中国机械工程

唐进元, 雷国伟

2010, 21(20): 2395-2401,2429.

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为研究CNC机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮齿面接触分析的影响,以多体系统误差建模理论和齿轮啮合原理为基础,引入机床各轴运动误差到螺旋锥齿轮齿面接触分析中,得到机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮的齿面加工质量影响的定量分析方法。以SGM法加工的弧齿锥齿轮为例,给出ETCA(error tooth contact analysis)的计算过程,对ETCA和齿面接触分析的结果进行了对比分析,从数量上阐述了误差对齿面接触质量的影响。分析结果表明,机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮的齿面接触质量有一定的影响,机床运动轴的运动误差中y轴、x轴的误差对齿面接触质量的影响最大。研究工作为机床各轴运动误差补偿及高精度齿轮制造提供了理论依据。

斜角切削的热力建模与仿真分析

李炳林, 王学林, 胡于进, 李成刚

2010, 21(20): 2402-2408.

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提出了斜角切削热力模型。用等效平面方法把不等分剪切区的直角切削理论延伸并应用于斜角切削中,等效平面的方位由定义的等效平面角来确定。使用坐标变换法分析了斜角切削几何参数之间的关系。建立了剪切区剪切速度、剪应变、剪应力和温度分布的控制方程,在考虑了工件材料加工硬化和热软化影响的条件下,由材料的Johnson-Cook本构方程预测出了剪切区的流动应力。计算了一定加工条件下的切削力,计算结果与已有文献斜角切削实验数据具有较好的一致性,同时,试验表明所提出的斜角切削模型适合于立铣切削力的预测。

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钢管中基于磁致伸缩效应扭转导波激励的实验研究

朱龙翔, 王悦民, 李城华, 沈立华

2010, 21(20): 2408-2411.

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对磁致伸缩扭转导波传感器进行了实验研究。在钢管外表面粘贴与钢管轴向方向成45°角的铁钴条带,通过条带的磁致伸缩效应,在钢管中成功地激发出T(0,1)模态扭转导波,得到了信噪比良好的信号。使用多种激励频率对完整管道进行测试,对信号进行对比研究,得出了最佳的激励频率。

基于损伤力学的疲劳寿命和裂纹扩展的数值分析

董赟, 蔡敢为, 郑战光, 毛坤朋

2010, 21(20): 2412-2415.

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采用损伤力学理论,研究了P355NL1钢含沟槽轴对称试件在交变载荷作用下的疲劳损伤破坏过程。基于应变等效假设的疲劳损伤耦合理论和求解损伤力学问题的附加载荷有限元法,结合生死单元技术,以循环次数划分步长,建立了一种损伤力学-附加载荷-有限元法计算格式。利用ANSYS的二次开发工具APDL语言,对钢标准件的损伤破坏过程进行数值模拟计算,在得到疲劳寿命的同时,给出了不同循环次数下裂纹的扩展路径。并通过试验对计算结果进行了对比验证。

超重型数控落地铣镗床滑枕挠曲变形补偿研究

吴凤和, 王少伟, 杨育林, 王跃宏

2010, 21(20): 2416-2420.

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针对超重型数控落地铣镗床大行程滑枕的变形补偿难题,提出了一种理论分析、数值计算与实验研究相结合的方法,利用有限元分析方法找出滑枕挠曲变形分布规律和变形与滑枕行程间的关系,通过理论分析确定拉杆补偿力的初算值,结合有限元分析方法得到了补偿力与滑枕行程关系曲线。理论与实验结果对比表明,该方法较准确地预测了超重型数控落地铣镗床滑枕挠曲变形分布情况,满足了机床滑枕挠曲变形的补偿要求。

路面破碎机电液系统的自适应反推滑模控制

张平均, 蒋新华

2010, 21(20): 2420-2423.

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针对路面破碎机行走机构的非线性和不确定性对行走速度控制的影响,提出自适应反推滑模控制方法。建立了基于比例泵控马达的速度控制数学模型,设计了自适应反推滑模的控制算法。针对系统模型中的不确定项,给出了各参数项的自适应律,基于Lyapunov稳定性理论,保证了速度输出跟踪误差的渐近收敛。仿真和车载实验结果表明,该方法具有较好的速度控制性能,具有较强的自适应性和鲁棒性。

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基于正态模糊化方法的在机测量系统性能模糊综合评判

储晓承, 叶文华, 俞晖, 管志钢

2010, 21(20): 2424-2429.

