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2009年 第20卷 第07期    刊出日期：2009-04-10
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机械科学
3-RRS柔性并联机器人的动力学分析
刘善增;;余跃庆;佀国宁;刘庆波;杨建新;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (1220KB) ( )  
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对一种空间3-RRS柔性并联机器人进行了动力学分析。首先，提出了一种空间柔性梁单元模型；接着，利用有限元理论、KED分析方法和Lagrange方程建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型，通过运动协调条件将各支链的动力学方程组装在一起，得到了系统弹性动力学方程，在此基础上，分析了柔性并联机器人动力学方程的Newmark求解方法；最后，通过算例分析了该柔性并联机器人动平台动力学响应的变化规律。
基于子空间法的多级实例分类检索与匹配模型
钟诗胜;王体春;王;威;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (428KB) ( )  
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针对多级实例的组织特点对多级实例子空间进行了描述，提出了多级实例分类检索的子空间法，给出了基于灰色关联的多级实例匹配算法，建立了多级实例分类检索与匹配模型。该模型通过建立设计问题和多级实例类空间的特征向量，计算设计问题与各实例类空间的隶属度，获得与设计问题最相关的多级实例类，利用相应的实例匹配算法，获得该实例类空间内与设计问题最相似的多级实例。最后，以大型水轮机方案设计为例，检验了该模型在复杂产品方案设计中应用的有效性和可操作性。
加工Inconel 718时陶瓷刀具的磨损机理
宋新玉;赵军;姜俊玲;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (6165KB) ( )  
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采用Sialon陶瓷刀具对镍基合金Inconel 718进行了车削实验，得到了不同切削参数下的刀具寿命、切削力和已加工表面粗糙度与刀具后刀面平均磨损宽度的关系。分析了不同切削条件下所形成的剥落磨损、月牙洼磨损、塑性变形、崩刃和边界磨损等失效形式，并与未失效刀具的磨损形态做了对比分析。结果表明Sialon陶瓷刀具加工镍基合金时的磨损机理是塑性变形、剥落破坏、黏结磨损、扩散磨损。
滑动峰态算法解调性能及应用研究
杨富春;周晓军;杨先勇;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (1194KB) ( )  
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在分析调制信号局部非高斯分布特性的基础上，提出了一种新的基于滑动峰态算法的解调方法。该方法首先通过对原信号时间序列进行滑动峰态计算，获得一个新的峰态时间序列，然后分析其频谱获得调制及载波信息。以仿真和轴承、齿轮的故障实例验证了该方法的有效性。
基于键合图的复杂多能域耦合系统相似理论与方法研究
王艾伦;刘云;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (932KB) ( )  
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探讨了复杂多能域耦合系统相似的基本要求，以适用于多能域系统建模的键合图为工具，给出了键合图的相似分析，在此基础上，从系统论的角度出发，利用层次分解法论述了系统在各层次上功能相似及结构相似的概念，并推导出了两类相似对应的相似条件，从而提出了一种能适用于指导复杂多能域耦合系统相似研究的相似理论与方法，并将其应用于一个典型复杂多能域耦合系统——高速轧机的相似分析。
数控电解加工整体叶轮阴极三维流场数值模拟
吴建民;徐家文;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (3291KB) ( )  
