机械工程学报

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刘金国;王越超;李斌;马书根

. 2006, 42(12): 1-12.

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对日本、美国和中国等国家灾难救援机器人的研究现状和研究计划进行综述。根据世界各国救援机器人技术的研究现状，结合救援机器人在实际应用中取得的经验和教训，归纳和总结出救援机器人的关键性能为：存活能力、运动能力、感知能力、通信能力和作业能力。研究结果表明，灾难救援机器人研究逐步从试验研究转入到实际应用，多种技术融合化、多智能体网络化是今后灾难救援机器人研究的发展方向。防灾、减灾和救灾事关人民生命和财产安全，是国家公共安全的重要组成部分。救援机器人技术是国家发展迫切需要的战略必争的核心技术之一，将在国民经济和安全中起着重要作用并具有重大的战略意义。

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喷射技术在生物制造工程中的应用

刘丰;吴任东;张人佶;颜永年

. 2006, 42(12): 13-20.

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生物制造工程是快速成形与生物材料、生物医学相互融合形成的新兴交叉学科。生物材料喷射技术是生物制造工程核心技术之一。在实际应用的基础上，研究了螺杆挤压喷射、活塞挤压喷射、气动挤压喷射、微滴喷射技术、激光引导直写技术和电纺丝技术、蘸笔纳米刻蚀技术的原理、使用范围和优缺点，并介绍了国内外相关技术的最新进展。喷头的选取在一定程度上决定了支架的成形精度和复杂程度，可以通过对不同喷射技术的出丝直径、成形效率和适合材料比较，来选择合适的喷射技术。生物制造中喷射技术的发展主要有四个方向：在满足一定成形精度的要求下，尽量扩展喷射技术的材料使用范围；在一定的材料应用范围内，尽量提高精度；追求喷射技术精度在量级上的提高；尽量减少在喷射过程中对材料的影响。

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径向基粒子滤波状态跟踪测量算法

王雪;王晟;马俊杰

. 2006, 42(12): 21-25.

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状态跟踪测量的过程噪声降低了目标信噪比，增加了自适应滤波跟踪的难度。当误差较大时，基本粒子滤波算法的预测累积误差效应将导致系统发散。无迹粒子滤波算法利用无迹卡尔曼滤波提高重要性函数估计精度，减少后验概率密度分布误差，但同时也将大幅增加运算时间。提出一种基于径向基函数网络(RBFN)的改进型粒子滤波算法PF-RBF，利用RBFN通过目标状态观测值和全局预测值拟合状态变化趋势，更新各粒子状态，提高先验概率密度分布估计精度，消除过程噪声引起的估计误差。与无迹粒子滤波(UPF)算法相比，该算法无需构造无迹卡尔曼滤波(UKF)重要性函数，提高了运算速度。机动目标跟踪试验表明，径向基粒子滤波算法在线性和非线性观测方程下的状态跟踪测量精度和算法稳定性均优于UKF、PF和UPF算法，可有效实现对状态变化的实时鲁棒跟踪。当参与运算的粒子数增加时，PF-RBF算法执行时间的增长速率较UPF算法更低，可满足高精度状态跟踪应用。

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混联机械系统方案设计特征状态空间理论与方法

张利萍;王德伦

. 2006, 42(12): 26-35.

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提出混联机械系统运动方案设计与综合的运动功能特征状态空间理论模型。构建混联运动功能特征状态空间，转换设计空间对象到特征状态空间元素，分析特征状态空间构成要素的空间关联关系。进一步探讨空间及其元素性质，研究对偶矢量间运算规则和度量方式，形成抽象有序的封闭空间框架。总结特征状态空间与设计解空间相互映射的方案综合理论，实现运动功能分析的数学求解模式，得到特征状态空间理论对系统设计的运用指导过程。设计实例说明该方法的可行性和实用性。

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考虑疲劳本构随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法

赵永翔;彭佳纯;杨冰;张卫华

. 2006, 42(12): 36-41.

