中国机械工程

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2012, 23(19): 0.

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基于公理化设计的产品方案设计可拓配置模型

王体春1, 陈炳发1, 卜良峰2

2012, 23(19): 2269-2275.

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针对具有多层次、多属性、创造性的产品方案设计配置,提出了一种基于公理化设计和可拓理论的复杂产品方案设计可拓配置模型。该模型通过设计实例建立复杂产品方案设计的公理化设计框架,从而对设计对象进行可拓变换、可拓数据挖掘并建立关联函数,提出了产品方案发散式可拓设计方法与蕴含式可拓设计方法,给出了产品方案设计可拓配置模型与算法实现过程。最后,通过实例对模型的有效性和可操作性进行了验证。
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固定节流孔长度对双喷嘴挡板阀低温零位性能的影响

訚耀保, 张曦

2012, 23(19): 2275-2279.

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针对低温环境下固定节流孔节流长度影响双喷嘴挡板阀零位特性的问题进行了研究。采用理论分析和数值模拟两种方法对比分析固定节流孔节流长度与双喷嘴挡板阀低温零位性能的关系,导出了双喷嘴挡板阀零位压力、零位系数与节流孔液导比之间的关系式。研究结果表明,适当调整固定节流孔节流长度,能有效改善油温在-40℃至0℃之间变化时的喷嘴挡板阀零位性能及其稳定性。

基于刀具耐用度和材料切除率目标的AerMet100钢铣削参数优选

杨后川1, 2, 袁野1, 崔季1, 唐晓亮1

2012, 23(19): 2280-2285.

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针对基于铣削高强度钢的刀具的耐用度和材料切除率的铣削参数控制进行了研究。通过正交试验,建立了刀具耐用度模型,研究了基于铣削参数的灵敏度和相对灵敏度模型的稳定区间敏感性分析方法,结合正交试验中的极差分析,提出了刀具耐用度和材料切除率的铣削参数区间优选流程,优选出铣削参数稳定区间,并优选出铣削参数。研究结果表明：铣削AerMet100钢时,铣削速度vc的优选范围为100～105m/min,每齿进给量fz的优选范围为0.11～0.12mm,铣削深度ap的优选范围为2.1～2.5mm;铣削参数优选为vc=100m/min,fz=0.11mm,ap=2.5mm。研究结果为优选高强度钢铣削参数以及进行刀具耐用度和材料切除率的控制研究提供了理论方法和试验依据。
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考虑主销间隙的转向轮摆振研究

周兵1, 孙乐2, 左龙1, 张农1

2012, 23(19): 2286-2289,2296.

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将魔术轮胎公式和主销间隙引入摆振模型,运用拉格朗日方法建立了非独立悬架汽车转向轮摆振的非线性数学模型。对比分析了有无主销间隙及不同转向结构参数和轮胎参数对摆振系统的影响。结果表明,主销间隙的存在使转向轮摆振系统的振幅明显增大,摆振发生的车速范围扩大,且使不敏感的参数对系统产生一定影响。
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一类预紧偏心垫层结构的动态特性与稳定性分析

肖世富, 沈展鹏, 陈学前, 刘信恩

2012, 23(19): 2290-2296.

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为研究预紧偏心垫层结构的动力学现象及其转动滑移机理,考虑其内层转动和层间相对滑移耦合自由度,建立了结构的动力学模型。数值分析了无滑子系统的动力学现象及稳态振动下的层间临界滑移激励强度;采用区间均匀分布描述初值的策略探讨解对初值的敏感性,统计分析了不同偏心量下全系统层间转动滑移平衡解的概率分布特性。
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柔性机器人基于自适应模糊动态面的实用稳定控制

吴忠强1, 张晓霞1, 舒杰2

2012, 23(19): 2297-2301.

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针对单连杆柔性机器人系统,提出了一种基于自适应模糊动态面的实用稳定控制方法。对于未知或时变函数,采用自适应模糊逼近,进而予以补偿。通过动态面控制避免了Backstepping设计带来的计算膨胀问题,简化了控制器的结构。所设计的控制器保证了闭环系统的实用稳定性。仿真结果验证了所提出控制器的有效性。
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含裂纹板的振动疲劳裂纹扩展耦合分析

刘文光, 贺红林

2012, 23(19): 2301-2305.

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为提高含裂纹板的振动疲劳分析精度,提出一种振动疲劳裂纹扩展耦合分析方法。首先,利用附加载荷等效代替裂纹作用,由力学平衡原理推导含裂纹板的振动方程,基于Rice与Levy应力关系式形成方程的裂纹项;然后,运用Paris方程模拟裂纹扩展,通过振动分析与裂纹扩展计算同步进行的方式考虑振动与裂纹扩展的耦合作用,讨论振动对含裂纹板裂纹扩展的影响。分析表明,结构固有频率与裂纹大小和板厚密切相关;阻尼大小和激振力变化对裂纹扩展速率的影响显著。
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面向飞机自动化装配的机器人空间网格精度补偿方法研究

周炜1, 廖文和1, 田威1, 李东明2, 刘勇2

2012, 23(19): 2306-2311.

