机械工程学报

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周祖德;龙毅宏;刘泉

. 2007, 43(5): 1-7.

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指出基于通用PC的数控技术存在系统资源与需求不匹配、操作系统不适应于实时控制、系统的核心硬软件不具有自主知识产权等问题，认为嵌入式技术是网络数控技术与系统未来发展的方向之一。提出一种基于嵌入式技术的网络数控系统硬件和软件体系，开发与仿真环境。硬件结构由显示及输入装置、嵌入式数控单元、嵌入式可编程序逻辑控制器、嵌入式伺服控制模块、高速现场总线和以太网共同组成，软件体系结构由控制与运算软件、组态软件模块、嵌入式操作系统、辅助设计系统和控制仿真系统组成，能够实现基于通用PC数控系统的所有功能。规划了嵌入式网络数控软件自动生成与辅助开发过程，以及嵌入式可编程序逻辑控制器辅助开发与软件生成过程。提出嵌入式新型网络数控系统中央数控单元硬件实现方案，搭建起中央数控单元先进精简指令集处理器和数字信号处理器的软件架构。基于嵌入式技术的网络数控系统的最大特点是中央数字控制单元不再是一个通用的计算机系统，而是一个嵌入式计算机系统，不但运算能力强、结构灵活和成本低廉，而且具有通用性强、可组合、易扩展、可伸缩和开放性等特点。

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基于四元数的台体型5SPS-1CCS并联机器人位置正解分析

黄昔光;廖启征;李端玲;魏世民

. 2007, 43(5): 8-13.

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提出一种台体型5SPS-1CCS并联机器人机构，并对其位置正解进行分析。首先基于四元数建立并联机构位置正解的数学模型，然后应用Mourrain簇理论对模型解的个数进行理论分析，得出该并联机构位置正解上限为80，并应用同伦连续法进行数值演算，给出该机构全部80组位置正解，证明该机构位置正解上限是可以达到的。求解过程中，将四元数运算转化为矩阵运算，将数学模型中的4个二次方程转化为双线性方程，降低方程组的Bezout数，从而减少跟踪路径数目，提高计算效率。最后给出数字实例，分析结果表明计算方法简洁，具有一般性，适合其他并联机构的位置正解分析，为此类机构的尺度设计、路径规划和控制提供了理论依据。

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小波多分辨率造型中基于能量法约束条件的处理

殷金祥;沈利冰;陈关龙;林忠钦

. 2007, 43(5): 14-18.

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针对小波多分辨率造型中的约束问题，结合能量法实现小波编辑过程中约束的处理。由于B样条曲线曲面的线性约束条件可用与其相关的控制点来表示，而不同分辨率层的控制点又可以通过小波变换的方法进行相互转换，由此可将不同分辨率层的约束条件转换并影射到最高分辨率层。再利用小波多分辨率特性结合能量法对约束条件进行转换。在处理最高分辨率层的信息时，由于小波基和原始B样条基的等价关系，可以选用反映曲线大致走向的底层基函数及其控制顶点作为初值进行迭代计算，此时由于系统的自由度少因而迭代速度就变得很快，利用这种方法可以大大提升计算速度。

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不同形式高速离心叶轮内部流动的数值模拟

崔宝玲;朱祖超;林勇刚;陈鹰

. 2007, 43(5): 19-23.

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为分析叶轮结构对于叶轮内部流动的影响，对8叶片的闭式和半开式两种形式低比转速高速离心复合叶轮进行研究。采用S-A湍流模型和雷诺时均N-S方程，对叶轮内部的流动进行三维紊流数值计算和分析，并对离心泵进行试验研究。数值计算结果表明，两种形式叶轮内部都存在回流，其中半开式叶轮内部的回流区域较少，液流在间隙里的相对流动大致为圆周方向；叶轮内部的静压力都是由叶片进口到出口逐渐升高，等静压曲线几乎是沿圆周方向，半开式叶轮叶片顶部的静压力低于相应位置根部的静压力，闭式叶轮出口的压力系数高于半开式叶轮。试验结果表明，半开式叶轮离心泵的效率较高，说明叶轮内部的回流是影响离心泵性能的重要因素。

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基于遗传算法的行为结构分组创新

金熙哲;郭为忠;王玉新;邹慧君

. 2007, 43(5): 24-28.

