2008年, 第44卷, 第3期　
刊出日期：2008-03-15

  

• 全选
  |

论文
• Select
  曲线钢轨初始波磨形成的机理分析

  金学松;温泽峰;肖新标

  . 2008, 44(3): 1-8.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用数值方法分析钢轨离散支撑引发曲线钢轨初始波浪形磨损形成的机理。建立车辆轨道耦合动力学模型、轮轨滚动接触理论模型和轮轨界面材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型。考虑半个车辆模型和有限计算长度的轨道模型，利用Hertz非线性接触弹簧和沈志云-Hydrick-Elkins非线性蠕滑理论耦合车辆和轨道的计算模型来计算轮轨的法向载荷和切向载荷。通过车辆过曲线动力学分析，确定轮轨的瞬时接触位置、法向载荷、蠕滑率等。根据修改的Kalker三维滚动接触理论计算轮轨滚动接触力学行为，再利用轮轨材料摩擦磨损模型计算钢轨的磨损量。对曲线两端的缓和曲线和圆曲线的初始波磨形成过程作详细分析，并对波动频率也作了调查。数值结果显示，同一个转向架4个车轮引起的磨损波长和波深是不同的；不同曲线位置初始波磨的波深和波长也有区别；波磨的频率和轮轨接触振动密切相关；波磨的频率不仅包含轨枕的通过频率，也包含轨道被激发的更高振动频率。
• Select
  新型独立轮对柔性耦合径向转向架

  池茂儒;张卫华;曾京;戴焕云;邬平波

  . 2008, 44(3): 9-15.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出一种独立轮对柔性耦合径向转向架的新方案。通过理论分析推导出独立轮对柔性耦合径向转向架最佳耦合刚度的表达公式。通过仿真分析得知，只要耦合刚度选取合理，无论曲线半径和列车运行速度等外界条件如何变化，独立轮对柔性耦合径向转向架都会在二系悬架系统和柔性耦合机构的协同作用下自动把前后轮对调整到径向位置，说明独立轮对柔性耦合转向架面对复杂多变的外部环境具有很强的自适应径向调节能力。通过与独立轮对两轴转向架和独立轮对单轴转向架动力学性能的对比分析，发现独立轮对柔性耦合径向转向架具有十分突出的优势，说明该转向架具有非常大的开发利用潜质。
• Select
  采用等效载荷预测轴重对货车交叉支撑装置疲劳寿命的影响

  任尊松;谢基龙

  . 2008, 44(3): 16-21.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  国内目前正在设计、研制30 t轴重铁路货车，原用于21 t、25 t轴重转向架的交叉支撑装置拟用于该型车辆。运用环境(轴重)改变后，在多大程度上改变了转向架交叉支撑装置的疲劳寿命，对于车辆尚处于设计阶段而不能通过实测车辆线路动应力来评估车辆结构强度的交叉支撑装置来说，需要寻求一种新的研究方法来实现疲劳寿命预测目的。由此，在建立三种轴重货车系统动力学模型基础上，详细研究三种轴重货车交叉支撑装置的径向力峰值和均值特性，获得交叉支撑装置受力方向与状态，揭示出轴重、运行速度、线路曲线半径以及线路等级等因素对交叉支撑装置载荷的影响特点。为预测30 t轴重货车交叉支撑装置的疲劳寿命问题，依据交叉支撑装置径向力与轴向应力之间线性对应关系，提出等效载荷计算方法以及等效载荷与疲劳寿命之间对应关系。等效载荷计算方法考虑了各载荷水平和出现频次对等效载荷的贡献。在分别计算21 t、25 t和30 t轴重货车交叉支撑装置等效载荷前提下，预测了30 t轴重货车交叉支撑装置疲劳寿命所占21 t、25 t轴重货车交叉支撑装置疲劳寿命的比率。研究结果表明，30 t轴重货车交叉支撑装置的疲劳寿命约分别为21 t、25 t轴重的76%、92%左右。采用等效载荷预测轴重对货车交叉支撑装置疲劳寿命影响的研究方法对解决类似工程问题提供了新的方式，具有良好的工程实用价值，是将车辆动力学研究和结构强度研究有机结合的新研究思路
• Select
  基于轮轨匹配的车辆横向稳定性分析

