机械工程学报

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王补宣

. 2009, 45(3): 1-4.

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添加纳米颗粒的悬浮液正在成为迅速开发应用中的新型功能流体，并被命名为“纳米流体”。颗粒在液体中的随机布朗运动和颗粒表面的吸附促成了颗粒团聚成簇，改变了悬浮液的均匀性，引起悬浮液物性的变异，影响了热过程的特性。提出以纳米颗粒团聚统计平均尺度的团簇表观特征量的解析计算方法，计算简易，物理含义清晰易懂。将悬浮液视作悬浮的开放型多孔结构，成功地按有效介质理论预测团簇分布不均匀的特性影响，这对有意识地筛选纳米流体的匹配具有实际指导意义。

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热力机械基本方程的严格解析解

蔡睿贤

. 2009, 45(3): 5-9.

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对各学科基本方程的生成与发展，给出简明的表达。重点说明历史上对基本方程的求解有两大阶段：开始是以解析解为核心的时代，找不到解析解就想法以近似解代替。在电子计算机与计算方法飞速发展后，就基本都用数值计算解决问题。但原来的严格解析解仍有其重大意义。一是在理论上的价值，而且所得的解析解多少总比具体的数值解包含有更广泛的可用范围。尤其更重要的是对基本方程，解析解是绝对准确的，可以作为标准解来校验、判断数值解的准确度，同时也可以用来考核计算程序的收敛度、稳定性等。并且启发研究人员如何去提高各种计算方法的水平，如差分格式、网络生成的技术等。因此近半个世纪以来，对热力机械仍有数以百计的求解析解的论文。其中国内学者的成绩处于领先地位，因此对他们一些著名的简明严格解析解给出了简单的介绍，并且还介绍了新的求得简明严格解析解的一条途径。

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热质

过增元;吴晶;曹炳阳

. 2009, 45(3): 10-13.

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热是介质分子无规运动的能量。按爱因斯坦的质能关系式可求得热能所当量的质量，称为热质。从参量热流密度中可导出热质速度，建立了声子气(热质气)的状态方程后可求得热质运动的驱动力。鉴于热量在介质中传递本质上是热质在介质中的运动，所以基于热质守恒与热质动量守恒的热质运动方程，能普适地描述热量传递过程，因此它就是普适导热定律。当热流密度不是很大时，普适导热定律退化为傅里叶导热定律；当瞬态热流很大但忽略空间惯性力时，普适导热定律退化为CV(Cattaneo-Vernotte，CV)模型；而当稳态热流密度很大时，普适导热定律退化为有空间惯性力项的稳态导热定律，它表明稳态导热情况下也会出现非傅里叶导热。

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热声热机技术的研究进展

周远;罗二仓

. 2009, 45(3): 14-26.

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首先简要地介绍热声热机(包括热声发动机和热声制冷机)的基本工作原理和热声技术特点，指出热声热机是基于热致声效应和声制冷效应两类热声效应而工作的，它完全没有机械运动，采用惰性气体工作，是一种可靠性高和环保的新型的能源转换机械。然后重点介绍近十几年来国内外在热声技术研究方面所取得的重要进展，主要包括在热声发动机和热声制冷机两个方面。在热声发动机研究方面，简要回顾热声效应的发现和驻波热声发动机的研究进展，接着介绍行波热声发动机的提出和迅速发展历程，重点介绍热声转换效率达到30%的热声斯特林发动机和压比达到1.3(采用氦气)、效率达到32%的聚能型热声发动机研究工作；在热声制冷技术方面，分别介绍热声驱动脉冲管制冷获取低温的研究工作以及热声驱动室温制冷机获得高效率、大冷量等方面的研究工作，并重点介绍采用声压放大器获得液氢温度以下的完全无运动部件热声驱动脉冲管制冷机(低于20 K)，以及在−20 ℃获得了300 W以上的制冷量的双行波流程的热声驱动室温热声制冷机。最后，扼要地介绍热声理论方面的研究进展，并对热声技术的问题和该研究领域的发展方向进行展望。

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强化单相对流换热的基本机制

何雅玲;陶文铨

. 2009, 45(3): 27-38.

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对强化对流换热的强化机制研究的进展做了回顾与综述，包括：① 将场协同原理从抛物形流动推广到椭圆形流动。② 通过数值模拟与试验的手段，对场协同原理进行了多方面的验证，特别是设计了专门的试验台，验证了当流速与流体的温度梯度方向垂直时流体流动对该方向的热量传递没有贡献。③ 用数值分析实例论证了场协同原理能将现有文献中三种关于强化传热的解释统一起来，从而是一种最基本的强化传热的机制。④ 应用场协同原理开发了两种高效强化传热结构，它们与基本结构相比，具有传热强化的倍率高于阻力增加的比的特点。最后提出了场协同原理需要进一步研究的内容。

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总能系统理论研究进展与展望

金红光;张国强;高林;林汝谋

. 2009, 45(3): 39-48.

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我国著名的科学家吴仲华教授倡导能的梯级利用与总能系统已有20多个年头，在这期间世界能源动力系统开拓发展正是沿着这个思路蓬勃展开。从总能系统理论的发展历程出发，概述了近年来总能系统理论研究所取得的重大突破，包括从物理能的梯级利用到化学能的梯级利用范畴的拓展，进而演变为能的综合梯级利用原理；以能的品位变化规律分析为核心的总能系统理论分析方法的开拓；基于总能系统集成理论的化工－动力耦合等新型系统集成思路以及相应的能源系统集成创新等。总能系统已成为当代能源科学的一个分支和发展主流，它对科学用能和经济社会可持续发展都有重大影响。

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制冷空调关键节能减排技术的现状及进展

马一太;田华

. 2009, 45(3): 49-56.