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针对执行系统概念设计过程前期阶段的计算机辅助实现是一个难题的现状，将遗传算法引入执行系统概念设计的行为结构分组创新。将行为集合分解为相互矛盾的行为和相容行为，相互矛盾的行为数决定基因串各段规模，相容行为数决定基因串段数，构成行为结构的基因串编码方法。基于行为分组评价规则，定量化形成目标函数并构造适应度函数，通过设定的基因操作，实现行为分组的计算机优化，达到行为结构的变型创新。算例分析表明所提出方法的有效性，有助于实现执行系统的计算机辅助概念设计。

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产品功能模块划分方法

高飞;肖刚;潘双夏;陈久军;张元鸣

. 2007, 43(5): 29-35.

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在新产品开发中，合理有效的功能模块划分对于设计师独立地寻求更多功能新解有着重要意义。通过深入分析影响产品模块化的内因和外因，提出产品功能模块划分的功能准则和需求准则，建立基于广义有向图和改进质量屋的准则形式化和量化模型，给出基于模糊聚类的模块划分步骤，建立基于耦合度的模块划分方案评价数学模型。最后以摩托车盘式制动器的功能模块划分为例，说明上述方法的应用及有效性。

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微通道中液氮的流动沸腾——两相流动压降分析

齐守良;张鹏;王如竹;徐学敏

. 2007, 43(5): 36-43.

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对液氮在直径为0.531 mm，加热长度为250 mm的圆管中的流动沸腾压降和传热特性进行研究。作为第一部分，主要对微通道中液氮的两相流动压降进行试验研究与分析。结果表明：在核态沸腾起始时，质量流量迅速降低，而压降突然增大，并伴随着明显的温度滞后，幅度约为4.0～5.0 K。由于压降很大，在微通道内液氮的两相流动中会出现闪蒸，从而对质量干度产生重要影响。最后，利用均相模型和三个两相流动模型(L-M模型，Chisholm B系数模型和Friedel模型)对微通道沿程压降进行分析和比较。不同于常规通道的是，均相模型可以很好地预测压降试验结果，而三个两相流动模型的预测偏差较大，这是由于在微小通道中的高速流动情况下，汽相和液相混合比较均匀；同时液氮的液汽密度比很小，这也有利于均相模型的预测。

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双臂弹性单腿机器人的垂直跳跃控制

何广平;谭晓兰;张向慧

. 2007, 43(5): 44-49.

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提出一种新型弹性单腿跳跃机器人系统，该机器人由两个驱动臂和一个弹性被动伸缩腿组成，系统只能依靠内部动力学耦合实现动态站立平衡、起跳、稳定连续跳跃运动。给出系统机构模型，分析该系统的变约束特征。该机器人系统在支撑相是二阶非完整约束系统，在飞行相是一阶非完整约束系统。针对这种欠驱动非完整约束动力学系统，采用时变非线性输入变换，提出一种实现垂直方向连续跳跃的运动控制算法。以控制腿部的姿态和振动规律、系统动量为目标实现机器人的全状态稳定控制。通过计算仿真模拟，验证提出的运动控制方案是可行的。该研究以探索弹性欠驱动机械系统振动能量循环利用技术为目标，研究结果对设计新型弹性欠驱动机械系统以及探索它在航天领域的应用具有一定参考价值。

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面向新产品协同开发的供应商规划与选择

侯亮;韩东辉;温志嘉

. 2007, 43(5): 50-56.

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选择合适的供应商并根据企业产品开发的需求确定其合适的参与时机和参与程度，是跨企业产品协同开发中供应商选择的关键问题。产品结构特征、企业资源和供应商资源的分类及其之间的关系是影响供应商参与时机和参与程度的重要因素。基于此，给出产品创新程度、零部件以及所需参与供应商的定义，提出基于“之”字映射的产品 / 供应商定义模型和算法。在综合考虑物料供应和新产品开发的基础上，从供应商满足和超越客户需求能力、参与开发风险及可信度四个方面定义了满意度、柔性度、风险度和信任度指标模型，并提出供应商选择的过程模型和方法。给出客车新产品研发过程中的供应商评估和选择的实例。

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基于计算机数字控制弧齿锥齿轮加工机床的准双曲面齿轮的制造

苏智剑;吴序堂

. 2007, 43(5): 57-63.

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基于五轴联动数控铣齿机的概念模型，提出一种新的加工准双曲面齿轮主动设计齿面的切齿原理。推导出相应的切齿啮合方程、工件齿面二阶参数展成控制方程和工件齿深控制方程，并给出机床运动函数、刀盘中心速度以及刀尖半径的具体求解方法。在求解过程中，不涉及刀盘中心加速度以及更高阶运动参数的计算，可简化求解过程。使用该切齿原理进行切齿时，可在有效保证齿深的前提下，在切齿加工过程中实现对沿工件齿面设计接触迹线切矢和切齿接触线切矢两个方向上齿面二阶参数的精确控制。同时，该切齿加工理论还可以推广到其他多种复杂点啮合齿面的加工过程中。

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质量功能配置方法中模糊信息建模

任朝晖;宋乃慧;李小彭;闻邦椿;陈以增

. 2007, 43(5): 64-68.