  朴明伟;樊令举;梁树林;兆文忠

  . 2008, 44(3): 22-28.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为使车辆横向稳定仿真分析更好地体现其特殊的自激振动意义，提出一种基于轮轨匹配的横向稳定性分析新方法。与轮对几何接触相比，自由轮对接触过程(接触几何/力学)可以得到更加精确的匹配计算结果。结合地铁车辆实例，运用临界速度线性分析方法给出车辆临界速度随等效锥度的变化曲线。若轮轨匹配合理，临界速度的线性结果与非线性仿真验证相吻合。临界速度的非线性影响主要取决于轮轨匹配，当轮对蛇行稳定极限环很小时其非线性影响不可忽视。除轮轨匹配外，利用临界速度线性分析方法给出轮对质量、一系悬架纵向和横向刚度、横向减振器阻尼3个参数对临界速度的敏感影响，并提出地铁车辆在既有线路提速的优化方案。
• Select
  铁道车辆防滑控制仿真

  罗仁;曾京

  . 2008, 44(3): 29-34.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  列车的可靠制动是其安全运行的必要保证，而制动过程中的防滑控制又是安全制动和缩短制动距离的有效途径。建立车辆制动动力学模型和单轮对制动动力学模型，车辆系统自由度为42，建模中考虑车辆系统悬架力非线性、轮轨接触几何关系非线性和轮轨蠕滑力非线性。考虑到盘型制动系统的摩擦特性和制动缸压力变化特性，建立了制动系统力学模型。采用P控制方法，用数值仿真方法研究准高速列车制动过程的防滑控制。计算结果表明，P控制能有效防止车轮在轮轨粘着力较低时的滑行，从而提高制动的可靠性和缩短制动距离，并减小制动过程中车辆的纵向振动。
• Select
  基于有限元梁轨枕的轮轨高频振动模型

  张渊;魏伟

  . 2008, 44(3): 35-38.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于车辆—轨道耦合动力学理论，建立车辆—轨道垂向耦合模型，轨枕采用有限元梁模型。在轮对扁疤初速度激励模型和位移激励模型下，计算车辆轨道系统的振动响应，并与轨枕集中质量模型仿真结果进行比较。结果表明，轨枕模型的选取对轮轨力影响较小，但轨枕有限元梁模型可以反映沿轨枕长度方向在不同时刻的振动响应，而且计算出轨枕振动的速度分布可为轨道系统辐射噪声计算提供振动数据。
• Select
  16MnR板材对接接头疲劳试验

  王建斌;邬平波;陈喜红;李冠军

  . 2008, 44(3): 39-43.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  列车运行速度的不断提高使转向架焊接构架疲劳破坏问题日益突出，由于缺乏适用于国内材料和焊接条件的基础疲劳性能数据，对机车车辆工业广泛使用母材和主要焊接接头形式的疲劳性能基本数据库的建设就显得十分必要。利用瑞士RUMAL电磁高频疲劳试验机测定16MnR板材对接接头的疲劳性能。使用成组法和台阶法获得接头的S-N曲线、存活率95%置信度水平90%的P-C-S-N曲线及接头的条件疲劳极限，最后利用八点法获得接头修正的Goodman-Smith图，这些结果可为焊接结构的可靠性设计、服役寿命估计提供试验数据基础。
• Select
  基于钢轨型面扩展法的车轮型面设计

  张剑;温泽峰;孙丽萍;金学松

  . 2008, 44(3): 44-49.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  首先对欧洲国际铁路联盟(Union enternationale des chemins der fer, UIC)高速轮轨型面S1002/UIC60和我国准高速型面LMa/CHN60进行接触几何分析，认为LMa/CHN60型面共形度太低，对钢轨磨损以及滚动接触疲劳极为不利。以改善钢轨的受力状态为出发点，在对钢轨型面扩展法进行数值研究的基础上，采用钢轨局部型面扩展法，根据我国60 kg/m钢轨设计出共形度较高的车轮型面。通过车辆轨道耦合动力学仿真确定车辆临界速度约为400 km/h，且具有较好的曲线通过性能。轮轨非赫兹滚动接触分析表明，在靠近钢轨一侧接触斑面积、应力等较LMa型面变化不大的情况下，离开钢轨一侧接触斑面积明显增大，接触应力降低约20%，钢轨与车轮的接触带变宽，钢轨接触频次得到改善。在车轮型面优化设计做了尝试性工作，以期为我国高速、重载以及城市轨道交通车辆车轮型面优化设计提供借鉴。
• Select
  高速车轮椭圆化问题及其对车辆横向稳定性的影响