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提出考虑疲劳本构关系随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法。视循环本构模型的材料常数为相关随机变量，考虑存活概率和置信度2个概率测度，与疲劳试验有机结合，应用极大似然原理建立随机疲劳本构的概率模型。随机疲劳强度即概率S－N关系也用2个概率测度下表征，并考虑从中短到长寿命阶段的可能工程实践范围。基于载荷史服从疲劳本构关系产生随机应力载荷、给定寿命时概率S－N关系揭示结构强度分布的观点，建立随机应力载荷—强度干涉可靠性分析模型，可实现任意概率水平的可靠性寿命预测和可靠度评定。中国铁路货车RD2型车轴的可靠性寿命预测和可靠性评定，说明了方法的有效性。

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基于实体局部表面曲率和厚度的变密度三维六面体网格自动生成算法

张洪梅;赵国群

. 2006, 42(12): 42-46.

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提出一种基于传统栅格法的变密度三维全六面体网格自动生成算法，建立基于实体局部表面曲率的加密源点信息场的生成技术和基于几何实体局部厚度特征的网格加密技术，并给出自动生成全六面体协调网格的加密原则与加密模板。实现了在厚度较小的特征区域和曲率较大区域局部协调加密及平缓变密度的网格自动剖分，可获得局部协调加密及平缓变密度的全六面体网格。实例表明，所提出的算法实用性强，效果良好。

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大型水泵出水流道优化水力设计

仇宝云;林海江;袁寿其;黄季艳;冯晓莉

. 2006, 42(12): 47-51.

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研究大型水泵出水流道扩散角、断面形状和中心线走向对水力损失的影响，提出当量扩散角概念，以包括沿程摩阻水力损失、扩散水力损失和出口水力损失在内的总水力损失最小为目标，对出水流道扩散角和断面形状进行优化，提出流道中心线走向优化的原则。研究结果表明，在进、出口断面位置一定的情况下，出水流道存在最优扩散角，使总水力损失最小。试验证明，由于水泵出水弯管的作用，出水流道实际开始脱流的扩散角小于理论计算的最优扩散角；采用优化渐变扩散角，可使水力损失进一步减小；矩形流道断面以正方形为最优，且存在最优角圆，使单位长流道沿程水力损失最小。成果对减小出水流道水力损失，实现泵装置优化设计，提高泵装置效率有重大意义。

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3自由度齿轮系统的混沌控制

刘晓宁;沈允文;王三民

. 2006, 42(12): 52-58.

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针对含有时变啮合刚度的3自由度间隙非线性齿轮系统模型在其部分参数区间发生的混沌运动，提出一种多步混沌控制方法，借助该方法实现了系统混沌吸引子内部不稳定周期轨道的稳定化。建立3自由度齿轮系统的动力学模型，通过对其不稳定周期轨道结构的分析，观测到系统不稳定周期轨道的Jacobi矩阵存在位于单位圆上的复共轭特征值，以及周期轨道存在不稳定维数变异和稳定维数变异的现象，表明齿轮系统的非双曲性质。为了解决传统混沌控制方法不适用于非双曲系统的难题，分别以不稳定周期轨道的不稳定方向和稳定方向两种途径构造控制算法，通过连续的参数扰动将系统状态驱动到周期轨道点的局部稳定流形上。数值试验表明多步控制方法对于高维非双曲系统的长周期轨道控制是十分有效的。

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变极性等离子弧立焊穿孔熔池的稳定建立

王后孝;杨春利;魏艳红;沈鸿源

. 2006, 42(12): 59-64.

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改进焊接工艺控制时序，编制起弧系统控制平台及信号采集程序。采用改进的起弧系统对2219铝合金和LF6铝合金薄板及中厚板进行变极性等离子弧立焊工艺试验，利用红外线测温仪检测起弧过程中焊接熔池区域附近的点随预热时间的温度变化，并把该曲线上的临界温度作为检测穿孔熔池是否形成的标志，计算机根据穿孔时刻的临界温度控制焊件行走的使能信号。研究表明：改进的起弧系统能够简化设备操作，提高自动化程度与工作效率；在穿孔形成的瞬间，检测点的温度有一个从高到低的突变过程(穿孔前的瞬间温度达到临界值)，而且对于同一检测点，多次测量得到的临界温度基本稳定；起弧阶段向主焊接阶段过渡稳定，能够实现穿孔熔池的稳定建立，从而验证改进的起弧控制系统的可行性及可靠性。

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可重构混联机械手——TriVariant的误差建模与灵敏度分析

洪振宇;梅江平;赵学满;黄田

. 2006, 42(12): 65-69.

