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2017年 第28卷 第01期    刊出日期：2017-01-10
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版权页和目次
2017, 28(01):  0. 
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专稿
任重道远   路在脚下 ——2017年主编寄语
董仕节
2017, 28(01):  1. 
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机械基础工程
基于单次料层冲击破碎质量模型的球磨选择函数
毛亚郎, 孙毅, 计时鸣, 单继宏, 金晓航
2017, 28(01):  2-6. 
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为提高球磨破碎效率，以及构建球磨装置的颗粒破碎过程模型，开展了基于单次料层冲击破碎质量模型的球磨选择函数研究。根据料层夹持形态与落球冲击试验，将料层破碎分为低冲击能下的未完全破碎和高冲击能量下的完全破碎两种状态。分析了单位质量能耗特性和细颗粒对夹持破碎质量的影响，分别建立了两种破碎状态下的料层冲击破碎质量模型。结合冲击能量谱，构建了基于单次料层冲击破碎质量模型的球磨选择函数，将介质球径、颗粒特性等影响球磨破碎效率的参数纳入到选择函数中。
考虑多退化失效和突发失效之间竞争失效的可靠性评估方法
刘晓娟, 王华伟, 徐璇
2017, 28(01):  7-12. 
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提出了考虑多退化失效和突发失效之间竞争失效的可靠性评估方法。由协方差分析了多元退化信息之间的相关性及相关程度，建立多退化失效模式的可靠性评估模型，且选用了多元正态分布来建立模型。构建基于退化量突发失效的条件概率，分析退化失效对突发失效的影响，通过多个退化模式的退化失效与突发失效的联合概率分布函数建立竞争失效的可靠性评估模型。最后以航空发动机的失效数据为例，验证了模型的有效性。
喷油嘴微孔磨粒流抛光数值模拟与试验
刘薇娜, 蔡智杰, 李云峰, 任成祖
2017, 28(01):  13-19,26. 
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以喷油嘴喷孔为研究对象，采用kε固液两相Mixture湍流模型对磨粒流抛光过程中流场分布规律进行数值模拟，并通过正交试验探索了抛光压力、磨料浓度、磨粒粒径及加工时间等工艺参数对被抛光微孔表面粗糙度的影响规律。结果表明：喷油嘴微孔磨粒流单向循环抛光加工有利于改善喷孔结构；流道表面粗糙度与各加工参数均成负相关关系，且受抛光压力及磨料浓度影响显著。通过试验获得了最优参数组合，在此条件下喷油嘴微孔表面粗糙度值(Ra)由初始的1.16μm降至0.20μm。
气囊式火星着陆器稳健性优化设计
卿启湘, 卿翔, 肖久如, 廖惠东
2017, 28(01):  20-26. 
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气囊式火星着陆器结构复杂，关键参数多，工况极端，不确定因素多且可靠性要求高。针对气囊式火星着陆器优化设计中的计算效率问题，采用基于超级计算平台并行分布式计算技术与稳健性优化设计理论的多目标稳健性优化方法对复杂气囊系统进行了稳健性优化设计。结果表明：超级计算平台的应用使稳健性优化的计算效率得到了显著提升；稳健优化设计后的气囊式火星着陆系统的可靠性有明显改善。
采煤机截割部传动系统的非线性动力学建模及仿真
毛君, 张瑜, 张坤, 陈洪月, 徐健博
2017, 28(01):  27-34. 
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针对采煤机截割部齿轮传动系统在运行中产生振动、制造噪声污染等现象，综合考虑啮合刚度、啮合阻尼、综合误差等因素，建立了采煤机截割部齿轮传动系统的非线性动力学模型，运用变步长Runge-Kutta方法对系统微分方程进行了求解。通过分析相平面图和庞加莱截面研究了啮合刚度、阻尼比及激振频率对齿轮系统动态特性的影响。研究结果表明：在一定区间内，阻尼比逐渐减小时，太阳轮位移响应由单周期运动转为多周期运动，最终进入混沌运动；啮合刚度增大时，太阳轮位移响应同样从周期运动逐渐进入混沌运动；激振频率逐渐增大时，太阳轮位移响应呈现由周期响应转变为混沌响应再转变为拟周期响应的现象。
细丝微细磨削中的轮廓成形研究
黎桥, 朱援祥, 周立武, 周兵
2017, 28(01):  35-40. 
