机械工程学报

Select

杨育林;黄世军;刘喜平;郭希娟

. 2009, 45(11): 1-9.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对新型的2-RUUS机构进行机构位形分析，利用虚设机构法求出机构的影响系数矩阵，采用影响系数法和微分法分别求出机构的输入速度和输入加速度仿真曲线，验证了影响系数矩阵的正确性。同时给出任意机器人机构惯性力和机构尺寸以及机构质量之间的关系不等式，及相应的惯性力全域性能指标，利用该指标公式可以对任意机器人机构进行杆件尺寸和质量对动力学性能影响的分析。在只考虑机构尺寸的情况下，利用加速度全域性能指标和惯性力全域性能指标，分析2-RUUS机构的动力学性能，绘出上述指标的性能图谱。得到该机构尺寸和动力学性能的关系变化趋势，同时也得到了所讨论的机构范围内性能较好的机构尺寸。

Select

五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand II

刘伊威;金明河;樊绍巍;兰天;陈兆芃

. 2009, 45(11): 10-17.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术，研制DLR/HIT II仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成，每个手指有4个关节、3自由度，所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的盘式无刷直流驱动电动机、质量轻的谐波减速器、齿形皮带等的驱动传动方案，使手指的体积和质量得到显著减小；采用钢丝耦合传动方案，实现手指末端两个关节的1:1耦合运动；手指具有位置、力/力矩、温度等多种感知功能。层次化的灵巧手硬件结构由手指电气系统、手掌电气系统和PCI总线控制卡等组成，灵巧手具有点对点串行通信、CAN以及网络等多种通信接口。在灵巧手的外观设计中，将外观设计与灵巧手的本体设计融为一体，实现灵巧手与人手相近的体积和外观。5指灵巧手的质量为1.5 kg，手指的指尖输出力10 N。

Select

机器人机构精度综合的正交试验法

王伟;贠超

. 2009, 45(11): 18-24.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用正交试验法综合机器人机构精度，只需要较少的计算仿真工作量就可分析出机器人定位误差，甚至不需要制造出具体的机器人物理样机。该试验方法可以缩短误差综合的计算过程，简化机器人误差综合。基于此，总结国内外有关机器人和空间机构精度研究，建立典型3R机器人的误差传递模型，利用正交设计表均衡排布各参数的误差水平，对各组试验结果进行方差分析，绘制某一复杂曲面任务下机器人末端的误差分布图和影响末端误差因素的显著程度顺序图。结果表明，正交试验法能够快速计算出当前目标点下误差因素对末端误差的影响显著程度，指导机器人精度设计和运动学参数的标定。

Select

空间6R机器人位置反解的对偶四元数法

倪振松;廖启征;魏世民;李瑞华

. 2009, 45(11): 25-29.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

将对偶四元数的复指数形式引入到串联机械手位置逆解分析中，提出一种空间6R串联机械手位置逆解的新算法。采用复指数形式的四元数以及对偶四元数建立空间6R串联机械手位置逆解的封闭方程。通过对获得的四个位置约束方程构造Dixon结式，得到一个6×6的行列式等于零的矩阵，去掉其中相关的公因式，导出既无增根也无漏根的一元16次方程。通过实际计算，得出该机器人位置反解一元高次方程的次数为16且最多只有16组解的结论。通过一种串联机械手逆运动学分析为例进行求解验证，数字实例证明了该方法既无增根也无漏根。这种方法可达到在消元过程中自动消除机构结构参数变化或者轨迹规划过程中某些奇异位置造成的方程相关性，避免增根的产生。

Select

平面闭式运动链简图自动绘制的最大环路法

聂松辉;刘宏昭

. 2009, 45(11): 30-37.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

机构运动链结构简图的自动绘制，直接关系到机构设计的效率与可靠性。在对平面闭式机构运动链的拓扑特性研究基础上，基于缩杆邻接矩阵，提出一种运动链结构简图自动绘制的最大环路方法。此方法采用广度优先生成树算法获得运动链的独立回路，并通过独立回路的加减运算得到最大可行外环。根据回路关系逐步修正最大可行外环，使各独立回路成为其非交叉规范化内环。在运动链结构简图绘制过程中，根据外环和内环情况，将运动链中的运动副布置在由外往内的同心圆内接正多边形的顶点上，使绘制的运动链简图规范、美观。在对这种基于外环与内环关系的简图自动绘制算法研究过程中，借助多个机构实例进行说明。研究与应用结果表明，最大环路法具有实现简单、方法完备的特点，适用于多杆多自由度平面闭式运动链结构简图的自动绘制，应用于机构设计中，可极大地提高设计效率。

Select

基于螺旋理论的单闭环多自由度过约束机构综合

郭盛;方跃法;岳聪

. 2009, 45(11): 38-45.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以螺旋理论为基础，分析构成单闭环过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系，给出针对单闭环过约束机构的自由度计算公式。按照约束螺旋的性质将过约束螺旋分为具有不同阶数的力约束和力偶约束两类，总结所有可能形式的独立过约束性质和数目及其组合。在给出特定过约束组合的条件下，应用虚功原理，以反螺旋理论为计算手段，得到多自由度单闭环机构的综合条件。应用解析的方法，得到满足机构为非瞬时运动的条件，给出机构的运动副轴线布置、运动副数目、运动副排列和空间几何条件。全面系统地解决了单闭环多自由度过约束机构的构型综合问题，群举所有可能的单闭环过约束并联机构。给出机构综合步骤以及部分典型机构的设计范例。