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对六自由度KUKA机器人的定位精度补偿方法进行了研究。以激光跟踪仪为媒介建立机器人坐标系、工具坐标系和世界坐标系之间的转换关系,对于机器人工作空间内的任意定位点,将它在离线编程中的理论坐标与用激光跟踪仪测得的实际定位坐标之间的差异作为它的绝对定位误差。按一定的步长对机器人的工作空间进行立体空间网格划分,对于工作空间内的任一点,通过已划分的包围它的最小立方体网格的8个顶点的绝对定位误差进行空间插值来估算出该点的绝对定位误差,并将它逆补偿到理论坐标上用于提高机器人的绝对定位精度。试验结果表明,补偿前机器人的绝对定位精度为1~3mm,补偿后机器人的绝对定位误差的最大值为0.386mm,平均值为0.156mm,精度较未补偿前有了很大的提高,可以满足飞机自动化装配的高精度要求。
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航空薄壁件制孔毛刺生长控制工艺研究

洪华舟1, 韦红余1, 陈文亮1, 金霞1, 蒋红宇2, 王宇波2, 余路2

2012, 23(19): 2312-2316.

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针对典型的航空铝合金薄壁件,分析其制孔毛刺生长机理,指出钻削轴向力是影响毛刺生成的关键因素,进而对制孔加工区域进行细分,提出了一种通过控制进给量的分层进给制孔工艺,以优化控制毛刺形态及尺寸。设计的制孔工艺试验结果表明:与传统制孔工艺相比,分层进给制孔工艺能有效抑制毛刺形成,控制毛刺生长,显著提高制孔质量。

三维分形粗糙表面的修正接触模型

金守峰1, 宿月文2, 郭彩霞2

2012, 23(19): 2316-2319.

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基于分形理论,建立了粗糙表面的接触行为预估模型,采用了包含弹性、弹塑性和塑性全状态的微凸体接触模型并将其扩展到粗糙表面接触问题,实现了对传统二维分形粗糙表面接触模型的修正,构建了三维分形接触模型。通过计算结果与实验数据的对比可知：修正后的三维分形接触模型(修正Y-K模型)的计算结果与实验测试值比较接近,而Y-K模型的计算结果则与实验值相差甚远,尤其是在载荷较大时。修正Y-K模型的结果虽然与实验值有一定差距,但相较Y-K模型已有了相当的改善,为分形接触计算提供了更为准确的理论方法。
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基于SOA的工程机械远程智能预诊维护系统研究

刘美芳, 尹纪庭, 余建波

2012, 23(19): 2320-2326.

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针对工程机械结构复杂、分布式作业和维护管理困难等问题,提出了基于面向服务架构(SOA)的工程机械远程健康智能预诊维护系统。该系统以一套设备智能预诊算法模型库SmartAgent为核心模块,通过SOA的异构资源共享等功能来系统地实现工程机械的分布式远程预诊维护。以一个关键机械部件（轴承）的性能衰退预诊为例,采用SmartAgent算法库中基于自组织映射的性能衰退评估模型和基于威布尔失效概率的剩余寿命预测模型,系统地阐述了提出的设备健康远程预诊系统的应用流程,通过基于SOA的服务建立、发布与调用,实现了设备性能衰退的远程监控与预测,并进一步验证了该系统的有效性和工程实用性。
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蚁群算法在单级多时段多资源约束的生产批量问题中的应用研究

李英俊, 陈志祥

2012, 23(19): 2326-2331.

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设计了一个用于求解具有多时段连续与整数混合规划问题的算法结构,并以单级多时段多资源约束的生产批量问题（CLSP）的模型为背景进行了应用研究,根据此类问题的特点设计了新颖的蚁群算法,阐明了算法的具体实现过程。通过对其他文献中的例子进行计算和结果比较,表明提出的改进蚁群算法在寻优方面比退火惩罚混合遗传算法和传统的遗传算法要好,验证了所提算法对解决此类问题的可行性和适用性。

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可变涡流直喷汽油机流动及燃油喷射的数值模拟

尹丛勃1, 张振东1, 郭辉2, 程强1

2012, 23(19): 2332-2336,2342.