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中国能源形势日益严峻。制冷空调行业的快速发展带来了巨大的能耗，也造成严重的环境问题。从节能减排出发，分析了通过制定中国制冷空调能效标准来逐渐控制和降低能源消耗。同时从臭氧层破坏和全球变暖出发，介绍了国际社会针对环境问题采取的对策以及环保型制冷剂的替代现状。从长远的环境保护考虑，自然工质尤其是CO2是必然趋势，最后介绍了CO2制冷技术的发展情况。

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质量屋构建的研究进展

李延来;唐加福;姚建明;徐捷

. 2009, 45(3): 57-70.

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质量屋构建在质量功能配置中具有基本和战略的重要性。为了避免质量屋构建的不一致性和便于对质量屋进行使用，根据统一的质量屋构建的10-Step模型, 该模型包括了通常使用的质量屋组成部分，逐步对质量屋中各个组成部分的研究现状进行了综述，并指出了每一步研究的不足之处。指出了质量屋构建的模糊、不分明和不完全等特性主要由以下因素来决定：质量屋构建过程存在着通常以语意数据形式的各种各样的输入信息；各项工程特性之间存在着自相关关系；顾客需求向工程特性的正常转化机制是缺乏的。针对每一步研究的不足之处，探讨了相应的研究发展方向。最后，指出了质量屋的构建研究不能满足实际设计要求，因此该研究还需要较大的突破。

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仿人机器人发展及其技术探索

于秀丽;魏世民;廖启征

. 2009, 45(3): 71-75.

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仿人机器人是研究人类智能的高级平台，它是综合机械、电子、计算机、传感器、控制技术、人工智能、仿生学等多种学科的复杂智能机械，目前已成为机器人领域的研究热点问题之一。对国内外仿人机器人研究现状进行广泛调研，其中日、美等国在研制仿人机器人方面做了大量的工作，中国各高校也积极研究，取得了突破性进展。概括并分析机器人自由度配置、步态规划的分类、基于零力矩点的稳定性判据、传感器的分类和应用以及机器人控制系统等关键技术。

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轮胎疲劳失效研究综述

何志刚;周孔亢;应世洲;陈洛兵;王国林

. 2009, 45(3): 76-83.

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轮胎寿命对车辆行驶安全性影响巨大，而轮胎失效方式主要是疲劳失效。针对轮胎的疲劳失效，综述国内外疲劳失效的几种研究方法的特点和应用状况，认为裂纹扩展方法为主要的研究方法；而在基于该方法的研究中，疲劳失效评价指标的合理确定，直接影响到轮胎疲劳寿命的评价；疲劳寿命预报的模型分析技术也是目前轮胎失效研究亟待解决的技术难题之一。通过对目前所使用的评价指标的相关文献和理论调查，指出采用断裂能指标对寿命的预测比其他指标更合理。在对比了目前用来建立疲劳寿命预报模型的分析技术后，指出基于裂纹扩展方法，结合考虑温度效应的断裂能评价指标，并采用EDT分析技术建立疲劳寿命预报模型，预测轮胎疲劳寿命，将是分析轮胎疲劳失效比较有效的途径。

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基于模糊控制的水下自航行器着陆策略分析

王晓鸣;张宏伟;王树新

. 2009, 45(3): 84-88.

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由于所携带能源总量的限制，目前水下自航行器(Autonomous underwater vehicle, AUV)不能满足长时间海洋环境测量的要求。为了有效地减少能耗，解决AUV工作时间短的问题，提出一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV。该AUV通过着陆坐底实现定点测量，可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测。基于此，对AUV的着陆策略进行研究。在对注水自由下沉着陆策略进行分析的基础上，分析水舱注水量与着陆速度、着陆时间以及着陆俯仰角的关系。最终选择控制注水着陆策略作为AUV的水下着陆方案，并基于模糊控制设计着陆控制器。该方法根据AUV距离海底的高度和俯仰角通过模糊推理来控制AUV水舱的注水量，可以使AUV以较短的时间着陆于海底，同时又将着陆速度和着陆俯仰角控制在很小的范围内，满足了AUV安全着陆的要求。仿真和水域试验结果证明了采用该着陆策略的可行性。

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一端固定具有中间支承输流管道临界流速及稳定性分析

荆洪英;金基铎;闻邦椿

. 2009, 45(3): 89-93.

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将微分求积法应用到5个边界条件下一端固定具有中间简支支承输流管道的横向振动问题研究中。基于输流管道的运动微分方程及边界条件，采用微分求积法进行离散化，获得由输流管道动力方程组及边界条件合成的矩阵表达形式。求解管道在不同中间支承位置处失稳时的临界流速。分析管道的失稳形式并发现在管道上存在一个特殊的位置ξl，逐渐增大流体流速到失稳临界值，当中间支承位置ξb<ξl时，管道先发生颤振失稳，而当中间支承位置ξb>ξl时，管道先发生发散失稳。研究发现输流管道的这个特殊位置随着管道材料与流体质量比的变化而不同，质量比越大，特殊位置ξl越靠近固定端。最后，讨论输流管道的质量比及轴向预紧力对发散、颤振失稳临界流速的影响。

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基于激光—MIG复合热源的5A02铝合金/镀锌钢熔—钎焊

雷振;秦国梁;林尚扬;王旭友

. 2009, 45(3): 94-98.

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基于激光—MIG复合热源焊接技术实现了5A02铝合金/镀锌钢异种金属板材的优质、高效熔—钎焊接，并对焊缝的成形、接头性能及微观结构作了分析。分析结果表明，该焊接技术可以实现5A02铝合金/镀锌钢的高速熔—钎焊接，最高焊接速度可达5 m/min，焊接接头中镀锌钢母材未发生熔化，铝焊缝与镀锌钢母材为钎焊连接；焊接接头的抗拉强度可达153.1 MPa，约为5A02铝合金母材抗拉强度的75.7%，接近于该铝合金熔化焊接头的强度；拉伸试验中试样断裂在焊缝铝合金母材热影响区，接头的断裂主要是塑性断裂，但有脆性断裂的痕迹。对接头的组织和结构进行分析表明：焊缝钎接界面处生成了一薄层Al-Fe金属间化合物，化合物层的平均厚度约为1.51 m，生成的金属间化合物主要为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5、FeAl3，并且在这些化合物的周围会产生Si元素的富集。

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平面机构统一拓扑描述模型的建立及同构判别

丁华锋;黄真

. 2009, 45(3): 99-103.

