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2011年 第22卷 第3期    刊出日期：2011-02-10
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机械基础工程
非对称电极交流电渗微泵流体驱动研究
陈波, 晁侃, 吴健康
2011, 22(3):  253-256. 
摘要 ( )   PDF (2965KB) ( )  
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通过非对称电极等效电路的理论模型获得了交流电渗流微泵的流速计算公式;分析结果和数值仿真具有较好的一致性，从而验证了该模型的正确性。等效电路的理论模型为非对称电极交流电渗流微泵的研究提供了有效的理论分析方法。
航天电连接器综合应力可靠性统计模型的验证
钱萍, 陈文华, 高亮, 卢献彪, 马子魁
2011, 22(3):  257-261,273. 
摘要 ( )   PDF (4234KB) ( )  
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针对目前普遍存在的可靠性统计模型准确性的问题，依据从失效机理推导出的电连接器综合应力作用下的广义Eyring-Weibull模型，从统计检验角度出发，利用恒定综合应力加速寿命试验数据，应用概率纸检验法及范－蒙特福特检验法，验证了电连接器的寿命服从威布尔分布;利用图分析和回归分析，验证了航天电连接器的加速寿命方程为广义Eyring模型。验证结果表明，广义Eyring-Weibull模型能较好地描述Y11P系列电连接器寿命特征在综合应力作用下的变化规律。
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非线性索单元等效多体动力学模型研究
杨志军, 冯文贤, 陈新
2011, 22(3):  262-265. 
摘要 ( )   PDF (3227KB) ( )  
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根据预应力非线性索单元本构方程，推导了钢丝绳多刚体离散等效节点连接力，将索道离散成刚体小段，在刚体之间施加等效载荷，并引入了扭转刚度和阻尼来保证位移相容性。利用该模型编制了ADAMS程序代码，通过预紧力索道多体动力学进行仿真，揭示了钢丝绳振动频率与张力的关系，为索道多体动力学仿真提供了依据。
基于泛函的制冷压缩机通用涡旋型线几何理论研究
张贤明, 陈国强, 王立存, 牟瑛, 陈彬
2011, 22(3):  265-268. 
摘要 ( )   PDF (3122KB) ( )  
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在涡旋压缩机型线设计研究中，针对单一型线的限制性，提出以泛函理论为基础的新型涡旋型线设计思路，利用Taylor级数思想，得出通用涡旋型线的新形式，就涡旋型线的压缩行程容积、型线方程、曲率（半径）以及型线长度等基本几何性质，在笛卡尔坐标系下做了较详尽的阐述和推导，得出了坐标、向量和Taylor级数等三种形式下的涡旋型线的完整几何表达形式。给出算例予以说明，得到基于MATLAB的涡旋型线及其共扼型线图形。研究结果为研究基于泛函理论的通用涡旋压缩机型线设计理论奠定了基础，同时拓宽了涡旋压缩机型线设计的研究思路。
曲轴随动磨削加工误差的模糊自学习补偿
沈南燕, 方明伦, 何永义, 李静, 姚俊
2011, 22(3):  269-273. 
摘要 ( )   PDF (3705KB) ( )  
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分析了曲轴随动磨削中，来自运动模型、工艺系统以及数控系统的误差对连杆颈圆度的影响。根据加工误差值，向数控系统提供附加脉冲修正量来调整砂轮架位移，是适应随动磨削特点的误差补偿策略。然而随动磨削系统具有很强的非线性，很难用数学模型来精确描述连杆颈加工误差的规律。因此结合以往补偿经验及其发展趋势，提出了具有自学习功能的曲轴随动磨削加工误差模糊推理补偿方法。磨削实验结果表明，采用该方法较好地解决了曲轴非圆磨削过程中的加工误差补偿，具有较高的补偿效率和适应性。
主自由度对子结构静力凝聚模态分析的误差影响研究
刘孝保, 杜平安, 乔雪原
2011, 22(3):  274-277,304. 
摘要 ( )   PDF (2907KB) ( )  
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阐述了子结构静力凝聚的基本原理，从理论上分析了静力凝聚模态分析中误差产生的原因，并利用非线性矩阵摄动理论推导了模态频率误差公式。利用平板结构进行了多种主自由度选择方案的仿真对比分析，研究了主自由度数量和分布对计算误差的影响规律。研究结果表明，主自由度定义方式是子结构静力凝聚模态分析中计算误差的最大影响因素，主要包括主自由度分布和数量两个方面，其中对主自由度分布更敏感，这和理论分析的结论一致。
失效模式相关的机械结构可靠性的Copula分析方法
韩文钦, 周金宇, 孙奎洲
2011, 22(3):  278-280. 