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建立了带可变涡流进气道的缸内直喷汽油机的三维数值模型,利用数值模拟方法分析了汽油机在2000r/min全负荷工况下,涡流调节阀开启和关闭时进气、喷雾及混合气形成过程。结果表明：低转速时,通过涡流阀开启和关闭可以改变进气门周围进气流动速度分布,进而调节缸内滚流强度;涡流阀关闭时,缸内滚流强度明显提高,是相同气门升程涡流调节阀开启时的4～6倍;较大的滚流强度加快了缸内燃油雾化速度,有助于在点火时刻形成浓度均匀一致的混合气。
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适用于五轴数控加工的平滑插补算法的研究

赵世强1, 2, 于东2, 张晓辉1, 2, 耿聪1, 2

2012, 23(19): 2337-2342.

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针对五轴数控系统传统加工方式在加工自由曲线曲率半径大而曲率变化不大的部分会产生凹凸不平的现象,提出一种平滑插补算法。该算法将数值计算中的最小二乘法应用到五轴数控加工轨迹的修整中,进而通过对修整后的指令点进行平滑处理,恢复原平滑曲线轮廓,最后在该平滑曲线上完成曲线插补计算。通过VERICUT对圆台工件进行仿真加工,证明了算法的有效性。
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燃油喷射体相贯线电解修形研究

刘泽祥, 康敏, 杨勇, 傅秀清

2012, 23(19): 2343-2347.

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基于有限元分析方法,在ANSYS中建立了电解修形的二维电场模型,在模型工件表面取若干个节点,将三类阴极的加工过程分为若干个时间段,并对这些时间段进行累积求解计算,得到工件加工表面不同时刻的电场分布和各节点的电流密度值。通过计算各个节点的位置,从而得出各个时刻加工后的工件表面轮廓曲线。利用仿真的结果,对电解加工参数进行实验验证。实验结果表明,利用仿真结果所确定的电加工工艺参数进行燃油喷射体相贯线电解修形,能满足燃油喷射体的加工要求,为燃油喷射体相贯线电解修形提供了依据。
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挖掘臂动力学参数与液压缸摩擦力参数辨识

黎波, 严骏, 郭刚, 钱海波, 张梅军

2012, 23(19): 2347-2350.

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建立了挖掘臂单关节动力学模型及液压缸驱动力模型,将模型中的未知动力学参数及非线性摩擦力参数线性化表示。利用测量的系统压力及角度信息,分别采用带遗忘因子的递推最小二乘法及递推增广最小二乘法对系统参数进行辨识。对辨识所得的两个模型进行仿真,与实际系统对比分析结果表明,辨识模型能很好地逼近实际系统。误差对比分析结果表明：递推增广最小二乘法比带遗忘因子的递推最小二乘法误差减小约28%,对系统噪声有更好的鲁棒性。
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超临界CO2流体微细电铸扩散传质过程建模与数值分析

雷卫宁1, 王星星2, 刘维桥1, 陈国炎1, 姜博3

2012, 23(19): 2351-2356.

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以微结构特征为分析对象,建立金属镍离子和多物质离子扩散传质的数学模型,利用MATLAB软件对所建模型进行数值模拟,分析电流密度、深宽比对微结构内部物质离子浓度的影响,同时对超临界CO2流体金属镍铸层的表面形貌和显微硬度进行研究和探讨。结果表明：在一定的深宽比和电流密度条件下,随着时间的推移,镍离子扩散传质过程逐渐趋于稳态;微结构流体的特征是自上而下,氢氧根离子浓度和氢氧化镍离子浓度逐渐递增,而氢离子浓度持续降低,镍离子浓度和硫酸根离子浓度变化不明显;深宽比大的微结构应在小电流密度条件下进行电铸,温度为323K、压力为10MPa、电流密度为5A/dm2时超临界CO2流体电铸方法制备的镍铸层晶粒细小、组织致密,铸层的显微硬度达到701.2HV,与传统电铸相比有大幅度提高。
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涂料流场对逗号刮刀工作精度的影响

刘正士, 闫科, 王勇, 刘焕进

2012, 23(19): 2357-2361.

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基于润滑理论,利用雷诺方程推导出涂布机工作时逗号刮刀在流场中受力的计算公式,给出逗号刮刀的压力分布图和合力变化图。研究了刮刀半径和最小间隙对刮涂流场的影响：刮刀在工作中所受的力随刮刀半径的增大和刮刀与涂布辊间隙的减小而增大,所受合力的方向随当量半径的增大而不断接近连心线方向。进一步计算出在流场作用下逗号刮刀的形变量,为在涂布设备工作过程中对逗号刮刀刃口直线度进行调节和刮刀结构设计提供了理论依据。

基于改进粒子群算法的四辊轧机机座结构优化设计

魏锋涛, 宋俐, 李言, 刘鹏

2012, 23(19): 2361-2365.

