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2020年 第31卷 第15期    刊出日期：2020-08-10
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2020, 31(15):  0. 
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机械基础工程
基于模型预测控制的无级变速起步优化控制策略
韩玲, 刘鸿祥, 曹越, 任磊磊
2020, 31(15):  1765-1771.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.001
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为提高车辆的起步性能，新一代大功率无级变速器(CVT)采用离合器与变矩器作为起步装置，由于离合器接合过程的多目标特性，会引起车辆起步冲击等问题。为此，以DNR离合器接合过程为研究对象进行离合器接合过程优化控制的研究。首先，设计离合器压力控制系统，使系统有进一步优化空间；其次，分析离合器接合过程，确定起步评价指标；第三，就接合过程中存在问题，提出以实现离合器接合一致性为目标的模型预测控制策略；最后，利用联合仿真建立CVT动力总成仿真模型，通过国产力帆520车型对系统有效性与合理性进行验证。结果表明：离合器接合过程在所提出的优化控制策略的作用下，能够在目标时刻完成充油过程，降低起步冲击度，有效改善整车起步品质。
金刚石涂层微铣刀的铣削加工试验
张勇斌, 严广和, 李建原, 姜晨
2020, 31(15):  1772-1777.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.002
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为了掌握金刚石涂层对其铣削性能的影响，针对直径为50 μm级的硬质合金微铣刀，进行了金刚石涂层与未涂层硬质合金微铣刀具微槽铣削试验。通过使用线电极电火花磨削技术制备出直径为50 μm级的D形微铣刀,采用金刚石涂层和未涂层刀具在纯铜工件上开展微槽铣削工艺试验；使用白光干涉仪、超景深显微镜等仪器来观测微槽表面形貌、粗糙度等随铣削距离变化的规律，分析金刚石涂层对硬质合金微铣刀铣削加工质量的影响。结果表明：采用金刚石涂层刀具加工的微槽具有较少的毛刺，表面粗糙度值约为未涂层刀具铣削的粗糙度值的1/2，并且能够在一定距离内保持稳定的槽宽、粗糙度值和侧面形貌。
分体滑动导叶可调涡轮激波与载荷波动机制
杨登峰, 潘俞舟, 王贵召, 老大中, HU Leon
2020, 31(15):  1778-1786.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.003
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针对某柴油机用可调涡轮在低速工况下的低效强激波特征，提出并设计了一种分体滑动导叶，并在10%、40%和100% 3个典型开度下进行了定常/非定常数值计算。结果表明：分体滑动导叶在小开度下可实现对间隙泄漏流动的有效抑制，大幅度提高涡轮效率；在10%开度下，分体滑动导叶提高了涡轮10%的峰值效率，同时涡轮效率在40%和全开工况下也有不同程度的提高。此外，通过合理设计转静间距，分体滑动导叶尾缘激波被大幅度削弱。导叶间隙泄漏流和尾缘激波的抑制可有效弱化转子定子干涉强度，降低下游转子叶片表面载荷波动幅值，提高转子叶片的可靠性。
基于非线性干扰观测器的自动弹仓终端滑模控制
姚来鹏, 侯保林, 刘曦, 王茜
2020, 31(15):  1787-1792,1797.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.004
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针对某自动弹仓位置控制过程中的负载变化和不确定性干扰，设计了基于干扰观测器和非奇异快速终端滑模的复合控制策略，建立了自动弹仓的不确定性动力学模型。干扰观测器用于估计系统复合干扰，估计值用于补偿滑模控制器以增强控制器的鲁棒性和抗干扰能力。运用Lyapunov准则证明了系统闭环稳定。所提算法和PID算法的对比实验结果显示，设计的控制律实现了自动弹仓位置的精确控制，具有良好的鲁棒性，有效提高了自动弹仓的定位稳定性。
空间用合成碳氢润滑油的长寿命润滑特性分析
徐增闯, 崔维鑫, 郝丽春, 梁宇翔, 郑伟波
2020, 31(15):  1793-1797.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.005
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为评估空间润滑油在空间环境下的摩擦磨损和长寿命润滑性能，以空间碳氢润滑油RP4752为研究对象，分别采用真空螺旋摩擦试验机(SOT)和滑动摩擦试验机测试润滑油的名义润滑寿命、磨斑直径和滑动摩擦因数，结合扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪进行微观分析。结果表明：RP4752润滑油在真空环境下滑动摩擦因数较小，耐磨寿命较长，具有良好的真空边界润滑性能，试验前后润滑油的红外透过率在14~16.25 μm波段无明显变化。在真空寿命验证试验中，两台采用RP4752润滑油润滑轴承的扫描电机旋转圈数达3.02×10⁸，满足运动机构8年在轨运行寿命的需求。此寿命试验结果与SOT试验的润滑油名义寿命每微克1 615圈可形成比对关系，为其他空间运动机构润滑油的选用及长寿命润滑设计提供试验依据。
