中国机械工程

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2014, 25(23): 0.

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用于管道减振的新型动力吸振器

陈果, 程小勇, 刘明华, 罗云, 侯民利, 赵斌

2014, 25(23): 3125-3131.

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设计了一种适用于管路系统减振的弹簧片式动力吸振器。该吸振器在结构上采用螺栓与管路进行连接,采用弹簧片-质量块构成弹簧-质量系统对振动进行吸收,具有结构简单、调频和安装方便的优点。对动力吸振器进行了结构设计并进行了参数选择，建立管路有限元模型分析了安装减振器前后系统的谐响应，最后进行了实验验证。实验结果表明，动力吸振器将共振频率下的振动降低了90%以上，与相同质量大小的质量块的减振效果的比较表明，吸振器的减振效果明显优于质量块的减振效果。

蜂窝材料超声波切割声学系统研究

张云电, 肖健雄, 方亮, 陆志平

2014, 25(23): 3132-3136,3146.

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根据超声波加工原理，设计了一种新型Nomex蜂窝材料数控超声波切割主轴。采用四端网格法对变幅杆进行了有限元分析和位移节点修正。建立了超声波切割声学系统有限元模型，并进行了模态分析。从振型图可以看出变幅杆法兰盘处位移变化较小，输出端振幅较大。利用激光位移传感器测量了刀具的振动位移，圆形刀振幅a=22.37μm，满足加工要求。利用超声波切割主轴对Nomex蜂窝材料进行了大量切割实验，取得了加工表面平整光滑、加工精度高、切削过程中没有粉尘污染等显著效果。

机床基础大件振动时效工艺参数优化方法

胡敏, 余常武, 赵万华, 寸花英, 袁胜万, 张文凯

2014, 25(23): 3137-3142.

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通过模态仿真的方法得到了最佳的振动时效工艺参数,在此基础上选取相同的机床床身铸件作为实验对象，对新工艺和原工艺下的平均应力消除率进行了对比。实验结果表明，新工艺下床身铸件的平均应力消除率为65.1%，原工艺的平均应力消除率为38.5%，另外，原工艺下，有个测点的应力值没有减小反而增大。新工艺下铸件的应力消除率明显大于原工艺下铸件的应力消除率，验证了所提出的振动时效工艺参数优化方法的正确性。

新型3-RRRRR并联微动平台的位置及误差分析

李仕华, 句彦儒, 马琦翔, 李富娟

2014, 25(23): 3142-3146.

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对一种新提出的由压电陶瓷驱动的并联微动平台进行了运动学分析。采用D-H法对该微动平台进行了位置分析，推导出了微动平台的反解表达式；在对单分支进行误差分析的基础上，建立了该并联微动平台的末端误差模型，并进行了误差分析。研究结果对3-RRRRR并联微动平台的设计和制造有参考价值。

非接触式五坐标测量机系统几何参数的辨识方法

费致根, 徐小洁, 郭俊杰

2014, 25(23): 3147-3150.

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针对所研发的非接触式五坐标测量机，介绍了其系统组成及工作原理。采用多体运动学理论与齐次坐标变换的方法建立了系统的测量数学模型。对于数学模型中的未知几何参数，提出了基于测量实物基准的参数辨识方法，实现了对三个未知几何参数的辨识。实验结果表明该方法是有效、可行的，三个几何参数辨识的重复误差都在2μm以内。

SKD11硬切削锯齿形切屑形成机理试验研究

景璐璐, 陈明, 安庆龙

2014, 25(23): 3151-3154,3159.

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针对淬硬钢SKD11硬切削形成的锯齿形切屑，通过金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察了切屑的金相组织和微观形貌，分析了不同的切削速度下锯齿形切屑的特点，讨论了绝热剪切发生时剪切带内动态剪应力和温度的变化规律。研究结果表明：SKD11硬切削在低速和高速切削时均产生锯齿形切屑；提高切削速度有利于锯齿化程度的增加；锯齿形切屑的形成同时存在断裂和绝热剪切两种机制，并且随着切削速度的提高，切屑由周期断裂型向绝热剪切型转变；在绝热剪切过程中剪应力变化呈现二次曲线形式，且切削区温度对动态剪应力变化曲线具有较显著的影响；通过提高切削速度可以提高切削温度，抑制材料的硬化效应，引发剪切失稳，从而减小切削力。

万向十字轴轴根过渡结构的优化设计和分析

陈科, 殷磊, 陈振华

2014, 25(23): 3155-3159.

