机械工程学报

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肖人彬;蔡池兰;刘勇

. 2008, 44(12): 1-11.

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公理设计理论为系统设计提供了科学基础，同时也可为其他设计方法和工具提供概念框架。以公理设计对设计活动的指导为线索，在剖析其历史背景的基础上，对公理设计的理论概要进行归纳和简要评析，从而导出研究热点；从公理设计理论的扩展和完善、公理设计与其他设计方法的关系、耦合设计问题的处理以及基于公理设计的复杂性科学研究角度对公理设计的研究进展进行阐述说明，并展开细致深入的分析；综述了公理设计在产品设计、制造系统设计、材料及材料加工和设计评价与决策领域的典型应用情况；最后对公理设计研究目前所存在的问题和局限性进行分析，并展望了今后的研究重点和发展趋势。

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并联微操作机器人技术及应用进展

贠远;徐青松;李杨民

. 2008, 44(12): 12-23.

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微/纳米并联微操作机器人技术是综合微/纳米技术和并联机器人技术迅速发展而形成的新研究方向，涉及精密机械、机器人、计算机、自动控制、精密测量等多学科领域，广泛应用于生物医学领域中的细胞与基因操作、精细外科手术、微电子装配、微细加工、光纤对接等领域。通过对当前国内外并联微操作机器人的研究状况、产品化应用以及实际应用等方面的发展态势进行详细地回顾，总结微/纳米级并联微操作机器人这一研究方向在工作空间、运动解耦性、承载能力、理论分析、柔性铰链设计、实时标定与测量、新材料、驱动等方面存在的问题，并提出改进意见，以期对该领域未来的创新设计以及发展研究产生一定的推动作用。

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角膜移植中缝针刺入角膜的有限元仿真

杨洋;刘笑宇;符浩

. 2008, 44(12): 24-29.

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利用微力材料试验机进行新鲜猪眼球角膜组织的力学性能测试试验。试验选用医用眼科2号缝针(直径0.2 mm)，以 1 mm/s的临床手术平均刺入速度，在正常眼压下刺入角膜组织，得到了缝针针尖在刺入过程中的位移—针轴力关系。在此基础上，采用线性三角形单元建立角膜的平面有限元分析模型，并根据缝针与角膜软组织接触表面间相互作用的粘—滑理论，建立缝针刺入角膜的有限元仿真算法。以试验测得的针尖位移和针轴力的关系为边界条件，在Matlab环境下利用迭代算法对所建立的有限元方程进行求解，实现了缝针刺入角膜过程的实时仿真，同时得到缝针刺入角膜过程中节点的位移图和位移—针轴力的关系曲线，为角膜移植手术机器人的设计和缝合作业的任务规划提供了重要的依据。

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梯度功能材料非定常热传导的形状效应

赵军;艾兴;李艳征

. 2008, 44(12): 30-34.

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采用分离变量法和变量代换法，推导出无限大平板、无限长圆柱体和圆球体3种形状的梯度功能材料构件在第三类边界条件下的量纲一非定常温度场的解析解。3种形状的梯度功能材料构件的组分和热－物理性能分别服从平面对称、轴对称和球对称分布规律。通过数值计算并与无限大平板、无限长圆柱体和圆球体3种形状的均质构件对比，研究梯度功能材料构件形状以及热－物理性能分布对非定常热传导的影响。计算结果表明，梯度功能材料构件的非定常热传导具有与均质构件相似的形状效应，即圆球体的温度传播速度最快，而无限大平板的温度传播速度最慢。由表及里增大梯度功能材料构件的热导率和热扩散率，可提高温度传播速度。

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证据理论和区间分析相结合的可靠性优化设计方法

郭惠昕;刘德顺;胡冠昱;梁亮

. 2008, 44(12): 35-41.

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提出一种基于证据理论和区间分析方法的可靠性优化设计方法。对于给定的失效概率许用值f0，通过证据理论求出可靠性约束条件的似真度Pl(F)，以Pl(F)f0作为可靠性约束条件的替代模型，进而提出基于证据理论的广义可靠性优化设计建模方法。当仅考虑随机不确定性时，所建立的模型退化为传统的随机可靠性优化设计模型。给出似真度Pl(F)的数值计算方法，并引入区间分析理论计算约束函数的值域，提高似真度的计算效率和可靠性优化的求解速度。开发基于证据理论和区间分析的可靠性优化设计遗传算法程序。给出了内压容器的可靠性优化设计实例。设计实例表明，所提出的方法正确、有效。

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旋流泵内盐析两相流场的计算及试验研究

杨敏官;高波;李辉;顾海飞

. 2008, 44(12): 42-48.

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为研究流体机械内部伴有盐析的液固两相流动情况，自行设计了旋流式模型泵，采用双流体模型计算了该泵在最优工况下的氯化钠盐析两相流场，并采用先进的激光相位多普勒粒子测速仪测量了泵无叶腔及叶轮内部盐析两相流的三维速度场。将试验结果与计算结果进行对比，验证了计算模型的适用性，并给出了误差分析。通过对试验测得的周向、轴向、径向速度及其对应的脉动速度分布曲线讨论，初步揭示了该型泵内盐析两相流动特征。在整个流道内，盐析晶体颗粒大部分集中于无叶腔，且分布较均匀；进入叶轮后向叶片工作面靠拢；颗粒浓度最低处是在叶轮进口叶片背面靠近叶轮后盖板附近；液固两相在叶轮与无叶腔中的周向速度分布差异明显；两相间速度及脉动速度有滑移，但差异总体上并不显著。

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变胞机构的基因建模理论与构态进化分析

张利萍;王德伦;戴建生

. 2008, 44(12): 49-56.