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介绍平面单铰运动链、平面复铰运动链、齿轮(凸轮)运动链常规的拓扑表达模型。然后，以单铰运动链的拓扑图为基础，提出平面复铰运动链、齿轮(凸轮)运动链的新拓扑图模型，并分析新拓扑模型的特点，给出含复铰的运动链和齿轮(凸轮)运动链的拓扑模型与平面单铰运动链的联系。新拓扑模型的优点在于与平面单铰运动链的模型相统一，方便了基于计算机的机构运动链自动综合和同构判别，从而为实现运动链拓扑图的唯一数字化，机械概念设计的自动化、智能化和网络化创造了条件。给出这几类运动链的统一的同构判别方法。

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两种材料的性质对双材料界面裂纹能量释放率及应力强度因子的影响

李成;铁瑛;郑艳萍

. 2009, 45(3): 104-108.

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在实际工程中，结构往往是由多种材料构成，而裂纹经常在两种材料的界面上扩展。针对双材料界面裂纹，建立相应的计算模型。用能量释放率来描述裂纹的扩展情况，并根据界面裂纹能量释放率解析计算方法对不同的材料性质、外荷载、构件厚度，以及裂纹两侧不同的材料宽度对裂纹扩展时的能量释放率和应力强度因子进行仿真分析，得到了能量释放率和两种材料的弹性模量、外荷载及构件厚度之间的关系变化的曲线，以及裂纹两侧不同的材料宽度和应力强度因子之间的关系。并对界面裂纹和单一材料裂纹的情况进行分析、比较。

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氮化硅陶瓷高效深磨温度的研究

谢桂芝;黄含;徐西鹏;黄红武

. 2009, 45(3): 109-114.

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采用K型可磨热电偶对氮化硅陶瓷高效深磨的温度进行了测量，讨论高效深磨中不同磨削参数对磨削区温度和能量分配的影响。研究结果显示，氮化硅陶瓷高效深磨中，磨削区温度通常在200～300 ℃之间，磨削能量分配系数在2%～5%之间。这表明大部分热量被磨屑和冷却液带走，避免了磨削区的高温。磨削区温度与弧区的平均热流密度有着较好的线性关系，即热流密度越高对应的磨削区温度越高。当砂轮线速度或磨削深度高于临界值时，磨削弧区的温度先逐渐升高到约250 ℃，然后急剧上升至接近干磨时的温度。

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活性剂钨极惰性气体保护电弧焊接熔池行为的观察

张瑞华;尹燕水谷正海;片山聖二

. 2009, 45(3): 115-118.

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利用高速数字摄相机对涂敷活性剂与不涂活性剂条件下的熔池表面流体流动形态及等离子体行为进行观察。利用X射线实时焊缝数字观察系统，用钨粒子示踪法测试熔池流体流动的规律。试验结果表明，活性剂使电弧收缩、改变熔池流体的流动方向并使流体流动速度加快，有活性剂时的涡流流动速度比无活性剂的涡流流动速度增加4倍，强烈的熔池流体向内对流是活性剂钨极惰性气体保护电弧焊熔深增加的主要原因，验证了数值模拟得到的结果。

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三指灵巧手内力汇交多边形存在性判别算法

刘庆运

. 2009, 45(3): 119-123.

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抓取内力对三指灵巧手实现稳定抓取具有重要的作用。当手指指端与物体构成有摩擦的固定点接触模型时，三指内力必须位于相应接触点摩擦扇内并交于内力汇交多边形内的一点。因此，内力优化算法的研究必须建立在内力汇交多边形存在的基础之上。基于对物体表面接触位置的几何特性分析，建立摩擦扇存在条件，每个指端接触点的内法矢与接触平面所成夹角小于接触点摩擦圆锥角。通过研究接触点摩擦扇边界线及其交点的相互位置关系，推导内力汇交多边形的存在条件，任意两个摩擦扇的边界线交点中，至少有一个位于第三个摩擦扇的严格内部，或者至少有3个边界线交点位于第三个摩擦扇边界线上。最后构建判别三指内力汇交多边形存在性的通用算法，由此可确定能实现对指端操作力起调整作用的自平衡内力。结合抓取实例说明了判别算法的有效性。

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外载荷作用下凸缘联接系统的受力与变形分析

张庆雅;杨光松;吴勋;冯翔

. 2009, 45(3): 124-131.

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凸缘联接系统作为一种方便的可拆卸连接，在现代化工、航空航天等领域应用非常广泛。这种连接结构不仅要求各连接元件在预紧和操作情况下不发生强度破坏，同时还要求满足一定的密封性能，对其受力－变形进行分析是强度和密封性能研究的基础。应用弹性理论将垫片、螺栓和凸缘环作为一个整体，分别在预紧和操作情况下，考虑外载荷作用及凸缘环旋转所引起的螺栓力、垫片力、螺栓变形和垫片变形的变化，对凸缘联接系统受力－变形进行详细分析。从算例的计算结果和文献的试验结果可以看出，工程上常用的等效压力法太保守，算例的计算结果与文献的试验趋势一致，表明提出的凸缘联接系统在外载荷作用下受力－变形的分析方法是可行的。

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全铰链平面连杆机构运动综合的结构类型优选方法

宋黎;范崇辉

. 2009, 45(3): 132-137.

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提出全铰链平面连杆机构运动综合的结构类型优选的基本方法。建立全铰链平面连杆机构运动方程计算机自动生成的规格化方法。根据含复铰平面运动链的构件邻接矩阵，获得其广度优先生成树，进而确定基本回路，由此利用计算机自动生成机构的位置、角速度和角加速度方程，从而在计算机构学的意义上将运动链的拓扑结构关系与机构运动分析联系了起来。在此基础上提出计算机自动生成邻接构件之间的三角形约束条件的规格化方法，并给出结构类型优选的基本思想和基本算法。

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提高超大型天线索支撑结构刚度的方法及其对电性能的影响

段宝岩;仇原鹰;张福顺;保宏;訾斌;刘少东;汤奥菲

. 2009, 45(3): 138-143.