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基于在产品设计过程中，质量功能配置所需要的大部分输入信息通常都表现为人的判断、认识和评估等，具有模糊化和语言化的特点，阐述质量屋模糊信息建模的核心思想，提出顾客需求模糊合成及产品规划质量屋模糊建模的算法。应用模糊扩展原理将传统的质量屋理论与方法扩展到模糊领域中，详细论述最基本输入信息模糊合成建模、顾客满意水平模糊评价模型、关联矩阵和自相关矩阵模糊相关程度建模、工程特性权重模糊建模等模糊信息的建模过程，从而能够有效地处理各种模糊、定性的信息，在模糊环境下做出有意义的决策。

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基于通用型线的涡旋压缩腔几何模型

强建国;刘振全

. 2007, 43(5): 69-73.

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根据对应的节线类型把压缩腔分为a、b两类，定义涡旋压缩腔的宽度、长度和法面面积，用解析法建立以型线、压缩腔形状变化、生命周期和压缩腔数综合的涡旋压缩腔几何模型，分析压缩腔的宽度、长度、面积、体积、质心、啮合点的曲率半径等几何特性。研究表明：所建立的几何模型能真实反映压缩腔的形成、变形、破灭等过程，表征涡旋压缩腔的运动特征，可对压缩腔几何特性进行全面分析，是涡旋压缩腔几何学、运动学、动力学、热力学、仿真等研究以及设计的基础；Ⅲ类型线的压缩腔变化过于复杂，Ⅱ类型线的压缩腔变形及动力特性稳定，Ⅰ类型线的压缩腔变形效率高，加工相对容易，因此实践中宜采用以Ⅰ类型线为基础而中心啮合部分为Ⅱ类型线的组合型线。

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基于固有频率变化的两焊点接头的疲劳损伤参量

王瑞杰;尚德广;沈通;李力森;阎楚良

. 2007, 43(5): 74-79.

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使用有限元软件ABAQUS分析两焊点拉剪试样在疲劳裂纹扩展过程中的动态响应，研究固有频率随裂纹面积的变化。将裂纹截面积作为损伤面积，确定损伤与固有频率变化率的关系。利用损伤力学中损伤随寿命的演化规律，对疲劳损伤达到一定程度的试样进行疲劳寿命预测。结果表明，此损伤参量能较好地描述双焊点结构的疲劳破坏过程。

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容栅磁翻柱液位计中电容传感器的数值仿真及试验

张涛;刘星汛

. 2007, 43(5): 80-84.

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以容栅磁翻柱液位计的单个电容传感器为研究对象，分别用远场单元法和Trefftz有限元法对具有开放边界的静电场建立数学模型，并在此两种模型的基础上，运用ANSYS软件分析容栅磁翻柱液位计在工作中由于磁翻柱翻转引起的电场变化，计算出电容传感器中电极板间的电容变化量。将运用两种方法仿真所得到的结果与试验测试值进行比较，发现用Trefftz有限元法所得仿真值的相对误差只为3.3%，从而验证了运用Trefftz有限元法处理具有开放边界条件的静电场问题是一种有效而精确的方法。

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基于粗糙集神经网络的产品族配置性能预测方法

王忠浩;邵新宇;张国军;冯常学

. 2007, 43(5): 85-90.

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模块化产品族设计是面向大规模定制设计的支撑技术。为了加快对动态变化的个性化需求的响应速度，提出基于粗糙集神经网络的产品族配置性能预测新方法，以通过产品族中典型产品变型的历史数据挖掘来预测新产品变型的基本性能，给出产品族配置性能预测定义和目标；提出层次化的产品族表示模型，并用数学方法对配置过程和配置对象进行规范描述；给出基于粗糙集神经网络的配置性能综合预测框架和基本步骤。该方法能够复用所挖掘的配置知识和配置规则，减少试验环节工作量，且能将性能预测值作为衡量是否满足最终客户需求的基本依据，以评价配置的合理性。最后以某模块化新型号冰箱产品族为实例进行验证。

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动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数

戚社苗;耿海鹏;虞烈

. 2007, 43(5): 91-98.