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针对数控展成电解加工整体叶轮通道阴极流场设计，建立阴极内流体流动的三维物理模型，同时由电解加工过程中电解液运动为湍流状态，应用三维湍流Navier-Stokes、标准k-ε两方程湍流模型对稳定加工状态时加工间隙中电解液的流场进行了三维数值模拟研究。研究结果揭示了在电解加工稳定状态下不同加工间隙、不同加工区域时在加工表面上的速度矢量及压力等值分布情况，据此对阴极流场提出相应改善方案，并与试验结果进行比较，其数值模拟结果与试验结果基本一致,表明采用计算流体动力学方法对电解加工中阴极流场的设计进行理论指导是可行的。
混联机床并联机构的逆动力学分析
陈纯;;黄玉美;韩旭炤;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (688KB) ( )  
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采用Lagrange方法建立了VC80混联机床两自由度并联机构封闭形式的逆动力学模型，并用ADAMS建立的虚拟样机验证了该模型的正确性。对给定的加工轨迹下并联机构所需的驱动力进行了计算和分析，结果表明，该混联机床并联机构的动平台和连杆重力需要的驱动力分量最大，其次是切削力和惯性力，而动平台速度的不同对驱动力的影响较小。
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一种求解产品开发耦合任务依赖度的方法

赵韩;武照云;宋晖;邰丽君;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (2777KB) ( )  
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针对目前产品开发耦合任务依赖度求解方法存在的不足，深入分析了任务间信息依赖度的度量指标（可变度与敏感度）之间的本质联系，提出了信息关联对及关联度的概念。运用模糊层次分析法中的两两比较技术与群决策法相结合来评定关联度大小，提出了由关联度构造可变度矩阵与敏感度矩阵的方法。结合指标权重关系函数，提出信息依赖度的计算方法。最后，给出改进的割裂准则与割裂算法流程，并通过一个实例证明了提出方法的有效性和实用性。
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空心圆柱滚子轴承刚度分析
李伟建;潘存云;王荣吉;;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (635KB) ( )  
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从空心圆柱滚子轴承变形协调关系出发，通过受力分析，建立各滚子载荷和外负荷的力学平衡方程，再运用当量弹性模量的方法，由帕姆格林公式确定负荷与变形间的关系式，求解了空心圆柱滚子轴承的负荷分布，据此导出了空心圆柱滚子轴承刚度的计算公式，并深入地分析了滚子空心度、外负荷、轴承转速和滚子数等对刚度的影响规律。研究结果表明：空心圆柱滚子轴承的刚度随空心度的增大而减小，随滚子个数的增加而增大，且外负荷和轴承转速会根据滚子的不同空心度表现出不同的变化规律。
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渐开线直齿圆锥齿轮齿廓圆弧修形方法研究

华林;黄海浪;韩星会;冯玮;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (1599KB) ( )  
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在UG中以球面渐开线方法建立了精确的直齿圆锥齿轮三维几何模型，采用圆弧曲线对直齿圆锥齿轮齿廓进行修形，给出了最大修形量、修形圆弧中心和半径的确定方法。在ANSYS中建立了精确的非线性接触分析有限元模型，完成了修形齿轮啮合仿真模拟，分析比较了齿轮修形前后的传动误差、齿面接触应力及齿根弯曲应力。结果表明，给出的直齿圆锥齿轮齿廓圆弧修形方法是合理的，圆弧齿廓修形能有效地减小传动误差振幅和接触应力极值，起到很好的降噪减振作用。研究结果为圆锥齿轮齿廓圆弧修形提供了理论依据。
超声椭圆振动切削表面形貌形成机理的研究
李勋;张德远;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (3833KB) ( )  