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变胞机构的英文首创是“Metamorphic mechanisms”。这一概念借用了生物学中“Metamorphosis”，即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念，并结合机构的基本杆组组成原理，首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理，定义变胞元与变胞基因，并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型，分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点，讨论变胞源机构及生成方法与过程，得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法，建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例，并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果，对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。

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基于滑移线场的SiCw/6061复合材料挤压变形晶须形貌分析

李建辉;李洪洋;李春峰

. 2008, 44(12): 57-61.

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为探讨挤压变形对SiCw/6061复合材料晶须形貌的影响规律，首次引入塑性变形滑移线场理论对SiCw/6061复合材料的挤压过程进行研究。通过给出典型挤压工艺的正挤压实心件及反挤压杯形件的滑移线场及速端图，分析滑移线场以及速度间断对晶须形貌的影响，并与试验所得相应晶须形貌电镜照片进行对比。研究结果表明，最大切应力将引起SiC晶须沿滑移线切线方向的转动，导致晶须取向为其初始方向与滑移线方向的合矢量；速度间断所对应的沿滑移线切向的剧烈速度变化将导致位于速度间断线两侧的SiC晶须发生折断。

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机械装配过程的偏差传递建模理论

何博侠;张志胜;戴敏;史金飞

. 2008, 44(12): 62-68.

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研究机械装配偏差传递和累积的规律，建立装配过程状态空间模型。以零件特征面为基本元素，集成三维空间中的位置和质量特征信息，建立面向质量分析的零件模型和零件偏差模型。从偏差传递的角度，把零件装配过程分为两个步骤，提出零件基准偏差和配合基准偏差概念，在建立这两类偏差模型以及单个零件装配模型的基础上，建立整机装配过程的状态空间模型。实例证实该模型在装配质量预测和装配过程偏差分析上的有效性，为基于偏差流的应用研究奠定理论基础。

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基于ANSYS的轴向柱塞液压电机泵电磁场数值计算与分析

张大杰;高殿荣;王有杰;郭明杰

. 2008, 44(12): 69-74.

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提出了一种新型轴向柱塞液压电机泵，简要介绍了其结构组成和工作原理。应用ANSYS/Emag模块对带有不同冷却流道的三种电机泵的定子模型对应的空载电磁场进行了数值计算。通过对计算结果进一步的分析和计算得到了电机泵电磁场的分布及油隙磁感应强度，并进行了对比分析。研究表明，带有12个条形冷却流道的定子结构的磁感应强度最大，带有24个圆形冷却流道的定子磁感应强度最低，带有8个条形冷却流道的定子结构的磁感应强度介于上述两种之间。所作研究为新型轴向柱塞液压电机泵定子的结构设计和优化提供了依据。

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脉冲涡流无损检测中腐蚀缺陷边缘的识别

杨宾峰;罗飞路;潘孟春

. 2008, 44(12): 75-79.

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对腐蚀缺陷的边缘进行准确识别是无损检测领域的一个难点，直接影响着腐蚀成像的效果。采用阵列脉冲涡流对腐蚀缺陷进行检测，针对传统无损检测中只从时域提取特征造成识别正确率较低的问题，根据脉冲涡流具有丰富频率成分的特点，从时域和频域分别提取特征量，提出一种基于主成分分析的阵列脉冲涡流腐蚀缺陷边缘识别方法，提高缺陷边缘识别的正确率，理论分析与试验结果相一致，验证了所采用方法的正确性。

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非线性状态空间方法辨识电液伺服控制系统

岑豫皖;叶金杰;潘紫微

. 2008, 44(12): 80-85.

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针对回归神经网络辨识和建立非线性动态系统模型的问题，研究非线性状态空间描述的回归神经网络数学模型。讨论极小均方误差网络训练收敛准则，通过研究Kalman 滤波估计公式中的随机变量，提出一种参数增广的回归神经网络非线性状态方程，无导数的Kalman滤波器用于增广参数估计，人工白噪声强迫网络学习，更新网络权值，避免了扩展Kalman滤波器计算Jacobian信息和基于递度学习算法收敛慢的问题。在电液伺服系统辨识建模的应用中表明，回归神经网络较好地跟踪了液压油缸压力变化，与扩展Kalman滤波估计学习算法相比，新的算法具有较快的收敛和精度。

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均匀液滴喷射过程仿真与试验研究

齐乐华;罗俊;李莉;蒋小珊;杨方

. 2008, 44(12): 86-92.

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针对液滴喷射增材制造试验参数调整困难、实施难度较大的现存问题，基于流体体积(Volume of fluid，VOF)两相流模型，建立均匀液滴喷射过程流场的计算模型。采用数值模拟的方法，对液滴喷射过程中的液滴流形态、压力场和速度场及其影响因素进行了研究，揭示了形成均匀液滴流的内在变化规律，得到了均匀液滴喷射过程的最优频率。在模拟结果的基础上，建立了液滴喷射装置并配置了相应的高速拍照系统，对射流断裂形态、喷射过程、喷射速度进行了试验研究。结果表明，射流速度主要取决于喷射压强，液滴流均匀性主要取决于扰动频率和扰动振幅，射流的压力场则呈周期性变化。模拟结果与试验结果吻合较好，说明所提出的建模方法是可行的，为不同情况下射流内部流场的计算提供了实用的方法，也为液滴喷射增材制造技术的应用奠定了理论基础。

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基于机床混合模型的参数曲线高速插补速度极值分析

孙海洋;范大鹏

. 2008, 44(12): 93-99.

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参数曲线高速数控插补时，进给速度规划需要综合考虑机床动力学特性和曲线几何特征的限制。通过建立机床进给系统的机电混合模型，给出了参数曲线高速插补进给速度的机床动力学约束条件。以此条件为基础，采用“速度－加速度”相平面分析法导出了速度极值曲线解析表达式。与实时插补弦高误差约束下的速度极值曲线表达式相比，二者具有一致性。通过机床动力学约束下的速度极值曲线最大实时插补弦高误差估计，可简化插补进给速度规划约束条件。研究结果表明，给出进给速度极值解析曲线是有效的，可为参数曲线高速插补进给速度优化规划提供理论分析依据。

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管道节流过程中气蚀的数值模拟

汪健生;刘志毅

. 2008, 44(12): 100-104.