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采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程，给出动压气体轴承动态刚度和动态阻尼系数普遍适应的计算方法。进行有限元数值仿真，计算动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数，并重点研究轴颈扰动频率和不同轴颈扰动频率下的轴承静态载荷及轴承数对这些系数的影响。从理论上解释动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数与轴颈扰动频率的密切相关性。

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基于案例推理和事物特性表的零件工时估算方法

杨青海;祁国宁;黄哲人;郑克勤

. 2007, 43(5): 99-105.

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零件工时估算结果是确定产品交货期和编制复杂ETO产品粗生产计划的重要参考依据。分析零件工时定额的确定方法和用于零件工时估算的事物特性表的构建方法，提出零件工时估算的相似性机理与过程模型，给出基于事物特性表的相似零件识别方法，以提高用于工时估算的参考零件选择的合理性和准确性。在此基础上，提出一种基于案例推理和事物特性表的零件工时估算方法。以某企业工业汽轮机主轴的机械加工工时估算为例，对所提出的估算方法进行验证，并对估算误差进行分析。

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装载机载质量动态测量偏载问题

王伟;王田苗;赵洪明;魏洪兴

. 2007, 43(5): 106-110.

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在分析已有装载机载质量测量动力学模型基础上，针对偏载的动态补偿问题进行分析。首先对物料偏载状态下的铲斗进行受力分析，给出铲斗水平时偏载的静态计算方法；然后通过动态力矩平衡分析建立起偏载补偿量与转斗液压缸活塞杆行程、铲斗倾角的函数关系式，从而给出当铲斗处于任意倾斜状态时偏载量的动态补偿方法；最后采用自行研制的装载机载质量测量系统分别对物料无偏载、物料存在偏载但不进行补偿，以及物料偏载并进行动态补偿三种情况进行了对比试验。试验结果表明，经过偏载补偿可以获得与理想状况即无偏载时近乎相同的测量结果，即测量误差可以稳定在1%以内，从而验证了理论分析的正确性。

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基于最少拍无波纹的零相位误差跟踪控制在精密直线位移装置中的应用

颜菡;王先逵;段广洪

. 2007, 43(5): 111-115.

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为使精密直线位移装置控制系统的输出响应能够准确而且快速地跟踪输入指令，同时消除由直接驱动带来的负载扰动、切削力波动等因素对系统性能造成的不利影响，针对用于非圆截面零件数控车削的精密直线位移系统，提出一种基于最少拍无波纹控制的零相位误差跟踪控制 (Zero phase error tracking control，ZPETC)方案。该方案既能消除不稳定零点导致的系统相位误差，又能提高系统的响应速度。仿真结果表明，基于最少拍无波纹控制的ZPETC方法，有效地改善系统的跟踪性能。系统对于正弦信号的稳态跟踪误差可以达到±0.5 μm，其阶跃响应准确且速度快。与一般精密直线位移装置的控制方法相比，此方法能提高系统的跟踪精度，同时具有良好的抗干扰能力，具有广泛的应用前景。

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电热驱动镍微夹钳的设计及制作

褚金奎;郝秀春;王立鼎

. 2007, 43(5): 116-121.

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为实现微系统产业化开发适用于微型零件操作和装配的微夹钳，采用电热驱动方式、V形梁阵列式电热驱动器为钳体部分提供输入位移，钳体部分应用拓扑优化方法进行设计以实现输入位移放大。金属镍作为制作微夹钳的材料，用紫外光刻微电铸脱模技术工艺制作了电热镍微夹钳。通过正交试验，得到加工SU-8铸模的最优工艺参数，对影响工艺质量的各个因素进行详细讨论并给出解决方法，并加工出了钳体尺寸在毫米量级，最小特征尺寸为10 μm，厚度为30 μm的电热微夹钳。对制作的微夹钳在0～2.5 V直流电压下进行动态测试，夹持端位移最大可达67 μm，最大夹持力可达0.8 N，可以满足微机电系统微操作的夹持要求。

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基于动力学模型的指尖密封迟滞特性

雷艳妮;陈国定

. 2007, 43(5): 122-126.

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由若干元件构成并且应用于发动机气路密封和主轴轴承腔密封的指尖密封系统，因其结构和工况条件复杂，以往在指尖密封迟滞特性研究中均未能考虑转子高速运动状态影响的问题。针对这一情况，通过有限元仿真试验，分析指尖密封系统动力学参数与指尖密封结构工况参数之间的关系，在此基础上等效建立指尖密封系统质量—弹簧刚度—阻尼动力学模型，实现指尖密封系统动态迟滞特性的分析。研究结果表明，较之静态情况，动态条件下指尖曲梁的径向跳动量和指尖密封的迟滞量均有较大程度的增加，这同时证明进行指尖密封动态迟滞特性分析的必要性。所提出的将实际工程系统转化为可控数学系统进行研究的思想，为类似指尖密封这样的复杂系统相关研究工作(比如多目标优化研究)提供有价值的思路和条件。

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基于内流场数值模拟的微湍流发生器机械结构优化设计方法

杨健;肖宗亮;邓嘉胤;王乐勤;杨旭

. 2007, 43(5): 127-132.

