机械工程学报

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谢里阳　王正

. 2008, 44(1): 1-6.

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用于与时间无关的失效模式(例如静强度失效)的失效概率或可靠度计算的“应力—强度干涉模型”已很成熟，但要将干涉分析的概念与方法应用于与时间相关的失效模式(例如疲劳、磨损和腐蚀等)还存在许多困难，即使对于存在不确定性的恒幅循环载荷下的疲劳可靠性问题，目前也还没有像静强度应力—强度干涉模型那样简单、直接、有效的方法及数学模型。在概率统计平均的意义上重新解释传统的两个随机变量干涉分析的基本概念及模型，将干涉模型解释为载荷加权平均模型。具体地讲，就是将应力—强度干涉模型解释、拓展为强度超越(载荷)概率的(载荷)统计加权平均模型，或给定应力下的条件失效概率的随机载荷加权平均模型。这样，传统上只能应用于相同量纲随机变量(例如应力与强度)的干涉模型就可以拓展应用于具有不同量纲随机变量(例如应力与寿命)的情形，例如随机载荷下的疲劳失效概率(寿命小于指定值的概率)或可靠度(寿命大于指定值的概率)计算。应用这样的模型，可以很方便地根据几个确定性恒幅循环载荷下的疲劳寿命分布，预测随机恒幅循环载荷作用下的疲劳失效概率或可靠度。

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水平安装文丘里管低压湿气测量模型

罗翼;张涛;方立德

. 2008, 44(1): 7-12.

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在低压高流速工况下，对文丘里管的湿气测量虚高数学模型进行理论和试验研究。由动量方程出发，推导文丘里管用于湿气测量的理论计算式。在天津大学低压油、气、水三相流试验装置上，对管径比为0.404 8、0.55、0.7的文丘里管进行大量湿气试验，分析压力、滑差及液相含率对文丘里湿气测量虚高的影响，提出一个新的文丘里管低压湿气测量半经验模型公式，达到较高的测量精度。通过对不同管径比的试验数据的分析比较，得出管径比为0.55的文丘里管信号具有较小分散性的结论。

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3-PPSR并联微动机器人静刚度分析

荣伟彬;王乐锋;孙立宁

. 2008, 44(1): 13-18.

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为简化6支链并联微动机器人的复杂结构，减小装配误差，提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构。采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆，使结构紧凑并有利于提高精度。为分析对并联微动机器人精度具有重要影响的静刚度指标，首先求出此类机器人的逆解矩阵及支杆柔性铰链处微小角位移和末端位姿的关系。在此基础上，考虑支杆两端柔性铰链和弹性平板的弹性变形，运用虚功原理推导并联微动机器人静刚度矩阵。进而仿真分析机构各几何参数对静刚度的影响，获得支杆两端铰接点半径及直角弹性平板和支杆两端柔性铰链尺寸对刚度的影响规律，为此类并联微动机器人刚度配置和机构优化设计提供理论依据。

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6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化

曹永刚;张玉茹;马运忠

. 2008, 44(1): 19-24.

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以6-RSS型并联机构为研究对象，建立解析形式的反向运动学方程，给出考虑驱动副转角范围、球副转角范围、连杆干涉等约束条件时的反解选取准则，推导出每种约束表达与机构参数间关系，特别是复合球副独特的附加约束表达。基于带约束条件的反向运动学方程，利用三维边界搜索法，绘制并联机构多个定姿态工作空间的截面图和三维实体图。最后以工作空间体积为优化目标，获得结构参数和约束条件对工作空间体积的影响关系曲线，为定量分析影响效果提供解决途径，最终利用全局搜索法得到6-RSS机构的一组最优机构参数，在机构整体尺寸基本不变情况下使工作空间增大60%，达到优化机构参数的目的。

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基于能量调节的电液变转速液压缸位置控制系统

金波;沈海阔;俞亚新;陈鹰

. 2008, 44(1): 25-30.

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电液变转速控制系统因其良好的功率匹配特性和节能特性，得到广泛的应用，但是其响应速度慢的缺点限制了它的应用。为了提高电液变转速系统的响应速度，采用在传统电液变转速控制系统中加入能量调节装置的方法，构成一种新型的液压控制系统，能量调节装置由蓄能器和比例节流阀组成，能够在系统减速时吸收多余的能量，而在系统加速时释放储存的能量，从而加快系统的响应速度。以液压缸位置控制系统为对象，介绍能量调节器和系统的组成，建立能量调节器和整个系统的非线性数学模型，并在该模型的基础上进行系统响应速度和能耗特性的数值仿真分析。仿真结果表明，基于能量调节的电液变转速控制系统具有很好的频率特性，接近节流调速系统，并且能够保持电液变转速系统的良好节能特点。

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驱动器布位及冗余驱动对Tricept并联机构性能的影响

李剑锋;费仁元;范金红;刘德忠

. 2008, 44(1): 31-39.