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针对少自由度并联构型装备，必须通过误差建模将影响末端可控和不可控误差的几何误差源进行分离，从而指导机构的精度设计和运动学标定的问题，以5自由度混联机械手TriVariant为对象，研究一种少自由度并联构型装备的误差建模方法。该方法可有效分离出影响末端不可控误差的几何误差源，得到由UP支链连架胡克铰的加工和装配误差，以及套筒导轨扭角误差引起的末端姿态误差为不可控误差，从而得到仅需控制恰约束支链的制造和装配误差，便可有效抑制末端的不可控姿态误差的重要结论。在此基础上，借助灵敏度分析方法，在统计意义下定量揭示出上述几何误差源对末端不可控姿态误差的影响。分析结果表明，胡克铰两轴线不相交误差对末端不可控误差的影响最大。

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数控锥面砂轮磨齿机磨削椭圆齿轮

刘永平;吴序堂;李鹤岐

. 2006, 42(12): 70-75.

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根据非圆齿轮的啮合原理，对数控锥面砂轮磨齿机磨削椭圆齿轮进行研究，提出两种不同的机床结构运动形式，即砂轮移动型和砂轮固定型，并建立椭圆齿轮磨齿加工运动关系数学模型。由于椭圆齿轮的各个轮齿不同，其所需的展成行程也不相等，通过对展成和分度运动的详细分析，推导磨削每个齿槽的展成行程通用计算公式。最后给出加工实例，对两种加工方式中每个齿槽的基本加工参数进行了计算，并进行展成过程动态仿真。研究结果表明，利用数控锥面砂轮磨齿机磨削椭圆齿轮是完全可行的。

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行波超声电动机的动力学模型

陈超;曾劲松;赵淳生

. 2006, 42(12): 76-82.

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以半解析环形单元对旋转型行波超声电动机的定子进行径向离散，基于动态子结构和Guyan缩聚的思想提出考虑齿的影响的方法并得到了定子的半解析动力学模型，该模型在保证精度的同时达到缩减计算量的目的。分析定子上的齿和转子的三维接触驱动机理，结合转子的动力学描述得到了整个旋转型行波超声电动机较为完整的数学模型。由此给出的仿真结果与电动机的输出特性试验吻合，分析了齿对电动机特性的影响，并证明界面力沿径向的分量导致的能量损耗不可忽视，进一步指出若在接触模型中忽略界面上的径向滑动造成的损耗，其性能仿真与试验结果则有较大偏差。该模型较真实地反应电动机的特性，可用于旋转型行波超声电动机性能的精确预测和结构参数设计。

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混流式水轮机尾水管内部流场的PIV测试

陈次昌;李丹;季全凯;王军;许巍巍

. 2006, 42(12): 83-88.

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以混流式水轮机尾水管为研究对象，设计构建了用于内部流场激光测量的模型水轮机尾水管试验台，对粒子图像测速仪(Particle image velocimetry，PIV)技术测量水轮机尾水管内部流动的应用进行了实践。试验尾水管测试面由透明的有机材料制成，分别测试了在不同导叶开度下混流式水轮机尾水管的锥管段、肘管段出口、扩散段进出口不同测试位置上的瞬时速度，再通过时均处理，给出了速度、涡量及流线分布。在本试验条件下观察到锥管段内存在着与中心线垂直断面上的环形流动和小开度时子午面内的回流，肘管段和扩散段内产生了二次流，以及扩散段左右部分的流动不对称等现象。试验测量结果不仅加深了对尾水管内流动的理解，同时也为校验数值模拟结果提供了试验基础数据。

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高速工具钢的超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为

鲁连涛;盐泽和章

. 2006, 42(12): 89-94.

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为了研究高速工具钢超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为，使用沙漏形状试样在室温空气环境下进行旋转弯曲的疲劳试验。结果表明，材料的S-N曲线均由表面裂纹萌生型和内部裂纹萌生型组成。表面裂纹萌生型的S-N曲线位于高应力幅短寿命区，内部裂纹萌生型的S-N曲线位于低应力幅长寿命区。前者的S-N曲线向后者的转移几乎是连续的，回火温度对疲劳强度和寿命没有明显的影响。分别使用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和电子探针X射线微区分析仪对内部裂纹萌生位置和材料组织进行对比观察，在萌生内部裂纹的夹杂物周围存在一个颗粒区域，该区域内凸起的颗粒是组织中的球形碳化物。颗粒区是在内部裂纹扩展的应力强度因子门槛值范围以下形成的，对超长寿命疲劳起着重要的作用。

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双稳态平面并联机构

何广平;范春辉;张乐;陆震

. 2006, 42(12): 95-100.