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根据微湍流发生机理，探讨微湍流发生器内浆料悬浮液的微湍流特性和衡量指标。以纸浆为介质，通过引入合理的纸浆纤维流动假设来建立数学模型和控制方程。将微湍流强度和湍流尺度等作为目标值，提出基于计算流体动力学(CFD)数值模拟的微湍流发生器机械结构优化设计方法，并将其应用于圆变方管束型和阶梯扩散型两类结构形式，进行性能比较研究。研究结果表明：阶梯扩散型微湍流发生器的性能要优于圆变方管束型结构形式，算法和结论可用于指导微湍流发生器的具体结构优化设计。

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立方氮化硼超硬磨料与45钢钎焊接头残余应力有限元分析

丁文锋;徐九华;周来水;傅玉灿;肖冰;苏宏华

. 2007, 43(5): 133-137.

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针对立方氮化硼(CBN)超硬磨料高温钎焊冷却过程中可能产生较大热应力而导致磨粒破碎和接头断裂的问题，利用弹塑性有限元法对Ag-Cu-Ti合金钎焊CBN磨粒与45钢基体时接头的残余应力进行模拟分析。结果表明；磨粒球体内部中心轴线、中心平面半径方向以及磨粒与钎料顶层圆形断面半径方向是磨粒内部残余应力变化最显著的区域，而圆形断面边缘部分为磨粒内部最大残余拉应力的存在区域。试验验证有限元分析结果与测试结果基本一致。基于磨粒内部的最大残余拉应力，为确保焊后磨粒强度和钎焊砂轮容屑空间，CBN磨粒在钎料层中的包埋深度宜控制在30%～40%之间。

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三轴数控侧铣空间刀具半径补偿算法

胡自化;张平;杨冬香;徐宏

. 2007, 43(5): 138-144.

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通过深入分析三轴数控侧铣加工的特点，利用几何平面投影原理，采用平面轮廓刀具半径补偿算法推导的类似方法，建立三轴数控侧铣加工的空间刀具半径补偿算法。将三轴数控侧铣加工的空间刀具半径补偿归纳为三种转接过渡类型处理，通过加工平面的投影相交求出空间两相邻程序段的过渡转接点坐标分量x、y，然后通过逆投影计算转接点的第三分量z，从而推导出各类型转接点的坐标计算公式。基于UG平台编写了三轴数控侧铣刀具补偿仿真软件，模拟和铣削加工实例结果表明所建立的三轴数控侧铣加工空间刀具半径补偿算法正确有效。基于该算法的空间刀具半径补偿G指令将可避免由于刀具磨损和刀具更换导致的三轴侧铣数控代码重生成。

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钻柱结构与井壁岩石互作用下系统耦合非线性动力学研究

朱才朝;冯代辉;陆波;杨迎新

. 2007, 43(5): 145-149.

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在石油钻井过程中，钻柱的运动过程相当复杂，不仅存在纵向、横向和扭转振动，而且还与井壁发生随机接触碰撞。在考虑钻头与岩石互作用随机载荷以及钻柱与井壁接触碰撞随机载荷作用下，建立实态工作状态下钻柱与井壁互作用下钻柱系统纵向、横向、扭转耦合非线性动力学模型，研究高度耦合非线性动力学模型的数值计算方法，探讨钻柱在钻井过程中运动规律、力学性能，为实态工作工况下钻柱系统耦合非线性动力学奠定理论基础，具有重要的理论意义和学术价值。

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基于Wigner-Ville分布和Wavelet时间尺度的飞机非平稳抖杆背景声分析

程道来;仪垂杰;郭健翔;姚红宇;杨琳;钟民主

. 2007, 43(5): 150-154.

