当期目录

2010年 第21卷 第05期    刊出日期：2010-03-10
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机械基础工程
鲁棒性概率优化在乘员约束系统设计中的应用
 
张佳洪, 李光耀, 高晖, 陈涛
2010, 21(05):  505-509. 
摘要 ( )   PDF (4029KB) ( )  
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低速灵敏球轴承摩擦力矩分析
姜绍娜, 陈晓阳, 顾家铭, 俞力铭, 沈雪瑾
2010, 21(05):  510-514. 
摘要 ( )   PDF (3881KB) ( )  
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低速灵敏球轴承小而稳定的启动力矩和动态力矩对于导航系统的姿态控制至关重要，其工况通常是低速稀油润滑，黏性摩擦被忽略而重点推导接触区因弹性滞后、自旋及差动滑动引起的摩擦力矩。借助拟静力学分析得到了赫兹接触区纯滚动线的位置，积分求出了自旋及差动滑动引起的摩擦力矩，进而估算出灵敏球轴承的摩擦力矩，为验证所推公式的计算结果将其与相关文献的理论值及试验实测值进行了比较。在数学模型基础上，进一步讨论了轴承内外圈沟曲率因数这一重要结构参数对摩擦力矩的影响。
基于模态振型的自由阻尼层厚度分布优化 
臧献国1;于德介1;姚凌云1;严若磊2
2010, 21(05):  515-518. 
摘要 ( )   PDF (3039KB) ( )  
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阻尼材料的敷设位置和敷设厚度分布对结构减振效果有较大影响,针对阻尼材料敷设厚度分布优化问题,提出了一种基于模态振型的阻尼层敷设厚度分布优化方法。该方法用一组模态振型线性组合来定义阻尼层厚度分布函数,将模态参与因子作为设计变量来优化阻尼层厚度分布。研究了给定阻尼材料下自由阻尼层厚度分布优化问题,数值算例表明,与均匀敷设阻尼相比,阻尼层敷设厚度分布优化后的结构能更有效地抑制结构振动,提高阻尼材料的利用率。
 
高速铣削高体积分数SiCp/Al 复合材料表面形貌及切屑机制的研究
于晓琳, 黄树涛, 赵文珍, 周丽, 周家林
2010, 21(05):  519-524. 
摘要 ( )   PDF (10602KB) ( )  
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为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌，采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明，在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时，干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构，还是在切屑形成及形貌上，都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。
面向制造的连续体结构拓扑优化设计方法研究
王明强, 李治多
2010, 21(05):  524-528. 
摘要 ( )   PDF (4295KB) ( )  
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为了更好地解决结构拓扑优化的工程实用化问题，研究了一种面向制造的连续体结构拓扑优化设计的方法，即面向制造的分级拓扑优化方法。该方法可使优化结果同时满足设计性能和制造性能的要求。为消除数值不稳定，研究了密度和敏度混合高斯函数过滤算法，该算法能有效解决棋盘格式及网格依赖等数值不稳定问题，并能获得良好的优化结果。利用研究的分级拓扑优化方法和有关算法，对经典算例进行计算，所得结果验证了该方法的可行性和有效性。
永磁行星齿轮传动的参数设计与转矩分析
朱学军, 许立忠
2010, 21(05):  529-535. 
摘要 ( )   PDF (5133KB) ( )  
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综合应用行星齿轮传动原理和电磁学原理，对永磁行星齿轮传动进行了几何学和运动学的分析。利用等效电流模型法，推导了太阳轮与行星轮之间的转矩、内齿圈与行星轮之间的转矩的计算公式，并完成了驱动转矩的计算和分析。研究了驱动转矩随磁极对数、中心距、轴向厚度、径向厚度等多种因素的变化规律，并依据分析结果对该种传动机构的参数进行了合理选择。
偏心凸轮机构动力学的一种新模型及其计算
张劲夫, 张俊龙
2010, 21(05):  535-539. 
摘要 ( )   PDF (3795KB) ( )  
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为了更加客观地研究偏心凸轮机构的动力学行为，在考虑凸轮与推杆之间的摩擦以及凸轮轴柔性的基础上，应用有限元法和拉格朗日方程建立了一种偏心凸轮机构的动力学方程。以该动力学方程为数学模型，通过数值方法研究了该机构的运动响应。依据所获得到的运动响应，分析了凸轮与推杆之间的摩擦以及凸轮轴的柔性对机构运动的影响。得出的结论说明，在研究偏心凸轮机构的动力学行为时，计入凸轮与推杆之间的摩擦以及凸轮轴柔性是必要的。
大型复杂产品分层网络计划模型
徐建萍, 郭, 钢, 罗妤, 李浩
2010, 21(05):  540-544. 
摘要 ( )   PDF (4049KB) ( )  
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深入研究了大型复杂产品生产的特点,采用装配单元来优化产品装配物料清单,提出了面向装配单元和装配序列的可扩展两级网络计划应用模式。通过装配单元来指导产品设计和零部件的生产准备;利用工序进装点来控制零部件的成套性。分层的网络计划模式增强了上层计划的稳定性,提高了底层装配序列计划执行和调整的灵活性。该计划模式已在项目制造管理平台上实现,正投入示范应用。
 
