机械工程学报

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温诗铸

. 2007, 43(10): 7-8.

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随着纳米科技的发展而新兴的纳米摩擦学是在原子分子尺度上研究摩擦界面上的行为、变化、损伤及其控制，成为超精密机械和微型机械研究的重要技术基础之一。在20世纪90年代初期，我国摩擦学工作者开始该领域的研究，并取得可喜的成果。概述清华大学摩擦学国家重点实验室在纳米摩擦学主要方面的研究进展，包括薄膜润滑、受限液体特性与有序分子膜润滑、界面摩擦与粘滑现象、微尺度表面工程与薄膜特性、磁头—磁盘纳米摩擦学研究以及试验测试仪器研制等，能对今后该领域的发展提供参考。

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超磁致伸缩执行器的动力学参数及磁滞模型参数的辨识方法

贾振元;王晓煜;王福吉

. 2007, 43(10): 9-13.

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根据JILES等提出的铁磁磁滞模型和JILES建立的磁机效应理论，结合能量守恒的观点，对超磁致伸缩执行器(GMT)的动力学参数及磁化参数进行辨识。针对JILES方法确定磁滞磁化模型所需磁性材料参数多，且在执行器工作条件下不易测量的缺点，经过对数学模型的推导变换，提出一种基于试验数据简便易行，试验数据容易获取的参数辨识方法，参数的估计可采用最小二乘类的辨识方法。给出低频试验下的辨识结果，此辨识方法可以为超磁致伸缩执行器的离线优化或在线控制提供可靠的参数。

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热超声键合换能系统阻抗/导纳模型

隆志力;吴运新;韩雷;段吉安;钟掘

. 2007, 43(10): 14-19.

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采用等效电路方法建立换能系统的阻抗/导纳集总参数模型，包含各子部分的材料特性、尺寸、系统损耗因子、谐振频率、激励电信号以及不同负载下系统阻抗和导纳等动力学特性。以无键合工具与有键合工具两种不同负载为例计算得到，在100 kHz范围内系统包含4阶轴向谐振频率；相比于无键合工具条件，有键合工具负载条件下的各阶谐振频率增大，其电阻值增大，电导值降低。阻抗分析仪试验与有限元分析结果均验证系统阻抗/导纳模型的正确性。

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微通道中液氮的流动沸腾——换热特性分析

齐守良;张鹏;王如竹;徐学敏

. 2007, 43(10): 20-26.

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对微通道中液氮流动沸腾换热特性进行试验研究和分析。给出典型的沸腾曲线，分析壁温、干度和换热系数沿微通道管程的变化规律，考察热流密度、质量流量和压力对流动沸腾换热的影响。将126个试验数据点与四个换热关联式比较，并对微通道中流动沸腾换热机理进行分析。结果表明，在多数情况下干度和热流密度对沸腾换热系数的影响较小，换热系数主要决定于质量流量和压力，随两者增加而增加，换热以对流蒸发为主导机理。KLIMENKO关联式预测效果最好，TRAN微通道关联式次之，对常规管道得到广泛使用的CHEN关联式和SHAH关联式都远远高估了试验值。基于两相流压降和换热特性分析，推知微通道中的两相流流型不同于常规管道：在低干度情况下，流型以弥散泡状流为主；而在高干度情况下，流型以由雾状汽芯和不规则液膜组成的环状流为主。

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非高斯噪声下基于U-粒子滤波器和似然比的非线性系统故障诊断

葛哲学;杨拥民;胡政;陈仲生

. 2007, 43(10): 27-31.

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针对普通粒子滤波器在非线性系统随机系统故障诊断中的“退化”现象和估计精度的不足，进而影响诊断准确率的问题，提出应用U-粒子滤波器(Unscented particle filter，UPF)进行改进的方法。在建立正常/异常UPF滤波器模型的基础上，推导基于UPF的似然概率密度函数和似然比(Log likelihood ratio，LLR)计算方法，构造故障的检测律和诊断律，并给出完整的故障诊断算法，不仅能准确预报故障发生的时刻，而且可以诊断出故障的类型。最后在某直升机非线性舵回路上进行了试验验证，结果证明了该方法的有效性和优越性。

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电弧声信号与铝合金MIG焊缝塌陷的相关性

石玗;黄健康;樊丁;陈剑虹

. 2007, 43(10): 32-35.

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针对铝合金MIG焊过程热积累作用强容易产生焊缝突然塌陷从而导致焊接过程失败的问题，建立电弧声信号传感系统并以焊接电弧声为研究对象，运用小波分析方法研究焊接电弧声信号与焊缝塌陷的相关性。研究表明电弧声信号的能量变化与焊缝塌陷有着明显的对应关系，电弧声总能量随着焊缝开始塌陷而增加，对电弧声进行小波分解发现不同频带有着不同的变化规律。研究结果为铝合金MIG焊实时焊接塌陷缺陷的检测提供一种新型有效的方法。

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界面滑移条件下弹流油膜的试验观察

郭峰;黄柏林;付忠学

. 2007, 43(10): 36-40.

