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2009年 第20卷 第06期    刊出日期：2009-03-25
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机械科学
转动微动的模拟与试验研究
莫继良;朱旻昊;廖正君;姚崇跃;周仲荣;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (6062KB) ( )  
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基于超低速往复转动电机和高精度六维力学传感器，研制了转动微动摩擦磨损试验装置，成功实现了球/平面接触条件下的转动微动；进行了GCr15钢球与LZ50钢在不同转动角位移幅值和法向载荷下的转动微动试验。结果表明：转动角位移幅值和法向载荷对转动微动行为有重要影响；可以通过摩擦力-转动角位移幅值（Ft-θ）曲线来表征转动微动行为，随着转动角位移幅值或法向载荷变化，Ft-θ曲线呈3种基本类型，即平行四边形状、椭圆状和直线状，分别对应于摩擦界面的完全滑移和部分滑移状态；LZ50钢转动微动在部分滑移状态下表现为弹性变形协调，损伤轻微；随着角位移幅值的增大或法向载荷的减小，微动运行于完全滑移状态，损伤表现为塑性流动、氧化磨损和剥层，其磨痕轮廓明显不同于切向微动模式。

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一种新型摩擦传感器
李仁军;刘宏昭;王忠民;李鹏飞;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (3140KB) ( )  
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将两个柔性铰链与两个等截面弹性悬臂梁进行组合，设计出一种新型的摩擦传感器，该传感器消除了传统摩擦传感器组合构件间的反向间隙和摩擦的影响，实现了速度反向区摩擦因数的连续检测。应用结构力学理论推导得出传感器解耦的表达式，进而对传感器的结构进行解耦优化设计，消除了正压力和摩擦力的互干扰，并给出了传感器的设计流程图。设计实例的计算结果表明了所提出设计方法的有效性。
基于射束衰减网格的锥束CT散射校正方法
张定华;胡栋材;黄魁东;孔永茂;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (5872KB) ( )  
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针对锥束CT系统的散射伪影，提出了一种新的散射校正方法：在X射线源和被检测物体之间放置一个射束衰减网格装置,据此推导出射束衰减网格钢珠小球中心投影位置上的散射值计算方法；对各小球中心投影位置上的散射值采用双三次样条插值得到相应的散射分布图像，从原始投影图像减去散射分布图像完成散射校正。通过圆柱样品和月牙样品验证了算法的可行性，结果表明该校正方法能有效减少由于散射引起的重建切片图像的杯状伪影，提高重建切片图像的对比度。
七自由度柔性轮式移动机械手动力学研究与仿真
杨玉维;张明路;赵新华;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (5423KB) ( )  
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对七自由度柔性轮式移动机械手（平面）动力学问题进行了系统研究。该柔性轮式移动机械手由具有二自由度线弹性-阻尼悬架系统的移动载体和五自由度柔性机械手所组成，并假定移动载体以恒速通过不规则路面（路面以正弦函数描述）。综合利用拉格朗日原理和牛顿-欧拉方程，并采用笛卡儿坐标，以矩阵、矢量形式构建了该柔性轮式移动机械手系统的完整动力学模型。该动力学模型综合考虑了机械手的弹性变形（率）和悬架对整体系统动力学的耦合影响，采用数值方法给出了该动力学模型正解的仿真结果。通过与刚体模型(假定弹性变量为0)仿真结果的比较，证实了该柔体系统存在动力学耦合现象。

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磁流变抛光过程的材料去除三维模型
石峰;戴一帆;彭小强;宋辞;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (6050KB) ( )  
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充分考虑磁流变液的Bingham流体特性，对抛光区域磁流变液在梯度磁场作用下的成核状态进行了理论分析与数值计算。在此基础上，根据磁流变抛光过程以剪切力为主、压力为辅的材料去除机理，计算出抛光区域剪切力与压力的数值分布，拟合出剪切力与压力对材料去除的影响因子曲面，建立了磁流变抛光的材料去除三维数学模型。在自制的磁流变抛光机床上进行了实验验证，实验结果和数学模型有较好的一致性。