  张雪珊;肖新标;金学松

  . 2008, 44(3): 50-56.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对铁路车轮运行过程中非圆化问题进行分析和非圆化形式进行定义分类。建立一个新的真实模拟车轮椭圆化的数学模型，结合车辆/轨道空间耦合动力学模型，分析计算出高速车轮椭圆化引起的车辆轮对横向动力响应，确定了车速200 km/h轮对椭圆度对蛇行运动影响范围。数值结果分析表明，高速车轮椭圆化将导致车辆系统横向蛇行失稳，严重恶化其运行品质，并大大降低其横向稳定性。轮对蛇形运动状态和行车速度、轮对左右轮椭圆形状的相位以及椭圆度有密切联系。
• Select
  车轮全滑动轮轨摩擦温升三维有限元分析

  吴磊;温泽峰;金学松

  . 2008, 44(3): 57-63.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于有限元法和非稳态导热问题微分方程，建立轮轨摩擦温升三维数值分析模型。分析轮载、相对滑动速度和摩擦因数对轮轨接触区附近摩擦温度场的影响。模型中考虑了轮轨与环境间的对流换热和轮轨接触界面的相互导热过程。分析结果表明，轮载、相对滑动速度和摩擦因数对轮轨摩擦接触温升及其热影响层深度都有明显影响。轮重不仅影响轮轨表面最高摩擦温升，而且影响热影响区域的大小；相对滑动速度变大，热影响层深度和宽度分别变浅和变宽；摩擦因数越大，热影响区越大。
• Select
  钢轨轨底坡对LM和LMA两种轮对接触行为的影响

  李霞;温泽峰;金学松

  . 2008, 44(3): 64-69.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为揭示轨底坡与两种踏面的轮轨滚动接触行为之间内在联系，利用改进数值算法分析不同轨底坡下，LM踏面和LMA踏面车轮沿中国钢轨60 kg/m (CHN60)上滚动接触时的接触几何参数、轮轨接触点处的刚性蠕滑率的变化情况，再根据Kalker的三维弹性体非赫兹滚动接触理论，详细地分析两种轮对滚动接触斑上的正压力和切向力分布。利用弹性力学中Bossinesq-Cerruti力/位移计算公式并借助Gauss数值积分方法，确定两种型面轮轨滚动接触时体内的弹性位移、应变和应力的分布情况。分析计算中，考虑两种车轮半径420 mm和460 mm。计算结果表明，1/20轨底坡下LM踏面车轮对应的接触应力等参量远小于1/40轨底坡下的情况，LMA踏面轮对的情况刚好相反。由此可知，对于LM-CHN60轮轨接触副，1/20轨底坡较1/40的好；对于LMA-CHN60轮轨接触副，1/40轨底坡较1/20的好。车轮半径对LM-CHN60和LMA-CHN60的滚动接触行为的影响不大。数据结果为轮轨型面优化设计和轨底坡的设计提供了重要的参考依据。
• Select
  水平微圆管内R22和R410a凝结换热试验

  张会勇;李俊明;王补宣

  . 2008, 44(3): 70-74.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  R410a是被广泛看好的一种R22替代物，研究R410a的凝结换热特性对于开发适用此类制冷工质的凝结换热设备具有重要意义。搭建了微细尺度凝结换热试验台，测量了饱和温度为40 ℃、质量流速为200～1 000 kg/ (m2•s)、干度为0.2～0.8条件下R22和R410a在内径为0.941 mm不锈钢圆管内的凝结换热系数，分析了质量流速和干度对凝结换热的影响，并把试验数据与被广泛应用于传统大管道的SHAH(1979)和AKERS(1959)关联式进行了对比。试验与分析结果表明，凝结换热系数随着质量流速和干度的增大而增大，在高干度区更加明显，表明在高干度区切应力的作用增强；两个关联式均不能准确预测试验数据，最大偏差超过60%；与R22相比，R410a的凝结换热系数在较低质量流速时低于R22，在中高质量流速时与R22相当。
• Select
  齿轮传动的线外啮合与冲击摩擦

  周长江;唐进元;钟志华

  . 2008, 44(3): 75-81.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过齿轮传动线外啮合机理分析，提出沿啮合作用线方向构建“系统等效误差－轮齿综合变形”计算模型的方法。按统计规律将齿轮主要误差项沿啮合线一次合成为系统等效误差；根据啮合原理和“轮齿综合变形－载荷历程”曲线，反推出线外啮入冲击点的轮齿变形。将系统误差与轮齿变形沿啮合线二次合成，推导出线外啮入冲击点几何位置判据。获得啮入点的几何位置和冲击力这一关键数据，并求解出线外啮合段各点的几何位置和冲击力。进而建立线外啮入冲击摩擦模型，推导出各接触点的冲击摩擦力与摩擦因数。与相关研究比较，以上模型和计算方法及其分析结果比较可靠。上述研究对于深入探索齿面摩擦性态和齿轮传动减振降噪等具有一定的理论价值。
• Select
  转子—滚动轴承—机匣耦合系统的不平衡／松动耦合故障非线性动力学