管内可控铰接柔性结构双层接触非线性力学分析
徐亭亭, 罗敏, 蒋佳骏, 王晶, 张佳贺
2020, 31(15):  1798-1807,1814.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.006
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管内可控万向铰接柔性细长结构是超短半径侧钻水平井的特有结构。考虑可控万向铰结构中的机构问题、结构不连续和开槽不完整结构的三体两层接触问题，将空间梁单元、万向铰单元、刚性梁单元和梁梁接触单元相结合，建立了管内可控万向铰接柔性结构双重接触非线性有限元模型及数值计算方法。与有解析解的算例进行比对，计算结果吻合较好。通过对超短半径水平井造斜钻进时的柔性钻具进行力学分析，得到了柔性钻具受力变形状态、载荷传递规律及其与井壁之间的接触力分布规律。
纯电动汽车高速斜齿轮传动振动特性分析
杜进辅, 王峥嵘, 刘凯, 文建爽, 毛锦
2020, 31(15):  1808-1814.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.007
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为研究高转速情况下时变啮合刚度和啮合冲击对斜齿轮传动振动特性的影响,以某纯电动汽车高速斜齿轮传动为研究对象,建立了弯-扭-轴动力学模型；采用改进的基于承载接触分析的计算方法获得时变啮合刚度曲线，并计算了啮合冲击时间及啮合冲击力幅值；分析了时变啮合刚度、啮合冲击以及两者综合3种激励条件下高速斜齿轮传动系统的振动特性。结果表明：时变啮合刚度激励下,在过共振区，转速变化对系统振动的影响不显著；啮合冲击激励以及综合激励条件下,系统振动随转速的升高而增大,与啮合冲击激励相比，综合激励下振动加速度增幅较缓。研究结果可为纯电动汽车高速斜齿轮传动的设计和工程应用提供参考依据。
电蚀产物对微细电火花电极形状损耗影响的实验研究
李晓鹏, 王元刚, 刘宇, 王慧, 赵福令
2020, 31(15):  1815-1822,1889.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.008
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针对微细电火花加工技术特点，开展电极形状损耗形成机理的研究，设计了开放状态微细电火花加工实验方法,实现电蚀产物浓度的改变；通过实验对比不同加工状态下微细电火花加工电极形状损耗变化、工件表面微观形貌和重熔层情况，系统研究不同电蚀产物浓度作用下电极形状损耗的影响规律；分析微细电极形状损耗的影响机制，总结内凹坑形状变化与电蚀产物的内在关系。研究成果为实现微细电极的形状控制提供了一定的实验及理论依据，达到了提升微细电火花加工质量和加工稳定性的目标。
基于安时积分和无迹卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估算方法研究
丁镇涛, 邓涛, 李志飞, 尹燕莉
2020, 31(15):  1823-1830.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.009
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基于Thevenin等效模型建立二阶RC等效电路模型，通过混合脉冲动力功率特性测试实验获取电池脉冲放电数据，进行电池等效电路参数辨识。为弥补锂离子电池荷电状态在90%~100%区间时电池模型参数辨识拟合误差而引起其估算误差的缺陷，综合采用安时积分与无迹卡尔曼滤波估算电池荷电状态。使用硬件在环仿真测试平台及环境模拟测试平台进行电池管理系统设计，在不同工况下对电池进行荷电状态估算，结果表明荷电状态估算误差范围为-1.5%~1.0%，该方法估算精度较高，效果理想。
椭圆振动辅助车削7075铝合金表面微织构及其特性
原路生, 赵波, 王毅, 赵重阳
2020, 31(15):  1831-1838.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.010
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为研究椭圆振动车削技术辅助微织构制备的工艺及其加工后微表面特性，采用椭圆振动原理和微织构的形成原理分析了不同转速和进给速度下的微织构变化规律，进行椭圆振动轨迹测量试验和椭圆振动车削试验，分析了装置振动轨迹、表面形貌、单个微织构几何尺寸及表面粗糙度变化情况。试验结果表明，在切削试验过程中，相比传统车削，由于车刀的空间椭圆运动轨迹，超声椭圆振动车削后表面呈现类椭圆状的微织构凹槽。由理论分析和试验结果得出，随着转速和进给速度的改变，微织构凹槽的几何尺寸、轮廓高度及表面粗糙度均会发生规律性变化。
增材制造
人造石墨粉末选择性激光烧结成形工艺实验研究
吴海华, 张成, 李亚峰, 刘力, 徐李杰
2020, 31(15):  1838-1845.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.011
