当期目录

2010年 第21卷 第23期    刊出日期：2010-12-10
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机械基础工程
机械产品研发的可靠性规范
张义民, 黄贤振
2010, 21(23):  2773-2785. 
摘要 ( )   PDF (9872KB) ( )  
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机械产品研发的可靠性规范是对已有的、相似的产品可靠性技术（数据统计、设计开发、制造装配、试验实验、调试使用、运输保管、保养维修、销售服务等）经验进行总结，使其条理化、系统化、科学化，成为企业进行产品研发与生产所遵循的可靠性基本依据。根据机械产品的研发进程，编制了机械产品可靠性数据收集与处理、可靠性数据库建立、可靠性分析、可靠性增长、可靠性设计、可靠性试验以及可靠性管理等技术的基本规范。在机械产品研发与生产工作中，只要认真按照规范操作，就能把可靠性结合到机械产品中，以提高和保障机械产品的可靠性。
 
Exechon混联机器人的三自由度并联机构模块位置分析
李彬, 黄田, 刘海涛, 赵新华
2010, 21(23):  2785-2789. 
摘要 ( )   PDF (3763KB) ( )  
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以一种组成五自由度混联机器人Exechon的三自由度并联机构模块2-UPR&SPR为研究对象，利用解析法对其位置正/逆解进行分析。针对位置正解，得到了只含一个未知量的24阶多项式方程，给出了该机构位置正解的所有可能解的解析表达式，对于位置逆解，得到了其显式表达。算例表明，由正解方程得到的8个实数解对应4组镜像位形，逆解方程存在2个实数解，对应2种位形，从而得到该机构位置正/逆解的全部解析解。
基于工况识别和动态混合度优化的控制策略
王冬云, 管成
2010, 21(23):  2790-2793. 
摘要 ( )   PDF (3311KB) ( )  
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混合动力技术给液压挖掘机节能注入了新的生机，但挖掘机工况复杂，负载波动剧烈，给控制策略的制定带来极大挑战。研究了动态工作点控制策略的不足，针对液压挖掘机工况特点，提出了一种基于工况识别和动态混合度优化的并联混合动力挖掘机控制策略。该策略根据负载和电池组的荷电状态（SOC）确定当前工况下双动力源的功率组合，实现动力性能和节能效果的综合优化。试验表明，该策略克服了动态工作点控制策略的不足，优化了发动机工作点和电池SOC工作区间，较大幅度地提高了整机的燃油经济性。
无阀控自配流液压冲击器系统建模与仿真
刘忠, 彭金艳, 梁承杰, 李伟
2010, 21(23):  2794-2798. 
摘要 ( )   PDF (4108KB) ( )  
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提出一种新型无阀控自配流液压冲击器，分析了它的结构原理及特点。分别建立了冲击器回程和冲程时的数学模型;运用AMESim建立仿真模型并进行动态仿真，根据仿真曲线详细分析了系统供液流量及氮气腔初始充气压力对冲击器工作性能的影响。结果表明：在氮气腔初始充气压力一定时，供液流量必须达到一定值才能启动冲击器，在一定范围内，会出现使冲击性能最佳的流量值;当供液流量一定时，氮气腔初始充气压力较低时，冲击能和冲击效率较低;充气压力过高时，冲击器无法开启。该冲击系统在供液流量为75L/min、氮气腔初始充气压力为2.0MPa时，冲击性能最佳。
呼吸式裂纹梁的振动疲劳裂纹扩展耦合分析
刘文光, 陈国平
2010, 21(23):  2798-2802. 
摘要 ( )   PDF (3834KB) ( )  
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为提高结构振动疲劳分析的精度，提出一种呼吸式裂纹梁的振动疲劳裂纹扩展耦合分析方法。分析过程中，采用双线性弹簧描述呼吸式裂纹，广义的Forman方程模拟疲劳裂纹扩展;运用Galerkin法把裂纹梁简化为单自由度系统，振动分析与疲劳裂纹扩展计算交替进行，并考虑了振动疲劳裂纹扩展耦合行为。结果表明，对于含裂纹结构的振动疲劳裂纹扩展，采用呼吸式裂纹可以更客观地描述振动过程和裂纹扩展现象;激励频率和阻尼效应对疲劳寿命具有重要影响，尤其对共振疲劳裂纹扩展而言，阻尼效应特别明显。
新技术商品化中产品造型感性需求挖掘方法研究
 
陈黎, 朱如鹏, 周海海
2010, 21(23):  2803-2808. 