面向航天器舱体的智能装配系统研究
彭涛, 李世其, 徐迟, 刘洋
2010, 21(05):  545-549. 
摘要 ( )   PDF (7547KB) ( )  
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针对航天器舱体的装配，运用计算智能、人类智能和机器智能构建了一个智能装配系统。采用蚁群算法对舱体内零件的装配顺序进行了规划和优化，降低了复杂结构体的装配规划难度。采用混和现实技术给出了虚拟装配验证和训练的解决方案，从视觉、信息和操作三个方面来提高装配的人机交互效率；基于视觉的装配质量检测方法可为检查人员提供有效的提示信息，协助检查人员快速发现多余物，减小遗漏多余物的几率。
信息技术
高速电主轴水冷系统三维仿真与试验分析
陈文华, 贺青川, 何强, 刘宏昭, 叶军, 牛青坡
2010, 21(05):  550-555. 
摘要 ( )   PDF (7764KB) ( )  
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以耦合传热数值计算理论为基础，应用ANSYS CFX对高速电主轴水冷系统进行了仿真与试验分析。通过改变水冷系统有限元模型的边界条件，对不同冷却水流量、工况、环境温度条件下电主轴的温升进行了对比分析。研究表明:当处于旺盛湍流阶段时，使用k-ε控制方程求解耦合传热方程是一种有效的方法；冷却水流量越大，电主轴温升越小，当冷却水流量增大到一定值时，仅依靠增大流量已不能控制温升；环境温度不是影响电主轴温升的主要因素。
基于建模过程的加工特征识别
李伟平, 郑琳, 龚志辉
2010, 21(05):  556-562. 
摘要 ( )   PDF (6930KB) ( )  
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针对复杂零件加工特征识别存在拓扑分析复杂、相交特征识别困难的问题，提出了利用CAD系统中以宏命令形式记录的建模过程进行特征识别的新方法。每次特征识别仅对单个建模过程中的几何实体和拓扑实体进行分析，逐一识别零件模型的所有特征，有效避免了传统方法对零件模型的全部几何实体和拓扑实体进行特征识别存在的缺陷。研究了输入数据获取和整理、基于二维草图的特征痕迹识别和特征参数获取的算法。
版图分类法在带钢表面缺陷识别中的应用研究
王永慧, 颜云辉, 赵大兴, 赵久梁
2010, 21(05):  562-566. 
摘要 ( )   PDF (4188KB) ( )  
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针对现有带钢表面缺陷模式识别分类器所用算法的不足，提出了一种新型的分类算法——版图法。该算法结构简单，在时间消耗较少的情况下，具有更高的识别精度和更好的适应性。类别众多、形态复杂、类别边界交叠的带钢表面缺陷图像分类实验所得结果令人满意。
数控系统的直线和S形加减速离散算法
陈友东, 魏洪兴, 王琦魁
2010, 21(05):  567-570. 
摘要 ( )   PDF (2895KB) ( )  
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提出了一种新的直线和S形加减速控制算法，给出了直线和S形加减速的速度迭代公式。程序段长度不能满足理论上加减速计算的时间分割条件，即理论减速点和实际减速点不重合，这导致在减速阶段结束时需要低速运行一段时间。在插补开始时根据加速度重新计算速度，以保证该速度运行时能够保证插补路径的长度刚好是直线段的整数倍。以此速度重新计算加速度和加加速度，并将其用于加减速运动，可以避免处理“尾巴”。根据采样次数决定加减速，可以避免预测减速点。
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机械基础工程
自适应带钢表面缺陷图像边缘增强方法
魏玉兰, 颜枫, 颜云辉, 李兵
2010, 21(05):  571-574. 
摘要 ( )   PDF (5465KB) ( )  
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针对带钢表面缺陷图像去噪后边缘模糊的问题，提出了一种基于邻域信息的自适应双倒数滤波方法。该方法结合邻域内像素的几何位置信息与灰度信息进行滤波，通过引入与边缘有关的梯度算子自适应调整几何位置信息中的距离，在图像灰度变化小的背景区域取较大的权值，增强图像的平滑效果，以达到去噪的目的；在图像灰度变化大的边缘处取较小的权值，以达到边缘增强的目的。实验结果分析表明，该方法去噪和边缘保持效果好。