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分析驱动器布位及冗余驱动对3自由度Tricept并联机构性能的影响，针对18种冗余及非冗余驱动方式，导出相应的机构雅可比矩阵及刚度矩阵。结合运动灵活度、最大和最小刚度指标在机构位置空间中部断面上的分布特点，对不同驱动器布位及冗余驱动方式下的机构性能进行分析对比，并以此为基础提出兼顾运动灵活度及刚度特性的机构驱动方式。分析表明，冗余驱动对UPS支链主动关节均为移动副的Tricept并联机构的灵活度与刚度影响较小，但可显著改善主动关节均为转动副机构的运动灵活度及刚度特性，因此可在UPS支链主动关节均为转动副的Tricept并联机构中，通过增置冗余驱动器获得较佳的机构性能。

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全层状TiAl基合金拉伸试验断裂过程及机理

曹睿;林有智;陈剑虹;HU D

. 2008, 44(1): 40-45.

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通过对全层组织TiAl基合金不同缺口试样进行原位拉伸试验,结合数据分析以及断口形貌的观察，研究TiAl基合金拉伸的断裂过程和断裂机理。研究发现在原位拉伸试验中，对于直缺口试样，裂纹起裂于缺口根部，其断裂过程主要是主裂纹(沿层裂纹)首先起裂、扩展、连接，然后形成解理断裂起裂源。这一起裂源形成的同时，在刚好能满足Griffiths脆性解理断裂所需要的临界裂纹尺寸时，引起整个试件发生脆性解理断裂。裂纹首先起裂于层间，层间是薄弱环节，断裂方式是穿层断裂和沿层断裂的混合体，以穿层断裂为主。对于大圆弧和平板试样，这种材料的断裂过程是：首先在较高外加载荷下，在标距范围内比较薄弱的区域沿层开裂，随着外加载荷的进一步增加，这些微裂纹扩展，当微裂纹引起的应力集中和外加载荷共同作用足以引起微裂纹进一步贯穿的瞬间，即能量积累到一定程度时，试样整体发生解理断裂。很多试样的断裂是直接起裂的过程，一旦产生裂纹试样立即解理断裂，即这种材料的强度较高，材料很难产生裂纹，也不易损伤。

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基于构形理论的变断面导热通道体—点导热优化

周圣兵;陈林根;孙丰瑞

. 2008, 44(1): 46-50.

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根据构形理论体－点导热模型，对均匀内热源单点冷却控制体进行构形优化。介绍构形理论在导热问题中的研究应用，并在已有文献基础上，结合经过优化的变断面导热通道，以矩形单元体为基础，按从内部小结构到外部大结构的过程，对所给控制体进行向外构形优化。然后，从控制体总体结构开始进一步对其进行向内构形优化，在给定相同参数条件下，分析比较各级最佳构形体的热阻大小，得到完整的解析解；确定构成各级高级构形体所需的低一级构形体的最佳数目；求出控制体热阻最小时的最优构形级数。向内构形优化的结果表明，增加控制体内部复杂程度并不总能降低其热阻，而是存在最佳的构造级数，使热阻达到最小。

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试验数据服从Weibull分布时可靠性试验最少试件数的确定

崔卫民;薛红军;喻天翔;宋笔锋

. 2008, 44(1): 51-55.

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试验试件数的确定是产品疲劳寿命试验过程中的一个重要问题，为节省时间和费用，要求在满足一定精度前提下使得试件数最少。研究在试验数据服从双参数Weibull分布的情况下，如何确定可靠性试验中最少试件数(最小子样容量)的问题。提出以估计量的相对偏差作为精度指标，并推导出确定最少试件数的公式。通过实例计算，给出在一定精度指标和置信水平下，估计特征寿命和安全寿命时所需的最少试件数。

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离心泵偏置短叶片叶轮内部流动的粒子图像速度测量

陈松山;周正富;何钟宁;闻建龙;罗惕乾

. 2008, 44(1): 56-61.

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对三副短叶片不同偏置的低比转数复合叶轮离心泵，应用粒子图像速度仪分别测试大流量、设计流量和小流量三种工况下长短叶片叶轮同一叶槽内的瞬时流场。分析叶槽内相对速度矢量、速度等值线的特征，揭示短叶片不同偏置时的速度分布规律。研究三副长短叶片复合叶轮出口处径向速度、切向速度、相对速度和相对液流角沿圆周的分布，测得与三副叶轮相对应的泵外特性曲线。测量结果表明，分流短叶片不同偏置对叶槽内流场的影响差异明显，当短叶片进口相对出口向压力面偏转时，叶轮出口相对速度分布很不均匀，短叶片工作面出口存在较大的低速区；与之相反，当短叶片进口相对出口向吸力面偏转时，叶轮出口速度分布较均匀，并且泵的扬程与流量曲线明显右移，大流量时，效率显著提高。

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拱泥机器人运动特性分析与仿真

任福君;颜兵兵

. 2008, 44(1): 62-66.