摘要 ( )   PDF (3910KB) ( )  
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分析了几种常用Copula函数及它们在相关分析上的应用特点。针对具有相关失效模式的机械结构系统，提出了利用混合Copula函数实现机械结构系统的可靠性建模方法。该方法分别以各失效模式的功能函数值为Copula分析变量，通过离差平方和准则法与MATLAB优化工具箱，利用Monte Carlo法产生的随机抽样数据估计Copula参数，实现各功能函数间的联合概率分布函数的Copula建模，从而可以利用Copula函数实现机械结构系统的可靠性分析。用工程算例验证了该理论方法的可行性。研究结果可为具有相关失效模式的机械结构系统可靠性分析提供新途径。
 
面向自然二次曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化
曾勇, 龚俊
2011, 22(3):  282-290. 
摘要 ( )   PDF (6290KB) ( )  
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针对复杂自由曲面中出现的曲率较大的类自然二次曲面喷涂轨迹优化问题，基于推导得出自然二次曲面上的喷枪3D模型，根据喷涂要求，将大曲率类自然二次曲面拟合规划成自然二次曲面的组合，运用变喷涂半径和轨迹分段的方法讨论了自然二次曲面上涂层厚度的计算方法和相关喷枪参数的优化问题，并以某一汽车后保险杠为例，讨论了圆柱面和圆锥面与平面交界处的喷枪轨迹优化。仿真试验表明：喷枪3D模型的运用在一定程度上提高了曲面上的涂层均匀性;通过对曲面上有限点处的喷枪优化参数进行拟合，得出圆锥面和球面上的喷枪速率随轨迹间距呈非线性变化，其余参数呈线性变化;在不同面片交界处的喷枪轨迹优化方案满足喷涂质量要求。
304不锈钢砂带磨削试验研究
黄云, 杨春强, 黄智
2011, 22(3):  291-295. 
摘要 ( )   PDF (3981KB) ( )  
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采用2种不同磨料砂带对304不锈钢进行了工艺试验，对磨削后工件表面粗糙度及砂带磨损表面形貌进行了观测。讨论了磨削时间和法向磨削压力对表面粗糙度的影响。在磨粒磨损理论模型的基础上，揭示了砂带的磨损机理。分析了锆刚玉和碳化硅磨粒的自锐过程。结果表明，在磨削时间小于8s时，表面粗糙度Ra值随磨削时间快速减小，当磨削时间大于20s时，Ra的大小与接触轮硬度的关系不大。Ra随着法向磨削压力的增加而减小，当法向磨削力在60～80N时，表面粗糙度有稳定的较小值。锆刚玉磨料有较强的自锐作用，以缓慢钝化磨损为主;而碳化硅磨粒则出现局部脱落、较大的磨损小平面和严重的黏盖磨损。
液体阀门泄漏检测装置的研制及试验研究
廖庆斌, 王晓东, 胡必忠
2011, 22(3):  295-299. 
摘要 ( )   PDF (3618KB) ( )  
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以声发射理论为基础，研制了一种适用于液体阀门泄漏检测的装置，设计了相应的试验台架并对其检测性能进行了试验研究。大量的台架试验表明：在同样的泄漏量情况下，液体阀门检测频率调定在25kHz时检测效果最为理想。在阀后和阀前的压力差不低于1.0MPa、泄漏量不小于3.5mL/s时，阀后和阀前的声音值的差值不低于2dB，有较明显的泄漏声;当阀后和阀前的压力差不小于3.5MPa、泄漏量不小于2.5mL/s时，阀后和阀前的声音值的差值在3dB以上，泄漏声明显。该液体阀门检测装置具有便携性强、操作方便、性能稳定、可靠性高等特点，并且对于阀门微小的泄漏也能检测，有望在船舶液体阀门的泄漏检测中推广使用。
材料去除深度与磨粒的关系建模方法研究
吴昌林, 丁和艳, 陈义
2011, 22(3):  300-304. 