高温发汗自润滑复合材料真空熔渗过程的动力学分析
王砚军, 刘佐民, 杨丽颖, 王守仁
2010, 21(05):  575-580. 
摘要 ( )   PDF (1773KB) ( )  
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阐述了熔融固体润滑剂熔渗微孔预制体的熔渗原理，通过对微孔预制体孔隙特征的统计学分析和熔渗过程的动力学分析，建立了熔渗饱和度和熔渗压力的表达式，分析了影响熔渗质量及熔渗过程的主要因素，讨论了可改进熔渗工艺的几个问题。试验表明，基于熔渗过程的动力学分析，以60Sn40Pb-10Ag-0.3RE复合固体润滑剂熔渗的TiC-Fe-Cr-W-Mo-V系微孔预制体可以很好地实现预制体与固体润滑剂的熔渗复合，是制备高温发汗自润滑复合材料的有效途径。
基于几何误差源互补偿的机床公差设计及其应用
黄强, 张根保, 任显林
2010, 21(05):  580-584. 
摘要 ( )   PDF (1141KB) ( )  
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针对机床系统几何误差源的最终作用结果存在相互抵消的现象，提出了一种基于机床系统几何误差源相互补偿的机床公差设计方法。该方法以经济加工精度为初始成本界限，通过机床误差建模实现各个几何误差源公差到机床输出精度的映射；根据映射结果的量值和方向，有目的地调整几何误差源公差的量值和方向，使机床几何误差源在加工误差敏感方向上的抵消效果达到最好。以滚齿机YK3610为例，给出了该方法应用过程的基本步骤和关键环节。 
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面向飞机颤振模型设计的结构拓扑优化研究
杨睿, 杨绪印, 张颖颖, 任莉
2010, 21(05):  585-588,594. 
摘要 ( )   PDF (5265KB) ( )  
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飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标、兼具结构相似要求的反求问题。针对拓扑优化方法只能得到不规则孔洞而无法满足模型相似要求的难题，提出了一种含规则几何约束的结构拓扑优化方法，并将基于单元材料特性更改的方法与双向渐进结构法相结合，利用敏度再分配方法，实现了以频率为目标、具有规则孔洞的结构拓扑优化，且有效抑制了优化中的棋盘格式和局部模态现象。某飞机机身壁板的优化算例证明，该方法能设计出具有给定固有频率的结构，并使之与原机身具有一定的结构相似性。
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单晶硅力学性能及尺寸效应的离散元模拟
姜胜强, 谭援强, 李才, 杨冬民
2010, 21(05):  589-594. 
摘要 ( )   PDF (6001KB) ( )  
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通过建立紧密连接且随机分布在指定区域内的圆盘形颗粒离散单元的力学模型来研究单晶硅的力学性能，并采用不同尺寸的离散元模型研究力学性能尺寸效应。结果表明：泊松比、单轴抗压强度、弹性模量以及断裂韧性的尺寸效应不明显，弯曲强度则随着模型尺寸的增大而减小。建立了连续体经典断裂力学有限宽板条单边直裂纹的离散元力学模型，改变初始裂纹长度进行模拟得到的结果与单边切口梁模拟结果及文献报道的试验值一致。
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基于依赖关系的产品协同设计单主体任务排序研究
梁学栋, 杨育, 刘爱军, 汪军, 王莹东
2010, 21(05):  595-598,623. 
摘要 ( )   PDF (3209KB) ( )  
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针对产品协同设计环境下“人员－任务－资源”复杂交叉难以协调且排序标准单一的问题，基于协调理论中的依赖分析方法对产品协同设计业务规则及任务－资源依赖关系进行了逻辑分类，提出了基于改进禁忌算法的复杂协同设计环境下单主体任务协调模型。该模型能有效给出单个主体协同设计任务的最优排序并能将具有相同依赖关系的活动趋向归类。该模型所得结果与LEKIN中的WSPT启发式算法运算结果的对比验证了该排序方法的有效性和正确性。
 
