2008年, 第44卷, 第2期 
刊出日期:2008-02-15
  

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    论文
  • 包成;蔡宁生
    . 2008, 44(2): 1-7.
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    固体氧化物燃料电池—燃气轮机(Solid oxide fuel cell-gas turbine,SOFC-GT)的混合发电系统是未来高效、清洁的发电技术之一,混合系统的建模、优化与控制方面的研究对于系统集成和商业化运行具有重要意义。通过论述国内外在SOFC单电池机理、半经验模型、电池组模型、混合系统模型,以及系统动态模型与分布式发电系统控制等各个层次的研究成果,提出多尺度的自主研发技术路线。发展适合于高燃料利用率和不同燃料组分的单电池机理模型,并简化出更为合理的半经验模型或近似精确解,用于系统级分析;开发具有自主知识产权的部件模型库,进行系统集成设计和匹配优化;遵循V型开发模式,在系统动态特性分析基础上,开发先进的控制算法形成快速控制原型;建立实时控制的硬件在环演示系统,进行SOFC-GT系统的预集成。
  • 唐玉兰;胡适;王东旭;赵健伟;梁迎春;董申
    . 2008, 44(2): 8-15.
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    综述了借助分子动力学仿真方法研究纳米工程领域中的单晶材料纳米压痕、拉伸、切削和磨削,非晶材料的纳米压痕和多晶材料的塑性变形等方面。介绍提高单机仿真规模的Verlet列表法、Cell Linked链表法、网格邻近列表链表法和列表势等串行算法,还描述原子分解法、作用力分解法和空间区域分解法等通过增加CPU的数量使仿真规模得到大大提高的并行算法。同时,从串行算法和并行算法两方面对国内外学者在该领域的研究现状进行较全面的综述。最后,指出目前的分子动力学仿真规模还不足以满足需求,仿真算法还需本质上的突破。
  • 张峰;刘淑艳;王保国
    . 2008, 44(2): 16-21.
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    针对射流控制元件的流场存在复杂激波与涡系时的特点,采用一种新的强紧致-ENO三点加权格式求解这类复杂的流场。该格式用于雷诺平均Navier-Stokes方程组,其对流项与粘性项分别采用三阶与四阶精度,湍流模式采用Realizable – 模型,同时计算了7种工况。数值计算结果表明:使用该格式可以成功地捕捉到Coanda效应,即在无控制流条件下,当喉部总压低于临界值时,出现流动偏离现象。从计算结果中可看出回流区以及边界层的分离,而且可以高分辨率地捕捉到复杂的激波结构与涡系结构。计算得到的数值结果与试验值符合较好,显示了该格式的可行性与有效性,对指导射流元件的气动设计具有重要的意义。
  • 吴欣;赵国群;路平;管延锦
    . 2008, 44(2): 22-26.
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    径向基函数满足 条件,可以直接施加本质边界条件,通过耦合多项式基函数可以精确重构任意多项式。将无网格伽辽金方法引入到塑性成形过程模拟,结合刚塑性材料的假设,提出基于一致径向基函数的无网格刚塑性伽辽金方法。采用体积应变率映射法处理体积不可压缩条件;采用反正切摩擦模型在局部坐标系下施加摩擦力边界条件,实现任意边界形状的塑性成形过程模拟。对典型塑性成形过程进行无网格方法分析,并与刚塑性有限元方法及试验数据进行比较,验证了建立方法的可行性。
  • 林光春;杨志刚;徐礼钜
    . 2008, 44(2): 27-32.
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    基于凯恩动力学方程和数字-符号方法,提出基于构件子模型和并行计算建立杆长和惯性参数可变的平面闭链机构动力学解析模型的方法,并对驱动构件杆长和质量变化对驱动力/力矩的影响进行研究。采用封闭矢量法对平面闭链机构进行运动分析,得到各构件的速度和加速度表达式;将独立广义坐标以及杆长和惯性参数作为符号量,其余参数处理为数字量,离线生成各动力学子模型矩阵元素的实时代码,然后由叠加得到机构总的驱动力/力矩。针对各构件的子动力学模型,提出一种基于子模型动力学并行算法的实时代码优化方法。由于动力学模型的离线建立和优化以及采用并行计算结构,简化了机构的动力学模型,大大减少了在线计算时间,从而为机构的实时控制提供了有利条件。给出的动力学仿真实例证明了此方法的有效性。
  • 姜顺明;陈南
    . 2008, 44(2): 33-36.