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针对拱泥机器人在泥土环境中前进时所受转向阻力矩大的特点，结合并联机构承载能力强、运动反解容易等优点，提出采用Tricept型并联机构作为拱泥机器人转向机构的方案，以提高拱泥机器人的驱动能力。给出拱泥机器人机构的整体方案，建立拱泥机器人各杆件坐标系的变换矩阵。通过对拱泥机器人运动特性的分析，建立拱泥机器人运动轨迹的数学模型，利用计算机仿真技术模拟出拱泥机器人运动的整个过程，并给出拱泥机器人在有无障碍物情况下转向关节的角度变化。仿真结果为拱泥机器人在机构设计与路径规划研究等方面提供了依据，为拱泥机器人的运动学、动力学的分析与仿真以及虚拟样机的建立打下了一定的理论基础，同时也为其他仿生机器人的运动特性分析提供了一种有效方法。

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线性唯象传热条件下给定周期的内可逆热机最大功率输出时最优构型

李俊;陈林根;孙丰瑞

. 2008, 44(1): 67-74.

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对线性唯象传热条件下给定循环周期的内可逆热机最优构型进行研究，利用最优控制理论得出最大功率输出时热机的最优构型为六分支结构，其中包括两个等温分支和四个最大功率分支，而没有绝热分支。给出各分支过程的时间和热源及工质温度，求出最大功率输出和相应效率。通过计算可知随着高温热源温度的减小，最大功率分支过程时间减小，最大功率输出、所需输入能量和循环效率都减小。随着汽缸容积变化率的减小，最大功率分支过程时间增加，最大功率输出减小,所需输入能量增加，循环效率减小。随着热导率的减少，最大功率分支过程时间减小，最大功率输出和所需输入能量减小，循环效率增加。将所得结果与牛顿传热规律下的结果比较可知两种传热规律下的循环最优构型均由两个等温分支和四个最大功率分支组成，且均不包括绝热分支。两种传热规律下的两个等温分支的温度不同，四个最大功率分支的过程路径也不同。两种最优构型对应的各分支过程时间不相同，最大功率输出、所需输入能量和循环效率均不相同。

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可倾瓦轴承的完整动力分析模型及计算方法

王丽萍;乔广;郑铁生

. 2008, 44(1): 75-80.

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提出求解可倾瓦径向滑动轴承完整动力特性的解析模型和计算方法，给出可倾瓦轴承完整动力特性系数矩阵的简明表达形式。基于瓦块和轴颈间的运动耦合关系，建立瓦块局部坐标系统。与瓦块和轴颈运动相关的全局广义位移矢量可以通过简练的步骤转换为局部动坐标系下轴颈的位移矢量；利用求解固定瓦轴承动力特性的方法求得的局部动坐标系下的油膜力及其Jocabian矩阵，该油膜力矢量可以精确地转换为全局广义坐标系下的表达形式。在轴承的平衡位置处，全局坐标系下的油膜力矢量关于广义位移和广义速度的Jocabian矩阵为轴承完整动力特性系数矩阵的负值。给瓦块一个设定的扰动频率，就可以得到简化的当量动力特性系数矩阵。此解析方法求解简单方便，可用于分析可倾瓦轴承－转子系统。

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基于连续频段的杜芬方程一类混沌解的分析

李允公;刘杰;张金萍

. 2008, 44(1): 81-86.

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混沌信号的频谱中存在连续频段，这一特点通常归因于混沌的伪随机性，对连续频段的成因和特性却少有关注。基于两类杜芬方程，在其众多的解中发现一大类具有相同频域特征的混沌解，并对这类混沌解频谱中的连续频段的成因和特性进行研究。总结出连续频段在频域的位置和形状特征以及不同连续频段间的相互关系。针对连续频段，基于复解析小波对混沌解进行分析，发现混沌的调制特性和调制相似性，这两个特性有助于进一步揭示混沌解连续频段的成因以及同一混沌解不同连续频段间相似性的原因。进一步将混沌的调制特性和调制相似性与奇怪吸引子相结合，揭示奇怪吸引子的区域集中性和不同局部形状相似性。

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基于仿增量算法的圆度误差快速准确评定

岳武陵;吴勇

. 2008, 44(1): 87-91.

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提出按最小外接圆法和最小区域法评定圆度误差的仿增量算法。将工件轮廓看作一个点集，并在其中建立可以确定圆(环)的子集。若子集确定的圆(环)包容原点集，则可得到相应的圆度误差；否则每次给子集增加一个在包容区域外的点构成新子集，确定包容新子集的圆(环)并去掉其中不在圆(环)边界上的点。证明了该算法是单调收敛的。同时还提出以按最小外接圆法评定圆度误差时在包容边界上的点为最小区域法初值的新思路。该算法概念清楚、模型简单，易于在计算机上实现。几个实际零件圆度误差的评定验证了算法不仅正确，而且结果准确，耗时极少。

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动态维修任务调度的优化方法

王正元;朱昱;宋建社;刘伟

. 2008, 44(1): 92-97.