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以提高多自由度并联机构的运动性能为目标，探索柔顺双稳态机构在克服并联机构力奇异问题中的应用。提出一种双稳态凸轮柔顺机构，利用双稳态机构在非稳态位形的非零内力，为并联机构提供柔顺过驱动输入，利用柔顺过驱动输入消除并联机构在运动奇异和力奇异位形时的运动或操作力不确定性。以平面五杆2-DOF并联机构为例进行了机构工作空间分析、运动奇异位形分析、以及力奇异位形分析。计算结果证明采用提出的双稳态凸轮柔顺机构能实现该平面2-DOF机构奇异位形的控制。

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综合应力加速寿命试验方案优化设计理论与方法

陈文华;冯红艺;钱萍;周升俊;卢献彪

. 2006, 42(12): 101-105.

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针对综合应力加速寿命试验设计问题，就恒定应力加速寿命试验方法，在应用均匀正交试验理论确定了试验应力组合方式和试验次数的基础上，根据所提出的加速寿命试验方案优化设计的准则和方法，以产品在正常工作应力水平时寿命估计值的方差最小为目标，以各加速因子试验应力水平和各次试验试样分配比例为设计变量，应用极大似然估计理论，建立综合应力加速寿命试验方案优化设计的数学模型。对航天电连接器的综合应力加速寿命试验方案优化设计的结果表明，经过优化以后的试验方案不仅可以提高试验数据的估计精度、减少试验次数，而且还可以在相同置信度下减少试验所需的样本数量，并能够缩短试验时间。

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分形理论应用中无标度区自动识别方法

秦海勤;徐可君;江龙平

. 2006, 42(12): 106-109.

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为提高分形维数的计算精度和效率，减少分形无标度区确定中的主观因素，基于分形维数计算中的关联积分算法，综合利用具体时间序列和拟合点数等信息，建立故障诊断中分形无标度区的一种自动识别方法。运用该方法对所测得的两台航空发动机在不同工况、不同转速下的振动数据进行分析计算，给出分形无标度区的上、下限和关联维数，并与一般方法的计算结果进行对比。计算结果表明，无论实测时间序列无标度区跨度大小如何变化，应用本方法均能很好地识别，区间内曲线的线性度较好，且该自动识别方法简单、高效、准确、适用性强。需指出的是，该方法确定的无标度区附近的值有可能属于无标度区，故它对无标度区的选择趋于保守。

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方、圆坯高速连铸结晶器内壁的理想纵断面曲线和锥度曲线

盛义平;孔祥东;刘景元;杨永利

. 2006, 42(12): 110-115.

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针对结晶器锥度设计必须考虑结晶器的热膨胀和凝固壳的收缩，理想的结晶器应能够完全适应凝固壳的收缩，使凝固壳与结晶器既紧密接触、又不发生干涉的问题，根据方、圆坯结晶器内凝固壳收缩的特性，推导出高速连铸方、圆坯结晶器内壁的纵断面曲线和锥度曲线的设计计算公式。这些公式明确地反映了浇注钢种、冷却条件和拉坯速度的影响。结晶器的纵断面曲线由从结晶器上口至钢液液面附近的直线段和其下部的曲线段相切组成，锥度连续变化，消除钢液液面脉动的影响。在钢液液面附近，结晶器的纵断面曲线非常接近于抛物线。用这些公式为某厂设计的154.5 mm×152.5 mm结晶器，拉坯速度达到了3.1 m/min，超过了设计要求的2.7 m/min。

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混合聚类新算法及其在故障诊断中的应用

雷亚国;何正嘉;訾艳阳;胡桥;丁锋

. 2006, 42(12): 116-121.

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针对模糊C-均值(FCM)聚类算法假设各维特征和每个样本对聚类贡献相同，同时需要预先设定聚类数的不足，利用3层前馈神经网络、点密度函数算法和聚类有效性指标对其进行改进，提出一种新的混合聚类算法。该算法考虑到不同特征和不同样本对聚类结果有不同程度的影响，并根据聚类有效性指标的变化自适应确定聚类数来实现聚类。利用基于梯度下降的3层前馈神经网络通过无监督训练来自适应学习特征权值，使用基于点密度函数的算法获取样本权值，给不同特征和不同样本赋予权重，突出敏感特征和典型样本的主导作用，抑制其他特征和样本对聚类的干扰，以提高聚类性能。研究结果表明，对于国际标准测试数据和某机车轴承的早期故障诊断，该混合聚类算法不但能自动确定聚类数，而且聚类的准确性明显比FCM高。

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新型细水雾灭火喷嘴的仿真及试验

邓东;周华;杨华勇

. 2006, 42(12): 122-127.