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    提出一种考虑人耳听觉主观性的结构声有源控制。将响度滤波器集成入控制系统,适当衰减人耳不敏感频率成分以及放大敏感成分,使系统控制目标从声压转变成响度。给出响度滤波器设计和选择的方法,导出结构声有源控制Loudness-LMS控制算法,并应用于矩形封闭空间的有源力控制消声。仿真控制结果表明:与声压控制相比,响度控制具有更好的主观听觉效果。
  • 周井玲;吴国庆;陈晓阳
    . 2008, 44(2): 37-42.
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    针对球与圆柱接触模型中的陶瓷球,利用WEIBULL断裂统计方法导出球疲劳失效概率与寿命之间的关系方程,在相关额定寿命与最大接触应力的数值解基础上,基于最大主拉应力,构建氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳寿命与接触应力的数学模型。经与不同接触应力水平下的滚动接触疲劳寿命试验结果验证,表明该拉应力—寿命模型的正确性,从而验证了氮化硅陶瓷球的滚动接触疲劳失效源于最大主拉应力,而非基于最大切应力的设想。通过与L-P切应力—寿命模型预测结果的比较,表明拉应力—寿命模型适合于陶瓷球的接触疲劳寿命预测。
  • 田阿利;尹晓春
    . 2008, 44(2): 43-48.
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    对双柔性杆多次撞击过程,采用St.VENANT杆波动理论,提出应用瞬态波函数特征值展开法,分别求解多次撞击和分离过程瞬态波响应理论解。应用该理论解,由撞击过程中两杆组合结构的撞击界面应力,计算多次撞击力响应,从而实现了对多次撞击问题的分析。数值计算表明,该方法可以合理的分析多次撞击过程,较精确的计算多次撞击力响应和结构瞬态波响应,并可进一步研究“次撞击”和瞬态波传播等物理现象,以及研究系统参数对多次撞击过程的影响。研究结果可为柔性结构多次撞击过程的瞬态响应分析和结构安全评估提供参考。
  • 崔海坡;温卫东;徐颖
    . 2008, 44(2): 49-53.
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    应用提出的全程分析方法和三维逐渐累积损伤理论,对层合板的冲击过程以及冲击后含损伤层合板在拉伸载荷下的破坏过程进行详细分析。研究不同冲击能量、不同材料的冲头、不同复合材料体系和不同铺层方式等因素对层合板冲击损伤及剩余抗拉强度的影响规律,为更有效地进行复合材料抗冲击结构设计提供一定的指导作用。
  • 曹宏深
    . 2008, 44(2): 54-61.
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    从4个方面就变形路径对成形极限图影响的研究现状进行综述,并进一步论述了复杂变形路径和单一变形路径的概念,以及基于Hill′48屈服准则的塑性应变几何关系。为了在任意复杂变形路径下计算冲压板材的失稳极限应变,提出“任意复杂变形路径均可简化为线性复合变形路径”、“板材的冲压成形能力亦即板材允许的极限厚度应变”,以及“板材在线性复合变形路径下的冲压成形能力取决于其最终变形路径的应变比值”等3个工程简化假设,并对它们进行立论和诠释。同时基于这些假设,在板材承受线性复合变形路径和前后变形路径的应变主轴发生转动的条件下,解析和推导出计算冲压成形极限应变的理论公式。利用这些简化假设和理论公式,可以在任意复杂变形路径下计算板材的冲压成形极限应变并绘制其冲压成形极限图。
  • 张云峰;刘占生
    . 2008, 44(2): 62-67.
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    流固耦合计算通常使用的多场弱耦合方式会引入滞后误差,从而导致计算发散,尽管改进的线性预测校正方法可以消除误差,提高稳定性,但是存在计算时间耗费大的问题。为此提出将子循环方法与基于样条插值的预测校正方法相结合的耦合分析方法,并成功应用于流固耦合问题的数值计算,通过计算超声速壁板非线性颤振问题,表明此方法不但可以保持计算稳定性,而且可以降低计算时间耗费。此外,还模拟与分析样条插值点数对结果的影响,结果表明只需采用较少的插值点数就可以获得满意的精度。
  • 王福亮;李军辉;韩雷;钟掘
    . 2008, 44(2): 68-73.