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在极低速纯滑动条件下完成高粘度聚丁烯弹流油膜的光干涉测量试验，观察到明显的油膜入口凹陷现象。试验结果表明，入口凹陷的深度随载荷的增加而增加，随卷吸速度的增加存在一个极大值。试验中润滑剂的粘度越高，入口凹陷越容易出现。纯滑动条件下，油膜厚度对速度和载荷的依赖关系明显偏离了经典的弹流理论。试验中观察到的入口凹陷证明了已有入口凹陷弹流数值分析的正确性。

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柔性管与紊流耦合的减阻特性

蔡书鹏;唐川林;张凤华

. 2007, 43(10): 41-45.

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为探讨柔性管与紊流耦合的减阻特性和初步机理，使用双重管结构，对柔性管的减阻特性进行试验研究，采用激光传感测位仪对柔性管外壁的位移脉动特性及其与柔性管减阻率之间的相关性进行研究。结果表明，壁厚越小，雷诺数越大，柔性管减阻率越大；在双重管结构及雷诺数约为3×104时，壁厚为2 mm、3 mm及4 mm柔性管的减阻率依次约为16%、11%、9%；管外壁位移脉动的低频方均根值与减阻率存在正相关关系；在高雷诺数下，由于使用理论模型计算的管径膨胀引起的减阻率偏低，单重管的减阻率比实际值偏高。

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瞬心无穷远时近似直线轨迹的四杆机构综合

王忠;朱洪俊;廖磊;杨玉民

. 2007, 43(10): 46-49.

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连杆拐点圆上点附近曲线段与直线之间的近似度很高，工程上常利用其机构作为直线导引机构。针对铰链四杆机构连杆瞬心无穷远时拐点圆不存在，现有的方法不能综合出近似直线轨迹四杆机构的问题，提出瞬心无穷远时连杆曲率叠加原理，根据运动学原理进行分析，推导连杆上任意点曲率计算公式，证明曲率叠加原理的正确性，并得到求解铰链四杆机构连杆两铰链线上零曲率点的图解法。利用图解法能够解决瞬心无穷远时近似直线导引机构的综合问题，从理论上解决了瞬心无穷远时这一特定位置近似直线轨迹导引机构的综合问题。得到的方法简单、直观、适用，是拐点圆理论有力的补充和完善。

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基于近似熵的短路过渡焊接规范分析

曹彪;吕小青;曾敏;黄石生

. 2007, 43(10): 50-54.

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介绍非线性参量近似熵的理论及算法，提出由近似熵的角度去分析短路过渡弧焊稳定性的思想，对指导实际焊接过程时的规范选择有参考作用。在焊接参数均满足匹配条件下，采集短路过渡的弧焊电流信号，对该电流信号的近似熵进行计算，结合传统的最佳电弧的理论认识，通过比较不同规范下近似熵的大小和近似熵的标准方差，探索得出近似熵与稳定性的规律。结果表明最佳的焊接规范具有近似熵较大，标准方差较小的特征，且在最佳的焊接规范中标准方差最小就对应着最佳电弧。

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斜截椭圆柱式涡流发生器强化传热的大涡模拟

汪健生;刘志毅;张金凤;汤俊洁

. 2007, 43(10): 55-61.

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对流体在放置斜截椭圆柱式涡流发生器矩形槽道内的流动与传热特性进行大涡模拟，得出流场中速度、温度与压力参数的瞬态变化特性，再现温度场、压力场及诱导旋涡的变化过程，并对流动结构及涡流发生器强化传热的机理进行分析。为验证大涡模拟计算结果的准确性，在相同条件下对未布置涡流发生器的空槽道分别采用湍流模型和大涡模拟进行对比计算，两者的计算结果符合较好。计算结果表明：流场中布置的涡流发生器可以诱导漩涡，而由其所诱导的流向涡对强化传热起主要作用。与相同条件下未布置涡流发生器的情况相比，局部对流换热系数可提高64%～105%，平均对流换热系数则可提高17%～36%；涡流发生器附近位置的对流换热系数提高幅度最大，传热面附近流体的流动状况及流动结构与传热密切相关。

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轴伸式贯流泵装置全流场三维湍流数值模拟

李龙;王泽

. 2007, 43(10): 62-66.

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为探讨轴伸式贯流泵装置双向运行时的内部流动结构并进行性能预测，应用三维湍流Navier-Stokes、Realizable 两方程湍流模型、壁面函数法和滑移网格技术，进行泵装置双向运行时的全流场三维湍流数值模拟研究。计算所采用的模型贯流泵具有特定的S形叶片及正向运行时的后置弯曲导叶。研究结果揭示了贯流泵装置正、反向运行时的全流道速度等值线、静压等值线、出水流道断面矢量及出水流道的流线形状特征，探讨在泵装置实际安装条件下泵与流道的相互影响，进行泵装置性能的数值模拟预测，并与试验结果进行比较分析。数值模拟结果表明，泵段的出口流态及导叶对流道的流动结构有很大的影响，扩散形流道对流道进口流态反映敏感，无导叶的直形泵装置出口扩散流道内的流动为轴向旋涡、环形旋涡、轴向流动的叠加，数值模拟计算预测泵装置性能的方法是有效、可行的，能够满足工程需要。

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基于响应面方法的可靠性灵敏度分析方法

闫明;孙志礼;杨强

. 2007, 43(10): 67-71.