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依据模糊评价理论建立了在机测量系统的多层次模糊综合评判模型和指标体系,采用试验数据和正态模糊化方法获得模糊评价矩阵,合理确定评价指标的权重系数,并运用模糊理论求解各层系统评价结果。以某在机测量系统评价过程为例,验证了所提出的评价方法的可行性。评价结果表明,该在机测量系统总体性能较好,具有一定的精度储备,可以用于零件的在机测量。

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风力发电机转盘轴承微动磨损的试验研究

王思明, 许明恒

2010, 21(20): 2430-2433.

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分析了风力发电机转盘轴承微动磨损的损伤形式以及滚道与轮齿上的微动运行模式。为确定接触角度和材料硬度对转盘轴承微动磨损的影响规律,对GCr15钢球/42CrMo平面试样进行了以平面试样在两种倾角（45°和60°）和两种硬度（58～60HRC和44～46HRC）并有润滑脂参与情况下的复合微动试验。试验结果表明：轴承材料42CrMo在硬度高时减小接触角度,而在硬度低时增大接触角度,可减缓微动磨损损伤;微动磨损程度与两种接触材料的机械性能均相关。

高压水射流反射声信号特征值提取方法的研究

杨洪涛, 王从东, 张东速, 李梦, 孙玉玲

2010, 21(20): 2434-2437,2467.

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为了实现高压水射流靶物反射声特征值的有效提取,应用小波降噪方法和模极大值法分别获取对应靶物材质与几何形状参数声信号特征值。介绍了其基本原理,编制了相应的特征值提取程序。利用前混合磨料射流设备、传声器和高速数据采集设备等建立了反射声信号采集的试验装置,进行了对应模拟防步兵地雷、泥地和石块水射流探测试验并采集了数据,应用上述程序对数据进行处理,优化选用小波参数。试验结果显示：应用小波降噪的方法可以有效地将靶物反射声信号与水射流声信号、环境声信号分离,获得对应不同材料靶物的声信号特征值;利用模极大值法可以有效地获得对应不同几何形状参数靶物边界的声信号突变点特征值。这些特征值可以用于后续的靶物材质与几何形状参数的识别。

点啮合齿面CNC制造技术的曲面包络逼近法

周凯红, 周晓艳

2010, 21(20): 2438-2444.

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提出一种在Free-Form型五轴联动数控机床上加工具有预定齿面啮合特性的点啮合准双曲面齿轮齿面的新方法——曲面包络逼近法。与以往的齿面加工方法不同,在新的齿面展成方法中,齿面展成运动是在沿预定接触迹线的曲面活动标架下设计的。该方法展成的齿面在指定的接触迹线附近与目标齿面有二阶切触,而在齿面的其他区域,该方法展成的齿面能以最小偏差逼近预定的齿面,这表明新方法能展成具有预定啮合特性的齿面。实例说明了所提出方法的可行性和精确性。

约束优化求解作业车间调度问题研究

杨宏安, 孙启峰, 郭杰

2010, 21(20): 2445-2450,2458.

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将作业车间调度问题转化为约束优化问题,直接以工序开工时间作为决策节点,构建了包含工艺路线、机床能力、交货期三类约束和提前/拖期成本指标的约束优化调度模型。采用瓶颈机床优先识别和单机排序优化的两阶段调度策略以降低调度问题的复杂性。为了降低回溯搜索中的“Thrashing”现象发生的概率,引入一致性预处理机制对剩余搜索空间实施预修剪,以剔除相关工序变量值域内的潜在冲突值;采用回溯前移机制优先识别瓶颈机床和满足关键工序赋值,以减轻后续搜索进程发生大面积回溯的压力。最后以深度优先搜索为基础,搭建完成约束优化调度算法框架。80组调度测试用例仿真结果表明,约束优化调度方法在降低在制品库存成本、成品库存成本和调度总成本三方面均优于线性E/T排序和指数E/T排序规则。

基于广义信息熵测度的制造过程质量评估

张根保, 曾海峰, 王国强, 张家为

2010, 21(20): 2451-2458.