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应用数值模拟的方法，对流体在圆形、六边形、正方形、渐缩及渐扩几种不同几何形状和尺寸的节流管道中流动时所产生的气蚀现象进行数值计算，模拟流体在管道节流过程中气蚀的发生过程，分析不同节流断面形状节流管道的含气量分布、沿程含气量、沿程压力变化等规律。数值计算的结果表明，在所计算的不同断面形状节流管道中，渐缩形节流管道中气蚀发生的区域最小。同时，还对具有较好气蚀特性的几种不同长度渐缩形节流管道进行模拟计算，结果显示，节流段长度对气蚀的存在区域有重要影响，随节流段长度的增加，气蚀区域向下游的发展范围逐渐加大。此外，对各种断面节流管道中气蚀产生的位置进行预测，并对气蚀形成的机理及影响因素进行分析。

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V形内锥流量计关键参数对流出系数的影响

徐英;于中伟;张涛;李刚

. 2008, 44(12): 105-111.

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将计算流体动力学仿真试验和实流物理试验相结合，剖析V形内锥流量计的流出系数特性，探索不同等效直径比β、前后锥角以及雷诺数等对流出系数的影响规律。湍流模型为RNG k-ε模型。针对100 mm口径，设计了β值分别为0.50、0.65、0.85，前锥角分别为40º、45º、50º，后锥角分别为120º、130º、140º，共27种组合的V形内锥体，仿真介质为水，温度为293 K。经过数值模拟试验，获得了27条内锥流量计流出系数特性曲线。为进一步验证仿真试验结果，在已有实流试验系统的基础上，建立针对V形内锥流量计的专用自动标定平台。两类试验数据比较发现：内锥流量计的流出系数不仅和雷诺数有关，还与等效直径比β及前后锥角相关。首先，β值越大，流出系数越小，且β值越大，流出系数更易受雷诺数的影响；其次，β值相同时，前锥角对流出系数具有决定性的影响，而后锥角对流出系数的线性度具有一定程度的影响；第三，较大的前锥角可减弱雷诺数对流出系数的影响。数值模拟试验预测平均误差约5%，最大值小于10%。

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燃料电池系统空气流量振荡分析与控制

谷靖;卢兰光;徐梁飞;欧阳明高

. 2008, 44(12): 112-117.

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针对低压燃料电池系统大负荷状态下存在的空气流量振荡问题展开研究。在分析原系统结构的基础上，采用半经验的方法对鼓风机进行精确建模，进而建立整个空气系统的动态模型，该模型考虑鼓风机寄生功率对燃料电池系统功率的影响。采用试验数据对模型进行验证，结果证明模型能精确地实现对空气系统的模拟与仿真。然后根据模型仿真以及控制系统稳定性理论对空气流量振荡的原因进行分析，其中理论分析采用原系统的简化模型。分析结果表明，原系统中采用鼓风机电流作为闭环反馈信号是空气流量振荡的根本原因。因此对空气流量的控制算法进行改进，打开电流环，并优化控制参数。试验结果证明，改进后的控制算法能有效消除空气流量的振荡，控制效果良好。

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基于Stewart机构的六维力/力矩传感器

王宣银;尹瑞多

. 2008, 44(12): 118-122.

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基于Stewart机构的六维力/力矩传感器是一种十分优越的测力传感器，具有测力接触面大、承载能力强、量程大、测力信息丰富等优点，可被广泛应用在航空机器人、航空航天技术及宇宙空间器的对接试验、风洞试验等场合。根据以上特点，阐述Stewart机构的六维力/力矩传感器的测力原理，分析传感器的受力变形，零部件设计尺寸和理论尺寸的制造误差及安装误差对其测力精度的影响，并对其结构参数进行优化设计。提出一种标定方法，研究其标定算法。对自主研制的Stewart六维力/力矩传感器进行标定试验，得出该传感器的标定矩阵。研究结果表明，用标定矩阵代替传感器理论影响系数矩阵参与6个单向力传感器输出信号的耦合，能够有效地提高该传感器的测力精度。

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基于改进粒子群算法的供应商参与可靠性设计优化

焦明海;唐加福;牟立峰;韩冰

. 2008, 44(12): 123-130.

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研究供应商参与下的汽车产品子系统可靠性设计的优化问题，考虑供应商参与产品设计的可信度因素，建立以最大化系统的可靠度和供应商的可信度为优化目标的多目标数学规划模型。通过加权的方法把多目标优化模型转化为单目标非线性整数规划模型。采用粒子群(Particle swarm optimization，PSO)算法进行求解，提出适用于“零部件—供应商”关系的离散粒子编码方法。设计带有自适应动态惩罚项的适应度函数，把优化问题转化为无约束优化问题，并将粒子的搜索范围扩展到近可行解空间，进而较好地改进了算法的搜索速度和收敛性能。以某中级轿车传动系统零部件可靠性设计的优化问题为实例，进行仿真研究，应用质量功能展开和模糊评判的方法生成了零部件的权重和供应商可信度初始数据值，仿真结果验证了所提出PSO算法的实用性和有效性。

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基于MEMS的压电微泵建模与优化

崔琦峰;刘成良;查选芳

. 2008, 44(12): 131-136.

