中国机械工程

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2021, 32(09): 0.

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碳化硅增韧氧化铝基陶瓷刀具切削Inconel718合金的刀具界面行为研究#br#

郝兆朋, 韩雪, 范依航

2021, 32(09): 1009-1016. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.001

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通过宏观实验发现在切削过程中刀具的Al2O3/SiC界面发生了断裂；建立了碳化硅增韧氧化铝基陶瓷刀具切削Inconel718镍基合金的分子动力学模型和单一界面的Al2O3/SiC三维界面模型，从原子尺度分析碳化硅增韧氧化铝切削过程的界面行为。在原有势函数的基础上计算了刀具与工件原子间、刀具内部基体与增韧间的Morse势函数，分别计算了单相Al2O3、单相SiC、复相Al2O3/SiC单一界面的界面结合能。研究结果表明：与单相界面相比，复相Al2O3/SiC界面结合强度较高，SiC增韧能够增强刀具的韧性和强度，但切削过程中出现了工件原子扩散到刀具中的现象。对扩散后刀具基体和增韧间形成界面的界面结合能进行了计算，发现刀具的界面结合强度有所降低，使刀具在Al2O3/SiC界面处发生断裂。

椭圆导角混合柔性铰链的设计计算与性能分析

王传礼, 李成, 何涛, 陈国瑜,

2021, 32(09): 1017-1026. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.002

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为满足柔顺机构的大柔度要求，设计了一类新型椭圆导角混合柔性铰链。首先，以卡氏第二定理为基础推导了柔度和回转精度的计算公式，在参数的极限条件下，椭圆导角结构演化出其他三种铰链形式：直圆导角、椭圆直圆和直圆柔性铰链，使得多种柔性铰链的柔度和回转精度的计算公式合并在一组方程中，通过有限元分析验证了计算公式的正确性。其次，讨论了结构参数对柔度、回转精度和柔度精度比的影响趋势，分析结果表明，柔度与回转精度随参数的变化趋势具有相反性，且减小最小厚度是提高柔度的最佳方式。再次，比较了所提四种柔性铰链的性能，椭圆导角混合柔性铰链具有最大的柔度但回转精度较低，而直圆柔性铰链具有较高的回转精度且综合性能也较优越，但柔度最小。最后，对椭圆导角和直圆柔性铰链进行了应用研究，研究结果表明，椭圆导角混合柔性铰链在回转能力和应力水平方面具有显著优势。

含运动副间隙的空间转向机构运动精度分析及优化设计#br#

王成志, 王云超

2021, 32(09): 1027-1034,1042. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.003

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为评价运动副径向间隙和齿条倾斜对齿轮齿条转向机构转向误差的影响，将不同位置的运动副径向间隙用间隙杆和变长杆来代替，利用螺旋理论推导了转向机构的空间运动模型及主销转角与转向轮转角的理论模型。以最小转向误差为目标，以转向过程中压力角的最大值和车辆的最大转角最小值为约束条件，建立了含间隙转向机构优化模型。运动分析表明：含间隙转向机构的正转及回正过程具有不同的转向误差，且回正转向误差比正转转向误差更大；换向瞬间会产生比较大的转向误差；运动副间隙或齿条倾斜程度的增大会使车辆的最小转弯半径增大。考虑运动副间隙的转向机构优化设计，可以提高转向机构的转向精度。

旋转配流激振控制阀开槽参数的交互作用试验研究

赵国超, 王慧, 孙远敬, 张长帅

2021, 32(09): 1035-1042. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.004

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提出一种旋转配流激振控制阀，为研究阀芯开槽参数交互作用对激振控制阀输出压力的影响，基于Fluent多参考系滑移网格方法，对激振控制阀的输出压力进行仿真，利用试验测定方法对仿真结果进行验证；采用二次回归正交试验法、中心复合试验法，建立开槽参数与输出压力的显著不失拟回归模型，通过方差分析得到开槽参数影响输出压力的显著性差异，获得开槽参数交互作用的响应曲面，讨论开槽参数交互作用对输出压力的影响趋势。研究结果表明：试验空间内，当开槽长度提高4 mm、开槽宽度提高2 mm、开槽深度提高4 mm时，激振控制阀输出压力分别增大8.3%、25.1%、22.3%，开槽参数对压力的影响程度由大到小依次为开槽宽度、开槽深度、开槽长度，开槽宽度与开槽长度、深度的交互作用对激振控制阀输出压力的影响最显著。

基于GABP和改进NSGA-Ⅱ的高速干切滚齿工艺参数多目标优化决策#br#

刘艺繁, 阎春平, 倪恒欣, 牟云

2021, 32(09): 1043-1050. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.005