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针对新一代大型球面射电望远镜馈源舱索支撑结构存在扭转刚度低的问题，提出增加稳定索系以提高扭转刚度的方法。稳定索系由3根下拉索构成，每根稳定索的上端与馈源舱连接，下端通过导向滑轮与吊重相连。在馈源舱支撑结构因外部扰动发生振动时，稳定索系起到动力吸振作用，有效提高结构的刚度。考虑大跨度悬索自重对悬索形状和张力的影响，建立包含稳定索系在内的馈源舱索支撑结构的系统非线性平衡方程。给出在外部干扰作用下，改型前后结构位移响应的对比，并通过5 m试验模型验证该方法的有效性。进而，绘制天线方向图，从增益、第一副瓣电平、交叉极化等方面，对增加稳定索系可能带来的对天线电性能的影响进行定量分析。理论分析与试验结果说明，增加稳定索系的支撑方案可以应用于500 m天线工程。

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三维非线性比例微分与小脑模型神经网络复合控制的变柔性负载电液力控制系统

徐一鸣;孙威;杨华勇;傅新

. 2009, 45(3): 144-149.

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分析电液力控制系统的数学模型，提出新的三维非线性比例微分(Proportional differential, PD)与小脑模型神经网络(Cerebellar model articulation controller, CMAC)复合控制的方法用于变柔性负载电液力控制系统。三维非线性PD对系统参数变化不敏感，使系统在负载刚度大范围变化时保持稳定；CMAC前馈控制的加入，利用其非线性逼近能力，减小了系统的跟踪相位差。对三维非线性PD与CMAC复合控制的电液力控制系统的仿真和试验结果表明，将二者结合，可有效用于时变柔性负载电液力的控制，同时该方法具有运算量小、便于在工程实践中应用的优点。

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平面柔性3-RRR并联机构自标定方法

邵珠峰;唐晓强;王立平;黄鹏

. 2009, 45(3): 150-155.

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平面柔性并联机构具有柔性机构和少自由度并联机构两者的优点，是当前研究的热点之一。提出并验证一种简单、有效的平面柔性3-RRR并联机构自标定方法。从误差建模出发，利用矢量链法推导出标定参数辨识方程。借助静平台上的标准定位圆孔，通过仪器对拉线式编码器(线尺)进行标定，进而利用线尺在线地测量、记录机构运行中的实际位姿，结合数控系统中的理论轨迹，辨识出系统模型误差。根据辨识结果对控制模型进行补偿，使平面柔性3-RRR运动平台轨迹误差得到了明显的减小，有效提高了机构的精度，完成了利用线尺进行机构自标定方法的研究。由于测量工具和建模方法通用性强，且具有在线实际位姿测量能力，该试验研究为平面柔性少自由度并联机构的自标定提供了一种切实可行的解决途径，同时为全闭环控制提供了可行的测量方法。

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基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

蔡豪刚;杨卓青;丁桂甫;刘瑞

. 2009, 45(3): 156-161.

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以非硅表面微加工技术为基础，在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Micro electro-mechanical system，MEMS)惯性电学开关。该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定，用挡块作为反向冲击保护，其敏感方向为平行于衬底面的水平方向，整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作。通过对弹簧－质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真，研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系，并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8 m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试，得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g，基本符合预期设计的60g阈值加速度要求，响应时间约为10–4 s量级，与有限元仿真结果吻合较好。

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微创条件约束下内窥镜操作机器人运动学

潘博;付宜利;王树国;杨宗鹏

. 2009, 45(3): 162-168.

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研究基于微创条件约束下具有被动式手腕结构机器人运动学，不但可使医生获取同开放式手术中相同的笛卡尔控制方式，而且为机器人系统控制算法研究及轨迹规划奠定了基础。以自行研制的内窥镜操作机器人为例，结合微创手术特殊的应用环境，对机器人运动学进行研究。考虑人体切口处隔肌厚度和病人呼吸等因素对内窥镜插入点位置的影响，给出内窥镜插入点的确定方法。采用几何及矢量代数方法给出机器人位置正逆运动学解析解公式，采用矢量积法求解机器人速度正运动学，基于微创条件约束给出机器人速度逆运动学。为了验证机器人运动学求解的有效性，对内窥镜插入运动及内窥镜绕插入点旋转运动两种典型运动进行试验，应用试验数据对算法进行分析验证，结果显示了运动学算法的有效性。

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双阈值单类支持矢量机在线故障检测算法及应用

胡雷;胡茑庆;秦国军

. 2009, 45(3): 169-173.

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为了将单类支持矢量机应用于机械系统的在线故障检测，提出一种双阈值单类支持矢量机在线检测算法。该算法引入序贯最小优化算法以提高计算效率，使用两层决策边界以区分故障样本和非边界支持矢量，并对检测模型进行在线自适应地更新，同时剔除故障样本对检测模型自适应更新的贡献，使得该算法能够有效剔除单类支持矢量机的原理性误差和因工况变化引起的误差，提高了检测精度。将该算法应用于某型液体火箭发动机涡轮泵振动信号的故障检测，结果表明，该算法可以在无虚警的情况下快速有效地检测涡轮泵故障。

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结构光视觉传感器通用现场标定方法

孙军华;张广军;刘谦哲;杨珍

. 2009, 45(3): 174-177.

