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2016年 第27卷 第22期    刊出日期：2016-11-25
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版权页和目次
2016, 27(22):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械基础工程
基于等效运动副化及运动副退化的公差分析法
尹立明, 叶佩青, 张辉
2016, 27(22):  2983-2989. 
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针对公差不仅在数值上具有随机性，其所约束的几何特征在空间的位置姿态上也具有随机性的特点，提出了公差约束等效运动副化及运动副退化法。等效运动副化将公差约束的几何特征转化为被运动副控制的几何特征，该等效运动副本身是虚拟的具有多自由度的等效运动副，将公差约束的几何特征转化为被多自由度运动副控制的几何特征，装配体转变为一个无误差的开环机械臂，考虑到因装配工艺而产生的不同运动副自由度之间的相互制约的现象，采用运动副退化法去除冗余自由度，由此建立装配体公差分析模型，并将装配体公差模型分析的数值与加工装配体的实验检测值进行对比。
激光诱导精密沉积铜箔实验
黄志刚, 李洪辉, 印四华, 郭钟宁
2016, 27(22):  2990-2994. 
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通过改变激光脉冲能量和激光聚焦位置，进行了激光诱导向前转移铜箔的实验，并通过超景深三维显微镜和扫描电子显微镜对基片和约束层上沉积的铜箔进行了观察，探讨了激光脉冲能量和激光聚焦位置对铜沉积效果所产生的影响，在此基础上研究了激光诱导向前转移的机理。研究结果表明，在石英玻璃基片上沉积的铜箔直径最小可达10μm，远小于激光光斑直径；在约束层上也沉积有铜箔，即同时出现了激光诱导向后转移的现象；光脉冲能量增大，石英玻璃上沉积的铜箔逐渐分散，尺寸逐渐增大，而且呈环形分布；通过调节靶材离焦点距离，可以使环形消失，并使沉积尺寸降到激光光斑尺寸以下。最后成功实现了微细阵列的激光诱导沉积。
地铁车辆电动塞拉门的剩余寿命预测
王凌, 陈长骏, 潘静, 许宏, 陈锡爱, 那文波
2016, 27(22):  2994-3000. 
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针对地铁车辆客室电动塞拉门传动装置润滑不良的问题，提出了基于自组织映射（SOM）神经网络、隐马尔可夫链（HMC）模型和蒙特卡罗（MC）仿真的剩余使用寿命预测方法。该方法首先对采集到的电机电流信号进行特征提取；然后利用SOM对提取出的多维特征数据进行融合与编码，将所得结果作为HMC的输入向量，训练得到全部寿命下劣化状态转移矩阵；最后利用MC方法实现对其劣化过程的剩余使用寿命预测。故障模拟实验结果表明，该方法可以在考虑润滑不良故障模式下，有效预测得到电动塞拉门丝杆的剩余使用寿命。
先进材料加工工程
柔性受压电铸新技术研究
钱王欢, 秦丰, 缪小梅
2016, 27(22):  3001-3004. 
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提出了一种新的柔性受压电铸技术，从理论上深入探讨了柔性受压的作用机理，并通过钨丝增强镍的电铸试验进行了验证。理论分析和试验结果表明：柔性压紧轮对复合电铸层的摩擦与挤压作用可以有效去除复合电铸层表面的吸附气泡，获得表面无缺陷的复合电铸层；柔性压紧轮能够不断补充电沉积区域的电铸液，防止复合电铸层内部出现空洞，并能提高极限电流密度，显著细化晶粒；柔性受压条件下获得的复合电铸层具有更高的强度，当钨丝体积分数为50%时，制得的钨丝-镍复合电铸层强度达到1597MPa，提升了21%。
机械基础工程
立式浅盆型复合种盘大豆排种器结构设计与参数优化
刘宏新, 徐晓萌, 付露露, 王晨
2016, 27(22):  3005-3011. 
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为满足机械式精密排种器高速作业的要求，以增加充填力的方式对立式圆盘排种器进行改进，设计了一种利用重力与离心力以及种子间相互作用力作为复合力进行充种的双腔立式浅盆型复合种盘机械式精密排种器，并对排种盘的特征参数进行了优化。利用离散元仿真分析软件EDEM对立式浅盆型种盘进行了以排种盘直径、折边倾角、作业速度为影响因素，充填率为性能指标的三因素五水平二次正交旋转组合仿真设计，并运用Design-expert 8.0软件对数据进行了处理，获得了排种盘最优的结构参数组合，同时利用物理样机试验进行了验证。研究结果表明：立式浅盆型种盘的最佳结构参数组合为排种盘直径234mm、折边倾角68°，在8 ~12km/h高速作业时，合格率均能达到90%以上。研究结果为产品定型提供了定量的依据。
基于支持向量机的压电微操作平台非线性特性描述
胡俊峰, 郑昌虎, 蔡建阳
2016, 27(22):  3012-3019. 