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战时维修机构承担的维修任务比较繁重，合理安排维修任务可以有效地提高武器装备作战使用的时间。为此，分析了战时维修任务的特点，以尽快恢复参战作战单元的战斗力为目标，提出一种动态维修任务调度的优化方法。考虑到问题的复杂性，首先把原问题分解为静态维修任务调度问题和动态维修任务调度问题，分别建立相应的数学模型，并提出模型的求解方法。动态维修任务调度模型以静态维修任务调度模型为基础，根据任务变化情况反复调用静态维修任务调度模型求解方法，实现了战场抢修任务的动态调度。模型求解方法简单，获得的近似解具有较高的精度，计算时间很短。针对战场瞬息万变的情况，利用该方法实现了近实时地动态维修任务调度。

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基于灰色辨识的光刻机恒温控制系统建模

聂宏飞;李小平

. 2008, 44(1): 98-101.

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针对光刻机媒质远传温控系统的大惯性、多重时滞和多重扰动特点，采用理论建模与系统辨识相结合的建模方法，运用大系统解耦理论实现高阶模型的降阶分解，设计多态抗失真试验采集输出数据序列，采用系统辨识方法估计数学模型参数，建立分散时滞、扰动的温控系统动态数学模型。此模型已被成功运用于光刻机投影物镜高精度恒温控制系统中，达到了0.006 ℃的温度稳定度，并表现出较强的鲁棒性和自适应性。

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球囊扩张式冠脉支架扩张变形机理数值模拟方法

倪中华;王跃轩;程洁

. 2008, 44(1): 102-108.

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研究支架耦合扩张过程三维数值分析的弹塑性大变形基本理论和耦合接触处理算法，采用更新拉格朗日方法，基于动力虚功率原理，给出支架耦合扩张变形的动力显式算法有限元列式和求解步骤。研究支架耦合扩张过程数值模拟关键技术，提出适合支架耦合扩张的有限元建模方法，重点研究支架压握收缩、自由扩张和与血管接触的耦合扩张全过程有限元模拟中的几何建模、材料模型选取、网格划分、边界条件、载荷定义、接触处理等关键技术。阐述冠脉支架样件在试验测试平台上进行实物扩张试验过程，并将试验测试数据与支架扩张数值模拟获得的数据进行分析比较，结果表明支架数值模拟与实物扩张试验之间的误差在许可范围之内，从而证明所建立的支架耦合扩张过程三维数值分析方法是合理的。为支架的优化设计及其扩张过程的有限元模拟提供有力的支持。

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大导程滚珠螺母磨削砂轮廓形精确设计和干涉消除

李凌丰;陈远朋;刘波

. 2008, 44(1): 109-113.

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针对在加工大导程滚珠螺母时，可能会出现砂轮磨杆与螺母端面发生干涉的问题，从滚珠螺母磨削加工的基本方法出发，依据砂轮回转面与被加工螺母内滚道面包络的接触线是一条空间曲线的原理，建立任意安装角度下砂轮回转曲面的计算模型，并将此计算模型用于解决大导程滚珠螺母加工干涉问题。提出在保证加工时不发生干涉的前提下，选取砂轮最佳安装角和中心间距参数的方法以及在此参数下砂轮廓形的拟合优化方法。该方法计算简单、可以随时根据安装角和中心间距参数值对砂轮廓形进行修整，以保证磨削精度。以某型号大导程滚珠螺母为例，完成在保证不发生干涉的情况下相关工艺参数的选择以及砂轮廓形的优化设计，对结果进行误差分析，验证了方法的有效性。

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裂纹转子的刚度模型

林言丽;褚福磊

. 2008, 44(1): 114-120.

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对于转子轴来说，裂纹的存在主要影响转轴的刚度，进一步影响转子的动力特性。对裂纹转子系统中现有的几种刚度模型进行简略的总结后，提出两种新的确定刚度的方法。新提出的两种方法与现有刚度模型的原理不同，确定的裂纹张开区域不同，从而得到的刚度也不相同。通过与试验曲线的比较发现，新提出的应力强度因子为零法能更好地反映裂纹转子的刚度变化。

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气液两相喷嘴等温流动模型

王天祥;何利民;任吉娟

. 2008, 44(1): 121-125.

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通过对Rundinger气液两相喷嘴流动模型计算机求解发现，大载荷比两相喷嘴流动中液体和气体的温度基本相等且与入口温度相同，从而提出等温流动假设，并对其合理性进行理论分析。得到一种适合于大载荷比的气液两相喷嘴简化等温流动数学模型，并对喷嘴参数和性能的影响因素进行研究。将该数学模型与Rudinger模型进行理论计算和试验比较，发现在大载荷比时两个模型计算结果和试验数据非常接近。

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超精密点对点运动三阶轨迹规划精度控制

穆海华;周云飞;严思杰;韩爱国

. 2008, 44(1): 126-132.

