机械工程学报

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杨华勇;张斌;徐兵

. 2008, 44(10): 1-8.

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详细介绍轴向柱塞泵/马达在发展过程中的技术演变，并对其发展走向进行分析。针对轴向柱塞泵/马达的主要问题，阐述了国内外的研究现状。介绍了在计算机技术和电子测量技术进步的基础上应运而生的轴向柱塞泵/马达的新技术、新方法。最后针对我国柱塞泵/马达的发展的情况，提出了一些要求，并进行了展望，指出只要紧跟国际潮流、不断在技术和方法上创新，我国的轴向柱塞泵/马达技术将迎头赶上，在我国现代化建设中继续扮演重要的角色。

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自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

吴宝海;罗明;张莹;李山;张定华

. 2008, 44(10): 9-18.

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利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径，自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术，综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求，分析了当前研究中存在的不足，指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用，认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发，在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系，同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。

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[PP]S类并联机器人机构姿态描述方法

刘辛军;吴超;汪劲松;BONEV I

. 2008, 44(10): 19-23.

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具有至少两个转动自由度的空间并联机器人机构的姿态描述是机构运动学分析的一个重要内容，描述方法对机构性能分析起着重要作用。[PP]S类并联机器人机构(连接动平台的三个球铰链始终在固定的平面内作平面运动的并联机器人机构)的动平台具有一个移动和两个转动自由度，是并联机器人机构的重要分支之一，位姿描述也是国内外研究的重点。介绍一种用两个角度描述 [PP]S类并联机器人机构姿态的方法，采用该姿态描述方法，[PP]S类并联机器人机构的位姿描述参数可以减少到5个，而且没有绕垂直于动平台平面的轴线的转动伴随运动，减小了此类并联机器人机构运动学分析的难度。与采用3个欧拉角的姿态描述方法相比，这种方法具有运动学描述简单以及伴随运动和姿态工作空间描述方便等优点，符合工程应用需要，是值得推广的一种姿态描述方法

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一种新调度类型及其在作业车间调度中的应用

张超勇;管在林;刘琼;邵新宇;李培根

. 2008, 44(10): 24-31.

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研究改进遗传算法解决作业车间调度问题，问题染色体的编码采用基于工序的编码。针对传统的调度类型的局限性，提出全主动调度及其基于工序编码的产生机制。为了克服传统遗传算法求解调度问题易于早熟收敛的缺点，设计基于优先工序交叉(Precedence operation crossover，POX)和改进子代产生模式的遗传算法。用改进的遗传算法求解传统调度问题、交货期调度问题和提前/拖期(Earliness/Tardiness, E/T)调度问题，研究半主动、主动和全主动三种不同的调度解码机制对遗传算法提供解质量的影响。

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具有混合数据的维修策略决策方法

李常有;徐敏强;郭耸;王日新;黄文虎

. 2008, 44(10): 32-37.

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设备维修策略决策问题的研究，不但可以降低维修成本，还可以提高设备的可用性、可靠性、安全性及产品质量。目前虽取得了一定的进展，但还从未解决混合数据下的维修策略决策问题。应用随机优势构造局部和谐指数和非和谐指数以解决维修策略决策中随机性评价下的比较问题；将模糊评价转化为模糊数，并利用模糊数质心距建立局部和谐指数和非和谐指数以解决模糊性评价下的择优问题。通过以上处理，在ELECTRE III方法中可以把维修策略决策中的随机性评价和模糊性评价视为确定性评价来对待，进而解决了设备维修策略决策中的混合数据问题。将其应用到火力发电系统的汽轮机中，试验结果表明，此方法是合理的和有效的。

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基于敏感度分析的制造系统工位设计布置评价

孙继文;奚立峰;潘尔顺;杜世昌

. 2008, 44(10): 38-43.

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针对制造过程中产品特征和控制特征偏差沿工位不断传递和累积影响了最终产品质量，提出基于敏感度分析的多工位制造系统工位设计布置评价方法。将工位参数代替时间参数，对多工位制造系统进行状态空间建模，建立了关键控制特征点的偏差传递和累积以及对关键产品特征点影响的系统化模型。提出三级层次敏感度指标(元件级/工位级/系统级)，全面描述关键特征点的相互影响和不同的工位设计布置对偏差传递的作用。根据敏感度分析计算结果，提出了设计评价改进流程，以选择最优的系统设计方案，识别关键工位及确定单个最大的元件级偏差源。通过实例验证了评价指标和分析方法的有效性和可行性。

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非对称齿廓齿轮弯曲疲劳强度理论分析与试验

肖望强;李威;韩建友;段东平

. 2008, 44(10): 44-50.

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为提高齿轮承载能力设计齿轮两侧压力角不等的非对称渐开线新齿形，推导双压力角非对称齿廓齿轮工作齿侧与非工作齿侧的渐开线齿廓方程和齿根过渡曲线方程，通过迭代计算和优化策略提出非对称齿廓齿轮疲劳强度解析法计算公式。编制生成非对称齿轮齿廓的参数化程序，在此基础上建立非对称齿廓齿轮有限元分析模型。通过解析法对不同压力角组合的非对称齿廓齿轮弯曲应力和危险截面位置计算得出，随着工作齿侧压力角的增大齿根最大弯曲应力逐渐降低，单齿啮合区向齿顶偏移；通过对有限元模型进行计算得出的结果与解析法一致，应用最小二乘法拟合出非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力随工作齿侧压力角变化的计算公式。采用数控电火花线切割方法加工制造非对称与标准齿廓齿轮，在高频疲劳试验机上采用双齿脉动加载方法对其进行疲劳强度试验。试验结果表明，非对称齿廓齿轮在相同寿命下比对称齿轮极限载荷提高了50%，非对称齿廓齿轮的应力值变化趋势与前两种方法是一致的。

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多目标追逐问题的一种混合整数线性规划解

杨丽英;吴成东;韩建达;聂义勇

. 2008, 44(10): 51-59.