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以压电驱动的无阀微泵为研究对象，根据扩张管/收缩管的压力损失系数和连续方程，建立了无阀微泵的理论模型。利用有限元分析软件，建立了无阀微泵有限元模型，进行了耦合场仿真分析。模拟并分析了不同边界条件下驱动电压、电压频率、泵膜厚度、压电薄膜厚度和压电材料对无阀微泵输出特性的影响。仿真结果显示，无阀微泵具有很好的整流特性，并且驱动电压越大，输出特性越好。在局部固定边界条件下，当压电薄膜上施加电场强度为500 V/mm的驱动电压时，存在最优的压电薄膜厚度，使得微泵的输出流量最大。研究结果为无阀微泵的优化设计提供了依据。

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磁流体对伺服阀力矩马达动态特性的影响

李松晶;鲍文

. 2008, 44(12): 137-142.

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利用磁流体在外加磁场作用下具有较高饱和磁化强度和较大粘度的特点，提出了采用磁流体改善伺服阀力矩马达动态特性的方法。通过把磁流体添加到伺服阀力矩马达的工作气隙，来增加力矩马达的阻尼，改变力矩马达的动态响应特性，提高力矩马达及伺服阀的稳定性，从而有助于抑制和消除伺服阀自激振荡及噪声。通过对磁流体作用机理及力矩马达磁回路的分析，给出了磁流体作用力数学模型，以及添加磁流体和不添加磁流体的力矩马达动态数学模型，采用MATLAB/Simulink对添加磁流体和不添加磁流体的伺服阀力矩马达动态响应特性进行了分析，给出了分析结果，并通过激光位移传感器对伺服阀力矩马达动态响应特性进行了试验研究。仿真及试验结果表明，磁流体可增加伺服阀力矩马达的阻尼比，从而提高伺服阀力矩马达的稳定性和抗干扰能力。

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高通过性与平稳性月球车移动系统设计

陈百超;王荣本;贾阳;金立生;郭烈

. 2008, 44(12): 143-149.

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月表行驶环境恶劣，这对月球车移动系统提出了更高的要求。为提高月球车的移动能力，提出一种具有高通过性和载荷平台平稳性的新型月球车移动系统。该移动系统由正反四边形机构悬架和伸缩叶片复式步行轮组成。正反四边形悬架是一种适用于六轮月球车的非独立悬架，通过与摇臂式悬架进行受力和姿态运动的对比分析和仿真对比分析可知，它可以使月球车具有较高的越障性能并在越障过程中保证载荷平台的相对平稳。同时，针对不同松散程度的月壤，根据车轮―土壤力学原理，设计出伸缩叶片复式步行轮。该种车轮最突出的特点是能够根据车轮与土壤间的相互作用关系，自适应调节叶片入土深度，从而改变车轮的牵引能力、平顺性和能耗。对该种移动系统进行多项移动性能试验，结果表明，该种新型移动系统具有较高的越障能力和保持载荷平台平稳能力，能够在恶劣路况下最大限度的发挥车轮的牵引能力，而且在路面通过性良好时尽可能的节约能耗，增加车轮滚动的平顺性。

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面向设计者的协同产品开发过程仿真模型

张晓冬;李英姿;缪春;罗乐

. 2008, 44(12): 150-156.

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为了在协同产品开发过程仿真中体现设计者的主动性、自治性和协同性，提出一种以设计者智能主体为核心的集成过程仿真模型。对集成模型的设计者智能主体模型、任务、产品信息、资源和组织分模型进行了定义和描述，并对设计主体的行为协议进行了系统研究。基于主体模型开发了一个产品开发过程仿真平台，实现面向设计者的可视化建模与仿真功能，并通过仿真试验和应用实践验证了所提出的集成仿真模型的有效性，在某摩托车发动机的协同设计项目中进行了实际应用。面向设计者的仿真为协同产品开发过程中人与组织因素的分析提供了一种量化和动态的研究方法。

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软数控系统混合任务两级调度策略

李迪;万加富;叶峰;赖乙宗

. 2008, 44(12): 157-162.

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针对软数控混合任务调度，提出一种两级结构调度策略：对实时周期性任务采用时间触发，实时突发性任务则采用事件触发。建立混合任务模型并定义相关概念，给出调度策略的架构，并对调度算法、任务可调度性及时标间隔进行深入研究。将提出的两级调度策略应用到基于Windows CE.NET的软数控系统中，分析软数控系统结构和任务划分。最后，对调度策略进行试验验证，结果表明该方法能保证混合任务的确定性，从而提高软数控系统的性能。

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均匀钎料熔滴喷射装置设计

田德文;田艳红;王春青;孔令超

. 2008, 44(12): 163-167.

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针对现有焊球生产设备结构复杂、成本高等缺点，设计了实验室用均匀钎料熔滴喷射装置。该装置分为压力控制器、液滴生成器、气体保护装置以及冷却凝固装置四个部分。其中液滴生成器采用喷嘴局部缩径，使熔滴在表面张力差及重力的作用下实现分离，有效地简化了装置的结构，降低了成本。利用所设计的装置对Sn3.0Ag0.5Cu焊球的制备工艺进行优化，并对优化工艺参数下制备的焊球从表面形貌与球形度、焊球尺寸分布以及钎料微观组织等方面进行质量评定。结果表明：喷射压力、喷嘴到冷却介质表面的距离以及喷嘴内径是影响焊球成形的主要因素。优化工艺参数下制备的焊球尺寸均匀、表面光亮、球形度好、内部组织细密无缺陷。所设计的装置能够满足实验室研究钎料喷射过程以及焊球制备的需要。

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两栖车两相绕流场的模拟与水上快速性分析

王涛;徐国英;姚新民;周景涛

. 2008, 44(12): 168-172.