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制造过程的复杂性导致过程建模、预测和控制难度增大。从信息论的角度看,过程的信息熵与其有序程度成反比关系,因而可以通过信息熵来描述过程的复杂度,进而分析过程的质量状态和演化方向。为定量描述制造过程中的复杂性现象,对信息熵理论进行扩展,建立基于规模、难度和状态多样性的广义信息熵模型。然后按照复杂性对时间的依赖关系,将制造过程的复杂性分解为静态复杂性和动态复杂性,研究利用广义信息熵模型测度制造过程复杂性的方法,并将其用于制造过程质量评估,从复杂性的角度给出过程质量控制有效性的定量分析和评价方法。最后通过实例证明理论和方法的有效性。

面向整车混流装配线客户订单的优化分配排序

李苏珂, 刘盛强, 喻道远, 张三强, 史登松, 何世林

2010, 21(20): 2459-2462.

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通过分析多条位于不同地域的整车混流装配线,建立了以制造成本最低和负荷均衡为目标的订单分配模型,设计了三组反映生产旺季、淡季、正常季的订单数据,并且应用禁忌—递阶遗传算法进行求解,获得了一组非劣解集,最终证明了所提出的模型和算法的有效性。

产品演进设计中的交互式数据融合技术及应用

华尔天, 刘勰, 倪鸯丹

2010, 21(20): 2463-2467.

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提出一种基于客户需求的交互式数据融合技术,将数据融合应用于产品演进设计。通过客户层的数据融合,将不同用户对产品的评价进行综合处理,获得产品总体评价结果;通过产品设计变量指标集之间的数据融合,得到符合用户需求的设计变量指标集,并给出了应用实例。

面向产品设计的BOM配置研究

曾富洪, 周丹, 郭刚

2010, 21(20): 2468-2474.

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为了将产品自动配置技术有效融入产品开发之中,从而提高产品的开发效率,提出了BOM知识体（KBOM）的理念,并建立了基于KBOM的可重用、可共享的产品配置模型,以表达领域知识;然后将配置模型映射成为动态约束满足问题（DSCP）,进而设计了将回溯法、优选法和最邻近相似匹配法融入其中的分级遍历算法来求解DSCP,并给出了算法的实现流程;最后,以某企业的齿轮泵设计为应用实例,验证了所述方法的可行性和有效性。

基于多元信息的作业车间加工进度信息提取及分析模型研究

王东强, 鄢萍, 任凡, 刘飞

2010, 21(20): 2475-2481.

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提出一种基于车间运行状态多元信息的生产进度信息分析模型,其基本思想是以两大信息主线为引导,建立各类进度目标的层次化关系,通过分析车间运行状态多元信息的相关性建立关联矩阵,并利用相关特征属性及指标权重进行评估,实现对作业车间复杂生产进度信息的分析处理。实际应用证明,该模型通过对复杂生产进度信息的精确提取与分析,较好地解决了车间进度与能力的平衡问题,实现了现代作业车间快速、高效、低成本的管理目标,提升了现代作业车间生产管理水平和企业竞争力。

支持扩展QoS约束的动态虚拟企业伙伴选择模型

张以文, 倪志伟, 王力, 李志东

2010, 21(20): 2482-2487.

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现有Web服务架构为动态虚拟企业系统集成提供了良好的解决方案,但不能很好地支持扩展QoS（QoSextr）约束的动态虚拟企业伙伴选择。提出一种基于Web服务架构的动态虚拟企业伙伴选择扩展模型（DVEPSEM）,对传统QoS进行了扩展,利用QoS监控系统对企业QoSextr进行实时监控和处理,同时发挥本体语义优势,建立企业服务分类集和领域本体间的映射,以提高企业服务发现的准确性和效率。基于DVEPSEM模型提出一种改进的自适应遗传伙伴选择算法（IAGA）,实现QoSextr约束和大规模的动态虚拟企业伙伴选择。实验表明,IAGA算法能够较大程度地减少进化代数,提高伙伴选择的准确性。

协同产品创新设计中基于层次知识匹配的冲突消解研究

王小磊, 杨育, 杨洁, 曾强, 程博

2010, 21(20): 2488-2495.