摘要 ( )   PDF (4484KB) ( )  
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针对新技术商品化过程中，对产品造型的需求复杂且不确定的问题，提出对造型感性需求进行探测、挖掘的方法。通过调研代表趋势的行业产品等获取新产品造型的目标风格意象及相应的代表性样本;以语义差异法、因子分析法获取每个样本对目标意象的表现度;提取关键造型特征，运用多元回归分析建立造型特征与目标意象的关联。以金融机具为例，对上述方法进行实际应用探讨，证明该方法是可行、有效的。最后探讨了该方法在一般新技术产品中的应用。
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软指灵巧手关节力矩优化设计研究
孟庆鑫, 贾鹏, 弓海霞
2010, 21(23):  2808-2811. 
摘要 ( )   PDF (3152KB) ( )  
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通过将软指接触的摩擦约束线性化，推导出满足平衡约束和接触力约束、以关节力矩矢量为变量的线性约束不等式限定条件，构建了各关节力矩平方和最小的二次目标函数，从而将关节力空间中力矩的优化变为线性约束条件下的二次规划问题，以得到最优的关节力矩矢量。采用线性化的软指接触模型，减小了软指接触力约束的计算量。线性约束下的二次优化可直接化为单纯形法可快速解决的线性优化问题，提高了实时性。最后以软指接触情况下的两指灵巧手抓取平面椭圆物体为例进行了关节力矩的优化，证明了算法的有效性和实时性。
一种新型4-RPTR并联机构及运动学分析
刘延斌, 张书涛, 韩建海, 贾新杰
2010, 21(23):  2812-2815,2820. 
摘要 ( )   PDF (3776KB) ( )  
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提出一种能实现空间三维平移和绕X轴旋转的4-RPTR型四自由度并联机构，运用螺旋理论分析了该并联机构的三维平移和一维转动的机构学原理，计算了机构自由度，进行了驱动输入选取与论证，并进行了奇异分析，运用多体系统运动学理论建立了该并联机构的运动学方程，进行了正反求解的讨论与数值验证。该并联机构是对三平移一转动四自由度并联机构的重要补充，它是一种支链完全相同的半对称并联机构，结构简单，可应用于工业装配机器人、坐标测量机、姿态调节器、并联机床、工作台等领域。
信息技术
声学数值计算的有限元-最小二乘点插值法
姚凌云, 于德介, 臧献国
2010, 21(23):  2816-2820. 
摘要 ( )   PDF (3765KB) ( )  
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针对有限元法求解Helmholtz方程时由于数值色散导致高波数计算结果不可靠的问题，提出一种混合有限元-最小二乘点插值法(FE-LSPIM)以分析二维声学问题。该方法将问题域划分为四边形单元,应用四边形单元形函数和最小二乘点插值法进行局部逼近，继承了有限元法的单元兼容性和最小二乘点插值法的二次多项式完备性，能有效减小色散效应。数值算例表明：与标准有限元法相比，特别是针对高波数问题和不规则网格模型，FE-LSPIM具有更高的计算精度和更好的收敛性。因此，FE-LSPIM能很好地应用于二维声学问题的分析计算，具有广阔的应用前景。
基于机器视觉的虚拟雕刻轨迹跟踪系统研究
吴丹妮, 伍铁军
2010, 21(23):  2821-2825. 
摘要 ( )   PDF (3897KB) ( )  
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针对当前虚拟雕刻系统中采用力反馈器、数据手套进行成形轨迹跟踪而导致精确度低、应用局限性大的缺点，将机器视觉引入到虚拟雕刻领域中，设计了相应的实验系统和跟踪算法。该算法以Kalman滤波为基础，在动态搜索区域内对连通区域检测算法加以改进，以实现目标的高速精确定位。通过编程实验验证了轨迹跟踪的速度和精度，证明了所提出方法的可行性。
确定对象单目视觉位姿检测算法的研究
刘凌云, 钱新恩, 罗敏
2010, 21(23):  2825-2829. 
摘要 ( )   PDF (3915KB) ( )  
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针对确定作业对象的位姿检测，提出一种基于Hausdorff距离的单目视觉检测算法，即首先依据建立的数学模型构建作业对象在虚拟摄像机下成像的二维模板序列;接着在图像匹配时为降低计算量及加快图像匹配速度，以部分Hausdorff距离作为匹配测度，采用阈值法先行的分层搜索策略进行检测。通过对不同位姿下的夹紧块影像进行检测实验，结果证明了该算法的有效性和快速性。
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机械基础工程
三种离散单元建模方法仿真脆性材料切削的比较研究
叶勇, 徐西鹏
2010, 21(23):  2830-2835. 