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建立结构光视觉传感器通用数学模型，提出一种基于平面靶标的结构光视觉传感器结构参数标定新方法。在测量空间不同位置多次随意摆放平面靶标，结构光投射在靶标表面，摄像机拍摄靶标图像。利用靶标上特征点及对应的图像点求解靶标坐标系到摄像机坐标系的转换。根据靶标平面与图像平面之间的同射变换获得结构光标定点在靶标坐标系下的坐标，并统一到摄像机坐标系下，在此基础上拟合出结构光方程。该方法获得标定点效率高，能胜任点、线、曲面等任何模式结构光视觉传感器的现场标定。试验结果表明，该方法具有较高的标定精度。

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数控机床热误差的动态自适应加权最小二乘支持矢量机建模方法

林伟青;傅建中;陈子辰;许亚洲

. 2009, 45(3): 178-182.

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为消除数控机床热误差对加工精度的影响，提出基于动态自适应加权最小二乘支持矢量机的数控机床热误差建模方法。为构建机床热误差模型，对一台XK713数控铣床进行建模试验，采用智能温度传感器与激光位移传感器分别获取机床温度值与主轴变形量。运用动态自适应算法，优化选择建模过程中的参数；对采样数据进行初始最小二乘支持矢量机建模，根据误差变量确定权重系数，得到基于加权最小二乘支持矢量机的数控铣床热误差模型。试验结果表明，基于动态自适应最小二乘支持矢量机的数控机床热误差建模方法精度高，泛化能力强，优于未加权最小二乘支持矢量机方法与传统最小二乘法。获得的模型可用于数控机床热误差补偿，以提高数控机床的加工精度。

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基于磁流变技术的发动机隔振控制

李锐;陈伟民;廖昌荣;张红辉;李银国

. 2009, 45(3): 183-190.

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悬置阻尼和刚度可调对发动机在宽频范围内实现积极隔振具有重要意义。在建立发动机3自由度隔振模型基础上，提出用可调阻尼的磁流变阻尼器和可调刚度的磁流变弹性体构成磁流变并联悬置系统，以降低发动机对基座的垂向传递力和抑制横向动反力矩为目标，设计出用仿人智能思想在线修改参数的垂直隔振模糊自适应控制器，并对各磁流变并联悬置的刚度和阻尼进行协调控制。用Matlab对发动机整机隔振进行仿真，搭建出发动机隔振台架试验系统，在宽频激励条件下对不同悬置的隔振效果进行对比研究。仿真表明基于磁流变并联悬置的发动机隔振控制具有明显的优势，台架试验结果表明相对于橡胶和液压悬置，磁流变液悬置能在较宽频范围把力和力矩的绝对传递率降低到约30%以内，可提高乘坐舒适性。

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广义预测控制方法在网络遥操作机器人系统中的应用

陈丹;席宁;王越超;李洪谊;唐旭晟

. 2009, 45(3): 191-196.

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Internet网络的时变时延及网络数据丢包严重影响了遥操作机器人系统的操作性能，甚至造成系统不稳定。为了解决这一问题，提出一种新的基于Internet的遥操作机器人系统控制结构。通过在主端对给定信息加入时间标签获得过去的系统回路时延，采用多元线性回归算法，预测下一时刻系统回路时延，然后在从端设计一个广义预测控制器控制远端机器人，从而改善时变时延对系统性能的影响。应用广义预测控制器产生的冗余控制信息，降低了网络数据丢包对系统的影响。最后根据预测控制稳定性定理，推导出系统的稳定性条件。仿真试验结果表明，该方法能有效解决时变时延以及网络数据丢包引起的性能下降问题。

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自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法

费燕琼;张鑫;夏振兴

. 2009, 45(3): 197-202.

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设计一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统，该自重构机器人系统的基本模块由1个中心体和6个旋转面组成。根据模块的运动特征及棋盘规则的约束，以Oxy平面为例，分4种情况，研究并归纳出该自重构模块化机器人系统的可能运动空间。利用当前构型重心和目标构型重心之间距离的函数作为驱动模块运动的启发信息，根据每个模块自身的可能运动空间，并结合模块对目标位置的逐步填充方式共同完成系统的自重构运动规划。为了能快速完成该类自重构模块化机器人的自变形任务，定义模块的优先运动系数，规定模块的填充原则，将逐步填充式自变形算法进行一定优化，得出该类自重构模块化机器人系统的自变形方法。最后给出一个16模块自重构机器人系统的变形仿真实例，证明上述方法的可行性。

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踏面制动尖叫噪声的有限元分析

陈光雄;戴焕云;曾京;周仲荣

. 2009, 45(3): 203-207.

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利用ABAQUS软件建立铁路货车车轮踏面制动系统有限元模型，对其进行制动摩擦尖叫噪声的有限元复特征值分析。根据复特征值实部的正负判断系统发生尖叫噪声的可能性，如果有实部为正的特征值，则可判断系统有发生尖叫噪声的趋势。在ABAQUS建模方法中，闸瓦与车轮之间的法向力根据接触计算确定，不需假设接触弹簧，可以方便处理非平面滑动接触尖叫噪声问题。利用该模型，研究滑动摩擦因数、闸瓦压力角、闸瓦压力和转动方向对尖叫噪声的影响。研究结果显示，闸瓦压力角对制动尖叫噪声有重要影响，当闸瓦压力角＝5° 时，制动系统发生尖叫噪声的可能性最低。计算结果还显示，摩擦因数越大，系统发生尖叫噪声的趋势就越大；闸瓦压力越大，尖叫噪声发生的趋势就越大。车轮逆时针转动比顺时针转动更容易引起尖叫噪声。

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飞机铝板腐蚀的热无损检测及数据处理方法

郭兴旺;VAVILOV V;SHIRYAEV V

. 2009, 45(3): 208-214.

