当期目录

2010年 第21卷 第22期    刊出日期：2010-11-25
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机械基础工程
基于MBD和多Agent的飞机结构件协同设计
简建帮, 李迎光, 王伟, 宋智勇
2010, 21(22):  2647-2652. 
摘要 ( )   PDF (4644KB) ( )  
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针对飞机结构件同步协同设计中非几何信息的表达、传递和相关性修改困难等问题，提出了基于MBD和多Agent的飞机结构件协同设计方法。基于本体将MBD模型的非几何信息进行语义表达和信息共享,构建了基于MBD和多Agent的协同设计框架，实现了CAX软件间的协同通信和互操作。在CATIA V5和JADE平台上开发了飞机结构件协同设计系统,且已在国内某大型航空企业中得到初步应用，提高了飞机结构件的设计质量和效率。
在机检测中基于CVT结构的可展曲面采样策略
郑惠江, 王太勇, 何改云
2010, 21(22):  2652-2656. 
摘要 ( )   PDF (3853KB) ( )  
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根据采样策略进行采样点的选择和布局，是在机检测系统中进行测量轨迹规划的重要前提之一。针对一般随机采样方法的局限性,给出了基于CVT结构采样法的定义,分析了CVT结构采样法和可展曲面的特点，提出了基于CVT结构的可展曲面采样策略。将基于CVT结构采样方法与Hammersley序列采样法、Halton序列采样法进行了比较，结果表明，基于CVT结构采样方法比其他采样方法具有更为良好的采样点分布。
基于时变自回归参数模型的滚动轴承智能故障诊断
李健宝, 彭涛
2010, 21(22):  2657-2661,2704. 
摘要 ( )   PDF (4282KB) ( )  
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轴承运行时的振动信号是典型的非线性非平稳时间序列，对其建立时变自回归参数模型，可以较好地表征轴承振动的非平稳特征。在对轴承振动信号时变自回归模型的时变参数进行大量实验分析研究的基础上，提取均值作为表征轴承运行状态的特征参数，并输入支持向量机分类器进行故障识别与分类，实现滚动轴承的智能故障诊断。实验结果表明，该故障诊断方法可以有效准确地识别滚动轴承的运行状态。
多电机滑模环形耦合同步控制策略研究
刘然, 孙建忠, 罗亚琴, 孙伟
2010, 21(22):  2662-2665. 
摘要 ( )   PDF (3230KB) ( )  
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分析了目前多电机同步控制策略的发展现状,提出了一种结合滑模变结构方法的环形耦合控制策略，该控制策略能够在保证多电机传动系统同步性能的同时，使控制结构的复杂程度不随电机数量的增加而改变。Lyapunov稳定性理论证明了该控制策略的有效性。将环形耦合控制策略应用于多电机传动系统，并与采用主从控制策略的传动系统同步性能进行对比，证明了该控制策略具有更高的同步精度和更好的动态性能。
低温最小量润滑高速铣削钛合金的试验研究
苏宇, 何宁, 李亮
2010, 21(22):  2665-2670. 
摘要 ( )   PDF (4304KB) ( )  
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基于复合制冷技术研制了一种低温最小量润滑供给装置,在低温最小量润滑(cryogenic minimum quantity lubrication,低温MQL)条件下进行高速铣削钛合金试验，研究了低温MQL对刀具与工件材料的摩擦接触状态、刀具磨损及已加工表面粗糙度的影响。将测量的铣削分力转化为切向铣削力和径向铣削力，以分析高速铣削时刀具与工件材料的摩擦接触状况。研究结果表明:低温MQL可使峰值径向铣削力减小27.6%～34.3%，有效地改善了刀具与工件材料的摩擦接触状态;降低低温MQL的温度有益于微量润滑油润滑功能的发挥并改善刀具与工件材料的摩擦接触状态,可延长刀具寿命,减小已加工表面粗糙度，但效果不明显;低温MQL的良好润滑作用可有效延长高速铣削钛合金时刀具的寿命。
速度前瞻控制中的伺服动力学约束条件
杨征宇, 李宁, 闫华
2010, 21(22):  2671-2675. 