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    采用改进的激光多普勒振动测量系统,获得小直径激光斑,解决了大量数据采集和分析、同步触发等技术问题,实时精密测量热超声倒装键合过程中工具和芯片的运动。通过分析运动曲线,发现“速度分离”是表征键合过程状态改变的重要临界现象;发现在“速度分离”前工具/芯片粘着在一起运动,之后它们间是“粘滑”交替的过程;在“速度分离”后的运动过程中,工具能量一部分通过芯片传递到键合界面,形成键合强度;另一部分消耗在芯片/工具间的摩擦上,磨损芯片和工具,损害键合界面结构和强度。根据研究结果提出了新的超声加载过程思路,以期减小磨损,提高键合强度。
  • 王光庆;陆国丽;郭吉丰
    . 2008, 44(2): 74-81.
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    提出一种基于能量等效的行波型超声波电动机稳态特性分析计算的解析模型。首先通过能量等效原则将压电复合定子环简化成复合等直梁模型,综合考虑压电复合定子的转动惯量和剪切变形的影响,利用铁木辛柯梁振动理论得到电动机定子振动的频率方程和强迫振动稳态解;其次,对电动机定、转子接触面的滑动状况进行分析,利用弹性接触理论确定了定、转子接触面的力传递模型和效率表达式,通过把定、转子接触面的摩擦损耗和转子的输出功率视为定子强迫振动的等效阻尼损失,由此建立电动机的机械特性和输出功率表达式;最后,仿真和试验分析了不同电动机结构和材料参数以及定子预压力、驱动频率和摩擦层厚度等对电动机振动特性和机械特性的影响,试验证明了该模型的有效性和适用范围。
  • 陈国良;黄心汉;王敏
    . 2008, 44(2): 82-86.
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    将基于显微视觉伺服的机械手的装配位姿调整归结为使其末端执行器上三点运动到指定空间三点的问题。规定其中一点沿直线运动到目标位置,其余两点则以绕该点旋转的方法运动到它们对应的目标位置,避免部件的运动干涉与碰撞,并确保末端执行器始终在显微镜的视场中。以机械手的路径规划为基础,给出基于距离和角度的图像特征差的估计方法,定义并建立基于图像特征差的图像雅可比矩阵以及机械手的运动模型。提出基于图像误差与控制信号综合优化的具有图像延迟系统的最优控制算法,基于动态视觉伺服控制策略建立比例控制与最优控制综合的视觉伺服控制结构,通过一个误差开关在不同的控制器上切换,进行直线位姿调整和动态目标跟踪试验。结果表明,所研究内容正确可行,系统定位精度保持在两个像素以内,具有较好的实时性,能满足微装配性能指标的要求。
  • 王伟;魏洪兴;陈殿生;王田苗
    . 2008, 44(2): 87-93.
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    针对同时实现装载机载质量动态测量的高精度和快速性这一复杂问题,在基于动力学分析所给出的测量方法的基础上,给出一种实现高精度快速性装载机载质量动态测量的混合建模方法,该方法采用经验模分解(Empirical mode decomposition, EMD)作为实测信号的前端处理应用,用于从动态暂态测量信号中提取有效信号;采用最小二乘支持矢量机(Least square support vector machines, LS-SVM)对动态和不确定性因素进行自学习,实现载质量动态测量的速度补偿;同时为使最小二乘支持矢量机发挥最优性能,采用贝叶斯证据框架对其参数进行推断优化;最后,通过比例线性计算方法获知待测载质量值。仿真分析和试验结果表明,按照所建立的混合建模方法进行载质量动态测量其测量精度可稳定在1%以内,验证了该方法的有效性。
  • 周超;唐进元;曾韬;卢延峰
    . 2008, 44(2): 94-101.
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    研究砂轮主轴偏心误差及垂直度误差对齿面误差的影响规律,目的是研究它们之间的定量关系。基于展成法加工大轮,由啮合原理建立无误差砂轮与有误差砂轮情况下的大轮齿面方程,通过理论齿面与误差齿面的差曲面得到实际齿面的法向误差。提出主轴偏心误差及垂直度误差的误差敏感方向概念和确定误差敏感方向的计算方法,得到误差敏感方向上砂轮位置度误差量与齿面误差的关联规律,以及发生砂轮位置度误差时齿面误差的分布规律。研究内容与方法有助于螺旋锥齿轮齿面误差溯源与齿面加工反调。
  • 谢晋;党希敏
    . 2008, 44(2): 102-107.
