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2020年 第31卷 第17期    刊出日期：2020-09-10
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2020, 31(17):  0. 
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机械基础工程
慢刀伺服车削刀具半径定向补偿的分段逼近求解
李佳伟;杜文浩;韩长庆
2020, 31(17):  2017-2023.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.001
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复杂曲面的慢刀伺服车削加工过程中，采用刀具法向补偿算法会在各个直线轴产生补偿量，加工法向矢量突变的曲面时，这种算法并非最优，将补偿量只应用于负载较低的直线轴却是更优的选择。提出一种基于线段逼近的刀具半径定向补偿数值求解算法来求解定向刀位点，通过半径细分的策略使法向误差收敛。算法实例验证及与相关算法的对比结果显示，该算法适用于点云构成的曲面或分段曲面的刀具半径补偿。
机械合金化FeS/Cu复合材料的摩擦磨损性能
李蓉蓉;尹延国;张开源;曾庆勤 ;陈奇
2020, 31(17):  2024-2030.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.002
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以FeS和CuSn8Ni1粉末为原料，利用机械合金化技术和粉末冶金技术制备了FeS/Cu复合材料，探讨了不同载荷情况下所制备的FeS/Cu复合材料的摩擦学性能及润滑膜与转移膜特征。结果表明：机械合金化提高了FeS与铜合金基体界面结合性能，进而提高了材料减摩耐磨性能；当载荷较小时，摩擦副表面接触不稳定，复合转移膜不连续，摩擦因数波动大；载荷较大时，复合转移膜易破损，材料的减摩耐磨性能变差；当载荷为150 N时，载荷适宜，材料表面软化，复合转移膜更加完整，摩擦因数较小。
基于证据理论的机械结构高效可靠性分析方法
刘鑫1;龚敏1;周振华1;李宝童2;董建业1
2020, 31(17):  2031-2037.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.003
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提出一种证据理论与近似模型相结合的机械结构高效可靠性分析方法。首先基于证据理论建立可靠性分析数学模型，然后通过径向基函数构建极限状态函数的近似模型，并利用样本点局部加密来提高近似模型的精度，最后基于一阶近似可靠性分析方法对近似可靠性分析问题进行求解，从而获得衡量机械结构可靠性的可信度和似真度。算例结果表明该方法不但能保证计算结果精度，还提高了计算效率。
基于十字形阵列和2D-MUSIC算法的Lamb波检测
刘增华1,2;张婷婷1,2;苏瑞祥1,2;陈洪磊1,2;何存富1,2;吴斌1,2
2020, 31(17):  2038-2044.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.004
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采用由压电传感器组成的十字形阵列进行Lamb波信号的激励和接收，提出一种二维多重信号分类（2D-MUSIC）方法对铝板中的缺陷进行定位检测。选用合适的频率激励产生单一模态信号，可避免多模态的影响，降低Lamb波的频散；利用2D-MUSIC算法对接收信号进行分段处理，并结合反射信号和二维导向矢量对铝板中的缺陷进行定位。结果表明，提出的2D-MUSIC算法对铝板中的缺陷定位比传统MUSIC算法更精准。
不锈钢焊接件低周疲劳固有耗散分析
郝智彦;黄志勇;王清远
2020, 31(17):  2045-2050.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.005
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采用数字图像相关(DIC)技术和红外热成像技术测量了310S不锈钢焊接接头低周疲劳过程中的变形和表面温度场，其中，DIC技术用于观察焊接接头局部变形的不均匀性，红外热成像技术提供样品表面的温度场分布。结果表明：在高应力区域，疲劳失效主要发生在焊接接头处；在低应力区域，疲劳失效主要发生在母材区。通过求解局部热扩散方程计算获得的试件表面的固有耗散分布可用于预测裂纹萌生位置。
半对称三平移Delta-CU并联机构的刚度建模与分析
王一熙1;吴广磊2;沈惠平1;李家宇1;孟庆梅1;李菊1;邓嘉鸣1
2020, 31(17):  2050-2058.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.006
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研究了Delta-CU机构的刚度及其特性，运用虚拟弹簧法建立了支链的柔性模型，并给出了支链的静力学方程。利用旋量方法得到了支链中的运动微分映射，根据静力学方程得出机构的笛卡儿空间刚度矩阵，并通过有限元分析验证了矩阵的正确性。最后，利用虚功刚度指标对给定参数下的Delta-CU机构进行算例分析，并将其与Delta机构进行了比较，结果表明Delta-CU机构与Delta机构具有基本相同的刚度特性。