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对超声椭圆振动切削过程和三维切削模型进行了分析，阐述了超声椭圆振动切削表面微观形貌的形成机理主要是由进给方向上的刀纹残留面积高度和切削方向上的振纹相互交织而形成的。同时对两者的影响因素进行了深入研究，进给方向上的刀纹残留面积高度主要由刀具的形状、参数和进给量来决定，切削方向上的振纹高度主要由椭圆振动的振幅、频率和速度系数来决定，同时受刀刃钝圆半径的影响较大。利用天然金刚石刀具和PCD刀具对紫铜件进行超声椭圆振动切削实验，验证了超声椭圆振动切削表面形貌形成机理及其影响因素分析的正确性。
壁板轴压后屈曲计算与结构敏感度分析
孙为民;童明波;董登科;李新祥;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (3303KB) ( )  
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对11种构型的民用飞机机身加筋曲板的试验件建立了有限元模型，对其在轴压载荷下的后屈曲承载能力进行了非线性计算，得出壁板的破坏载荷与破坏模式，有限元计算结果与试验结果一致。在有限元模型验证的基础上，对该构型的壁板进行了试验设计，建立了二次响应面模型，并对壁板截面尺寸进行了敏感度计算。计算结果表明：在截面尺寸参数中，长桁的厚度为壁板破坏载荷值的主要影响因素，其敏感度指标为44.2％。最终给出的二次响应面模型多项式为设计提供了参考依据。
信息技术
基于近景摄影测量和三维光学测量的大幅面测量新方法

张德海;梁晋;唐正宗;郭成;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (4576KB) ( )  
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为适应对大型工件的快速精确测量，提出一种工业数字近景三维摄影测量技术和三维光学密集点云测量技术组成的光学测量新方法，基于摄影理论开发出XJTUDP近景工业摄影测量系统软件，可以计算出大型工件表面粘贴的编码点和非编码点，为后期点云的多视拼合奠定了基础。开发的XJTUOM三维光学密集点云测量系统软件，基于外差式多频相移技术和计算机双目立体视觉技术，可以精确采集物体表面的三维数据,利用XJTUDP产生的全局标志点，可以实现每幅点云的自动拼接。实验结果证明，该方法具有较高的测量精度，能比较清晰地测量大型工件的主要特征，同时具有便携性，便于在生产现场使用。
面向自由视角的多片三维扫描数据无约束拼接算法
程筱胜;崔海华;廖文和;戴宁;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (2921KB) ( )  
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提出一种面向自由视角扫描点云的两步法三维拼接算法。首先在重叠区域采样出两片大致相似的点云，根据空间坐标组合变换原理，使用N边形法进行预拼接，获取预拼接的转换矩阵参数；然后基于初始位姿对采样点云使用改进的ICP算法进行微调精拼，融合传统的迭代最近点距离度量函数的优点，通过分层次设定迭代终止条件和多次重采样获取对应点对，以减少迭代次数，同时保证全局最小收敛。试验结果表明，该三维拼接两步法具有较高的拼接精度和好的操作性，适用于不能进行粘贴标记点和转轴固定的特殊三维视觉测量领域。
基于自回归-隐马尔可夫模型的离心泵故障诊断方法研究
周云龙;柳长昕;赵鹏;孙斌;洪文鹏;;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (1268KB) ( )  
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根据离心泵故障振动信号的特点，提出了一种结合自回归(autoregressive, AR)谱分析与隐马尔可夫模型(HMM)的离心泵故障诊断方法。利用AR谱不受数据长度限制和AR模型参数对状态变化规律反映敏感的特点，以振动信号做自回归变换后的AR谱系数作为特征向量，将其输入到各个状态HMM进行训练，其中输出概率最大的状态即是离心泵的运行状态，从而实现离心泵的故障诊断。最后通过2BA-6A离心泵实验系统验证了该方法的有效性。
面向绿色制造的汽车制造企业信息系统及关键技术研究
王永靖;刘飞;王琦峰;;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (1550KB) ( )  
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
在绿色制造背景下，就如何构建信息系统以支撑企业绿色制造战略进行了研究。建立了基于汽车产品生命周期的五层结构的信息系统框架模型，阐述了该框架模型的运行模式。同时，对该模型下的基于无线射频识别技术的数据采集以及基于语义Web服务的集成技术进行了研究。研究成果在国内某汽车制造企业进行了初步实践，取得了良好的应用效果。