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    针对圆弧形金刚石砂轮精密修整的操作困难和装置复杂的问题,提出一种新的数控对磨成形修整方法。在该成形修整中,金刚石砂轮被驱动沿着圆弧插补运动轨迹与GC磨石对磨,逐渐形成砂轮的圆弧形轮廓,用于超硬材料的曲面磨削。在建立砂轮圆弧形轮廓的数控修整模式的基础上,分析定位误差与修整形状偏差的关系。此外,建立修整精度和修整率的评价指标,进行正交试验,研究修整工艺参数,即砂轮转速、行走速率和进给深度,对修整精度和修整率的影响。对该数控修整模式分析表明,在该数控对磨成形修整中不同半径的砂轮圆弧形轮廓能够被修整成形,可用于不同曲率的曲面磨削。同时,当定位误差在0.1 mm以内时,最大的修整形状偏差不超过5 m/10 mm。成形修整试验结果显示,影响修整精度和修整率的主要修整工艺参数分别为砂轮转速和行走速率。增加砂轮转速可以同时改善修整精度和修整率;增加行走速率会提高修整率,但会降低修整精度。此外,采用适宜的修整工艺,目标形状误差和目标修整率可以分别达到25.1 m/8 mm和7.31×10–3 mm3/mm3,分别提高修整精度2~3倍和修整率约7倍。
  • 郭晓光;郭东明;康仁科;金洙吉
    . 2008, 44(2): 108-112.
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    建立单晶硅超精密磨削过程的三维分子动力学仿真模型,分析分子动力学仿真串行程序特点和并行仿真的可行性,提出基于区域二次划分的分子动力学仿真并行算法。编制并行仿真程序,进行分子动力学仿真,从瞬间原子位置图方面分析单晶硅超精密磨削过程的加工机理。将并行仿真结果与串行程序仿真结果进行对比分析,从瞬间原子位置图和系统能量方面验证并行程序结果的正确性,在仿真规模和计算时间方面并行程序有很大优势,从而说明并行仿真程序是有效的,可以应用在不同原子规模的分子动力学仿真计算中。
  • 陈龙;周立开;江浩斌;汪若尘;周孔亢
    . 2008, 44(2): 113-117.
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    在可调减振器性能试验的基础上,建立1/4悬架模糊动态模型,提出一种基于模糊动态模型的半主动悬架控制系统及稳定性分析方法。利用Lyapunov稳定性定理,分析每个模糊子空间闭环系统的稳定性,根据每个模糊子系统稳定性条件,给出模糊控制系统全局稳定的充分条件。以半主动悬架系统仿真计算为基础,开发出以80C51单片机为核心的控制器,研制1/4车辆半主动悬架1∶1台架试验系统,并进行台架试验。计算和试验结果基本吻合,基于模糊动态模型的半主动悬架控制系统稳定、有效,为半主动悬架系统的失稳机理及稳定性控制进一步研究奠定了基础。
  • 张俊;宋轶民;张策
    . 2008, 44(2): 118-123.
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    综合考虑环板、高速轴、齿轮副、轴承的变形和偏心套的误差,构造少齿差环板式减速器的变形协调条件,并结合动态子结构法建立该类传动系统的弹性动力学模型。通过求解系统的弹性动力学方程,获得减速器各环节的真实受力状况及系统的低阶固有特性。弹性动力学仿真结果表明,环板和高速轴支承轴承的弹性对减速器关键零部件的受力状况有较大影响,其中对高速轴行星轴承寿命的影响尤为明显;动力输入方式对系统的动力学性能影响很大,相同参数条件下双动力输入系统的受力性能要优于单输入系统。基于ANSYS的有限元模态分析结果与弹性动力学仿真结果吻合较好,表明所建立的少齿差环板式减速器弹性动力学模型具有较高的计算精度。
  • 邵波;曹志彤;徐月同;余佩琼
    . 2008, 44(2): 124-128.
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    永磁直线同步电动机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)采用每极每相槽数小于1(q<1)分数槽结构,解决了运行的平稳性,这种直线电动机的高推力密度特性是PMLSM设计分析的关键问题。基于此,为了分析PMLSM的负载特性,建立基于二维磁场方程的PMLSM有限元分析模型。采用开放边界条件,将边端漏磁对PMLSM的影响加入有限元模型中去,提高了分析精度。从时空相量图出发,设定q<1分数槽绕组的三相电流分布,采用松弛因子法调节α角,对PMLSM额定负载推力进行迭代计算,得到采用瞬时电流法计算的PMLSM负载特性及其参数。同时对试验样机进行参数实测,将有限元计算结果和实测结果进行比较。结果表明,有限元分析模型能够确定PMLSM的负载特性,并获取PMLSM的参数以及功角特性,交、直轴同步电感参数对PMLSM的运行控制具有很大参考意义。
  • 郑松林;王彦生;卢曦;褚超美
    . 2008, 44(2): 129-133.