摘要 ( )   PDF (3976KB) ( )  
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在空间小线段连续加工中，相邻线段拐角处的衔接速度受诸多因素的限制。从伺服电机的力矩特性及速度环带宽两个方面，分析了机床伺服系统的动力学性能与衔接速度的关系，建立了包含伺服性能参数和拐角几何参数的约束条件，讨论了约束条件在速度前瞻插补控制中的应用方法。
合金韧窝断口三维微观形貌的白光相移干涉检测重构及分形表征
邹文栋, 黄长辉, 欧阳小琴, 郑玱
2010, 21(22):  2675-2678. 
摘要 ( )   PDF (3103KB) ( )  
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采用白光相移干涉术对30CrMnSiA合金韧窝断口表面微观形貌进行了检测，检测系统采用Linnik结构，检测实验中光学放大倍率为10，横向光学分辨率为1.2μm，纵向分辨率优于30nm，最大测程范围达80μm。对获得的三维形貌数据采用改进立方体覆盖法进行分维测算，得其断口表面分形维数为2.0317，相关系数为0.9983，结果表明，30CrMnSiA合金韧窝断口微观形貌具有典型的三维分形特征。该研究从实验上证明：白光相移干涉术是金属材料断口三维微观形貌检测重构的一种新方法，具有纵向分辨率高、重构效率高、速度快等特点。
大行程5-DOF微纳传动平台的设计及特性分析
林超, 俞松松, 程凯, 刘刚, 余红华
2010, 21(22):  2679-2684. 
摘要 ( )   PDF (5979KB) ( )  
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对大行程、多自由度及高刚性微纳传动平台的设计要求和特性进行了研究,开发了由压电陶瓷驱动的大行程5-DOF微纳传动平台,设计了位移量大、可导向的微位移放大机构,实现了微纳传动平台的高精度、大移动及大摆动等功能。分析了微纳传动平台的基本原理和自由度,建立了微纳传动平台的运动学模型,得到了其输入/输出特性。基于伪刚体的基本理论及虚功原理,推导了微纳传动平台沿X、Y、Z向的移动刚度及绕X、Y轴的摆动刚度,并对影响微纳传动平台静态刚度的特征参数进行了分析,获得了其移动刚度及摆动刚度的特性。创建了微纳传动平台的几何模型,应用有限元方法对该平台进行了分析及仿真,验证了微纳传动平台的运动学模型、伪刚体模型的正确性。
电场活化聚合物卷筒型致动器设计方法研究
陈娟, 刘琨, 吕新生, 张晔
2010, 21(22):  2684-2688. 
摘要 ( )   PDF (3859KB) ( )  
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通过研究电场活化聚合物(dielectric elastomer,DE)卷筒型致动器的工作原理，分别构建出一维伸缩驱动器、平面弯曲驱动器和平面转角驱动器的力学模型,并提出其设计方法。数值模拟的结果表明,所设计的卷筒型致动器可以实现预期的伸缩、平面弯曲和平面转动等运动，从而为该类微致动器的进一步设计研究和应用奠定基础。
 
GO法在产品装配过程质量分析中的应用研究
张根保, 葛红玉
2010, 21(22):  2689-2692. 
摘要 ( )   PDF (2894KB) ( )  
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应用GO法对产品装配过程质量进行分析,装配过程质量的正常概率可以直接由GO法进行计算。该方法以装配过程中的各道工步为研究对象，通过分析各道工步之间的关系，建立了产品装配过程的一般框架图。以齿轮油泵装配过程为例，建立了齿轮油泵装配过程的GO图模型，进行了装配过程质量正常概率的计算。结果表明，GO法在装配过程质量分析中的应用是简便的、有效的。
 
服务型制造环境下延迟策略实施机理及实证分析
罗建强, 赵艳萍, 宋华明
2010, 21(22):  2693-2698. 
