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2011年 第22卷 第16期    刊出日期：2011-08-25
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2011, 22(16):  0. 
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机械基础工程
新型内啮合齿形链啮合迹线及多边形效应研究
孟繁忠, 董成国, 冯增铭, 程亚兵
2011, 22(16):  1891-1895. 
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在分析新型内啮合圆销式齿形链啮合机理的基础上,利用坐标变换理论建立了内啮合齿形链啮合过程中不同阶段的数学模型，并利用最小二乘法拟合得出了内啮合齿形链的啮合迹线，对比分析了内啮合齿形链和外啮合齿形链紧边中心的运动轨迹和波动量。高速台架试验和计算结果表明，新型内啮合齿形链具有振动小、噪声低、传动平稳和耐磨损性能好等特点。
平动回转式压缩机的几何理论
胡旭1, 屈宗长1, 于漠南2, 孙金菊1
2011, 22(16):  1896-1900. 
摘要 ( )   PDF (573KB) ( )  
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为了解决压缩机摩擦能量损失大和结构磨损严重的问题，提出了一种全新结构的平动回转式压缩机，它由固定的气缸、摆动的滑板和平动的转子等组成。由气缸的内表面、滑板和转子的外表面形成的工作腔在工作循环中进行连续的进气、压缩及排气动作，使压缩机工作状态极为平稳。介绍了该压缩机的工作原理、结构特点及几何理论，并详细推导了行程容积、气腔压力及热力学计算的有关公式。分析结果表明，该压缩机结构简单、无易损件、易于密封、摩擦磨损小、成本低，适用于各种流体。
一种新型五自由度混联机械手的概念设计及尺度综合
李彬1, 2, 黄田1, 张利敏1, 赵新华2
2011, 22(16):  1900-1905. 
摘要 ( )   PDF (620KB) ( )  
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研究了一种新型的五自由度混联机械手,该机械手由一个三自由度并联机构和一个二自由度旋转头串接而成。在建立三自由度并联机构全雅可比矩阵的基础上，考察机构外力、外力矩对支链驱动力及约束力的映射关系，提出在给定载荷下，支链驱动力及约束力全域最大值均值最小的机构传动性能评价指标。给定机构期望工作空间，并以全局条件数、速度、精度为机构的操作性能指标，研究三自由度并联机构的尺度综合问题。通过单调性分析得到机构尺度参数对上述各指标的影响规律图谱，获得其优化设计区域，根据实际设计要求确定了参数变量。最后给出一组算例，验证了该尺度综合方法的有效性。
柔性空间机械臂系统的双环积分滑模控制
梁捷, 陈力
2011, 22(16):  1906-1912. 
摘要 ( )   PDF (625KB) ( )  
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讨论了载体位置不受控、姿态受控的情况下，漂浮基柔性空间机械臂关节运动及柔性振动主动抑制的控制问题。由系统动量守恒关系及假设模态法，利用拉格朗日方法建立了柔性空间机械臂的系统动力学方程，之后采用奇异摄动理论，将其分解为表示刚性运动的慢变子系统和柔性振动的快变子系统。以此为基础，针对慢变子系统——柔性空间机械臂的刚性运动，设计了系统参数未知情况下的双环积分滑模控制方案，以控制柔性空间机械臂的载体姿态及机械臂关节铰协调地完成各自在关节空间的期望运动;而对于快变子系统——柔性臂的振动，则设计了分级模糊控制方案来主动抑制柔性杆的振动。计算机数值仿真证实了该方法的可靠性和有效性。
一种新的低周疲劳损伤累积模型及试验验证
张磊, 杨自春, 曹跃云
2011, 22(16):  1912-1915. 
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基于连续介质损伤力学理论，依据疲劳损伤的加载参数与损伤变量之间的不可分割性等特点，建立了一种新的低周疲劳损伤累积模型。经过对00Cr17Ni14Mo2钢和2.25Cr1Mo钢的低周疲劳试验数据的分析，得到了相应的疲劳损伤累积模型。将该模型与不同的损伤累积模型相比较，结果表明：该累积模型的计算结果与试验结果能更好地一致，能更真实地反映损伤的非线性累积过程。该累积模型考虑了损伤和应变的耦合作用以及平均应力、疲劳极限对其的影响，且物理意义明确，具有一定的实用价值。
超高速陶瓷CBN砂轮结构优化设计
张景强1, 王贵和1, 2, 于天彪1, 王宛山1
2011, 22(16):  1916-1921,1928. 