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简要叙述应用响应面方法获取极限状态函数(该极限状态函数具有响应面函数的特点)的过程。提出利用这种极限状态函数进行可靠性灵敏度分析的方法，并推导了计算公式。该方法的优点是：① 可用于极限状态函数未知的情况。② 此极限状态函数是形式简单的二次多项式，便于实现方差和偏导计算，使可靠性灵敏度的计算简单易行。③ 该极限状态函数包括一、二次项和交叉项的信息，使可靠性灵敏度的计算精度大大提高。④ 通用、规范，易于实现程序化。最后计算航空发动机附件传动机匣散热的可靠度及各个变量的可靠性灵敏度，为附件传动散热系统的设计提供了理论依据，算例表明了所给出的计算公式的正确和有效性。

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半固态材料触变成形通用本构方程及其优化

余小鲁;李付国;李淼泉

. 2007, 43(10): 72-76.

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采用半固态成形机理分析和试验研究相结合的方法，建立半固态触变成形的粘塑性本构方程，并提出本构方程的优化新方法。通过半固态Al-4Cu-Mg合金的等温压缩试验研究，分析试验数据，得到本构方程中的4个待定系数，并以此作为优化设计的初试值。结合本构方程的形式，对其进行特性分析和优化。将含优化变量的本构方程作为子程序引入到有限元数值模拟中，可以得到对照热模拟试验结果的若干工艺条件下半固态Al-4Cu-Mg合金的应力应变曲线。通过比较有限元数值模拟结果和热模拟试验结果可知，利用提出的本构方程优化新方法，不仅可以剔除热模拟试验数据中几何效应的影响，而且还能准确地描述半固态材料的触变成形规律，从而可以提高数值模拟的精度与可靠性。

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车辆转向的稳定性非线性分析方法

施树明;毛振勇;向辉;王宪彬

. 2007, 43(10): 77-81.

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根据协同学和非线性动力学原理，通过对车辆－轮胎系统非线性模型的分析，利用轮胎魔术公式的逐点一阶Taylor展开式，建立车辆转向系统势能函数方程。通过对势能函数曲面的分析，发现车辆转向系统的稳定区域是由车身侧偏角和横摆角速度确定的极限环，并揭示出车辆转向失稳的机理。最后，利用李亚普诺夫函数对势能函数方程进行能量变化趋势验证，进而证实所建立转向系统势能函数方程的有效性和正确性。

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基于容错性能的冗余度机器人结构综合

赵京;魏珊珊

. 2007, 43(10): 82-88.

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构造退化条件数和容错空间影响因子两个容错性能指标，前者反映了某一故障时刻退化机器人的操作能力，后者反映了该故障时刻退化机器人相对工作空间的大小，它们可分别用来衡量机器人在故障时刻和故障后的容错操作能力。基于这两个指标，提出冗余度机器人结构参数的最优设计方法，该方法可以用来确定使机器人具有最佳容错操作性能的臂长参数。给出平面3R和空间4R机器人的仿真实例，并就容错操作性能对各臂长的敏感度进行了分析。研究结果表明，机器人的容错操作性能对不与故障关节相连或只与一个故障关节相连的臂长具有较高的敏感度，在调节臂长时，应优先考虑这些臂长。另外，与平面机器人不同，空间机器人的这两个容错指标并不存在着很有规律的对应关系，相互的冲突也不那么明显，这说明使他们同步最优的可能性更大。

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热—机耦合交变疲劳的汽油机活塞环岸断裂特性

张卧波

. 2007, 43(10): 89-93.

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针对汽油机活塞承受交变的热负荷—机械负荷，提出用Palmgrem-Miner累积损伤法则对活塞进行断裂特性的分析研究，采用有限元法并根据应力幅—平均应力分布和Palmgrem-Miner累积损伤法则这两种理论分析方法对活塞槽底节点寿命预测进行仿真计算。研究结果表明，汽油机活塞环岸断裂是由于过高的交变热应力叠加交变的机械负荷所致；第1环槽表面上存在的循环波动热应力、材料蠕变及制造工艺也是环岸断裂的原因。

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冷连轧机轧制力的影响因素

周富强;曹建国;张杰;尹晓青;贾生晖;曾伟

. 2007, 43(10): 94-97.