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为了解决细水雾喷头喷雾保护半径小的问题，研制了一种新颖的两级雾化高压细水雾灭火喷嘴。计算了索太尔雾滴直径DSM、喷嘴流速、流量和充分雾化距离。在CFD仿真中，将两级雾化喷嘴的速度场和水体积分数分布与单级雾化喷嘴的对应仿真结果分别进行对比，并优化了两级雾化喷嘴的结构参数。试验测量了DSM、喷雾速度、喷雾密度分布并和仿真结果进行对比验证。研究表明，优化设计后两级雾化喷嘴的喷雾保护半径为0.34 m，喷雾密度分布均匀；具有多喷嘴的两级雾化细水雾喷头的喷雾保护半径可以超过2 m，在消防领域具有实用价值。

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梳齿式微机械加速度计闭环系统的线性度

吴天准;董景新;赵长德;冯宇翔

. 2006, 42(12): 128-131.

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为研究离心试验中微机械加速度计的线性度和输入加速度的关系，分析闭环系统的位置误差，然后根据微机械加速度计闭环系统的输出公式，对离心试验的加速度输入和电压输出之间的关系进行最小二乘分析，提出单程线性度和全程线性度的公式，证明线性度为输入的二次曲线函数，且与开环系统低频环路增益有关。线性度公式表明增大低频环路增益，增大悬臂梁机械刚度以提高线性度的方法。利用电测法估算机械参数，并利用离心试验的数据进行验证。结果表明，可以利用±1 g静态翻滚试验的数学模型和电气参数来估计高g输入下的线性度，理论值与实测值符合得较好，因此可以用简单廉价的±1 g线性度测试来粗略替代复杂且昂贵的离心试验进行满量程线性度的估算。

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激光测量大型转轴动载波动系数原理

时培明;刘彬;赵武;韩东颖;蒋金水

. 2006, 42(12): 132-136.

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为能够对大型复杂旋转机械转轴动态载荷特性进行在线监测，给出一个表征转轴动载特性的参量——动载波动系数KID。应用动力学理论推导出动载波动系数KID测量模型的数学表达式，该式表明测得转轴转速波动值即可求得KID值。基于激光多普勒技术，提出一种直接提取动载波动系数KID的激光测量方法。通过构造光学测试系统测量相邻时刻转轴轴段两端面的瞬态转速，得到轴段转速波动值及两端面相对转速波动值，代入KID测量模型，能够直接得到动载波动系数KID值，从而实现对转轴扭振强度的实时监测。通过试验验证了该方法的可行性，结果表明，动载波动系数KID较好地反映了转轴的动态载荷波动特性，能为工程中大型复杂旋转机械转轴动态扭振监测提供新方法。

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可重入制造系统的协同控制机制

张洁;翟文彬;吴立辉

. 2006, 42(12): 137-142.

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通过剖析可重入制造系统控制的需求，提出双反馈控制的协同控制策略。为使复杂制造系统的控制问题降阶，提出包括系统层协调机制、设备组/设备协调机制以及重调度协调机制的分层协同控制机制。基于混合控制原理，提出基于Multi-agent的中心协调与局部协调相结合的自治控制系统体系结构，以满足可重入制造系统非线性动态控制的需求，该体系结构具有分布性、智能性、健壮性、开放性和实时性等特点。为了实现所提出的可重入制造系统协同控制系统的体系结构，建立了基于HLA/CORBA的多层软件体系结构，该体系结构由基础层、分布对象层、Agent层、应用层等四层组成。试验表明，所提出的分层协同控制机制进行半导体生产系统的调度时，在晶圆日产出量和设备组利用率方面要优于设备组动态调度和企业中使用的启发式规则调度方法。

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输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

朱兴龙;王洪光;房立金;赵明扬;周骥平

. 2006, 42(12): 143-150.