大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究
梁晋;肖振中;刘建伟;梁新合;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (5234KB) ( )  
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为了实现大型飞机的光学三维快速测量和建模，采用数字近景摄影测量技术研制了三维摄影测量XJTUDP系统，采用外差式多频相移技术研制了XJTUOM面结构光密集点云采集系统。对数字近景摄影测量关键技术进行了研究，使用环形编码标志点实现相机姿态自动定向，将光束平差应用于相机自标定，用于优化测量结果。通过多个相机位置外极关系解决非编码标志点的匹配与重建问题，并去除了标志点厚度带来的测量误差。试验结果表明：XJTUDP系统的测量精度为0.01mm，XJTUOM系统测量精度为
0.02mm，满足50m长度的大型飞机的三维测量建模要求。
固定阻尼孔影响水压伺服阀静态特性试验研究
李如平;聂松林;易孟林;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (4944KB) ( )  
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以试验研究的方式，分析、探讨了固定阻尼孔对水压伺服阀静态特性的影响，这些特性主要包括水压伺服阀的零位泄漏特性、空载流量特性、负载流量特性和压力特性等。试验结果表明：两级固定阻尼孔直径相差不大时，水压伺服阀静态特性较好；固定阻尼孔的加工误差导致阻尼特性不对称，并导致水压伺服阀静态特性对称性变差。
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复杂弧面分度凸轮精确建模的新方法
丛明;刘静;李全普;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (4028KB) ( )  
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针对复杂弧面分度凸轮精确建模困难、制造难度大的实际情况，基于逆向思维提出一种对弧面分度凸轮进行精确建模的新方法。应用共轭曲面原理、微分几何学和坐标变换原理获得弧面分度凸轮的理论轮廓曲面方程；分析了新方法的建模原理，结合分度盘运动规律,在凸轮毛坯模型上建立了理论轮廓曲面，对其进行法向偏置、实体切除操作得到工作轮廓曲面，获得精确的凸轮模型。基于Pro/E软件，给出了用于数控加工中心自动换刀装置中的多头复杂弧面分度凸轮的建模实例，并进行了运动仿真分析，结果满足设计要求，验证了该方法的正确性和可行性。
少自由度并联机器人构型特征研究
黄勇刚;黄茂林;杜力;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (4202KB) ( )  
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应用螺旋理论与集合论原理，按照支链并联、回路耦合的观点，进行少自由度并联机器人构型特征的研究。总结了支链并联约束特征和回路过约束耦合特征及其符号表示，推导出了机构总过约束数与基本回路过约束数的关系，提出了全回路过约束、多回路过约束以及单回路过约束的概念。简要讨论了过约束对少自由度并联机器人机构的影响，以及两种构型特征在构型综合和构型优选方面的应用。研究结果为并联机器人的构型综合和构型优选提供了一种新的观点和途径。
压电工作台快速动态定位建模及其控制器设计
张栋;张承进;魏强;;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (5055KB) ( )  
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为实现压电工作台快速准确动态定位，建立了其动态定位模型并设计了控制器。通过理论分析提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型结构方程，并研究了其参数辨识途径，进而给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型，基于该模型设计了逆模型开环控制器。以扫描电化学显微镜的三维压电工作台为实验对象，阐述了动态迟滞模型的具体建模过程，同时对其开环控制器进行了硬件在回路仿真研究。快速动态定位实验表明，动态迟滞模型的平均误差为0.11μm，逆模型开环控制平均跟踪误差为0.12μm，基本满足压电工作台快速准确动态定位的要求。
精梳机钳板机构的非线性动力学模型
赵春花;汤文成;王荣;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (3831KB) ( )  