科学基金
导弹弹体内壁打磨机器人及其运动轨迹规划
孙一兰;柳洪义;王品;;罗忠;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (792KB) ( )  
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针对一类具有轴对称旋转椭球面结构的导弹弹体内壁隔热层打磨的特殊要求，设计了一种四自由度内壁打磨机器人。参照数控系统中插补前S形加减速控制方法，对机器人打磨轨迹进行规划，以避免机械本体在启动与停止阶段出现冲击、超调或振荡等现象，并通过分析各参数之间关系，给出了求解S形加减速算式的约束条件，简化了求解过程；分析了不同打磨段间速度转接方式，实现不同打磨轨迹段之间光滑的高速转接，提高了打磨效率；应用等弧长时间分割法，把旋转椭球面打磨段在每一运动控制周期的位移量精确、实时地转换为相应的打磨点坐标。仿真结果表明，打磨机器人的运动轨迹规划精度高、速度快、平稳性好。
基于多轴疲劳模型的轮盘低循环疲劳寿命预测
钱文学;尹晓伟;由美雁;何雪浤;谢里阳;;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (1872KB) ( )  
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充分考虑多轴应力对疲劳寿命的影响，对应用多轴疲劳寿命模型进行轮盘的低循环多轴疲劳寿命预测作了探讨，并结合具体工程实例进行了应用研究。确定了轮盘危险平面的位置，确定了危险平面上的相关参量，应用多轴疲劳模型进行了寿命评估，计算结果显示应用多轴疲劳模型进行轮盘的低循环多轴疲劳寿命评估，所得结果与轮盘的试验结果符合得较好，研究结果具有一定的实际工程意义。
基于声发射技术的水轮机转轮叶片疲劳裂纹扩展速率实验研究
王向红;朱昌明;毛汉领;黄振峰;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (3247KB) ( )  
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利用声发射（AE）技术在实验室环境下对叶片疲劳裂纹扩展速率进行研究。通过对三点弯曲疲劳实验中的叶片材料裂纹产生过程的监测，得出裂纹扩展速率从中速率区向高速率区转变时应力强度因子范围约为50MPa•m1/2；叶片裂纹声发射信号的幅值主要集中在68~73dB，且其能量和持续时间的关系能定性描述叶片的疲劳状态。同时，得到了表征材料疲劳裂纹扩展的AE计数率、能量变化率、裂纹扩展率以及应力强度因子之间的相互关系。研究结果为利用声发射技术对水轮机转轮的安全性评估和寿命预测提供了参考。
一种基于马尔可夫链的多设备串并联系统视情机会维修策略
刘繁茂;;朱海平;邵新宇;饶运清;高贵兵;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (1820KB) ( )  
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针对一类有多种不同设备的多设备串并联系统，提出了一种新的视情机会维修策略,在该策略中，设备劣化过程建模采用连续参数马尔可夫链，设备的劣化过程为全新、轻度劣化、重度劣化3个状态点；在考虑设备维修经济关系的基础上，基于设备实际劣化状态进行维修决策。以轿车发动机车间缸体生产线设备维修优化问题为背景，建立了基于eM-Plant的缸体生产线仿真模型，详细给出了该策略下基于eM-Plant的蒙特卡罗仿真算法。通过数值算例，得到了该策略下轿车发动机车间缸体生产线在有限时间区段内的平均维修费用，给出了最优的决策变量值。
颗粒物质摩擦因数对颗粒流润滑影响的仿真分析
王伟;刘焜;焦明华;刘小君;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (1537KB) ( )  
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利用基于非连续介质力学的离散单元法，建立颗粒流润滑的楔形滑块研究模型，重点就颗粒介质的摩擦因数对摩擦学系统特性的影响进行仿真研究。指出颗粒流润滑的摩擦阻力峰和压力峰位置与流体动压润滑不同，出现在楔形的入口区。颗粒摩擦因数较小时系统摩擦因数比较小，颗粒流的总载荷比较大，是工程应用中应优先选择的。同时，对平均接触力、体功、接触摩擦功和颗粒总动能4个微观参数进行了研究，研究结果有助于理解颗粒流润滑的微观特性。
一种片外驱动微拉伸测量技术研究
张段芹;褚金奎;侯志武;王立鼎;;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (2734KB) ( )  