摘要 ( )   PDF (4096KB) ( )  
参考文献 | 相关文章 | 计量指标
针对目前延迟策略研究的重点是从制造的技术观出发来满足客户的定制化需求，不能真正表述客户所需个性化产品特征的问题，探讨了制造与服务集成的关系，指出了传统延迟策略实施的局限性，构建了服务型制造环境下延迟策略实施的机理模型，并从经济视角对其进行了深入分析，最后，以某筑路机械公司为实例验证了机理模型的科学性和有效性。
面向复杂产品装配的柔性工装共性技术研究
田威, 廖文和, 唐金成
2010, 21(22):  2699-2704. 
摘要 ( )   PDF (4211KB) ( )  
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根据典型复杂产品的结构特点，总结了4种柔性工装总体结构体系，并在此基础上,对柔性工装定位单元、夹紧单元、骨架单元和锁紧单元等关键结构进行了深入研究;阐述了柔性工装的模块化设计方法，提出了面向柔性工装应用的基于产品关键装配特征的数字量传递体系。应用以上共性技术研究成果，开发的铁路车辆底架柔性工装系统的实际应用效果良好,转产周期缩短了90%，生产效率提高了20%。
整体喷嘴环高效数控加工技术
蔺小军, 史耀耀, 任军学
2010, 21(22):  2705-2709. 
摘要 ( )   PDF (4299KB) ( )  
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通过分析整体喷嘴环的先进制造技术，提出了一种合理的制造工艺方案，总结了数控加工关键技术，包括加工区域划分、最佳刀轴方向确定、快速铣削技术、插铣技术、叶片通道形面精加工技术以及测量技术。给出了该研究成果在工程中的应用实例，证明了所提方法的先进性和有效性。
信息技术
基于EMD和SVM的柴油机气阀机构故障诊断
吴虎胜, 吕建新, 吴庐山, 王茂生
2010, 21(22):  2710-2714. 
摘要 ( )   PDF (3966KB) ( )  
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针对柴油机振动信号的非平稳特性和在现实条件下难以获得大量故障样本的实际情况，提出了一种经验模式分解和支持向量机相结合的故障诊断方法。运用经验模式分解方法对气阀机构不同工况下的去噪缸盖振动信号进行分析，计算各固有模式函数的方差贡献率以确定包含故障特征信息的主要成分，对求得的各固有模式函数分别计算其能量矩，并将能量矩作为支持向量机的输入特征向量,以判断柴油机的工作状态和故障类型。试验结果表明：该方法在小样本情况下也具有较高的精度和较强的泛化
能力,但转速不同时需重新采样以保证足够的诊断精度。
连续采煤机履带销磨损的数值预测研究
金守峰
2010, 21(22):  2714-2716,2754. 
摘要 ( )   PDF (3090KB) ( )  
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建立了连续采煤机履带行走系统的履带销磨损的数值计算框架。首先根据地面力学理论，并应用ADAMS及其二次开发技术建立了连续采煤机专用的履带系统动力学仿真模型，然后以Archard模型为基础结合ANSYS软件开发磨损计算的通用程序，最后利用磨损过程离散和协同仿真技术实现了连续采煤机履带销-销耳的动态磨损预测。提出的方法为连续采煤机行走系统摩擦学动力学耦合设计提供了完整的思路。
机械基础工程
坚持科学管理，促进基础研究健康发展
——NSFC机械工程学科2009年度科学基金进展与结题项目评述
王国彪, 赖一楠, 叶鑫
2010, 21(22):  2717-2722. 
摘要 ( )   PDF (4206KB) ( )  
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年度进展报告和结题报告是国家自然科学基金资助项目跟踪和管理的主要依据。以NSFC机械工程学科2009年度面上项目、青年科学基金项目和地区科学基金项目共计770份进展报告和303份结题报告为例，介绍了机械工程学科基金项目年度进展报告和结题报告的审核与评价原则、资助项目的主要研究进展与相关突出研究成果，指出了报告和项目执行中存在的一些共性问题，以期通过贯彻绩效挂钩原则，规范科学基金项目的管理，促进基础研究良性、健康发展。
非正态参数二维分叉裂纹扩展寿命的可靠性分析
张艳林, 张义民, 金雅娟, 张艳芳
2010, 21(22):  2722-2725. 