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通过将轧制变形区划分为微单元，对变形区内轧制力影响因素的变化规律进行研究。根据微单元塑性变形方程式，建立单位轧制压力的计算模型。针对变形抗力、摩擦因数等非线性因素，建立基于神经网络校正系数和工作参考点方法的数学模型，分析其在变形区内的变化规律。针对轧辊压扁和轧制力计算的耦合现象，采用计算机迭代计算的模型完成轧制力的解耦计算。工业轧机实际数据验证了采用微单元方式计算轧制力预报精度高，可用于生产实践。

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数字光盘玻璃基片的三步抛光技术

雷红;雒建斌;路新春

. 2007, 43(10): 98-102.

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为得到超光滑的数字光盘母盘玻璃基片表面，研究玻璃基片的亚纳米级抛光技术。分别采用2 m、0.3 m超细氧化铈抛光液以及纳米氧化硅抛光液进行三步化学机械抛光(Chemical mechanical polishing, CMP)，抛光后最终表面粗糙度Ra达到0.44 nm，为目前报道的数字光盘母盘玻璃基片抛光的最低值。原子力显微镜分析表明，抛光后的表面超光滑且无微观缺陷。通过对玻璃基片CMP中机械作用及化学作用进行分析，对抛光机理进行了探讨。

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超声渡越时差法检测图像中裂纹端部信号的识别

迟大钊;刚铁;盛朝阳

. 2007, 43(10): 103-107.

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利用超声渡越时差法(Time of flight diffraction，TOFD)对含有人工内部裂纹的铝合金试块进行检测。为了提高检测精度，对低分辨率双曲线特征的B扫描图像进行处理。根据超声TOFD法的检测特点，建立B扫描图像合成孔径聚焦(Synthetic aperture focusing technique，SAFT)重建的数学模型，实现图像的增强处理。灰度极值检测的预处理提高了图像纵向时间分辨率；后继的SAFT处理有效地抑制图像中的冗余信息，提高缺陷的横向方位分辨率，从而提出一种灰度极值检测与SAFT相结合的B扫描图像处理方法。为了减少SAFT算法的计算时间，采用加运算窗处理，并确定合适的运算窗宽度。结果表明，该方法能有效地增强图像中检测目标，进而能够准确、快速地检测出裂纹上、下端部在模拟试块中的位置。

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细粒度金刚石砂轮形貌测量与评价

霍凤伟;郭东明;金洙吉;康仁科;赵福令

. 2007, 43(10): 108-113.

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采用基于扫描白光干涉原理的三维表面轮廓仪对粒度为3 000的金刚石砂轮表面形貌进行测量，其图像拼接功能可以确保较高的横向分辨率、较高的垂直分辨率和较大的取样面积。利用频谱分析方法对砂轮表面的频率构成进行分析，通过理想的低通数字滤波消除测量仪器引起的系统噪声和砂轮表面的高频分量，然后重建砂轮表面的三维形貌，在此基础上得出砂轮的磨粒出刃高度、静态有效磨粒密度、磨粒平均间距。研究表明，采用细粒度金刚石砂轮进行超精密磨削时，磨粒出刃高度大体上服从正态分布，静态有效磨粒密度远低于理论磨粒密度，真正起切削作用的磨粒数量极少。

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基于无级变速器的并联式混合动力汽车能量管理策略

张承慧;吴剑;崔纳新

. 2007, 43(10): 114-118.

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针对一种采用金属带式无级变速器(CVT)的并联式混合动力汽车(PHEV)，以发动机稳态效率图和电池的充放电内阻曲线为依据，提出基于逻辑门限方法的PHEV能量管理策略，实现混合动力系统不同工作模式间的动态切换。并通过确定不同工作模式中混合动力系统的最佳工作曲线，合理控制发动机和电动机的转矩分配以及CVT的速比。基于ADVISOR仿真平台的仿真研究表明，所提出的能量管理策略能够在满足车辆动力性能指标的前提下有效地降低混合动力汽车的燃油消耗，并能将电池组电池荷电状态(SOC)维持在合理的范围内。

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基于状态构形矢量和状态构形矩阵的可重构模块星球机器人构形

王明辉;马书根;李斌;王越超

. 2007, 43(10): 119-125.

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可重构模块星球机器人系统由母体和多个子机器人模块组成，单个模块可以独立运动和操作，多个模块可以重构组合成不同构形，模块采用非对称式轮手一体机构，具有姿态方位性和运动方向性，重构目的是组成在某种环境下更好地完成有向性运动的构形。基于此，提出矢量构形概念，将运动趋势方向和方位性融合到构形拓扑结构中。在模块矢量分析模型基础上，提出并构建状态构形矢量(State configuration vector, SCV)和状态构形矩阵(State configuration matrix, SCM)，对非对称式单模块和整体构形的状态信息进行描述，同时支持预定义的数学变换操作，可以表达并触发模块的基础动作、构形重构。提出离散模块组合重构成目标构形的优化分析算法，通过实例仿真计算获得优化分析的选择结果。

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质子交换膜燃料电池半经验模型

续智丹;黄海燕;包成;卢兰光

. 2007, 43(10): 126-131.