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研究多车辆多目标追逐的路径规划问题。提出两个基于混合整数线性规划 (Mixed integer linear programming, MILP) 的多目标追逐 (Multi-target pursuit, MTP) 模型：就近追逐和“一对一”使能追逐。在两个MIP追逐模型中，小车运动的状态方程考虑为具有线性阻尼的质点动力学方程。采用整数变量描述小车与障碍物的相对位置信息，提出 “目标膨胀尺寸”的概念来描述对目标的追逐，定义小车的“追逐方向”。采用选取整变量的等高面法求解MILP追逐问题，并给出初始内点整变量的确定方法。最后给出仿真试验1对两个多目标追逐模型进行对比研究，仿真试验2证实了算法的效率。

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基于水平集方法的结构可靠性拓扑优化

欧阳高飞;张宪民

. 2008, 44(10): 60-65.

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基于水平集方法，建立以水平集函数为优化变量、结构柔度极小化为目标、具有可靠性约束的结构拓扑优化模型，并提出一种基于可靠性的结构拓扑优化算法。首先，采用计算效率高的一次二阶矩法进行可靠性分析，编制计算可靠性指标的最优化方法。然后，根据结构可靠性指标的几何意义，优化求解符合可靠性约束的随机变量。将修正后的随机变量作为确定性变量进行结构拓扑优化设计，使基于可靠性的结构拓扑优化模型转为常规的结构拓扑优化模型，采用稳定、高效的水平集方法进行结构拓扑优化。最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例，说明文中所提算法的简便性与有效性。

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新型4自由度并联机器人运动学分析

李艳文;黄真;王鲁敏;赵铁石

. 2008, 44(10): 66-71.

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研究一种新型3-RRUR并联机器人，这类并联机器人结构简单对称，刚度大，可用于实现高精度装配，也可用来开发力传感器或构造并联机床以及微动机器人，且分支中不含移动副，便于使用维护。首先利用螺旋理论，建立分支运动螺旋系，然后求解各分支对运动平台的约束螺旋，分析约束螺旋系，在此基础上确定3-RRUR并联机器人的自由度数是4，自由度性质为三维移动和一维转动，转动轴线垂直于固定平台与3个分支相连接的运动副轴线所在的平面。再以反螺旋理论为基础，采用刚化驱动运动副后分析运动平台所受约束性质和约束相关性的方法，给出合理的输入方案。并结合自由度性质分析，建立约束方程，进行运动学正反解，给出相应的算例。研究结果将对推动此类机器人的应用起重要作用。

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矩形薄板弯曲的严格简明解析解

李元媛;蔡睿贤

. 2008, 44(10): 72-76.

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解析解在理论上与数值计算上都有很高价值。根据历史已有的经典解的启发，对导出矩形薄板弯曲的严格简明解析解(无特殊函数与无穷级数)的方法，提出推导的新思路：在求导简明严格解析解时，应该改变已有办法，不是以外载荷的分布为给定参数，而是先考虑满足边界条件的薄板法向位移分布，再按基本方程求出外载荷与其余参数的应有分布。对于简支边界条件，为得出简明严格解析解，法向位移的解析函数在两个坐标上分别应该至少各有两个根，而且两个根值所在处同时也是函数的拐点。对此准则，以偶数多项式、概率函数与箕舌线函数作为法向位移函数为例，给出其应有的简明严格解析解。同样，对于固定边界条件，类似的准则是：法向位移的解析函数在两个坐标上分别应该至少各有两个根，而且两个根值所在处同时也是函数极值所在。以奇次多项式与星型线函数为例，给出其法向位移函数和应有的简明严格解析解。上述思路与方法能再发展，例如用于不同或复合的边界条件中去。

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多状态系统共因失效机理与定量分析

周金宇;谢里阳

. 2008, 44(10): 77-82.

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共因失效是由共同诱因引发的相关失效形式，普遍存在于各类系统，当前研究仅限于二态系统。该文针对存在共因失效的串并联不可修系统，探讨共因失效的发生与作用机理，基于载荷离散化方法和概率发生函数建立多状态系统可靠性定量评估模型，新模型可反映在失效共因下元件部分失效及其累积效应对系统各级性能的影响。研究表明，元件因失效共因而统计相关时，各元件状态趋同的概率增大，而取异值的概率减小，对系统可靠度分析产生影响。载荷离散化模型实现系统共因失效相关性的近似解耦，发生函数法能以统一的程序方式快捷处理概率组合问题。提出的模型为多状态系统共因失效及可靠性研究提供新途径。

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基于互易螺旋理论的无奇异完全各向同性移动并联机构型综合

张彦斌;刘宏昭;吴鑫

. 2008, 44(10): 83-88.

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基于互易螺旋理论提出一种无奇异完全各向同性纯移动并联机构型综合的系统方法。首先给出机构末端操作器输出运动的矩阵表达式，然后根据该表达式正雅可比矩阵为非零对角阵的条件确定出机构支路驱动螺旋的表达形式，并依据驱动螺旋与主动螺旋互易积为非零常数的条件确定出主动螺旋的形式，再根据驱动螺旋与同一分支中除主动螺旋外的所有其他运动螺旋互易积都为零的特点，确定出可动非驱动螺旋的类型及其轴线方向，从而按照机构分支连接度的不同进行机构支路的型综合。最后取3条所综合出的机构支路将动平台与静平台联接起来即可得到所期望的机构。最后对一种新型3-CRP无奇异完全各向同性移动并联机构进行运动学分析。结果表明，所提出的型综合方法正确可行。

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真空退火温度的建模与解耦控制

李晓斌;寇得民

. 2008, 44(10): 89-95.