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飞机黑匣子中舱音记录器记录的舱音主要是由话语音、噪声和具有不同物理意义的背景声组成的复杂混合体，增加了舱音分析的难度，用传统的辨听和分析方法难以解决舱音特征等技术难题。以舱音记录器记录的抖杆背景声为例，针对传统Fourier变换的一次型时间/频率和短时Fourier变换的二次型能量在舱音辨听、分析的不足，将Wigner-Ville时频和Wavelet时间尺度引入到飞机舱音分析中，扩展了舱音分析方法。对比分析结果表明：平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)及其时频分布的重排具有高的时频分辨率、时频凝聚性，而且没有交叉项干扰，适合分析非平稳舱音背景声；同时，离散小波变换的时间尺度分析技术确定抖杆背景声基频频率及位置，为获得非平稳舱音背景声特征提供一种值得借鉴的途径。

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基于高频微幅振动的微切剖操作器设计

李剑锋;吴光中;费仁元;刘德忠;杨小勇;管长乐

. 2007, 43(5): 155-160.

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提出一种基于高频微幅振动的微切剖操作器，其微动机构采用具有3个纯移动自由度的3-RUU并联机构，机构的动平台安装有PZT高频微幅振动单元，固联于振动单元的操作针可在跟随机构动平台作较大范围运动的同时通过PZT单元的高频微幅激励实现微切剖操作。建立3-RUU微动机构的尺寸型模型，绘制描述机构尺寸参数组合与机构性能关系的性能图谱并根据性能图谱设计微动机构的运动学参数。利用有限元法对微动机构的静、动态性能进行分析，并进一步确定微动机构及驱动单元的结构参数。基于得到的运动学及结构参数制作操作器原型，该原型可作为显微切剖操作试验系统的一个基本单元。

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激光制造中载气式同轴送粉粉末流场的数值模拟

靳晓曙;杨洗陈;冯立伟;王云山

. 2007, 43(5): 161-166.

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应用气固两相流理论对载气式同轴送粉系统中粉末流出送粉喷嘴后的粉末流场进行模拟计算，研究分析粉末流场浓度分布规律及粉末流参数(聚焦焦距和聚焦半径)的变化规律，计算结果与数字粒子图像测速的试验结果吻合较好。结果表明，载气式同轴送粉系统中，送粉喷嘴结构参数一定时，粉末流浓度和粉末流参数受送粉量及送粉气流量的影响。送粉气流量主要影响送粉喷嘴出粉口处粉末流的速度，对粉末流浓度分布和粉末流聚焦参数影响较小；送粉量增加，聚焦点处浓度值增大，粉流聚焦焦点略微下移，焦距处半径增大，聚焦焦深减小。建立粉末流简化物理模型，所建模型对同轴送粉喷嘴的设计和性能优化具有参考价值。

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具有不等定位公差约束的轴线特征变动建模及其实现

叶晓平;刘玉生

. 2007, 43(5): 167-174.

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结合运用自由度和变动思想，给出轴线基于自由度变动的数学表示。研究变动建模的约束条件，以此为基础详细研究当轴线特征两端给定的定位公差要求不相等时的各种变动建模方法，准确地表示轴线公差约束的语义。针对在三维CAD系统中实现变动建模效率低的情况，研究基于区域分割算法和预计算处理的高效变动轴线建模实现方法，最后给出应用实例分析。

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自由曲面模型全局美化技术

范树迁;李江雄;柯映林

. 2007, 43(5): 175-181.

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利用可微流形的无穷小变形技术，实现紧公差约束下对点云逼近的多张B-样条曲面的全局美化。根据微分流形上的Beltrami-Laplace算子，定义反映曲面整体形状变化的变形能量泛函，并得到泛函的唯一极小解。给出两张单节点B-样条曲面间G1连续的充要条件以及公共边界曲线控制顶点的本征方程，并利用局部格式构造整体收敛的G1光滑拼接的边界表示模型获得变形映射族的特解。特解的构造不可避免地导致模型在缝合区域的形状产生局部瑕疵，影响反求模型的保形性。通过特解来构造能量泛函的极小解，使得这类似应力集中的效应被逐步松弛到曲面的内部，从而改善模型的整体形状。应用实例揭示自由曲面的全局美化技术在反求工程中的意义。

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La2O3对电火花沉积TiC4涂层微观结构及抗磨性能的影响

程西云;石磊

. 2007, 43(5): 182-186.