Select

球形机器人爬坡状态下动力学建模及最优控制器设计

岳明;邓宗全

. 2009, 45(11): 46-51.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

球形机器人作为一种移动式的机器人，不可避免地会遇到爬坡的问题。结合所设计的球形机器人，详细分析其在爬坡状态下各状态变量的描述方法，给出机器人能够爬上坡角的计算公式，并且提出临界摆角的概念。利用基于耗散形式的拉格朗日方程推导出准确描述球形机器人爬坡状态的动力学方程，通过所提出的临界摆角，将动力学方程进行有效地线性化，采用坐标变换的方法来解决方程中的常数项问题，最终系统被转化为状态空间的形式。在机器人系统的全状态可测的情况下，考虑到机器人在爬坡时运动平稳、能耗小是实际需要，设计相应的线性二次型目标函数，最后通过设计状态反馈矩阵控制机器人在坡面上以期望速度进行运动，仿真结果证明了所设计控制方法的有效性。

Select

双足机器人并联踝关节优化设计

俞志伟;王立权

. 2009, 45(11): 52-57.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

通过对人的踝关节运动机理分析，设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型，并对该模型进行运动学和动力学分析，得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大，为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性，结合并联机构的运动特点，迭代计算优化并联机构的结构参数，使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究，结果表明，优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右，降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件，有利于减小关节的体积和质量，减小能耗。

Select

高压共轨发动机降噪及其性能对噪声的影响

张群;卫海桥;舒歌群;梁兴雨;王养军;刘岳文

. 2009, 45(11): 58-64.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

研究高压共轨发动机的降噪和发动机经济性、动力性对整机噪声的影响。对样机的整机噪声进行测量，并通过声学扫描进行声源识别，发现前端面、进气侧、排气侧和顶面为主要的噪声源，进而对齿轮室盖加装复合钢板降噪件、排气管隔热板以及涡轮壳隔热罩均用降噪件，能够有效降低整机噪声。通过调整高压共轨系统参数研究发动机经济性和动力性对整机噪声的影响，发现增加油耗、降低扭矩能降低整机噪声。研究结果表明，发动机性能对整机噪声的影响很大，通过牺牲一定比率的动力性和经济性都能降低整机噪声。

Select

旋转机械振动故障的信息诊断方法

陈非;黄树红;杨涛;高伟;贺国强

. 2009, 45(11): 65-71.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

目前绝大多数旋转机械的故障诊断方法都是依靠提取振动波形中的特征量来进行诊断。振动信号的分析往往是针对特定测点在某一瞬间采集的一段波形，因此它是状态的一种表现。如果产生故障，在某一状态下，振动波形不一定含有明显的故障信息，或故障信息被淹没在其他信息中。这时，依靠随机抽取的状态信息来进行故障诊断的方法就不能很好区分这些故障。但是，如果故障发生，一定会有所表现。一种故障在某一时刻或某一状态下引起的振动表现具有一定的分散性和随机性，但在一个过程中却有其规律性。以信息熵方法为基础，通过定义一个全新的判别指标——信息来描述振动过程的这种变化规律，从而提出一种基于过程的信息故障诊断的新方法。

Select

Hexapod平台构型与振动控制一体化设计研究

边边;黄海

. 2009, 45(11): 72-77.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于Hexapod平台雅可比矩阵条件数最优条件，将平台构型——振动控制一体化设计问题转化为从满足条件数最优条件的构型中选择振动控制能耗指标最小的优化问题。优化模型以自适应扰动消减(Adaptive disturbance canceller, ADC)振动控制步长参数、Hexapod下平台半径、铰点半夹角为设计变量，以控制收敛、工作空间、铰点间距为约束条件，在条件数最小的构型种群中，选择使六杆振动控制能量平均值和方差加权和最小的设计。由于优化模型及其敏度为设计变量的隐函数，选择响应面方法对模型近似后，通过不断求解近似问题得到原问题的最优解。算例结果给出平台振动控制器设计和构型设计的规律和要点，说明方法的有效性，经过一体化设计的Hexapod平台在控制和构型指标上均优于平台的原始设计。

Select

差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用

金超武;徐龙祥

. 2009, 45(11): 78-84.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用，理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响；对传感器进行静态和动态标定，并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明：该传感器测试范围在–0.5～＋0.5 mm时，线性度可达±1.38%，灵敏度为20.18 mV/μm，截止频率在800 Hz左右；理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能，但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能；在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮，不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5 μm，加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10 μm；在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转，转速为30 kr/min，不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm，加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm，但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计，并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。

Select

超声波电动机噪声试验与机理分析

王光庆;郭吉丰

. 2009, 45(11): 85-90.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了分析和抑制超声波电动机在运行过程中产生的尖啸噪声，建立电动机噪声的试验测试系统，利用试验和有限元法分析电动机噪声产生的根源；利用等效原则建立电动机噪声产生机理的振动解释模型，根据该模型分析预压力对电动机噪声的影响，并提出降低电动机噪声的方法和措施。研究结果表明：电动机噪声是由定子、转子之间的摩擦自激振动引起的，且电动机噪声强度随着预压力的增大而减小，当预压力超过其临界值时，电动机噪声能得到很好的抑制。

Select

计入轴瓦变形的曲轴动应力和疲劳强度计算

何芝仙;桂长林;李震;孙军

. 2009, 45(11): 91-98.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS，辅以手工编程相结合的方法，研究计入轴瓦变形时某四缸柴油机曲轴动应力分析和疲劳强度计算问题。解决计入轴瓦变形的曲轴—轴承系统动力学和摩擦学分析问题，得到动态油膜压力；采用ANSYS中的参数化编程语言APDL编写程序实现动态施加力边界条件，计算曲轴动应力；采用损伤积累理论计算曲轴疲劳强度。研究表明：计入轴瓦变形，主轴承最小油膜厚度大幅度下降，最大油膜压力大幅度上升，曲轴动力学响应和危险点的动应力也发生变化，曲轴疲劳寿命下降了15.6%。