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用红外热像无损检测技术对飞机铝合金板背面的腐蚀进行无损评估，分析试验系统的腐蚀探测能力，检验理论分析和一些数据处理方法的有效性。检测对象包括参考试件和存在自然腐蚀的真实飞机结构件。在检测参考试件上的以机制平底孔加化学腐蚀处理而制作的替代腐蚀缺陷时，时间域傅里叶变换法可获得最高的信噪比(SNR)，在1.8 mm铝板上直径大于10 mm的各个缺陷区，腐蚀探测极限的估计值约为10%。对带有自然腐蚀的飞机铝合金件的检测表明，原始热像或简单处理算法，如时间平均，就能提供很高的SNR值。而一些先进处理算法，如脉冲相位法(PPT)、主分量分析(PCA)、多项式拟合和相关分析，在检测飞机铝板的自然腐蚀时其有效性值得怀疑。用三维传热数值计算对飞机铝试件的热无损检测进行了理论分析，所得到的理论温度分布及其变化过程与实测值相近。对一维腐蚀表征方法在航空铝板检测中的有效性进行了检验，证明该方法是有效的。

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超声电机驱动多关节机器人的类PID小波神经网络控制

孙志峻;黄卫清

. 2009, 45(3): 215-221.

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针对超声电机驱动多关节机器人的运行特性，提出一种新颖的速度—位置双闭环PID控制模式，有效地抑制了超声电机响应极快所导致的速度变化剧烈的现象，从而提高了机器人的运动平稳性。为了进一步提高超声电机驱动多关节机器人的控制性能，使其能根据超声电机的变化特性对PID控制参数进行实时调节，提出类PID小波神经网络控制器。通过对传统离散型增量式PID表达式各项的合理划分，将速度—位置双闭环PID控制、实践经验、当前的轨迹误差及其变化情况都融入进了类PID小波神经网络控制器中。该控制器参数的在线学习机制采用了δ自适应律并结合了BP算法和梯度下降法，算法简单，计算量大大减少。试验结果证明，所设计的类PID小波神经网络控制器不仅明显优于PID和PID神经网络控制器，而且具有很好的抗干扰能力。

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基于声学灵敏度的汽车噪声声－固耦合有限元分析

吴光强;盛云;方园

. 2009, 45(3): 222-228.

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车身结构声辐射的预测对于噪声的控制和降低有着重要的意义。首先推导了声—固耦合有限元的控制方程，并得到模态参与因子和板块声学贡献量的计算方法；然后以某商务车为研究对象，应用虚拟试验场技术，建立声—固耦合有限元模型，包括车身与汽车室内空腔的有限元模型；选择车身与底盘的连接点作为声学灵敏度分析的激励点，采用声—固耦合有限元法，计算得到各悬置点至驾驶员耳旁的声学灵敏度；从声学灵敏度分析结果中发现，车身模态在共振峰70、138、200 Hz处均存在较大的峰值；研究这三个峰值的频率点及其结构，并计算结构模态和声学模态参与因子以及车身板块的声学贡献量，最终得出对车内声学响应影响最大的板块和结构模态。

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2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算模型

胡锡幸;郭吉丰;傅平;沈润杰

. 2009, 45(3): 229-233.

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理论和试验研究2自由度行波型超声波电动机的机械特性计算问题。分析2自由度行波型超声波电动机空间结构关系和定转子接触面的摩擦力。利用空间位置关系，计算得到了行波定子和球转子接触面上任一点的摩擦驱动力和摩擦阻力。根据运动稳定时行波定子轴向力平衡关系，推导给出2自由度球形行波型超声波电动机的特性计算解析式。通过研制的样机进行理论和试验分析，证实计算模型有效性和准确性，并分析各种电动机参数对输出机械特性的影响。研制的样机实现最大堵转转矩达0.10 N•m，空转转速为90 r/min左右。研究工作为下一步球形行波型超声波电动机的设计、优化和控制提供了理论基础。

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串珠绳锯切花岗石过程中锯切参数对锯切力和能耗的影响

黄国钦;黄辉;郭桦;徐西鹏

. 2009, 45(3): 234-239.

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在建立串珠绳锯切弧区内单颗磨粒平均切削深度与锯切参数间理论关系的基础上，采用单因素和正交法进行锯切参数对锯切力和锯切能耗影响的试验研究。结果表明，单颗磨粒平均切削深度与锯切长度无关，但随进给率的增大或线速度的减小而增大。进给率对锯切力和功率的影响比线速度和锯切长度都要明显。锯切过程中材料去除方式存在体积破碎，适当增大磨粒切削深度有利于提高体积破碎比例从而降低锯切比能；但增大磨粒切削深度直接缩小了介于工具—工件接触面间的动态容屑空间从而加剧岩屑摩阻效应，长弧区排屑困难对锯切力和能耗影响明显。正确选择锯切工艺参数尤其是进给率，对锯切力和能耗的控制及动态容屑空间的平衡至关重要。

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用于电阻抗谱测量的脉冲式方法的研究

董恩生;董永贵;孙国强;吕文尔;潘海洋

. 2009, 45(3): 240-245.

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为了将电阻抗谱应用于复合材料构件的异常检测，针对被测对象电阻抗谱的测量，提出一种不同于传统扫频方式的脉冲式方法。采用软/硬件协同设计方法设计并实现基于现场可编程门阵列(Field programmable gate array，FPGA)的脉冲式检测系统。该系统能产生频率和脉宽可调的方波脉冲作为敏感电极的激励信号，基于FPGA芯片实现了一种能对瞬态响应电流曲线进行高速采集的步进采样方法，对采集到的电流曲线作进一步的处理以获得被测对象的电阻抗谱。为了验证脉冲式检测系统用于电阻抗谱测量的可行性和有效性，对Randles单元模型及双弛豫时间等效电路模型电阻抗谱的测量进行试验研究，并与理论计算得到的电阻抗谱进行了对比分析。初步的试验结果表明，脉冲式检测系统能有效地提取被测对象的电阻抗谱信息，所提出的方法用于测量被测对象的电阻抗谱是可行的和有效的。

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铝双层板结构超高速正撞击后板弹坑分布

管公顺;哈跃;庞宝君;崔乃刚

. 2009, 45(3): 246-251.