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真空退火炉中温度的精确控制是一个多变量控制问题。为实现退火温度的精确控制，以真空退火炉现场实际采集的数据为基础，辨识出真空退火炉温区温度的二阶滞后模型，提出一种二阶滞后系统的多变量预测函数解耦控制算法。将多变量系统的解耦控制问题化简为若干个单变量系统的预测函数控制，采取分散优化策略代替整体优化，利用预测函数控制算法的特点，引入基函数增加了设计的自由度，减少了在线计算量，使参数设计和算法过程求解大为简化，得到一个解析的控制量计算方程，实现退火温度二阶滞后系统的多变量预测函数解耦控制。仿真结果表明，控制方法优于传统或改进的PID控制系统。将该控制方法应用于实际的 2 100×2 100真空退火炉退火温度控制系统中，取得了很好的控制效果。

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柔顺机构动力学建模新方法

王华伟;余跃庆;苏丽颖;王雯静

. 2008, 44(10): 96-103.

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由于柔性杆大变形所引起的几何非线性因素的影响，柔顺机构动力学模型的建立变得更加复杂、困难。基于此，在充分考虑柔性杆大变形特性的基础上，基于简化思想，提出一种柔顺机构动力学建模的新方法。该方法主要以末端受纯弯矩、垂直力以及固定—导向等3种模式下的柔性杆为研究对象，根据欧拉—伯努利方程，并结合伪刚体模型所得边界条件，利用最小二乘原理，拟合柔性杆的变形曲线方程；通过求解变形曲线对时间的导数，得到其上任意点的速度，进而推出柔性杆的动能表达。基于伪刚体模型，根据功能转换关系，推导出柔性杆的变形势能。在此基础上，建立平行导向柔顺机构的动力学模型。最后，结合具体算例，通过对几种不同模型所得系统频率比较分析，验证了该方法的有效性。

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滤波截止频率对粗糙表面接触机理的影响

孟凡明;胡元中;王惠

. 2008, 44(10): 104-107.

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使用基于快速傅里叶变换和共轭梯度法的扩展干接触程序，以及基于Greenwood和Williamson接触模型(G-W模型)的接触求解方法，分析滤波截止频率对粗糙表面接触机理的影响。结果表明，粗糙表面形貌数据再处理时使用的滤波器滤波截止频率，对力－接近量关系有着明显的影响；G-W 接触模型仅适用于波长较大的粗糙表面。因此，在G-W模型的各种应用中，应注意滤波截止频率对粗糙表面接触机理的影响。

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改进的无网格局部边界积分方程方法

戴保东;程玉民

. 2008, 44(10): 108-113.

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将局部边界积分方程与改进的移动最小二乘法相结合，提出改进的无网格局部边界积分方程方法。改进的移动最小二乘法引入带权的正交基函数，可以克服现有的移动最小二乘法在构造近似函数时须要进行大量的矩阵求逆、计算量大、法方程组容易出现病态方程组的缺点。将改进的无网格局部边界积分方程方法应用于弹性力学问题，并推导出相应的离散方程。通过数值算例验证了该方法的有效性。与原有的局部边界积分方程方法相比，该方法具有计算量小、数值稳定性好并且不会出现病态方程组的优点。

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超声回波信号检测橡胶薄层的特性

王兴国;常俊杰;单英春;徐久军;姚曼;王旭东

. 2008, 44(10): 114-117.

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利用超声回波检测法对橡胶薄层特性进行研究，并对频谱分析测量薄层介质特性的理论进行推导，建立有橡胶薄层和无橡胶薄层的回波信号频谱比值的恢复函数H( f )。结果表明，恢复函数H( f )包含着橡胶薄层材料与基体的特性信息，对其进行解析不但可以获得超声波在橡胶薄层中的传播速度，还可以得出薄层的密度及其弹性模量，而且与时频复合域分析方法计算的结果相一致，利用该方法可在不损坏薄层材料的使用性能前提下对其特性进行检测。

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含间隙迟滞非线性系统的稳态响应

管迪;陈乐生

. 2008, 44(10): 118-122.

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提出一种含间隙弹性约束的干摩擦迟滞非线性系统模型。利用谐波线性化方法，将迟滞恢复力转化为等效刚度和等效阻尼表示，利用K-B平均法求出周期激励下系统响应的一次近似解。研究表明，该模型综合了两种非线性因素，幅频响应复杂，幅频曲线分为两类，不同参数条件下可以表现出分段线性系统的硬特性、迟滞系统的软化特性或二者的综合，存在跳跃现象。通过幅频图的对比分析，讨论各参数变化对动力学特性的影响。

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LR-Mate机器人动力学性能分析

郭希娟;彭艳敏;耿清甲

. 2008, 44(10): 123-128.

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给出评价5自由度串联机器人机构同时基于Jacobian和Hessian矩阵的加速度性能指标，进而得到5自由度串联机器人机构全域性能指标及全域运动性能波动指标。利用上述指标对LR-Mate机器人的加速度性能进行分析，绘制相关图谱。通过对试验结果进行理论分析，发现针对机构尺寸对机构性能的影响进行分析时，Hessian矩阵对机构加速度性能指标有着更重要的影响。最后，利用Matlab软件对LR-Mate机构进行动力学实体仿真，并给出速度、加速度仿真图谱，所得结果与理论分析结果完全一致，验证了理论分析的正确性和指标的可行性。

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考虑弯曲效应的混元胶接单搭接头应力模型

赵波

. 2008, 44(10): 129-137.