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两栖车形体复杂，其水上绕流场和水上性能难于用传统手段进行预报，计算流体力学为解决这一问题开辟了新途径。以计算流体力学中广泛使用的雷诺时均纳维—斯托克斯方程为基本控制方程，采用切应力输运型湍流模型结合流体体积分数法，进行两栖车水上两相绕流场的数值模拟。控制方程由有限体积法离散，压力速度耦合采用SIMPLE策略处理，代数方程由高斯—赛德尔法求解。阻力是快速性的主要指标，以其为判据对比试验与模拟得到的阻力结果，相对误差在5%左右。构建阻力—速度模型，模型的系统参数由最小二乘法进行辨识后得到结论，兴波阻力与航速的1.88次方成正比，摩擦阻力与航速的1.76次方成正比，粘压阻力与航速的3.54次方成正比。得到的系统模型为定性分析两栖车水上快速性提供了依据。

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基于关联矩阵与设计结构矩阵的计算模型求解顺序规划

唐敦兵;彭义兵;刘政伟

. 2008, 44(12): 173-179.

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结合关联矩阵与设计结构矩阵，提出计算模型的求解顺序规划算法。关联矩阵可以描述计算模型与设计参数之间的关系，设计结构矩阵用来表示计算模型之间的依赖关系。基于少数已知设计参数，通过关联矩阵进行输入输出传播，可确定部分计算模型与相关设计参数的关系，并识别出耦合模型集。对耦合模型集进行解耦，使耦合集内计算模型之间的反馈量最小，通过遗传算法确定耦合集内计算模型的最优求解顺序。将耦合集内的计算模型当作一个宏计算模型，与其他的计算模型形成整体设计结构矩阵；通过对整体设计结构矩阵的下三角化，可得到所有计算模型的求解顺序。通过一个飞机重量计算例子，验证了以上提出的算法。

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欠驱动力合作机器人的驱动控制

董玉红;张立勋

. 2008, 44(12): 180-186.

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根据合作机器人(Cobot)的特点和超越离合器的特性，提出基于双单向超越离合器的助力型关节机构，利用拉格朗日功能平衡法建立单向超越离合器的数学模型，推导关节机构的动力学模型，对欠驱动力关节机构的动力学特性进行仿真分析，提出基于操作力的轨迹控制策略，并利用微分几何原理建立Cobot虚拟轨迹控制模型。基于dSPACE半物理仿真平台对欠驱动力Cobot的轨迹控制进行试验。研究结果表明，欠驱动力Cobot样机可以跟踪期望轨迹，其助力型关节机构可以克服摩擦阻力，使操作轻便省力，满足欠驱动力Cobot的设计要求。

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自由曲面的局部美化技术

范树迁;石明全;柯映林;李江

. 2008, 44(12): 187-198.

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针对反求工程中由多张B-样条曲面构成的边界表示模型在局部区域会出现的形状不规则性的问题，提出利用局部美化技术来消除这种外形的不规则性的方法。首先根据边界表示模型的拓扑给出局部美化的模式，并阐述曲面光顺与模型局部美化之间的区别和联系。然后，通过分析可接受的形状优化准则及其局部微分几何特性，给出局部美化的数学模型。最后，在利用形状分析方法构造局部形状不规则性区域的方法后，借鉴离散的非线性优化方法来保证形状修改的局部性和保持模型的拓扑。给出应用实例揭示了局部美化技术在反求工程中的意义。

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大螺纹在线测试系统

张红岩;张国雄

. 2008, 44(12): 199-202.

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一种大型螺纹自动检测的方法采用了新型螺纹测头，其中包括TESA电感传感器和测针，测针按螺纹牙型选择。测量方法基于螺纹综合测量原理，采用接触式测量方式。通过试验分析完成了螺纹作用中径数值的检测。通过频谱分析，对螺纹作用中径数值测试的动态误差进行了剔除并且得到了相关信息。检测方式的测量力远小于用常规的螺纹量规检测的测量力从而解决了接触应力引起薄壁管件测量误差的问题，试验表明这种新型螺纹测头能够提高测量精度，经过数据处理测头测量精度达到1 µm。

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差厚激光拼焊板的拉延切边回弹特性

姜银方;丁新立;袁国定;王友华

. 2008, 44(12): 203-207.

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采用数值模拟和试验的方法，对厚度组合为1.2 mm/0.8 mm的激光拼焊板进行拉延切边工艺分析，重点就压边力大小、摩擦因数、凹模圆角等参数对回弹的影响进行研究，测量各工艺参数下拼焊板拉延切边的凸凹模圆角处的回弹角、总的回弹角和侧壁曲率，还测量出拼焊板成形中的焊缝移动和应力分布情况和分析相互联系，并与拼焊板拉延弯曲回弹进行比较。分析认为，与拉延弯曲回弹相似，压边力、摩擦因数、凹模圆角等工艺参数对拼焊板拉延切边回弹有着明显的影响，而压边力是关键因素；拼焊板拉延切边回弹和拉弯回弹都与焊缝移动有密切的关系，控制焊缝移动将有利于回弹的降低；相比之下，拼焊板拉延切边回弹比拉弯回弹要小。

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机床结合部特性的理论解析及应用

赵宏林;丁庆新;曾鸣;刘学杰

. 2008, 44(12): 208-214.

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对机械结构的结合部特性进行了理论解析，从基本的动力学方程出发，推导出单平面结合部静位移与结合部受力之间的关系，进而转换为静刚度的表达式；并基于一个振动周期中某方向的输入能量与阻尼消耗的能量相等的概念，推导出单平面结合部阻尼的表达式。将机械结构中的多平面结合部，看成是多个单平面结合部的组合，而将回转结构等效为正多面体。由此，在机床结合部结构形式、受力大小确定的条件下，可以计算出结合部的等效结合刚度和阻尼。为了在机床整机动力学建模中融合结合部的特性，给出刚性结合和柔性结合两种情况下的协调方程。通过对XK712B立式镗铣床的整机建模和计算，并与试验结果进行比较，结果表明，综合静刚度相对误差的绝对值小于5%，固有频率相对误差的绝对值小于9%。将结合部特性融合到机床整机模型中，可以更精确地预测机床整机的综合静动态特性。

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软脆功能晶体碲锌镉化学机械抛光

张振宇;郭东明;康仁科;高航;李岩

. 2008, 44(12): 215-220.

