机械工程学报

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李大勇;高桂丽;董静薇

. 2009, 45(1): 1-8.

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介绍了非线性声学及时间反转声学基本原理，综述了国内外非线性声学、时间反转声学以及非线性声学和时间反转声学相结合方法在材料无损检测中应用的研究进展。分析指出，非线性声波对于固定介质中缺陷有很高灵敏度，而时间反转法能实现固体介质中任何一点的声能聚焦。利用非线性声波的缺陷敏感特性和时间反转法的自聚焦特性，实现对缺陷的精确识别和准确定位已成为材料缺陷超声无损检测研究领域的新动向，在工业健康监测、医学诊断、水下通信和地震分析等方面将具有良好的应用前景。

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基于逆向运动学的6自由度并联机构尺度综合

姚郁;张义凤

. 2009, 45(1): 9-13.

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对用于飞行器半实物仿真试验的6自由度并联机构逆向运动学性能进行尺度综合研究。提出逆向速度椭球的概念，当逆向速度椭球的长半轴长度越短时，对于给定的机构动平台运动学要求，所需的连杆驱动速度越低。由于逆向速度椭球的长半轴长度在数值上与雅可比矩阵的最大奇异值等价，因此以雅可比矩阵最大奇异值全工作空间最小为尺度综合的目标函数，在工作空间的约束下，利用穷举法对6自由度并联机构进行尺度综合。结果表明，机构在满足动平台运动学要求的同时，能够保证所需的连杆最大驱动速度最低，并且还具有很高的灵活度。

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基于逆动力学模型的Stewart平台干扰力补偿

李强;王宣银;程佳

. 2009, 45(1): 14-19.

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Stewart型电液伺服平台操作空间与关节空间之间的雅可比矩阵随位姿而时变，使得各液压缸的轨迹动态同步难以保证，且各缸末端铰接于运动平台，这导致各通道存在着动态耦合的干扰力。针对此问题，在推导系统动力学模型的基础上，通过对关节干扰力的由来和作用进行分析，以系统理想轨迹逆动力学为参考模型，通过运用关节实际运动学输出的正解和系统动力学逆解求得实际关节驱动力，从而得出动态偏差力。在关节位置闭环控制基础上，利用动态偏差力，设计自适应模糊干扰力补偿规律，实现力/位置混合控制，使各支链快速趋于同步，在减小了平台抖动的同时也降低了调整时间，有效提高了系统的整体跟踪性能。

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粗糙表面热弹塑性接触问题的无网格法

刘天祥;刘更;谢琴;佟瑞庭

. 2009, 45(1): 20-26.

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建立可考虑屈服应力温度相关的粗糙表面热弹塑性接触无网格法数值计算模型。研究摩擦力和不同热输入情况下圆柱体与弹塑性平面的接触力学特性，探讨摩擦热效应对表面温升、接触压力和接触面积的影响。结果表明在考虑剪切摩擦力作用后，弹塑性接触压力分布不再关于接触区域中轴线对称而出现了“塌陷”现象。通过无网格法解与有限元法解比较发现不恰当的有限元网格划分会造成接触压力的数值震荡，而无网格法可避免这一现象的发生。发现忽略温度相关效应将高估最大接触压力而低估相应外载荷下产生的接触面积。

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基于分子动力学的原子力显微镜表面成像

梁迎春;窦建华;白清顺;董申

. 2009, 45(1): 27-34.

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基于非接触式原子力显微镜针尖扫描成像机理，应用分子动力学方法采用非刚性针尖－表面原子团簇相互作用模型，模拟超低温环境下，非接触式原子力显微镜单晶硅针尖扫描单晶硅(111)-(7×7)表面成像过程。仿真计算采用两种原子间经验势函数描述针尖－表面原子间相互作用，两种晶向针尖末端模型都实现了对单晶硅(111)-(7×7)表面原子级分辨率仿真成像，在某些超原子级分辨率仿真图像中在单晶硅(111)-(7×7)表面Adatom原子位置出现了的双月牙峰形结构，模拟计算与成像试验文献中得到的图像基本一致。同时对采用确定的势函数及确定的晶向针尖末端，实现稳定成像的扫描针尖－表面距离进行讨论。扫描过程中针尖和被测表面形貌轻微改变，对扫描成像结果影响不大。

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全方位移动机械手运动控制Ⅰ——建模与控制

谭湘敏;赵冬斌;易建强;徐冬

. 2009, 45(1): 35-41.

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针对一类由轮式驱动全方位移动平台和机械臂所组成的全方位移动机械手，首先通过对机械结构和运动特性的分析，建立一体化运动学模型，并利用拉格朗日力学法建立动力学模型，分析这两种模型的运动性质。然后根据所建立的模型，分别设计轨迹跟踪控制器，并对控制器的稳定性予以证明。在基于动力学模型的轨迹跟踪控制器中，通过结合全方位移动平台的运动学模型和全方位移动机械手的动力学模型，定量地分析移动平台运动状态对机械臂的耦合作用，并在相应的轨迹跟踪控制器中予以补偿。仿真结果不仅显示所提出两种模型的正确性和相应轨迹跟踪控制器的有效性，而且也说明所述方法可以作为一类移动机械手通用的建模和控制方法。

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全方位移动机械手运动控制II——鲁棒控制

徐冬;赵冬斌;易建强;谭湘敏

. 2009, 45(1): 42-49.

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研究考虑全方位移动机械手系统动力学未知情况下的鲁棒控制问题。首先，在原有动力学模型的基础上，建立考虑外部干扰的移动机械手动力学模型。利用神经网络无穷逼近能力，设计估计器对系统结构不确定性进行在线辨识。然后，提出一种不依赖神经网络先验知识的鲁棒轨迹跟踪控制策略，从理论上证明其稳定性，并且该控制器能够有效阻止非模型有界干扰的影响，实现了对全方位移动机械手系统中不同动力学特性的移动平台和机械臂的协调控制。同时，为了减轻神经网络在线学习的计算量，提出一种分离式的神经网络结构，对系统结构不确定项中的两个独立矢量进行分别辨识，有效地提高了神经网络的训练效率。最后，通过计算机仿真结果验证了所提出控制律的有效性，能够快速稳定地实现全方位移动机械手系统的协调轨迹跟踪控制。

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蠕动转向机构的设计与分析

任福君;颜兵兵

. 2009, 45(1): 50-55.