  陈果

  . 2008, 44(3): 82-88.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  建立含转子不平衡／松动耦合故障的转子—滚动轴承—机匣耦合系统动力学模型。在模型中，考虑转子不平衡和轴承座松动故障的耦合、滚动轴承间隙、滚动轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的变柔性振动。运用数值积分方法获取系统响应，并利用振幅—转速曲线、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré断面图和轴心轨迹图研究系统的分叉与混沌运动，分析旋转速度、轴承座质量、转子偏心量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响，得到了在不平衡／松动故障耦合下的转子—滚动轴承—机匣系统动力响应规律。
• Select
  蠕变条件下梯度材料球罐应力应变行为分析

  陈建钧;涂善东;轩福贞;王正东

  . 2008, 44(3): 89-93.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  推导内外压载荷下梯度材料球罐与时间相关行为的解析公式，在此基础上分别分析弹性梯度分布和蠕变梯度分布对球罐蠕变应力应变的影响。计算结果表明弹性参量的梯度变化只对蠕变初始阶段应力分布有影响，当蠕变应力达到稳态值后，球罐中的应力水平将只取决于蠕变参量的梯度分布；而蠕变应变分布则同时与材料的弹性和蠕变两种梯度变化有关。就降低梯度材料球罐蠕变应力应变值进行探讨，为梯度材料球罐的结构设计和优化提供基本的理论依据。
• Select
  相变在铁基合金抗空蚀中的作用机理

  王再友;朱金华

  . 2008, 44(3): 94-98.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用旋转圆盘试验机以45 m/s对8种奥氏体铁基合金的抗空蚀性能与2种不同晶体结构马氏体铁基合金进行对比研究，通过对组织结构X射线分析和表面局域弹性he值的模拟测定，探索相变对抗空蚀性能的影响规律及机理。结果表明，空蚀诱发相变与未诱发相变的奥氏体材料及马氏体材料试验48 h空蚀率都随着局域弹性he值增加而降低，局域弹性he值是抗空蚀性能的第一控制因素。相变在抗空蚀性能中的作用取决于诱发马氏体的能量吸收及he值大小，he值相近时空蚀诱发相变吸收能量可提高抗空蚀性能。奥氏体Fe-Mn-Si合金抗空蚀性能因诱发的密排六方马氏体具有高的局域弹性he值而大大优于诱发体心立方马氏体的奥氏体Cr-Ni不锈钢。
• Select
  磨合吸引子的演变规律

  朱华;葛世荣;吕亮;陆斌斌

  . 2008, 44(3): 99-104.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了掌握磨损过程的动力学行为规律，应用分形和混沌理论开展磨合吸引子研究。在MMW-1型摩擦磨损试验机上进行磨损试验，并提取磨损过程中的摩擦因数时间序列信号；采用延迟坐标状态相空间重构技术研究磨合吸引子的形成和消失过程，并用关联维数方法计算和研究磨合吸引子的分形维数及其变化规律。研究结果表明，磨合过程是磨合吸引子的形成过程；磨合吸引子具有高维、稳定的分形维数；在磨损过程中磨合吸引子表现出“形成－维持－消失”的演变规律。磨合吸引子演变规律对磨合状态识别和磨损过程预测具有重要的应用价值。
• Select
  振动磨碎机动力学分析及仿真试验

  徐波;王树林;李生娟

  . 2008, 44(3): 105-109.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过建立介质层的运动方程和仿真试验，研究振动磨碎机磨腔内介质群的运动规律。考虑弹性力和阻尼力的影响，建立振动磨碎机的微分方程，描述机体的动态特性。分析系统在简谐激励力作用下，机体结构产生的应力和变形。研究结果表明，在适当的振动强度下，介质群以一定的频率做相对于筒体中心的回转运动，介质在一定的区域形成稳定的圆弧状运动轨迹，在其他区域形成一种级联式的抛射运动，物料流动方向和离心力方向一致，从而减小传统振动磨磨腔心部乏能区的范围。机体在持续的激励力作用下产生圆周运动轨迹，改善介质群的运动状态，获得高效的研磨效果和狭窄的粒度分布。当激振频率与系统的固有频率接近时，受迫振动的动荷系数骤然增加，系统的振幅将达到最大值，结构设计时应予以注意。
• Select
  固体火箭发动机药柱整形装备机电耦联动力学建模与计算