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采用直径为2～5 μm α型Al2O3研磨剂和自行研制的均匀分布的5 nm抛光球抛光液，进行研磨－机械抛光－化学机械抛光新工艺对Cd0.9Zn0.1Te(111)、Cd0.96Zn0.04Te(110)和Cd0.96Zn0.04Te(111)单晶片进行了精密抛光研究，并对Cd0.96Zn0.04Te(111)单晶片采用研磨－机械抛光－化学腐蚀传统加工方法进行了对比研究。采用传统加工方法加工的Cd0.96Zn0.04Te(111)表面有很多的腐蚀沟、嵌入硬质颗粒和较大划痕；而采用新工艺后Cd0.9Zn0.1Te(111)单晶片表面光滑，无加工缺陷； Cd0.96Zn0.04Te(110)表面光滑，无任何嵌入硬质颗粒，有较浅的腐蚀坑和轻微的划痕；Cd0.96Zn0.04Te(111)表面光滑，无任何嵌入硬质颗粒、腐蚀坑，有非常少的极轻微的隐约可见的小划痕。Cd0.9Zn0.1Te(111)、Cd0.96Zn0.04Te(110)和Cd0.96Zn0.04Te(111)单晶片表面化学机械抛光后表面粗糙度Ra分别为2.196 nm，3.145 nm，3.499 nm。

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聚合物注塑内应力计算的蠕变模型

吴海宏;赵振峰;申长雨

. 2008, 44(12): 221-225.

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从聚合物粘弹性理论出发，构建了注塑制品内应力计算的蠕变模型。结合蠕变试验结果，分析聚合物注塑粘弹性行为的非线性响应，并提出在应力、温度作用下聚合物弹性模量和粘度的计算公式。在此基础上，利用有限元法对工程塑料ABS(Acrylonitrile butadiene styrene)平板注塑制件脱模前的内应力进行了模拟计算并与相关试验数据及模拟结果进行比较。结果表明该模型计算精度较高，且计算过程简便，为进一步准确预测注塑制件内应力提供了新的途径。

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粒子群算法在工程优化设计中的应用

于颖;李永生;於孝春

. 2008, 44(12): 226-231.

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将粒子群算法与惩罚函数法相结合，建构一种离散粒子群算法，解决工程上非线性约束离散变量优化设计问题。为实现离散变量与连续变量的转化，构造了相应的扩张函数，提出惩罚因子的确定策略。通过容器设计算例验证，粒子群算法方法优于文献所列方法。应用粒子群算法、惩罚函数法及所提出的策略对波纹管工程实例进行优化设计，其单位重量下整体波纹管的补偿量比在用产品提高了79.96%，与理论解接近，进一步证明了离散粒子群算法及策略在处理工程非线性约束离散优化设计问题时的有效性，其为工程上类似优化设计提供借鉴。

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高锰钢和贝氏体钢辙叉失效机理及其磨面组织

张福成;吕博;郑春雷;张明;杨帅;闫志刚

. 2008, 44(12): 232-237.

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以实际铁路线路上过早失效的高锰钢辙叉和贝氏体钢辙叉为研究对象，利用金相、扫描电镜、透射电镜和MÖssbauer谱等分析方法研究两种失效辙叉残体磨面组织结构的变化，并探讨其失效机理。结果分析表明，两种辙叉在服役过程中表面组织都发生纳米化反应，高锰钢辙叉在服役过程中表面奥氏体内产生少量碳原子聚集的现象，其失效形式是磨损、压溃变形和疲劳剥落；贝氏体钢辙叉失效的原因是磨损和氢致脆性剥落。从而提出增加辙叉使用寿命和提高铁路运行安全的方法和途径。

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差厚拼焊管胀形减薄率不均匀性分析

初冠南;刘钢;苑世剑;刘伟

. 2008, 44(12): 238-243.

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结合有限元数值模拟和试验，研究差厚拼焊管胀形减薄率分布规律，并从应变状态和应变历史角度分析减薄率不均匀性产生的原因，进而研究厚度比、长度比及硬化指数n对减薄率分布的影响。结果表明差厚拼焊管胀形时薄、厚管不同部位始终处于不同的轴向应变状态，导致在发生相同的环向应变时，厚向应变分布不均。厚管愈靠近焊缝区域减薄率愈小，薄管愈靠近焊缝减薄率愈大。厚度比和硬化指数n对壁厚分布影响明显，厚度比越大、n值越低，胀形后薄、厚管的壁厚差越大；但厚度比影响主要集中在焊缝附近，n值影响整个胀形区的壁厚分布。

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基于城市循环工况的双离合器式自动变速器同步器的控制策略

杨伟斌;陈全世;吴光强;秦大同

. 2008, 44(12): 244-248.

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基于装备双离合器式自动变速器(Dual clutch automatic transmission, DCT)车辆的整车参数、发动机的转矩模型和油耗模型，设计了DCT的最佳燃油经济性换挡规律。根据DCT同步器在换挡过程中可预先接合的特点，在保证同步器可准确实现其功能的前提下，参考两参数换挡规律的曲线，提出了DCT同步器的控制规律。分析了DCT车辆在城市循环工况行驶时车速及油门变化的特点，制定出同步器的具体控制方法，绘制出控制框图，编写出控制程序。利用DCT车辆的硬件在环试验台，对ECE+EUDC城市循环工况下DCT同步器的控制性能进行了测试。控制结果表明，在正常行驶工况及发生频繁换挡的工况下，所制定的控制方法均可实现同步器的准确控制。此外，该控制方法可减少同步器分离、接合的次数，节约了能耗，提高了同步器的使用寿命。

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基于神经网络PID的冗余伺服系统自适应控制

靳红涛;焦宗夏;周汝胜;陈朝基

. 2008, 44(12): 249-253.