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拱泥机器人是一种能在水下泥土环境中按照规划轨迹完成攻打千斤洞作业的新型水下特种机器人，蠕动转向运动的实现是拱泥机器人设计中的一个重要环节。为了有效地实现拱泥机器人的转向运动，根据并联机器人机构结构综合理论，设计3自由度蠕动转向关节，该关节具有推进、跟进和转向3个功能，运动过程分为推进动作和跟进动作两个部分。分别针对两种动作的运动学逆问题进行详细分析，给出数学模型及其求解过程，并建立该关节的虚拟样机模型。利用MATLAB软件求解运动学逆问题，利用ADAMS软件求解运动学正问题，并对关节运动学正逆问题进行实例分析。仿真数据表明，该关节设计合理，数学模型正确，为拱泥机器人的运动学、动力学及优化设计研究打下了基础，并为控制系统的设计提供了理论依据。

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一般6-6型平台并联机构位置正解代数消元法

黄昔光;廖启征;魏世民;李端玲

. 2009, 45(1): 56-61.

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提出一种求解一般6-6型平台并联机构位置正解的代数消元法。通过变量替换将9个约束方程中的6个转换为线性方程组，采用线性消元消去9个变量中的6个。基于计算机符号计算，运用计算机代数系统中的分次字典序Groebner基算法，推导出15个只含剩余3个变量最高次数为4次的多项式，应用推导出的多项式构造Sylvester结式，获得一般6-6型平台并联机构位置正解的一元高次方程，通过分析符号形式方程组变量的次数，得出该一元高次方程的次数为20次且该机构位置正解最多有40组解的结论。通过改变单项式的分次字典序，在理论上阐明存在多个不同的结式都可以获得该机构的位置正解。推导出的15个符号形式的多项式可直接用于求解一般6-6型平台并联机构位置正解，从而实现该问题的数学机械化求解。最后给出数字实例，经反解验证所有解满足原始方程，且无增根。

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基于神经网络和主元分析的特征集生成方法

李允公;张金萍;刘杰;郭大猛;焦春旺

. 2009, 45(1): 62-67.

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能够实现线性可分并易分的特征集对模式分类具有重要意义，而特征计算方法的有限性和固定性往往导致构建此类特征集存在一定困难。为此提出一种基于神经网络和主元分析(Principal component analysis, PCA)的特征集构建方法，该方法利用神经网络对已有特征集进行非线性映射生成新的特征集，继而利用PCA方法对新特征集进行降维处理，在满足信息保留率大于85%的条件下只取第一主元方向投影数据，并判断线性可分和易分性。设计在第一主元方向上判断新特征集是否满足线性可分和易分的判据算法和准则，给出利用不对称交叉遗传算法进行网络寻优的具体步骤。数值仿真和试验验证表明所提出的方法性能稳定、分类准确，而且泛化能力较强，具有一定的工程应用价值。

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新型3自由度并联机构的设计与分析

张克涛;方跃法;郭盛

. 2009, 45(1): 68-72.

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基于机构的概念，将一种正方体折纸盒折痕等效为铰链，连接折痕的纸板等效为连杆，抽象出新型3自由度并联机构。该新型并联机构由定平台、动平台和4个连接支链组成，各支链结构完全相同，且都含有1个具有特殊结构的六杆球面变胞机构闭环子链。介绍此新型并联机构结构设计，其特点是结构完全对称，只含有单自由度转动运动副。详细描述各支链中闭环子链的结构特点、一般构态及其自由度数。应用螺旋理论，分析运动支链中闭环子链的自由度特性。根据广义运动副的概念，用广义运动副替代各支链中的六杆球面变胞机构，并分析各运动支链末端约束。依据该并联机构的结构对称性，分析其动平台的自由度数和相应的自由度特性，得到动平台相对于定平台具有2个转动和1个移动自由度，并具有连续转轴。

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声空化强化沸腾换热的试验观察与分析

孙宝芝;姜任秋;淮秀兰;刘登瀛

. 2009, 45(1): 73-76.

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以乙醇为工作液体，对声空化作用下直径为20 mm的水平铜管的沸腾传热进行试验研究。试验中对空化强度及超声换能棒和试件间的距离进行测定。试验研究发现，声空化对过冷沸腾有显著强化作用；在核态沸腾区，声空化对沸腾起始区域的强化率最大，但是随热流密度的增加，强化率逐渐减小；当热流密度相等时，强化率随空化强度的增加而增大。声空化引起的液体的宏观湍动及由于声冲流的存在导致的边界层厚度的减薄，直接或间接地影响加热表面上气泡胚胎的生成、长大和脱离。

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混联支路并联机器人动力学建模方法

杨建新;余跃庆;杜兆才

. 2009, 45(1): 77-82.

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混联支路并联机器人具有独立运动输出、高刚度、控制解耦等优点，但支路中闭环结构的存在也增加了运动学分析和动力学分析的难度。基于此，通过将支链与动平台完全断开以及将混联支路完全退化为串联支路或树状支路，提出基于虚功原理和等价树状结构的混联支路并联机器人动力学建模方法，推导出封闭形式的混联支路并联机器人逆动力学和正动力学模型，动力学模型的维数等于机器人的自由度数。利用最小惯性参数和递推牛顿－欧拉法可以减少支路逆动力学模型的计算时间，应用该方法对两种混联支路并联机器人(2-P(Pa)R-1-PUU和3-PU*)进行运动学分析和动力学分析，该方法适用于各类混联支路并联机器人，可以指导混联支路并联机器人的结构参数设计和驱动器选配，并可用于机器人的实时动力学控制。

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变自由度4-xPxRxRxRyRN并联机构

李秦川;陈巧红;武传宇;胡旭东

. 2009, 45(1): 83-87.