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为解决协同产品创新中的设计冲突,提出一种基于层次知识匹配的协同产品创新设计冲突消解方法。首先,建立协同产品创新设计冲突消解过程模型,分析基于层次知识匹配的冲突消解流程;其次,针对设计过程中冲突量大、难于决策的特点,运用粗糙集理论和方法对冲突进行约简并识别关键冲突;然后,针对层次知识匹配中产生的大量可行方案,将禁忌搜索与生物进化中的精英重组方法相结合,提出一种改进的禁忌搜索算法来优化求解;最后,通过某摩托车的协同设计实例验证了该方法的可行性与有效性。

电子封装中超声波线焊机理的分子动力学模拟研究

丁勇, 孔树清, 金章教, 郑荣跃

2010, 21(20): 2496-2500.

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通过对超声波线焊中的界面接触,以及拉脱实验中的界面分离现象进行分子动力学模拟,从微观角度探讨了超声波线焊的机理。由于实际焊接区域处于平面应变的受力状态,模拟时建立两维的原子模型,采用Sutton-Chen势能函数描述金原子之间的相互作用。模拟结果表明,超声波线焊时由于金线与焊盘之间的紧密接触,产生强大的原子间作用力,从而导致牢固的界面键合,这是超声波线焊的微观机理。将有限元分析和分子动力学模拟相结合,可以计算超声波线焊的界面焊接强度,其结果与拉脱实验相符合。

可监测性设计在机械产品中的应用研究

张月雷, 严新平, 袁成清, 白秀琴

2010, 21(20): 2500-2504.

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分析可监测性设计在工程应用中的意义,明确可监测性设计过程中各个部门之间的信息流程,提出可监测性设计应用实施的系统框架。以内燃机试验机为对象,将可监测性设计的思想进行工程化应用试验。实践证明,可监测性设计在机械产品中的应用效果良好。研究工作为可监测性设计理论的推广和实际工程化应用开展了良好的尝试。

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基于龙贝格状态观测器的车载辅助动力蓄电池SOC估计

贠海涛, 赵玉兰, 钟再敏

2010, 21(20): 2505-2509.

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基于三阶等效电路模型建立了车载辅助动力蓄电池的动态数学模型，采用最小二乘法实现模型参数辨识;通过设计开路电压的龙贝格渐进状态观测器实现了蓄电池SOC的闭环估计;理论分析及实验结果表明，所提出的估计方法有效，

采用该方法不仅能克服电流积分法积分累计误差的问题，而且可以有效解决实际运行中初始SOC值难于确定的问题。

某重型商用车驾驶室动态特征分析及优化

陈国栋, 韩旭, 刘桂萍, 雷飞, 姜潮

2010, 21(20): 2509-2513.

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利用有限元模态分析理论,分析了某重型商用车驾驶室的动态特征,并结合试验模态分析,验证了驾驶室有限元模型的正确性。利用该有限元模型进行灵敏度分析,找到对一阶模态影响大的部件,以它们的厚度为优化变量,以扭转刚度为约束,以一阶模态和驾驶室质量为优化目标,建立多目标多约束的优化模型。运用径向基函数代理模型和微型多目标遗传算,结合模型管理技术更新代理模型,并严格控制代理模型的误差。最后获得大量误差很小的非支配解,为设计提供多种参考方案,驾驶室模态得到明显改进,质量也有所降低。

车辆担保期内产品质量问题早期预警研究

涂华刚, 林燕, 吴有成, 金平

2010, 21(20): 2514-2518.

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利用企业担保期内的索赔数据对市场上的产品质量问题进行早期检测,对于企业提高用户满意度和降低索赔费用具有重要意义。在分析汽车行业车辆担保期内索赔数据统计特性的基础上,提出了一种千车故障数综合控制图的预警方法,给出了相应的算法步骤,对其控制参数也进行了优化设计,最后给出了一个预警应用实例。整车企业的具体实践证明了该方法的有效性。

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