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混元胶接接头是利用多种不同剪切弹性模量的胶层来传递被粘物载荷的单搭接头。它兼具胶层连续性连接和降低端头应力集中等优点，因此能充分利用被粘物材料性能(如复合材料)以提高接头强度。以典型双元胶接接头为对象，考虑加载作用线偏心引起的弯曲效应和胶层剥离正应力，建立被粘物为各向同性的线弹性双元胶接接头应力解析模型。理论模型中的胶层切应力、剥离正应力和上被粘物纵向正应力与精细有限元模型吻合得较好，证实了理论模型的正确性。参数研究中确定了影响混元胶层应力分布的关键耦合参数。

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基于全局增益调度控制的重型半挂车主动侧倾控制算法

宗长富;朱天军;麦莉;郑宏宇;高志国

. 2008, 44(10): 138-144.

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重型半挂车极易发生侧翻事故，提高其侧倾稳定性可以减少事故发生和人员财产损失。针对重型半挂车侧倾稳定性问题，建立车速可变的8自由度动力学模型。在回路传输恢复技术(Loop transfer recovery，LTR)的线性二次高斯(Linear quadratic guass，LQG)控制方法基础上，建立全局增度调度控制的全状态反馈控制器，使LQG/LTR局部状态反馈控制器在不同车速下均能对车辆实施最优主动侧倾控制，从而实现在噪声干扰下对重型半挂车的主动侧倾控制。进行变车速阶跃转向工况下的车辆仿真，对比分析主动控制前后的重型半挂车标准横向载荷转移等参数。车辆仿真结果表明，LQG/LTR方法具有良好的抑制干扰噪声的能力，可使系统具有较好的鲁棒性和稳定性。与被动式车辆相比，变车速的全局增益调度控制算法能有效提高重型半挂车的侧倾稳定性。

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高温弹体的精度综合测量系统

庞学慧;张治民

. 2008, 44(10): 145-148.

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针对挤压成形的高温弹体壁厚差与形位误差在线测量难题，提出一种新的测量原理，成功研制专用弹体几何精度测量系统。介绍系统的工作原理、基本构成、软硬件系统，以及数据处理和弹体热变形补偿的方法，并给出测量实例。实际使用表明，该系统能够实现对弹体准确、快速的自动测量，可以解决弹体自动化生产的一项难题。

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轴向车铣等距型面的运动建模

姜增辉;潘恒阳;李伟兵

. 2008, 44(10): 149-153.

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为研究轴向车铣加工等距型面的切削过程，针对其运动过程复杂的特点，以矢量为研究对象，通过矢量分析建立描述其运动过程的数学模型，并给出基本矢量方程。通过数学模型对加工的运动轨迹进行仿真，分析主要切削参数对运动轨迹的影响。为验证运动矢量模型的正确性，进行等距型面的轴向车铣加工试验，得到包含内外轮廓等距型面的加工样件。结果表明，采用轴向车铣完全可以实现等距型面的内外轮廓加工，理论上只要增大铣刀与工件的转速比就可以得到足够小的工件表面粗糙度，且选用逆铣的切削方式更容易得到光滑的加工表面。

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步进扫描光刻机硅片台连续扫描时间优化算法

潘海鸿;李小清;严思杰;陈琳;周云飞

. 2008, 44(10): 154-161.

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为减少步进扫描光刻机连续曝光扫描运动的扫描过渡时间(扫描时间和步进时间)，将硅片台扫描方向曝光扫描运动分解为逻辑步进运动和逻辑扫描运动，提出扫描和步进运动时间重叠的轨迹规划算法(时间重叠算法)处理连续曝光扫描运动。在不破坏运动约束条件下(恒速运动要求以及速度、加速度边界限制)，根据时间重叠算法重新计算并推导不同扫描运动路径下连续扫描运动过程的步进和扫描运动转折点。经理论分析和硅片曝光场连续曝光实例计算表明：基于时间重叠算法的轨迹规划可获得时间优化的硅片台连续曝光扫描，比传统扫描方法减少曝光扫描运动过程中的无效率时间，提高步进扫描光刻机生产率，为步进扫描光刻机工程实践提供理论基础。

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发动机冷却系统中流动与传热问题数值模拟进展

于秀敏;陈海波;黄海珍;陈群;高莹

. 2008, 44(10): 162-167.

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着重论述利用数值模拟技术研究发动机冷却系统中流动与传热问题的发展现状，包括水套单相流及气液两相流流动、流－固耦合传热、一维与三维联合模拟等该研究领域的热点内容。耦合系统之间联合分析的方法准确反映了发动机各部件之间的影响关系，这种分析方法是目前研究的重点，但其中仍存在一些问题。基于此状况提出改进办法：针对不同工况选用循环平均参数作为燃气侧传热边界条件；水套进出口的流动边界条件，在稳态工况下设为定值，在过渡工况下通过循环一维仿真计算确定；应采用整体耦合方法进行计算，计算模型应尽量完整，但可以进行适当的简化，并总结出模型简化的原则。

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基于灵敏度的振动传递路径的参数贡献度分析

张义民;李鹤;闻邦椿

. 2008, 44(10): 168-171.