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提出一种变自由度4-xPxRxRxRyRN并联机构，该机构中与动平台4边相连的4个转动副两两相对且轴线重合(记为u轴和v轴)。运用螺旋理论对机构的自由度进行分析和驱动副选取。初始位形下，4-xPxRxRxRyRN并联机构的动平台平行于定平台，此时动平台具有3个连续的移动自由度和两个瞬时转动自由度，其转轴可为平行于定平台的任何两条直线。动平台仅可绕u轴或v轴从初始位形下发生连续转动，此时动平台具有3个连续的移动自由度和1个连续转动自由度，转轴为u轴或v轴，且这两个转动自由度互斥，即如动平台先绕u轴发生连续转动后，就不能绕v轴发生连续转动，必须待动平台再次平行于定平台时才能切换，反之亦然。为实现自由度切换的完全可控，4-xPxRxRxRyRN并联机构需采用5个驱动器进行冗余驱动。

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二元合金三维枝晶生长的相场法数值模拟

朱昌盛;冯力;王智平;肖荣振

. 2009, 45(1): 88-93.

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三维枝晶生长相场法模拟由于计算量巨大，同时无法证明微观可解理论是否适用于三维相场模型，因此，对该领域的研究相对较少且进展缓慢。基于耦合温度场与溶质场的相场模型，设计基于动态计算区域的加速算法求解相场模型，以Ni-Cu二元合金的三维模拟计算为例对加速算法进行验证，成功实现了单机上难以实现的三维枝晶生长过程的模拟计算。计算结果表明，模拟计算真实地再现了二元合金三维凝固过程中树枝晶的生长过程，并得到了与结晶理论相一致的枝晶生长规律。加速算法可大大减小计算时间，降低计算模拟对计算机硬件的依赖性，加速效果明显，冗余量小，精确度高，模拟结果更接近工程实际。

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基于无网格局部Petrov-Galerkin法的曲面修复算法

吴雪梅;李瑰贤;赵伟民;郭峰

. 2009, 45(1): 94-100.

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针对三维残缺数据曲面重构的困难，提出残缺点云或有孔洞网格曲面数据修复的新算法，该方法通过拟合进行曲面重构，大大减小了边界节点误差的影响；同时采用基于板壳理论的无网格法，使孔洞曲面修复更光滑，尤其可以更真实地修补出锻压制造的薄板零件。首先应用移动最小二乘法插值对残缺点云进行边界提取，然后给出逐层节点布置算法，最后应用基于最小势能原理的无网格法进行曲面修复，并将通常无网格法中积分圆域改进为多边形域。编写相应程序，经简单二次曲面缺损网格修补验证算法的有效性，结果分析表明误差很小，曲面修复结果理想。为进一步证明算法实用性，对实际薄壳产品的孔洞进行算法应用，修补效果理想。

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曲轴非圆磨削运动中动态误差及补偿

吴钢华;沈南燕;方明伦

. 2009, 45(1): 101-105.

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动态误差是影响曲轴非圆磨削加工精度的主要因素，动态误差补偿可实时修正磨削过程的各种误差，保证补加工工件的加工精度。通过分析曲轴非圆磨削过程中动态误差产生的原因，对非圆磨削中数控系统的伺服滞后误差进行了定量分析，并对以恒线速度为基础的运动模型进行了仿真计算，计算结果表明，伺服滞后误差严重影响加工精度，且数控系统的调整只能减少伺服滞后误差，不能消除伺服滞后误差。提出了采用神经网络预测曲轴非圆磨削过程的误差，并对补偿数据进行必要的延迟处理后进行相应的补偿，以解决在线测量的角度偏差。通过离线测量加工试验表明，采用径向基函数网络较好地解决了曲轴非圆磨削过程中的误差补偿。

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螺旋槽机械密封的可控性

周剑锋;顾伯勤

. 2009, 45(1): 106-110.

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螺旋槽机械密封动环和静环端面间的液膜厚度为微米级，易受外界干扰而破溃、失效。基于液膜流动、密封环传热和热变形的耦合分析，确定与闭合力对应的液膜几何尺寸，得到密封环温度与泄漏率。将静环内侧温度和泄漏率作为反馈参数、闭合力作为调节参数，建立螺旋槽机械密封的控制方法。依据该方法，结合反馈、调节机械系统，可实现螺旋槽机械密封的可控性运行，从而可以提高螺旋槽机械密封的变工况适应能力。

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蠕变－热疲劳交互作用的力学机理

闫明;孙志礼;杨强;何雪浤

. 2009, 45(1): 111-114.

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随着航空航天、能源和化学工业的发展，高温设备的应用越来越广泛。这些设备在稳态运行中受到蠕变损伤，在起动、停车或工况突变时受到热疲劳或热机械疲劳损伤，潜在危险性极大，一旦发生事故往往是灾难性的。考虑材料的双线性随动强化性质和蠕变特性，研究蠕变－热疲劳交互作用的力学机理，得到如下结论： ①升温和保温过程生成的压缩非弹性应变(塑性应变和蠕变应变)越多，降温过程产生的拉应力和拉应变越大，设计受蠕变－热疲劳损伤的构件时宜优先选择具有较高压缩屈服点和较低蠕变速率的脆性材料。②蠕变影响着循环的应力幅和平均应力，并使它们经历一定数量的循环后达到稳定状态，可以把蠕变－热疲劳损伤等效为热机械疲劳损伤，从而使寿命预测和试验简单可行。

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导电加热切削切削区加热电阻模型及试验分析

赵学智;叶邦彦;陈统坚

. 2009, 45(1): 115-123.