Select

引入摩擦的周向短弹簧汽车双质量飞轮分析模型及扭振固有特性

宋立权;赵孝峰;何泽海;罗书明;田宏艳;樊照钟

. 2009, 45(11): 99-105.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

首次将摩擦引入周向短弹簧汽车双质量飞轮的转矩和转角关系的分析计算，获得了与测试结果基本一致的转矩特性曲线的力学模型。由所建立的发动机—双质量飞轮式扭振减振器—传动系的动力学模型，分析各参数对系统固有频率的影响。将利用摩擦实现增大转矩和过载保护的理念引入双质量飞轮的设计，为高性能双质量飞轮的产品的开发提供设计思路，揭示引入摩擦的双质量飞轮减振器优良减振的内在本质。得到考虑摩擦特性的分析模型更具真实性和更有利于提高产品的减振性能的结论，以及使共振转速完全被隔离在发动机的工作转速之外，可通过调整双质量飞轮的扭转刚度k1和初级飞轮转动惯量J1及次级飞轮转动惯量J2而实现，增加J1而减小J2对避免共振的产生是有利的。

Select

基于改进Bussgang算法的多机组故障诊断仿真和试验

周勃;陈长征;费朝阳

. 2009, 45(11): 106-112.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对非平稳信号改进Bussgang算法，借助参考噪声抵消包含在混合信号中的噪声，最小化输出信息的广义能量来获得最好的消噪效果；通过计算机仿真确定适合的非线性函数，仿真结果发现随着延迟系数的增大，收敛误差函数值减小，收敛性能增强；试验模拟了两个故障和三个故障的情况，分离结果与基于ICA、Bussgang算法的结果比较，验证改进算法对多机组含噪非平稳信号分离的有效性。

Select

轴向柱塞泵配流副油膜试验原理及控制特性

王彬;周华;杨华勇

. 2009, 45(11): 113-118.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为研究油、水介质下轴向柱塞泵几类关键摩擦副的润滑特性，提出采用电液单元对润滑油膜进行主、被动控制的专用试验系统原理。论述该试验系统用油膜厚度反馈控制配流副密封间隙的模拟试验装置的原理与构成，将微缝隙流对电液控制系统的作用简化为弹簧中阻尼器负载，建立配流副对润滑油膜厚度的阀控缸物理模型并推导精密缸位移控制方程，分析影响润滑性能的主控参量及相互关系，仿真研究油膜厚度控制的动态特性。运用该试验系统进行了初步的平面配流副油膜试验。研究表明，油膜平衡的仿真与试验基本一致，供油压力、摩擦转矩等对润滑油膜的形成影响较大。伺服比例阀的反馈控制原理使系统的油膜厚度动态反馈性能趋于稳定，但在供油压力斜坡变化时油膜厚度平衡值在设定范围内有一定变化。

Select

弯管冲蚀失效流固耦合机理及数值模拟

偶国富;许根富;朱祖超;杨健;王艳萍

. 2009, 45(11): 119-124.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对流体输送管道失效研究中存在的问题，主要研究腐蚀与流体流动的交互作用对管道冲蚀破坏的作用机理。建立流固耦合数理模型，推导出在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrange-Euler, ALE)描述下的粘性流体N-S方程和腐蚀产物保护膜固体区域的控制方程，分析管壁边界层多相流介质流动与腐蚀产物保护膜破损之间的耦合作用。以弯管的冲蚀失效为例，结合弯管的结构特性、多相流的物性参数，运用ANSYS有限元分析软件，采用物理环境顺序耦合法进行流固耦合数值模拟，分析管壁腐蚀产物保护膜的变形程度和受力状态，判定弯管冲蚀破坏的危险区域和失效趋势；现场测厚数据与仿真计算结果基本吻合，验证仿真计算的可靠性和可行性，该方法可用于管道输送系统的风险预测、安全评估和工艺改造。

Select

2D阀控电液激振器

阮健;李胜;裴翔;俞浙青;朱发明

. 2009, 45(11): 125-132.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

传统的阀控制缸或马达构成电液激振器的方案，在很大程度上受到伺服阀频响特性的限制，其激振频率难于提高至较高的水平，为此提出采用2D阀控制液压执行元件的实现方案，旨在大幅度提高电液激振器的频率。在2D阀中，阀心的旋转运动和轴向滑动分别用于实现激振频率和幅值的独立控制，激振频率与阀心的转速、阀心台肩一周的沟槽数及该沟槽数与阀套一周的窗口数之间的配合关系等因素相关，通过改变这些因素易于实现2D阀控激振器的高频激振。以2D阀控双出杆缸为例，进行理论分析和试验研究。研究结果表明：2D阀控激振器的负载以弹性力为主时，随阀心旋转阀口面积变化的波形近似为上升与下降速率相等的三角波形，但是受到弹性负载方向变化的影响，而激振波形上表现出上升与下降过程斜率的不一致性，这种不一致性在2D阀的轴向开口达到某一临界值时表现得最为显著。随着2D阀轴向开口的减小，激振波形逐渐趋于一致。

