机械工程学报

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陈文华;吴友义;高亮;陈泽宗;潘骏

. 2009, 45(7): 1-6.

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根据真空环境下电连接器主要是由沿面闪络造成绝缘电阻和耐压强度下降或被击穿而失效的状况，针对电连接器电压加载方式不同所产生的电场强弱会有较大的差异的问题，通过静电场理论，建立电连接器电场强度的计算模型并提出电连接器电场强度的计算方法；为了更快速准确地评价电连接器在真空环境下的绝缘工作寿命，以额定电压下所产生的电场强度最大且最为均匀为目标，建立电连接器电压加载方式优化的数学模型；通过采用电场强度的信噪比作为综合评价函数，将优化的多目标转化为单目标，并通过应用遗传算法对电压加载方式进行了优化。优化结果表明，电压加载方式经优化后电场强度可提高了50％左右，而且均匀程度更高，可为实现电连接器真空环境可靠性的准确评价提供依据。

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齿轮—转子耦合系统的动态响应及齿侧间隙对振幅跳跃特性的影响

崔亚辉;刘占生;叶建槐

. 2009, 45(7): 7-15.

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为了模拟工程应用中齿轮—转子系统的动态响应，考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量和弹性转轴的影响，建立齿轮—转子耦合系统的动力学模型。对动力学方程进行数值仿真，研究转速对动态响应的影响、齿侧间隙的变化对振幅跳跃现象的影响规律和转速与动态啮合力之间的关系。研究结果表明，随着齿侧间隙的增大，齿轮—转子系统的振幅跳跃现象变得更明显。振动加速度的频谱图主要包括啮合频率及其高次谐波。随着转速的逐渐升高，1倍频的振幅也逐渐增大，并且在啮合频率及其高次谐波附近还会出现边频带。动态啮合力的频谱图与动态响应的频谱图类似。对一个齿轮—转子试验台进行理论计算和试验测试，试验数据基本上验证对试验台的理论计算结果，试验测量结果和数值仿真之间的差别主要来源于建模误差和测量误差。

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基于局部协调设计的复杂自由曲面模型拓扑还原技术

边柯柯;李江雄;柯映林

. 2009, 45(7): 16-22.

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针对局部协调设计因引入协调曲面而破坏了模型原有的拓扑结构并同时增加了自由曲面形状造型所需的曲面片数量，提出一种基于局部协调设计的复杂裁剪汇交曲面模型拓扑还原技术。逆向定位汇交点(N面角点)并完整构造出决定还原后N边汇交曲面模型拓扑、几何形状和边界的特征曲线网格。应用自由曲面逼近技术分片逼近经裁剪汇交曲面和协调曲面离散获得的点云数据重建B样条曲面以实现裁剪汇交曲面的拓扑还原。采用自由曲面模型的全局美化技术实现紧公差约束下对点云逼近的N张拓扑还原后汇交曲面的全局美化，保证曲面相邻边界和N面角点处收敛的G1光滑拼接。应用实例表明，该拓扑还原技术不仅较好复现了原始汇交曲面模型的拓扑与几何性质，并且使模型达到整体G1连续。

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3K-II型直齿行星齿轮传动的固有特性

宋轶民;张俊;张君;王世宇;刘建平

. 2009, 45(7): 23-28.

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为揭示3K-II型直齿行星齿轮传动的固有特性，建立该类传动系统在系杆随动参考坐标系下的平移—扭转耦合动力学模型。模型设定系统中每个构件均拥有3自由度，并计入各构件的支承刚度、轮齿时变啮合刚度和陀螺效应等影响因素。通过分析各构件间的相对位移关系，推导出系统的运动微分方程，进而求解其特征值问题即可获知系统的固有频率和相应振型。固有特性分析表明，3K-II型行星齿轮传动具有与2K-H行星齿轮传动类似的三种典型振动模式，即扭转振动模式、平移振动模式和行星轮振动模式。列出三种典型振动模式下传动系统的运动特征。

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装载机铲掘作业的轨迹规划

龚捷;崔玉鑫

. 2009, 45(7): 29-34.