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分析现有一种加热电阻模型的不合理性，针对切削区的变形特点，提出一种符合实际变形情况的加热电阻模型，从理论上建立该电阻三个组成部分与刀具角度、切削用量、变形系数等计算公式。根据加热回路的特点，提出一种对加热电阻的精确检测方法，结果表明，此电阻随切削深度、进给量的增大而减小，而随切削速度的增大而增大，验证了理论分析，进而建立了该电阻和切削用量三要素的经验公式。通过对加热电阻的检测可以判断切削用量的变化状况，进而实现对加热电流的自动调整。最后指出，在加热电阻的三个组成部分中，材料电阻和扩展电阻对改善材料的切削加工性起关键作用，而刀—屑接触电阻则会加剧前刀面的磨损。

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复合变形路径下的板材冲压成形极限应变(Ⅱ)——冲压成形极限应变的计算与试验

曹宏深

. 2009, 45(1): 124-130.

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第I部分提出“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”等三个简化假设，依据这些假设在线性复合变形路径以及应变主轴发生转动的条件下，推导出计算板材冲压成形极限应变的公式。根据这些假设和公式，首先计算出板材在初始变形分别为单向拉伸、平面应变和等双拉应变的二重线性复合变形路径作用下且应变主轴发生转动时的成形极限图(Forming limit diagram, FLD)，然后通过一定的试验来验证和讨论这些计算结果。试验和讨论表明，根据这些假设和公式计算获取的FLD，与本文试验结果和某些文献报道的试验结果具有吻合性。此外，以往的研究大多从塑性力学或塑性物理方面解释了变形路径改变对FLD的影响，而这里则根据等值曲线图，从塑性几何方面对变形路径改变FLD图形状态的现象做出了描述。

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楔横轧楔入段端面移动量规律

束学道;闫波;邢希东;胡正寰

. 2009, 45(1): 131-134.

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楔横轧多楔轧制是内楔和外楔同时对轧件进行径向压下、轴向延伸的塑性成形。随着交通运输业的飞速发展，火车轴、汽车半轴等长轴类零件的需求量与日俱增，采用楔横轧多楔工艺成形长轴类零件，具有显著节省辊面、减小设备体积、生产效率高、节材、降低成本等优点。为了充分发挥多楔显著节省辊面的优点，保持内外楔同时起楔，就必须要准确弄清楔入段移动量的变化规律。采用弹塑性有限形变有限元数值方法，根据实际工况模拟楔横轧轧制过程，分析楔入段移动量的变化规律，详细阐述各工艺参数对移动量的影响规律，并与试验测试结果进行比较，得到楔入段端面移动量的变化和影响规律。研究结果为楔横轧多楔同步轧制模具设计提供了重要的理论依据，进一步完善了楔横轧多楔轧制理论。

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计入曲轴受载变形的粗糙表面曲轴轴承弹性流体动力润滑分析

孙军;王震华;桂长林

. 2009, 45(1): 135-140.

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对一四缸内燃机曲轴轴承进行了计入曲轴受载变形和表面形貌的弹性流体动力润滑分析。计算中采用动力学法进行曲轴轴承的润滑分析，采用变形矩阵法计算油膜压力作用下轴瓦表面的变形。结果表明，表面形貌对曲轴轴承轴心轨迹影响较大，表面弹性变形对曲轴轴承轴心轨迹影响很小；计入表面形貌，曲轴轴承最大油膜压力增大显著，最小油膜厚度明显减小，端泄流量在大部分时间几乎没有变化；计入表面弹性变形，轴承最大油膜压力基本都有不同程度的减小；表面弹性变形对端泄流量、轴颈摩擦因数以及最小油膜厚度的影响甚小。

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燃料电池混合动力系统建模及能量管理算法仿真

徐梁飞;卢兰光;李建秋;欧阳明高

. 2009, 45(1): 141-147.

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燃料电池混合动力系统包括燃料电池发动机、直流直流变换器(Direct current to direct current converter, DCDC)、镍氢动力电池和电动机等部件。根据台架试验数据建立燃料电池混合动力系统模型。模型考虑燃料电池性能衰减、总线电压对电动机转矩和效率的影响、DCDC效率和动态过程以及动力电池充放电内阻特性。燃料电池因长时间运行而造成的性能衰减将导致能量管理算法失效。DCDC效率在公交工况下变化不大，其动态过程可以用一阶延迟环节近似。动力电池充放电内阻影响等效氢气消耗量的计算。总线电压对电动机效率与转矩的影响可以用修正系数代替考虑。能量管理算法采用动力电池荷电状态(State of charge, SOC)稳态平衡和燃料电池动态功率补偿相结合的方法，以保持动力电池SOC水平，并在加载过程中防止燃料电池功率突变。仿真结果表明，所建立的模型能反映实际工况中的功率分配情况，动力电池SOC维持在预定区域，燃料电池功率加载速率得到限制。进一步分析表明，随着燃料电池性能衰减，通过调整稳态平衡算法，可以维持SOC水平，保证整车动力性、经济性。

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大锻件内部空洞热锻闭合的Z-C判据及其应用

张效迅;崔振山

. 2009, 45(1): 148-153.

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大锻件内部空洞闭合是一个多尺度问题。基于细观塑性理论和体胞模型，推导出大锻件内部空洞的体积演化方程，通过分析空洞闭合的力学条件，建立大锻件高温成形过程中内部空洞闭合的Z-C判据。Z-C判据对人们熟知的定性结论能够从理论上给出定量解释，发现硬化指数、远场应力三轴度和等效应变对空洞闭合均有重要影响，并揭示出影响规律。数值模拟研究表明，运用Z-C判据和CAE技术不仅可以判断空洞是否闭合，而且可以模拟空洞的体积变化过程，揭示空洞演化规律。Z-C判据为大锻件锻造工艺的优化设计提供了一条新途径。

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具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

李鹏;马书根;李斌;王越超

. 2009, 45(1): 154-161.