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针对高速干切滚齿过程中的工艺参数优化决策问题，提出一种基于加工工艺样本预测和多目标遗传优化算法的工艺参数优化决策方法。基于实际加工工艺样本集，以改进的多目标遗传算法（improved NSGA-Ⅱ）为主体模型，以最大刀具寿命、最小加工能耗为优化目标，以加工质量、加工时间为约束条件，利用遗传反向传播算法（GABP）神经网络建立关于加工优化目标的预测模型，将其作为多目标优化模型的适应度函数；通过DBSCAN算法获取待优化滚齿工艺问题的相似样本集，建立多目标优化问题输入区间；构建面向待优化滚齿工艺问题的多目标优化模型，迭代搜索最优工艺参数集。

伪刚体柔体耦合的新式免充气轮胎刚度分析

张陈曦, 赵又群, 冯世林, 郑鑫, 徐瀚

2021, 32(09): 1051-1060,1072. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.006

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针对一种新式伪刚性免充气轮胎的结构特点，建立了一种分析其径向刚度特性的伪刚体柔体耦合模型。将伪刚体理论得到的轮胎板簧位移方程和弹性力学得到的輮轮形变方程进行耦合，解得轮胎的下沉量与变形情况。结果表明：伪刚性免充气轮胎的下沉量与载荷成正比，其径向刚度比一般普通充气/非充气轮胎大，低车速时平顺性好，高车速时平顺性稍有欠缺。为验证所提模型，比较了同种边界条件下的有限元解，两者的结果很接近，且伪刚体柔体耦合模型计算时间较短。利用所提模型对伪刚性免充气轮胎的径向刚度进行优化，得到了所需的设计尺寸参数。

云平台数据驱动的产品与供应商资源主从协同优化

张炜, 侯亮

2021, 32(09): 1061-1072. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.007

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针对传统产品和供应商资源协同研究以历史数据或经验为输入，基于“归一化”或“层次优化”方法造成需求响应滞后和失真等问题，在分析两者正反向交互特征、解析数据传播途径的基础上，提出了基于云平台数据驱动反向设计（DID）的产品与供应商资源主从协同优化系统决策方法。构建了基于云平台DID的产品和供应商资源协同配置框架；建立了基于云平台DID的主从协同优化决策模型，其中，基于正向客户需求的产品配置充当上层主者，下层供应商联合配置充当从者，反向影响产品配置的决策；利用双层嵌套遗传算法进行模型权衡解优化；最后给出了汽车座椅的产品与供应商资源协同优化案例。结果表明，所提方法在真实表征产品和供应商资源联合配置过程的数据传递、协同关系方面具有显著优势。

一种面向订单剩余完工时间预测的SOM-FWFCM特征选择算法#br#

刘道元, 郭宇, 黄少华, 方伟光, 杨能俊, 崔世婷

2021, 32(09): 1073-1079. DOI: 10.3969/j.issn.10041132X.2021.09.008

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准确的订单剩余完工时间预测有助于动态调整生产计划、优化制造过程，以满足订单产品按时交付的需求。订单剩余完工时间受到车间物料、设备、在制品等各类生产要素的综合影响，相关数据具有典型的大量、多维、高冗余的特点，有效的特征选择能够获得更高的预测精度。在构建候选特征集的基础上，提出了一种基于自组织映射（SOM）网络特征加权模糊C均值（FWFCM）的特征选择算法。通过构建SOM网络初始化FWFCM的聚类中心，减少后者对初始聚类中心的依赖；基于互信息计算特征权重，实现导向性特征聚类，根据聚类结果选择特征代表，构成高质量关键特征子集。以某机加工车间的生产数据为例，通过与其他4种特征选择算法的对比分析，验证了所提算法的有效性。

考虑不定拆卸程度的选择性异步并行拆卸序列规划

郭钧, 王振东, 杜百岗, 李益兵,

2021, 32(09): 1080-1090,1101. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.009

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针对废旧产品再生过程中常用的选择性拆卸规划方法无法全面考虑所有零部件再生收益的问题，提出了考虑不定拆卸程度的选择性异步并行拆卸序列规划方法。通过拆卸混合图表达产品零部件之间的连接关系和优先约束关系，在此基础上，以目标件逆向搜索出的最小必拆零件集合为拆卸程度下限，获取不同拆卸程度集合；以拆卸时间最小、拆卸利润最大为优化目标建立了数学模型，提出了一种改进的生物地理学优化算法进行求解优化；结合拆卸序列规划问题特点，设计了基于三层链表的编码方式，采用随机拓扑结构以提高算法的搜索能力；最后以机械臂与二级圆柱圆锥齿轮减速器为实例，验证了所提模型和方法的可行性和有效性。