摘要 ( )   PDF (3095KB) ( )  
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以材料属性和载荷为随机变量，以控制分叉裂纹扩展的修正Paris-Erdogan公式为基础，结合建立在随机有限元法基础上的四阶矩可靠性分析方法，提出了基本变量服从任意分布时，二维分叉裂纹扩展寿命可靠度的计算方法，裂纹扩展方向采用最大周向应力准则。以平面二维分叉裂纹为例分析了其扩展寿命及可靠度变化规律，结果表明,随着裂纹的扩展,平板剩余寿命逐渐缩短，剩余寿命对设计寿命的可靠度随着裂纹扩展而逐渐降低。
磁流变效应微砂轮的磨粒半固着机理研究
柴京富, 阎秋生, 张鹏程
2010, 21(22):  2726-2730. 
摘要 ( )   PDF (4431KB) ( )  
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针对磁流变效应微砂轮抛光工艺，理论分析了磁流变效应磁链对磨粒的有效约束使磨粒处于半固着状态的机理。建立了磨粒受磁链约束的模型，研究了磁流变工作液中磨粒的种类、大小、形状和体积分数等特性对磨粒半固着状态以及所形成的磁流变效应微砂轮性能的影响。进行了磁流变效应微砂轮加工沟槽实验，分析了磨粒特性对材料去除率的影响，实验结果与理论分析相吻合，表明所建立的磁流变效应微砂轮磨粒半固着理论是正确的。
 
一种求解多孔边裂纹板应力强度因子的解析方法
赵晋芳, 谢里阳, 刘建中, 赵群
2010, 21(22):  2730-2733. 
摘要 ( )   PDF (3179KB) ( )  
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介绍了一种求解多孔边裂纹板应力强度因子的解析方法，首先利用复变函数的性质求解应力函数，然后结合复变应力函数的近似迭加法计算应力强度因子。该方法在计算过程上相比传统的一些解析方法简化了许多繁琐的步骤,通过与有限元结果的比较可知，解析计算结果精确、可靠。这种求解应力强度因子的解析方法能够很好地应用于无限板上共线任意分布的多孔边裂纹结构，在工程断裂问题中有潜在的应用价值。
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大范围作业数控型二自由度并联操作手及其运动特性的研究
沈惠平, 丁磊, 邓嘉鸣, 李菊, 刘善淑
2010, 21(22):  2734-2739. 
摘要 ( )   PDF (4583KB) ( )  
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提出了一种简易实用的二平行导轨二滑块驱动在一侧的可变长平面并联机构，分析了该机构的结构特点，发现该机构具有大范围作业空间的优势。推导了该机构的运动学正反解计算公式，基于其运动学反解,仿真分析了该机构末端执行器满足各类直线、圆轨迹时，二滑块驱动的运动规律及特性，并在研制的实验样机上得到了验证。
一种新型轮椅机器人爬越楼梯过程倾翻稳定性分析
于苏洋, 王挺, 李小凡, 姚辰
2010, 21(22):  2740-2745. 
摘要 ( )   PDF (4420KB) ( )  
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提出了一种采用新型变形履带机构的轮椅机器人，这种新型机构能够在主动张紧力控制的基础上配合“凸”形地形使履带构型产生“凹”形变。针对爬越楼梯这种典型的越障运动，给出了机器人构型变化规律以及乘坐者姿态描述方法，并利用Force-Angle方法通过系统质心计算以及危险倾翻边线判定得到了能够反映机器人爬越楼梯过程倾翻稳定性状况的倾翻稳定角。仿真分析了机器人在自身不同运动状态及乘坐者不同姿态等影响下爬越楼梯过程的倾翻稳定性变化情况。
材料工程
980MPa高强钢TIG焊接接头原位拉伸断裂机理
张晓波, 曹睿, 冯伟, 彭云, 江峰, 陈剑虹
2010, 21(22):  2746-2750. 