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针对微尺度下构件的力学性能测量问题，搭建一种片外驱动微拉伸测试装置。该测试装置具有高精度的力载荷与位移检测能力，精度分别达毫牛级和亚微米级；可在线标定装置的刚度系数，利用弹簧串联模型获取试样的拉伸变形。在微构件轴向对准、夹持方面采用凹凸台载物片与松香-乙醇溶液粘合的方式，有效提高了微拉伸测试技术的精度、可靠性与重复性。利用该装置可测量微构件的弹性模量、断裂强度等力学性能。用该装置测量了单晶硅梁在〈110〉晶向上的弹性模量，并分析了装置的测量误差。
材料工程
激光驱动飞片加载金属箔板成形机理研究
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刘会霞;杨昆;王霄;王匀;李保春;高传玉;周明;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (2746KB) ( )  
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分析了激光驱动飞片加载金属箔板成形的机理，结合激光驱动飞片模型和高速碰撞动力学理论，得到激光驱动飞片加载金属箔板成形时工件的应变率高达106~107s-1，并给出了飞片加载的速度范围。从冲击温升、相变、位错密度等方面阐述了高压高应变率下成形的特点，从理论上说明了激光驱动飞片加载技术能够提高金属箔板的成形能力，设计并完成了实验，实现了10μm厚铝箔的激光驱动飞片加载成形。
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机匣体多向精锻工艺研究

邓磊;夏巨谌;王新云;胡国安;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (3857KB) ( )  
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针对7A04铝合金机匣体等温成形工艺中存在的生产效率低、材料利用率低和模具寿命低的问题，在分析了零件结构特点和7A04铝合金特性的基础上，提出了采用多向精锻工艺加工机匣体锻件的技术方案，设计了包含辊锻制坯、多向精锻预成形和多向精锻终成形的工艺方案以及可分凹模结构的多向精锻模具。采用热力耦合有限元方法对锻件成形过程进行了数值模拟，并在模拟结果基础上，进行了机匣体锻件一次多向精锻成形和两工步多向精锻成形工艺的对比工艺试验。结果表明：一次多向精锻成形工艺，所得锻件形状和尺寸达不到规定的技术要求，而采用两工步成形工艺即多向预锻和多向终锻工艺时，变形稳定、充填效果良好，所得锻件尺寸精确、表面光洁，材料利用率达到85%以上，生产效率和模具寿命大为提高。
车辆工程
基于轮胎力观测器的路面附着系数识别算法
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杨财;李亮;宋健;李红志;
2009, 20(07):  0-762. 
摘要 ( )   PDF (704KB) ( )  
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研究适用于车辆稳定性控制系统的实时路面附着系数估计算法。利用轮胎力观测器实现对轮胎力的观测：利用制动轮缸压力估算值计算制动器制动力；由车轮的动力学方程计算地面制动力；由整车动力学方程计算车轮垂直载荷进而计算利用附着系数；通过轮速信号计算车轮滑移率。综合利用上述信号给出路面附着系数的估计算法并进行算法的试验验证。试验结果表明该算法能够较准确地识别路面附着系数，具有较好的实用价值。
基于ADAMS和Simlink的车辆转弯制动ABS联合仿真
徐中明;余烽;张志飞;苏周成;贺岩松;
2009, 20(07):  0-881. 
摘要 ( )   PDF (2159KB) ( )  
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车辆转弯制动是一种常见的危险工况。首先基于ADAMS建立了整车动力学模型，并在不施加任何控制时针对转弯制动工况进行仿真分析，结果出现侧滑、甩尾现象，车辆极不稳定。因此在MATLAB/Simlink中设计了基于滑移率的ABS模糊控制系统，结合ADAMS中的整车动力学模型，建立了ADAMS和MATLAB/Simlink联合仿真模型，并进行了转弯制动工况下的仿真。结果表明，ABS控制能极大地改善车辆在转弯制动下的稳定性。
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