中国机械工程

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2022, 33(01): 0.

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微纳系统微区感应加热技术的研究进展

吴德志, 陈卓, 海振银, 陈亮, 叶坤, 王凌云, 赵立波

2022, 33(01): 2-14，23. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.001

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微区感应加热作为一种局部加热技术，兼具热响应快、非接触及加热特性可控等优势，在微机电系统、微流控芯片等微纳系统领域的应用潜力巨大。介绍了微区感应加热的基本原理，系统阐述了微区感应加热在封装、驱动及材料生长等方向的研究进展，分析了待解决的关键问题，总结并指出了发展方向。

激光加热辅助车削淬硬钢的白层形成临界切削速度预测与实验研究

谢兴杰, 张小俭,

2022, 33(01): 15-23. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.002

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淬硬钢已加工表面极易产生白层，对零件的服役性能造成很大影响，采用激光加热辅助车削替代常规车削来加工淬硬钢可解决白层形成的问题。利用VDFLUX用户子程序建立了热力耦合移动激光加热辅助车削过程有限元模型并进行仿真。基于有限元模型仿真结果和白层形成临界切削速度预测模型，分析了不同激光预热参数对白层形成临界切削速度的影响。结果表明，在选用的激光预热参数范围内（激光功率P为200~600 W，激光光斑半径R为0.5~0.9 mm，激光光斑到刀尖点的距离L为5~15 mm），适当减小P和L、增大R均能增大白层形成临界切削速度的上限，在优选的激光预热参数（P=200 W，R=0.9 mm，L=5 mm）下，淬硬钢已加工表面白层形成的临界切削速度较常规切削提高了约26.09%。

非线性能量阱对汽车车身垂向振动的抑制效果

甄冬, 李堃, 刘晓昂, 张佳琪,

2022, 33(01): 24-33. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.003

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为控制动力总成激励引起的车身垂向振动，建立了车身增加立方刚度非线性能量阱和负刚度非线性能量阱的动力总成-车身-轮胎的三自由度汽车模型。基于复变量平均法分别推导了两个系统的慢变方程，研究了系统鞍结分岔边界条件，并对平衡点稳定性进行了分析。数值分析表明，优化后的立方刚度非线性能量阱能有效减小车身在其固有频率处的振动；与立方刚度非线性能量阱相比，负刚度非线性能量阱具有更好的减振效果。

窗口伸缩优化的同步压缩算法及其在变转速工况瞬时频率估计上的应用

吴红安, 吕勇, 易灿灿, 袁锐,

2022, 33(01): 34-44. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.004

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针对传统时频分析方法的固定窗在分析非线性调频信号时存在时频聚集性不高等问题，在短时傅里叶变换基础上引入同步压缩理论，利用信号的局部信息特征，提出一种窗口伸缩优化的时频同步压缩变换算法，并在此基础上推导出二阶及高阶的窗口伸缩优化的同步压缩变换算法。该方法能够兼顾同步压缩变换和重排的优势，进一步锐化时频脊线，从而增强时频表示的能量聚集水平，提高信号时频分辨率。鉴于信号的先验知识未知，以最小信息熵准则为依据对截取信号窗口进行伸缩优化，利用熵值对时变窗口参数进行估计从而确定各时刻的最优窗宽。仿真信号和实际信号分析结果验证了该方法的有效性。

双列螺旋槽液膜密封的相变流动特性

曹生照, 常涛, 郝木明, 孙鑫晖, 王增丽, 任宝杰

2022, 33(01): 45-53. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.005

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为研究高速、低温工况下的液膜密封气液两相流现象，基于均相流体理论，构建了液膜密封相变模型，分析了流体膜两相流动特性和工况参数对相态转变的影响。结果表明：流动空间发散是槽区相变的主要因素，相变的吸热散热导致温度场显著变化；转速升高时，流体动压增强，温度升高，相变范围扩展，相变速率增大；介质温度升高使流体动压减弱，汽化吸热量增大、黏性耗散热量减少是端面流体冷却的原因。

含有恰约束分支的无耦合两转动并联机构型综合

张彦斌, 王科明, 芦风林, 魏雪敏, 王科峰

2022, 33(01): 54-61. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.006

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为提高解耦并联机构的刚度和承载能力，基于分支驱动力螺旋理论提出一种含有恰约束分支的无耦合两转动并联机构型综合系统方法。分析了无耦合两转动并联机构的运动解耦性与分支驱动力之间的关系，确定了分支驱动力螺旋的作用形式；研究了机构输入输出运动之间的映射关系，根据机构雅可比矩阵为对角阵的特点，确定了主动分支的驱动力螺旋和主动运动螺旋的具体形式，给出了非主动运动螺旋的确定方法，完成了主动分支的构型综合。最后实现了含有恰约束分支无耦合两转动并联机构的型综合，得到多种新机型。

