中国机械工程

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2021, 32(22): 0.

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航空难加工材料切削刀具磨损与剩余寿命预测研究进展

罗欢, 张定华, 罗明

2021, 32(22): 2647-2666. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.001

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航空制造领域因轻量化、强度等特殊的应用需求，大量使用钛合金、镍基合金等难切削材料，刀具磨损速率快，刀具过度磨损会影响产品质量，在保证产品质量的前提下，为了充分发挥刀具使用价值，亟需监测刀具磨损状态和预测刀具剩余寿命。针对刀具剩余寿命预测的定义、分类和主要预测方法进行了阐述，同时，刀具磨损监测作为刀具寿命预测的基础和先决条件，简述了其重要的流程和常见模型。刀具剩余寿命预测模型主要包括基于物理模型的预测、基于数据驱动的预测和混合预测三大类，对不同预测方法的优缺点和适用场景进行总结，并讨论了刀具剩余寿命预测的未来研究方向。

长航时飞行器多元件随机失效模型与损伤评估

白树伟, 姜楠, 童明波, 常文魁

2021, 32(22): 2667-2672. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.002

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为评估飞机服役过程中出现的多元件损伤，根据元件疲劳特性建立了随机失效模型，基于元件失效寿命计算广布疲劳损伤平均行为，从而确定飞机检查修理时刻。通过五隔框机身段算例验证所提模型的有效性，研究模拟次数及概率分布模型对多元件损伤结构检修时间的影响。根据七隔框机身段疲劳试验结果进行多元件损伤评估，给出结构检查修理时刻。结果表明，评估结果与算例数据吻合良好，正态回归模型能够更好地模拟结构失效特性。

磁流变弹性体磨具的制备及其性能研究

徐志强, 王秋良, 吴衡, 王军, 张高峰

2021, 32(22): 2673-2680. DOI: 0.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.003

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针对现有超精密加工技术存在的加工效率低、易造成工件表面损伤和难以加工复杂曲面等问题，研制出一种柔性可控的新型研抛介质磁流变弹性体磨具，并研究了外加磁场对其微观结构和性能的影响规律。设计了一套热磁力耦合模压成形装置，在零磁场和外加磁场下制备出各向同性和各向异性磁流变弹性体磨具；分析了外加磁场对新型磨具微观结构、力学性能及材料去除性能的影响情况。结果表明：制备过程中施加的磁场会使磁流变弹性体磨具基体内部的羰基铁颗粒形成链状排列结构，制备完成后磁流变弹性体磨具的压缩弹性模量和研抛性能随着磁场的增强而不断提高，通过分析磁场对磁流变弹性体磨具的微观结构与性能的影响规律，证明了该磨具可实现磁控柔性研抛加工。

考虑支撑面虚拟弹性刚度的多支撑点反力计算

徐金帅, 齐朝晖, 卓英鹏, 刘海波, 高凌翀

2021, 32(22): 2681-2688，2696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.004

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基于作业过程中支撑面的弹性使支撑点产生微幅刚体运动这一客观物理事实，采用与宏观约束无关的微变量自由度来描述支撑点处的接触缝隙，并引入支撑面虚拟弹性刚度描述支撑面的抵抗能力。为克服虚拟刚度的“开关效应”给数值求解带来的困难，引入过渡函数将其光滑化。依据宏观载荷建立整体平衡方程，通过求解该非线性方程组得到具体的支撑反力。计算了多种支撑形式的支撑点反力，并与试验数据进行对比，验证了所提方法的有效性。

微结构表面展开轮摩擦磨损特性与仿真研究

潘承怡, 童圆栖, 曹冠群, 赵彦玲

2021, 32(22): 2689-2696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.005

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为了提高AVIKO系列钢球检测系统中展开轮的服役寿命及检测精度，在增大表面摩擦因数的同时减少磨损，将表面微结构应用于展开轮，研究其摩擦磨损特性。利用激光在试件周向外表面加工三种不同直径参数的凹坑微结构，并用自主设计的摩擦磨损试验机进行试验，得到摩擦因数与磨损量，通过数值模拟得到应力分布图和磨损深度图，与光滑表面试件进行对比和分析。结果表明，在干滑动摩擦条件下，微结构表面试件均比光滑表面试件的摩擦因数更大且磨损量更小，微结构表面通过改变应力分布和分散磨损点位置减少了磨损并提高了耐磨性。所建立的数值模拟磨损模型可用于预测微结构表面磨损深度，为微结构表面展开轮的寿命预测提供了基础理论。