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为实现细丝局部微加工，提出了一种新的细丝磨削方式。对磨削过程细丝弯曲进行受力分析，导出了磨具对细丝的顶压力计算公式，并分别建立了磨具与细丝接触区内的压力分布和磨粒切削深度分布模型；根据磨削位置与顶压力的关系，提出挠度调整方式来实现阶梯丝和锥度丝的磨削。在自制的磨削设备上，用机器视觉作为测量方法，进行细丝定点磨削和扫动磨削实验。定点磨削实验表明，细丝磨削后的轮廓为抛物线，其轮廓变化规律表明，磨削初期，接触区内压力呈抛物线分布，之后逐渐趋于均匀分布，而细丝挠度对材料去除率和抛物线形状起决定作用。扫动磨削实验表明，控制挠度调整的参数，设备可加工圆滑过渡的阶梯丝和锥度丝。
一种考虑应力梯度的疲劳寿命预测方法
申杰斌, 唐东林
2017, 28(01):  40-44. 
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针对临界距离法及应力场强法在疲劳寿命预测过程中存在的问题，结合临界距离法计算量小、应力场强法能够反映构件所处应力状态的优点，提出了以缺口附近球形区域内的等效应力均值作为控制疲劳行为的当量应力的方法。参照一组疲劳试验对当量应力与球形区域半径的关系进行了研究，结果表明可用线性和指数函数的形式表示两者间的关系。通过定义应力梯度、相对应力梯度，构建了一种能够考虑应力梯度的疲劳寿命预测模型。对模型中参数的确定方法进行研究，提出了以光滑试件、缺口试件在各自相同载荷条件的疲劳极限作用下，两者当量应力相等时的球形区域半径作为损伤区域大小的方法，该方法不再需要通过试验获得半径参数，具有较强的实用性。疲劳试验结果表明，模型预测结果均在2倍分散带内，证明模型具有较好的预测精度，同时模型可准确预测疲劳破坏位置。
基于信源估计和频域反卷积的滚动轴承故障特征分离与辨识
张建宇, 孟浩, 胥永刚
2017, 28(01):  45-51. 
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针对轴承故障的振动特征由于受到强振源的抑制作用而增加了故障分离与辨识难度的问题，建立了基于信源估计和频域反卷积的故障诊断方法。利用小波包分解将信号分离成多个子带信号，并和奇异值分解相结合，解决欠定条件下的信号源数估计问题；根据估计的源数，选取相应维数的观测信号，通过短时傅里叶变换、复数域独立分量分析、相关排序、短时傅里叶逆变换，完成频域反卷积的分析过程，实现故障特征的分离与提取。仿真信号和实验数据均验证了该方法在故障特征分离与微弱特征辨识中的有效性。
基于广义S变换的齿轮箱轴承故障诊断方法
陈换过, 易永余, 陈文华, 陈培, 沈建洋
2017, 28(01):  51-56. 
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齿轮箱轴承故障冲击信号通常具有非平稳和非线性的特点，若在强背景信号与噪声中，更加难以识别和提取。鉴于广义S变换具有良好的自适应性和时频聚集性，提出了一种基于广义S变换的齿轮箱滚动轴承故障诊断方法。对广义S变换的时窗函数进行讨论，分析了不同参数对调节窗函数宽度的影响；讨论了不同程度的轴承故障在广义S变换时频谱图上的能量分布；通过仿真和实验验证了所提方法的可行性。结果表明，广义S变换方法能有效地反映不同轴承故障的特征频率，为齿轮箱的轴承故障诊断提供一种有效的方法。
智能制造
基于比例-模糊积分控制算法的智能温控器优化与仿真
王姝歆, 张辉, 陈国平, 王宏涛, 刘润
2017, 28(01):  57-61,81. 