  武建新;李强;赵卫国;孙燕

  . 2008, 44(3): 110-116.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  机电耦联系统动力学系统是典型的多输入、多输出、非线性、强耦合、不确定性系统。机电耦联系统动力学的建模与计算对于深入研究机电一体化装备整机动力学性能，改善控制精度等方面具有重要意义。据此，针对固体火箭药柱整形装备主轴部件2自由度机电耦联系统，运用Park变换推导该系统基于伺服电动机dq0坐标系的拉格朗日－麦克斯韦方程，建立包括机构、伺服电动机和控制器的系统微分方程组。该机电耦联动力学建模方法不需测量电动机的磁路尺寸，只要测量电动机dq0坐标系绕组电感和永磁体磁链的幅值就可直接列出微分方程，推导简洁高效，便于应用。动力学微分方程求解采用稳定性较好、数值精度较高的Hamming方法实现方程组高效的求解。仿真结果证明动力学微分方程推导正确，求解高效。
• Select
  基于迭代微调的车灯反射器复杂曲面快速逆向建模

  王刚;单岩;吴纬纬

  . 2008, 44(3): 117-122.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  面向车灯反射器配光曲面建模中高精度和高效率的基本要求，提出一种基于迭代微调的复杂曲面快速建模方法。该方法通过对曲面基本骨架曲线控制顶点的微调计算，使曲面能够较好地满足精度误差控制要求，同时迭代拟合过程的快速收敛，实现了曲面微调过程的自动化，从而保证了高效的曲面逆向建模。设计实例表明该方法能够稳定、快速地创建高精度的车灯反射器曲面，有效地提高企业生产效率。
• Select
  面向刀倾展成法的运动学转换简化算法及仿真

  张威;王太勇;罗珺;李娜

  . 2008, 44(3): 123-129.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出螺旋锥齿轮刀倾展成法运动学转换模型，以一组4阶麦克劳林公式近似地表达刀倾法加工时的各轴运动。为了满足加工仿真的实时化要求，获得转换矩阵n阶导数的近似表达式。通过实例，对比简化公式和原公式的时间消耗。基于简化公式，设计一个虚拟齿轮加工软件。根据一套实际加工设计参数，在虚拟加工系统中生成了齿轮零件，并与实际生产的齿轮进行对比。所提出的简化矩阵导数公式及其方法可以推广到空间运动学的其他领域。
• Select
  层叠式聚偏氟乙烯主动约束层阻尼与圆柱壳结构的振动控制

  张亚红;牛红攀;张希农;谢石林

  . 2008, 44(3): 130-1374.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  设计一种层叠式聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride, PVDF)主动约束层阻尼结构，将其应用于圆柱壳结构，采用Hamilton变分原理，导出局部附加层叠式PVDF主动约束层阻尼(ALCLD)圆柱壳的振动控制方程。给出层叠式PVDF主动约束层作动力的解析表达式，对两端简支圆柱壳的振动控制进行模拟。研究表明，层叠式PVDF主动约束阻尼层结构产生的作动力与PVDF层数成正比，控制电压相同时，增大主动约束层层数和粘接层厚度，可以有效地增大作动力，显著提高振动抑制效果。研究发现，粘贴在壳曲面上的主动约束层能够在径向产生大的作动力，这对壳曲面面外的振动控制非常有利。
• Select
  小波变换中经验模态分解的基波检测及其在机械系统中的应用

  秦毅;秦树人;毛永芳

  . 2008, 44(3): 135-142.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对Mallat算法中存在的频率混叠现象，提出一种应用小波变换和经验模态分解(Empirical mode decomposition，EMD)检测基波的新方法。应用离散二进小波变换将谐波信号分解成不同频带的子带信号，并确定了最佳分解级数。对包含基频成分的子带信号进行单子带重构，再利用经验模态分解就能提取出基波，最后在时域上采用最小二乘法估计基频和幅值。多种方法的仿真比较和工程应用的效果表明，所提方法能有效地提取出基波，频率和幅值的测量具有很高的精度。
• Select
  基于加速度反馈的挠性智能结构振动主动控制