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虽然研究振动和噪声的传递系统模型和传递路径的贡献度具有重要意义，但是目前还很难清晰正确地阐明多维路径的贡献量。基于动态灵敏度的技术，解决了振动传递路径的参数贡献度问题。采用路径的灵敏度作为度量准则，提出振动传递路径的参数贡献度的有效途径，给出理想的数值分析结果，清晰地阐明了时域内振动传递路径的参数贡献度。

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磨损时间对金属磨损自修复的影响及机理分析

杨育林;闫艳红;张瑞军;任洁

. 2008, 44(10): 172-176.

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利用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机，研究不同磨损时间对45钢－45钢摩擦副磨损表面自修复膜生成的影响及其机理，借助KYKY-2800型扫描电子显微镜测试分析摩擦副的表面和自修复层形貌及表面成分组成。结果表明，磨损时间对添加剂在磨损表面形成自修复膜影响显著；摩擦磨损时间为24h时，试样失重为零，试样磨损表面自修复膜生成；自修复膜的生成使得试样摩擦磨损表面平整光滑，可以有效降低金属磨损。

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低成本柔顺板式精密定位平台的理论与试验

王华;张宪民

. 2008, 44(10): 177-181.

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基于柔顺薄板的弹性变形原理，提出一种低成本、整体式柔顺精密定位平台的设计方法。设计一种平板弹簧机构，使平台能够在较低精度驱动器的驱动下获得高精度的位移输出，从而大幅度降低精密定位平台的成本。建立平台的刚度模型，分析驱动器的精度与平台的定位精度之间的相互关系。最后，分析加工误差对平台定位精度的影响，得出影响定位精度的关键结构参数。通过试验测试，得出驱动器的输入位移和精度分别为4 mm和10m，平台的输出位移和精度分别为9 m和40 nm，线性度为0.33，从而验证了该设计方法的正确性。该平台结构紧凑，成本低，具有很好的性价比，应用前景广阔。

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沙尘环境对内燃机缸套磨损的影响规律

钟振远;马华旸;张优云

. 2008, 44(10): 182-186.

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为研究含颗粒润滑油对内燃机润滑性能的影响，以内燃机中重要的摩擦副——缸套活塞摩擦副为研究对象，利用自行搭建的试验台，模拟中国西部典型的多沙尘气候条件，设计并进行沙尘环境下内燃机缸套的磨损试验。通过测量磨合后、正常条件及含颗粒条件运行后缸套内表面形貌，比较分析得出沙尘颗粒对于缸套磨损的影响规律：沙尘颗粒的存在破坏了缸套—活塞系的润滑系统，造成局部润滑不良，加剧了缸套的局部磨损，而且活塞主推力边一侧缸套的磨损异常严重，形成严重偏磨；沙尘颗粒导致缸套产生了较为严重的磨粒磨损和切削磨损，产生了较大片状和长条状颗粒。油样铁谱分析进一步表明，沙尘颗粒加剧了缸套的磨损程度，并且沙尘颗粒的存在容易导致缸套的磨粒磨损。试验结果为进一步研究沙尘环境对内燃机缸套磨损的影响规律提供实际参考。

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基于特征模型的压电悬臂板振动控制

邱志成;吴宏鑫

. 2008, 44(10): 187-195.

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航天器上悬臂板型挠性附件在扰动作用下将引起包括弯曲和扭转模态的振动，这将影响系统的稳定性和控制精度，尤其是在平衡点附近低频模态频率上的小幅值残余振动很难快速抑制。为了快速抑制压电智能挠性悬臂板系统，包括弯曲和扭转模态的振动，提出采用基于特征模型的非线性黄金分割自适应控制，组合非线性切换逻辑积分阻尼器算法。首先，优化配置压电传感器和驱动器实现了悬臂板的弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦；其次，设计并建立压电挠性悬臂板试验平台，进行试验模态辨识并获得了悬臂板系统弯曲和扭转振动的模态频率和频响特性；最后，进行压电智能悬臂板的弯曲和扭转振动模态主动振动几种方法试验的比较研究。试验结果表明，采用的控制方法能够快速地抑制压电智能挠性悬臂板的振动。

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电流变材料抑振机构动态性能测试与分析

王民;费仁元;吴季茂

. 2008, 44(10): 196-200.

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电流变材料在振动控制中表现出优良的阻尼抗振性能，但由于电流变材料在振动结构中随振动幅度、振动频率和施加电场强度的变化，其动态性能表现出明显的差异，使控制模型难于准确制定。通过对含有电流变材料的抑振机构进行动态性能测试试验，获取在不同电场强度和不同激振频率下的迟滞曲线，并结合所建立的迟滞曲线数学模型将电流变材料在结构振动控制中所表现出来的动态性能分为牛顿粘性液体、屈服前弹性体、屈服前粘弹体、非线性体和屈服后粘性体，同时，分析了电流变材料不同动态特性出现的条件及其对整个结构动态性能的影响。这种试验分析方法为有效制定电流变抑振机构的控制策略提供了科学依据。

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沟球断面环件冷辗扩三维有限元模拟与工艺设计

华林;左治江;兰箭;钱东升

. 2008, 44(10): 201-205.

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沟球断面环件冷辗扩是滚珠轴承套圈制造新工艺。以有限元软件Abaqus为平台，根据冷辗环机实际工作条件，建立从矩形断面毛坯冷辗扩成形沟球断面环件的三维弹塑性动力显式有限元模型。通过动力显式有限元数值模拟，研究沟球断面环件冷辗扩变形过程，揭示出该环件冷辗扩中直径增长和圆度变化规律。基于数值模拟结果，优化设计矩形断面环件毛坯尺寸和冷辗扩工艺参数。在D56G90冷辗环机上进行沟球断面环件冷辗扩试验，验证了数值模拟结果，并采用矩形断面环件毛坯成功冷辗扩出了沟球断面轴承套圈。

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线结构光视觉传感器测圆(类圆)孔中心两步法

薛婷;孙梅;张涛;吴斌;叶声华

. 2008, 44(10): 206-209.