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研究一种优化的超精密点对点运动三阶轨迹规划算法及其精度控制策略。在简要分析三阶轨迹轮廓可能情形的基础上，建立三个约束基准用来预判别以上情形：速度—加速度基准、位移—加速度基准和位移—速度基准，依据该基准与系统约束，提出一种考虑轨迹全过程的预处理方法，并给出时间优化的轨迹规划算法。考虑算法离散实现时的精度损失，提出一种轨迹规划内部整数积分策略，避免因浮点积分操作所造成的数据漂移而引起的精度失败。此外，提出一种基于位置修正因子的补偿方法，克服切换时间圆整所引起的终点位置偏差。实例证明提出算法的有效性和可靠性。该算法已成功应用于半导体加工装备研发中。

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新型并联机器人的奇异位形分析

高征;高峰

. 2008, 44(1): 133-138.

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奇异是并联机器人的固有性质，对机器人的工作性能有着种种影响，因此对于确定的机构，找出它的所有奇异位形具有重要的意义。从运动学角度分析，奇异位形有三类形式，每种形式都具有不同的物理意义。基于以上原因，研究一种新型6自由度3支链并联机器人3-UrPS的奇异位形，其中Ur为复合胡克铰，即2自由度球面并联机构，P为移动副，S为球副。根据机构自身的几何特点，非常方便地得出反解的唯一解析形式。对机构的反解方程进行求导，得出有规律的速度雅可比矩阵，然后通过求解雅可比矩阵的行列式，使奇异位形的解析形式很容易得出。讨论该并联机器人的第1类和第2类奇异位形，并得出3种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。

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低速流体边界层分离检测试验

刘奎;苑伟政;钟军威;邓进军;姜澄宇

. 2008, 44(1): 139-143.

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结合边界层分离点附近的切应力变化规律，对边界层分离特性进行研究，确定边界层分离点的判定依据。采用分立元件通过表面贴装工艺来实现柔性微型热膜传感器阵列的集成，并研究该传感器阵列中敏感元件、柔性衬底的设计及传感器的排布，解决柔性传感器阵列对微细加工工艺要求较高的难题。根据边界层分离点判定依据，在低速风洞试验中对传感器阵列的性能和传感器阵列输出信号采用统计量算法和傅里叶变换功率谱算法进行处理判断，并与计算流体力学仿真结果对比，结果表明制造的微型热敏传感器阵列能够实现对流体边界层分离位置的在线测量。

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基于模糊控制的2R欠驱动机器人位置控制

方道星;余跃庆;陈炜

. 2008, 44(1): 144-149.

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基于模糊控制理论, 研究2R欠驱动机器人关节的位置控制问题。在被动关节附加电磁制动器以控制关节间的耦合状态。根据电磁制动器的工作状态，将欠驱动机器人的位置控制分为两个阶段。第一阶段，制动器解锁，利用被动关节加速度与驱动关节转矩间的动力学耦合效应，间接控制被动关节沿预定轨迹运动到预定位置，同时总结模糊控制规则，设计用于控制被动关节运动的模糊控制器。第二阶段，制动器锁定，然后驱动关节运动到预定位置。设计并搭建了基于可编程多轴运动控制卡的试验控制系统。最后通过试验成功实现2R欠驱动机器人关节的位置控制。试验数据表明，模糊控制方法对于机器人被动关节具有较高的位置控制精度，鲁棒性良好，并且不依赖于机器人动力学模型，实时控制的计算量小，体现出智能控制的优越性。

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多点成形过程中基本体群调形技术

裴永生;彭加耕;李明哲

. 2008, 44(1): 150-154.

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介绍多点成形压力机中基本体群的调形技术与多点成形过程。以Passat1.8T轿车顶盖为例，运用逆向工程技术重构出轿车顶盖的三维曲面数学模型，在此基础上利用多点成形CAD软件系统计算出各基本体与轿车顶盖的三维曲面相互接触的高度数据，形成基本体群的高度数据文件，再将此数据文件传送给多点成形CAM软件系统，从而通过对各基本体的控制，调整一系列规则排列的基本体的高度，形成轿车顶盖的三维曲面的包络面。对轿车顶盖进行多点成形的试验研究为多点成形技术在汽车覆盖件冲压成形过程中的应用奠定了基础。

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非紧密衔接工序动态车间调度算法

谢志强　莫涛　谭光宇

. 2008, 44(1): 155-160.

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对于实际生产中经常出现的非紧密衔接工序调度问题，提出一种将非紧密衔接工序变为紧密衔接工序的转换策略，用该策略在对工序间延迟约束进一步研究的基础上，提出标准工序、延迟工序和扩展加工工艺树概念。通过对拟关键路径法和最佳适应调度法算法进一步完善，设计一种通过优先调度延迟工序，对标准工序分批采用拟关键路径法和最佳适应调度法，同时考虑关键设备上标准工序尽量紧凑的具有非紧密衔接工序的动态调度算法。实例验证表明，所提出的调度算法不仅能够较好地解决更具实际意义的动态非紧密衔接工序调度问题，而且能够扩展解决动态紧密衔接工序调度问题。

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面向能量优化的产品结构要素组合设计

戚赟徽;王淑旺;刘光复;刘志峰;刘红

. 2008, 44(1): 161-167.