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以抑制砂轮径向膨胀量、减小砂轮最大和最小平均应力为优化目标，通过建立超高速砂轮基体内部微小单元应力应变与其增量之间的关系，得出了变厚度砂轮基体强度校核的理论公式。采用有限元方法对砂轮基体材料和截形进行了优化设计分析，对超高速情况下砂轮的气动功率及超高速砂轮气流场温度进行了分析，同时考虑节片式砂轮特点，对砂轮节块数量和节块厚度进行了优化分析，研究表明，钛合金双曲线截形基体砂轮在贴片数量及大小一定时对于抑制砂轮膨胀量和平均等效应力有着明显的优势。
齿轮系统非线性动力学特性分析
苏程, 尹朋朋
2011, 22(16):  1922-1928. 
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综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差等因素，建立了直齿轮副单自由度非线性动力学模型，并利用变步长Runge-Kutta法对单自由度运动微分方程进行了数值求解。结合系统的分岔图、相图、Poincaré映射图以及FFT频谱图，分析了系统在参数变化时的动力学特性，得到了系统的混沌运动规律。结合齿轮的动载荷历程，得到了齿轮啮合冲击状态在非冲击、单边冲击以及双边冲击状态之间变化时变化过程与系统参数之间的关系。
绞制线邻层线股间接触分析
赵新泽, 高伟, 秦红玲
2011, 22(16):  1929-1933. 
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利用有限元分析法建立了通用的绞制线邻层线股间的微动接触模型，以LGJ150/25型钢芯铝绞线为对象，根据其线股的受力特点，分析了接触压力、轴端拉力、摩擦因数等微动参数对接触区应力分布的影响。结果表明，线股间的接触区域呈椭圆状，当载荷较小时，接触区主要发生弹性变形，综合应力及法向接触应力从中间向边缘递减，随着施加载荷的增加，接触的线股从弹性变形转变为塑性变形，此时在接触区的边缘出现比中心带大的应力集中。有限元分析结果与试验结果的对比，证明了有限元分析的有效性。
大流量高速开关阀阀芯挤压油膜缓冲技术研究
江海兵1, 2, 阮健1
2011, 22(16):  1933-1937. 
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针对大流量高速开关阀（流量450L/min、关闭时间8ms）阀芯冲击和振荡问题，设计了阀芯挤压油膜缓冲器，利用挤压油膜的非线性输出力和非线性阻尼对阀芯末端行程进行缓冲，在不影响阀关闭时间的情况下，大大减小阀芯冲击，消除阀芯振荡，使阀平稳关闭，从而显著提高阀的使用寿命、可靠性和密封性能。仿真和实验结果表明：当油膜厚度约为0.1mm时，缓冲器具有最佳缓冲效果，阀芯关闭过程接近理想状态。该阀流量大、响应速度快，阀芯缓冲方案新颖，在大功率、快速性场合具有重要应用价值。研究成果对其他液压元件的设计研究具有理论指导和借鉴价值。
全欧拉方程的理想匹配层边界条件
柳占新, 高频, 仝志勇
2011, 22(16):  1938-1941,1948. 
摘要 ( )   PDF (462KB) ( )  
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首先从声学的角度推导出了线性欧拉方程理想匹配层（PML）边界条件的变换系数;然后推导了笛卡儿坐标系和柱坐标系下全欧拉方程的PML方程，并说明了线性欧拉方程的PML方程只是全欧拉方程的PML方程的一个特例;最后利用柱坐标系下全欧拉方程的PML方程作为出流边界条件，计算了喷气发动机进气道处的流场，用实例证明了全欧拉方程的PML方程的正确性。
面向工作流管理系统的多粒度构件组织技术
李海波
2011, 22(16):  1942-1948. 
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针对影响软构件的ESA(enterprise software and application)系统运行效率的非功能性因素常常被忽视的现状,为提高构件复用效率,提出了一种面向流程的多粒度构件组织方法。基于工作流技术, 通过分析业务过程中业务频率的变化对构件执行负载的影响,以及构件粒度和构件复用效率之间的关系,把业务频率这一非功能性因素反映到构件组织方式中, 提出了多粒度的构件库组织形式,并给出了相应的算法。实验及构件复用效率分析表明,多粒度构件组织方法完全能够使构件复用效率随业务频率的变化保持最高,进而使ESA系统运行效率也保持最高。
基于自适应蚁群算法的装配线平衡问题研究
邓福平, 张超勇, 连坤雷, 徐绍锬
2011, 22(16):  1949-1953,1959. 
摘要 ( )   PDF (536KB) ( )  
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提出了一种自适应蚁群算法,用以求解装配线平衡问题。在该算法中，针对装配线平衡问题的具体特点，设计了一种蚂蚁分配方案可行解的构造策略，提出了一种比传统方法区分度更高的评价解质量的目标函数，同时为了克服蚁群算法易陷入局部最优和收敛速度慢等缺陷，通过自适应地调整算法的挥发度等系数，在保证收敛速度的条件下提高了解的全局性。最后，通过实例验证，证明了算法的可行性和有效性。
 
信息技术
砌块成形机液压振动信号的AR双谱分析
吴福森, 黄宜坚
2011, 22(16):  1954-1959. 