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针对室内温度系统具有大时滞性、大惯性等特点，传统的控制方法效果不甚理想,提出了一种比例-模糊积分的复合控制策略，以提高碳纤维电地暖系统中智能温控器的控制性能。阐述了比例-模糊积分控制器的工作原理，并对基于模糊控制算法和PID 控制算法相结合的控制算法进行了详细设计。 MATLAB仿真和实验结果表明：与基于开关式控制、PID控制和模糊控制算法的智能温控器相比，基于比例-模糊积分控制算法的智能温控器所需调节时间短，能有效抑制超调，具有良好的动静态特性和鲁棒性，显著改善了控制效果。
机械基础工程
基于修正黏性摩擦LuGre模型的比例多路阀摩擦补偿
陈东宁, 刘一丹, 姚成玉, 蒋栋林, 王可勋,
2017, 28(01):  62-68. 
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为减小摩擦对比例多路阀性能的影响，提出基于修正黏性摩擦LuGre模型的比例多路阀摩擦特性分析、模型参数辨识以及摩擦补偿方法。通过实验测试间接得出摩擦数据，运用数据拟合方法辨识出修正黏性摩擦LuGre模型的静态和动态参数。基于辨识参数设计出修正黏性摩擦LuGre模型摩擦状态观测器，将观测器摩擦信号输出量反馈到控制模型输入端，减小摩擦对比例多路阀性能的不良影响。仿真结果表明，基于辨识参数的修正黏性摩擦LuGre模型摩擦补偿方法可提高比例多路阀的位置跟踪精度。
智能制造
基于模态参数提取的随机子空间辨识算法改进
李玉刚, 叶庆卫, 周宇, 方宁
2017, 28(01):  69-74. 
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随机子空间辨识(SSI)算法在大型结构的振动检测、损伤识别中有着重要的作用。引入稀疏优化取代最小二乘法来获得尽可能稀疏的状态矩阵，引入Kmeans算法从众多模态参数中选出真实模态，以避免虚假模态的产生。实验结果表明，所构建的稀疏改进SSI算法能准确提取模态参数，对工程应用具有较大的参考价值。
机械基础工程
基于三剪统一强度准则的厚壁圆筒自增强分析
曹雪叶, 赵均海 , 张常光
2017, 28(01):  75-81. 
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基于三剪统一强度准则，考虑材料应变强化效应、包辛格效应、拉压异性及中间主应力的影响，采用双线性强化材料模型对厚壁圆筒进行自增强分析，得到了厚壁圆筒加载应力、残余应力和工作应力的解析解，提出了最佳自增强压力的计算方法，探讨了拉压比、强度准则变化参数的影响，比较了自增强处理和非自增强处理及双线性强化模型和理想弹塑性模型厚壁圆筒的应力分布差异。研究结果表明：厚壁圆筒的最佳自增强压力随半径比和强度准则参数的增大而增大；工作时的最大等效应力随半径比和强度理论参数的增大而减小，随拉压比的增大而增大；自增强等效应力的最大值在弹塑性分界面处，且应力沿壁厚的分布较均匀；与理想弹塑性模型相比，双线性强化模型所对应的弹塑性分界面半径和残余应力较小，且随着自增强压力的增大，两种模型的差值越来越大；等效应力随半径比的变化规律可为厚壁圆筒选择合理的壁厚提供一定的参考；自增强技术可改善厚壁圆筒工作时的实际应力分布，提高其极限承载能力。
铝合金电刷镀与激光微加工耦合制备超疏水表面及其特性
李晶, 赵言辉, 于化东, 杜锋, 弯艳玲
2017, 28(01):  82-87,92. 
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通过电刷镀与激光微加工技术相耦合的方法，在铝合金表面制备出一种微观尺度凸包与沟槽相互排列的特殊结构。未经任何疏水修饰的情况下，得到了一种低黏附性的超疏水表面，其静态接触角达到156°，滚动角约为4.8°，并且表面在滚动性方面表现出各向（平行沟槽方向和垂直沟槽方向）异性。所制备的表面对高温环境具有较好的稳定性，低温条件下也保持在接近138°较大接触角的疏水状态，且在抗结冰方面表现出优异的性能。通过3.5 %（质量分数）NaCl溶液的Tafel曲线测量发现，基体被耦合方法处理后腐蚀阻抗平均提高3个数量级。
智能制造
舱段自动装配位姿求解方法研究
金贺荣, 刘达, 于斌, 范秀斌
2017, 28(01):  88-92. 