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为给装载机的铲掘作业寻找一条能耗较小的铲掘轨迹，根据经验及有关文献给出的较理想的直线和曲线两种铲掘作业的轨迹方程，经过对装载机铲掘作业的轨迹规划及运动学建模，实现铲掘轨迹由直角坐标空间向关节空间转换以及由关节空间向驱动空间转换，得到动臂油缸和转斗油缸的驱动方程，并给出铲斗在实现铲掘轨迹的过程中所受的作用力。对在ADAMS环境下ZL40装载机仿真模型进行仿真，结果表明，装载机在同样时间内完成同样的作业量下，直线铲掘轨迹所作的总功小于曲线铲掘轨迹。

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基于内蕴分量建模的滚动轴承异音信号分析新方法

张根源;陈芳华

. 2009, 45(7): 35-40.

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针对滚动轴承振动信号的非平稳时变特性，采用局域波和K-L信息量的分析方法首先把轴承的波形图通过局域波分解为多个内蕴分量，然后对参考波形图的内蕴分量以及待测波形图的内蕴分量进行K-L信息量的自回归(Autoregressive， AR) 建模，求出它们之间的残差方差，通过人工试验的方法来不断的修正AR模型，直到AR模型满足检测的准确率。通过以正常状态为参考状态，对滚动轴承实例在三种不同状态下进行了分析比较试验，结果证明该方法在滚动轴承异音探测以及分析方面可以达到用户预先设定的高准确度，具有很高的工程实用性。

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基于广义坐标形式牛顿－欧拉方法的空间并联机构动力学正问题分析

陈根良;王皓;来新民;林忠钦

. 2009, 45(7): 41-48.

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基于具有广义坐标形式的牛顿－欧拉方法建立一般空间并联机构动力学正问题建模与仿真的通用方法。在动力学建模时，选取空间并联机构动平台的工作空间变量作为系统广义坐标，从各构件的牛顿－欧拉方程出发，结合运动学逆解和虚功原理，得到与广义坐标相对应的系统动力学方程－运动微分方程和系统理想铰约束力方程。对6-UPS型空间并联机构进行动力学建模，计算外力作用下的动态响应，验证了该方法的有效性。理论分析和仿真案例表明，该方法可以简化并联机构动力学正问题的建模步骤，提高计算效率。

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基于应力分布的月球车轮地相互作用地面力学模型

丁亮;高海波;邓宗全;刘吉成;陶建国

. 2009, 45(7): 49-55.

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轮地相互作用地面力学在月球车的设计、性能评价、控制和仿真等方面具有重要作用，是目前基于动力学进行月球车相关研究的瓶颈。基于此，利用针对月球车开发的车轮—土壤相互作用测试系统进行试验，结合试验数据对传统车辆轮地相互作用正应力和切应力分布模型进行修正，并分析月球车轮刺高度对应力分布的影响，从而提出随滑转率变化改变沉陷指数的经验公式，以反映土壤侧向流动等引起的滑转沉陷。对应力分布公式积分得到集中力/力矩计算模型，并结合试验数据进行验证。在载荷为80 N，滑转率从0.05增加到0.6时，模型对于车轮垂直载荷、挂钩牵引力和驱动力矩的计算值与试验数据相比，相对误差不超过10%。模型能够反映滑转沉陷和轮刺效应，可以有效地用于月球车轮地相互作用力学的计算。

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基于主动试探的微小型爬壁机器人步态控制

姜勇;王洪光;房立金

. 2009, 45(7): 56-62.

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针对欠平滑壁面上微小型爬壁机器人吸盘足吸附失败后的自主行为控制问题，根据机器人的结构设计及运动步态特点，提出基于主动试探的机器人吸盘足着地点自主选择步态控制方法。分析机器人的三种运动模式，以及直线运动和转向运动的基本步态。定义机器人的状态矢量，建立机器人吸盘足的有限状态机模型和状态转移图，并按“就近”原则设定状态转移函数的优先级。以上述研究为基础，提出在缺少壁面环境信息条件下的机器人步态控制主动试探方法。对步态控制方法进行仿真分析，并在实验室模拟环境和实际的飞机外表面环境进行试验验证，结果表明，所提出方法对于改善机器人的控制性能和提高机器人的自主能力是可行和有效的。

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基于粒子群优化算法的工业机器人与外部轴标定

黄进;胡英;马孜;汪洋

. 2009, 45(7): 63-67.

