中国机械工程

张根保, 王国强, 何文辉, 曾海峰

2010, 21(19): 2269-2273.

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在分析现有数控机床可靠性分配研究局限性的基础上,利用成功流方法建立了一种考虑数控机床各零部件相关性的可靠性模型,提出了一种实用的可靠性成本预估函数,并对函数中各参数的确定方法进行了研究,建立了数控机床可靠性分配的非线性规划模型,并采用遗传算法对其进行了求解。以主轴拉杆机构为例,获得具有实际意义的数值解,证明了该方法的可用性与正确性,为数控机床的可靠性分配和优化提供了一种具有实际操作意义的解决方案。

螺接搭接件的载荷传递特性试验及三维有限元分析

郁大照, 陈跃良, 张勇, 高永

2010, 21(19): 2273-2278.

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在考虑螺栓与孔壁间的非线性接触、摩擦、干涉配合和螺栓预紧力等因素影响的基础上,利用非线性有限元软件MSC.Marc构建了螺接搭接件的三维有限元分析模型。数值模拟结果与试验结果的对比表明：所建三维模型能有效地模拟搭接件的载荷传递特性。基于三维有限元模型,讨论了无裂纹搭接件的螺栓孔形式、干涉配合和螺栓预紧力对载荷传递比的影响规律,同时对含裂纹搭接件的载荷传递比随裂纹扩展的变化规律进行了分析,计算结果和结论可作为该类结构损伤容限设计的参考依据。

机电集成超环面传动系统强非线性振动研究

郝秀红, 许立忠, 郑大周

2010, 21(19): 2278-2284.

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考虑机电集成超环面传动系统中行星轮与蜗杆、定子间电磁啮合非线性,建立了系统带平方项的强非线性振动微分方程组;采用多尺度法求出了系统非线性振动时域响应的二次近似解析解,作出了系统自由振动时域响应近似解析解与数值解对比曲线;研究了系统外加激励频率接近派生系统固有频率及其2倍、1/2倍时系统的主共振、亚谐波和超谐波共振响应。研究结果表明：多尺度法所得系统近似解析解具有较高的精确度;系统存在较多的共振频域区间,传动系统工作中外加激励应当尽量避免这些频率范围。

一种基于免疫神经网络的故障检测方法

邵旭光, 范守文, 熊静琪

2010, 21(19): 2285-2291.

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提出了一种基于径向基函数（RBF）免疫神经网络的故障检测方法,该故障检测方法由系统辨识、残差过滤和故障报警浓度等功能模块构成。系统辨识基于免疫RBF神经网络,用于故障检测的残差是通过对系统的模型输出与系统的实际输出进行在线比较得到的。在克隆选择算法的亲和力函数中引入泛化能力干涉因子,增强了RBF网络的泛化能力。在该故障检测方法中,通过过滤残差和引入故障报警浓度,使得故障检测仅对因故障引起的残差敏感。并联机器人的故障检测实例表明,该方法能够有效地检测和定位出驱动器故障和传感器故障,具有良好的容噪性能。

开放式装配建模方法应用研究

武美萍, 娄从方, 张秋菊

2010, 21(19): 2292-2295.

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对开放式装配建模技术进行研究,包括模型的UML表达方式、装配体特征、装配配合公差分析和系统的装配层次分析等。将开放式装配建模技术应用于激光产品的研发中,完成了产品的结构设计、零件与装配的联动设计、装配仿真分析,并建立了产品及其关键部件的数字样机。应用实例表明,开放式装配建模方法能更有效地指导产品由整体构思到样机设计的整个过程。

多孔质石墨气体静压止推轴承静态性能分析

吴定柱, 陶继忠

2010, 21(19): 2296-2301.

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应用基于有限体积法的Fluent软件进行数值仿真实验,分析了多孔介质的渗透系数、厚度、直径以及气源的供气压力等因素对全多孔质气体静压轴承静态性能的影响,得出相应的关系曲线。自行设计了实验平台,实测获得了多孔质石墨气体静压止推轴承的载荷、刚度、流量等静态特性曲线。数值计算结果与实验结果具有很好的一致性,验证了该数值计算方法的可行性。结果还表明,当多孔介质渗透系数为7.95×10-15m2,厚度为10mm,直径为45mm,且气膜间隙为3~ 5μm时,全多孔质石墨气体静压止推轴承静态刚度超过70N/μm。

基于PDAG算法的工业机器人轨迹跟踪

吴晓, 朱世强, 刘松国

2010, 21(19): 2302-2307.