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在航天器自动化总装过程中需首先确定航天器舱段在装配空间内的准确位姿，为实现舱段位姿的快速精准求解，以圆柱体类航天器舱段结构为例，提出了一种矢量位姿求解法。通过在舱段的圆柱面上合理布设特征点，利用阻尼最小二乘法求解舱段连体坐标系原点在装配空间内的位置矢量，并结合空间圆柱面方程求解舱段连体坐标系的旋转矩阵，进而求得舱段的6个位姿参数。对矢量位姿求解法进行数值仿真，仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。
先进材料加工工程
基于有约束多目标进化算法的冷轧负荷分配分析
孙浩, 肖宏, 胡庆军
2017, 28(01):  93-100. 
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冷轧负荷分配问题可以抽象为一个有约束多目标优化问题。为解决此问题，提出了基于环境Pareto支配选择策略的有约束多目标进化算法。该算法更加客观地评价了两个不同解的优劣，利用优秀不可行解加速算法收敛。以等功率裕量、最小轧制能耗、最小综合打滑函数、末机架板形良好轧制力为优化目标，利用有约束多目标进化算法得到了4个目标函数之间的定量关系，使决策者不需要掌握复杂的轧制理论知识就可以直观地掌握轧制规律，并进一步说明了多目标策略在压下负荷分配中的必要性。
ZChSnSb11-6/20钢复合材料不同结合界面结合强度仿真与试验
王尧, 项丹, 孟文俊,
2017, 28(01):  101-106,112. 
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针对巴氏合金与钢体组成的复合材料，建立了不同结合界面(不同的生产工艺条件)下工件结合强度理论计算模型。以微小单元作为模型构建的基础，利用COMSOL Multiphysics软件对其结合界面进行了有限元应力场仿真模拟，得到了不同生产工艺条件下界面应力分布情况。仿真结果表明：三种结合界面下提出的理论计算公式与模拟计算值之间的相对误差值在15%内。采用电弧喷涂技术制备了不同结合界面和不同表面粗糙度的ZChSnSb11-6/20钢复合材料，得到了不同结合界面许用结合强度。试验结果表明：对于同一表面粗糙度，其结合强度随结合界面接触面积的增大而增大，圆弧面（B型）和截球面（C型）两种结合界面的结合强度值较接近，差值在2MPa之内；光面（A型）结合界面的结合强度最小，约为B型、C型两种结合界面结合强度的60%。通过对比分析，对所构建模型进行了模型评价，得到了模型评价对照表。
机械基础工程
基于RTWT的汽车主动式油门踏板试验台
林庆峰, 赵芸辉, 李升波
2017, 28(01):  107-112. 
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为了设计开发一套基于RTWT的主动式油门踏板试验台，首先进行了机械执行装置的机械原理设计及传动参数优化设计；然后利用快速控制原型技术，基于MATLAB/RTWT设计开发了电子控制系统硬件及控制程序；最后通过实验测试了试验台的力反馈和刚度反馈功能。结果表明该试验台具有较好的可靠性与有效性。
智能制造
不同续航里程动力辅助系统启停控制优化
林歆悠, 张少博, 冯其高
2017, 28(01):  107-112. 
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针对某款增程式电动车，为满足不同负荷功率需求，制订了多点能量管理策略，以油耗最小为目标构建了动力辅助系统（APU）启停控制优化模型，以性能指标和电池循环寿命为约束，优化了不同工况不同行驶里程的APU启停控制参数，实现了续航里程自适应APU启停控制。结果表明：与优化前油耗相比，NEDC100/NEDC200、CUDC100/CUDC200分别减少15.87%/2.09%、42.24%/14.54%。对比优化前后能量消耗，得到同里程下减少油耗方式：单一负荷下，缩短APU工作时间；不同负荷情况下，延长中低负荷下工作时间，从而缩短高负荷下工作时间。
第六届"上银优秀机械博士论文奖"获奖论文
2017, 28(01):  120-125. 
摘要 ( )   PDF (310KB) ( )  
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英文目次
2017, 28(01):  126. 
摘要 ( )   PDF (75KB) ( )  
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