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在全面考虑柔性杆件的剪切变形、弯曲变形和拉压变形的基础上，兼顾计算精度和效率，建立了适用于钳板机构的非线性动力学模型。利用拉格朗日方程和非线性Newmark法，通过与传统线性方法的比较，考察了剪切变形和轴向拉压非线性应变对机构动力响应的影响。分析结果表明：低速时，非线性模型与线性模型的动力响应幅值基本一致；高速时，各种模型的响应幅值相差较大。因此，分析精梳机钳板机构高速时的动态特性时，需要使用非线性动力学模型。
信息技术
现代作业车间运行信息的系统模型及应用研究
刘飞;任凡;王东强;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (4064KB) ( )  
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在分析国内外作业车间运行信息研究现状的基础上，以优化运行为目标，以多任务执行过程和多设备运行过程为主线，建立了一种由车间运行目标层、需求信息支持层、信息来源主线层、信息内容分类层、信息采集层、信息处理层等六层构成的现代作业车间运行信息系统模型，并分析了系统模型的层次结构特性、信息内容分类特性、信息复合支撑特性。案例研究验证了该系统模型在支持车间快速响应能力提升和实施绿色制造方面的可用性。
某改进型两栖车在微幅规则波中运动的数值模拟研究
高富东;潘存云;姜乐华;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (8203KB) ( )  
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根据车体在波浪中的运动特点，考虑动升力影响，建立了两栖车在微幅规则波中运动的数学模型。在计算出某改进型两栖车在微幅规则波中高速迎浪运动时升沉和纵摇特性的基础上，运用FLUENT软件，通过自定义非定常入口边界实现了两栖车在微幅规则波中运动的三维流场数值模拟，得到了升力、阻力、速度、压强和兴波等流场参数，实现了两栖车在波浪中的绕流场数值模拟，解决了以往由于忽略兴波特性导致数值计算结果随航速提高误差不断增大的问题，为高性能两栖车的外形设计研究提供了理论依据。 

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基于双向拉链的网格模型过渡算法
程筱胜;袁天然;戴宁;;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (7795KB) ( )  
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基于拉链的拉合机理及径向基函数(RBF)网络能够平滑地插值不规则分布的高维数据的性质，提出了一种基于双向拉链的网格模型间的过渡算法。首先，对待过渡的网格模型边界根据拉链拉合的思想进行网格化生成初始过渡网格，并对初始过渡网格按待过渡网格模型的边界条件进行细分、优化调整，生成与原始模型网格密度（三角片大小）相似的过渡网格；然后，对待过渡的网格模型边界顶点及对应单位法矢约束插值生成基于RBF的隐式曲面；最后，运用牛顿迭代逼近，把细分、优化后的过渡网格顶点投影到隐式曲面上，生成所求的最终网格。实验分析表明，运用所提算法对网格模型进行过渡融合，可以得到与原始模型网格密度相近且边界光滑连续的过渡网格，具有较好的工程应用价值。
基于标准解的计算机辅助创新软件系统研究与开发
杨伯军;田玉梅;檀润华;马建红;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (4442KB) ( )  
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研究了标准解方法在产品创新设计中的应用过程和已有标准解算法流程，构建了适用于计算机辅助创新软件的标准解算法和软件流程。在知识数据库的支持框架内，算法将用于把技术问题或技术过程模型化的物质-场分析工具与标准解工具形成为统一整体，实现标准解的选用。在软件开发过程中，利用基于统一建模语言（UML）建立的静态模型规划系统的结构，利用动态模型描述系统组件的行为,从而实现对软件的系统分析与描述。使用VC++、XML+XSL等工具实现软件的编写，开发出界面友好、使用方便的标准解计算机辅助创新软件系统。利用该软件对中药滴丸自动包装生产线中的计数滚筒部件进行了改进设计。
基于改进遗传算法的产品拆卸序列规划
吴昊;左洪福;;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (3837KB) ( )  
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为了能以较高的效率求解出产品拆卸序列的方案，首先,根据拆卸特点构建了产品拆卸混合图模型，该模型描述了零部件之间的连接关系和优先关系。然后,通过推理的方法生成产品所有可行的拆卸序列。在有了可行解的基础上建立目标函数，并利用基于二叉树的遗传算法对拆卸序列进行优化。最后，通过一个实例验证了该方法的可行性及优化算法的有效性。
科学基金
基于制造的产品创新与工艺创新的关联因素系统分析
陈申;;毕克新;;高巍;
2009, 20(06):  0-673. 