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压电驱动器的迟滞现象会使微操作平台出现非线性问题，严重影响了其运动精度和重复定位精度。为了解决该问题，提出了一种基于Preisach模型与支持向量机的联合建模方法来描述微操作平台的非线性特性。以一种一维微操作平台为对象，以压电驱动电压和所对应的平台输出位移为样本点，采用支持向量机理论建立反映平台非线性回归模型，利用该模型预测非样本点所对应的平台输出位移，结合Preisach模型可精确预测平台在任意电压序列作用下的输出位移。为了验证所建立模型的有效性，进行了实验研究，任意选取2组不同的输入电压序列，利用支持向量机回归模型和Preisach模型分别得到所选取的电压序列对应的输出位移的预测值，在相同的电压序列作用下进行实验得到其实测值，将实测值与预测值进行比较分析，结果表明，2组实测值与预测值之间的相对误差范围分别为0.6%～2.1%、0.02%～2.1%，预测位移与实测位移非常接近，说明所建立的模型能精确描述微操作平台的非线性特性，以实现其精确运动。
圆弧端齿结构微动疲劳试验加载装置的设计及实现
崔海涛, 李爱民, 温卫东
2016, 27(22):  3020-3024,3031. 
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针对圆弧端齿结构三维微动疲劳试验难度大、成本高等问题，提出了一种二维等效加载方案，设计并实现了微动疲劳试验加载装置，建立了二维结构微动疲劳试验模型。对典型圆弧端齿结构的二维等效试件进行了微动疲劳试验，发现疲劳裂纹萌生于接触面的接触边缘，接触面出现大量微动磨屑，为典型的微动疲劳失效形式。试验结果表明，该微动疲劳试验加载装置可满足端齿结构微动疲劳试验要求，为微动损伤机理分析和微动疲劳寿命预测提供了试验数据支持。
响应面模型与混合优化算法相结合的锯片参数优化设计
田永军, 段国林, 夏晓光, 张萼
2016, 27(22):  3025-3031. 
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针对传统算法在锯片声学特征优化中的局限性，提出了一种将二阶响应面模型与混合算法相结合的优化设计方法。在设计区域内应用D-optimal试验设计法抽取样本点，分别通过显式算法获取锯片声学、应力响应以及隐式算法获取锯片变形量，并用试验验证了数值模型的准确性，然后建立了由6个变量参数所决定的锯片的声学、应力以及刚度的二阶响应面模型；利用自适应模拟退火法和蛙跳混合算法对响应面模型进行循环逼近，获得了设计变量影响度以及最优结果。结果表明，在保证刚度和应力许可条件下，通过有限次数值分析，经全局优化后的最佳结构可降低空载噪声4~7dB。数字算例表明，该方法适用于旋转类刀具的声学性能优化设计。
脉冲涡流矩形差分探头缺陷检测机理
周德强, 王俊, 潘萌, 李可, 宿磊, 化春键
2016, 27(22):  3032-3037. 
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为了进一步提升脉冲涡流的缺陷检测能力，提出了脉冲涡流矩形差分探头的检测方法。建立了脉冲涡流矩形探头的三维检测模型，分析了矩形线圈激励时试件上感应电流的分布，比较了铁磁性材料和非铁磁性材料的试件表面涡流方向和值的大小。根据试件上涡流X分量和Y分量呈对称分布的特性，提出了两种金属材料的脉冲涡流矩形差分探头设计方法。制作了相应的脉冲涡流矩形差分探头来获取磁场分量，仿真与实验结果表明，对于铁磁性材料和非铁磁性材料缺陷检测，脉冲涡流矩形差分探头测量的磁场X分量、Y分量比Z分量检测灵敏度更高。
基于三维谱峭图算法的共振解调技术研究及应用
马新娜, 杨绍普
2016, 27(22):  3038-3042. 