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在燃料电池浓差极化计算过程中，根据基准空气过量系数与实际空气过量系数修正阴极扩散层孔隙率。修正孔隙率后的浓差极化与没有修正孔隙率的结果最大差值为0.06 V，对燃料电池模型计算结果影响较大。利用空气过量系数修正膜的电导率，讨论水管理对欧姆极化的影响，计算结果表明水管理对欧姆极化影响相对较小。综合开路电压和各种极化的计算建立燃料电池半经验模型，并采用该模型计算不同电流密度下，活化极化、欧姆极化以及浓差极化占总极化的比例，结果表明随电流密度的增大，欧姆极化和浓差极化所占比例不断加大。利用燃料电池试验台架进行燃料池的极化曲线试验，试验结果与计算结果十分吻合。

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基于微分几何的欠驱动机器人动力学建模和控制

邓秀娟;陆震

. 2007, 43(10): 132-136.

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应用位形流形最小嵌入模型，对带有二阶非完整约束的欠驱动机器人动力学建模和控制进行研究。采用位形流形最小嵌入模型，简化了动力学方程，为欠驱动机器人动力学建模和控制的进一步研究奠定了基础。首先用一个齐次线性方程组表示被动关节的存在，给出基于嵌入模型的动力学方程解的结构。通过引入计算转矩控制法，给出另一个和主动关节及控制输入有关的齐次线性方程组，分析控制输入和这两个方程组解之间的关系，得到一个与控制输入及这两个方程组的解相关的欠定线性方程组，求解该欠定线性方程组，得到欠驱动机器人改进的动力学方程，进而可以运用全驱动机器人控制法来实现最小嵌入模型的控制，解决了由全驱动机器人控制法实现欠驱动机器人关节空间控制的问题。最后以平面二杆欠驱动机器人为例，验证了所得理论的可行性和有效性。

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基于神经网络的球轴承剩余寿命预测

奚立峰;黄润青;李兴林;刘中鸿;李杰

. 2007, 43(10): 137-143.

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针对球轴承的剩余寿命预测问题，基于自组织映射(Self organizing map, SOM)和反向传播 (Back propagation, BP)两种神经网络，提出一套新的预测球轴承剩余寿命的方法体系。深入对比分析几种不同轴承衰退指标的优缺点，利用三套时间域衰退指标和三套频率域衰退指标，包括一套新设计的指标，训练自组织映射神经网络。将源自于SOM的最小量化误差(Minimum quantization error, MQE)作为新的衰退指标，建立一套轴承性能数据库。针对球轴承衰退期，训练一套BP神经网络，根据权值计算失效时间技术，成功开发一套剩余寿命预测模型。结果表明，该方案远优于业界常用的L10寿命估计。

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周期平稳信号盲源分离算法及其应用

苏中元;贾民平

. 2007, 43(10): 144-149.

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周期平稳信号盲源分离方法是在没有先验知识的前提下，从一组采集信号中提取未知源周期平稳信号。对混合的周期平稳信号进行盲源分离的算法进行研究。根据循环平稳度的特征，提出以循环平稳度作为盲源分离准则，取其旋转过程的极大值点，即为循环平稳度最大时，分离出周期平稳信号源。在理论推导的基础上，对分离准则进行证明。通过仿真验证，把该方法应用于齿轮箱振动数据实例分析中，表明循环平稳度作为分离准则有很好的分离未知源周期平稳信号的效果。

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基于网络的塑性成形物理模拟系统的构建

于德弘;陈友才;赵升吨;陈宁;张鹏

. 2007, 43(10): 150-154.

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提出基于网络的塑性成形模拟系统方案，将网络信息传递快捷、直观的特点同塑性成形模拟技术的科学预测作用结合起来，改善目前塑性加工生产中存在的信息交流方式落后、生产周期长、适应性差、不能满足现代生产和市场需要等问题。构建的系统方案应用到发动机连杆锻造过程中。应用物理模拟技术研究连杆、曲轴等锻件的成形过程，揭示出锻造过程中坯料的流动和充填情况；测定成形力、错移力等重要工艺参数，为合理制定锻造工艺方案和设计可靠的模具结构提供了有力的保障，实现了设计、制造和模拟仿真等部门之间信息和图像的快捷传递。

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对边简支载流矩形薄板在电磁场中的稳定性分析

王知人;白象忠;边宇虹

. 2007, 43(10): 155-160.