Select

大型轴流风机叶片的气动弹性数值分析研究

毛军;杨立国;郗艳红

. 2009, 45(11): 133-139.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在叶轮机械的流固耦合中以弹性体流固耦合问题最具难度。在这类问题中，需要考虑叶片在运转过程中的弹性变形与振动对流场的影响以及振荡流场的反作用。以北京地铁18号专用轴流风机为例，在考虑叶片变形和流场之间相互影响的耦合状态下，探讨机叶片气固耦合问题的计算方法。采用CFX软件进行流场计算、ANSYS软件进行结构计算，以MFX- ANSYS/CFX为数据耦合平台，应用弱耦合分区法对风机叶片的气动弹性进行数值模拟分析。并与不考虑叶片弹性变形的情况进行对比，发现考虑气动弹性的最大应力几乎是不考虑气动弹性的最大应力的两倍，相应的安全系数相差较大，不考虑叶片的气动弹性容易高估叶片结构的安全性。分析考虑弹性变形对叶片结构安全性的影响，说明叶片的气动弹性分析的必要性和重要性。

Select

齿轮加工机床的绿色设计与制造技术

李先广;刘飞;曹华军

. 2009, 45(11): 140-145.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在对传统齿轮加工机床技术特征及其资源环境影响状况进行分析的基础上，总结提出齿轮加工机床的绿色设计和制造技术框架，对干式切削技术、少无切屑加工技术、数控化技术、模块化及结构优化设计技术、再制造重用等技术及策略进行详细论述分析，指出齿轮高速干式切削技术及成套装备的开发是未来绿色齿轮加工机床发展的重点领域及主要趋势。

Select

薄壁零件高速铣削稳定性预测与验证

梁睿君;叶文华

. 2009, 45(11): 146-151.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对薄壁零件高速铣削加工系统小刚度、动态变化的频响特点和高阶动态特性，研究其无颤振稳定铣削的极限预测理论。针对薄壁结构小刚度的频响特性，建立由刀具子系统和工件子系统之间的相对动态特性决定的铣削动力学模型和无颤振稳定切削的临界条件；针对高速铣削的高转速特点，建立基于多自由度系统高阶动态特性的稳定性极限预测模型；针对薄壁结构在加工过程中其动态特性的时变性，提出通过跟踪工件在不同加工阶段的动态特性进行稳定性极限预测的方法。对典型薄壁结构进行切削试验，试验结果验证了所提出的稳定性预测模型和预测方法的有效性。

Select

双拣货区自动分拣系统品项分配优化

张贻弓;吴耀华

. 2009, 45(11): 152-157.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提前拣选、压缩合流的分拣策略使双拣货区自动分拣系统的拣选效率明显高于单拣货区自动分拣系统，基于此提出该策略下品项分配优化问题。介绍压缩合流的工作原理，确定双拣货区的品项分配对订单的压缩程度及提前拣选时间的影响。以负的各订单提前拣选时间之和最小为目标函数建立数学模型，该模型可归结为0-1规划问题并应用最大最小蚂蚁系统算法求解。实例仿真与分析证明了该算法的有效性。

Select

复杂自由曲面曲率分布特征对数控铣削性能的影响

谢晋;邹明山;崔晓玲

. 2009, 45(11): 158-162.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对复杂自由曲面的数控铣削性能难预测的问题，提出曲面曲率分布特征值，用于评价数控加工效率和加工精度。在构建的刀位面上策划等间距行走的刀位轨迹，建立刀位轨迹长度和刀具间的最大残余高度作为加工效率和加工精度的评价指标，分析曲面曲率分布特征值对加工效率和加工精度的影响。试验结果证明该自由曲面数控加工模式的有效性。分析发现，随着曲面曲率分布特征值增大，刀位轨迹长度和最大残余高度同时增加，导致加工效率和加工精度同时下降。此外，在曲面曲率分布特征值小于0.5 mm–1时，加工效率降低幅度不超过7 %，但加工精度却下降6～7倍。因此，曲面曲率分布特征值可用于评价和预测复杂自由曲面的数控铣削性能。

Select

快速模具模塑成形充模过程的工艺参数优化

冯小军;李爱平

. 2009, 45(11): 163-168.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

分析快速模具(Rapid tooling, RT)模塑成形充模过程的特点及影响充模质量的主要工艺因素，提出基于数值仿真及正交试验技术的RT模塑充模工艺参数优化方法。以模具填充结束时的平均体积转换率和平均剪切速率作为评价指标，在定量分析主要工艺参数对充模过程影响程度的基础上，确定最优工艺参数组合。该方法的特点是可针对每一具体产品结构进行分析，仿真试验结果直观，可比性强。所采用的试验原始数据来源于经验推荐值，因而对于RT模塑充模工艺参数的优化具有普遍性。以某公司生产的B超机操作台为实例进行的分析证明该方法的实用性和可靠性。

Select

混粉准干式电火花加工试验研究

高清;张勤河;张建华

. 2009, 45(11): 169-175.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提出一种混粉准干式电火花加工技术，其加工介质是气液固三相流混合物。试验结果表明，材料去除率与表面粗糙度随脉冲宽度、峰值电流及分层厚度的增大而增大，脉冲间隙作用则相反，提高空气压力既有助于提高材料去除率又可降低表面粗糙度，电极损耗随脉冲宽度增大而减小，当脉冲宽度较大时电极损耗接近于零，随峰值电流增大而增加。由于液滴、粉末的介入，气体介质的绝缘强度降低，放电间隙会增加，有利于电蚀产物的排除，可减少短路、电弧放电的发生率，加工稳定性得到提高，从而材料去除率得到提高；由于粉末会产生放电分散效果，电蚀凹坑深度减小，工件表面粗糙度降低。

Select

基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法

徐敬华;张树有

. 2009, 45(11): 176-183.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为实现设计重用，须对已有设计实例进行检索，实例检索中最为困难的是形状的相似性比较，为此提出基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法。生成模型凸包围盒获取机械零件的初始位置并对其进行归一化变换，再生成自适应有界分割面对实体进行分割，检测分割过程中实体的几何和拓扑参数变化，递归建立有序满二叉树，结合工程特征构建特征矢量，比较特征矢量的相似性获得非根结点实体的相似度，按广度优先变权遍历有序满二叉树，通过非根结点实体的相似度比较，获得各机械零件三维形状结构的相似度。将基于递归分割的机械零件三维形状结构检索方法在原型系统中对不同粒度的设计基元进行验证和应用，结果表明，该方法具有较高的计算效率和判断精度，能够快速准确地反映机械零件的总体轮廓形状和局部细节结构，对于实现设计重用提高设计效率具有重要意义。