基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法

张浩伟, 陈文亮, 王珉, 潘劲伟, 黄稳

2021, 32(22): 2697-2704. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.006

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飞机自动化装配过程中，制孔系统能否精确定位将直接影响装配精度。一般通过人工预先制得基准孔，检测基准孔在制孔系统下的位置，与在产品中的位置比较得到空间转换关系以完成系统定位。为提高轻型移动制孔系统的定位精度，提出了一种基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法，使用罗德里格矩阵重新构建空间转换关系，提出冗余基准孔的偏差过滤算法，判断冗余基准孔中是否存在影响空间转换精度的大偏差孔位，提高转换关系精度，改善制孔系统的定位精度。进行算例分析与实验验证，证明所提方法可以在冗余基准孔中准确筛选并去除大偏差孔位，将空间转换误差减至小于0.12 mm，由误差传递理论知制孔系统定位精度提高约20%。

平衡重式叉车防侧翻可拓分层控制研究

张洋, 夏光, 唐希雯, 汪韶杰, 孙保群

2021, 32(22): 2705-2715. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.007

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在分析平衡重式叉车结构特性和侧翻机理的基础上，确定平衡重式叉车防侧翻控制执行机构；提出了基于可拓决策的平衡重式叉车防侧翻控制策略，设计了包括上层可拓控制与下层执行控制的防侧翻可拓分层控制器。上层可拓控制器将叉车防侧翻控制域分为经典域、可拓域及非域，并确定下层执行控制器的权重系数；下层执行控制器接收上层可拓控制器确定的权重系数，对横摆角速度控制器和侧向加速度控制器进行控制权重分配，并执行防侧翻控制指令，实现平衡重式叉车防侧翻可拓控制。欧标工况仿真与实车试验结果表明：基于可拓决策的平衡重式叉车防侧翻控制策略可有效降低叉车在高速紧急转向工况下的侧倾幅度，防止叉车侧翻，提高了平衡重式叉车的稳定性与主动安全性。

基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断

揭震国, 王细洋, 龚廷恺

2021, 32(22): 2716-2723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.008

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针对生产实际中标注故障数据不足的问题，提出了基于深度学习与子域适配的齿轮故障诊断方法。首先构建域共享的一维卷积神经网络，从故障数据中提取可迁移特征；然后采用多核局部最大均值差异来测量可迁移特征相关子域的分布差异，并将测得的分布差异加入目标函数中训练；最后将训练完成的模型用于目标域健康状态的识别。实验结果表明，所提方法能在无标签目标域数据的情况下得到较高的准确率。

基于多描述子投票的飞机蒙皮局部扫描点云定位

张一鸣, 李红卫, 赵安安, 谢乾, 汪俊

2021, 32(22): 2724-2730,2771. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.009

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为了提高数字化飞机蒙皮检测技术的效率，针对其中局部蒙皮和数字模型的对齐问题，提出了基于多描述子投票的飞机蒙皮局部扫描点云定位算法，采用基于测地距离的蒙皮面片选取方法，综合利用多种三维点云描述子的识别能力差异来确定数字模型上的定位区域，同时提出了投票点加权定位法来提高定位位置精度。根据对比实验结果和工程实例上的实际应用，得出结论如下：所提算法相比于基于单一描述子的定位方法定位准确率平均提高约37.5%；所提算法在实际工程中具有可行性。

Mg/Al复合板波纹轧模拟及变形区微观组织演变分析

申宏卓, 刘元铭, 刘延啸, 王涛, 刘燕萍,

2021, 32(22): 2731-2738. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.010

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通过建立Mg/Al复合板波纹轧热力耦合有限元模型并进行轧卡实验，分析了应力、应变及温度对金属变形以及微观组织演变的影响。结果表明，当波纹轧初始轧制温度为400 ℃、平均压下率为35%时，复合板在变形区靠近出口位置实现复合，复合界面波谷处扩散层厚度为3.3 μm，波峰处扩散层为2.7 μm;等效应变和温度的增加促进了镁合金的变形晶粒发生动态再结晶，其微观组织主要包括等轴晶、孪晶以及动态再结晶晶粒，界面波谷处晶粒平均尺寸为3.71 μm，波峰处为6.92 μm。