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根据跨越超高压输电线路障碍物的类型，提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状，机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡，对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩，在下坡时行走电动机提供制动力矩，以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态，驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系，并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时，机器人机构参数对应的最优解，为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。

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基于案例的工业设计情境模型及其应用

谭浩;赵江洪;王巍;张军

. 2006, 42(12): 151-157.

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从基于案例推理和认知心理学的思想出发，提出包含问题情境、求解情境和解情境的设计情境概念，并建立基于案例的工业设计情境模型。该模型包含工业设计情境组织框架和情境推理模型。在此基础上以数控机床为对象，对该模型从情境三个方面进行知识表达，初步建立一个基于案例的计算机辅助工业设计系统，并应用到设计实践中。

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水生物种基因转移微注射自动化技术

刘天军;侯丽雅;章维一;田桂中

. 2006, 42(12): 158-162.

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针对目前水生物种转基因注射时存在的手工操作注射效率及成功率低等缺点，研究用于水生物种基因转移的专用细胞自动注射技术。提出卵细胞自动定位输送、吸持、注射的方法。研制了细胞自动注射试验系统，进行鱼卵细胞自动注射试验研究，试验表明，在注射过程中可完成卵细胞的自动定位输送、吸持、注射；可完成未注射和已注射卵细胞的分离和计数；可实现注射过程的计算机控制。该技术的研究为实现水生物品种杂交及品种改良提供高效快捷培育方法。

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主从式外科手术机器人实时控制算法

丁杰男;王树新;贠今天;李群智;韩宝平

. 2006, 42(12): 163-168.

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针对机器人运动模型的非线性，导致异构型主从式外科手术机器人系统控制算法需要大量的计算的问题。基于线性化的思想，利用逆Jacobian矩阵将笛卡尔速度映射到关节速度，并用关节瞬时速度代替微小时间段内位移，线性化机器人运动学模型，减小计算量，满足机器人实现缝合打结等手术操作的实时性要求。通过增加反馈环节，消除机器人在工作空间下线性化模型的误差累积，提高系统整体大范围运动精度。关节空间内的样条插值方法，有效改善机器人运动特性，消除人手的抖动。本算法应用在“妙手”外科手术机器人系统上，成功地对兔子腿部微细动脉进行血管吻合手术操作。

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宽带激光熔覆高硬度火焰喷涂层组织和裂纹行为

宋建丽;邓琦林;陈畅源;葛志军;胡德金

. 2006, 42(12): 169-174.

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对镍基合金火焰喷涂层进行宽带激光熔覆试验，分析熔覆层组织、物相组成和硬度分布规律以及工艺参数对组织、结合强度和硬度的影响。激光熔覆过程骤冷骤热的特点使得熔覆层内存在较高的拉应力，同时，由于激光熔覆镍基合金火焰喷涂层主要由g (Fe, Ni) 固溶体和弥散分布的高硬度脆性碳化物相(Ni, B) 和(Cr, Si) 相组成，熔覆层强度和硬度显著提高而延性降低，在凝固过程残余内应力的作用下极易开裂，熔覆层裂纹为低延性穿晶脆性冷裂纹。基体的预热和熔覆后保温缓冷可有效降低温度梯度，释放残余内应力，当预热温度为300 ℃时，熔覆层裂纹消失。

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粘弹性接触层在定子表面的行波超声电动机接触模型

曲建俊;孙凤艳;田秀

. 2006, 42(12): 175-179.

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针对摩擦材料粘贴在定子表面的设计问题，假设转子为刚性体，定子表面摩擦材料为粘弹性材料，提出一种新的行波型超声电动机粘弹性接触模型。在建模中，考虑接触层惯性的影响，引入定子接触层的切向和法向等效质量的概念，并修改接触区域的边界条件。应用牛顿力学定律，推导出接触界面的驱动方程。该模型不仅可以模拟分析定子和转子接触区的法向压力和切向速度分布，模拟计算超声电动机的负载特性和传动效率，而且还可以研究定子和转子接触界面参数对超声电动机输出特性的影响。基于所建立的接触模型，利用Matlab方法，模拟分析一种行波超声电动机的负载特性，并与试验结果进行了比较。结果表明，数值计算的电动机负载特性与试验结果基本一致，证实驱动模型的合理性。

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离心泵叶轮内部湍流流动的数值计算及试验

杨敏官;顾海飞;刘栋;贾卫东;高波

. 2006, 42(12): 180-185.