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    提出一种获得结构有限寿命的轻量化设计方法。该方法以结构强度变化特性为基础,以结构强度试验结果为依据,动态强度方程为指导,结构临界载荷为目标,提高设计应力为核心,借助有限元分析实现汽车结构件减重设计。应用此方法对某国产载货车前桥进行减重设计,通过设计该前桥的危险断面,减小前桥的横断面尺寸,降低该前桥的临界载荷,使试验应力提高到能对前桥结构造成强化锻炼的区域。台架疲劳试验表明,虽然每台减轻质量5.5 kg,减重后的前桥仍能达到相关标准要求。这种方法比目前广为采用的以有限元分析和许用应力为基础的无限寿命轻量化设计方法更能充分发挥材料的强度潜力,因而可以在更深层次上实现结构的轻量化。基于强度变化特征的汽车结构轻量化对目前世界上日益强调的汽车轻量化具有重要的学术价值和指导意义。对基于强度变化特征的汽车结构件轻量化设计方法进一步改进和完善后,在其他工程领域也将具有重要的应用和参考价值。
  • 孙国芹;尚德广;陈建华;邓静
    . 2008, 44(2): 134-138.
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    利用弹塑性有限元模拟,对高温两轴比例与非比例拉扭应变循环加载下的光滑薄壁管件与缺口轴类件进行研究。材料弹塑性特性用Von Mises屈服准则、多线性运动硬化准则和高温单轴循环加载的应力应变数据来描述。采用柱坐标系下在试样一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变加载。对光滑薄壁管件的后处理结果与试验结果比较,证实了这种方法的正确性和可用性,进而应用到缺口件,得到缺口根部局部的循环应力应变响应。基于有限元数据,采用Kandil-Brown-Miller法和Smith-Watson-Topper法预测了缺口件疲劳裂纹萌生寿命。
  • 李亮;宋健;韩宗奇;孔磊
    . 2008, 44(2): 139-144.
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    对汽车电子稳定程序(Electronic stability program,ESP)的液压系统进行仿真分析和测试。建立包括液压控制单元的控制阀、柱塞泵、制动软管、硬管以及节流器等环节的主动增压模型;对主动增压系统进行模拟仿真,获取各个环节支配性特征参数。基于模型支配特征参数和试验数据,开发出液压模型和反模型,应用该模型进行ESP压力在线预估,获取控制过程中轮缸压力这一重要控制参量。仿真和试验表明,这种液压模型和反模型能够满足ESP在线控制要求。
  • 黄健萌;高诚辉;唐旭晟;林谢昭
    . 2008, 44(2): 145-151.
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    在充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上,根据制动盘与摩擦片的实际几何尺寸,建立一个紧急制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟盘式制动器的制动过程。揭示制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,发现二者之间存在着耦合关系,二者随制动时间明显地呈现周期性变化,这些周期波动是由移动热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的,且其变化周期随制动时间的延长而增大。并初步探讨制动盘产生径向裂纹的原因。
  • 孙宜标;金石;王成元
    . 2008, 44(2): 152-156.
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    为使直接驱动回转送进系统具有良好的抗扰性能及速度指令跟踪性能,采用基于模型匹配鲁棒2自由度控制结构,设计一个H∞速度控制器。H∞速度控制器使系统对负载扰动及自身参数变化具有较强鲁棒性,同时采用鲁棒2自由度结构,并考虑模型匹配问题,是为了提高系统对速度信号的渐近跟踪性能及响应速度,可以解决抗干扰性能和快速跟踪性能之间的矛盾。仿真结果及分析表明,所提出的鲁棒2自由度H∞速度控制器可以保证高精度直接驱动转台回转送进系统的鲁棒性和精确速度跟踪。
  • 初长宝;陈无畏
    . 2008, 44(2): 157-162.
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    将汽车底盘控制系统分成上层与下层控制部分进行分层式协调控制。下层控制器为悬架、转向和制动系统三个单独的控制器,用以执行各子系统的控制任务,实现各自的性能指标;上层协调器主要接受来自下层控制器的决策信息,对其进行整体协调分析,并及时修改下层控制的决策,从实现整车综合性能最优的目标出发来执行协调优化任务。仿真及试验结果表明,采用分层式协调控制策略对汽车底盘系统进行控制,能够很好地改善整车的平顺性、安全性及操纵稳定性,控制效果要优于采用单独的子控制器的控制效果。
  • 赵成;陈大跃
    . 2008, 44(2): 163-169.