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采用一种新型的液压振动方式，即用差动液压缸的上下运动来实现砌块成形机工作台的振动。通过采集振动过程中的位移信号,建立了时间序列的自回归AR双谱模型。通过对双谱幅值的分析及自相关功率谱与重构功率谱的比较，可以获得信号的非高斯、非线性频率特性信息，该特性信息对筛选振动系统最优运行参数有重要的指导意义。
基于产品分解结构的复杂产品工作分解技术研究
何苗1, 杨海成1, 2, 敬石开1
2011, 22(16):  1960-1964. 
摘要 ( )   PDF (515KB) ( )  
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为保证复杂产品研制工作分解的全面和彻底,提出了基于产品分解结构（PBS）的复杂产品研制工作分解技术。在适合复杂产品研制工作分解的PBS模型、工作分解结构（WBS）模型和WBS元模型的基础上，通过对PBS-WBS映射类型的分析、映射模型的定义、映射矩阵的编制和映射规则的建立，按层次分阶段逐级完成了从PBS到WBS的映射，实现了WBS的快速构建，从而以统一规范的方法保证了复杂产品全生命周期技术视图向管理视图高效且准确的转换。在此基础上开发了原型系统，以运载火箭为应用对象对系统进行了验证。
支持向量机高阶累积量AR模型的筛分效率研究
施政中, 黄宜坚
2011, 22(16):  1965-1969. 
摘要 ( )   PDF (549KB) ( )  
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利用采集的概率筛筛分作业时主筛体的振动信号，建立高阶累积量AR模型。将AR模型系数作为LS-SVM模型的输入变量，建立LS-SVM筛分效率预测模型。将AR模型与LS-SVM结合实现对概率筛筛分性能的实时监测。
机械基础工程
具有层状纤维缠绕的仿甲虫鞘翅轻质结构的设计及其力学性能分析
周怡, 郭策, 朱春生, 戴振东
2011, 22(16):  1969-1973. 
摘要 ( )   PDF (600KB) ( )  
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在对鞘翅断面微结构观测的基础上，分析了鞘翅的微观结构特征。设计了具有层状碳纤维缠绕的仿生轻质结构，并利用有限元法对其进行了力学性能分析。同时制备出了仿鞘翅结构复合材料模型，并进行了准静态压缩实验。将实验结果与有限元分析结果进行比较,证明了有限元分析结果的有效性。在此基础上，进一步比较了两种不同纤维缠绕方式的仿生轻质结构的力学性能，证明了两层交错纤维缠绕的仿生结构设计是合理的。
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变型设计知识库构建方法研究
乔虎, 莫蓉, 陈涛, 宫中伟
2011, 22(16):  1974-1980. 
摘要 ( )   PDF (727KB) ( )  
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根据变型设计特点对变型设计过程相关知识进行划分，提出了由与变型设计步骤相关的知识元组成的知识实例的概念,以及与变型设计过程紧密结合的通用性变型设计知识库的构建方法。针对每种类型的知识建立由知识元组成的子知识库和知识库。最后，以应用实例验证了本文方法的有效性。
基于泛函的通用涡旋型线形状变化规律研究
王立存1, 2, 张贤明1, 陈国强1, 王旭东1, 罗礼培3, 陈彬1
2011, 22(16):  1980-1983. 
摘要 ( )   PDF (530KB) ( )  
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利用基于泛函的通用涡旋型线的几何理论,以涡旋型线压缩比和气体容积利用率为目标函数，得出基于泛函的通用涡旋型线收敛特性及型线形状变化规律。推得当级数项数k大于3时可得变壁厚涡旋型线，公转半径R、大盘直径D、型线圈数N与k值是影响变壁厚涡旋型线压缩性能的主要影响因素。通过建立收敛级数最佳的涡旋型线数学模型，利用基于MATLAB的遗传算法,优化得出在给定条件下的最佳目标值，并给出了最佳涡旋型线方程。
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多摄像机视觉检测大范围布置方法及其数据拼接
蔡勇1, 秦现生1, 张雪峰1, 张培培1, 单宁2
2011, 22(16):  1984-1987. 
摘要 ( )   PDF (521KB) ( )  
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在对较大物体进行视觉检测时，需要移动或转动摄像机视角以获得大范围检测结果，针对此,提出预先进行空间多摄像机位置与视角布置以检测大范围物体表面的方法。确定双目系统最佳清晰度与精度区域，指出多摄像机空间布置所需满足的三个约束条件;依照平行交叠排列方式进行了平面多摄像机的布置，讨论了摄像机拍摄图像在平面布置下的数据拼接方法，推导了以外围大分辨率摄像机为中介的局部数据转换方法;利用双标定板对平面布置中两相邻双目系统进行了数据拼接实验，
结果表明，平面布置的最大覆盖范围为1.98m×1.30m。标定最大误差小于0.07mm，数据拼接最大误差小于0.1mm。布置方法适应大范围物体检测需要。
板翅式换热器封头强度的分析设计研究
王伟1, 陈亮1, 何富均2
2011, 22(16):  1988-1992. 