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针对滚动轴承出现故障时振动信号表现出的周期冲击性特征，以寻求表征故障信号特征的最优频带为目的，提出了一种利用二分法思想从带宽和中心频率两个角度进行优化搜索的三维谱峭图算法。将该方法应用于共振解调技术带通滤波器参数的确定，形成基于三维谱峭图算法的共振解调技术。为了验证该技术的有效性，在铁路货车轮对跑合实验台上进行了轮对故障轴承的振动测试。采用基于三维谱峭图算法的共振解调技术进行故障诊断分析，并与基于快速谱峭图的共振解调技术进行了对比。结果表明，基于三维谱峭图算法的共振解调技术能够更好地诊断轴承故障。最后，通过对时间复杂度的求解，证明了三维谱峭图算法具有较高的执行效率，在工程应用方面具有一定的参考价值。
智能制造
基于机器视觉的四通阀自动钎焊定位系统
孔明, 贺楚红, 王英军, 黄玮
2016, 27(22):  3043-3047. 
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为了提高四通阀焊接的速度和精度，提出了四通阀自动钎焊定位技术及系统。运用基于图像处理方法的计算机视觉技术，实现了对空调零件四通阀钎焊坐标的快速准确定位。采用近红外背光源进行照明，实现了对四通阀圆心坐标及侧面高度的自动检测。采用近红外背光源能使成像边缘更清晰易辨，具有环保节能、寿命长等优点。该系统主要通过阈值分割和PCA算法分别实现对四通阀铜柱圆轮廓提取和铜柱高度的水平投影，通过形状匹配和直线拟合获得圆心相对坐标和高度，实现对四通阀钎焊定位的检测。该系统具有速度快、准确率高、系统运行稳定等优点，在工业上的四通阀钎焊中具有较好的应用性和广阔的发展前景。
机械基础工程
基于总体平均经验模式分解近似熵和混合PSO-BP算法的轴承故障诊断方法
张淑清, 黄文静, 胡永涛, 宿新爽, 陆超, 姜万录
2016, 27(22):  3048-3054. 
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针对机械系统的非平稳、非线性特性，提出了一种基于总体平均经验模式分解(EEMD)近似熵和混合PSO-BP算法的轴承故障诊断方法。EEMD能够解决EMD的端点效应，改善处理非线性信号时的局限性；引入随机权重和压缩因子来改进粒子群算法，优化BP神经网络的权值和阈值，解决BP网络的全局收敛问题。将信号经EEMD得到的IMF分量与近似熵结合，组成特征向量，再将构造的特征向量输入到PSO-BP神经网络中进行模式识别。实验及工程应用实例证明了该方法的有效性和优越性。
先进材料加工工程
冷滚打成形中滚打深度与回弹规律的仿真
梁小明, 李言, 魏凡智, 姚远, 吴学亮, 袁启龙, 杨明顺
2016, 27(22):  3054-3060. 
摘要 ( )   PDF (889KB) ( )  
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为了有效地控制回弹对成形件精度的影响，针对变形量与回弹量之间的关系进行研究。依据冷滚打成形的基本原理，应用ABAQUS软件建立了有限元动态仿真模型，通过仿真获得了不同滚打深度下成形齿槽截面在切向、轴向和径向的变形规律与回弹量。由于动态仿真后工件内部的力处于不平衡状态，不能直接进行回弹求解，所以在动态仿真结果的基础上建立了静态仿真模型，通过静态分析获得了不同滚打深度成形齿槽截面各部分在切向、轴向和径向的回弹规律。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验，获得了工件廓形，并将其与相同工艺条件下的仿真结果进行比较，验证了仿真结果的正确性，为有效控制回弹对成形精度的影响提供了参考。
机械基础工程
磁致伸缩仪超声空化流的三维非定常数值模拟
夏冬生, 孙昌国, 于彦, 张会臣
2016, 27(22):  3061-3067. 
摘要 ( )   PDF (694KB) ( )  
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采用Singhal完全空化模型和SST k-ω湍流模型结合动网格技术对磁致伸缩仪超声空化流进行三维非定常数值模拟。计算结果表明，由于变幅杆高频振动，在靠近试样表面附近局部流场的压力和空泡体积组分变化具有周期性，压力波动的最低值可达到汽化压力，该局部流场可发生空化。由于空化，试样表面压力波动具有脉冲特征。压力和空泡体积组分在试样表面近似呈环形分布。在同一环形区域内，压力和空泡体积组分存在无规律断续脉动。试样表面中心区域空泡经历两次振荡后溃灭，产生强烈脉冲压力，最大脉冲压力可达约14MPa。脉冲压力在试样表面按间隔环形区域分布，且随试样振动在相邻环形区域上交替出现。在磁致伸缩仪超声空化流场中，试件表面可近似多个声波发生源，各声波传播时相互叠加和干扰。在声波传播的过程中压力衰减很快，只是在距试样表面约20mm内，压力有明显波动。
考虑参数相关性的结构二阶可靠性分析方法
姜潮, 邓青青, 张旺
2016, 27(22):  3068-3074,3081. 