Select

基于回弹的飞机蒙皮拉形模型面修模技术研究

韩金全;万敏;李卫东

. 2009, 45(11): 184-188.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

回弹是飞机蒙皮成形中不可避免的现象，影响着零件的形状精度。通过模具型面补偿方法可以降低由回弹引起的形状误差。分析基于回弹补偿的飞机蒙皮拉形模具的修模过程，确定贴模度的计算和模具修模量的计算是修模过程中的关键技术。提出虚拟拉形中的贴模度定义以及计算贴模度的直接投影法和最近单元法，并分析这两种方法的特点，得出最近单元法优于直接投影法。同时，提出基于回弹补偿的虚拟修模计算公式，针对公式中贴模度映射到模具节点修模矢量的方法，提出一次投影法和二次投影法，并针对三类典型的蒙皮零件进行计算验证。结果表明，两种投影方法都是有效的，对最大贴模度的影响不大，但就多次修模的稳定性而言，二次投影法好于一次投影法。

Select

面向产品创新的功能空间拓展进程

何斌;冯培恩;潘双夏

. 2009, 45(11): 189-196.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在基于功能－效应－原理解映射的概念设计研究中，建立功能和效应特征模型，通过引入变体功能和物理量，揭示变体功能在产品功能设计中的桥梁作用，使得功能域在功能设计过程中逐渐分层扩大。系统地提出基于目的功能变异和效应物理量推理的功能空间拓展策略，从而实现从基体功能到物理量的一对多的映射。在此基础上构筑一种由基体功能层、变体功能层、效应层和物理量层构成的四层次、三阶段功能空间拓展进程模式：基于目的功能变异的功能空间拓展、变体功能向效应的拓展以及基于效应物理量推理的功能空间拓展。研制一套相应的计算机辅助功能设计软件平台，并以两栖车辆减阻装置的功能设计为例进行验证。结果表明，基于该模型通过实现功能分层次系统拓展，实现产品功能和概念解的方法学拓展和系统学创新，从而增加产品创新的机会。

Select

基于介电泳的细胞介电参数测试芯片机理的数值分析

朱晓璐　易红　倪中华

. 2009, 45(11): 197-204.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

设计一种集成四极式微电极组和螺旋微电极组的介电泳(Dielectrophoresis, DEP)细胞介电参数测试芯片，在芯片上集成了细胞的常规介电泳(Conventional DEP, CDEP)、行波介电泳(Travelling-wave DEP, TWDEP)和电旋转介电泳(Electrorotation, EROT)测试功能。运用相量法建立交流电场中细胞所受的常规介电泳力、行波介电泳力和介电泳旋转转矩的计算模型，推导出细胞水平速度和自旋角速度的表达式，并对本芯片的CDEP因子、TWDEP因子及EROT因子的大小和方向及细胞运动速度进行数值模拟并结合文献中的试验数据进行对比论证。结果表明：在高度大于20 m的区域，细胞沿螺旋电极径向的行进速度与细胞有效极化率的实部和虚部都相关，而细胞悬浮高度仅与有效极化率的实部相关；另一方面，电旋转最佳测试区域为近似正方形区域且每条边的中点均处于邻近的电极顶尖与电极腔中心连线的中点之上，此区域内的介电泳转矩变化量小于5%且介电泳力最小，利于电旋转测量。因此，本测试芯片能够通过多种介电泳模式更为全面、准确地获取细胞的介电特性信息。

Select

脚型解剖学标志点自动标识方法

刘斌;上官宁;林俊义;江开勇

. 2009, 45(11): 205-211.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对现有标志点提取方法的不足，提出一种自动标识人体脚型解剖学标志点的有效方法，该方法以包含解剖学标志点的三维数字脚型作为变形模板。通过主成分分析(Principle component analysis, PCA)和迭代最近点(Iterative closest point, ICP)算法使目标脚型与模板脚型在最小二乘意义上对齐与配准，找出目标脚型与模板脚型之间的初始对应点集。采用以均匀采样和基于曲率分布的采样相结合的方法在模板脚型上获取采样点集，以采样点集在目标脚型上的对应点为位置约束，采用基于离散拉普拉斯的网格变形方法，使模板脚型逼近目标脚型。通过迭代，使模板脚型在误差范围内逼近目标脚型，这时模板脚型上的点与目标脚型上的对应点建立了映射关系，模板脚型上的解剖学标志点在目标脚型上的对应点即可视为目标脚型上的解剖学标志点。试验结果表明，基于模板的脚型解剖学标志点标识方法，自动化程度高，适应性强，能够应用于脚型的三维形态差异分析和基于脚型的鞋楦个性化定制系统。

Select

基于特征点自动识别的B样条曲线逼近技术

徐进;柯映林;曲巍崴

. 2009, 45(11): 212-217.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提出一种实用的用三次B样条曲线逼近稠密且带噪声的二维断面数据点列的算法。剔除数据点列中的重合点并对其进行均匀弧长重采样处理后，利用相邻点拟合圆弧的方法来近似计算各数据点的离散曲率值，并根据相邻点之间的离散曲率符号变化情况及相近点之间的曲率值和曲率差分关系自动识别出断面数据中绝大多数的特征点(拐点、折痕点、曲率极值点)。构造插值于特征点的B样条曲线，并在逼近误差最大处插入新的插值点。重复这一过程，直到逼近误差小于预先给定值，从而得到最终插值点列并构造相应的B样条曲线。试验结果表明，所构造的曲线节点数目及其分布合理，能够很好地反映原始断面数据点列中的细小特征部分。该算法具有速度快、逼近精度高等特点，可广泛应用于二维断面数据的曲线重建。