摘要 ( )   PDF (4449KB) ( )  
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在传统离散单元法和刚性单元重叠(ORC)方法的基础上，提出了一种新的构建不规则颗粒形状的方法——改进ORC方法。用三种方法分别对Si3N4陶瓷进行了离散元建模和切削模拟分析，从加工后的材料表面质量、刀具前端切屑分布状态及主切削力大小三方面讨论了三种方法之间的关系，分析了改进ORC方法的先进性。在此基础上，对细晶类花岗石和粗晶类花岗石进行了不同参数下的弯曲和切削模拟实验，计算了弯曲强度和主切削力大小并进行了试验验证。试验结果与模拟结果表明：样本为均匀性较好的非连续性材料时，适宜用传统离散单元法进行建模;样本为细晶类花岗石时，适宜用传统离散单元法和改进ORC方法进行建模;样本为粗晶类花岗石时，只适合用改进ORC方法或ORC方法进行建模。
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双作用多泵多马达传动中马达输出转矩分析
闻德生, 高俊, 王志力, 吕世君, 筑地徹浩
2010, 21(23):  2836-2838. 
摘要 ( )   PDF (2384KB) ( )  
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设计了基于“双定子”结构的新型泵和马达。在双定子结构中，一个转子与两个定子分别相互配合，在一个壳体内多个泵（马达）可以同步工作且相互独立。以双定子、双作用马达为例，介绍了它的工作原理;在定义了这类新元件职能符号的表示方法和双定子多泵多马达传动方式之后，以双作用定量多泵多马达传动为例，对泵和马达不同组合连接方式下马达的输出转矩进行了分析，结果表明，双定子定量马达能够输出多种不同扭矩。这种新型的双定子泵（马达）及其传动方式在行走机械、机床设备等领域有广泛的应用前景。
基于多学科优化的大口径光学元件表面洁净度检测系统
李梦奇, 李冬英, 谢志江
2010, 21(23):  2839-2842,2851. 
摘要 ( )   PDF (3648KB) ( )  
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基于机器视觉的图像处理方法突破了检测区域的尺寸限制，能满足大口径光学元件表面洁净度检测的需要，但存在光、机、电耦合问题。采用多学科设计优化方法处理学科间的耦合关系，建立了学科间耦合关系和学科耦合分析模型，实现了学科协调;分析了光学系统设计、运动系统设计、结构设计、图像拼接、图像处理和洁净度计算等多学科子系统实现的关键点，建立了满足检测要求的检测系统。
多轴加工非线性误差精确建模与姿态补偿
陈威, 彭芳瑜, 闫蓉, 杨建中, 李斌
2010, 21(23):  2843-2847. 
摘要 ( )   PDF (4115KB) ( )  
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分析了多轴数控机床加工中非线性误差产生的原因;基于机床轴空间和刀具空间之间的非线性映射关系，以工件自由曲面为分析对象，建立了反映复杂曲面几何特征的精确非线性误差模型;针对可能出现的超差情况，采用基于矢量平滑的自适应误差控制策略对误差进行补偿。在自主开发的CAM系统内开发了非线性误差模块，基于五轴联动机床加工大型螺旋桨叶片，实现了叶片加工精度的严格控制。
 
混合动力汽车行星机构动力耦合装置控制研究
邹乃威, 王庆年, 刘金刚, 邬万江, 贾元华, 卢伟
2010, 21(23):  2847-2851. 
摘要 ( )   PDF (3880KB) ( )  
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介绍了一种适用于混合动力汽车（HEV）的行星机构动力耦合装置，该装置利用行星机构的两自由度结构，通过两组离合器和一组制动器限制一个自由度，从而解决了HEV的“多动力输入-单动力输出”问题。在分析行星机构运动特性的基础上，建立了行星机构动力耦合装置的数学模型。研究了HEV在各种工作模式下行星机构动力耦合装置的控制要求，并确立了离合器和制动器的模糊控制策略。试验验证了行星机构动力耦合装置的控制效果。
形状记忆合金丝训练测试系统的研制
王振龙, 李健, 王扬威, 高飞
2010, 21(23):  2852-2856. 