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    对带有电流变液智能阻尼器的双层浮筏隔振系统设计一种半主动静态输出反馈模糊滑模控制器。根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模面矩阵。根据滑模到达条件及可控屈服阻尼力对隔振系统做负功原理设计半主动输出反馈模糊滑模控制器。仿真分析浮筏隔振系统在扫频激励信号下的力传递率及在双频激励信号下的输入力和输出力曲线。仿真结果表明,半主动输出反馈模糊滑模控制下的浮筏隔振系统的减振效果要远好于最优被动阻尼系统。
  • 孙月海;卢华武;王树人
    . 2008, 44(2): 170-174.
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    TI蜗杆由渐开线斜齿轮包络形成,与斜齿轮组成一种环面蜗杆传动。TI蜗杆传动推广应用的关键制造技术是解决蜗杆齿面的精确磨削问题,即确定出与磨削方法相对应的砂轮廓形。分析TI蜗杆传动运动关系和TI蜗杆产形面特点,将对TI蜗杆的磨削转化为成形砂轮磨削渐开线螺旋面的问题。依据齿轮啮合理论,推导出砂轮磨削渐开线螺旋面的啮合方程,依此得到精确磨削TI蜗杆的砂轮轴断面廓形。
  • 谭丕强;胡志远;楼狄明;万钢;李志军
    . 2008, 44(2): 175-181.
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    基于孤立捕集体对柴油机排气微粒的微观捕集机理、单个多孔介质过滤层对微粒的宏观捕集模型和壁流式捕集器的微粒过滤机理,建立整体壁流式柴油机微粒捕集器的过滤模型,研究捕集器结构参数对不同粒径排气微粒过滤特性的影响。结果表明扩散捕集机理在整个微粒捕集中占支配地位,惯性碰撞和拦截机理的作用也不容忽视。粒径在10 nm左右的微粒过滤效率最高,随着粒径的增加过滤效率下降,在0.5 m左右达到一个波谷值,粒径继续增大到1 m左右的微粒过滤效率又有所上升,表明扩散、惯性碰撞和拦截机理的复合捕集作用。随着过滤体宏观结构参数孔密度、壁厚、直径和长度的增加,各不同粒径微粒的过滤效率上升幅度各异。随着过滤体微观结构参数壁面孔隙率和微孔孔径的降低,不同粒径微粒的过滤效率都在迅速提高。所得结论对通过捕集器结构参数的优化匹配,以改进捕集器过滤性能具有重要理论意义和实用价值。
  • 王树才;文友先;苏工兵
    . 2008, 44(2): 182-188.
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    为了实现禽蛋检测与分级的自动化,建立一种轻型自动化系统,即禽蛋检测与分级智能机器人系统(System of intelligent robot detecting and grading eggs,SIRDGE)。SIRDGE将禽蛋的破损检测、内部品质检测以及检测和分级时的搬运工作联系起来,统一由一个关节型机器人来完成,能实现禽蛋检测和分级的全程自动化。介绍该系统的组成结构和工作原理,对系统关键的硬件设备和软件实现过程作了必要的说明,包括场景图像的采集和摄像机的标定,图像处理和特征值的提取,机器人运动控制和轨迹规划,真空吸盘的单片机控制,敲击声音的处理与破损检测,彩色图像处理与内部品质检测等内容,并对SIRDGE系统进行性能测试,测试结果证明,SIRDGE能够实现禽蛋检测和分级的全程自动化。
  • 刘金山;廖文和;郭宇
    . 2008, 44(2): 189-195.
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    网络制造环境下合作伙伴的选择采用的主要方法是对被选企业的一些宏观信息进行评价,该方法无法保证在形成动态联盟后制造系统的运行效率,并且要求预先确定任务的分配,无法保证各个企业之间任务分配的合理性。针对这样的问题,从更底层的制造资源优化配置入手,研究制造资源如何在网络制造环境下优化配置,从而确定合作伙伴和各合作伙伴所需要承担的生产任务。任务分配涉及企业—资源—任务三者之间的匹配,使得原本就是NP难题的调度问题更加复杂,借鉴传统遗传算法和生物学进化原理,提出一种双链遗传算法来解决这样的规划问题,相对于传统遗传算法这样算法的效率更高,编码解码更容易,可以解决网络制造资源优化配置问题。
  • 陈文英;阎绍泽;褚福磊
    . 2008, 44(2): 196-200.