摘要 ( )   PDF (3908KB) ( )  
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对新型980MPa深海用高强钢TIG焊接接头5种不同缺口位置的试样进行了原位拉伸试验,通过试验观察了每个试样的动态断裂过程，并对其断裂机理进行了详细研究和分析，最终确定焊接接头的薄弱环节。试验结果表明:直缺口试样的微观断裂经历了塑性变形、缺口处起裂、裂纹扩展、裂纹尖端钝化，直至试样断裂的过程，并且在裂纹扩展过程中，裂纹尖端重复钝化、扩展、新裂纹产生、再钝化、再扩展的过程;圆弧试样和平板试样在剪切力的作用下经历塑性变形、颈缩、出现微裂纹、微裂纹扩展，直至试样瞬间断裂的过程，并且圆弧试样和平板试样的起裂应力和断裂应力十分接近，表现为突发形式;平板试样中发现最后断裂在焊缝金属处，这说明其薄弱环节为焊缝金属处。
钛合金拉伸试棒粉末温压成形研究
彭小明, 庞俊忠, 陈虹, 吴伏家
2010, 21(22):  2751-2754. 
摘要 ( )   PDF (2952KB) ( )  
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研究了钛合金拉伸试棒粉末温压成形过程。在双向压制方式下，采用一种新型聚合物作模壁润滑剂，并在用其作内润滑剂主要成分的情况下使经过特殊配制的钛合金粉末温压达到拉伸试棒的要求。实验结果表明：在700MPa压力和模具粗糙度Ra值不大于0.4μm的情况下，长径比超过6的钛合金试棒在110℃时压坯密度达到最高值4.0g/cm3，温度高于或低于110℃时，密度均减小。
机械基础工程
基于遗传算法与仿真的偏置碰撞安全结构改进研究
姚宙, 李光耀, 李方义
2010, 21(22):  2755-2760. 
摘要 ( )   PDF (4633KB) ( )  
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针对某款在中国新车评价体系偏置碰撞试验中存在较大安全问题的国产车型，通过分析该车偏置碰撞形式下结构的设计缺陷，将试验设计、响应面模型、遗传算法相结合对车身前部安全性关键部件的厚度进行优化，通过改进对车身变形起关键作用部件的结构特征，实现汽车前舱刚度的匹配，使整体结构合理变形。仿真结果表明，在兼顾正碰安全性与车身轻量化的前提下，优化设计与结构改进有效地提高了该车型的40%偏置碰撞安全性。
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车辆工程
汽车座椅水平驱动器打点噪声识别分析
刘立君, 杨克已, 李峰, 王奇, 何其皓, 徐平均
2010, 21(22):  2760-2763,2770. 
摘要 ( )   PDF (3891KB) ( )  
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由于零件加工、装配误差及齿面上有磕碰或毛刺等原因，导致汽车座椅水平驱动器在汽车座椅运行过程中产生异常打点噪声。通过分析人耳对声音频段的感觉，结合水平驱动器打点噪声听觉特点，对有打点噪声和无打点噪声的水平驱动器声信号进行了1/3倍频程带通滤波对比分析和Gabor时频分析，结果表明，对频率大于12kHz的水平驱动器声信号进行声信号处理，能够有效识别出水平驱动器的打点噪声，避免了在人耳比较敏感频段（3～8kHz）处理打点噪声时，其他能量比较高的声信号对打点噪声提取造成的干扰。研究结果为汽车座椅水平驱动器打点噪声信号的自动识别提供了相应的识别方法。
基于真实接头车身概念模型的结构优化
宋凯, 成艾国, 胡朝辉, 钟志华
2010, 21(22):  2764-2770. 
摘要 ( )   PDF (8253KB) ( )  
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在汽车概念设计阶段，调用车身关键截面特性数据库和车身真实接头数据库，根据车身总布置尺寸建立了由真实接头并辅以梁单元和大尺寸壳单元组成的车身概念模型——真实接头的车身概念模型（简称ZJ）。将ZJ中关键截面等效厚度和真实接头中的加强板厚度作为变量，通过灵敏度分析找出了对接头强度和车身扭转刚度影响最大的变量作为设计变量。利用拉丁方试验设计方法对ZJ进行样本数据设计，然后采用响应面方法构建了其扭转刚度和强度近似模型。应用连续二次规划优化方法对概念模型进行寻优，在满足车身扭转刚度和车身强度的前提下，减轻了车身的质量。
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