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提出一种新的标定方法标定外部轴工作台与机器人工具间的坐标转换关系。该方法分为三步：首先，建立系统的数学模型，并根据模型标定机器人手腕与接触式距离传感器间的坐标转换关系，从而机器人和距离传感器组成机器人测量系统。然后，按预定程序移动检测目标，利用标定好的机器人测量系统测量并采集数据，初步标定出外部轴的转轴和俯仰两轴与机器人基础坐标系间的转换关系。最后，确定优化的目标函数，利用粒子群优化算法优化关键参数以提高系统的整体精度。试验结果验证了该标定方法的有效性。

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病人搬移设备的机电一体化设计和应用

王洪波;笠上文男

. 2009, 45(7): 68-74.

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针对在医院里多数采用人工方法搬移受伤、瘫痪或手术前后病人的状况，提出一种新型的病人搬移设备，介绍了病人搬移设备的机电一体化设计和应用。应用这种设备，护士能独自把病人从病床搬移到担架车上或从担架车搬移到病床上而不改变病人的姿态，减轻了护士的劳动强度, 增加了病人的安全感和舒适度。介绍该设备的开发理念、机械设计和控制系统。基于开发理念，采用了模块化机械结构和嵌入式控制系统的机电一体化设计思想。整体机构由四个模块组成，每个模块又包括上、下两部分皮带驱动单元，共有八个电机驱动。所有控制系统全部安装在设备内部，使得搬移设备和担架车相互独立。提出整体设计和机构组成的方法，并对关键部件进行了计算。设计开发了一种用于该设备的嵌入式新型伺服系统，提出其控制原理和控制算法。同步控制试验和在医院的临床应用试验表明该系统是安全有效的。

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基于柔性形态滤波和支持矢量机的滚动轴承故障诊断方法

于湘涛;褚福磊;郝如江

. 2009, 45(7): 75-80.

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针对滚动轴承故障振动信号的强噪声背景以及现实中不易获取大量典型故障样本的特点，提出一种基于柔性形态滤波和支持矢量机(Support vector machine, SVM)的滚动轴承故障诊断方法。柔性形态滤波既可以有效地提取出信号的边缘轮廓和信号的形状特征，同时又具有稳健性；SVM具有良好的分类性能，特别在小样本、非线性及高维特征空间中具有较好的推广能力；SVM分类器的惩罚因子和核函数参数采用经典粒子群优化算法进行优化，避免传统方法对初始点和样本的依赖。首先对振动信号进行柔性形态滤波，然后提取滤波后信号的故障特征频率的归一化能量为特征矢量作为SVM分类器的输入参数，用于区分滚动轴承的外圈、内圈和滚动体故障，SVM分类器的参数采用标准粒子群优化算法进行优化。试验结果表明了方法的有效性。

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基于线调频小波路径追踪阶比跟踪算法的齿轮箱故障诊断研究

刘坚;彭富强;于德介

. 2009, 45(7): 81-86.

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针对阶比跟踪转速获取硬件方法需要额外安装转速测量设备，软件方法精度不高、抗噪能力弱的问题，提出基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计的齿轮箱阶比跟踪故障诊断方法。该方法利用基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计算法适于分解频率呈曲线变化的非平稳信号的特点，采用其对齿轮箱的啮合频率分量进行估计以获取转速信号，依据转速信号对等时间间隔采样信号进行等角度重采样，将非平稳信号转化为角域平稳信号，得到振动信号的阶次谱，判断齿轮箱故障。仿真算例与应用实例表明上述方法在瞬时频率估计方面具有精度高和抗噪能力强的优点，可以根据信号自身的特点自适应的选择基函数，准确地对转速进行估计，其与阶比跟踪算法的结合能有效诊断齿轮箱故障。

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考虑土－结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析

贺广零

. 2009, 45(7): 87-94.