  邱志成

  . 2008, 44(3): 143-151.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  空间柔性机器人和航天器挠性附件在转动调姿时或者外部扰动带来的振动问题，尤其是在平衡点小幅值的模态频率上的振动很难控制，这将影响系统的稳定性和指向精度。为解决该问题，提出一种基于加速度传感器信号反馈的非线性控制算法，在理论上分析其稳定性和优越性。由于加速度传感器和压电驱动器或电动机的异位配置带来的相位滞后导致控制系统为非最小相位系统，在提出的加速度反馈控制算法中通过移相技术进行补偿相位滞后，并结合低通滤波器和正位反馈控制以及非线性逻辑积分阻尼器对系统的振动进行快速抑制，尤其抑制平衡点附近小幅值振动。设计并建立压电挠性智能结构试验平台，利用加速度传感器、压电片和交流伺服电动机驱动器抑制挠性结构振动，对提出的控制方法进行试验比较研究。试验结果表明，采用提出控制方法能够快速地抑制系统的振动，尤其能够快速抑制平衡点小幅值的振动。
• Select
  柔性转子对行波超声波电动机性能的影响

  陈超;赵淳生

  . 2008, 44(3): 152-159.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出旋转型行波超声波电动机中柔性转子的明确定义，指出柔性转子属于做大范围运动的弹性圆板的动力学范畴，得到了柔性转子上任意点的运动描述。利用Lagrange方程，得到柔性转子的刚柔耦合的动力学模型，并将其与基于柔性转子的接触界面模型、定子的半解析动力学模型有机地融合在一起，得到了整个电动机的动力学描述。通过分析实例，表明当把转子作为柔性体来考虑时，定、转子的接触界面变得复杂和不对称，由此解释了试验中发现的适当转子阻尼可以改善电动机性能的现象。进一步分析和阐释了柔性转子通过自身的弹性变形，减少界面上定、转子之间的径向磨损并提高电动机输出效率的机理，得到了试验的验证，为柔性转子的结构设计提供了理论依据。
• Select
  液下泵内三维湍流流动的数值模拟

  杨敏官;李辉;刘栋;高波;顾海飞

  . 2008, 44(3): 160-165.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为研究泵内三维湍流场，以FY型液下泵为研究对象，基于Reynolds时均化的 方程和标准的 两方程湍流模型，采用多重参考坐标系法，对单级液下泵包括进水室、叶轮及压水室的三维湍流场进行了耦合计算。得到液下泵叶轮内静压、相对速度沿叶片表面的变化规律以及压水室内静压、速度分布。计算结果表明，叶轮各叶片间流道内相对速度沿叶片工作面先减小后增大，沿叶片背面先增大后减小；叶轮内流速及压力等分布不对称；隔舌附近静压分布存在较大梯度；压水室出口段处速度分布不均匀以及压水室内的流体以涡旋的形式向出口推进。此数值计算结果对液下泵的水力设计或改型优化设计等研究具有指导意义。
• Select
  循环对称结构静力学渐进拓扑优化设计

  高彤;张卫红;朱继宏;汤兴刚

  . 2008, 44(3): 166-172.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用双向渐进结构优化方法(BESO)研究循环对称结构拓扑优化设计问题。循环对称结构的几何特征无法划分为均匀一致的网格，造成单元灵敏度计算结果与单元体积直接相关，不同网格剖分后的单元体积分布将导致渐进优化过程中不同的单元去除顺序，最终使得优化结果具有单元体积依赖性。针对循环对称结构的特殊性，提出灵敏度密度新概念与消除非等体积单元棋盘格现象的体积加权灵敏度密度过滤新方法，大量算例表明这是一种有效的方法，同时优化结果也充分显示子结构单胞尺寸效应对优化构型的显著影响。
• Select
  不同形态和间隔非光滑表面模具钢的磨损性能

  陈莉;周宏;赵宇;任露泉

  . 2008, 44(3): 173-176.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为提高模具的磨损性能和使用寿命，模仿生物体表非光滑现象，利用激光在4Cr3Mo2NiVNb模具钢表面分别加工出具有各种形态和分布间隔的非光滑单元体，对比研究非光滑表面试样和光滑表面试样的磨料磨损性能。结果表明，各种非光滑表面试样耐磨性均优于光滑表面试样；非光滑单元体的形态和分布间隔决定单元体的面积比和硬度，是决定非光滑试样磨损性能的直接因素。非光滑表面试样磨损时，硬度较高的部位支承载荷，防止磨料刺入基体材料，阻碍磨损进程；硬度较低的部位吸收能量，将磨料对非光滑表面的犁削变为滚动，有效减轻磨料对非光滑表面材料的磨损程度，耐磨性能得到提高。
• Select
  适于声发射信号故障特征提取的小波函数