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针对基于工业机器人平台柔性三维视觉检测系统，提出线结构光视觉传感器测量空间圆(类圆)孔中心两步法。根据线结构光视觉传感器测量模型，确定被测圆心近似z向坐标。根据圆心相对摄像机光心的方位，确定被测圆心的x、y向坐标。该方法突破了传统空间圆(类圆)孔中心测量仅能采用双目视觉传感器的方式。研究结果表明，该方法切实可行，可以满足实际测量需求，能够极大地扩展线结构光视觉传感器的应用范围。

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硅片预对准机器人边缘信息采集处理方法

丛明;孔祥吉;刘静;杜宇

. 2008, 44(10): 210-215.

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针对90 nm工艺、300 mm直径大尺寸硅片对制造设备的新要求，提出一种硅片边缘信息采集、处理方法，并在此基础上建立硅片预对准机器人视觉系统。该方法在小波阈值折衷去噪的基础上，利用最小二乘回归拟合和坐标加权平均的数值方法，通过对硅片边缘特征点的标定、过滤、综合和提取，有效地实现CCD采集信号向特征位置数据的转换，解决大尺寸硅片位置信息的获取和分析问题。重复定位精度测量试验结果表明，硅片预对准机器人视觉系统完成了硅片中心、缺口的检测定位，硅片预对准机器人对准精度达到了技术指标的要求，提高了整套硅片预对准系统的工作性能。

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双层储液容器碰撞冲击的计算

李政;金先龙;陈向东

. 2008, 44(10): 216-221.

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采用ALE法描述流体方程，Larangian法描述结构方程，基于罚函数的耦合方式实现流体与结构的耦合作用，动态模拟了双层储液容器碰撞冲击过程。在介绍ALE有限元法的同时，分析储液容器在碰撞冲击过程中的力学行为及其能量的转换过程，并对储液容器内部的流体变形行为进行分析，为其结构的设计与性能的改进提供参考依据。此外，讨论该类流体—结构耦合问题的并行性计算问题，针对双层储液容器碰撞冲击过程中既存在十分耗时的非线性的流体与结构耦合计算，又有大量的碰撞接触计算的特点，基于负载均衡的分区策略，改进了递归坐标二分分区方法。结果表明，改进后的分区方法使得各分区的负载更加均衡，具有更好的加速比与并行效率。

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基于时频脊线的瞬时频率特征提取

柏林;刘小峰;秦树人

. 2008, 44(10): 222-227.

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根据时频脊线所在的位置信息与信号瞬时频率的对应关系，提出根据时频脊线提取多成分瞬时频率的新方法。该方法是，先通过加窗处理对一维时间信号进行时域分段，对每个时段信号采用自适应核函数时频分析，再把每个时段上求得的时频分布拼接成信号整体时频谱；然后将时频分布图转换成直观的二维图像，进行平滑处理后采用二维Laplacian算子提取时频图像的脊线并作细化处理；采用Hough变换自动检测时频脊线的特征参数，特别对正弦调频信号和线性调频信号的时频脊线检测问题进行论述。仿真试验和齿轮故障诊断的工程实践证明了该方法的可行性和有效性。

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用于故障诊断的网络分割谱聚类方法

王娜;杜海峰;庄健;王孙安

. 2008, 44(10): 228-233.

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提出故障诊断的可观测量网络模型，从故障诊断的模式识别本质出发，把故障数据聚类转化为网络分割问题。利用最小最大切判据构造分割的目标函数，针对传统最优化最小最大切判据计算量大的缺点，利用k-means算法对其寻找最优分割点过程进行改进。标准数据集测试和一个四级压缩机故障系统诊断试验表明，新算法对数据分布没有严格要求，能快速有效地获得数据样本特征，实现数据的聚类，从而完成故障状态识别和分类。

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数字化进退针装置的设计与试验

田桂中;侯丽雅;章维一

. 2008, 44(10): 234-238.

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针对细胞注射中微注射针刺膜速度慢和定位精度差等不足，研制一种基于惯性力与摩擦力交替作用的数字化进退针装置。阐述该装置工作机理，利用压电陶瓷低频振动产生的冲击式惯性力，克服摩擦力产生微进给。建立数字化进退针装置的动力学模型，利用数值方法求解其输入输出响应关系。该模型求解结果在性能试验得到了验证。在小鼠卵母细胞显微注射试验中，对数字化进退针装置进行了应用研究。研究结果表明：数字化进退针装置能够满足显微注射要求，其动力学模型是合理的。

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复合管功率超声压电换能器的径向振动特性

刘世清;姚晔

. 2008, 44(10): 239-244.

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在纵向复合压电超声换能器基础上，提出并研究带预应力外壳的径向复合管压电超声换能器的径向振动特性。换能器由径向极化薄壁压电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类比原理，建立起复合系统的径向振动等效电路，并给出其径向振动共振频率方程。结合数值计算例，探讨换能器的共振和反共振频率以及有效机电耦合系数与预应力圆管半径比之间的关系。设计制作4个径向复合管压电超声换能器样品，通过试验测量换能器径向振动共振和反共振频率。结果表明，换能器径向共振频率的理论值与测量结果符合较好，误差小于5%。

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农机扶手有限元正交优化方法及应用

胥芳;张立彬;蒋建东;张宪

. 2008, 44(10): 245-249.