基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析
李建平1,2;高云叶2;温建明1,2;马继杰1;王仁明2
2020, 31(17):  2059-2063,2070.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.007
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为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损，提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位，通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数，制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试，结果表明：驱动器性能稳定，最小分辨率为0.119 μm，最高速度和最大载荷分别为481.43 μm/s、950 g。
悬浮式球转子压电作动器的设计及实验研究
王均山;陈超;石明友;曹静
2020, 31(17):  2064-2070.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.008
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针对机械转子式陀螺仪对支承和高转速的特定要求，设计出一种兰杰文振子和压电圆盘复合驱动的定子，从而在定子振动输出面获得足够振幅的行波运动，实现对球转子的超声近场非接触支承和高速驱动。对圆盘定子进行了结构动力学设计，使其工作频率与兰杰文振子频率基本一致。样机模态实验表明复合定子频率一致性较好。通过悬浮高度和转速测试发现，转子悬浮稳定，转速与驱动频率有关，在200 V激励电压下的共振频率附近可获得最大转速3 880  r/min。
采用深度学习的铣刀磨损状态预测模型
戴稳1;张超勇1;孟磊磊1;薛燕社1;肖鹏飞1;尹勇2
2020, 31(17):  2071-2078.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.009
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为提高刀具磨损监测的预测精度与泛化性能，研究了基于深度学习的铣刀磨损状态预测，提出了基于堆叠稀疏自动编码网络与卷积神经网络的两种预测模型。堆叠稀疏自动编码网络对特征向量进行降维并将其纳入分类器来实现预测，可避免特征选择对先验知识的依赖；卷积神经网络将铣削振动数据转化为小波尺度图并输入模型完成分类，精简了传统建模流程。最后将提出的两种模型与传统神经网络模型进行比较，验证了所提模型的效率与精度。
碳纤维螺旋桨自动铺放成形轨迹规划方法
刘志强1;顾献安1;郭昊1;奚浩1;王明强1;李军利2
2020, 31(17):  2079-2084,2094.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.010
摘要 ( )   PDF (6239KB) ( )  
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螺旋桨曲面为高阶自由曲面，故以四丝束碳纤维螺旋桨曲面铺放装置为平台，进行了碳纤维铺放成形轨迹规划的研究。依据船用定距桨桨叶曲面轨迹规划的要求，针对传统曲面网格和轨迹铺放法的低精度缺陷，提出了基于拉普拉斯网格优化、等弧长曲面分层的轨迹优化铺放算法，并完成了算法仿真和实物验证。结果表明，该轨迹规划方法能满足碳纤维螺旋桨的铺放要求。
基于有限元仿真的拼接模具铣削用刀具优化
岳彩旭;刘鑫;刘智博;谢娜;王彦武
2020, 31(17):  2085-2094.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.011
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对ABAQUS软件进行了二次开发，以实现拼接模具铣削过程仿真前处理的快速建模。对铣削力、应力和刀具温度进行仿真，并与铣削实验结果对比，验证了仿真模型的准确性。对不同前角、后角、螺旋角及刃口半径的球头铣刀铣削拼接模具的过程进行模拟仿真，采用遗传算法优化铣刀结构，将优化后的结构参数与传统结构参数代入刀具磨损、工件表面质量的对比实验，从而验证了优化的有效性。研究表明，对仿真前处理进行快速建模的二次开发运行成功，模拟结果准确。研究结果为降低制造成本、提高铣刀寿命和工件表面质量提供了理论参考。
服务型制造
模糊时间窗约束下的装配线物料配送方案优化
刘雪梅1;王笑1;柳跃雷2
2020, 31(17):  2095-2103.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.012
摘要 ( )   PDF (3847KB) ( )  
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为解决装配线物料无法及时准确配送的问题，提出了一种动态的联合配送策略，在此基础上以最小化单个产品配送成本、最大化工位满意度为目标，建立模糊时间窗约束下的物料配送数学模型。利用NSGA-Ⅱ算法求解出最佳的工位组划分、小车出发时间和配送路径，并对配送小车容量及配送时间窗进行优化。利用Plant Simulation软件搭建某生产线仿真模型进行模拟，验证了配送方案的可行性。与一般配送策略进行对比，结果表明，在保证配送工位满意度的前提下，优化时间窗能进一步降低单个产品的配送成本。