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对IH65型离心泵叶轮内部流动进行研究，基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k – e 两方程湍流模型，运用流场计算软件Fluent，计算该泵叶轮在不同工况下的内部流场，并将计算结果与粒子图像测速仪(PIV)实测结果进行比较。在对该泵叶轮内部流速分布、压力分布以及试验得到的流动撞击、二次流、回流等现象分析的基础上，提出设计上的一些改进措施，为该型泵叶轮优化设计及其内部两相流动研究提供参考。

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基于功能—行为—结构情景设计的未预见发现构造模型驱动产品创新

刘晓敏;檀润华

. 2006, 42(12): 186-191.

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分析描述性设计和情景设计的两种方法。未预见发现(Unexpected discovery，UXD)是一种驱动产品创新的科学认知设计过程。在情景类比设计过程中，通过寻找UXD来实现产品创新设计。建立功能—行为—结构(Function-behaviour-structure，FBS)模型和UXD分析模块，将情景设计与所建立的设计模块有机地结合在一起，实现产品的创新。介绍情景设计与非情景设计对FBS和UXD的影响。水龙头与房门的情景类比实例，验证了情景设计用于产品创新是行之有效的。

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杯形薄壁矩形内齿旋压成形数值模拟与试验

夏琴香;杨明辉;胡昱;程秀全

. 2006, 42(12): 192-196.

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为研究主要工艺参数对齿轮成形状况的影响规律，并为参数优化和工艺设计提供依据，基于MSC.MARC有限元分析软件，对杯形薄壁矩形内齿旋压成形工艺过程和工艺特点进行分析，从而获得旋压成形时变形金属沿轴向、径向和切向的流动规律。结合工艺试验，定量地研究了主要工艺参数对齿高成形的影响规律，并对试验中出现的各种典型缺陷进行分析，提出有效的预防和改进方法。提出将包括轮齿的切向和轴向尺寸均匀程度等作为旋压成形内齿零件的主要质量评价指标。模拟和工艺试验结果表明，矩形内齿旋压成形时，压下量在一定范围内对齿高的成形影响显著，进给比对齿高成形影响不大。当工艺参数选择不当时，可能出现表面隆起或破裂、轮齿周向错移、周向高度不均和齿槽撕裂等缺陷。

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具有迭代特征的复杂机械产品概念设计模型

祖耀;肖人彬;刘勇

. 2006, 42(12): 197-205.

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针对机械产品概念设计的复杂性，提出一种基于迭代的功能－行为－机构－结构模型(FBMS)。从机械产品设计的特点出发，研究复杂机械系统的功能、行为、机构和结构之间的关系，揭示行为和机构在功能到结构转换过程中的桥梁作用，由此提出基于行为和机构的映射关系，进而结合设计过程的迭代特征建立基于迭代的FBMS模型。在综合考虑该模型中各要素特点的基础上，给出其形式化描述方法。通过对迭代设计过程中行为和机构作用特点的分析，给出迭代设计的具体步骤及相应的迭代算法流程。以一个具体机械产品设计为例，对FBMS模型的有效性进行验证，并对其整体特性进行分析。结果表明，该模型有助于机械产品概念设计阶段的机构组合创新，以及功能与结构之间的优化匹配。

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碳纳米管－银－石墨复合材料的电磨损性能

徐屹;凤仪;王松林;张学斌;沈剑

. 2006, 42(12): 206-210.

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采用粉末冶金工艺制备碳纳米管—银—石墨复合材料，初压压力200 Mpa，在H2保护气氛下烧结并保温1 h，复压压力400 Mpa制得复合材料，研究电流密度(0～25 A/cm2)对碳纳米管—银—石墨复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着电流密度的增大，电磨损过程中的发热量增大，粘着磨损加剧，润滑膜遭到破坏，导致复合材料的摩擦因数、磨损量增大。比较正、负极电刷磨损量发现，接触表面理化反应和金属转移的存在，导致正刷磨损量大于负刷磨损量；正刷磨损量随电流密度增大而成倍增长，负刷磨损量与电流密度关系不明显，电流密度越大磨损极性的差异越明显。

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多工步板料成形问题的多步反向模拟法

唐炳涛;赵震;陈军;董湘怀;阮雪榆

. 2006, 42(12): 211-217.