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针对复杂参数结构优化过程中模态分析方案过多问题，结合模态分析和正交试验法的特点，提出有限元正交优化分析方法，通过对结构有限元模态分析方案的正交试验规划，大幅度减少分析样本数量；同时试验数据的分析结果可确定各试验因素的较好水平及各因素对振动性能的影响，通过改变敏感参数来快速实现机械结构振动特性的改变。最后以小型农机扶手为例，将扶手的一阶振动频率由41.7 Hz变为71.379 Hz，避开了人手的敏感频率范围，优化及试验结果证明了该方法的有效性及可行性。

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液态合金表面张力快速检测新方法及在铸造工程中的应用

李大勇;石德全;张宇彤;王利华

. 2008, 44(10): 250-254.

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液态合金表面张力对铸件结晶过程、合金中气体析出、合金孕育效果、精炼效果及铸件表面光洁度等均有重要影响。为了应用表面张力快速评价液态合金的诸多质量参数，研究一种快速测定液态合金表面张力的新方法及装置。介绍新方法及装置的工作原理以及在铸铁石墨形态炉前快速识别和铝合金变质处理效果快速评价中的应用。试验结果表明：依据铸铁石墨形态识别模型和铝合金变质处理效果识别模型，利用炉前测得的当量表面张力可实现石墨形态和变质处理效果的快速预测。

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车辆制动器参数化数据库设计

姚辉学;侯永涛;王国林;周孔亢;施正堂

. 2008, 44(10): 255-259.

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在基于Internet/Intranet的车辆制动器优化设计过程中，负责结构、优化、稳健和工艺等的设计部门之间需要共享零部件的结构参数，并研究一种共享零部件结构参数的方法。基于Unigraphics(UG)环境，把结构参数(参数化尺寸)、属性参数、工艺参数和标准数据等存储在数据库中，通过数据库服务器实现数据共享，各设计部门可以根据权限读取和修改数据，设计结果实时地通过零部件模型和数据库之间的双向驱动反映出来。利用数据库技术、UG二次开发技术和ODBC技术实现了这一方法，为制动器设计提供了一个快速稳定的网络环境，在实际应用中基本满足了各部门之间合作的需要。

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放气过程中换热系数的确定以及放气电磁阀流量特性的辨识

杨丽红;刘成良

. 2008, 44(10): 260-265.

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给出定容积放气过程的热力学模型，并基于自然对流换热准则关系式和已知流量特性的电磁阀放气压力曲线确定模型中的换热系数。采用该模型对一个流量特性已知的电磁阀放气过程进行压力和温度仿真，仿真结果表明基于自然对流的放气模型的仿真曲线和试验曲线非常接近，能够很好地反应实际放气过程。应用该模型并结合放气压力曲线对放气电磁阀的流量特性进行辨识，结果证明这种方法能够准确且方便地测量出电磁阀的流量特性。

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薄板件台阶孔冲压冷锻组合工艺的数值模拟

李湖峰;卢险峰

. 2008, 44(10): 266-271.

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针对构想的一种薄板件台阶孔冲压冷锻组合工艺，应用金属塑性加工有限元模拟的关键技术，包括几何模型、材料断裂破坏、网格划分等，用DEFORM-3D软件对此种薄板件台阶孔的冲压冷锻组合变形进行数值模拟。得到了工件材料的等效应力、应变分布，速度场和力—行程曲线。提出细观变形过程可分为冲头小直径处冲孔、冲头大直径处压凹和闭式模锻三个阶段的认识，分析组合工艺特点和材料成形性能。用料厚为2.35 mm的AL-1100铝板材料进行工艺试验，获得了清晰的台阶孔形状，验证了数值模拟的认识。

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往复泵曲轴疲劳可靠性分析

叶晓琰;蒋小平;许建强;施卫东

. 2008, 44(10): 272-276.

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为提高往复泵的设计水平，基于三柱塞单作用往复泵曲轴实例，通过将曲轴所受各力按相应坐标系分解，并将周期性作用力在时间相离散以及划分为若干计算断面，建立了曲轴疲劳可靠性分析模型。利用已开发的往复泵曲轴强度计算与校核软件计算并导出数据，应用半径矢量法分别求出曲轴各断面应力与疲劳极限的均值及标准偏差，使用联接方程求出各断面的联结系数，详细分析了曲轴模型的疲劳可靠性。通过对一系列实际使用效果良好和失效曲轴的疲劳可靠度进行计算与分析，得出了三柱塞单作用往复泵曲轴疲劳可靠度的合理取值；对于原可靠度过高的曲轴，反求出该曲轴实际能安全可靠承受的最大柱塞力，充分利用原机组的富余能力。往复泵曲轴疲劳可靠性分析具有重要的理论和实际应用价值。

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视觉导航智能车辆的路径跟踪预瞄控制

陈无畏;李进;王檀彬;李碧春

. 2008, 44(10): 277-282.

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视觉导航智能车辆通过机器视觉获取导航路径信息并进行自动跟踪。常规的反馈控制仅利用当前的路径信息，在复杂条件或突发状况下难以有效工作。通过对在线获取的具体路径信息进行预瞄，可以对未来的路径信息加以利用，从而提高智能车辆行驶的安全性和有效性。为此，在获取的路径信息中确定当前路径和未来路径分别用于反馈和预瞄，并设计预瞄加反馈的控制器。该控制器能够自动根据预瞄路径的弯曲程度调整智能车辆的预瞄距离和行驶速度，从而提高跟踪精度和行驶稳定性。仿真和试验结果表明，该控制器与一般反馈式控制器相比跟踪误差较小，行驶更稳定。

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山地自行车后悬架机构优化设计方法

项忠霞;卜研;刘晗;黄田

. 2008, 44(10): 283-287.