基于履带车辆车体动态响应的行驶路面不平度识别

凌启辉, 戴巨川, 陈盛钊, 孙飞鹰, 汪国胜, 廖力力

2022, 33(01): 62-69. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.007

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建立了基于履带车辆车体动态响应的行驶路面不平度识别的模型。该模型采用带外源输入的非线性自回归神经网络结构，以履带车辆车体动态响应为输入、路面不平度为输出。将相关性系数、均方根误差和绝对误差累计概率密度作为识别效果的评价指标，并给出了上述三个指标的融合方法。基于正交试验设计的思路分析并实现了路面不平度识别模型输入数量和识别效果的平衡，简化了测试系统传感器的布置。分析了不同的路面、采样频率和车速下的路面不平度识别效果。结果表明，提出的不平度识别方法满足工程实际需求。

激光熔覆过程中的粉、气、光耦合温度场

许明三, 周春辉, 张正, 曾寿金,

2022, 33(01): 70-77. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.008

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激光熔覆过程中，粉末到达基体表面前存在粉、气、光的耦合温度场。建立了送粉过程中粉、气、光耦合温度场的三维数值模型。耦合温度场的研究结果表明：激光功率是影响耦合温度的主要因素，载粉气是影响耦合温度场的主要因素；温度场的红外测温仪实测结果与仿真结果基本相符。

数字孪生驱动的数控铣削刀具磨损在线监测方法

李聪波, 孙鑫, 侯晓博, 赵希坤, 吴少卿

2022, 33(01): 78-87. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.009

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针对数控铣床不断老化导致刀具磨损预测模型误差较大，加工过程中动态数据难以在线采集等问题，提出一种数字孪生驱动的刀具磨损在线监测方法。采用神经网络对加工过程中的多源数据进行特征提取，建立考虑机床老化的刀具磨损时变偏差量化模型，并在此基础上提出数控铣削刀具磨损的在线预测方法；开发了面向刀具磨损的数控铣削数字孪生系统，在线感知加工过程中的动态数据并实时仿真刀具磨损过程；最后，将该方法应用于实际加工中并与其他的预测方法进行了对比，结果表明该方法有效降低了机床老化带来的误差，实现了刀具磨损的精确预测。

面向不平衡数据集的汽车零部件质量预测

李敏波, 董伟伟

2022, 33(01): 88-96. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.010

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针对汽车零部件质检数据存在合格品与不合格品数量不平衡的问题，提出了基于密度聚类与多工序制造特征的MCDC-MF-SMOTE质检数据过采样方法。先对少数类（不合格）与多数类（合格）样本分别进行密度聚类，再对多工序制造数据和类簇样本分布进行过采样权重计算；根据设定的过采样比和类簇权重，在少数类簇中进行过采样数据生成。使用MCDC-MF-SMOTE过采样方法生成汽车零部件质检的平衡数据集，并采用随机森林排序制造特征的重要性，对分类模型LightGBM、XGBoost、SVM和MNB进行Stacking集成来预测不合格品。与随机抽检相比，该方法对不合格产品的检出率提高了约63%。

自动导向小车与加工设备多目标集成调度的聚类遗传算法

邹裕吉, 宋豫川, 王馨坤, 王毅

2022, 33(01): 97-108. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.011

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针对AGV与加工设备的集成调度问题，在考虑AGV无冲突路径规划的情况下，建立了以最大完工时间、AGV运行时间及机器总负荷为优化目标的调度优化模型，提出一种基于时间窗和Dijkstra算法的多目标自适应聚类遗传算法。根据算法在不同迭代时期的特点，提出一种包含自适应个体交叉概率的交叉重组策略；设计了自适应种群变异概率；引入基于网格划分数和扩容网格距离的环境选择策略。仿真结果验证了算法的可行性和优越性。

水下滑翔机纵垂面变浮力过程建模与控制优化

严升, 张润锋, 杨绍琼, 牛文栋, 张宇航, 李保玉,

2022, 33(01): 109-117. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.012

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基于国产水下滑翔机“海燕-Ⅱ”的结构特点和控制特征，考虑不同深度下的海水密度和压强对水下滑翔机运动的影响，建立了一种精确的水下滑翔机动力学模型。该模型将水下滑翔机的前后导流罩和其他可浸水部分的海水质量作为水下滑翔机本身质量的一部分，并将水下滑翔机的回排油过程作为变质量过程，将海水的深度变化对其浮力的影响过程作为变浮力过程。此外，将电池包的前后移动量作为控制输入量、俯仰角作为控制输出量对该模型进行数值仿真，并结合南海海试数据与仿真结果进行对比，结果验证了该模型的有效性。最后，基于该模型以滑翔角作为控制变量，采用PID控制器进行数值仿真，结果表明通过该优化控制策略能显著提升水下滑翔机的运动性能。

电动车辆控制参数自动优化标定系统的研究及验证

高建平, 余佳衡, 孟垚, 郗建国

2022, 33(01): 118-125. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.01.013

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为解决电动车辆控制参数依靠人工经验选取、优化模型缺少验证的问题,首先利用正交试验选取对综合评价指标影响较大的控制参数；其次利用Isight、dSPACE等工具，开发出自动优化标定系统仿真平台。通过优化算法自动选取参数及结果分析。最后利用台架对优化模型进行验证。仿真结果表明：优化后综合评价指标提高了19.74%，整车节油率达11.95%，动力性等各项指标均有提高。试验结果与仿真结果接近表明了该自动优化标定仿真系统的正确性。

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2022, 33(01): 126.

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