毛坯基体形态对再制造同轴送粉粉流场影响规律分析#br#

郭辰光, 吕宁, 郭昊, 李强, 岳海涛,

2021, 32(09): 1091-1101. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.010

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在激光增材再制造中，气粉流冲击基体表面的反射情况是影响成形质量和效率的重要因素。由于加工基体形态各不相同，粉末撞击基体后粉流场的变化情况不尽相同，以气固两相流为理论基础，采用EDEM与FLUENT软件耦合仿真，分别对规则基体边界、薄壁基体厚度及弧面基体曲率三种基体变化情况下的气粉流场分布特性进行了研究及实验验证。结果表明：在喷嘴中心轴线远离边界的过程中，壁面接触部分气流场，紊流现象显著，侧壁低速区缩小，负压范围减小，有效加工范围内颗粒数量呈指数趋势减小；随着薄壁基体宽度的增加，气流场范围向两侧发展明显，加工中心点颗粒的体积浓度逐渐降低，有效加工范围颗粒数量先增加然后维持稳定；随着弧面曲率的增大，凸面基体径向颗粒的体积浓度增大，焦点范围减小，粉流有极好的汇聚效果，凹面基体粉流集聚性较差。

金属增材制造负载均衡异构并行切片算法

李慧贤, 马创新, 王硕, 马良

2021, 32(09): 1102-1107. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.011

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增材制造模型的几何复杂程度和体积不断提高，模型切片所需时间大幅增加，极大影响了数据处理效率。提出了一种自适应负载均衡的异构并行切片算法，利用不断增长的GPU超强并行计算能力对传统切片算法进行了GPU并行化研究，利用模拟退火算法对切片任务进行负载均衡装箱，使各线程间的任务量一致。实验结果证明，该算法提高了模型的切片效率，尤其适合大型或超大型三维模型的快速切片任务。

STL数据处理对激光烧结制件表面条纹影响的研究#br#

孙茂银, 吴健, 吴泽宏,

2021, 32(09): 1108-1113. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.012

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对光固化立体造型（STL）模型数据的尼龙选择性激光烧结（SLS）制件表面条纹进行研究，利用SLS成形技术原理、STL模型数据存储规则、激光扫描路径形成原理，设计STL模型数据的尼龙SLS实验，分析STL模型数据烧结制件表面条纹形成机理，并提出避免条纹形成的方法。实验分析结果表明：制件表面条纹的产生是由于系统软件读取数据时，数据平面有三角形缺失或冗余；制件表面条纹与STL模型数据在成形坐标系中的Z坐标值有关，且与实际烧结层厚的关系存在一定规律性；通过对STL模型数据三角形均匀化处理或使其Z坐标不在特定坐标，能够避免制件形成表面条纹。

基于多模态特征融合的自主驾驶车辆低辨识目标检测方法#br#

邹伟, 殷国栋, 刘昊吉, 耿可可, 黄文涵, 吴愿, 薛宏伟

2021, 32(09): 1114-1125. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.013

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针对自主驾驶车辆在真实驾驶环境下对低辨识目标的识别问题，提出了基于多模态特征融合的目标检测方法。基于Faster R-CNN算法设计多模态深度卷积神经网络，融合彩色图像、偏振图像、红外图像特征，提高对低辨识目标的检测性能；开发多模态（3种）图像低辨识度目标实时检测系统，探索多模态图像特征融合在自动驾驶智能感知系统中的应用。建立了人工标注过的多模态（3种）图像低辨识目标数据集，对深度学习神经网络进行训练，优化内部参数，使得该系统适用于复杂环境下对行人、车辆目标的检测和识别。实验结果表明，相对于传统的单模态目标检测算法，基于多模态特征融合的深度卷积神经网络对复杂环境下的低辨识目标具有更好的检测和识别性能。

基于改进蚁群算法的汽车混流装配调度模型求解

李燚, 唐倩, 刘联超, 彭小刚, 颜先洪

2021, 32(09): 1126-1133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.09.014

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针对某汽车总装车间混流装配过程涉及大量人工以及人机协同操作而导致工位过载、整车装配质量无法得到保证的问题，建立了瓶颈选装工位负载平衡化、考虑换装与提前作业时间的加工滞后次数最小化的分层序列双目标优化模型，同时设计了一种改进蚁群算法。该算法在信息素全局更新以及概率转移规则过程中，使用一种特定启发式函数，并更改迭代过程中最优解的评价方法。仿真对比实验结果表明，该算法在优化目标函数过程中的收敛速度、收敛精度、最优解质量等方面均优于传统蚁群算法和对比遗传算法，验证了模型和算法的有效性。此外，该算法还可反向求解加工滞后次数为零时的计划生产节拍，具有一定的生产指导意义。

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2021, 32(09): 1134-1134.

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