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提出变曲率过渡曲线理论，单纯从形状上寻求应力集中系数小的万向十字轴轴根过渡曲线。将双曲率圆弧曲线、椭圆曲线和流线形曲线作为万向十字轴轴根过渡曲线来降低应力集中从而提高万向十字轴的使用寿命；建立了三种过渡曲线的曲线方程，给出双曲率圆弧过渡曲线、椭圆弧过渡曲线及流线形曲线的设计实例，并进行了有限元分析。结果表明提出的三种曲线可以有效降低万向十字轴轴根的应力集中。

B样条曲面的T样条裁剪法

薛翔, 周来水

2014, 25(23): 3160-3164.

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针对B样条曲面裁剪法中的裁剪曲面定义与裁剪边界修改问题，提出一种T样条曲面裁剪法，并用于多边矩形域上的曲面裁剪。先将B样条曲面转换为一张全行列T样条曲面，然后再利用T样条曲面的局部均匀细分和控制点移除，得到一张T样条裁剪曲面。裁剪后的T样条曲面建立在一个多边T网格上，具有完整的曲面定义，并且可以局部修改其裁剪边界。最后通过实例验证了T样条裁剪曲面在曲面定义和边界修改上都优于B样条裁剪曲面。

小曲率球面零件数控渐进成形缺陷问题研究

徐佳晖, 高霖, 史晓帆, 安传海

2014, 25(23): 3164-3167.

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小成形角零件加工是渐进成形中的一个难点，零件在成形时存在较大的内部压应力以及明显的回弹现象，易产生鼓包问题。通过对小曲率球面零件精度问题的分析可知，如何消除零件中心产生的鼓包是提高精度的关键问题。试验分别采用补偿、更换成形工具头和正成形等方案对零件成形精度进行优化，发现这几种方法均可以有效地消除鼓包问题，显著提高成形零件的精度，且各方案均有其自身的优点，在实际生产中可根据不同的精度要求选择不同的解决方案。

基于脆弱性分析的复杂产品生产线工艺路线优化

李华, 卢素伟, 杨挺

2014, 25(23): 3168-3173.

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复杂产品的制造加工具有工艺路线复杂、制造工序众多的特点，产品生产线往往具有高的脆弱性。应用复杂网络理论建立了复杂产品的生产线网络模型，并通过对复杂产品生产线网络模型特点进行分析，揭示了工序在生产线网络中分布的不均衡性会导致生产线脆弱的本质，进而建立了工序分布偏差函数，构建了复杂产品生产线的网络优化模型，通过优化工艺路线提高了工序分布的均衡性。以某航空发动机零部件生产线为例验证了方法的可行性和有效性。

考虑外包的平行机调度问题的多目标遗传算法

孙超平, 杨平, 李, 凯,

2014, 25(23): 3174-3179.

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研究了一类考虑外包的平行机调度问题，目标是使作业外包总成本与最大完工时间同时最小化。通过对该类问题进行形式化描述与分析，设计了一种数字串形式的解的表示方法，其中每位数字表示固定作业对应的机器编号，该方法能够有效缩小解空间，从而提高搜索效率。进而构建了一种带精英策略的非支配遗传算法PD-NSGA-Ⅱ，为该类多目标调度问题提供Pareto最优解集。大量数据实验结果表明，所构造的PD-NSGA-Ⅱ算法能够在合理的时间内有效求解该类调度问题，其解的质量与计算效率均优于SPEA算法。

面向航空发动机装配线的知识化制造自适应优化调度

汪浩祥, 严洪森, 汪峥,

2014, 25(23): 3180-3187,3194.

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为了解决不确定生产环境下的航空发动机装配调度问题，设计了一种面向航空发动机装配线的知识化制造自适应优化调度算法。算法采用强化学习和过程仿真相结合的调度策略求解方式，以最小化提前期惩罚费用和完工时间成本为调度目标，给出了航空发动机装配的Q学习自适应调度模型；针对装配调度问题定义了四个新的调度规则，定义了航空发动机装配的四个状态特征用于对系统状态进行描述，并针对调度目标设计了合理的回报函数。仿真实验结果表明，在调度过程中，采用提出的Q学习方法在多数情况下都远优于其他规则，尤其在装配任务到达频繁的情况下，总体上表现出更好的优势，显示了良好的自适应性能。

一种交变载荷下Galfenol力传感器结构与能量效率的优化策略

舒亮, 吴桂初, 陈定方

2014, 25(23): 3188-3194.

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提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构，以Galfenol合金为敏感元件，将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口，可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸，通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在传感器工作机理的基础上，提出了一种传感器能量利用效率优化策略，采用封闭结构对Galfenol合金力传感器磁路进行了设计与优化，分别采用二维和三维有限元方法，研究了开放式磁路结构和提出的新型结构在磁路分布以及能量利用效率上的特征。仿真和实验结果表明，所提出的新型传感器结构，不仅在结构上可以增强Galfenol合金中磁通密度分布的均匀性，同时可以大幅提升传感器的能量利用效率，其提升率超过50%，同时对所设计的传感器结构进行加载交变载荷试验，试验结果验证了传感器设计方案的可行性。

大型旋转曲面表面涂层仿形加工方法

陈志鸿, 房海蓉, 方跃法

2014, 25(23): 3195-3199,3238.