Select

产品装配序列评价方法建模

张嘉易;王成恩;马明旭;张闻雷

. 2009, 45(11): 218-224.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对几何可行装配序列实际装配影响因素进行研究。根据工艺规则及整体性要求，提出评价指标的具体计算方法和量化公式。针对实际装配序列并行性的特点，提出单元级指标的统一的装配性能隶属度计算方法——“最优有序参考集”方法。以实例的形式阐述提出方法的具体应用步骤，实例分析表明该装配序列评价方法满足了装配工艺规则及整体性能指标要求，实现了对几何可行装配序列的优选，对于自动化装配的实际应用具有现实意义。

Select

耦合CFD和详细化学动力学的CNG发动机工作过程多维数值模拟

张欣;王玉君;李从心;吴剑锋

. 2009, 45(11): 225-229.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

通过结合计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)软件KIVA3V和化学动力学软件CHEMKINII，实现了耦合CFD和详细化学动力学的发动机工作过程多维数值模拟。在此基础上，对KIVA3V/CHEMKINII源程序进行了并行功能的开发，使其能在基于LINUX操作系统的大型并行计算机上运行。为了更为精确地模拟缸内的燃烧过程和监测中间组分的反应历程，耦合计算同时考虑了流动、传热及化学反应的影响，并引入了一种平衡湍流及化学动力学效应的燃烧模型。模型以天然气发动机WT615为研究对象，并对模拟结果和试验数据进行了对比。结果表明，模拟结果与试验数据有良好的一致性，模拟提供了中间组分的缸内分布信息，计算具有较高的并行效率和加速比特性。

Select

汽车座椅坐垫倾角对正面碰撞乘员保护影响分析

葛如海;臧绫;王浩涛;张学荣;陈晓东;苏清祖

. 2009, 45(11): 230-234.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提出在汽车乘员约束系统中增设座椅坐垫倾角调节机构，在汽车正面碰撞前或正面碰撞中增大座椅坐垫与车身地板的夹角，利用座椅坐垫在乘员的重心前方形成有效约束，从而减轻乘员伤害的设想。为此，以某型轿车驾驶区相关尺寸参数和性能参数为依据，采用MADYMO分析软件建立汽车正面碰撞仿真分析模型，并经试验验证。采用不同座椅坐垫倾角进行仿真分析，结果表明，当采用25座椅坐垫倾角时头部损伤下降21.4%，胸部损伤下降16.6%，而髋部损伤仅仅增加8.2%，腿部损伤依然较低。因此，在汽车乘员约束系统中增设座椅坐垫倾角调节机构能够有效地减少乘员的伤害。

Select

多楔带传动系统的频率灵敏度分析

侯之超;王象武;劳耀新

. 2009, 45(11): 235-239.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了对实际多楔带传动系统进行振动分析与设计优化，系统地研究多楔带传动系统的固有频率对关键设计参数的灵敏度。给出反映带轮、张紧臂等离散部件转动振动与各段皮带这类移动弹性体横向振动之间彼此耦合的运动方程。根据方程耦合与否以及求解的需要将该系统一分为二。对于具有运动耦合的子系统，建立矩阵形式的自由振动方程，推导出固有频率对设计参数的灵敏度表达式，由此导出固有频率对自动张紧机构设计参数和皮带传动速度的灵敏度的显式计算式。针对一多楔带传动系统，计算固有频率对张紧臂长度、扭转弹簧刚度、安装角以及带速的灵敏度，并运用有限差分法结果予以验证。

Select

涡轮叶片形状检测中的模型配准控制点集选取

程云勇;张定华;卜昆;张顺利

. 2009, 45(11): 240-246.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

叶片模型的配准定位是叶片形状检测与分析的一个核心环节。为解决基于迭代最近点方法的叶片密集测量数据与其CAD模型的可靠配准问题，提出一种基于CAD模型的配准控制点集选取方法。结合模型配准可靠性分析技术，预先在叶片CAD模型规划出配准基准点集；通过测量数据与配准基准点集的配准运算，把配准基准点集映射到叶片测量数据上，获取测量模型上对应的配准控制点集；滤除其中可能降低模型配准精度的坏点，得到最终的叶片模型配准控制点集。进行基于仿真与实测数据的叶片模型配准试验及对比分析，总结出一些可用于指导叶片模型配准控制点集选取的策略。结果表明，所提出的叶片模型配准控制点集选取方法是可行的。

Select

基于Viterbi算法的Gabor阶比跟踪技术

赵晓平;侯荣涛

. 2009, 45(11): 247-252.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

结合旋转机械启停阶段振动信号的特点，提出一种基于Viterbi算法的Gabor阶比跟踪(Gabor order tracking based on Viterbi, V_GOT)算法，此算法采用Viterbi算法代替了传统的Gabor阶比跟踪(Gabor order tracking, GOT)算法中的时频滤波技术。V_GOT算法和传统的GOT算法相比，其能够对复杂机械振动信号产生的邻近阶比和交叉阶比分量进行有效的跟踪和分离，并且具有计算量小、精度高、无需转速计等硬件和用纯软件的方法实现等优点。详细讨论了V_GOT技术的基本原理、算法及进行阶比跟踪的实现过程，另外，对偶函数对Gabor阶比跟踪结果的影响进行了深入的研究。采用仿真和实际试验对V_GOT算法进行了验证，试验结果表明该方法能够在时频域准确地提取幅值和复杂频率变化的阶比，适合于复杂旋转机械振动响应特征提取。