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    研究智能桁架结构中主动构件的配置和反馈增益的同步优化问题。基于有限元法,建立智能桁架结构的机电耦合有限元模型。根据结构的最大耗散能理论,建立智能桁架结构中主动构件的位置和反馈增益的同步优化的目标函数。最后,采用免疫遗传算法解决这一个同时含有离散和连续变量的优化设计问题,并通过一个平面16杆智能桁架结构的振动主动控制系统的优化设计和数值仿真,表明所提出的优化设计方法和优化算法的有效性。
  • 马小魁;丁国良;张圆明
    . 2008, 44(2): 201-206.
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    对开缝翅片管换热器在析湿工况下空气侧热质比拟关系进行试验研究,分析翅片间距和入口相对湿度对空气侧热质比拟关系特性的影响。研究结果表明,随着翅片间距的增加,热质比拟关系值逐渐增大。当入口水温为12 ℃时,随着入口相对湿度的增加,热质比拟关系逐渐增加,而当入口水温为6 ℃时,入口相对湿度对热质比拟关系几乎没有什么影响。试验得到的热质比拟关系值的范围为0.5~3.7,刘易斯关系式对于开缝翅片管换热器不适用。利用多元线性回归的方法开发热质比拟关系hs/(hmcp,a)的关联式,所开发关联式在±15%误差范围内能涵盖87.3%的试验数据,平均误差为7.1%。此外,在数据处理过程中,提出一个新的参数——传质翅片效率,以此来求解空气侧的传质系数。
  • 张臣;周来水;安鲁陵;周儒荣
    . 2008, 44(2): 207-212.
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    针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型。以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法。加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差。对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC) 程序,保证实际加工零件满足精度要求。误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性。
  • 陈吉平;丁智平;尹泽勇
    . 2008, 44(2): 213-218.
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    用立方晶体单晶材料的等效应变和等效应力作为参量,考虑正交各向异性材料偏轴受载时存在正应力和切应力的耦合效应,引入k参量描述非对称循环载荷对疲劳寿命的影响,建立工程上实用的幂函数形式的面心立方晶体单晶材料多轴低周疲劳寿命预测模型。将立方晶体单晶材料屈服准则及其弹塑性本构模型集成到ANSYS软件中,对DD3单晶合金在680 ℃温度下的低周疲劳缺口试样进行非对称载荷循环应力应变分析。对不同的模型参量进行多元回归相关分析,发现用立方晶体单晶材料等效应变和等效应力作为模型参量拟合的回归曲线的相关系数最大,k参量与循环次数之间呈幂函数关系。利用CMSX-2镍基单晶合金薄壁圆筒试样的拉—扭循环载荷低周疲劳试验数据和DD3镍基单晶合金缺口试样的低周疲劳试验数据对模型进行验证,试验所得数据分别落在2.5倍和2.0倍偏差分布带内。
  • 张勇;殷承良;张建武
    . 2008, 44(2): 219-222.
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    介绍一种用于车辆稳定性控制系统的车辆质心侧向速度实时估计方法——综合估计法,该算法充分利用侧向速度直接积分估计法和模型估计法的优点。在给出综合估计法模型的基础上,对估计方法连续状态方程离散化,并给出闭环状态观测器反馈阵以及离散模型系数矩阵的计算方法。试验结果表明:综合估计法能充分汲取直接积分法的非线性不敏感和模型估计法无累积误差的优势。综合估计法可成功避免直接积分法和模型估计法的不足,具有较好的估计性能。
  • 门玉琢;李显生;于海波
    . 2008, 44(2): 223-229.
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    为研究某重型载货汽车承载构件的疲劳可靠性,提出一种基于汽车试验场和用户用途相关联的汽车可靠性试验方法,该方法可把用户对车辆的实际使用工况与试验场强化试验结合起来,可避免试验盲目性。针对用户使用的典型路面和试验场强化路的试验数据,应用雨流计数法获得载荷分布矩阵。根据相关性方程,优化计算出90%用户和试验场的累积疲劳损伤及载荷谱。对试验数据进行相关性分析,得到试验场路面强化系数和用户相关可靠性试验规范。试验结果表明,新规范与现行试验方法相比能快速预报承载构件的潜在故障,能缩短试验周期,还可降低试验成本及新产品开发费用。
  • 何建萍;吴毅雄;焦馥杰
    . 2008, 44(2): 230-233.