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针对航天领域中某大型易变形薄壁工件旋转曲面表面的涂层仿形加工问题，提出一种高效的实时加工方法。将距离传感器安装于刀具前方一定角度处，加工时，传感器先检测金属曲面外形数据，以测量的离散数据点计算刀具进给轨迹进而控制刀具进给，从而实现高效率的涂层加工，解决易变形薄壁工件表面涂层的仿形加工难题。在实时加工点到达测量点的时间段内，系统完成数据采集、数据处理和刀具轨迹计算。为提高运算实时性，提出对NURBS曲线进行近似拟合的轨迹快速生成方法，以拟合误差为依据将轨迹分成NURBS曲线段和折线段，在误差大的拟合点以直线段连接。最后，通过加工实验证明该加工方法高效、实用。

微细铣削氧化锆陶瓷铣削力特征分析

卞荣, 何宁, 李亮, 钱军, 史振宇, 陈明君

2014, 25(23): 3200-3206.

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针对硬态氧化锆陶瓷的微细精密加工问题，采用金刚石涂层微铣刀进行了微细铣削试验。介绍了微细铣削陶瓷材料时加工区的几何特征,分析了可能产生单齿铣削的原因。通过测力仪记录了铣削力信号，对特征力信号进行了描述和分析,研究了铣削参数以及刀具磨损对铣削力大小的影响。结果表明，微细铣削陶瓷材料时，由于每齿进给量非常小,故铣削过程易产生单齿铣削现象；铣削力轴向分量Fz的值最大，随着每齿进给量的增大，Fz呈明显上升趋势；随铣削路程的增加，刀具磨损加剧，铣削力也随之增大，受刀具磨损影响产生一定波动，特别是Fz,其增加幅度明显大于Fx和Fy的增加幅度。

无隙钢球精密传动啮合副滑动特性研究

宜亚丽;安子军;王海侠

2014, 25(23): 3206-3211.

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针对无隙钢球精密传动啮合副中钢球滚滑现象对传动精度的影响，运用啮合原理和转化机构运动学分析方法，提出采用弧长差表征啮合副滑动特性的方法，阐释了无隙钢球精密传动啮合副传动过程中钢球滑动产生的机理。建立了理论分析数学模型，分析了滑滚状态下啮合副在啮合传动过程中相对滑动速度和滑动率的变化规律，并绘制了其变化曲线。建立了无隙钢球精密传动啮合副三维实体，并利用ADAMS进行了运动学仿真分析。结果表明，啮合副传动过程存在微量滑动，钢球与中心盘啮合处的滑动速度和滑动率较大，磨损也较严重。

介质球间非限制料层夹持形态研究

毛亚郎, 孙毅, 计时鸣, 单继宏

2014, 25(23): 3212-3215.

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颗粒的球磨粉碎以介质球间非限制料层破碎为主，料层的夹持特性与颗粒破碎密切相关。通过石英颗粒料层挤压实验和离散元仿真发现，介质球径和颗粒粒度对夹持料层厚度存在显著的影响：介质球径小则料层薄、颗粒粒度小则料层厚。通过对实验数据的回归分析，构建了石英颗粒的夹持料层高度计算模型；依据料层高度与料层自锁条件给出了料层夹持范围计算公式，计算模型和公式与料层挤压实验结果符合较好。

通用型线泛函表达拓展及其涡旋盘研究

王立存, 张国进, 王旭东, 聂, 新, 朱, 明, 宋李俊

2014, 25(23): 3216-3220.

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为使采用通用涡旋型线的涡旋盘生成过程简单便捷、易于实现，通过级数思想拓展了基于泛函的通用涡旋型线表达式，根据解析几何的向量方法得出共轭动静盘型线的两种不同向量形式，提出了涡旋盘向量生成一般流程以及运用MATLAB计算的具体设计实例。用具有“数”和“形”的向量方法表达动静型线及其啮合关系，既可以通过数值运算来控制涡旋型线的形状，又能几何直观地说明型线啮合原理及过程。得出的泛函拓展表达式不仅涵盖通用涡旋型线所有类别，还能避免传统方法计算的复杂性，有助于进一步系数优化选取研究。

平面应力条件下轴对称拉深成形法兰区起皱和破裂分析

秦泗吉, 杨莉, 盖玢玢

2014, 25(23): 3221-3226.