摘要 ( )   PDF (3703KB) ( )  
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将粒度号和组织号作为刻画磨粒的两个基本参数，并假设磨粒出刃高度服从高斯分布、单颗磨粒为尖端球形的圆锥、抛光工具和工件的名义接触压力服从椭圆赫兹分布、磨粒和工件之间的实际接触压力与名义接触压力存在近似比例关系，推证了沿抛光轨迹在抛光点处的材料去除深度模型，并重点讨论了其求解过程。该模型表明材料去除深度与磨粒的粒度号和组织号、法向抛光力、进给速度、抛光工具和工件之间的切向相对速度以及相对主曲率等工艺参数相关。仿真和试验结果有较好的一致性，说明该建模方法是可行的。
基于利特尔法则的生产线性能定量评估及仿真验证
李波, 熊歆
2011, 22(3):  305-309. 
摘要 ( )   PDF (3577KB) ( )  
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基于利特尔法则，以最佳、最差和实际三种生产状态作为标杆，提出一种生产线性能定量评估法，用生产线性能评估参数反映生产线优劣程度，并进一步量化生产线可改进的空间。以实际汽车总装车头装配线为例，根据生产线上采集的原始生产数据，运用离散事件仿真软件(ProModel)仿真出生产线实际生产参数，再以这些参数为输入，定量评估生产线性能的优劣程度和改进空间，以验证该方法的有效性。
基于信息素的协调机制与任务分配研究
王雷, 唐敦兵, 袁伟东
2011, 22(3):  310-313,359. 
摘要 ( )   PDF (2985KB) ( )  
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建立了制造系统任务分配问题的数学模型。针对传统的基于合同网的协调机制在求解任务分配问题时存在的不足, 基于生物行为的协调思想，设计了基于信息素的协调方法，给出了该协调方法的具体实现步骤。该方法与基于合同网的协调机制相比较，具有通信量小、协调质量高、鲁棒性好、易实现等优点。实例验证了该方法的有效性和可行性。
信息技术
贝叶斯理论的可靠性评估方法及在数控系统评估中的运用
游达章, 唐小琦, 戴怡, 郑小年, 金健
2011, 22(3):  314-317. 
摘要 ( )   PDF (3023KB) ( )  
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数控系统故障概率符合威布尔分布，如果以威布尔分布来构造似然函数，运用Bayes方法进行可靠性估计，将涉及大量的积分运算，并且不便于选择合适的先验分布。为了减小计算工作量和提高评估效率，将威布尔分布转化为指数分布，并取倒伽玛分布为先验分布;采用先验矩的方法估计先验分布的超参数;利用伽玛函数性质进行指数分布参数的估计，并转化为威布尔分布特征寿命参数的点估计和区间估计，进一步推导计算其他可靠性指标。给出数字实例，证明该方法可行。
基于I-DEAS的汽轮发电机定子绕组自动三维建模
刘晓芳, 杨世彦, 刘大鹏, 陈景易
2011, 22(3):  317-321. 
摘要 ( )   PDF (3847KB) ( )  
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利用I-DEAS软件的参数化立体建模功能，结合编程软件实现汽轮发电机定子绕组三维参数化自动精确建模系统。依据汽轮发电机定子绕组形成原理，合理选择建模控制参数，讨论三维参数化自动建模过程的关键细节，给出建模方法，通过实际数据的计算机仿真验证了方法的有效性。
引入导引因子蚁群算法的无人机二维航迹规划
胡中华, 赵敏, 姚敏
2011, 22(3):  322-325. 
摘要 ( )   PDF (2987KB) ( )  
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针对目前采用蚁群算法求解无人机二维航迹规划问题需要构建VORONOI图或设置导航节点的问题，构造了可自动搜索航迹的蚁群算法，解决了该算法应用于航迹规划的两个构造难题：航迹节点不固定及局部搜索到达目标节点困难。并将导引因子引入到状态转移策略当中，减少了蚂蚁局部搜索的盲目性，确保蚂蚁最终完成航迹搜索。此外，采取当前最优航迹信息素更新策略，同时设置信息素上下限，在提高算法速度的同时，防止算法陷入局部最优。仿真结果表明，算法构造非常合理，在没有设置导航节点及VORONOI图的情况下，蚂蚁自动寻找到目标节点，且收敛速度快。
平板微通道流动入口段粗糙度效应的数值模拟
高新学, 云和明
2011, 22(3):  326-330. 