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探讨电火花加工方法制作TiC4陶瓷涂层工艺，制作表面改性用电极，分析电极参数及加工工艺参数对涂层性能的影响，在45钢基体上制作了TiC4陶瓷及稀土氧化镧改性的陶瓷涂层。用X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、分析型扫描电镜(Analysis scanning electron microscope, ASEM)对涂层组成、组织形态进行分析，并在HQ-1型摩擦磨损试验机上对涂层摩擦学性能进行研究。结果表明：利用电火花沉积工艺可在钢基体上制作TiC4陶瓷涂层，电极中加入适量氧化镧对涂层组织有改善作用，稀土的加入使得涂层组织缺陷减少，涂层的致密度得到提高；当稀土氧化镧的添加质量分数为0.5%时，涂层的耐磨性能提高了3倍，摩擦因数降低了10%；添加过多的稀土对改善陶瓷涂层性能反而不利，涂层的组织缺陷增加，表面粗糙度也随之增大，耐磨性能降低。

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复杂结构塑性极限分析的修正弹性补偿法

陈立杰;刘应华;杨璞;徐秉业

. 2007, 43(5): 187-193.

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弹性补偿法(ECM)是结构塑性极限载荷分析中一种简单有效的方法，但对复杂结构其计算结果往往存在较大误差。采用Banach不动点原理，分析ECM法计算下限极限载荷时存在的收敛性问题，指出只有在弹性模量迭代序列满足压缩映射条件时，才能得到极限载荷的较好逼近值，从而提出复杂结构极限分析的修正弹性补偿法(KtECM)。该方法采用一种结构主要承载单元的弹性模量迭代序列均满足压缩映射条件的迭代方法，并引入与结构应力集中系数相关的调整因子，给出名义应力的较为合理的定义方法，建立调整因子与应力集中系数之间的关系式。典型复杂结构的极限载荷分析计算表明：KtECM具有简单、高效、易于工程应用等优点，能够提高对复杂结构极限载荷的计算精度，调整因子的引入可以起到协调计算精度与时间的作用。

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纳米Al2O3/PS复合材料选区激光烧结成形域及力学性能

郑海忠;张坚;徐志锋

. 2007, 43(5): 194-198.

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在前期研究确认激光功率P和扫描速度v对成形粉末NH1的选区激光烧结(Selective laser sintering, SLS)成形性具有显著性影响的基础上，重点研究P和v对NH1粉末的SLS成形性的影响，研究发现当P较小、v较快时，SLS烧结件结构不致密，强度较低；当P较高、v较慢时，SLS试件容易着火和翘曲变形；只有合理匹配P和v (即处在成形区内)，才能直接制备出变形较小、密度较高的烧结件。同时对相同工艺条件下的Al2O3/PS纳米复合材料与纯聚苯乙烯SLS试件的缺口冲击吸收功进行比较，结果表明纳米复合材料的缺口冲击吸收功提高20%～50%，其最大值达到10.5 kJ/m2。利用场发射扫描式电子显微镜(FE-SEM)对NH1和纯PS(Polystyrene)粉SLS试件的断面进行微观结构分析，结果表明核壳式纳米Al2O3/PS复合粒子改善纳米氧化铝表面与聚苯乙烯极性的差异，纳米Al2O3在基体中分散性良好，且很好地起着增强增韧的效果。

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基于数控加工轨迹泛函的动态控制方

蒋勇敏;许明恒

. 2007, 43(5): 199-203.

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为解决轨迹位置与运动综合控制的难题、研究运动方法实现轨迹的机理，采用泛函分析方法研究轨迹运动复杂的时空关系。设定时间为参数的轨迹泛函就是关于位移的特殊运动方程，其微分方程泛函结构为几何参数泛函与几何参数对时间的导数的组合，将轨迹泛函分为时间参数和空间参数的映射关系，分别研究轨迹的空间和时间关系、简化时间与空间关系、扩展几何参数映射空间。几何泛函由轨道函数确定，其计算可以离线完成。定义几何参数对时间求导的中间变量为参考时间，选择工艺参数为参考时间，以便根据工艺进程控制加工进度。运动规律是几何关系与时间关系的复合，控制运动规律就可以准确实现轨迹的几何性质。提出轨迹控制新方法：控制运动规律实现轨迹，用参考时间控制运动进程。经过试验和仿真，证明该方法能实现几何与运动的综合控制，减少计算次数，提高轨迹精度，增加路径规划对环境的适应能力，是机床轨迹控制的好方法。

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基于均值移位的隐式曲面重建

吴剑煌;刘伟军;王天然;赵吉宾

. 2007, 43(5): 204-209.

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曲面重建是逆向工程的关键技术之一，结合非参统计迭代的均值移位技术，提出一种无需求解大型的方程组，具有良好抗噪能力和运行速度快的隐式曲面重建算法。大量试验结果和实际工程中的应用都表明该算法是一种有效的曲面表达形式，不仅能获得光滑的曲面表示和对破损实体进行修复，而且可以方便地从扫描设备测量得到的点模型构建实体的多分辨率表示和实现模型之间的布尔运算。

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汽车桥壳液压胀形极限成形系数及胀裂判据

王连东;程文冬;梁晨;王建国;崔亚平

. 2007, 43(5): 210-213.