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分别采用平面应力和平面应变假设条件，对轴对称拉深成形法兰区的应力分布进行了分析比较，两种情况下的径向应力计算值相差较小，但周向应力计算值相差较大。有限元模拟表明，平面应力条件下得到的解析结果与模拟值非常接近，表明平面应力假设条件比平面应变假设条件更接近于实际情况。在平面应力条件下，建立了轴对称成形法兰区起皱失稳条件和圆筒形件破裂失稳条件，导出了临界压边力的计算式。对于某一具体的拉深成形问题，计算得到了临界压边力与拉深位置的关系曲线。分析结果有助于进一步认识拉深成形各变形区的变形特点，建立更符合实际的起皱、破裂准则，预测成形缺陷及临界压边力。

残余应力松弛和自增强处理压力对在役高压容器的安全影响

陈海辉, 曾莹莹, 钟汉通

2014, 25(23): 3227-3231.

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为了确定残余应力松弛和自增强处理压力对在役高压容器安全性能的影响，通过分析测试结果获得了残余应力的松弛规律，计算了在工作压力、残余应力作用下的当量等效应力沿壁厚分布情况，模拟计算出了不同的工作压力、自增强处理压力下的安全系数，推导出了最佳自增强处理压力。结果表明所研究的高压聚乙烯反应管在使用10年后，环向应力在近内壁区衰减最快，从-600MPa衰减到-333MPa，衰减率达45%；在弹性区衰减较小，残余应力峰值位置外移，但其峰值大小变化不大。对于自增强处理后的压力容器，在工作压力作用下，随着残余应力的松弛，内壁面当量等效应力增大，当量等效应力在弹塑性交界处最大，应该按此处的当量等效应力计算安全系数。依据示例聚乙烯反应管尺寸，模拟计算出在工作压力分别为180、280、380MPa时，经过自增强处理压力分别为606、677、743MPa的最佳自增强处理后，其安全系数比残余应力全部衰减为0时分别高16%、26%、37%。压力容器工作压力越大，经最佳自增强处理后安全系数增大得越多，但残余应力衰减对其安全影响越大。

基于GA-BP网络的矿山路面不平度辨识

谷正气, 朱一帆, 张沙, 马骁骙

2014, 25(23): 3232-3238.

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提出利用经遗传算法优化的BP神经网络辨识矿山路面的方法。建立了14自由度自卸车仿真模型，将仿真得到的座椅加速度作为网络理想输入样本，基于逆变换原理拟合出的路面不平度作为网络理想输出样本，通过网络训练，建立了两者之间非线性映射模型。对拟合出的不同等级路面、各种凹坑路面及自卸车不同载重下路面不平度进行辨识，辨识路面与测试路面相关系数高、相对误差小，验证了该方法具有对复杂矿山路面的辨识能力。通过整车道路试验，证明了该方法的准确性。与自卸车常用C级路面下的平顺性仿真结果的对比显示，采用该方法得到辨识路面更加接近实际路面，达到了提高模型仿真精度的目的。

气路闭环空气悬架系统能量损耗建模及分析

江洪, 钱宽, 邱亚东, 徐兴

2014, 25(23): 3239-3244.

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研究了高低压腔气路闭环空气悬架系统充放气过程中的能耗问题。基于热力学和车辆动力学理论建立了气路闭环空气悬架充放气模型并在Simulink中仿真，通过1/2车对空气弹簧进行充放气实验，实验结果验证了所建立的充放气模型的正确性。为分析研究闭环系统能量损耗途径，采用压缩气体有效能(即压缩气体对外界大气所做的功)对系统充气、放气、升压三个过程的能量损耗进行量化计算。仿真结果表明：充气过程中能耗随高压腔压力升高而变大；放气与升压过程中的能耗都随低压腔压力升高而降低；在同等条件下，高低压腔气路闭环系统相对开环系统可以节约大量的能量。

多目标柔性作业车间调度算法研究综述

彭建刚, 刘明周, 张铭鑫, 张玺

2014, 25(23): 3244-3254.

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首先，介绍了多目标柔性作业车间调度问题的数学模型和有关定义；其次，总结了相关优化算法理论，汇总了MOFJSP优化算法的研究成果, 重点综述了求解多目标优化问题性能优良的计算智能方法和智能搜索算法；最后，指出MOFJSP优化算法若干有待进一步研究的方向和内容，并为下一步研究提出了建议。

深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备发展历程与趋势

刘德顺, 金永平, 万步炎, 彭佑多, 黄筱军

2014, 25(23): 3255-3265.

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海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行了梳理，重点介绍了目前世界上几种典型的海底岩芯取样钻机性能、结构和技术特点；然后，分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行了分析；最后，分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势——将朝着大型化、多用途化、智能化、专业化和便利化以及高保真取样方向发展。

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2014, 25(23): 3266.

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