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提出一种新的多步反向模拟法，该方法建立在虚功原理的基础上，为提高计算精度，采用弹塑性材料模型。提出一种适用于多步反向模拟法的本构关系，可以充分考虑弹 / 塑性变形状态、加载 / 卸载状况。提出一种“双截面线法”来快速获取中间构型，可以充分考虑塑性变形对构型的影响。提出一种快速接触搜索算法来实现中间构型各个节点在约束滑移面上的移动，采用全局搜索和局部搜索策略相结合的方法，加快搜索速度。理论成果已经在自主开发的板料成形反向模拟软件InverStamp/Multi-step模块中实现。在盒形件多步拉深实例中，坯料轮廓、等效应变分布等计算结果与基于ls-dyna的增量法模拟软件Dynaform计算的结果十分吻合，验证了多步反向模拟法相比于一步反向模拟法的优势。

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机械系统属性的灰假设检验

夏新涛;陈晓阳;张永振;王中宇;刘春浩

. 2006, 42(12): 218-223.

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以灰色系统理论为基础，提出一种新的假设检验方法即灰假设检验，以解决经典统计理论的某些问题。这种方法从生成排序与规范化数据序列出发，用灰关联原理定义灰置信水平、灰差与属性权重映射等概念，建立系统属性假设检验的灰否定域。对理想系统如正态分布、瑞利分布、均匀分布与周期系统等，以及实际工程系统如滚动轴承振动与噪声关系等进行试验研究，结果表明所提出的灰假设检验方法对系统属性和系统间的独立性没有任何特殊要求，允许概率分布未知与数据个数很少，并具有很好的检验效果，灰置信水平达到95%。

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基于扩展随机Petri网的可重组制造系统建模与分析方法

谢楠;李爱平

. 2006, 42(12): 224-231.

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可重组制造系统(Reconfigurable manufacturing system，RMS)可根据市场变化进行组态调整和组元升级，系统的建模与分析方法必须能适应上述特点。提出基于扩展随机Petri网(Extended stochastic Petri nets，ESPN)的模块化建模方法，将RMS不同的加工资源对应于相应的ESPN基本模块，并通过过渡变迁合成ESPN模型，该模型能适应任意分布的制造系统，可更加精确地反映生产过程。在此基础上采用基于行为表达式的分析方法，得到系统性能指标，该分析方法可不必画出可达图而直接得到系统性能关系函数，使分析过程更加直观、简洁。可重组电动机生产线的实例证明了该建模与分析方法的有效性。

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汽车电磁制动器CAD平台的研究与开发

侯永涛;周孔亢;王国林;姚辉学;许海春;施正堂;黄国兴

. 2006, 42(12): 232-238.

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建立汽车电磁制动器CAD平台，给出平台的框架结构及工作模式，详细介绍组成平台的各个功能模块，给出根据整车参数确定制动器所需最大、最小制动力矩的算法。以制动效能为优化目标，提出制动器结构参数的确定思路和步骤。从稳健设计的角度，给出对制动器结构参数进行稳健优化的方法，以及进行电磁制动器关键部件电磁体设计的算法流程。讨论制动器仿真分析模块及虚拟装配模块的功能。平台通过数据库来保存设计信息，并建立模型库与数据库的双向关联。最后讨论了平台与相关软件的集成方法。

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基于遗传神经网络的机器人腕力传感器动态建模与补偿方法

俞阿龙;黄惟一;秦刚

. 2006, 42(12): 239-244.

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介绍用于MotomamV3X机器人上的新型多维腕力传感器，比较遗传算法与人工神经网络的特点，将遗传算法的交叉和变异操作进行改进，提出一种融合改进遗传算法(Genetic algorithm, GA)的函数连接型人工神经网络(Functional link artificial neural network, FLANN)，并将其用于所介绍的新型机器人腕力传感器动态建模与动态性能补偿中。介绍动态建模与动态补偿原理及改进遗传神经网络算法，给出该传感器的动态模型和动态补偿模型。该方法利用腕力传感器的动态标定数据，采用改进遗传神经网络搜索和优化模型参数，保留了遗传算法的全局搜索能力和FLANN结构简单，鲁棒性好，且具备自学习能力的特点，克服了FLANN容易陷入局部极小的缺陷，具有快的网络训练速度及高的动态建模精度。理论分析和试验结果都证实了所提出的动态建模与动态补偿方法的有效性。

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2006年, 第42卷, 第12期　
刊出日期：2006-12-15

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