摘要 ( )   PDF (3775KB) ( )  
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以粗糙平行平板微通道为研究对象，以三角形锯齿状粗糙元模拟固体表面的粗糙度，采用CFD技术研究了绝对粗糙度和相对粗糙度对平行平板微通道流动特性的影响，着重分析了粗糙度和流体速度对水力入口段长度的影响规律，同时研究了相对粗糙度对微通道转捩雷诺数的影响。
机械基础工程
基于价值分析的产品属性权重的确定方法
李柏姝, 雒兴刚, 唐加福
2011, 22(3):  331-334. 
摘要 ( )   PDF (3179KB) ( )  
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研究如何根据目标市场中竞争产品的实际属性和市场需求数据确定产品属性权重的决策方法。利用数学分析手段对产品综合属性的优劣和产品的实际市场表现进行了价值度量，并将两种价值对客户需求的作用效果之间的内在关系进行了抽象和提取，建立了根据实际市场需求确定产品属性权重的优化模型，最后通过中级轿车产品属性权重的实例分析，验证了该方法的有效性及其所具有的实用价值。该方法以对市场需求宏观数据的分析取代了对客户个体需求的微观调查，有效避免了市场调查数据模糊和难以处理的难题，从而使产品属性权重的获取更加符合市场实际需求.
基于VOF的模具结构化表面软性磨粒流数值模拟
计时鸣, 唐波, 谭大鹏
2011, 22(3):  334-339. 
摘要 ( )   PDF (4348KB) ( )  
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为了提高模具结构化表面光整加工的表面质量，通过流体体积模型和标准k-ε模型相结合的计算方法，以之字形微型流道为研究对象，对模具微型流道内部的软性磨粒流流场进行数值模拟。结果表明：随着入口流速的提高，管道内的磨粒流的平均速度也随之增大，有利于近壁区磨粒流与流道壁面的相互作用，从而提高磨粒流的加工效率。同时模具微型流道的形状和结构对磨粒流加工也有重要影响。当微型流道直径为2mm、入口速度为10m/s、湍动能为0.4m2/s2、湍流耗散率为19.8m2/s3时，与其他几组工艺参数相比，微型流道内轴向、切向速度分布及湍动能分布等更加均匀，能够得到较高的加工效率和表面纹理形态。数值模拟结果为深入研究软性磨粒流的基本规律提供了一种理论工具。
混合多模型产品中尺寸约束复杂性及其变型设计研究
徐新胜, 何晓柯, 李丹, 严天宏, 程鑫
2011, 22(3):  340-345. 
摘要 ( )   PDF (4697KB) ( )  
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基于大规模定制生产对零件的分类，定义了不同类型零件的尺寸约束等级，并分析了对应的尺寸约束网络。提出了基于尺寸约束的零件变型设计复杂特性模型，比较了零件分类前后的变型设计复杂性。针对各类零件的资源特性，提出不同类型零件实施不同的变型设计策略，并通过构建零件变型设计模型、零件相似性判定以及变型设计复杂性动态分析等方法，实现了混合多模型产品的变型设计。最后通过实例对上述原理和方法进行了验证。结果表明：零件分类以后变型设计的复杂性增加，通过对不同类型零件实施不同的变型策略，有效推迟了部分零件的变型设计需求，提高了产品变型体中各类零件资源的重用水平。
 
基于比例微分优化准则的拓扑优化方法
赵龙彪, 高亮, 陈志敏, 邱浩波
2011, 22(3):  345-350. 
摘要 ( )   PDF (4420KB) ( )  
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在优化准则法的基础上，提出一种基于比例微分控制思想的优化准则方法（proportional and differential optimality criterion,PDOC），并将其运用到拓扑优化设计中。针对优化准则法求解速度慢以及因误差的未知性所引起的超调现象，PDOC法通过引入比例微分控制来改进迭代算子，构造更合理的数值迭代公式以加快收敛。利用加入比例微分控制的求解算法，计算新的材料密度分布，以预测误差的变化趋势，提前抑制误差，有效避免求解过程中的震荡和超调现象，进而提高求解速度。最后，通过实验验证了PDOC方法的有效性和正确性。
数控机床能量设计因子提取方法研究
周丹, 刘光复, 何平
2011, 22(3):  351-355. 