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提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人。通过对机器人传动机构的设计，实现了在不增加驱动电动机数量的前提下，机器人具有适应不同管道直径的能力。机器人的传动机构能够在管道直径改变时，自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍，完成越障任务。在没有应用链式多节构型的情况下，机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务，改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题，同时也提高了对驱动电动机的使用效率。为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象，对机器人进行运动分析，并由分析结果对相关部分进行改进。试验结果表明，该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进，并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍，验证了自适应移动机构的行走能力。

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数控系统软件模块实时调度方法

周刚;邬义杰;潘晓弘

. 2009, 45(1): 162-166.

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给出只需在最终运动控制中精确定时，在软件中实行以资源(数据)为约束的模块调度方式，并使得软件计算处理得到的数据能够实时地满足运动控制的需求。基于此思想，首先给出软件数控的结构模型，描述系统的运行框架、模块组成、功能划分，并且制定系统运行状态和实时模块的初始配置逻辑。然后基于对微机及Windows系统的实时调度性能分析，给出以任务服务为调度中心，运动控制卡通信信号定时触发的软件实时调度框架，结合数据资源约束建立任务服务模型，并给出实时模块运行的调度算法。最后根据该框架开发基于PC的软件数控试验系统，并且对插补、仿真和数控系统的实时性进行分析，证明该方法的适用性。

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轻度混合动力汽车再生制动能量管理策略

舒红;秦大同;胡明辉;杨亚联;叶明

. 2009, 45(1): 167-173.

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提出以满足ECE制动法规为前提，蓄电池再生制动能量回收最大为优化目标的轻度混合动力汽车再生制动能量管理策略。基于发电机效率图、蓄电池充电效率图和发动机反拖阻力矩图，建立发电机和行车制动系的制动力分配优化模型，分别获得采用有级式变速器和无级变速传动的轻度混合动力汽车在不同制动强度下的再生制动能量管理控制规则。分别对采用单离合器—有级式变速器、双离合器—有级式变速器和无级变速器三种传动型式的轻度混合动力汽车进行NEDC循环工况仿真，结果表明采用双离合器—有级式变速器的轻度混合动力汽车再生能量效率最高。对采用有级式变速器的混合动力系统完成了基于dSPACE快速控制原型技术的再生制动控制试验。

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单晶铜原子力显微镜加工过程亚表面变形层的分子动力学仿真

张俊杰;孙涛;闫永达;梁迎春;董申

. 2009, 45(1): 174-179.

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建立了原子力显微镜针尖切削单晶铜的三维分子动力学模型，采用嵌入原子势模拟工件原子之间的作用，采用Morse势模拟工件原子和刀具原子之间的作用。研究了工件材料的不同晶向和刀具切削方向、切削速度对工件亚表面变形层深度的影响。引入了原子势能变形判据，通过分析不同变形区域内原子的势能变化判断工件变形程度。观察了不同切削状态下亚表面原子势能的变化，发现工件材料晶向和切削方向对亚表面变形层深度有着显著影响。在切削速度为20～250 m/s范围内，切削速度对亚表面变形层深度没有影响。

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多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化

李兆坤;张宪民

. 2009, 45(1): 180-188.

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多自由度柔顺机构在微动精密定位和精密操作等领域有广泛的应用，柔顺机构拓扑实际上是一个几何非线性问题，因而研究多自由度柔顺机构几何非线性拓扑优化就显得十分必要。基于此，给出一种多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的新方法。首先，建立增量形式平衡方程，采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应。其次，推导描述多输入多输出柔顺机构柔性的几何增益公式和描述机构刚性的应变能公式，研究抑制耦合输出策略，给出描述输出耦合效应的计算公式，在此基础上建立考虑抑制输出耦合效应时多输入多输出柔顺机构的多目标几何非线性拓扑优化数学模型。目标函数敏度分析采用伴随求解技术，拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法，并用移动近似算法进行迭代求解。最后，通过算例说明以上方法的正确性和有效性。研究结果表明，拓扑优化后柔顺机构可以按照预定要求运动，输出耦合现象得到了有效抑制，同时也说明了对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化的必要性。

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多振源卷积混合的时域盲源分离算法

叶红仙;杨世锡;杨将新

. 2009, 45(1): 189-194.

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在机械多源振动传播和卷积混合模型的基础上，提出一种基于时域的多振源卷积混合信号的盲源分离算法。该算法以独立性为评判准则，采用反向学习和合理简化滤波器系数的方式，进行滤波器系数的学习，进而实现基于时域的多振源卷积混合信号的分离。仿真试验和多机振动源试验结果表明，该算法对于多源卷积混合信号具有很好的分离效果，可应用于机械设备多激振源卷积混合情况下机械振动源信号的有效分离。

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基于信息熵的裂纹转子动力特征分析与诊断方法

谢平;杜义浩

. 2009, 45(1): 195-199.

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针对裂纹转子系统运行过程中的非线性、非平稳突变性等复杂特征，运用信息熵特征提取和融合分析方法，将裂纹转子系统动力分析与参量识别方法有机结合，分析裂纹转子在不同状态下响应参量随转速变化的信息熵特征及变化规律，实现裂纹转子动力响应特征参量的信息熵定量描述；在此基础上，将理论方法用于裂纹转子系统实测信号的分析诊断，并构建小波神经网络模型对裂纹转子信息熵特征曲线进行识别，实现裂纹转子系统故障状态诊断，验证理论方法的有效性。

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大口径精密光束扫描装置

李安虎;刘立人;孙建锋

. 2009, 45(1): 200-204.