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    基于能量最小原理,建立了熔化极气体保护电弧焊(Gas metal arc welding,GMAW)短路过渡液桥形状动态变化的模型。在一定的假设条件下,以电磁力、表面张力、重力共同作用下的液桥某体积元上具有的能量(势能)最小,建立GMAW短路过渡液桥形状动态变化的模型,结合焊接回路的动态模型,对液桥形状动态变化进行仿真计算,并在此基础上进一步进行模型的试验验证和模型的误差分析。研究结果表明,建立的GMAW短路过渡液桥形状模型所描述的液桥轮廓动态变化趋势与试验结果比较吻合,实际焊接过程中的液桥形状还受到磁偏吹、焊接运动过程、熔池作用、保护气体流动等的影响,这些影响是造成液桥形状模型误差的主要因素。
  • 崔志琴;杨瑞峰
    . 2008, 44(2): 234-237.
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    利用特征建模技术和参数化建模技术建立某军用柴油机机体、曲轴、缸盖的三维实体模型,并组成机体+曲轴+缸盖的组合结构。采用动态子结构法建立机体+曲轴+缸盖组合结构的参数化实体模型,并对参数化实体模型进行有限元模态分析。无论是从理论角度还是试验角度都难以获得组合面间的刚度与阻尼特性,故采用虚拟材料来模拟结合面特性,反复修正虚拟材料的特性常数,使组合结构的有限元模态分析结果与试验结果吻合。对比结果显示,所建机体+曲轴+ 缸盖组合结构的参数化模型是正确的,这种参数化实体模型的建立可为下一步的动力学仿真研究奠定基础。
  • 高攀;赵力
    . 2008, 44(2): 238-243.
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    为提高房间空调器的舒适度,设计一种辐射式空调器。采用辐射板换热器代替传统空调器中的室内贯流风机。以常规的室内空间为模型,应用辐射和自然对流传热理论建立热平衡方程。以20 m2的房间为例,在常规的供热和制冷负荷条件下,对辐射板进行外型尺寸和板面温度的设计计算,得到满足房间冷热负荷要求的辐射式空调器系统。以此为基础,采用计算流体动力学方法对该模型房间采用不同换热形式(辐射板换热器和强迫对流翅片管式换热器)空调器后的室内温度场和速度场进行仿真计算,通过对比采用不同换热形式的计算结果,得出采用辐射式空调器空间的温度和气流速度分布更为均匀,验证了辐射式空调器的优越性。
  • 王淑红;肖旭亮;熊光煜
    . 2008, 44(2): 244-247.
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    电磁铁成本低、结构简单、结实坚固,在某些应用场合,为了改善其控制特性,希望采用恒力(或准恒力)特性的电磁铁。为了设计制作这种电磁铁,须解决两个基本问题:采用什么结构方案;主要尺寸应满足什么条件。针对上述两个问题,提出两种圆柱形直流电磁铁结构—盆形极面和锥形极面结构,在简化的等值磁路方法和分析磁路总磁导的基础上,导出产生恒力特性时电磁铁各主要尺寸之间的解析关系,分析各主要参数对力特性的综合影响。解析分析的结论可为进一步电磁场数值方法精确计算和试验研究提供初步的优选设计方案。解析计算结果与采用ANSOFT有限元电磁场软件计算的结果进行对比,证实所提出的方法和结论是正确的,对于恒力特性直流电磁铁的研发和设计是一种简便、适用的方法。
  • 任运来;聂绍珉;牛龙江;朱磊
    . 2008, 44(2): 248-252.
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    介绍大型锻件内部空洞缺陷修复条件在理论研究和生产中的作用及研究现状。针对非线性粘性材料,建立以空洞周围速度场和远场应力、应变速率表示的泛函。对于由体积不可压缩材料构成的含有空洞的无限体而言,锻造过程中空洞周围的真实速度场总是使该泛函取极小值,借助泛函的变分可求得空洞边界速度与远场应力、应变的关系,锻造变形后空洞的形状。为使设计的速度场能表征空洞的变形特点,加快泛函极小化的收敛速度,采用叠加速度场。研究大型锻件镦粗工序中锻坯内部球形空洞的闭合情况。结果表明,随着空洞体积的减小,远场应力、应变迅速增大,仅靠远场应力的增大使空洞闭合是非常困难的,因此大锻件技术要求中应允许有未闭合的微小空洞存在。在理论分析的基础上进行试验研究,结果表明理论计算结果与实测结果相差不大。