摘要 ( )   PDF (3314KB) ( )  
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基于系统的观点，对制造业企业产品创新与工艺创新的协同发展及其对产品创新与工艺创新活动的影响进行了研究，找出了产品创新与工艺创新的关联因素。在此基础上，针对产品创新与工艺创新的关联因素所组成的灰色系统，进行了产品创新与工艺创新关联因素的灰色关联分析，给出了分析过程和步骤，并进行了关联度的排序，得出了影响制造业企业产品创新与工艺创新协同发展的各关联因素的重要程度排序。
半固着磨具“陷阱”效应的颗粒流模拟
袁巨龙;;王志伟;钱苗;洪滔;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (5276KB) ( )  
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利用PFC软件建立了半固着磨具颗粒流模型，磨具中结合剂对磨粒的粘结作用由平行连接行为描述。模型参数通过半固着磨具试样的压缩比实验获得。考虑单颗大颗粒的“陷阱”效应，以量纲一的大颗粒陷入磨具的深度及对工件的法向载荷为指标，对半固着磨具的“陷阱”效应进行了仿真。讨论了磨具结合强度、加工载荷、大颗粒尺寸对“陷阱”效应的影响，发现磨具结合强度低、加工载荷大和大颗粒尺寸小将有利于“陷阱”效应的发挥。
渣浆泵三维湍流数值模拟及磨损特性研究
吴波;严宏志;段益群;
2009, 20(06):  0-662. 
摘要 ( )   PDF (3590KB) ( )  
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应用固液两相湍流模型和SIMPLEC算法对渣浆泵全流道的两相流动进行三维数值模拟，计算了泵过流壁面的固相粒子相对速度、固相粒子体积分数以及剪应力。结果表明：叶片正面、后盖板处的固相粒子体积分数和相对速度随着固相粒径的增大而增大；随着粒径增大，压水室壁面的固相粒子体积分数随之增大，而相对速度却随之减小；叶片参数及浆体物性对泵的磨损特性影响明显。
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固结磨料抛光垫抛光硅片的探索研究
朱永伟;王军;李军;林魁;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (10984KB) ( )  
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采用失重法与铅笔硬度计分析了抛光垫的组分对其溶胀率及干湿态硬度的影响，比较了固结磨料方法与游离磨料方法抛光后硅片的表面粗糙度。结果表明：抛光垫基体的溶胀率随基体中聚乙二醇双丙烯酸酯（PEGDA）或乙氧基化三羟基丙烷三丙酸酯（EO15-TMAPTA）含量的增加而提高；基体的干态硬度随PEGDA含量的增加先有所增大，而后减小，随EO15-TMAPTA含量的增加而增大；湿态下铅笔硬度随PEGDA或EO15-TMAPTA含量的增加而减小；光引发剂量的增加，有利于增大基体的干湿态硬度；固结磨料抛光硅片的去除速率是游离磨料加工的2～3倍，而前者抛光硅片后的表面粗糙度Ra为12.2nm，大于后者的4.32nm。
大型空间可展开天线展开过程组合控制研究
王娟;刘明治;赵月静;
2009, 20(06):  0-662. 