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利用研制的集增压器、冲液器、滑动胀形模具于一体的超高压液压胀形装置，在普通液压机上进行汽车桥壳样件的液压胀形胀裂试验，绘制出液体胀形压力与管坯压缩量不同的匹配关系时(即不同加载路径)的胀形极限图，揭示出极限胀形系数与管坯轴向应变存在线性关系，并与材料断后伸长率有关。给出管坯胀裂时的应变判据及应力判据，即胀裂时管坯壁厚方向的应变等于材料的延伸率，环向应力等于材料拉伸强度的2倍。研究成果能为理论研究及工程应用提供依据。

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空间曲面电火花线切割CAD/CAM系统

任福君;姜永成

. 2007, 43(5): 214-218.

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为解决高速走丝电火花线切割机床加工空间曲面的难题，实现大锥度空间复杂曲面零件的加工，以空间曲面数学模型和数控模型为基础，开发了一种计算机辅助设计/计算机辅助制造(Computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM)系统。其硬件系统以研制的数控转摆摆工作台为核心装置，并与现有高速走丝电火花线切割机床结合，组成空间曲面线切割加工系统。其软件系统可以根据上下导线的参数方程进行分析计算，建立空间曲面的三维模型，自动生成NC加工代码，进行加工仿真和空间曲面零件的加工。利用本系统进行典型空间复杂曲面零件的加工试验，结果表明加工结果与仿真结果基本相似。此外，还分析数控模型以及回摆间隙角对加工误差的影响。这些工作为解决高速走丝电火花线切割加工空间曲面的难题打下基础。

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管材无芯弯曲的最小相对弯曲半径

鄂大辛;宁汝新

. 2007, 43(5): 219-222.

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为了系统研究管材弯曲的变形实质，进行大量管材无芯弯曲试验。结合管材弯曲成形中外侧管壁材料切向受拉的变形现象，分别对可能发生的集中性拉伸失稳和分散性拉伸失稳变形进行分析。给出与管材力学性能相关，且受拉伸失稳约束的最小相对弯曲半径的计算公式，可用于工艺计算，并对管材弯曲成形设计和工艺分析具有一定的参考价值。通过相应的试验分析指出，由于管材制造所形成的残余应变使得材料在管型状态下所表现的力学性能有一定变化，因此管材弯曲作为二次塑性变形，其真实硬化模数及力学性能参数对弯曲过程中材料的失稳变形和最小相对弯曲半径的计算具有重要影响。

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单冗余度机器人避障能力指标的建立及在7自由度冗余手臂上的实践

孙立宁;赵建文;杜志江

. 2007, 43(5): 223-229.

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将判断机器人杆件与环境中物体是否会发生碰撞的问题转化为求解中心线上各点与障碍物表面各点间的最小距离问题，从而用中心线上各点在自运动过程中远离碰撞危险点的距离描述避障成功的概率。中心线上各点避障成功概率的加权均值刻画手臂的避障能力，且只与机构参数和末端操作器位姿有关，是机构固有的性能，将其定义为避障商。位姿工作空间中的每一个点均对应一个避障商，避障商以操作任务在工作空间内分布的概率密度为权值在全工作空间求取加权均值得到全局避障商。全局避障商衡量了机器人在全工作空间内的综合避障能力。作为该避障能力指标的实践，求解一种7自由度冗余手臂在两类情况下的避障商，最后分析杆件长度对全局避障商的影响。

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新的激光快速成形方法及应用

姚山;曾锋;叶昌科;叶嘉楠;金俊泽

. 2007, 43(5): 230-234.

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针对目前主要激光快速成形方法的优缺点，提出一种基于三维实体边界分割的激光快速成形新方法。该方法将叠层实体制造(LOM)法主要进行激光二维轮廓线扫描和选择性激光烧结(SLS)法能够加工多种覆膜粉末材料的优点有机结合，能够克服SLS法加工效率低，成形件致密度、硬度、精度和表面粗糙度等性能较低的缺点。利用自主开发的快速成形系统，采用热像仪测温与Ansys模拟激光能量输入模型相结合的方法对工艺参数进行确定，对基于三维实体边界分割激光快速成形方法进行应用研究，实现三维实体的快速成形及金属零件的快速铸造，并通过无模具快速铸造的手段获得金属齿轮铸件。

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刊出日期：2007-05-15

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