马氏体组织Ti-6Al-4V钛合金多向等温锻造组织演变及力学性能强化研究

张志雄, 章俊涛, 韩建超, 张长江, 张树, 王涛

2021, 32(22): 2739-2748. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.011

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将铸态Ti-6Al-4V钛合金经过β相区热处理水淬之后获得马氏体组织，经过两步多向等温锻造之后获得了平均晶粒尺寸为1.5 μm的均匀等轴细晶组织，其室温拉伸屈服强度为906 MPa，抗拉强度为954 MPa，伸长率为16.7%，相比铸态Ti-6Al-4V钛合金，其室温力学性能得到了极大提升。研究表明，获得马氏体组织对钛合金晶粒细化有着巨大促进作用。第一步等温锻造之后的钛合金坯料组织并不均匀，存在变形区和“变形死区”，在变形区域内，心部位置应变量最大，组织细化最为明显，从心部到两端应变量逐渐减小，片层组织变形量相应减小；经过90°换向后的第二步等温锻造之后，钛合金坯料组织内的片层组织基本全部细化，形成了均匀的等轴晶组织，从心部到两端，随着应变量的减小，晶粒取向变化相应减小。

叶尖定时信号趋势项自适应拟合

刘志博, 段发阶, 叶德超, 冯军楠, 熊兵

2021, 32(22): 2749-2756,2764. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.012

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叶尖定时测量是航空发动机叶片振动监测关键技术，趋势项拟合作为定时信号预处理中的重要研究内容，是高精度叶片振动参数辨识的基础与前提。在航空发动机连续变工况运行条件下，当前趋势项拟合方法无法自适应调整拟合窗宽度，导致消除趋势项效果差，严重影响后续叶片振动分析。针对变工况条件下定时信号趋势项拟合难题，以相关系数作为趋势项拟合效果评价指标，提出趋势项自适应调节窗宽度拟合方法。采用航空发动机高压压气机叶尖定时试验数据进行验证，结果表明，所提方法由于能够自适应调节拟合窗宽度，可保证趋势项拟合效果最优，在满足有效去除趋势项的前提下能够完全保留原始振动信息，对实现高精度叶片振动参数辨识具有重要意义。

一种滚动密封爬壁机器人的安全吸附条件与运动特性分析

姜德政, 胡军, 钟恒, 王洪光, 宋屹峰, 袁兵兵,

2021, 32(22): 2757-2764. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.013

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为完成三峡大坝流道的缺陷检测，设计开发了一种滚动密封结构的履带式爬壁机器人。该机器人以柔性履带作为密封裙实现滚动密封，具备密封结构耐磨性好、通过性和壁面适应性强等特点，而长效稳定吸附是机器人设计的关键问题。基于动力学建模方法，提出了滑移参数等指标作为滚动密封爬壁机器人的稳定吸附条件，用于考察机器人运动状态下、特别是滑移转向状态下的吸附稳定性与运动准确性。通过讨论负压力在内的相关设计参数对机器人滑移与稳定吸附的影响，建立了关键设计参数与机器人吸附稳定性的联系。仿真与实验结果表明，所提的安全吸附条件能够作为开展爬壁机器人运动性能优化设计的理论依据，同时也为建立相应的控制模型提供了参考。

以多体动力学模型为基础的后驱车辆轰鸣性能开发

王昆, 倪小波, 李宏庚, 何嘉洋, 黄元毅, 侯高杰

2021, 32(22): 2765-2771. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.014

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针对某款后驱车辆在运行过程中异常明显的车内轰鸣问题，对整车进行轰鸣试验，确认轰鸣振动的状态。同时，对该后驱车辆的传动系统进行台架扫频试验，以研究传动系统共振模态对轰鸣振动的影响。借助ADAMS软件搭建整车多体动力学模型，利用对标后的模型进行模态解析计算，对轰鸣振动的发生机理进行研究，进而制定改善轰鸣振动的方案，同时在实车上进行验证。结果表明：针对离合器刚度及传动轴振动的改善方案能够有效地解决后驱车辆的轰鸣问题。

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2021, 32(22): 2772.

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