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高精度光束扫描、对准和跟踪是精密测控领域中的技术难点。基于棱镜偏摆角和光束偏离角存在百倍量级减速比的关系，提出采用级联正交偏摆双棱镜实现高精度光束扫描方案，并完成装置的研制，实现了大范围内精确控制光束偏转的要求。介绍装置的主要工作原理，给出设计指标和计算结果，接着介绍装置的机械结构、控制系统以及集成设计，分析前后棱镜变形和振动模态等问题，最后对装置进行试验标定。结果表明，扫描光束的俯仰角和方位角范围均达到1400 rad，光束的扫描精度优于0.8 rad，满足设计要求。装置的研制对于解决高精度的光学动静态跟瞄具有重要的工程意义。

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智能修正型换挡规律的设计及在双离合器式自动变速器中的应用

杨伟斌;陈全世;吴光强;秦大同

. 2009, 45(1): 205-210.

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以车速和发动机油门为控制参数，设计双离合器式自动变速器(Dual clutch transmission, DCT)的两参数换挡规律，硬件在环仿真结果表明该控制规律在城市工况极易导致频繁换挡，在制动工况容易产生意外升挡。分析不合理换挡现象的原因，并指出驾驶员的不合理操作习惯是引起频繁换挡和意外升挡的主要原因，两参数换挡规律不易避免不合理换挡现象。基于“sugeno”型模糊控制方法，建立智能修正型换挡规律的控制系统，该系统以油门开度和油门开度变化率为输入，实时升、降挡车速的修正系数为输出，确定隶属度函数并制定相应的模糊控制规则。智能换挡系统中的降挡速度为两参数降挡曲线临界值与降挡修正系数的乘积，升挡速度为两参数升挡曲线临界值与升挡修正系数的商。控制结果表明智能换挡规律在保留两参数换挡规律优点的同时，可以避免频繁换挡及意外升挡现象的发生，提高整车的舒适性和燃油经济性。

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冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性分析及模型参数辨识

张莉洁;王炅;钱林方

. 2009, 45(1): 211-217.

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对自行设计的长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验，测试其在冲击载荷下的动态特性。通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合，得到基于Herschel-Bulkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型能够准确描述，冲击载荷下后坐过程速度下降阶段磁流变阻尼器的动态特性。针对以上模型在高低速时函数表达不同且形式复杂的缺点，采用双曲正切函数描述低速时阻尼力随后坐速度平滑下降的特性，提出一种形式统一、表达简洁的磁流变阻尼器动态模型，并对模型中的参数进行了辨识。利用所提出的磁流变阻尼器动态模型，在Matlab/Simulink中建立磁流变阻尼器冲击后坐仿真平台，并对本次冲击试验进行数值仿真，结果表明仿真曲线与试验曲线吻合较好，证明以上简化模型的正确性。

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采用芯片直接安装技术封装的风速风向传感器

沈广平;张骅;吴剑;秦明;黄庆安

. 2009, 45(1): 218-222.

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提出一种采用芯片直接安装(Direct chip attach，DCA)技术封装的风速风向传感器的设计，制备和测试结果。该传感器采用圆形结构，利用热温差的方法测量二维风速和风向。其利用两步金属剥离工艺直接将在感风陶瓷基板上芯片制作出传感器芯片，利用封装胶将优质芯片倒贴在打孔印制电路板上并进行引线键合，用绝热封装胶对芯片进行封包，形成最终的封装。对封装后的传感器芯片进行风洞测试，传感器可以完成360º风向检测，风速量程为6 m/s。

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最小量润滑在振动钻削中的应用

马利杰;王贵成;张春燕;沈春根

. 2009, 45(1): 223-227.

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为了有效地发挥最小量润滑(Minimum quantity lubrication，MQL)在钻削加工中的冷却和润滑性能，把MQL和振动钻削技术结合起来，对MQL在钻削加工(尤其是振动钻削)中的作用效果进行理论分析和试验研究，并对加工中的最大轴向力和表面粗糙度进行测量。研究结果表明，与普通钻削相比，振动钻削能够有效改善MQL的作用效果，通过合理选择参数，能使最大轴向力明显减小，表面粗糙度显著改善；增大振幅是提高MQL作用效果的有效途径，能够降低表面粗糙度，提高加工质量。

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基于空间算子代数理论计算多体系统动力学建模

方喜峰;吴洪涛;刘云平;陆宇平;汪通悦

. 2009, 45(1): 228-234.

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为了提高计算多体系统动力学正、反向动力学建模效率，应用空间算子代数理论，在通用计算机符号演算软件Mathematica6.0的环境下，对计算多体系统正、反向动力学进行设计与实现。广义质量是联系旋量力和旋量加速度的的重要参量，据此可形成正、反向动力学高效递推算法，用空间算子代数理论求出广义质量、正、反向动力学具有形式简洁、物理意义明确、编程效率高和直观等特征。运用VB.NET编程软件实现与Mathematica6.0软件无缝集成，对计算多体系统动力学仿真及正、反向动力学进行参数化分析与计算，给出编程实施过程及建模IDEF0方法。根据分析结果，对PUMA560机器人典型多体系统进行正、反向动力学建模，并与结果进行对比，通过算例验证结果的正确性和有效性。

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形状因素对精密技术中零件热变形的影响

罗哉;费业泰

. 2009, 45(1): 235-238.

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温度变化会引起机械零件几何尺寸的变化，传统热变形量计算公式是近似和线性的，在精度要求较低时适用，在高精度领域具有很大的局限性。经过多年的研究发现，温度变化时，零件任一尺寸的热变形不遵循传统的线性公式，而与零件形体其他几何尺寸有关，可表示为其他几何尺寸的非线性函数。利用晶体材料线膨胀系数与体积膨胀系数之间的关系，利用该关系建立圆柱轴类零件和孔型零件在稳态均匀温度场中的受热变形的数学模型，模型考虑形状因素对轴类零件和孔型零件热变形的影响。利用测量精度为 m热变形测量装置对不同圆柱轴类零件和孔型零件进行测量，试验结果显示，考虑形状因素的计算结果比传统公式计算结果更加接近试验值。

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多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真

幸研;朱鹏;倪中华;汤文成

. 2009, 45(1): 239-243.