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以产品结构的能量属性为研究对象，在产品全生命能量消耗模型的基础上，针对产品结构要素的组合原理和方法进行研究。对产品全生命周期能量消耗进行分析，建立产品系统资/能源流框图，给出产品全生命周期能量模型。分析产品结构与产品生命周期各阶段能量消耗之间的关系。从材料相容性、装配与拆卸、使用过程能量转递、零件寿命和回收处理等方面探讨兼顾能量优化和功能实现的结构组合设计准则，得到产品要素之间各种关联度的计算方法。运用模块化思想，采用模糊聚类算法进行产品结构要素组合优化，提出产品结构要素能量聚类的优化模型。以冰箱结构为例，对提出的方法进行分析和验证。得到组合优化结果，并在此基础上提出改进建议。

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基于质心Voronoi结构的布点算法及应用

冀翠莲;周慎杰;田蕴;王凯

. 2008, 44(1): 168-172.

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以初始点的Voronoi结构为基础，建立基于质心Voronoi结构的布点算法。该算法通过区域上的初始离散点构造Voronoi结构，利用面积坐标法确定Voronoi结构的质心点，以成本函数作为质心Voronoi结构的收敛准则。若质心点满足收敛准则，则将该质心点作为区域的离散节点。然后利用切边处理技术，实现复杂区域内的布点算法，即给出不同区域的均匀布点和非均匀布点。以长圆筒为例，采用基于Voronoi结构的布点算法对求解域进行点的离散，利用自然邻近Petrov-Galerkin无网格法计算其应力值，求得的应力值与精确值比较吻合，这证明了将质心Voronoi结构的质心点作为无网格法区域离散节点进行无网格法分析是比较精确、可靠的。

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基于粒子群理论的板形模糊模式识别方法

刘建;王益群;孙福;宁淑荣

. 2008, 44(1): 173-178.

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带钢板形的模式识别是板形闭环控制的关键环节，板形模式的识别结果直接影响着板形控制精度。随着板形控制手段的不断更新，对板形模式识别方法提出更高的要求。为克服传统板形模式识别方法抗干扰能力差、逼近阶难以确定的缺点，依据模糊分类原理，运用欧式距离的择近原则对板形模式进行分类，完成板形信号的模式识别。在此基础上，为进一步提高识别精度，将20世纪90年代发展起来的具有全局优化能力的粒子群理论应用于板形模式识别，对模式识别的结果进行优化，并将其与单纯形法优化结果进行对比。试验结果证明了粒子群优化算法的有效性，该算法能够提高识别精度，使优化后的结果能更精确地控制板形调控机构，以适应高精度板形控制要求。

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机器人仿生膝关节的计算力矩加比例微分反馈控制

王斌锐;金英连;许宏;徐心和

. 2008, 44(1): 179-183.

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磁流变阻尼器控制的四连杆关节瞬时转动中心是变化的，仿生特性好，但机构模型复杂，模拟人腿关节运动时变轨迹跟踪较为困难。基于此，提出行走机器人四连杆仿生膝关节机构，建立虚拟样机、机构动力学简化模型和磁流变阻尼器Bingham模型。基于瞬时转动中心和简化的关节几何中心，引入大小腿长度变化以减少模型误差。设计计算力矩加比例微分反馈控制算法来控制关节摆动。采用Lyapunov方法，分析在模型存在误差情况下，控制算法的收敛性和跟踪误差大小。在虚拟样机上对阻尼力和关节摆动运动进行仿真，在样机上对控制算法进行验证。试验结果表明，引入瞬时中心和几何中心，可降低模型误差，控制算法轨迹跟踪精度能满足行走机器人行走要求。

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三方程在汽车外流场仿真计算中的应用

何忆斌;谷正气;吴军;姜波

. 2008, 44(1): 184-189.

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汽车外流场仿真计算有多种模型，通过仿真和试验研究找到计算精度和效率高的模型对汽车外流场的仿真计算具有十分重要的意义。在使用三方程模型进行汽车外流场的计算中，由于涡粘系数考虑了湍流空间尺度和湍流时间尺度对湍流输运的影响，湍流模型更多地反映了湍流输运的物理机理，有着比切应力传输、湍流模型更高的计算精度，是汽车外流场较为理想的数值仿真模型。运用涡粘型湍流模型、切应力传输(Shear stress transport，SST)模型、湍流模型对汽车绕流进行数值仿真，将计算的阻力系数和试验数据进行对比，结果证实湍流模型的优越性。给出汽车纵对称面上的压力系数与试验值的对比曲线，使用湍流模型所计算的距车尾0.1 m处的湍动能分布、速度矢量线及外部流线图。

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板材冲压成形的晶体塑性有限元模拟

李大永　张少睿　彭颖红　刘守荣　仇素萍

. 2008, 44(1): 190-194.