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针对对边简支、另一对边固定载流矩形薄板，利用Mathieu方程解的稳定性，研究在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性稳定性问题。在导出载流薄板在电磁场与机械荷载共同作用下的磁弹性动力稳定方程的基础上，应用Galerkin原理将稳定方程整理为Mathieu方程的标准形式，并将其归结为对Mathieu方程的求解问题。利用Mathieu方程系数、 的本征值关系，得出载流薄板磁弹性动力稳定临界状态的判别方程，并给出当 为小激励时的稳定区域图，以及Mathieu方程稳定解区域和非稳定解区域的分界。最后通过具体数值算例，给出该矩形薄板的磁弹性动力失稳临界状态与相关参量之间的关系曲线。研究结果表明，变化电磁场和通电电流的参数，可以改变电磁力的状态，从而达到控制载流薄板的变形，应力、应变状态及其稳定性的目的。

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AZ31B镁合金TIG焊焊接接头的疲劳性能

王文先;马丽莉;慕伟;李晋永;王东坡;霍立兴;邓彩艳

. 2007, 43(10): 161-165.

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对8 mm厚AZ31B镁合金板及其三种TIG焊焊接接头的静载拉伸性能和疲劳性能进行试验研究。试验结果表明AZ31B镁合金母材的静载抗拉强度为245.50 MPa，TIG焊对接接头、纵向角接接头和非承载十字接头的静载抗拉强度分别为193.55 MPa、229.89 MPa、227.39 MPa。脉动循环(r = 0)疲劳试验表明，在2×106循环次数下，AZ31B镁合金母材的疲劳强度为57.81 MPa，为其静载抗拉强度的23.5％。相同循环次数下，AZ31B镁合金TIG焊对接接头、纵向角接接头和非承载十字接头的疲劳强度为24.60 MPa、20.14 MPa、17.25 MPa，分别为母材疲劳强度的42.6 %、34.8 %和29.8 %。按照国际焊接学会的规范，发现镁合金焊接接头的疲劳级别FAT仅为相应铝合金接头疲劳级别FAT的一半。由此看来，疲劳性能是影响镁合金在承受动态载荷结构中应用的主要因素之一。

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不同叶片包角的离心泵试验与数值模拟

杨华;刘超;汤方平;谷传纲

. 2007, 43(10): 166-169.

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在离心泵叶轮的基本外尺寸(叶轮内外半径、叶轮进出口宽度、叶片进出口安放角及叶片数)和设计转速相同的情况下，采用三次曲线对叶片进行造型。设计叶片包角分别为59°、75°和91°的三副离心叶轮C1、C2、C3，其中叶轮C1与传统的单圆弧叶型非常接近。三副叶轮的同台试验结果显示，叶轮C2的最高效率比叶轮C1、C3的效率高1.28%、1.43%。采用数值模拟得到设计工况下三副叶轮内的相对速度场和各流道内的载荷分布，C1叶轮内有明显的回流区，且各流道内的载荷存在较大差异。研究表明：在叶轮外尺寸相同的情况下对叶片造型设计时，存在最佳的叶片包角，单圆弧叶型不是最佳叶型。

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多型腔注射模充填不平衡试验

陈静波;申长雨;横井秀俊

. 2007, 43(10): 170-174.

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多型腔注射模在实际生产中有着广泛应用，充填平衡是保证多型腔模塑制品质量均匀一致的关键。自然平衡流道中也会发生充填不平衡现象，其原因可能是熔体流动产生的剪切热所致，但一直没有试验结果予以证明。基于此，利用可视化注射模具和红外温度传感器，通过直接观测熔体在流道和型腔中的动态流动行为并测量型腔入口处熔体的温度变化，对不同注射速率下不同材料在自然平衡多型腔注射模的充填不平衡进行研究。结果表明，由于剪切热的作用，主流道中不均匀但对称的熔体温度分布在分流道中失去对称性是产生充填不平衡的根本原因；充填不平衡程度不但取决于主流道中熔体的温度分布，还取决于分流道中凝固层的分布及熔体粘度对温度变化的敏感性。解决自然平衡多型腔注射模充填不平衡问题的根本，在于改善或消除分流道中熔体温度分布在流动平面的不对称性。

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基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法

袭著燕;路长厚;潘伟;张建川

. 2007, 43(10): 175-180.

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根据数控交流伺服工作台进给系统从静止到宏观运动的过渡时间，和零速度时刻的指令加速度大小呈反比关系，区分摩擦力矩的预滑动区和滑动区，由此提出基于力矩值估计的摩擦补偿方法；在设定指令加速度后，基于命令力矩值的摩擦力矩模型，不需要测量速度就可以补偿工作台进给系统中的摩擦。同时，考虑到参数的不确定性，设计非线性摩擦自适应控制方案，对其稳定性进行理论证明。在交流伺服工作台进给系统上对基于摩擦力矩值估计的自适应前馈补偿方法进行验证。试验结果表明，基于预滑—动态摩擦力矩估计模型的自适应前馈补偿方法能实现在不同指令加速度下对期望轨迹的跟踪，并能大大提高系统的跟踪精度。

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全挂车形式叉车悬架弹性结构的优化设计

王勇;赵永平;丁渭平

. 2007, 43(10): 181-186.