摘要 ( )   PDF (565KB) ( )  
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提出了一种基于vine copula函数的二阶可靠性分析方法（VC-SORM），为存在复杂多维相关性的结构可靠性分析提供了有效手段。通过vine copula函数将随机向量多维概率分布函数转换为多个二维copula函数，基于极大似然估计法和AIC信息准则对各二维copula函数进行最优化选择，从而构建出联合概率分布函数，并进行一阶可靠性分析；在一阶可靠性分析的基础上，对功能函数进行二阶近似，获得精度更高的可靠性分析结果。最后通过两个数值算例验证了该方法的有效性。
基于局部均值分解与拉普拉斯特征映射的滚动轴承故障诊断方法
徐倩倩, 刘凯, 侯和平, 徐卓飞
2016, 27(22):  3075-3081. 
摘要 ( )   PDF (790KB) ( )  
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针对滚动轴承非平稳振动信号的特征提取及维数优化问题，提出了融合局部均值分解与拉普拉斯特征映射的轴承故障诊断方法。首先，通过局部均值分解对非平稳振动信号进行平稳化分解，提取乘积函数分量、瞬时频率及瞬时幅值的高维信号特征集；然后，将高维特征集作为拉普拉斯特征映射算法的学习对象，提取轴承高维故障特征集的内在流形分布，以获得敏感、稳定的轴承振动特征参数，实现基于非平稳振动信号分析的滚动轴承故障特征提取；最后，结合支持向量分类模型量化LMD-LE方法的特征提取效果，实现不同状况下的轴承故障分类。轴承故障样本分类识别平均正确率达到91.17%，表明LMD-LE方法有效实现了高维局部均值分解特征集合的降噪，所提取的特征矩阵对轴承故障特征描述准确。
平流泵用非圆齿轮副的优化设计及实验分析
胡紫阳, 杨辉, 李大柱, 韩江
2016, 27(22):  3082-3087. 
摘要 ( )   PDF (643KB) ( )  
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通过对平流泵工作原理的分析，可知降低流量脉动的最终目标就是降低双柱塞推程合成速度波动。现用平流泵主传动机构采用非圆齿轮串联曲柄滑块机构，其中非圆齿轮副是影响双柱塞合成速度的关键因素。基于预期柱塞运动速度特性反解非圆齿轮副的节曲线，在综合考虑非圆齿轮传动特性和力学特性的前提下，对非圆齿轮副节曲线进行优化设计，基于范成法原理进行非圆齿轮齿廓设计，通过虚拟样机仿真验证了理论设计的正确性。实验结果显示，非圆齿轮副的优化设计有效抑制了双柱塞推程合成速度波动，可显著降低流量输出脉动。
叶片电化学加工过程多场耦合仿真
陈远龙, 方明, 裴迪, 常伟杰
2016, 27(22):  3087-3092. 
摘要 ( )   PDF (677KB) ( )  
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针对叶片电化学加工过程难以预测、实验参数修正周期长的问题，建立与温度相关的叶片多场耦合仿真模型，基于COMSOL Multiphysics平台对叶片电化学加工过程进行多场耦合仿真，仿真分析了不同加工电压和不同进液流量对法向平衡间隙的影响。结果表明：加工电压越大，间隙也相应增大，且间隙分布越不均匀；进液流量越大，间隙分布越均匀。采用其中一组仿真参数进行工艺实验，仿真与实验的对比结果表明，叶片轮廓曲率变化缓慢处的仿真结果和实验结果比较贴合，而轮廓曲率变化较快处的仿真值与实验值差别相对较大，但两者的变化趋势相同。
先进材料加工工程
基于物质点法金属体积成形过程的仿真
谢桂兰, 于超, 龚曙光, 田杰, 胡骏迪
2016, 27(22):  3093-3097,3102. 