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建立冗余直接驱动式电液伺服系统的数学模型。针对电液伺服系统时变、强非线性的特点以及冗余伺服系统在余度降级过程中的故障瞬态现象和余度降级后的性能降级现象，考虑传统PID控制器自适应能力不强、鲁棒性差等缺陷，提出神经网络自适应控制方案。根据冗余电液伺服系统的特点和目前神经网络控制的发展水平，采用基于径向基函数神经网络的智能PID控制器实现冗余伺服系统的自适应控制。研究结果表明：该控制器能够根据控制指令、被控对象结构参数等因素的变化实时调整控制器参数，和传统PID控制器相比具有控制精度高、鲁棒性强的特点，可以有效地克服冗余伺服系统余度切换时的故障瞬态现象和余度降级后的性能降低现象。

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3自由度气动串联机械手的关节控制

毛新涛;包钢;杨庆俊;王祖温

. 2008, 44(12): 254-260.

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3自由度气动机械手属关节串联式机器人，机械手在运动过程中，转动惯量、重力矩及关节间的耦合力矩等参数都会发生较大变化，影响了机械手末端的运动精度。针对这些问题，利用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析，得到多关节联动时单关节力矩方程。以腰部关节为例，通过对关节动力机构的数学模型线性化处理，采用状态反馈极点配置方法进行控制器设计，试验表明具有一定鲁棒性，但存在一定静态误差。分析产生误差的原因主要是干扰力矩的影响，根据单关节规划路径通过动力学模型得到补偿力矩，利用输入前馈对关节实施动态补偿。试验验证了方法的有效性，从结果可以看出，该组合控制策略抑制了扰动，提高了轨迹跟踪精度。

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车辆电磁制动器CAT系统的开发

江洪;陈燎;祁晨宇;周孔亢;施瑞康

. 2008, 44(12): 261-267.

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针对制定的电磁制动器试验规范和评价体系，进行车辆电磁制动器计算机辅助测试技术(Computer aided test, CAT)测试系统的结构设计，用调速电动机驱动摩擦盘，模拟不同车速时汽车制动鼓的转动；设计出合适的电磁制动器和电磁体的安装机构，为便于实现测试自动化，采用气动分离机构。基于多功能数据采集卡(Data acquisition, DAQ)和图形化编程语言LabVIEW，提出虚拟仪器测试系统方案，开发出车辆电磁制动器关键性能的计算机辅助测控系统，实现了电磁制动器制动力矩及其关键部件电磁体的电磁吸力、摩擦力等的测试。最后用LabVIEW与SQLServer通信接口的设计，实现了CAT系统与CAD系统的集成和数据共享。该系统经过计量认证和两年的实际运行表明，基于虚拟仪器的电磁制动器性能测试系统能够满足测试需求，测量所得数据能够满足分析的要求。

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宽带钢冷连轧机综合耦合模型的建立与分析

彭鹏;杨荃;郭立伟

. 2008, 44(12): 268-273.

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宽带钢冷连轧过程中，板形、板厚和张力控制之间存在着很强的耦合关系，相互影响对方的调节功效。为了进一步提高控制精度，进行解耦设计实现解耦控制是十分有效的手段，而其前提和基础就是冷连轧机综合耦合模型的建立和分析。首先，运用轧制理论对轧制过程中板形、板厚和张力控制的各种影响因素进行了系统的分析，然后考虑执行内环的动态特性建立冷连轧机综合耦合模型，以定量地描述轧制过程中辊缝、弯辊力、本架轧辊速度、前架轧辊速度和出口厚度、出口凸度、出入口张力之间的耦合影响关系。最后，基于Matlab/Simulink工具，采用此耦合模型对某冷连轧机末机架的耦合特性进行仿真分析，指出对其进行解耦控制的必要性。

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车辆单筒充气磁流变减振器的阻尼力数学模型及试验仿真

贾永枢;周孔亢

. 2008, 44(12): 274-279.

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介绍一种车辆单筒充气磁流变减振器的结构和工作原理，其内部的磁流变液材料是一种新型的智能材料，其流变特性可随所加载磁场强度的变化而变化，并且这一过程是可逆的，用磁流变液制成的减振器具有体积小、阻尼力大、动态范围广和频响高等优点。研究利用磁流变液的非牛顿宾汉流体模型和流体运动微分方程，建立反映单筒充气磁流变减振器阻尼力特性的数学模型；对单筒充气磁流变减振器进行台架试验，得到不同电流的减振器示功特性图；通过试验测得磁流变减振器的仿真参数，然后在Matlab软件环境下完成阻尼力数学模型的仿真；试验的示功特性与数学模型仿真进行分析比较，结果表明仿真数据与试验数据较吻合，验证了建立的单筒充气阻尼力数学模型的正确性。

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复合平面摆动展成电解加工整体构件异形面的成形分析及应用

朱永伟;徐家文

. 2008, 44(12): 280-286.

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各类新型航空发动机中大量采用整体结构件，其异形面加工一直是机械制造中的难点。提出整体构件异形面的复合平面摆动展成电解加工方法，用一次进给“电解”达到型面加工要求。分析复合平面摆动展成电解间隙动态过渡过程，进行成形规律分析；以整体涡轮大扭曲叶片型面为研究对象，优化复合摆动展成进给加工轨迹，设计有补液流场的薄片底板与阴极体的组合式阴极，进行复合摆动展成进给电解加工试验，一次进给电解同时去除叶片通道两面余量，达到精加工效果；验证此方法加工变断面整体构件在生产率、精度、成本等方面的技术优势，为复合平面摆动展成电解工艺的拓展应用建立基础条件。

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铸造用CO2硬化酚醛树脂粘结剂系统的优化

刘伟华;李英民;任玉艳

. 2008, 44(12): 287-290.