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根据工业机器人执行的作业任务具有重复性的特点,提出一种PDAG算法。将学习矩阵作用于误差数据建立PDAG算法的数学模型,从理论上证明了PDAG算法的稳定性和收敛性。将重力补偿作为前馈控制量,用以消除动态过程中关节重力的影响,提高迭代学习控制的收敛速度和轨迹跟踪精度。进行了PDAG算法仿真,结果表明,PDAG算法的控制性能与传统的无补偿算法相比,迭代学习后轨迹跟踪误差趋于稳定,各关节最大位置跟踪误差和平均跟踪误差均比没有重力补偿时降低50%,且比有重力补偿的PD算法精度提高最大达81%。实验证明提出的PDAG算法可以获得更高精度的跟踪效果。

一种新型并联机器人的静力学优化设计

吴孟丽, 王立文

2010, 21(19): 2308-2312.

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针对飞机结构件的加工,设计了一种新型三自由度并联机器人。在SKM400机构的基础上进行了该机器人机构的非对称变型设计,并建立了其运动学模型。在传统的虚位移原理法中引入影响系数,并将其与广义坐标结合来分析静力学问题。采用弹簧来平衡机构自重,并进行了参数优化设计,这使得各支链的驱动力在平衡后大幅减小,计算结果表明静平衡是成功的。

螺栓结合部非局部弹性介质参数的识别方法

秦红玲, 田红亮, 朱大林

2010, 21(19): 2313-2318.

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给出了结合部非局部弹性介质与两接触表面的连接关系。使用非局部弹性理论,同时考虑空间、时间和表面粗糙度,推导出结合部非局部弹性介质弹性模量、切变模量、泊松比与空间、时间关系的解析解及密度的表达式。表高标准差单独作用时,应变与表高标准差的1.5次方成正比。偏差压应力的相对误差先随局部弹性体积分数增大而从0单调增大,然后随局部弹性体积分数增大而单调减小到0;偏差压应力的相对误差随Eringen参数增大而从0单调增大。热轧槽钢、钢板螺栓组连接的工程实例计算表明：结合部非局部弹性介质弹性参数皆为时变参数;当结合部非局部弹性介质弹性模量为负数时,结合部非局部弹性介质通过热轧槽钢、钢板的影响长度向热轧槽钢、钢板输入能量并使其在法向方向产生自激振动;两表面的蠕变是导致结合部非局部弹性介质弹性参数成为时变参数的主要原因之一。

圆柱扭转弹簧扭矩计算方法的改进

李宝福, 刘平芳, 樊俊伟

2010, 21(19): 2318-2321.

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对圆柱螺旋扭转弹簧组件进行有限元接触分析,模拟了扭转弹簧在扭转变形过程中弹簧丝、弹簧座和芯轴之间的相互作用。模拟分析表明,随着扭转弹簧和芯轴之间接触区的演变,扭转弹簧的扭转变形存在明显的阶段性。根据模拟结果,按弯曲梁理论推导出了扭转弹簧的分段线性扭矩-转角公式。提出的圆柱螺旋扭转弹簧扭矩计算方法在自动张紧轮扭转弹簧的设计中取得了满意的效果。与不考虑芯轴的支撑作用的传统设计方法相比,该计算方法具有更高的精度。

基于改进遗传算法的混流装配线的优化设计

蒋艳, 黎向锋, 左敦稳, 焦光明, 薛善良

2010, 21(19): 2322-2328.

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兼顾混流装配线的负荷平衡和投产排序两个方面,建立了以最小化闲置与超载时间之和为优化目标的优化模型,优化目标包括了一次投产循环中,各工位上最后一个产品可能引起的超载时间,从而有效地保证了混流装配线装配过程的连续性。设计了一种引入小生境技术的改进遗传算法,对混流装配线进行了协同优化设计。实例研究表明：引入小生境技术的改进遗传算法在收敛速度和收敛可靠性方面均优于简单遗传算法和保留最佳个体的简单遗传算法;在给定等长工作站个数的情况下,混流装配线的闲置与超载时间之和随各工作站长度的增加而减小,最后趋于收敛。

一类已知概率分布下的混合车间鲁棒调度问题研究

鲁建厦, 施锦峰, 李修琳, 汤洪涛

2010, 21(19): 2328-2333.