摘要 ( )   PDF (572KB) ( )  
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采用塑性功曲率(plastic work curvature,PWC)准则和非线性有限元技术相结合的直接法计算了工业封头产品的塑性压力和塑性接管载荷，并将其与其他方法的计算结果进行了比较。分析结果表明，PWC准则塑性压力在理想塑性分析条件下与Cloud-Rodabaugh极限压力和ASME极限压力很接近;PWC准则塑性载荷以总塑性功作为结构整体塑性失效的全局指标，其应变硬化分析条件下的结果能反映材料应变硬化对封头强度的强化效果，克服了TES（twice elastic slope)准则需凭经验选择变形参数的缺点;直接法避免了弹性应力分类的困难，方法简便。研究表明,基于PWC准则的直接法是解决板翅式换热器封头这种复杂结构分析设计问题的有效方法。
一种基于投影法的铺丝路径优化生成算法
卢敏, 周来水, 王小平
2011, 22(16):  1993-1996. 
摘要 ( )   PDF (458KB) ( )  
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提出了一种铺丝路径的优化生成算法，用以提高成形件的强度并减少复合材料的用量。首先根据构件的主应力分布选取系列关键位置点;其次沿特定方向平移这些点并拟合成曲线;然后将曲线投影至曲面得到铺丝路径;最后引入映射法生成距离曲线求解路径上的实时丝数信息。生成的路径轨迹满足:①精确通过原型值点并保持G1连续;②实现连续多层铺放。推导出了明确的路径计算公式，并以曲面实例验证了算法的简单快速性。
车辆工程
基于混合元模型的准最优策略在汽车轻量化中的应用
顾纪超, 李光耀, 干年妃, 王国春
2011, 22(16):  1997-2000. 
摘要 ( )   PDF (468KB) ( )  
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汽车轻量化问题通常被定义成设计空间较大、设计变量较多的优化问题。为解决这一问题，提出了准最优策略。该策略需要与最优化方法配合，对所提出的优化问题进行多次优化，通过对前一次优化结果进行分析，逐渐地减少设计变量、缩小设计空间,直到满足设计需要。将所提出的准最优策略与基于混合元模型的最优化方法相结合对某款车的后车架系统进行轻量化分析，系统的质量在三次优化中都有所减小，这一结果验证了该策略的有效性。此外，文章中也指出了准最优化策略的不足。
基于灵敏度分析的车架轻量化及疲劳寿命估算
王书亭, 刘啸, 吴义忠, 金国栋
2011, 22(16):  2001-2006. 
摘要 ( )   PDF (566KB) ( )  
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针对汽车车架轻量化设计要求，建立了车架刚度灵敏度、模态频率灵敏度以及静/动态结构响应的综合权重灵敏度分析模型，对车架进行了全寿命、裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命的分析，所作分析与车架的拓扑优化设计及性能分析一起形成了完整的车架数字化设计性能分析体系。
基于AR建模理论的汽车行驶姿态预测方法研究
罗石, 王雷, 朱力
2011, 22(16):  2006-2010. 
摘要 ( )   PDF (545KB) ( )  
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采用AR模型开展了汽车运动参数预测研究，详细分析了其建模预测方法，并以侧倾角速度这一车辆行驶时的关键参数为例，讨论了AR模型在行驶安全运动参数预测中的应用，结果显示该模型取得了一定的效果。此外，AR模型仅利用自身的历史数据进行建模预测，故具有简便易行、通用性好、可操作性强的特点。
类菱形车电控后轮随动转向系统研制
吴乙万, 黄智, 钟志华
2011, 22(16):  2011-2015. 
摘要 ( )   PDF (599KB) ( )  
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针对类菱形车前后轮机械转向机构的传动机构复杂、系统布置困难等不足，提出电控后轮随动转向系统(ECSS)设计方案，介绍了ECSS的基本构成和工作原理。在Simulink中建立了ECSS仿真模型，采用零偏角控制策略确定了后轮随动转向比例系数，在阶跃转向工况下,仿真分析了ECSS对车辆操纵稳定性的影响。仿真结果表明，采用ECSS后，类菱形车的高速操纵稳定性得到了一定的改善。研制了ECSS样机，并在实车上对样机的主要功能进行了试验验证。试验结果表明，ECSS能快速、准确且稳定地实现后轮随动转向的控制。
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