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分析山地自行车后悬架主要类型，将其归纳为单铰结构、摇臂驱动四杆机构和连杆驱动四杆机构三类。在归纳现有山地自行车后悬架机构图谱的基础上，建立减振器所受轴向力与后轮轴所受垂直力之比与后轮轴角位移的映射关系，探讨这种关系对骑行振动舒适性及操控性的影响。以典型样车为例，比较不同形式后悬架机构力比映射特性的差异，得到四杆机构后悬架刚度小于单铰结构后悬架刚度的结论。在此基础上，通过分析找出影响后悬架系统性能的设计参数为：连架杆长度、连杆长度和减振器与车架连接的位置，并以这些参数为设计变量，以实际结构空间限制为约束条件，以设定的力比曲线为优化目标，通过典型实例优化后悬架系统的设计参数，给出一种后悬架机构尺度综合方法。

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基于范例推理的注塑模具设计自动化技术

杨化林;童水光;吴荣仁

. 2008, 44(10): 288-293.

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研究在最近邻法基础上注塑模具范例的相似度算法，充分考虑不同历史时段技术发展水平导致的模具设计和加工手段的进步，减小由于庞大的范例库造成的匹配时间复杂度，提出采用过滤机制的方法。首先限定一定的搜索范围，只对此范围内的范例进行相似度计算匹配，从而最大限度的提高系统计算、匹配效率；给出特征权重调整的简洁方法，以对传统最近邻法产生的不精确性进行修正。针对检索到的模具范例，从零部件信息和装配结构两个方面进行调整，提出基于标准件库的离线式零部件编辑和以“配合关系寄存器”为中间件的结构调整方式。最后提出一种设计时范例数据获取与重用的设计过程刻录的在线式范例应用的新方法，为基于范例的自动模具设计开辟新途径。

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节点矢量影响NURBS曲线的规律研究与应用

陈凯云;谢晓芹

. 2008, 44(10): 294-299.

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以非均匀有理B样条（Non uniform rational B-spline, NURBS）曲线理论为基础，证明修改节点矢量对NURBS曲线的影响具有局部性，推导修改节点矢量引起的NURBS曲线变化量的计算式，提出修改节点矢量影响NURBS曲线的一般规律。对计算机辅助图形设计（Computer aided geometric design, CAGD）中曲线局部修改的实例进行试验研究，证明了修改节点矢量可以实现对NURBS曲线的局部修改，实现曲线交互式设计。对NURBS插值曲线节点因子调节法中航空压气机叶片边缘测量的实例进行了试验研究，证明可以获得拟合误差最小的叶片型面测量点NURBS插值曲线。试验研究证明所提出的“节点矢量影响NURBS曲线的一般规律”是正确的和可行的。

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非熔化极气体保护焊接熔池表面形貌三维传感及其装置设计

王志江;张广军;张裕明;吴林

. 2008, 44(10): 300-303.

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熔池表面形貌的传感及其三维恢复在焊接机理研究和成形控制中均有着深远的意义，然而焊接过程中强弧光的干扰和熔池表面的镜面特性使得熔池表面的三维传感非常困难。利用小功率结构光条纹激光器投射激光条纹于非熔化极气体保护焊(Gas tungsten arc welding, GTAW)熔池表面，由成像屏接收熔池表面镜面反射过来的激光条纹，利用镜头前附加了与激光器波长匹配的窄带滤光片的电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD)摄像机观察成像屏上的条纹变化，从而获得熔池表面的高度等三维信息。为了便于研究传感规律及确定传感器结构参数间的最佳组合，设计了一套传感装置，并利用该传感装置在强弧光下获得了清晰的能够反映GTAW熔池表面形貌的激光反射条纹图像。

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自由锻造液压机控制策略

陈柏金;黄树槐;高俊峰;靳龙

. 2008, 44(10): 304-307.

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自由锻造液压机工作压力高、换向频繁，须要对大运动惯量部件进行平稳和精确控制，难度很大，现有控制方法无法很好地解决这一难题。通过研究自由锻造液压机工作特性，提出一种应用于自由锻造液压机的预测型多模式模糊控制策略。对液压机的不同区段分别进行模糊速度、位置和Bang-Bang控制，获得较高的快速性、平稳性和定位精度；使用预测算法，解决液压系统执行机构存在的动作滞后和惯性对控制特性与控制精度的影响。应用预测型多模式模糊控制策略，以减少液压机动作滞后的影响，使自由锻造液压机活动横梁的控制精度达到±1 mm，最高锻造次数达到120次/min，系统的液压冲击和主机振动也得到有效控制。

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基于图像矩的视觉伺服控制及应用

王军平;曹秉刚;康龙云;CHO Hyungsuck

. 2008, 44(10): 308-312.

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传统的基于图像的视觉伺服控制中，雅可比矩阵的奇异性将影响到控制系统的稳定性和鲁棒性，利用图像矩作为特征可以保证矩阵为满质的，并且由于该雅可比矩阵为上三角型，能够将平移和转动运动部分解耦，因此简化了控制器设计。在视觉控制器的设计中，基于遗传算法优化的最优PD控制策略能够获得比常用的P控制策略更好的综合动态特性。在物体平面和图像平面平行时，通过微轴孔的精密对准试验验证了上述基于图像矩的视觉伺服控制的有效性。

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2008年, 第44卷, 第10期　
刊出日期：2008-10-15

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