摘要 ( )   PDF (3638KB) ( )  
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针对大型空间可展开天线展开过程控制问题，基于奇异摄动理论将天线系统分解为慢变、快变两个子系统，提出一种将非线性PID控制和H∞鲁棒控制相结合的组合控制方法。慢变子系统采用非线性PID控制来控制刚性运动跟踪期望轨迹，快变子系统采用H∞控制抑制弹性振动，从而保证刚性、柔性状态输出同时达到要求。仿真结果表明：采用该方法可使弹性变形对本体运动的影响减小，在天线较好地跟踪期望轨迹展开的同时，有效地抑制了弹性振动，显著改善了系统的跟踪性能和稳定性能。
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材料工程
等离子熔积直接成形GH163高温合金零件组织研究
熊新红;张海鸥;罗继相;王桂兰;徐继彭;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (6739KB) ( )  
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采用多种分析工具对等离子熔积直接成形GH163高温合金零件的微观组织和相组成进行了深入研究。根据金属凝固过程的晶体生长理论，分析多层熔积试样的组织特征，成分偏析及析出相的特征。比较分析了分别采用真空精密熔模铸造法和等离子熔积制造法成形的高温合金零件的组织与成分。结果表明：等离子熔积直接成形高温合金工艺具有快速凝固特性，与真空铸造件相比,其微观组织均匀、偏析小，晶粒细小且致密，熔积层无分层、气孔、夹杂等缺陷。
实体单元在变薄拉深成形模拟及工艺参数优化中的应用
许江平;柳玉起;杜亭;章志兵;;
2009, 20(06):  0-662. 
摘要 ( )   PDF (3454KB) ( )  
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采用黏性阻尼沙漏控制算法，开发了单点积分的八节点六面体单元的有限元动力显式算法程序,用于模拟厚钣金件的变薄拉深成形过程。详细讨论了变薄系数R、模具与坯料间的摩擦因数μ,以及凹模锥角α对最大成形力的影响。模拟结果表明：通过对工艺参数R、α和μ的优化，选取适当的工艺参数值，可以获得较小的最大成形力，从而有效地减少模具磨损，延长模具寿命。
基于有限元分析的细小圆凸模结构优化设计
王可胜;;刘全坤;孙宪萍;王雷刚;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (3668KB) ( )  
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针对在不锈钢板材上冲小孔过程中经常出现的细小圆凸模断裂问题，采用有限元分析(FEA)方法对细小圆凸模结构进行分析与优化。选取对模具寿命影响较大的四个因素作为设计变量，以减小凸模应力集中因子与最大von Misses应力的乘积为优化目标，建立细小圆凸模结构优化的数学模型。利用ANSYS软件对优化模型进行寻优，优化结果表明：在抗断裂方面，B型圆凸模优于A型圆凸模；当凸模导向部位与工作部位的过渡圆角半径为10mm时，细小圆凸模的抗断裂失效能力最强。另外，采用工作部位在卸料板中处于自由状态且工作部位高度L0=2mm的细小圆凸模结构冲压厚度t＝1mm的不锈钢材料时，细小圆凸模的寿命最长。现场实验结果与模拟优化结果相当接近。
车辆工程
重型平板车液压系统与发动机功率匹配研究
李侃;赵静一;
2009, 20(06):  0-662. 
摘要 ( )   PDF (5119KB) ( )  
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根据重型平板车液压系统功率分配的特点，从发动机与泵的功率匹配、发动机最佳工作点的选取及负载与泵的匹配等环节分析了重型平板车液压系统与发动机功率匹配原理。在充分考虑液压系统效率及发动机载荷的基础上，提出了重型平板车液压系统与发动机功率匹配的实现方案及节能控制规律。TMZ100型重型平板车现场试验表明，此功率匹配系统满足该重型平板车操控性能的要求。
基于双重扩展自适应卡尔曼滤波的汽车状态和参数估计
林棻;赵又群;
2009, 20(06):  0-635. 
摘要 ( )   PDF (4717KB) ( )  
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准确实时地获取行驶过程中的状态信息是汽车动态控制系统研究的关键，为此提出了一种新的汽车状态估计器。建立了包含不准确模型参数和未知时变统计特性噪声的非线性汽车动力学模型，针对该非线性系统提出一种双重扩展自适应卡尔曼滤波算法（DEAKF）。该算法采用两个卡尔曼滤波器并行运算，状态估计和参数估计互相更新，同时将带遗忘因子的噪声统计估值器嵌入到状态校正过程和参数校正过程之间，以解决系统的噪声时变问题。基于ADAMS的虚拟试验和实车试验结果表明，该算法的状态估计精度高于EKF方法和DEKF方法的状态估计精度，同时具有良好的模型参数校正能力，对汽车动态控制系统中估计器的设计具有理论指导意义。
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