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利用二级轻气炮发射2017-T4铝合金球形弹丸，对铝合金双层板结构进行超高速正撞击试验研究，从而模拟空间碎片对航天器防护结构的撞击作用。弹丸直径为2.00～6.35 mm，弹丸撞击速度为1.50～6.98 km/s，撞击角度为0°，试验得到不同撞击速度区间内的铝合金双层板结构后板弹坑分布模式。分析铝合金双层板结构后板弹坑分布特性，建立预测铝合金球形弹丸超高速正撞击铝合金双层板结构后板弹坑分布的经验公式。结果表明，在正撞击条件下，铝合金双层板结构的后板弹坑呈圆形区域分布，后板弹坑分布区域随弹丸直径、撞击速度和前后板间距的增加而增大，弹丸的撞击破碎临界速度将影响后板的弹坑分布模式。

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基于RNG紊流模型的立式轴流泵站三维流动数值模拟及性能预测

成立;刘超;汤方平;周济人

. 2009, 45(3): 252-257.

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立式轴流泵站具有流量大、扬程低等特点，在农田排灌、调水工程等得到了广泛应用，目前在建的南水北调东线工程的泵站大多采用该形式。为深入研究立式轴流泵站内部流动和水力性能，采用考虑粗糙度的壁面函数的RNG紊流模型和SIMPLEC算法，基于多旋转坐标系模型，计算了采用钟型进水流道和蜗壳出水流道的低扬程立式泵站定常流动。通过计算获得了泵站整体流场结果，分析了在有转轮条件下进水流道喇叭管内断面轴向流速分布规律对泵站叶轮安装高程的影响，给出了参考的叶轮名义高度取值。通过计算预测了泵站水力性能，并与模型试验结果进行了比较，研究表明设计工况下数值预测与试验数据值吻合较好。三维数值分析和试验结果表明该泵站形式在南水北调东线工程中有一定的应用前景。

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基于最大力螺旋多指手抓取规划

莫海军;黄平

. 2009, 45(3): 258-262.

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机器人多指手抓取物体时，为了保证抓取稳定性, 必须对手指与被抓物体之间的接触位置进行合理的布局，寻求最佳的抓取位置。基于此，提出基于最大力螺旋的多指手抓取规划方法，将多指手可以平衡的最大外力螺旋作为评价规划的性能指标，建立力封闭约束条件下抓取位置与最大外力螺旋优化模型，并运用神经网络进行仿真，将该方法与基于广义力椭球方法进行比较。前者弥补了广义力椭球方法的局限性，可以清楚地描述多指手抓取位置与可平衡外力螺旋之间的对应关系，定量地描述被抓物体的稳定性程度，使得抓取规划的判断更直观、更具有实用性。

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棱锥形斗仓粉体静压力分布

王学文;杨兆建;王世文;王义亮;树学峰

. 2009, 45(3): 263-268.

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参照Janssen公式依据的基本假设，对棱锥形斗仓粉体静压力分布进行详细讨论并建立解析公式。通过有限元接触分析进行数值研究。数值结果与解析结果对比说明解析公式存在误差，误差原因主要是由于仓体的特殊结构所形成的特殊接触状态没有在解析公式中体现。根据有限元结果，修正所建立的解析公式，最终给出棱锥形斗仓粉体对仓壁的法向静压力简化计算公式。公式表明仓板所受粉体静压力既和仓板材料、粉体堆积密度、内摩擦角等属性参数有关，也和仓板倾角与仓体高度等设计参数有关。编制函数加载程序，对修正公式表示的静压力进行加载，载荷图与修正公式曲线图一致，加载程序对类似函数加载问题具备良好的可移植性。公式对棱锥形斗仓粉体静压力计算提供了依据。

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基于神经网络的激光熔覆高度预测

姜淑娟;刘伟军;南亮亮

. 2009, 45(3): 269-274.

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激光成形过程中，对熔覆高度进行实时检测，从而实现熔覆高度闭环控制是成形高质量零件的保证。激光成形过程是一个多参数耦合的非线性过程，大量激光参数对成形熔覆表面质量具有重要影响。在分析激光参数对熔覆高度影响的基础上，建立利用激光工艺参数预测熔覆高度的误差反向传播(Back propagation, BP)神经网络模型，完成了网络算法设计。通过激光成形试验采集样本，利用训练样本对所建立的网络进行训练，完成网络输入输出高度映射关系，并利用测试样本对所训练的网络进行检验。仿真试验表明，神经网络熔覆高度预测模型具有很高的精度，验证了该预测模型在理论和实践上的可行性与有效性。神经网络熔覆高度预测模型为实现激光加工过程熔覆高度实时预测与闭环控制打下基础，对提高成形产品质量具有重要意义。

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对接焊铝合金板材残余应力的X射线测试

郑卜祥;宋永伦;席峰;张万春;闫志鸿

. 2009, 45(3): 275-281.

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用X射线衍射法对对接焊LD10铝合金板材表面残余应力进行测试试验，对比半高宽法和抛物线法，得出残余应力分布情况，并对其进行分析。分析结果表明两种定峰方法所得应力测定值较接近，且抛物线法所得应力分布曲线在大多数情况下处于半高宽法所得曲线下方，即抛物线法所得拉应力值偏低，压应力值偏高。同时，半高宽法较抛物线法对衍射峰的重复性、稳定性、适应性要好，应力测定的准确度较高，且采用X射线衍射法测量残余应力分布数据可靠，是一种有效的应力测试方法。这些结论对LD10铝合金板材的焊接残余应力分布具有参考意义。

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打断支线条算法及其在焊缝图像处理中的应用

周律;陈善本

. 2009, 45(3): 282-285.

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对于有较强噪声的真实图像，在细化后的图像中经常会出现有用线条具有分支而噪声线条由多条分支构成的情况，从而影响信息提取的精度和多幅图像处理结果的稳定性。为了有效地去除这样的分支线条，采用先打断支线条，再用尺寸滤波器将其滤除的思路，提出一种利用邻域运算打断支线条的算法。该算法的功能为在保持主线条上两个分支连通的基础上，打断支线条与主线条之间的连通性。焊缝图像处理结果证明，该算法能够快速有效地打断分支，保证多幅图像处理结果的稳定性。

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小型翼结构仿生设计与试验分析

岑海堂;陈五一

. 2009, 45(3): 286-290.