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针对全挂车叉车原始样车的设计特点进行分析，指出原始设计的主要不足之处，提出一个旨在改善其高速行驶稳定性的悬架弹性结构修改方案。进而，将优化设计原理应用于悬架弹性结构的匹配设计领域。基于车辆系统的动、静力学分析，结合对整车高速行驶稳定性影响因素的讨论，建立相应的优化模型并进行求解，从而确定出能够满足整车高速行驶稳定性设计要求的悬架弹性元件的最佳刚度特性。最后，对优化设计的有效性加以检验。一方面，建立悬架系统与整车匹配分析的功能虚拟样机，对全挂车叉车在高速拖行状态下的稳定性进行仿真，结果表明：经过优化设计的全挂车叉车，其高速行驶稳定性获得了明显提高。另一方面，以优化设计结果为指导，完成了新一轮样车试制，并在实际道路条件下对优化前、后的样车进行高速拖行稳定性对比试验，结果同样表明：针对悬架弹性结构的优化设计，的确可改善整车的高速行驶稳定性。

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具有独立温控单元的模具温控凝固成形装置的研制

游东东;邵明;周照耀;叶宏克

. 2007, 43(10): 187-190.

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为深入研究模具温控凝固成形工艺，研制出一种柱状件成形的试验装置，包括成形模具和温度测控系统。设计独立的加热及冷却温控单元各8组，均匀分布在模具中，加热单元采用16根远红外加热管，模具冷却采用冷却水管道强迫对流方式进行，模壁内的冷却管道通过机加工完成。使用8个位于模具不同位置的热电偶检测成形过程中熔体的实时温度，系统根据数据采集模块采集到的温度数据，输出控制信号分别控制各加热及冷却单元的通断，从而实现模具温度的自动控制。流程控制通过基于工控组态软件MCGS开发的应用系统实现，可进行整个过程的温度数值、曲线显示及报警、循环策略控制。数值模拟与成形试验的结果表明，计算值与试验值之间的误差基本在8%以下，零件内部成形质量较好，无缩孔等缺陷。

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基于循环J积分的压力容器疲劳寿命预测的数值模拟

金志江;韩树新

. 2007, 43(10): 191-195.

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开发出一种基于三维弹塑性循环J积分( J)的压力容器疲劳寿命预测的数值模拟技术。对1台含内壁纵向表面裂纹的实物压力容器进行有限元数值模拟计算和试验测试，结果显示：初始椭圆形表面裂纹在疲劳扩展过程中形状逐渐趋圆并保持圆形继续扩展。裂纹疲劳扩展过程是一个非等速的扩展过程，扩展速度呈现越来越快的趋势。基于J的疲劳寿命预测的数值模拟结果较之基于应力强度因子幅K的结果具有更高的精度，满足工程要求。该技术对于在役含缺陷压力容器的疲劳寿命预测具有重要的应用价值。

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自由浮动柔性双臂空间机器人系统的动力学控制

王从庆;张承龙

. 2007, 43(10): 196-200.

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基于假设模态法对柔性连杆的变形进行近似描述，采用拉格朗日方程分析柔性臂的动力学关系，忽略高阶弹性振动模态，根据柔性双臂和物体的动力学方程、末端约束关系以及系统的动量守恒原理，推导一种自由浮动柔性双臂空间机器人闭链系统的动力学模型。针对系统柔性状态的高频特征，采用奇异摄动法将该系统模型分离为慢变和快变两个子系统，对二者分别采用滑模变结构控制和非线性PD控制，保证刚性、柔性状态输出达到要求，由此得到的组合控制使得系统能较好地跟踪期望的轨迹，抑制弹性振动，并减小对本体运动的影响，内力、内力矩均能平稳跟踪期望值。最后进行数字仿真，验证上述方法的有效性。

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Cu颗粒增强复合钎料钎焊接头的蠕变断裂及强化机理

闫焉服;冯丽芳;纪莲清;闫红星;于华

. 2007, 43(10): 201-205.

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测定不同应力和温度下Cu颗粒增强复合钎料及基体钎料钎焊接头蠕变寿命，分析Cu颗粒增强复合钎料及其基体钎料63Sn37Pb钎焊接头蠕变断裂机理。结果表明：Cu颗粒增强复合钎料钎焊接头蠕变寿命优于基体钎料。Cu颗粒表面金属间化合物形成及Cu颗粒对富Pb层阻碍作用是复合钎料钎焊接头蠕变性能改善的主要因素。钎焊接头铜基板上一薄层富Pb相的形成是蠕变裂纹产生的根源。

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基于非齐次泊松过程的拖拉机发动机使用可靠性

敖长林;李一军;闫相斌;褚芳芳

. 2007, 43(10): 206-210.