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将选择性激光烧结技术应用于人造石墨粉末成形，探索其回收循环再利用的可能性。研究了球形石墨粉末的加入量对人造石墨/酚醛树脂混合粉末流动性和堆积密度的影响，确定了石墨3D打印材料配方组成；研究了激光功率、扫描速度、扫描间距和分层厚度等工艺参数对石墨原型件的成形精度和抗弯强度的影响，确定了各工艺参数的取值范围；最后通过正交实验确定了最优工艺参数组合，并快速制备了复杂石墨功能件，验证了新工艺的可行性。
电场驱动μ-3D打印蜡基微流控模具
彭子龙, 韦子龙, 刘明杨, 李一楠, 兰红波
2020, 31(15):  1846-1851.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.012
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提出了一种基于电场驱动微尺度3D打印制备蜡基材料微结构的工艺。通过脉冲直流产生自激发静电场驱动皮升级体积石蜡微滴喷射沉积成形；研究了打印参数如气压、电场强度、脉冲频率及占空比等因素对于蜡模打印的影响；优化实验参数，制作了可用于PDMS转印的石蜡微模板，模板线宽为61.25 μm，高度为44.13 μm；结合微转印技术和等离子改性技术制作了微米级微流道芯片样件，并通过实验验证了其具备微流控芯片的基本特征。
服务型制造
集体智慧研究综述及其社群化制造应用探索
江平宇, 杨茂林, 李卫东, 刘加军, 郭威, 李普林
2020, 31(15):  1852-1865.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.013
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为了系统化地理解和发展集体智慧理论，并进一步探索如何利用集体智慧理论解决制造领域特别是社群化制造领域中的工程问题，在统计2000年至今的中英文集体智慧相关研究文献基础上，进行了相关概念辨析，并根据集体智慧系统中个体属性差异将其分为人类系统、社会性动植物系统以及人工智能体系统集体智慧三类，然后按“实现框架关键技术工程应用”的主线对三类集体智慧的理论研究进展及其在制造领域的应用研究现状进行了综述。研究结果表明，集体智慧理论在社群化制造各环节均有广泛应用前景。据此提出了集体智慧概念集成框架，并探讨了其在社群化制造领域的初步应用方案和需要解决的问题。
基于产品性能词典的评论数据驱动客户需求模型研究
张文旭, 肖人彬, 林文广
2020, 31(15):  1866-1876.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.014
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利用数据驱动手段快速准确地从客户行为数据中获取客户需求信息是产品开发中亟待解决的问题，为此对客户需求模型进行研究，提出了评论数据驱动下客户需求建模的方法。首先，针对基于主题聚类的评论分析中主题数目不易确定的问题，提出了产品性能词典，用以确定聚类主题，对TF-IDF方法进行了改进，用于词典创建，并基于产品性能词典完成了客户需求挖掘。其次，针对现有产品评论研究缺乏需求分析过程的问题，提出基于产品评论数据的Kano分析方法，在此基础上引入物元表示法对客户需求模型进行量化表达。最后通过实例研究验证了所提方法的可行性与有效性。
先进材料加工工程
基于Johnson-Cook模型的不锈钢管剪切数值模拟
熊江茗, 周杰, 王时龙, 杨波, 王四宝, 董建鹏
2020, 31(15):  1877-1884.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.015
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剪切是乏燃料后处理工艺流程关键环节，因受强辐照制约，对该剪切工艺研究很少，剪切工艺参数需通过大量试验进行设计优化，成本高、周期长且无法掌握剪切机理。以乏燃料组件主要支承结构不锈钢管为研究对象，采用基于Johnson-Cook模型的有限元数值模拟方法来分析剪切过程。设计剪切试验验证上述模型的正确性，并研究剪切间隙、刀具角度、刀具棱边宽度等工艺参数对剪切的影响。结果表明：剪切试验与模型结果拟合性很好，证明了该模型的正确性；最大剪切力、断裂时剪切力随剪切间隙、棱边宽的增大而增大，随刀具角度增大而减小；剪切间隙对压紧段断口形貌影响较大，刀具角度和棱边宽对分离段开口高度影响较大。
拉深筋对板材变形特征和力学性能的影响研究
李巧敏, 柯俊逸, 柳玉起, 李红军
2020, 31(15):  1885-1889.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.15.016
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采用实验方法将金属板材拉过不同尺寸的拉深筋镶块，分析了拉深筋高度、圆角半径以及过筋次数对板材变形特征的影响规律，研究了过筋产生的预应变对板材后续力学性能的影响规律。结果表明：板材流过拉深筋后，流动方向上发生均匀的拉伸变形；过筋产生的预应变随着拉深筋高度增大而增大，随着圆角半径增大而减小，随着过筋次数增加而近似线性增大；预应变越大，材料后续屈服强度和抗拉强度越高，但后续延伸率越小，总延伸率随着预应变增大表现出先减小后增大的趋势。
英文目次
2020, 31(15):  1890. 
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