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小型翼结构设计主要是确定翼梁、翼肋的形式、分布和尺寸，以满足机翼结构强度、刚度要求。生物骨架以其结构、材料的合理分布和组合满足生物体的多种功能需求，为飞行器结构仿生设计提供了不竭灵感。叶脉形状为椭圆形空心管，并且尺寸沿轴线逐渐减小，最主要结构特征是倾斜、交错、分叉，以适应不同部位应力分布特点。在分析小型翼结构设计特点的基础上，借鉴叶脉结构特征，利用相似原理，设计仿生型机翼结构。有限元分析表明，仿生机翼比原型机翼具有更高的结构效能。采用选择性激光烧结(Selective laser sintering, SLS)技术制作原型与仿生型机翼样件，并对其进行静力弯曲试验，与原型机翼相比，仿生型机翼质量、变形、应力都相应减少，证实了小型翼结构仿生设计的有效性和有限元分析的可靠性。

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高温低应力下AZ31镁合金的蠕变性能及蠕变机理

张诗昌;宗钦;胡衍生;程晓茹

. 2009, 45(3): 291-295.

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研究了AZ31镁合金在高温、低应力下的蠕变性能及蠕变机理。结果表明，AZ31镁合金的高温蠕变具有明显的三阶段蠕变特征；随着温度和应力的增加，稳态蠕变速率增加，稳态蠕变速率区域缩短。温度大于420 ℃、较低应力时，AZ31镁合金的蠕变为晶界扩散控制的COBLE蠕变；较高应力时，与位错攀移控制的WEETMAN蠕变机制相吻合。当温度为320～420 ℃时，AZ31镁合金的蠕变为滑移控制的位错蠕变。计算了由COBLE蠕变向WEETMAN蠕变转变的临界应力cr，该应力与P-N力p在数值上具有如下关系：cr≈(2～3)p。

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机器人关节面时变物理参数在线识别的谐波传播法

静大海;刘晓平

. 2009, 45(3): 296-301.

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机器人在运动状态下关节面处的物理参数不断变化，导致机器人整体结构的动态特性也不断发生变化。为了研究机器人在运动状态下的动态特性以达到对机器人振动进行实时控制的目的，必须对机器人关节处的物理参数进行在线跟踪辨识。基于此，在现代谐波识别技术的基础上提出时变系统谐波频率与振型的在线识别算法，并利用波传播方法计算出3自由度机器人关节处的力与位移矢量，再由机器人关节面位移连续与力平衡条件求得机器人关节处的动刚度，进而求得机器人关节面处的刚度与阻尼。识别方法可以简化测试节点，可以节省测试成本。试验表明此方法具有良好的跟踪能力与较高的计算精度。

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短路过渡焊丝伸出长度适应性数字模糊控制系统

冯曰海;刘嘉;殷树言;王克鸿

. 2009, 45(3): 302-306.

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针对短路过渡CO2气体保护焊在焊丝伸出长度变化较大时，焊接电弧稳定性差，易导致焊接过程中断和焊缝成形不良的问题，采用一种以ADI公司的ADSP2181数字信号处理器为核心，设计具有全数字控制特点的CO2焊短路过渡模糊控制系统。模糊控制系统由模糊控制器和波形控制参数在线调整两部分组成，模糊控制器主要是调节送丝速度，而后以送丝速度为依据，通过波形控制参数在线调整包括焊接电源输出电压在内的短路过渡波形控制参数。试验证明，模糊控制系统通过在线焊接平均电流检测与计算，自动调整送丝速度和波形控制参数，增强了焊接过程中焊丝伸出长度变化时焊接电弧的稳定性，提高了短路过渡CO2焊丝伸出长度的适应范围，焊丝伸出长度的变化在8～45 mm的范围内均可获得良好的焊缝成形。

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管材弯曲中应变中性层位移的分析

鄂大辛;郭学东;宁汝新

. 2009, 45(3): 307-310.

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在管材弯曲变形系统研究中，为了进一步揭示管材弯曲的变形机理并促进管材精确弯曲和数字化弯曲技术的快速发展，利用板弯曲理论在平面应变条件下推导出弯管应变中性层半径和外侧管壁厚变薄量的近似计算公式，并且在考虑弯曲外侧管壁厚变薄的情况下分析弯管应变中性层沿半径方向的变化。根据应变中性层半径与弯曲半径之比小于1的关系，证明弯曲过程中应变中性层向弯曲中心移动。指出应变中性层的内移量与相对弯曲半径成反比。根据部分弯曲试验和有限元模拟结果的比较，证明管壁厚变薄计算相对准确，但由于忽略了垂直于弯曲平面方向的变形影响，且未计入材料性能参数而导致计算值偏大，有待进一步修正。

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基于矢量控制的航空液压泵源测试系统转速控制方案

孟文俊;沈东凯;王占林;裘丽华

. 2009, 45(3): 311-316.

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针对航空液压泵源测试系统存在的很多非线性特性，在采用矢量控制变频器的基础上，提出神经网络控制器和无源性控制器两种控制策略来控制航空液压泵的转速以测试其特性。基于径向基函数网络和基于对角回归神经网络两种神经网络的控制方案对外界环境因素的影响具有较强的稳定性，后者的控制器的效率更高一些，对非线性有较大的控制潜力，但是其神经网络控制器方案存在不少不足。研究结果表明，当航空液压泵出油口的压力变化时，与神经网络控制器相比，无源性控制器不仅更简单，而且不需要系统参数的精确线性化，实用性强，是一种本质上的非线性控制，航空液压泵在不同压力下的转速具有很好的鲁棒稳定性，能够满足对航空液压泵测试的要求。

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2009年, 第45卷, 第3期　
刊出日期：2009-03-15

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