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将率相关晶体塑性本构理论引入Mindlin曲壳单元模型与动力显式有限元法，采用切线系数法计算剪切应变率，根据晶体取向正态分布规律在单元积分点处分配晶体取向，按各晶体取向体积分数的加权平均计算多晶体应力，开发晶体塑性动力显式有限元程序，实现板材冲压成形过程模拟和晶体取向演化预示。以主要初始织构为铜织构和S织构的轧制铝板为对象，对方盒件冲压成形过程及织构演化进行数值模拟，计算结果与试验结果呈现出较好的一致性。通过晶体弹塑性有限元法不仅可以预示板材宏观成形构形变化，而且能够预测板材织构的演化情况。模拟结果显示在方盒件冲压成形过程中，铜织构和S织构为不稳定取向，变形后逐渐转到其他取向。

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新型变速恒频风能转换系统的实现原理与运动学分析

穆安乐;刘宏昭;张明洪;王建平

. 2008, 44(1): 195-198.

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为了实现风能转换系统(WECS)的变速恒频输出，降低变频逆变器系统造价，提出一种带有柔性混合驱动环节的实现变速恒频风能转换的方法。描述其变速恒频实现原理及差动调速主传动基本结构。从运动学角度分析3个转轴的角速度关系。给出伺服电动机调速幅度、调速深度、调速带等关键参数的计算公式。通过具体参数，计算低于额定风速下该变速恒频风力发电系统的特性参数。结果表明，该系统可以在稳定风能功率输出的同时，实现最大功率点追踪(MPPT)。

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自适应神经模糊推理系统改进算法在机械加工参数优化中的应用

武星星;朱喜林;杨会肖

. 2008, 44(1): 199-204.

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在分析目前常用反向传播算法改进方法优缺点的基础上，提出用共轭梯度法对自适应模糊神经推理系统进行改进的训练算法，在训练中用Fletcher-Reeves方法计算上次搜索方向对新搜索方向的影响因数，在混沌时间序列预测和复杂非线性函数逼近的应用实例证明，改进后的算法收敛次数减少，训练速度加快。结合MATLAB的模糊工具箱, 详述了如何在已有标准算法基础上进行算法改进。目前计算机辅助工艺设计受诸多复杂非线性问题的困扰发展缓慢，利用自适应模糊神经推理系统的自学习、自适应和逻辑推理能力，将改进后的算法用于逼近误差复映系数与工艺系统刚度、进给量等因素之间的非线性关系,实现机械加工参数的优化，提高工艺系统的自适应能力和工作效率，试验验证了此方法的可行性。

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不同压制工艺对粉末冶金制品性能影响的有限元模拟

王德广;吴玉程;焦明华;俞建卫;解;挺

. 2008, 44(1): 205-211.

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省利用MSC/MARC有限元分析软件对金属粉末压制过程进行模拟分析。采用基于更新拉格朗日方法的热—力耦合分析不同工艺条件(温度、摩擦条件和压制方式等)对压坯性能的影响规律，同时对压制过程中的力学特征(压制力、脱模力、侧压力和应力分布等)进行分析。结果显示，摩擦条件是影响压坯密度大小及分布的关键因素，通过采用双向压制方法可以有效地改善单向压制压坯密度分布不均、差值较大的现象。温度的提高有利于提高粉末颗粒的塑性变形能力，但效果不明显。另外，由于温度影响润滑剂润滑性能，因此在制定压制工艺时需考虑温度对压坯性能的影响。此外温度的提高、摩擦的降低均有利于降低压制力，提高压坯密度均匀性，改善压坯应力集中现象。

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缓凝预应力筋包覆试验

张建辉;薛德胜;周又和

. 2008, 44(1): 212-216.

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在预应力钢筋上连续包裹一层缓凝砂浆是新型缓粘结预应力混凝土体系得以工程应用的关键。利用螺旋输送挤出、模具成型原理，开发出缓凝预应力筋包覆装置，并进行缓凝预应力筋包覆试验。基于流变学理论，分析缓凝砂浆连续包覆过程。理论和试验结果表明：要成功实现自动连续一次完成在预应力钢绞线上均匀密实包裹缓凝砂浆同时包覆塑料(密封砂浆)，宾汉姆体的缓凝砂浆在螺旋输送槽和钢绞线与塑料护套形成的环形通道内必须完全处于一种流动状态，而保持流态的条件则是螺旋转数和包覆速度均满足临界值要求。

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基于最大Lyapunov指数对腐蚀深度的预测

赵明;梁平;龙新峰

. 2008, 44(1): 217-221.