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探讨利用蒙特卡罗 (Monte Carlo, MC) 法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀的仿真，实现连续多次掩模，多步硅微加工工艺过程的仿真。介绍MC法的使用特点及其在湿法腐蚀硅微加工中的应用，仿真使用腐蚀概率方程确定表面原子适当的MC转移概率，模拟方法支持氧化硅和氮化硅掩模层作用下的各向异性腐蚀加工和多次掩模的传递过程。编制的仿真程序通过模拟一个原子力显微镜探针阵列多掩模连续6步工艺的硅微加工过程验证了MC法的正确性。

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复杂光学系统中的干涉条纹图像的精确仿真方法

方素平;小森雅晴;久保爱三;梅雪松

. 2009, 45(1): 244-252.

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精密复杂曲面形状的干涉测量光学系统的设计和测量误差分析一般采用光线追迹的方法进行，但用传统方法进行追迹计算时，计算结果不能用直观的干涉条纹仿真图像的形式来表示，常常难以有效地进行分析和判断。在提出的考虑光学元件安装误差的精确光线追迹方法的基础上，对来自于测量对象面的物体光的光程差的精确计算方法、和与物体光的位置对应的参照光侧的光线追迹方法进行探讨，给出物体光与参照光的位相差的精确计算方法，提出一种实用的干涉条纹仿真图像的作成方法，及测量对象面仿真计算的初始化方法，再以平面测量试验片和齿轮齿面为对象，进行仿真计算和实测，验证所提出的方法的正确性。

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粉末球磨预处理对高硅铝合金材料组织与物理性能的影响

杨伏良;易丹青

. 2009, 45(1): 253-257.

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为制备出能满足使用要求的高硅铝合金电子封装材料，采用高能球磨对Al-Si合金粉末进行氧化预处理，结合包套热挤压制备Al2O3与SiO2增强的弥散强化型铝硅复合材料，并采用透射电镜、金相显微镜及热物性测试仪，对材料显微组织、密度、气密性、热膨胀系数及热导率进行分析测试。试验结果表明：与高温空气氧化相比，粉末高能球磨后，所制备材料的晶粒更加细小，特别是硅粒子已明显细化；粉末球磨后所制备材料密度接近于理论密度，其致密度在99%左右；材料气密性很好，在1 nPa•m3•s–1以下；材料热膨胀系数随粉末球磨时间延长而下降，当球磨时间超过24 h后，材料膨胀系数小于13 K–1；随着球磨时间延长材料热导率增加，球磨32 h后，材料热导率高达145.5 W•m–1•K–1。

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微动工作台的误差源分析

叶鑫;张之敬;万毕乐;李;媛

. 2009, 45(1): 258-266.

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并联微动工作台广泛用于高精度场合，制造误差、装配误差、以及工作过程中温度与重力的作用都会影响到终端定位精度，因此有必要对误差源进行研究。以一种3-PPTTRS微动工作台为例，利用矢量闭环，在微动工作台单支链标准模型的基础上建立基于杆长的误差模型和基于柔性铰链的误差模型。考虑到杆的制造误差、柔性铰链的制造误差、装配误差、驱动部件的运动误差和温度变化引起的杆长不准确，建立相应的矢量闭环方程。分别分析柔性转动副、柔性球副和柔性胡克铰的制造误差和装配误差对微动工作台终端定位精度的影响，详细分析切入半径的误差、切入圆圆心沿x方向的位移偏差、切入圆圆心沿y方向的位移偏差、沿z方向的偏转等柔性铰链制造误差以及垂直度、同轴度等柔性铰链装配误差对微动工作台终端位姿的影响。分析温度和重力对精度的影响。有限元仿真结果表明，温度对微动工作台的影响很大，而重力的影响基本上可以忽略不计。该方法对复杂并联微动机器人的精度设计提供了有效的途径。

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超声振动微量给粉机理及振幅对给粉速率的影响

黄华;齐乐华;曾祥辉;杨方

. 2009, 45(1): 267-272.

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在建立振动毛细管物理模型的基础上，从振动与波动理论的角度入手，深入研究毛细管在简谐振动作用下的运动行为，推导在毛细管上产生并传播的机械波的波动方程和管壁质点的位移方程。发现入射波与反射波相互作用，在毛细管上形成衰减行波，毛细管管壁质点做椭圆运动。提出粉体颗粒在管壁质点运动、重力及粉体颗粒间相互作用力的作用下流出毛细管的给粉机理。研究振幅对粉体颗粒运动加速度的作用，得到运动加速度随着振幅的增加而增大的关系，从而得出给粉速率随振幅增加而增加的结论。并用YANG Yong，TAKANO Takehiro等的试验结果对本文的研究结论进行验证，证明了研究结论的正确性。

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对击式液压锤理论与试验模态分析

巨丽;李永堂

. 2009, 45(1): 273-276.

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以25 kJ对击式液压锤为具体模型，提出用理论计算与环境激励试验模态测试相结合方法对对击式液压锤机身进行动态特性分析研究。首先建立整体闭式机身的力学模型并进行理论模态计算，得到机身振动的前10阶固有频率和相应振型。然后利用机身参考点的响应数据对25 kJ对击式液压锤进行在线试验模态参数识别，得到机身在工作环境下振动的前10阶固有频率和相应振型。理论模态参数与试验模态参数的相对误差小于1%，各阶振型一致。研究表明：用模态分析法可以直观有效地得到对击式液压锤的动态特性数据。这些动态特性数据为提高设备工作的可靠性和使用寿命以及结构改进设计提供了理论依据。同时，自主开发的C83系列25 kJ对击式液压锤整体刚度和质量分布均衡，具有良好的动态性能。

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镍氢电池温度场及其结构影响的数值分析

秦明俊;朱鹏;于立军;杨立;陈晓玲;王保峰

. 2009, 45(1): 277-281.