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为解决一类产品生产需经上游作业车间的零部件加工和下游流水车间的零部件总装的调度问题,在研究生产调度文献的基础上,给出了混合车间调度问题;给出一类已知概率分布下的混合车间鲁棒调度方法,并建立鲁棒调度模型;采用遗传算法求解鲁棒调度模型。最后进行了实证研究,证明所建模型以及遗传算法在求解混合车间调度问题上是有效的。

具有交货时间窗约束的无等待流水车间调度模型与算法

王晶, 王伟玲

2010, 21(19): 2334-2338,2344.

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针对目标函数为提前/拖期惩罚最小、具有交货时间窗要求的无等待流水车间调度问题,建立了约束满足模型,提出了约束传播与邻域搜索相结合的求解方法。在求解过程中,首先应用约束传播的思想通过逐步安排最小加工时间窗工件构造初始调度,在此基础上利用变邻域搜索逐步迭代以获取满意调度,为避免陷入局部极值,迭代过程中采用多重交换邻域的扰动策略。仿真实验证明了算法的有效性。

针轮输出摆线针轮行星传动研究

鲍君华, 何卫东, 卢琦, 李力行

2010, 21(19): 2339-2344.

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通过研究各型摆线针轮行星传动的缺点,提出了采用针轮作为输出构件的针轮输出摆线针轮行星传动的新型传动形式,并对其工作原理进行分析,在此基础上对减速器的结构构造进行了设计和具体零部件的结构尺寸进行了计算。为验证模型的工作原理和装配关系,进行了三维实体模型和动力学虚拟样机模型的构造,并对该虚拟样机及其主要零部件对应空载和满载两种工况条件下的动力学性能进行了仿真分析和有限元模态计算,为实体样机的制造和参数的优化提供了理论基础。

隐马尔科夫链模型在装备运行可靠性预测中的应用

吴军, 邵新宇, 邓超

2010, 21(19): 2345-2349.

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为使企业内关键装备趋于零故障运转,提出了一种基于隐马尔科夫链模型的装备运行可靠性预测方法。它针对装备使用过程中所监测到的性能特征参数并不能与运行状态简单地一一对应的问题,引入隐马尔科夫链模型来识别多观测序列下装备隐含的状态变迁过程。根据建立的状态变迁模型并结合切普曼-柯尔莫哥洛夫微分方程来推断装备运行可靠性。最后,在欧泰OTM 650数控铣床上验证了该方法的可行性。

空气耦合超声检测中衰减因素的研究

周正干, 魏东, 向上

2010, 21(19): 2350-2354.

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分析了空气耦合超声检测中的主要衰减因素;采用时域有限差分法进行数值计算和仿真,研究了换能器脉冲声场特性及扩散衰减特性;通过测量试验获得了实际换能器脉冲声场的声压分布情况,并与理论计算结果进行了对比分析,获得了换能器的远场区距离衰减特性;根据气固界面透射原理,分析了超声波穿透试样的界面损失;通过实际检测试验分析了斜入射角度与透射系数之间的关系。研究结果为空气耦合超声检测方案的制定和参数选取提供了指导依据。

共因失效系统高阶风险预测的Copula方法

周金宇, 谢里阳, 韩文钦, 孙奎洲

2010, 21(19): 2354-2358.

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在冗余结构系统共因失效分析中引入Copula函数,探讨利用Copula函数实现系统风险的概率建模。以元件安全裕度为分析变量,阐述元件共因失效的发生及作用机理;针对系统低阶共因失效数据已知而其他概率信息未知的条件,提出基于阿基米德混合Copula函数的共因失效系统高阶风险概率预测的理论模型与适用方法。算例验证了所提出模型的合理性与可行性。Copula建模理论与方法可为失效相关的复杂系统可靠性分析提供新途径。

利用压电层提高变截面Beck杆的稳定性研究

杨峰, 王忠民

2010, 21(19): 2359-2363.

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对一定边界条件下的变截面Beck杆,通过在其表面特定位置粘贴压电片,并施加电场于压电片来提高其稳定性。建立了含端部集中质量的压电层合变截面Beck杆的计算模型,导出分段表示的运动微分方程。利用微分求积法分析了压电片几何物理参数对Beck杆的动态稳定性的影响。研究结果表明,粘贴压电片可以有效提高Beck杆的稳定性。

1100℃下MoSi₂涂层的高温摩擦磨损性能研究

胡小平, 颜建辉, 黄之初, 张厚安

2010, 21(19): 2364-2368.