  李学军;廖传军;褚福磊

  . 2008, 44(3): 177-181.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  小波分析具有很强的弱信号检测能力，适于提取声发射信号的故障特征，但是在目前声发射信号的小波分析中，所普遍采用的小波函数诊断效果欠佳，亟需改进和优化。在分析典型机械故障声发射信号特征的基础上，根据损伤型声发射信号故障特征的提取原理，通过连续小波基函数的构造方法，设计了一种适于声发射信号故障特征提取的小波基函数。将该函数与普遍使用的Daubechies小波同时用于声发射检测的滚动轴承损伤类型及部件的识别，结果表明前者的诊断效果更加清晰、准确、可靠。理论分析和试验研究均证明了所构造小波函数的科学性和有效性。
• Select
  空间操作的地面模拟方法——水浮法

  姚燕生;梅涛

  . 2008, 44(3): 182-188.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  介绍一种设备少、控制简单的在地面进行空间操作过程模拟的演示方法——水浮法。设计水中的悬浮模型，使其浮力恰好抵消重力，并使其具备6自由度运动，用此模型来进行空间机器人抓取浮游目标的功能验证试验。分析流场中运动时流体对试验模型的静力学和动力学作用。提出如何进行质量体积配置以实现随遇平衡状态的问题，研究模型的最佳形状，提出如何解决附加质量问题，使得试验的相似比为1:1。理论研究和试验结果表明，在水中可以进行失重环境下的空间操作试验，条件简单，结果相似程度高，具有重要的应用价值。
• Select
  基于声辐射模态有源控制的误差传感器设计方法

  吴锦武;姜哲

  . 2008, 44(3): 189-194.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了获取有源结构声学控制系统中的误差信息，提出一种基于声辐射模态的误差传感策略来测量振动结构前几阶声辐射模态伴随系数。在低频时，控制前几阶声辐射模态伴随系数可以有效控制总声功率。通过在振动平板上测量少数点的振动速度分布，求解声辐射模态展开构成的欠定方程组，得到前N阶声辐射模态伴随系数近似值,以此近似值作为基于声辐射模态有源控制策略对应的误差传感器信号。以四边位移为零的振动板为例，对上述误差传感策略进行分析讨论。仿真和试验结果都表明误差传感策略是可行的，所获得的前N阶声辐射模态伴随系数具有较高的精度。
• Select
  亚纳米精度长度溯源计量型动态模式原子力显微镜

  黄强先;権太聪;三隅伊知子;黑澤富藏

  . 2008, 44(3): 195-199.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过与长度溯源三轴激光干涉仪测量系统结合，设计开发计量型动态模式原子力显微镜(AFM)。此AFM系统中，三轴激光干涉仪系统用于实时测量AFM测头与试样的相对位移。激光干涉仪系统的x，y，z测量轴正交于AFM探针顶端附近的一点，基本可以避免系统的阿贝误差，使AFM具有极高的测量精度。除此之外，扫描过程中三轴激光干涉仪系统还用于工作台x，y方向位移的反馈控制，完全克服AFM中压电器件的缺陷对水平尺寸测量的影响。分析表明，在对纳米标准栅的平均栅距测量中，AFM系统达到亚纳米的测量精度。
• Select
  弹引系统传递函数系统辨识

  王亚斌;刘明杰;谭惠民

  . 2008, 44(3): 200-204.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在对弹引系统动态特性详细研究的基础上，通过分析弹丸过载和引信过载的差异，建立弹引系统传递函数的数学模型。搭建弹引系统锤击试验平台，根据系统可辨识性要求，采用有限元法对试验平台中力锤进行模态分析，确定力锤的选型。利用该试验平台，在弹丸、引信不同拧紧力矩条件下，测取单位脉冲激励时弹引系统的输出响应。基于系统辨识理论的输出误差模型，提出弹引系统传递函数算法，并编制相应的计算程序。最后以某弹引系统锤击试验的数据为例，计算出该弹引系统的频域传递函数，并在相同的激励环境下对理论计算的输出响应与实测试验结果进行比对，结果表明所提出的弹引系统传递函数系统辨识算法及输出误差模型符合实际情况，达到了研究目的。
• Select
  环形刀五轴数控加工刀具路径生成算法

  陈良骥;程俊伟;王永章

  . 2008, 44(3): 205-212.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  将微分几何理论应用于环形刀五轴加工无干涉刀具路径生成方法的研究，分别推导出刀触点处刀具曲面和工件曲面曲率分布方程，结合这两个方程，进行进给步长、加工行距以及相邻刀触点等的计算并建立判断有无干涉发生的条件，利用该条件对刀具姿态角进行修正以避免干涉。对实际曲面进行路径计算结果表明，提出的方法能有效避免干涉而且缩短加工路径长度。
• Select
  压缩垃圾车结构的载荷描述与优化设计