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省油气管道随着服役时间的增加，因腐蚀引起的管道穿孔和断裂等事故隐患随之加大，对腐蚀管道进行可靠性预测具有重要作用。鉴于此，介绍基于最大Lyapunov指数对腐蚀深度预测及其评估方法，并利用茂名石化减压塔泵–28入口阀后的6号电阻探针测试的腐蚀深度数据，对腐蚀状况作了进一步预测。预测与评估结果显示：腐蚀深度误差均小于6%，平均误差为3.58%，预测精度较高，表明所提出的基于混沌理论的预测方法具有一定的合理性，能够为管道的维修和安全管理提供参考依据。

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等通道转角挤压下变形体长度对应力的影响及开裂判据分析

许晓静;张雪峰;刘桂玲;程晓农

. 2008, 44(1): 222-226.

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利用有限元软件ANSYS对2024铝合金等通道转角挤压((Equal-channel angular pressing，ECAP)过程进行计算模拟，得到等效正应力(Von Mises应力)、切应力随变形体长度及下行位移的变化，结合ECAP试验，研究ECAP形变开裂的判据。结果表明，无论变形体长度及下行位移如何变化，等效正应力都小于材料的抗拉强度，而切应力则随着变形体长度的降低总体上呈下降趋势，当变形体的长度小于某一临界值时，计算模拟表明最大切应力小于材料的抗剪强度，样品开裂倾向大幅降低，二者相当吻合。研究结果不仅说明“最大切应力不大于材料抗剪强度”可以作为材料ECAP形变过程中不出现开裂现象的判据，而且也为材料的ECAP加工提供理性研究思路，即先实测材料的应力－应变曲线，然后基于上述判据对模具结构、材料预处理工艺及样品尺寸等进行优化设计。

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涡流管内温度分布试验研究

周少伟;姜任秋;陈跃进;宋福元;王朋涛;张鹏;高超

. 2008, 44(1): 227-232.

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涡流管内气体能量分离过程的突出表现是温度沿轴向、径向的分布，因而获得管内温度场分布是揭示涡流管内气体能量分离物理机制的首要问题和关键问题。根据管内三维强旋转流场特点，设计涡流管测温方案，利用自制微型热电偶对其内部温度场进行试验测量，获得了不同冷气流率条件下的温度场分布特性。研究表明：所制作的微型热电偶能够满足试验要求，试验结果能够很好地反映涡流管内温度场的分布规律，从而为进一步深入研究涡流管的能量分离机理创造条件。

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涡轮流量计前导流器的结构与性能

刘正先;徐莲环

. 2008, 44(1): 233-237.

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对DN100气体涡轮流量计的关键部件之一前导流器引起的流量计压力损失进行试验测量和数值计算。对比分析两种不同结构前导流器对压力损失的影响，发现前导流器的结构变化不仅影响该部位的气流速度分布，使当地压力损失发生变化，更重要的是对后面各部件内的气体流动速度梯度和压力恢复也有明显影响，使总压损失进一步放大或减小。数值计算通过分析流动参数的变化从流动机理上解释了结构与压损间的关系。

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曲轴疲劳裂纹扩展规律测试及形成机理分析

周迅;俞小莉

. 2008, 44(1): 238-242.

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应用扫频法对柴油机曲轴疲劳裂纹的扩展规律进行实测。该方法以谐振式疲劳试验机为平台，根据试验过程中曲轴裂纹扩展之后谐振系统共振频率下降这一现象，通过系统的扫频试验来动态跟踪裂纹扩展的参照信息。在试样发生断裂之后，再根据断口形貌对裂纹的形态和尺寸进行实测，辅助以谐振系统的有限元模态分析来对裂纹尺寸的确切值进行反推，实现裂纹尺寸的动态测量。试验结果综合反映了零部件的各种结构几何参数、加工精度、强化处理工艺等因素对裂纹扩展行为的影响。通过对4个试样进行测试，发现曲轴的裂纹扩展速率在Paris区呈现三分段规律。根据试件断口形貌的特征，对这种规律性的机理进行推论，认为这种规律是由于在曲轴圆角表层残余应力的影响下，其裂纹前沿的应力比在裂纹扩展过程中发生突变造成的。

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斜盘式气动发动机动力学仿真

练永庆;王树宗;马世杰;陈宜辉;李忠杰

. 2008, 44(1): 243-248.

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斜盘式气动发动机是为满足特殊工作环境需求而设计的一种新型气动发动机，为了对该发动机的性能进行预测与评估，运用多刚体动力学理论对发动机的活塞、连杆、导槽约束机构等各组件进行运动学和动力学分析，在此基础上结合发动机气缸内气体状态模型以及负载模型，推导发动机的动力学仿真模型。根据动力学仿真模型编制仿真软件，进行发动机工作过程的动态仿真。建立发动机样机试验系统，并进行样机试验。试验结果与仿真结果的对比表明：这种新型发动机在工作原理和结构设计上都是可行的，所建立的动力学仿真模型是基本正确的，进行适当修正后可用于发动机优化设计。

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2008年, 第44卷, 第1期　
刊出日期：2008-01-15

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