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研究考虑土－结构相互作用(Soil-structure interaction, SSI)的风力发电高塔系统地震动力响应分析问题。建立风力发电高塔系统“桨叶－机舱－塔体－基础”一体化的多体系统动力学有限元模型。基于多体系统动力学基本原理，风力发电高塔系统被离散为一系列连续的超级单元，而风力发电高塔系统土－结构相互作用则可通过在基础和土体交界面上设置弹簧和阻尼器来实现。在多体系统动力学方法中，可根据材料力学确定难于确定的超级单元参数和依据Lagrange法推导多体动力学控制运动方程。为了研究风力发电高塔系统的动力特性，基于欧洲规范(Eurocode8)对风力发电高塔系统进行了地震作用动力时程分析。研究表明，考虑SSI效应与否对结果影响较大。一般来说，考虑SSI效应会增加塔体基础与地基连接的柔度。同时，SSI效应在不同自由振动中所起的作用不一样，它对弯曲振动尤其是高阶弯曲振动的影响比较大。因此，在对风力发电高塔系统进行地震动力响应分析时，应该考虑SSI效应。

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滚珠自动控制转子不平衡响应的动力学机理

张小龙;东亚斌

. 2009, 45(7): 95-100.

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通过理论分析和数值计算，研究在Jeffcott转子的圆盘里加入单、双滚珠的转子系统的周期解及其稳定性。研究表明，转子在临界转速以下运行时，单、双滚珠均使转子的静不平衡振动加剧，平衡恶化；而在临界转速以上运行时，特定参数的单滚珠能使转子自动达到静平衡，而参数设计合理的双滚珠始终能使转子达到自动静平衡，能有效地消除不平衡振动。另外，由于滚珠运动的影响，在转速刚过临界转速附近，系统发生自激振动。

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滑块运动和形位参数对颗粒流润滑特性的影响规律

王伟;刘小君;焦明华;刘焜

. 2009, 45(7): 101-107.

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针对机械工程中的典型摩擦学研究对象－斜面滑块摩擦副，基于非连续介质力学的离散单元法建立非流态颗粒流润滑的模型。通过研究颗粒膜厚度、斜面倾角、运动速度三个运动和形位变量，探讨它们对承载分布、摩擦因数等的影响。同时以颗粒和多体接触点为对象，考察颗粒流润滑中平均接触力、体功、接触摩擦功和颗粒总动能的微观特性。研究认为颗粒流润滑承载量与滑块的倾角、速度成正比关系，与颗粒膜厚度成反比。颗粒流润滑的压力峰出现在楔形的入口区。适度减小斜面倾角和颗粒膜厚度，有利于减少摩擦。相对而言，滑块速度对摩擦因数的影响不大。

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微观组织对高强铝合金接头冲击韧度的影响

许良红;田志凌;彭云

. 2009, 45(7): 108-113.

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以2519-T87高强铝合金为研究对象，研究其接头的冲击断裂性能及微观组织。研究表明，晶界上分布的α+θ(CuAl2)共晶相是焊缝中心和熔合线附近区域韧性较差的主要原因，并且由于熔合线附近等轴晶区中的共晶相数量高于焊缝中心区域，导致其成为接头韧性最差的区域。晶界液化以及显微裂纹的产生是部分熔化区脆化的主要原因。析出物的溶解使完全回归区获得接头最大冲击吸收功22 J，而析出物的粗化导致过时效区韧性降低，冲击吸收功仅仅只有7 J。断口观察发现除了部分熔化区的断口是脆性断口，接头其他区域断口均为韧窝型断口，且完全回归区中的韧窝最深，韧窝内部的析出物最少。

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无油润滑空压机填料密封环的摩擦特性

杨学宾;晋欣桥;杜志敏;崔天生;杨绍侃

. 2009, 45(7): 114-119.