  陈树勋;王素暖;白斌;应鸿烈;汤勇

  . 2008, 44(3): 213-219.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过建立垃圾堆曲面函数，给出自重、惯性、压缩、挤入和推出等基本工况下压缩垃圾载荷作用机理的变参数数学描述以及各种实际组合工况下压缩垃圾载荷的数学表达式。利用ANSYS软件对压缩垃圾车进行结构有限元分析，调校载荷数学表达中的可变参数，保证分析计算与试验测试结果一致，采用导重法对压缩垃圾车结构的外形与构件尺寸进行优化设计，在结构最大应力从504 MPa下降到176 MPa的同时，结构质量减少29.3 %。
• Select
  基于家谱的多相材料零件选材优化改进遗传算法

  张秀娟

  . 2008, 44(3): 220-227.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对多相材料零件采用遗传算法进行选材优化时，由于初始人口数少，易导致算法早熟，无法获得全局最优解的问题，提出一种基于“家谱”的改进遗传算法，采用“家谱”来评定各染色体之间的亲缘关系，降低染色体近交繁殖概率。经计算实例验证，该法可有效解决上述问题，适于多相材料零件的选材优化。
• Select
  全方位地面移动清扫机器人

  高学山;徐殿国;王炎;周大威

  . 2008, 44(3): 228-233.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  提出一种全方位地面移动清扫机器人，主要面向家庭和办公室等狭窄空间以及机场等人员众多的公共场所的清扫作业。机器人包括移动系统、吸尘清扫系统、防撞感知系统、电量监测系统、计算机控系统和无线遥控系统等，可通过半自主和人工遥控控制，完成零半径转弯、自主避障防撞、自主电源管理和高效清扫等功能。机器人的移动速度是将4个单独驱动的瑞典车轮的速度矢量进行合成而得到的，对该运动方程的建立条件以及移动机构进行研究、讨论，并给出其中的关键控制参数。机器人的吸尘清扫系统还具有气路可自主切换的特点，能够集中高效地发挥吸尘泵的工作效率。试验表明，对于尘土、碎纸屑和硬币等，容易被吸入，效果明显。通过对机器人的移动速度、移动轨迹偏差、避障和清扫等方面的测试，表明该机器人全方位移动灵活、控制可靠、避障能力强并且清扫干净。
• Select
  渐开线齿轮不同形式齿廓偏差对齿轮噪声的影响

  李凯岭;孙乃坤;崔剑平;赵军

  . 2008, 44(3): 234-240.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在高速传动系统中，齿廓总偏差作为影响齿轮系统振动和噪声的重要因素已经引起设计者的重视。对齿轮传动系统中常见的轮齿不同形式的齿廓(正确渐开线、中凸、中凹、正压力角和负压力角)偏差对齿轮啮合噪声的影响进行系统的试验研究。试验结果表明，负压力角齿廓偏差的齿轮作被动轮时，噪声最大；正压力角齿廓偏差的齿轮噪声较小；中凹齿廓齿轮噪声较大；正确渐开线和中凸齿廓齿轮噪声较低。对5种不同齿廓偏差齿轮的噪声试验结果进行分析比较，建议在不影响重迭系数和传动精度的前提下，可以对齿轮采取“顶刃修缘”措施。
• Select
  高压对辊粉碎的微分剪切理论及数学模型

  甘建国

  . 2008, 44(3): 241-248.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  深入研究高压对辊粉碎脆性材料的过程及结果，提出微分剪切理论的概念。运用数学原理证明微分剪切作用力的客观存在，且这种剪切的发生与物料通过高压对辊任意瞬间压缩速度的微分直接相关，从而可阐释块状脆性材料通过高压对辊时粉状料饼的形成机理，揭示高压对辊磨机对脆性材料产生连续密集剪切粉碎的内在规律。通过建立物料料层厚度与辊轮转角之间的函数关系，写出一般条件下物料料层微分单元受力的平衡方程，由试验得到与物料料层厚度、密实度有关的非线性函数E(θ)和G(θ)，在有效辊压范围内的积分，得到辊轮对物料料层总作用力计算式和物料受辊压时所消耗功率的计算式。应用计算机仿真和样机的实际测试，验证微分剪切理论计算的正确性，具有指导试验和产品设计的实际意义。微分剪切理论对金属材料轧制和其他辊压类作业方式的力学研究均有一定的参考价值。