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为了获得四辊轧机的合理结构参数与最佳工作性能,在满足结构、强度、刚度等约束条件下,以机座弹跳值最小为目标函数,建立四辊轧机机座结构优化设计数学模型。针对常规优化方法和标准粒子群算法求解该类复杂机械系统结构优化设计问题存在的诸多缺陷,提出采用Logistic映射对种群进行混沌初始化、非线性地动态改进惯性权值和非线性地动态调整加速因子三种策略对标准粒子群算法进行改进,结合改进的惩罚函数法对四辊轧机机座结构进行优化设计,求解结果验证了所提方法的正确性和有效性。
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软固结磨粒气压砂轮的力学分析

计时鸣, 许亚敏, 金明生, 张利, 曾晰, 李笑

2012, 23(19): 2366-2372.

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建立了一种应用于高硬度、高耐磨性自由曲面光整的新型软固结磨粒气压砂轮模型。首先,根据材料特性确定了该模型的三种材料,并计算了两相模型的弹性模量,研究了强度极限;其次,对各层应力分布进行仿真分析,研究各层厚度对应力的影响;最后,将制作出的软固结磨粒气压砂轮用于抛光实验,得到一系列加工结果。仿真结果表明：双弹性体厚度值与应力值成反比,磨粒层厚度值与应力值成正比;对模型进行优化,磨粒层受力明显增大,即抛光作用力显著增大,力传递效果较好,且最佳黏结层厚度为0.5mm。实验结果表明：黏结层厚度为0.5mm时,加工效果最佳。
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基于改进的ITD和模糊熵的滚动轴承故障诊断方法

郑近德, 程军圣, 杨宇

2012, 23(19): 2372-2377.

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提出了改进的本征时间尺度分解方法(improved intrinsic time-scale decomposition,IITD）。针对从滚动轴承的非线性和非平稳振动信号中提取故障特征难的问题,在IITD基础上,结合模糊熵的概念,提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法。首先采用IITD方法对滚动轴承振动信号进行分解,再对得到的前几个有意义的合理旋转分量计算其模糊熵,并将熵值作为特征向量输入支持向量机分类器,从而实现滚动轴承故障类别的诊断。实验数据分析结果表明,所提出的方法可有效地实现滚动轴承故障类别的诊断。
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纳观纹理表面摩擦过程的分子动力学模拟

南江红, 刘更, 佟瑞庭, 刘岚

2012, 23(19): 2378-2383.

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采用分子动力学方法模拟了半球形刚性压头在单晶铜基体上的纳观黏着滑动接触过程。设计了不同纹理表面,研究了表面纹理方向和纹理密度对滑动摩擦力的影响。模拟结果表明：表面纹理密度小于50%时,0°和90°方向纹理表面的滑动摩擦力振幅较小,且45°方向纹理表面最易发生滑移塑性变形;纹理密度相差较大时,对于0°和90°方向纹理表面,滑动摩擦力随纹理密度的增大而增大;在较小的纹理密度下,0°和90°方向纹理表面的减摩效果优于光滑表面的减摩效果;纳观纹理表面的引入对滑动摩擦力的大小产生影响,但没有改变滑动摩擦力的波动周期。
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四种多轴疲劳模型的试验评价

金丹, 王巍, 孙丹, 林伟

2012, 23(19): 2384-2388.

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利用已有的试验结果,结合SWT、KBM、FS和LKN四种寿命估算模型,采用雨流计数方法和线性损伤律进行低周疲劳寿命预测,比较并分析了将最大损伤面作为临界面对各模型的影响。结果表明,与最大剪应变/正应变面方法相比,最大损伤面方法提高了SWT模型的部分非比例路径的预测结果及KBM模型AV路径和部分非比例路径的寿命预测结果。对于FS模型,最大损伤面方法使TV路径得到了偏于安全的结果;但对LKN模型,该方法对部分路径得到了比最大正应变面更为危险的结果。考虑权函数的影响重新确定临界面进行预测,使KBM模型和FS模型的预测结果得以改善,而对SWT模型和LKN模型,部分预测结果偏于危险。采用统计特征参量对各模型的预测能力进行了定量评价。
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Beam与Solid两种点焊模拟方法对比研究

陈军, 成艾国, 陈涛, 赵敏

2012, 23(19): 2388-2392.

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在汽车整车有限元仿真分析中,点焊的建模对仿真精度影响较大。仿真中,针对焊点在网格中的位置及焊接母材壳单元积分方式的不同,分析了采用Beam单元和Solid单元模拟焊点时Lap-shear模型所表现出的力学性能的稳定性,并将得出的结论应用到100%整车正面碰撞中进行验证。结果表明,采用Solid单元模拟焊点时,Lap-shear模型所表现出的力学性能的稳定性相对较高;在考虑点焊失效的情况下,采用Solid点焊单元来模拟焊点比较准确。

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