过储能模量和耗能模量的微尺度效应系数及二者的比值表征。微尺度效应系数越小，特征尺度对黏弹特性的影响越显著；黏弹性微尺度效应系数比值越小，特征尺度对松弛过程的影响越明显。

高氮钢激光电弧复合堆焊层的电化学腐蚀性能

芮蔚, 白頔, 齐彤, 杜劭峰, 杨炙坤, 刘凤德, 张宏

2021, 32(12): 1503-1511. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.015

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采用电化学腐蚀方法研究了不同焊接参数对堆焊表层腐蚀行为的影响。研究结果表明，堆焊层耐蚀性随堆焊电流I、激光功率P、堆焊速度v的增大呈现先升高后降低的趋势；I=220 A，P=3.2 kW，v=0.8 m/min时，焊缝氮含量较高，试样表面钝化膜稳定性较好，抗点蚀能力最强。观察试样腐蚀形貌发现，I=260 A或v=0.6 m/min时，焊缝表面点蚀坑大而密集，并形成腐蚀沟，焊缝中的树枝晶有连续生长并向外扩展的趋势；P增至3.2 kW时，焊缝中的粗大柱状树枝晶变为均匀细小的条状枝晶，改善了耐蚀性。

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2021, 32(12): 1512.

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