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进行发动机故障跟踪试验，得到发动机现场使用的故障数据。基于随机过程的理论，用非齐次泊松过程建立发动机故障过程数学模型，包括模型的假设检验，并给出故障过程模型的参数估计。研究发动机的故障间隔时间和故障强度函数之间的数学表达式，定义故障过程改善和故障过程劣化的概念，导出故障过程改善和故障过程劣化与故障强度函数之间的关系，得到发动机使用初期的故障强度曲线，给出发动机平均故障间隔时间的估计值。研究结果能为提高发动机可靠性、维修性和维修策略提供参考依据，同时对研究机械系统之间故障的相关性奠定理论基础。

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基于遗传规划方法的汽轮机转子钢热脆化性能预测

张胜寒;范永哲;陈颖敏

. 2007, 43(10): 211-214.

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在汽轮机转子钢热脆性无损检测技术的开发中，将遗传规划法应用到30Cr2MoV钢韧脆性转变温度预测模型的建立中，以提高检测精度。把材料的脆性转变温度作为预测模型的因变量，将单环动电位再活化法测得的峰值电流密度、电解液温度、材料的化学成分参数(J参数)、材料中Cr质量分数、S质量分数、材料的维氏硬度和晶粒度作为自变量，将因变量和自变量的试验测定结果分为训练样本数据和检验样本数据。依据训练样本数据，经过遗传规划法求得最优预测模型，并用检验样本数据对所得的预测模型进行检验。结果表明：所得模型的预测误差为±20 ℃，精度较高。因此可以将遗传规划法应用到汽轮机转子钢预测模型的建立中。

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空调器室外机上下并联轴流风机系统的气动及声学特性

欧阳华;田杰;吴亚东;郑志明;盐地纯夫

. 2007, 43(10): 215-220.

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采用粒子图像测速技术和计算流体力学方法对空调器室外机上下并联轴流风机系统的气动和声学特性进行研究。研究发现，上下并联轴流风机系统的离散频率噪声的基频和高次谐波频率均不等于任何一个单体叶轮的基频及其高次谐波分量，而是正比于上下叶轮频率差的整数倍。上下叶轮间的流场干涉对于总声压级和噪声频谱特性均无明显影响。采用基于CFD的叶片尾缘涡脱落噪声预测方法计算的总声压级误差小于3 dBA，可满足工程应用要求。

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一种计算步行式底盘局部结构载荷的优化方法

韩军;高德平;金海波;陈高杰

. 2007, 43(10): 221-226.

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为确定步行式底盘局部结构在作业时的最大受力状态，对底盘结构进行强度设计，建立底盘和局部受力结构在作业状态下包含所有位置自由度参数的力学分析模型，提出一种基于响应面法求解底盘局部结构载荷的优化分析模型。用两级优化模型对局部结构的最大受力状态进行优化：第1级优化模型用逐步二次规划法找到局部结构在给定位置参数下的最大受力状态，然后通过正交试验设计构造出局部结构界面最大受力状态与位置参数之间的响应面函数；第2级优化模型用遗传算法求解响应面函数的最大值，并通过二分法不断缩小位置参数的搜索空间，提高响应面函数的逼近水平。研究表明，该优化方法是解决复杂结构系统中多变量优化问题的有效手段，并为步行式机构设计提供理论依据。

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基于遗传算法的旋转机械故障诊断方法融合

刘占生;窦唯;王东华;王晓伟

. 2007, 43(10): 227-233.

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针对任何单一性质故障特征、单一诊断方法难以实现在整个故障状态空间上准确诊断的局限性，提出基于遗传算法的旋转机械融合诊断方法。该方法能有效利用各种不同性质故障特征和不同诊断方法，使其发挥各自的优点，从而提高诊断的准确率。针对不同特征利用遗传算法将神经网络诊断和人工免疫诊断方法融合起来，使每一个诊断方法都在其优势空间区域发挥作用，使用小波包能量特征和双谱特征对两种诊断方法训练后，用遗传算法优化诊断融合权值矩阵对旋转机械进行实例诊断结果表明，该融合诊断方法能有效地提高故障诊断的准确率，并能提高诊断系统的鲁棒性。

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高压子母叶片泵流量均匀性

那焱青;王峥嵘;李少年;那成烈

. 2007, 43(10): 234-238.

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针对液压用油的可压缩性，研究高压子母叶片泵流量均匀性及其改善的办法。对液压传动领域中传统的忽略油液可压缩性的理论瞬时流量公式进行修正，建立考虑油液可压缩性时的理论瞬时流量数学模型，绘出理论瞬时流量波形图，计算出流量不均匀系数。通过研究泵的工况参数变化与流量不均匀系数的关系，确定影响高压子母叶片泵流量均匀性的主要因素是油液的体积弹性模量、泵的工作压力、转速和阻尼的结构型式及参数，而不是排油腔几何容积变化率的不均匀性。研究结果表明，选择合适的阻尼结构型式及参数，使工作腔在预升压过程中，由机械闭死压缩、阻尼倒灌及吸油区叶片伸出耗油而产生的瞬时损失流量在时域上叠加，并将叠加后的幅值近似为常值，可有效地改善泵的瞬时流量均匀性。

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2007年, 第43卷, 第10期　
刊出日期：2007-10-15

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