Select

基于Bayesian原理的低陡度光学镜面面形误差离子束修正驻留时间算法

焦长君;李圣怡;解旭辉;周林;段纬然

. 2009, 45(11): 253-259.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

离子束修形是一种高效修除镜面误差的技术，驻留时间求解算法是此技术的关键问题之一。以光学镜面计算机控制成型原理为基础，建立基于Bayesian原理的平面镜面驻留时间算法，对数据边缘进行Gaussian延拓以消除边缘效应。分析驻留时间近似速度实现方式的实现误差与工艺参数的关系，通过在算法中引入附加光滑修正因子以提高驻留时间实现精度。在适当的路径规划下，将低陡度非球面修形过程近似用平面修形过程线性模型来描述，最终形成低陡度光学镜面面形误差离子束修正中驻留时间的快速近似算法。利用此算法对 100平面镜和 200球面镜进行修形加工，加工收敛率均可达9。研究结果表明：线性化近似模型是合理的，速度近似计算是可行的，基于Bayesian原理的低陡度非球面驻留时间求解算法是一种快速高效面形控制技术，可对镜面进行确定性精确修形。

Select

新型自由曲面三维激光扫描系统

汪洋;马孜;胡英;黄进

. 2009, 45(11): 260-265.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

从机械结构、控制系统及操作系统结构等几个角度介绍一种三维激光扫描系统设计方案。系统集成了先进的数据处理技术、激光扫描技术、先进控制技术及机器人技术，有效地借助于光机电一体化技术实现了表面检测及三维表面模型重构智能化及自动化。系统由具有电驱动装置的激光测头、C形滑臂、升降旋转台、电控系统及主控计算机组成。通过所设置测量参数，系统能够对不同的被测物体进行扫描路径规划，进而通过激光测头、C形滑臂及转台的全自动协调控制完成无盲点三维表面测量任务。试验结果表明，该三维激光扫描系统的扫描精度达到0.1 mm，速度为10 000点/s，能够应用于小型工件及模型、模具表面数据检测及模型重构。

Select

三维实体网格自适应划分算法

张文明;刘彬;徐刚

. 2009, 45(11): 266-270.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

高质量的网格划分是三维建模研究的关键。根据对三维形体的几何特征和物理特征进行分析，给出三维网格划分的加密规则。通过研究网格加密区域和网格节点算法，设计基于Delaunay剖分的动态节点单元一体化三维网格自适应生成算法。在对对象的加密区域、区域布点等前期处理后，对选取的节点集进行Delaunay三角剖分，选取最优节点，并对特征集中区域进行局部加密，从而完成对三维体的网格划分，与传统划分方法相比较更具精确性和高效性。通过对机械零件进行网格划分，根据加密规则实现网格的疏密分布，划分结果能够准确描述出三维体的几何形体特征和物理特征分布，与传统划分方法的网格图形进行对比验证该方法的有效性，为更深入地研究形体提供基本保证。

Select

新型薄板坯连铸结晶器内腔形状设计

金昕;任廷志;关杰

. 2009, 45(11): 271-276.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于结晶器内坯壳应变至断裂主要是受应变速率的影响，应变速率的增大或突变均会使临界应变值降低，因此必须控制坯壳变形过程中的应变速率。基于此，根据薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳收缩的特性，设计开发一种新型薄板坯连铸漏斗形结晶器。其特点是漏斗区曲线曲率连续变化，曲率变化率小且恒定，铸坯应变速率不突变，改变已知漏斗形结晶器内腔组合曲线的G1连续为G2连续。创建结晶器漏斗区横、纵向曲线的表达式，并根据坯壳凝固收缩特性和变形机理编程计算构造漏斗区曲面。建立新型漏斗形结晶器内铸坯的热力耦合有限元模型，分析计算宽面坯壳表面应力分布，并与进口技术进行对比。结果表明，结晶器坯壳表面应力水平下降20％，特别是在现有技术生产的铸坯易发生裂纹处，坯壳应力下降更加显著，应力下降达35％。因此该技术能够有效地减小铸坯裂纹形成机会，提高铸坯质量。

Select

钢丝绳股内钢丝应力—应变分布的计算模型及数值模拟

马军;葛世荣;张德坤

. 2009, 45(11): 277-282.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

应用微分几何理论及利用ANSYS软件进行6×7IWS钢丝绳的几何建模和有限元建模，进行6×7IWS右同向捻和右交互捻两种钢丝绳模型对比，从几何结构上得出规律性结论，对两类钢丝绳确定相同的边界条件进行有限元计算。结果显示了两种捻向组合下钢丝绳股内钢丝应力分布及应力值的区别。对照几何模型的分析，得出相关性规律，同向捻制钢丝绳股内钢丝的应力变化幅度高于交互捻钢丝绳，应力变化周期同向捻高于交互捻，绳股中钢丝所处的位置不同，钢丝的应力也有很大差别，在一根钢丝中，应力分布与该丝所处的捻绕位置有很大相关性。通过试验验证分析结论，与模拟结果基本相符。

Select

基于正面焊接多信息融合的GMAW熔透控制

岳建锋;李亮玉;王天琪;武宝林

. 2009, 45(11): 283-287.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对气体熔化极弧焊(Gas metal arc welding, GMAW)过程中采集的正面熔池图像和温度信息通过多传感器定量信息融合技术，实现熔池图像的有效性判别。将熔滴热焓对温度场的影响考虑在内，对半椭球热源温度场进行修正，得到新型的三维温度场解析模型。借助信息融合后有效的熔池图像可获得无数个熔点温度的位置信息，通过阻尼最小二乘法求解新型温度场模型超定方程、辨识模型中椭球热源系数及熔滴热焓4个时变参数，从而得到实时修正的三维温度场动态解析模型。借助该模型通过PID控制实现了利用正面传感信息对GMAW焊接过程中背面熔宽的闭环控制，取得了满意效果。