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铸造用CO2硬化碱性酚醛树脂粘结剂是一种新型的粘结剂系统，由一种特殊合成的碱性酚醛树脂、碱、硼砂和硅烷等组分组成。基于此，以抗压强度为主要考察指标，通过对粘结剂中酚醛树脂、碱、硼砂和硅烷加入量进行正交试验，得出优化的配比为酚醛树脂∶KOH∶硼砂∶硅烷=100∶45∶16∶1，组成了稳定的粘结剂系统，吹入CO2气体硬化后系统得到了较高强度。KOH、硼砂对强度的影响比较显著。在粘结剂中按一定比例分别加入乙醇、丙酮、甘油等物质，并进行粘结剂强度试验，这些材料对粘结剂强度能有一定促进作用，其中两种有机活性助剂，可以明显改善粘结强度，加入量分别为粘结剂量的5%、15%。通过优化，粘结剂初强度可达1.5MPa以上，终强度值可达3.7 MPa以上。最后通过扫描电镜对砂样粘结桥断口形貌分析，证明有机活性助剂在粘结剂系统中主要起络合、交联作用。

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跟踪－微分器在感应电动机定子磁链估计中的应用

巫庆辉;邵诚

. 2008, 44(12): 291-295.

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针对传统微分器的噪声放大问题及低通滤波器代替纯积分器带来的固有误差问题，对跟踪－微分器在感应电动机定子磁链估计中的应用进行研究。首先，引入跟踪－微分器对检测的定子电流进行了预处理来抑制噪声，再利用跟踪—微分器提取定子电流角频率信息。在此基础上，进一步提出一种利用定子电流角频率信息进行增益及相位补偿的可编程级联低通滤波器代替纯积分器的定子磁链估计方案。仿真与试验结果验证了改进方案的实用性和优越性。

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轮胎超弹性本构材料参数确定的影响因素分析

何志刚;董大鹏;王国林;应世洲;周孔亢

. 2008, 44(12): 296-302.

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轮胎橡胶超弹性本构模型材料参数的准确确定对车辆轮胎设计理论具有重要意义。首先研究国内外超弹性本构模型参数确定中常用的理论计算流程和试验方法，并回顾常用的几种确定本构关系材料参数的应力应变曲线。通过对橡胶材料硫化程度、疲劳试验次数、加卸载顺序等因素对橡胶材料性能的影响研究，对车辆轮胎超弹性本构模型参数确定方法进行探讨，发现橡胶材料的力学性能不仅取决于其承受的峰值载荷，而且很大程度上取决于载荷的施加顺序。基于橡胶弹性物理学理论，通过分析比较，确定轮胎力学分析中用于本构模型参数拟合的试验曲线选取原则：首先应确定所研究的轮胎橡胶材料的实际硫化程度；再结合考察轮胎实际运行工况，通过试验或者数值仿真技术确定材料加载历程中经历的最大峰值载荷；采用该载荷峰值下的橡胶材料循环特性曲线作为材料本构关系曲线来拟合相应材料参数。循环次数采用3万次可满足精度要求；从提高试验效率出发，也可采用定载荷下7次循环后稳定的力学曲线。

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汽车把手件气辅成型气指缺陷影响因素分析

梁继才;苏梅;李义;李忠然;张巍;祁伟;柳承德;陈绪思

. 2008, 44(12): 303-307.

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在气体辅助成型工艺中，常常遇到一种缺陷是“气指”，气泡穿过气道形成指状分支，严重的“气指”会降低注塑件的强度，造成气辅成型技术的失败，或者不能发挥气辅成型技术的优势。为了消除或减少这种缺陷的产生，本文采用数值模拟方法和正交试验方法对气辅成型制品“气指”缺陷进行了研究。研究了对“气指”缺陷影响最重要的6个工艺参数：熔体短射量、气体注射延迟时间、气体注射压力、模具温度、熔体温度以及气体注射时间对气辅成型制品“气指”缺陷的影响关系。结果表明，影响“气指”最重要的工艺参数依次是气体注射延迟时间、熔体温度和气体注射压力。因此优先选择合理的延时，熔体温度和注气压力参数尤为重要，为控制气指行为建议在相同熔体温度下适当延长气体注射延迟时间。

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预应力钢丝缠绕机架坎合梁的整体性分析

彭俊斌;颜永年;张人佶;林峰

. 2008, 44(12): 308-313.

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分析预应力钢丝缠绕机架坎合梁的承载原理和影响其承载能力的因素。采用Patran/Marc有限元软件，分析加载载荷和剖分界面抗剪系数对钢丝缠绕预应力机架中的坎合梁整体性的影响。进行350 MN涡轮盘模锻液压机模型对比试验。数值模拟和模型试验结果一致，表明当梁的剖分界面不采取坎合处理，完全靠自然摩擦保持其完整性时，机架在预紧状态能保持很好的完整性，但在合成状态，会产生错移；当剖分面经过坎合处理后，界面抗错移能力大大提高，机架在最大工作载荷下依然能够保持很好的完整性。

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结构主动控制中液压振动台的控制器设计

徐洋;华宏星;韩俊伟

. 2008, 44(12): 314-318.

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建立主动质量阻尼(Active mass damper, AMD)控制结构试验系统；完成具有多自由度共振性负载的液压动力机构的建模和分析；针对振动台液压系统的频宽满足不了试验需要的问题，采用三状态反馈和三状态顺馈的方法设计振动台控制器的，实现振动台加速度响应频宽的扩展和系统稳定性的提高；通过试验进行验证，得出系统能达到期望的响应频宽和稳定裕量的结论。

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2008年, 第44卷, 第12期　
刊出日期：2008-12-15

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