摘要 ( )   PDF (3654KB) ( )  
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针对数控机床能量利用率偏低的现状，将使用阶段能量优化作为目标融入机床设计中，并引入能量设计因子的概念。建立了数控机床使用阶段能耗模型，针对其中具有能量特性的单元——机械传动系统、电气控制系统、辅助系统，识别出能量因素，对其中的强可控能量设计因素集F进行定量与定性分析，提取出能量设计因子集C。此外，建立了能量设计因子耦合分解机制，并对载荷损耗系数b与极限切削宽度bDlim进行了耦合分解。
基于响应面法的函数敏感性快速分析
孙建勋, 潘雷, 谷良贤
2011, 22(3):  356-359. 
摘要 ( )   PDF (3067KB) ( )  
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探讨了基于响应面法进行函数敏感性分析的理论基础，并推导了基于响应面法的函数敏感性快速计算公式。采用两个算例对基于响应面法的函数敏感性快速分析方法进行测试，结果表明：基于响应面法的敏感性分析方法能够实现函数敏感性的快速分析，在优化过程中引入该方法可减少目标函数计算次数，加快优化收敛过程。
共晶界面复合陶瓷桥联增韧结果及其尺度效应
孙涛, 倪新华, 刘协权, 李宝峰, 赵磊, 钟国辉
2011, 22(3):  360-363. 
摘要 ( )   PDF (3240KB) ( )  
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根据共晶界面复合陶瓷的细观结构特性，考虑棒状共晶体边界处的微观滑移确定了棒状共晶体的桥联应力。考虑棒状共晶体的方位随机性，通过桥联应力计算出棒状共晶体的桥联载荷(共晶体桥联载荷使裂纹产生闭合效应，减小裂纹尖端的应力集中)，并得到了桥联载荷的能量耗散值。根据断裂韧性和能量耗散的关系，分析了棒状共晶体桥联增韧结果及其尺度效应。分析结果表明：复合陶瓷的桥联增韧值随共晶体内纤维夹杂直径的增大而减小，共晶体直径接近纳米尺度时，桥联增韧值的尺度效应更加明显。
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磁控溅射制备Cr₇C₃多层复合镀层及其耐磨性能
贾贵西, 李言, 袁启龙, 崔凤奎
2011, 22(3):  363-366. 
摘要 ( )   PDF (3109KB) ( )  
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采用闭合场非平衡磁控溅射技术，通过控制溅射过程工艺参数制备出Cr₇C₃多层复合镀层。用X射线衍射仪对镀层微观结构进行分析，用透射电子显微镜观测镀层的表面形貌和断口形貌，对镀层的附着强度、硬度、摩擦和磨损性能进行了测试，并用光学显微镜观察了镀层磨损形貌特征。结果表明：镀层的结构是非晶态的，主要由Cr₇C₃组成，还有少量的Cr₃C₂和其他物质;镀层微观结构均匀致密;镀层有较好的结合力、较高的硬度、良好的载荷承载能力和寿命可靠性，有优异的摩擦和耐磨性能，在大气中滑动干摩擦因数稳定在0.10~0.15之间，磨损率大约为2.26×10^-16m³/(N·m)。
车辆工程
双离合器自动变速器换挡规律及其仿真评价
何宁, 赵治国, 李瑜婷
2011, 22(3):  367-373. 
摘要 ( )   PDF (5212KB) ( )  
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针对某装备六挡双离合器自动变速器(dual clutch automatic transmission,DCT)车辆，对DCT变速器不同的换挡规律进行了探讨计算，建立了考虑DCT变速器动态特性的传动系统及整车模型，通过离线仿真比较分析了换挡规律对DCT样车性能(包括百公里加速时间和百公里油耗)的影响，并基于dSPACE硬件在环仿真试验对DCT的换挡特性进行了初步验证和参数标定优化工作。
基于正面碰撞防护的SUV车辆乘员约束系统优化
曹立波, 喻伟雄, 白中浩, 蒋彬辉, 吴俊
2011, 22(3):  374-377. 
摘要 ( )   PDF (2964KB) ( )  
参考文献 | 相关文章 | 计量指标
介绍了某量产运动多功能(SUV)车辆的正面碰撞乘员约束系统的建立和验证过程。基于该验证后的模型，进行了正交仿真试验设计和计算，得到了乘员约束系统的优化匹配参数，利用这些参数对约束系统进行改进并进行台车试验，结果表明改进后的乘员约束系统具有更好的正面碰撞防护效果。
 
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