面向大规模个性化制造的车间制造服务协作链构建方法
庞世宝1;郭顺生1;王磊1;李西兴2
2020, 31(17):  2104-2111.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.013
摘要 ( )   PDF (6017KB) ( )  
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大规模个性化制造模式下，车间内部的制造资源需频繁进行重组以构建新的服务协作链来完成不同的制造任务。为提高服务协作链的高效性和稳定性，建立了制造资源聚合模型来描述车间制造资源的聚集关系，并基于改进的K-means++算法将制造资源封装成车间制造服务。使用频繁子网络挖掘算法挖掘了频繁出现的服务协作链，并提出服务协作链评价方法来对获取的服务协作链进行评价和筛选。最后通过案例分析对所提方法的可行性和有效性进行了验证。
采用反馈机制的多生产线制造系统协同优化
孔维畅;乔非;吴启迪
2020, 31(17):  2112-2117,2127.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.014
摘要 ( )   PDF (1969KB) ( )  
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为研究具有可互替耦合设备的多生产制造系统的优化问题,给出了该类型制造系统的一般性描述,并基于经典的MiniFAB模型设计了该多生产线制造系统。为解决优化过程中训练数据不足的问题,提出了基于反馈机制的多生产线制造系统结构优化方法。为进一步提高优化方法的精度,将结构优化方法与启发式调度规则优化结合,提出了多生产线制造系统协同优化方法。案例验证了所提出方法的可行性和有效性。
先进材料加工工程
拉锻式摩擦塞焊的热力耦合解析模型和试验验证
陈永亮1; 杨子超1;林恒利1;崔雷2;宋建岭3;王东坡2
2020, 31(17):  2118-2127.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.015
摘要 ( )   PDF (4455KB) ( )  
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为快速得到拉锻式摩擦塞焊的焊接工艺参数，对焊接过程进行预测，建立了摩擦塞焊过程的扭矩、轴向力、功率和能量等指标的力学模型和热力耦合解析模型。模型的输入量为焊接塞棒的几何参数、材料属性、焊接转速和进给速度，输出量为焊接过程的扭矩、轴向力、功率和能量等。在自主设计的拉锻式摩擦塞焊设备上进行了焊接试验。通过将试验数据的输入和输出指标与理论模型值进行对比分析，验证了理论解析模型的可行性。
AA7075板材热处理的增塑机制及成形性能
孙宇飞1;赵长财1;杨盛福2;杨卓云1
2020, 31(17):  2128-2136.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.016
摘要 ( )   PDF (13476KB) ( )  
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结合生产工艺过程，研究了成形所需固溶处理、工序衔接所需自然时效、性能恢复所需人工时效对板材力学性能和成形性能的影响；通过金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析等手段，探索热处理对板材显微组织与宏观力学性能的影响。结果表明：AA7075板材经固溶(480 ℃,0.5 h)水淬且自然时效处理后，最大力总伸长率提高85%、屈服强度降低60%，后经人工时效(120 ℃,12 h)处理，板材可完全恢复力学性能；固溶后,板材成形极限大幅提高，回弹比率显著减小；后继时效处理对弯曲角变化影响微弱。
高强钢低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧仰焊成形
刘黎明;陈亮;宋刚
2020, 31(17):  2137-2141.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2020.17.017
摘要 ( )   PDF (7502KB) ( )  
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针对5 mm厚E36高强钢板材，开展了低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧复合仰焊试验。研究结果表明：相比于熔化极活性气体保护电弧焊，激光诱导熔化极活性气体保护电弧复合焊接接头的焊接热输入可降低29%。复合焊接通过减小焊接熔池尺寸，可有效抑制内凹缺陷的产生，进而增大工艺参数区间。拉伸和弯曲试验表明，无内凹缺陷接头具有良好抗拉强度和弯曲载荷；有内凹缺陷接头抗拉强度与母材相当，但最大弯曲载荷显著降低。
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2020, 31(17):  2142. 
摘要 ( )   PDF (444KB) ( )  
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