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基于空间用单一压力容器镍氢电池的传热传质以及电化学反应机理，建立三维、非稳态的电池传热模型。这个三维、非稳态电池传热模型包括压力容器在内的全部区域。采用有限容积法对单一压力容器镍氢电池的温度场进行数值模拟，模拟得到的结果与试验结果吻合良好。基于这个模型，提供电池的两种结构设计方案，并根据模拟的温度场结果评价这两种方案。在不改变电池输出功率的情况下，电池极堆位于电池中部时温度场的最大温差最小，尽量大的内径可以获得更小的最大温差。该三维、非稳态电池传热模型可用于镍氢电池的工程设计和参数优化。

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基于逼近递推滤波原理的大块分离物冲击载荷自适应辨识

顾伟;褚建新

. 2009, 45(1): 282-287.

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散状物料输送系统的大块分离物动态检测中，大块物下落时的冲击力是一种随机性动载干扰，严重影响测量的准确性。在基于动量原理的基础上建立大块物冲击力动载模型，提出抑制瞬时冲击力的递推滤波方法。为了满足实时性要求，针对迭代递推收敛速度较慢的问题，引入收敛因子，通过一步递推残差来修正当前的递推值，使得瞬时冲击力估计的迭代递推过程大大加快。根据这一方法，构造出由冲击力估计、参考模型解算和冲击力滤波三个算法单元组成的大块分离物逼近递推滤波环节。由此，通过对冲击力的实时辨识，快速逼近计算被分离大块物的实际重量。试验表明，这种逼近递推动态检测方法能显著提高大块物测量的稳定性和准确性。

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脉冲激励振动问题的高精度数值分析

王兆清;李淑萍;唐炳涛;赵晓伟

. 2009, 45(1): 288-292.

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利用数值稳定性好、计算精度高的重心Lagrange插值近似未知函数，得到未知函数各阶导数的微分矩阵，提出高精度数值分析任意激励下振动问题的重心插值配点法。采用附加法施加初始条件，得到一个n+2个方程n个未知量的代数方程组。利用最小二乘法求解线性方程组，得到振动位移，进而利用微分矩阵直接求得振动的速度和加速度。对于脉冲激励等复杂激励下的振动问题，将前一个时间区域末的位移和速度作为下一个时间区域的初始条件，分段进行数值分析。数值算例表明重心插值配点法在分析脉冲激励下的振动问题，具有非常高的计算精度。

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电控自动变速器换挡过程自适应控制策略

孙文涛;陈慧岩;伍春赐

. 2009, 45(1): 293-299.

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为研究自动变速器换挡过渡过程，改善换挡品质，通过分析自动变速器换挡系统，建立行星自动变速器动力学模型，并应用此模型对换挡过程进行详细分析，得到换挡过渡过程的变化规律，同时对离合器充放油规律进行研究。研究表明，采用分阶段不同的控制策略可改善换挡过渡过程的品质，即得出采取分阶段自适应控制策略的必要性。分阶段控制过程即在换挡过程中先后采取：初始充放油自适应控制、开环自适应控制和闭环自适应控制。通过与理想参考模型进行比较，对控制参数进行实时在线修改，并将参数保存到电可擦除只读存储器(Electrically erasable programmable read-only memory，E2PROM)，在下次换挡开始前提取修正后的参数，逐步改善换挡品质。通过试验，分别对离合器充放油过程、开环控制过程以及闭环自适应过程进行研究。结果表明，运用此控制策略可改善换挡品质。

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基于线性变参数建模的汽车横摆力矩增益调度控制

杨秀建;王增才

. 2009, 45(1): 300-308.

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提出一种基于线性变参数(Linear parameter-varying，LPV)方法的汽车横摆力矩鲁棒增益调度控制方案。建立横摆力矩误差动态模型，选择路面附着系数和汽车纵向速度为调度变量，将误差动态模型转化为关于路面附着系数和汽车纵向速度及其组合的LPV模型，将鲁棒增益调度横摆力矩控制器的设计转化为对多胞模型16个顶点的线性H 控制器设计。通过求解17个线性矩阵不等式可以求得共同的Lyapunov矩阵，在保证系统二次稳定性和二次H 性能指标的前提下对每一个顶点离线设计了H 控制器，在线根据工况加权各顶点控制器获得该工况下的全局控制器。8自由度模型的非线性仿真表明基于LPV的鲁棒增益调度控制器比单一的H 控制器对工况变化具有更强的适应性。

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钢丝绳中缺陷的描述方法

陈厚桂;李晋;康宜华;武新军

. 2009, 45(1): 309-314.

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研究钢丝绳及钢丝绳中缺陷的描述方法。基于对钢丝绳结构和承载特性的分析，提出一个描述钢丝绳结构的矢量，这个矢量由6个结构参数构成，它们是股层号、股号、股的旋转角(简称股旋角)、钢丝层号、钢丝号和钢丝的旋转角(简称丝旋角)。为了引申出缺陷的描述方法，定义钢丝绳中距离的广义度量；定义钢丝、钢丝绳、断丝和磨损，钢丝用8个参数描述，它们是上述的6个结构参数和新增加的两个参数，新增加的两个参数是丝旋角变动和钢丝直径；钢丝绳定义成钢丝的集合；断丝用上述的6个结构参数和新增加的两个参数描述，新增加的两个参数是断口宽度和钢丝直径；磨损用上述的6个结构参数和新增加的两个参数描述，新增加的两个参数是丝旋角变动和磨损比。以密封钢丝绳和六股钢丝绳为例，说明该描述方法的应用。实例表明，在新描述方法的支持下，钢丝绳中的缺陷可以被抽象地用数学语言进行描述。

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2009年, 第45卷, 第1期　
刊出日期：2009-01-15

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