摘要 ( )   PDF (3771KB) ( )  
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为给形状记忆合金丝提供自动训练装置，并能实时测量其动作过程中应力、应变及内部电阻的变化，研制了基于LabVIEW和研华数据采集卡的步进电机驱动的形状记忆合金丝训练测试系统。该训练测试系统能够方便地实现不同型号形状记忆合金丝的自动训练过程，并能测试形状记忆合金丝在不同通电条件和外力条件下的性能。实验结果表明，采集到的形状记忆合金丝的数据准确性较高，并能实时地显示和存储，为形状记忆合金丝的进一步应用和控制提供了实验数据基础。
形状记忆合金丝致动器新型电热方法及其建模与实验研究
董二宝, 许旻, 李永新, 杨杰
2010, 21(23):  2857-2861. 
摘要 ( )   PDF (4007KB) ( )  
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针对较粗形状记忆合金（SMA）丝致动器电阻小、通电加热困难的问题，提出一种在SMA丝表面缠绕漆包线的新型复合加热方法。采用集总参数法，并将螺旋缠绕的漆包线与SMA丝之间复杂的热交换过程简化描述为等效热导率，建立了该电热驱动过程的热力学模型。该模型所得的计算结果与实验测试结果的对比分析表明，所建立的热力学模型可以准确地描述该电热驱动方法的加热和冷却过程。实验还进一步表明，漆包线和SMA丝同时通电加热，可大幅提高SMA丝致动器的升温速率。
基于偶极模型的磁流变弹性体磁致压缩弹性模量机理
朱绪力, 孟永钢, 田煜
2010, 21(23):  2861-2864. 
摘要 ( )   PDF (3123KB) ( )  
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基于偶极模型分析了磁流变弹性体的磁致压缩弹性模量的机理。结果表明：当磁流变弹性体受到压缩变形时，其内部的颗粒链发生弯曲变形或在弯曲的同时被拉长;弯曲的颗粒链由于磁场产生的力矩作用使得压缩力增大;弯曲的同时被拉长的颗粒链在磁场的作用下会对基体材料产生挤压作用，而且在垂直于压缩方向限制了磁流变弹性体的变形，使得压缩力增大;磁流变弹性体的压缩弹性模量由于压缩力的增大而增大。
 
材料工程
超声电磁复合场对AZ31B镁合金铸轧板带组织性能的影响
谭湘夫, 毛大恒, 仇灵, 张生芳
2010, 21(23):  2865-2867,2876. 
摘要 ( )   PDF (3078KB) ( )  
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利用水平式双辊铸轧机进行了AZ31B镁合金超声波电磁复合场板带的铸轧试验，成功试制出了厚3mm、宽200mm的AZ31B镁合金铸轧板，研究了超声波电磁复合场对铸轧镁合金板带金相组织性能的影响。结果表明，在AZ31B镁合金铸轧过程中施加超声波电磁复合场能够使晶粒细化，组织更加均匀，平均晶粒尺寸由不加超声波电磁复合场时的30~60μm减小至10~20μm;板带坯力学性能也得到有效改善，抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了23.6%、43.2%、107.2%，硬度提高了10%。在此基础上探讨了超声波空化效应及电磁效应对铸轧镁合金板带组织细化的作用机制。
汽车玻璃塑料包边注射成形中的传热建模与试验研究
王乾廷, 陈文哲, 黄永华, 刘一, 刘贤平
2010, 21(23):  2868-2872. 
摘要 ( )   PDF (4022KB) ( )  
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对汽车安全玻璃进行包边塑料注射成形时，玻璃作为嵌件会出现与塑料结合不紧密而脱落等情况，为此，研究了包边塑件注射成形过程中的传热情况。首先建立了由模腔分别向玻璃与模壁之间传热的简化模型和传热方程，然后利用试验方法测量得到从注射填充结束到冷却完成时间段内的温度曲线，结果显示，塑料表面和动静模表面的温度变化有一定的时间差异，且均有小幅的温度回升。利用传热模型计算得到包边成形过程的焓变曲线，得到温升滞后时间与焓变极值之间的关系。传热分析结果揭示了包边塑件脱模以及与玻璃包紧的传热过程，从而为模具结构设计和成形工艺设计提供参考。
上平下V形砧锻造阶梯轴关键技术的研究
王连东, 梁晨, 王金宝, 刘唯唯
2010, 21(23):  2872-2876. 