摘要 ( )   PDF (690KB) ( )  
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针对传统有限元法开展金属体积成形分析过程中存在的网格畸变，以及在常规无网格法分析中存在的本质边界条件施加困难等问题，建立了基于物质点法金属体积成形过程的仿真模型。因其背景网格积分采用了有限元形函数，从而有效地解决了边界条件施加困难的问题。通过对圆柱顶镦和反向挤压等金属体积成形过程的仿真，并将仿真结果与实验和有限元结果进行了对比分析，结果显示物质点法不仅能有效地消除网格畸变，而且在金属发生大变形时其计算精度优于有限元法的计算精度。所得结论可为物质点法在弹塑性大变形分析中的应用提供指导。
高直臂小间距等厚板材零件步进式冲锻工艺
王可胜, 韩豫
2016, 27(22):  3098-3102. 
摘要 ( )   PDF (550KB) ( )  
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针对高直臂小间距、不能展平的等厚板材零件，提出了步进式冲锻成形工艺。该工艺先通过冲压成形零件的大间距两直臂，然后通过若干次弯曲工步来缩小两直臂间距直至达到目标值。每次弯曲成形后对工件弯曲变形部位需进行冷锻平整，选择合理的工步数是保证冷锻过程中不出现材料重叠、起皱或破裂等现象的关键。建立了流线型弯曲的数学模型，通过该模型得到每个弯曲工步极限图。采用数值模拟结合试验的方法获得了无工艺缺陷的产品，产品性能优良，生产效率高。该步进式冲锻工艺为成形高直臂小间距等厚金属板材零件提供了新途径。
机械基础工程
自行式载重车自适应悬架组群系统顺应性
赵静一, 康绍鹏, 程斐, 范亮贞,
2016, 27(22):  3103-3110. 
摘要 ( )   PDF (752KB) ( )  
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对自行式载重车悬架组群系统进行了顺应性描述和顺应效果评价，针对目前传统的液压弹簧悬架系统，设计改进了一种自适应悬架组群系统，建立了整车和自适应悬架组群系统的非线性数学模型；在额定载荷为3200kN的两纵列六轴线自行式载重车的基础上，以随机路面激励为输入，在空载和满载工况下建立了液压弹簧悬架系统和自适应悬架组群系统的仿真模型。仿真分析和现场试验对比结果表明，改进后的自适应悬架组群系统在空载和满载工况下顺应系数分别提高了103.8%与55.1%，系统液压缸输出力更加平缓，具有更好的顺应性，采用改进后的自适应悬架组群系统的自行式载重车在行驶过程中的抗冲击振动能力和改善车辆平顺性方面效果显著。
不同波长瞬态侧风对汽车气动性能影响分析
黄泰明, 谷正气, 丰成杰, 陈阵
2016, 27(22):  3111-3117,3123. 
摘要 ( )   PDF (825KB) ( )  
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利用大涡模拟对某轿车受到的瞬态侧风进行研究，并采用自定义函数（UDF）控制边界的方法实现了正弦侧风在时间及空间上的瞬态变化，分析了三种不同波长的正弦侧风对气动力系数的影响，并将结果与风洞实验及稳态模拟的结果进行对比。结果表明：受到瞬态变化的正弦侧风时，气动力系数呈周期性变化，但气动阻力系数的变化频率是气动侧力及横摆气动力矩系数变化频率的两倍；瞬态正弦侧风波长减小时，气动阻力系数的变化范围逐渐减小；在瞬态侧风作用下，A柱对汽车的气动性能产生了重要影响。
智能制造
混合动力汽车电池内部状态预测的贝叶斯极限学习机方法
王琪, 孙玉坤, 倪福银, 陈泰洪, 陈连玉, 罗印升
2016, 27(22):  3118-3123. 
摘要 ( )   PDF (628KB) ( )  
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针对混合动力汽车（HEV）电池内部状态预测问题，引入贝叶斯极限学习机（BELM）方法。对BELM的基本原理进行了详细介绍，在高级车辆仿真软件ADVISOR中采集HEV电池的各项性能参数，包括电压、电流、温度和内阻等。基于此，将BELM应用于电池的荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）的预测，同时考虑电池老化对内部状态预测效果的影响。BELM预测结果表明：所设计的预测模型具有较高的精度，能够实时准确地预测出电池的SOC和SOH值。
英文目次
2016, 27(22):  3124. 
摘要 ( )   PDF (77KB) ( )  
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