材料工程
锥形模机械扩径力计算与主要影响因素分析
蔡锦达, 程曦, 付翔, 甘汉青
2010, 21(05):  599-602. 
摘要 ( )   PDF (3098KB) ( )  
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研究了管材锥形模机械扩径的特点,分析了扩径过程中变形区的应力状态,建立了变形区单元体模型。采用金属塑性成形中求解变形力的主应力法,根据Mises屈服准则,考虑材料的加工硬化和弯曲应力的影响,推导出了机械扩径力的解析公式。在此基础上,考虑定径区摩擦力的影响,修正了计算公式,所得结果表明扩径力和扩径模具半锥角、模具与管材之间的摩擦因数、管材原始直径、管材壁厚、扩径系数以及模具定径区长度有关。扩径试验证明了扩径力公式的合理性与正确性。
 
低压转子钢30Cr2Ni4MoV动态再结晶行为研究
刘鑫, 钟约先, 马庆贤, 袁朝龙
2010, 21(05):  603-606. 
摘要 ( )   PDF (7840KB) ( )  
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多墙翼面结构后屈曲强度试验和数值研究
刘华峰, 岳珠峰
2010, 21(05):  607-610. 
摘要 ( )   PDF (4927KB) ( )  
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采用静态试验和有限元分析相结合的方法研究了复合材料中厚蒙皮多墙翼面结构的后屈曲性态、强度和破坏过程。有限元分析取得的载荷-位移曲线和试验结果的一致性说明了有限元模型的正确性。在此模型基础上，采用非线性弧长法追踪外载-位移路径，研究了盒段在压缩和集中力两种不同载荷下的后屈曲行为。给出了屈曲临界载荷和屈曲变形性态，分析了后屈曲强度和破坏过程。
基于快速仿真方法的多工位级进模条料设计
章志兵, 柳玉起, 杜亭, 许恒建
2010, 21(05):  611-614. 
摘要 ( )   PDF (5299KB) ( )  
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汽车结构件形状复杂、成形难度大，其条料设计是级进模工艺设计中急需解决的难点和瓶颈问题。基于有限元逆算法，开发了一种基于工艺特征的条料多步展开算法，并将其应用于条料早期工艺设计。该算法不仅计算速度快，而且可以综合考虑搭桥、压边力、摩擦等实际工艺条件，可以比较精确地预测中间工步的成形性和中间构形。以复杂级进模零件为例详细说明了该算法的具体实现过程。
车辆工程
基于UKF算法的汽车状态估计
赵又群, 林棻
2010, 21(05):  615-619,629. 
摘要 ( )   PDF (5118KB) ( )  
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准确实时获取行驶过程中的状态信息是汽车动态控制系统研究的关键问题。将unscented卡尔曼滤波（UKF）算法应用到汽车的状态估计之中，建立了包含时不变统计特性噪声和非线性轮胎的汽车动力学模型，采用具有对称采样策略和比例修正的UKF算法对汽车估计了多个关键状态量。将UKF估计器与常见的EKF估计器进行了比较分析，基于ADAMS/Car的虚拟试验和实车试验验证了UKF在汽车状态估计中的可行性。
基于成形的车门刚度精细仿真研究
刘瑞军, 胡平, 张杰
2010, 21(05):  620-623. 
摘要 ( )   PDF (5184KB) ( )  
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为了提高车门刚度的CAE仿真精度，提出了将板材成形结果（厚度、应力、应变）作为初始数据引入车门刚度分析的精细仿真方法。通过网格模型转换规则将板材成形软件KMAS/one-step生成的车门内外板的成形结果文件(*.nas)转换为结构分析软件ABAQUS能够识别的文件(*.inp)，以实现成形结果的加载。仿真结果表明，精细仿真能够提高车门刚度的仿真精度。
 
静液驱动履带车辆差速与独立转向性能仿真研究
杨磊, 马彪, 李和言, 朱颜
2010, 21(05):  624-629. 
摘要 ( )   PDF (5674KB) ( )  
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在对静液驱动履带车辆转向行驶理论分析的基础上，运用MATLAB/Simulink对系统转向过程进行了仿真分析。结果表明：在三种转向工况中，原位转向时车辆所需总功率、马达负载转矩及系统压力均最大，宜采用独立式转向；小半径转向时采用独立式转向可保证驾驶员在转向操纵过程中车辆完成转向的情况下，通过踩加速踏板提高平均车速来提高车辆机动性能；修正转向时采用差速式转向可使系统具有良好动态特性。
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