摘要 ( )   PDF (3907KB) ( )  
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建立了上平下V形砧拔长圆轴的力学模型，分析了各区的应力与变形;提出了上平下V形砧锻造阶梯轴台阶的操作原则，确定了坯料转动角度与压下量的匹配关系;针对1365mm支承辊坯的台阶拔长，按新操作原则制订了工艺参数，进行了数值模拟。结果表明：变形区应力状态好，中心区域的锻透性良好，变形部分轴线的偏移量小。按新技术进行了实际生产，制造的锻件经超声波探伤证实为合格，锻造中变形部分的轴线偏移量小于要求值。
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限制模压变形三维有限元模拟
杨开怀, 吴永泉, 陈文哲
2010, 21(23):  2877-2881. 
摘要 ( )   PDF (3661KB) ( )  
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采用DEFORM-3D软件对限制模压变形(CGP)进行三维有限元模拟，研究了载荷-行程曲线的变化以及等效应变的分布规律。结果表明:限制模压变形各道次变形所需载荷差别不大;压弯过程载荷变化可分为载荷迅速增大、载荷缓慢增大和载荷迅速增大三个阶段;压平阶段载荷变化可分为载荷基本稳定、载荷迅速增大、载荷基本稳定和载荷迅速增大四个阶段。变形试样等效应变沿Y、Z方向呈现均匀分布特征，沿X方向等效应变分布可分为试样两端约2个齿宽范围的等效应变异常区和试样中部等效应变稳定周期分布区。结合试样的变形行为分析了载荷的变化规律和等效应变不均匀分布的原因。
车辆工程
基于LabVIEW的车辆稳定性控制硬件在环系统
 
陈无畏, 刘翔宇, 杨军, 黄鹤
2010, 21(23):  2882-2886. 
摘要 ( )   PDF (3868KB) ( )  
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基于虚拟仪器LabVIEW平台组建了车辆稳定性控制(VSC)硬件在环系统。采用滑模变结构控制算法设计了汽车稳定性控制策略;采用LabVIEW图形化程序设计VSC控制程序，并以ARM7嵌入式系统开发了电子控制单元(ECU);在LabVIEW中建立了七自由度非线性整车模型和制动系统模型;利用PXI的硬件接口将压力传感器、方向盘转角传感器等信号引入整车模型，计算车辆的行驶参数，并通过CAN总线发送给ECU，实现闭环控制;采用虚拟现实技术创建整车和环境的3D模型，并与LabVIEW相连接，使硬件在环测试结果更加直观。仿真结果证实了该硬件在环平台的有效性。
轿车B柱耐撞性与轻量化优化设计研究
谭耀武, 杨济匡, 王四文
2010, 21(23):  2887-2892. 
摘要 ( )   PDF (4378KB) ( )  
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为了在提高轿车侧面碰撞中B柱耐撞性能的同时减小B柱的质量以实现车身轻量化，对某车侧面碰撞的安全性能进行了有限元分析。针对在侧面碰撞中B柱腰线处侵入量和侵入速度过大、B柱结构中加强板数目较多及超重等问题，采用拼焊板结构对B柱外板进行了改进设计。在兼顾耐撞性与轻量化的前提下，使用正交试验设计和多目标遗传算法对拼焊焊缝的位置以及各部分的厚度进行优化。通过优化设计，改善了B柱在侧面碰撞中的变形模式。B柱最大侵入量减小了10%，腰线处侵入量和侵入速度分别减小了18%和12%，质量减小了18%。结果表明，在B柱上使用拼焊板结构并进行优化设计能够有效地平衡耐撞性和轻量化的要求。
聚类和马尔科夫方法结合的城市汽车行驶工况构建
姜平, 石琴, 陈无畏
2010, 21(23):  2893-2897. 
摘要 ( )   PDF (3772KB) ( )  
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利用因子分析法提取了与汽车燃油消耗相关的2个因子（平均速度和速度标准偏差），根据这两个因子，通过两步聚类分析，把一系列汽车行驶工况分为3类，即平均速度为20km/h以下的行驶工况、20~40km/h的行驶工况和40km/h以上的行驶工况。每类行驶工况都可看作一个随时间变化的马尔科夫过程，根据新的分类准则把每类行驶工况划分为加速片段、减速片段、怠速片段和匀速片段，计算片段间的转移概率。在此基础上，提出了片段间的状态转移概率与发动机比功率相结合的候选工况选择方法，建立了评价代表性行驶工况的12个特征参数的评价准则。以合肥市典型道路为例分别构建了不同类别的行驶工况。结果表明，根据燃油消耗构建的行驶工况与试验数据具有高的相似性，符合车辆实际行驶工况。
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