Select

气缸双应力恒加试验的优化设计

付永领;韩国惠;王占林;陈娟

. 2009, 45(11): 288-294.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于三个未知参数的加速方程，在假定产品寿命服从两参数Weibull分布的条件下，以正常应力水平下特征寿命的极大似然估计(Maximum likelihood estimation, MLE)渐近方差最小为设计原则，建立气缸双应力恒加试验优化模型，设计优化方案；分别选择传统方案与优化方案实施双应力加速寿命试验，根据传统方案和优化方案理论，确定加速应力谱及试验条件矩阵；做了各组应力下参数估计与评价，通过试验数据验证，证明此方案在不影响统计精度的前提下，精确地复现了正常应力下气缸寿命的各项指标，有效地缩短了试验周期，降低了试验成本。

Select

钢铝异种金属的低能量焊接法

黄鹏飞;卢振洋;高文宁;张撼鹏;殷树言

. 2009, 45(11): 295-299.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

传统电弧焊法焊接钢铝异种金属时，会在过渡区生成Fe-Al金属间化合物层，其硬度高、韧性低，降低了接头性能。基于机械作用的低能量电弧焊接方法，在短路期间采用机械作用促使熔滴过渡，热输入量低，可有效抑制金属间化合物的晶体长大，该种工艺可以采用常规4047焊丝实现铝和镀锌板的焊接。对焊缝金属的金相分析表明，钢一侧为钎焊，铝一侧为熔焊。通过金相及扫描电镜观察发现，在焊缝金属和镀锌板的界面区形成的金属间化合物层，主要成分为Fe2Al5和FeAl3，金属间化合物层的厚度减小到3～4 μm。在界面区主要含有3种元素，分别为Fe、Al和Si，没有Zn元素。拉伸试验表明，焊缝接头在铝合金热影响区断裂，且强度值高于铝合金母材强度的70%，接头强度基本满足使用要求。

Select

基于人工神经网络的激光点焊焊点形态预测

陶汪;李俐群;陈彦宾;吴林;杜春凯

. 2009, 45(11): 300-305.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

建立适用于激光点焊焊点形态预测的人工神经网络模型，以点焊过程中的三个主要工艺参数(激光功率、点焊时间和离焦量)作为模型输入，输出为焊点表面、熔合面、背面直径以及熔深和横截面面积五个焊点形态参数。在此基础上，建立焊点形态模型，模型输入为神经网络的预测结果，输出为焊点形态。所建立的神经网络预测模型和焊点形态模型结合之后，可以实现激光点焊焊点的形态预测。网络测试结果显示实际值与网络预测值之间的RMS误差为0.1左右，模型输出的预测焊点形态与实际焊点形态之间较为吻合。根据模型的仿真结果，进一步研究点焊参数对焊点尺寸和形态的影响规律。结果表明未熔透焊点形态为Y形，而熔透焊点则存在多种形态，形态之间的转变主要受激光功率的影响。

Select

重型钢丝缠绕预应力剖分－坎合结构概述

颜永年;刘海霞;曾攀;林峰;张磊;张人佶

. 2009, 45(11): 306-311.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

重型整体结构转变成螺栓预应力剖分－组合结构再发展到钢丝缠绕预应力剖分－坎合结构是科学、技术、工程发展的结果，预应力技术是推动这一发展的关键因素。从预紧件的许用应力、被预紧件的应力波动比、预紧系数、预紧刚度、剩余预应力、疲劳抗力、技术经济等多个角度系统分析这几种结构的优缺点和应用背景。着重指出重型螺栓预应力剖分－组合结构的原理性缺点，由于预紧件许用应力的限制，在重型和超重型结构应用中难以获得高的力学指标，预紧件须占据很大的空间且无法对被预紧件进行法向应力保护。详尽对比分析钢丝缠绕预应力剖分－坎合结构力学特性及应用于重型结构的优势，可提供高可靠性预紧力，被预紧件上的剩余压应力与预应力之比可达到50%左右，对防止子件间剪切错移十分有利。通过给出重型预紧结构设计参数优选表，为重型预应力结构的设计提供了科学的参考。

Select

椭圆方程式的多轴疲劳寿命预测模型

赵勇铭;宋迎东

. 2009, 45(11): 312-316.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

建立一种椭圆方程式的多轴常幅疲劳寿命预测模型，该模型采用临界平面概念，以临界平面上的最大切应变幅和法向应变程作为基本参数，并引入最大等效应力来考虑非比例循环附加硬化的影响。对该模型的理论分析表明，在单轴拉伸及单轴扭转应力状态下该模型能退化为常规的疲劳应变寿命模型，具有很好的兼容性。采用现有的304不锈钢和S45C钢材料的多轴疲劳试验数据对该模型及其他几种经典的多轴疲劳寿命模型进行寿命预测分散带及标准差的对比，结果显示该疲劳寿命预测模型的寿命分散带和标准差最小。分析表明，所建立的疲劳寿命预测模型可同时适用于多轴比例与非比例循环加载，且具有较小的寿命分散带和标准差，预测精度高，材料适用范围较广，计算方便可行。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2009年, 第45卷, 第11期　
刊出日期：2009-11-15

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2009年, 第45卷, 第11期 刊出日期：2009-11-15

2009年, 第45卷, 第11期　
刊出日期：2009-11-15