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为提高K403镍基高温合金的高温耐磨损能力,采用大气等离子喷涂在镍基上制备了金属间化合物MoSi₂涂层,比较分析了基体和涂层与Al₂O₃配对摩擦副在1100℃下的高温摩擦磨损性能,并采用X射线衍射仪和扫描电镜对摩擦磨损表面进行了物相、形貌和成分分析,进而分析了基体和涂层的磨损机理。研究结果表明：K403合金的摩擦因数在0.35~0.5范围内变化,而MoSi₂涂层的摩擦因数在0.65左右波动;MoSi₂涂层的磨损率约是基体材料的0.5倍,涂覆MoSi₂涂层后,提高了镍基高温合金耐高温磨损能力;镍基合金的高温摩擦磨损机制主要为氧化磨损和疲劳断裂,载荷较小（10N）时,MoSi₂涂层的磨损机制主要表现为氧化磨损,较大载荷（40N）时,MoSi₂涂层的磨损机制主要表现为氧化磨损和疲劳脆性断裂。

飞行器薄壁件柔性工装定位/支承阵列优化自生成研究

陆俊百, 周, 凯, 张伯鹏

2010, 21(19): 2369-2374,2378.

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热障涂层粗糙表面弹塑性接触应力分析

林富华, 徐颖强, 靳少杰

2010, 21(19): 2375-2378.

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含热障涂层的发动机零部件能有效提高抗热性能,但微接触作用下的部件涂层表面的应力分布规律及失效形式直接影响发动机可靠性。以热障涂层与榫头接触作用为背景,将其抽象为含规则粗糙峰的刚性表面与热障涂层微接触模式,利用弹塑性接触有限元方法分析涂层表面下的压力及应力分布,研究压入深度、涂层厚度、弹性模量和屈服强度对于涂层压力及残余应力分布的影响。

电子束选区熔化技术中可控振动落粉铺粉系统的研究

晏耐生, 林峰, 齐海波, 陆伟, 张靖

2010, 21(19): 2379-2382,2389.

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分析了快速成形技术中常用供粉系统与铺粉系统的优缺点。结合电子束选区熔化成形技术在真空环境下人工无法干预、成形区域温度高、成形件刚度大等特点和接触式铺粉机构遇到凸起后经常无法越过而导致成形中断的实验情况,提出了一种可控振动落粉铺粉方案。设计了具有粉末结拱与振动破拱功能且不与成形件相接触的上置式铺粉筛及具有称重传感器反馈的铺粉系统,通过改变铺粉筛的运行速度和加速度实现粉末铺送功能。实验结果表明,该系统运行可靠,在铺粉筛中粉末量一定的情况下可实现均匀铺粉,铺粉厚度通过改变铺粉筛运行速度和加速度来获取,最小粉末层厚度可达0.1mm。

基于蚁群算法面向设计的车身关键截面生成方法

宋凯, 成艾国, 陈少伟, 王国春, 钟志华

2010, 21(19): 2383-2389.

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根据汽车车身概念设计阶段的车身造型、内部空间以及总体布置等方面的尺寸约束,考虑截面钣金件冲压成形等方面的形状约束要求,提出了一种生成具有指定截面特性的车身关键截面形状优化方法。该方法采用网格法思想将截面设计的可行域离散为若干节点,通过节点来控制截面的形状,基于蚁群优化算法建立了相关的数学模型并编制了相应的程序。通过某车型门槛梁截面的算例验证了该方法的有效性与实用性。

基于驾驶行为的汽车主动安全技术研究

肖献强, 王其东

2010, 21(19): 2390-2393.

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研究了基于驾驶员行为判断的汽车主动安全控制技术。利用车辆现有各种传感器信号,使用ARM处理器采集驾驶过程中的各种操作信号,并通过CCD获取车辆行驶环境状况,综合进行驾驶员的危险驾驶行为预测,进而进行主动危险行为告警。考虑到一种驾驶行为由多种操作组成,采用了决定正常驾驶行为的八种信号进行权重运算,建立了驾驶行为预测权重矩阵。仿真实验结果表明该方法切实可行,可以准确地判断和识别出典型的驾驶行为,为未来汽车主动安全技术的研究提供了一种有效的方法。

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