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在往复式无油润滑压缩机装置上，试验研究了普通填充聚四氟乙烯(PTFE)、30%碳纤维增强PTFE和C/C+PTFE三种不同材料填料密封环的摩擦力、摩擦功率和摩擦温度。结果表明，普通填充PTFE材料的摩擦力受活塞平均滑行速度的影响最大，其摩擦功率和摩擦温度也最大。虽然C/C+PTFE的摩擦功率略高于30%碳纤维增强PTFE，但其摩擦温度比30%碳纤维增强PTFE低。由于C/C+PTFE具有非常良好的力学性能和较好摩擦特性，它有望成为高压、高速工作条件下的密封环材料。

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油液体积模量的研究与在线测量

王静;龚国芳;杨华勇

. 2009, 45(7): 120-125.

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随着对液压系统的位置精度、响应时间和稳定性的要求的不断提高，油液体积模量越来越受到科研和工程人员的关注。分析油液体积模量对液压系统的影响，在建立油液体积模量理论模型的基础上，通过仿真对含气量、压力和温度对油液体积模量的影响进行分析。并根据油液体积模量的定义，设计油液体积模量在线测量装置。通过仿真和试验结果的对比，说明提供的分析和测量的方法对确定实际液压系统中的油液体积模量很有意义。

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基于增量谐波平衡法的两端固定输流管参数共振

梁峰;杨晓东;闻邦椿

. 2009, 45(7): 126-130.

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应用增量谐波平衡法(Incremental harmonic balance method，IHB方法)研究两端固定输流管在脉动流激励下的参数共振问题。分析离散化后的运动微分方程，得到管道一阶次谐波参数共振的幅-频响应曲线，讨论系统参数对失稳临界频率的影响。比较IHB方法与数值模拟方法得到的管道振幅，二者吻合得很好。典型算例表明，对于具有强非线性的流-固耦合系统，IHB方法是精确有效的半解析研究方法。

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分流叶片对离心泵流场和性能影响的数值预报

张金凤;袁寿其;付跃登;袁建平

. 2009, 45(7): 131-137.

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针对低比速离心泵IS 50-32-160模型，给出不同叶片数下、不同分流叶片长度的设计方案，采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法，对多方案的全流场进行分析。对非设计流量工况计算采用了稳态N-S方程求解，对于叶轮和蜗壳、前后腔体的交界面采用滑移网格技术进行处理。通过叶轮叶片上扭矩分析，并结合以往试验和计算经验，给出适用于低比速离心泵分流叶片长度的设计公式；流场计算结果显示：分流叶片有利于叶轮出口和蜗壳入口的压力、速度分布均匀性，能有效提高叶轮出口压力，减小压力脉动；通过不同工况的计算模拟，预测各个设计方案离心泵的性能，结果表明：含分流叶片离心泵的效率向偏大流量处偏移，扬程提高较多，且功率曲线更加陡峭。最后总结了不同叶片数对水泵性能的影响，给出不同设计要求时叶片数取值参考。

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离心压气机机匣处理与导叶轮缘放气的扩稳机理分析及比较

胡良军;杨策;祁明旭;马朝臣

. 2009, 45(7): 138-144.

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采用数值模拟方法对导叶轮缘放气、进气回流及周向槽机匣处理扩大离心压气机稳定工作范围进行研究，并与实壁机匣离心压气机特性进行对比，分析三种处理方式扩大压气机稳定工作范围的机理。结果表明，导叶顶部吸力面分离流动和间隙泄漏流相互作用导致压气机失速。导叶轮缘放气将吸力面分离流动产生的低能流团吸除，减弱了顶部通道堵塞。进气回流给顶部进气添加负预旋，减小了顶部来流攻角，能抑制吸力面流动分离。周向槽机匣处理减弱了顶部间隙泄漏向叶轮进口的回流。三种处理方式都能减弱顶部通道堵塞、推迟压气机失速发生，而进气回流和导叶轮缘放气具有较大的扩稳能力。

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改进遗传算法求解柔性作业车间调度问题

张国辉;高亮;李培根;张超勇

. 2009, 45(7): 145-151.

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分析柔性作业车间调度问题的特点，提出一种求解该问题的改进遗传算法。在考虑各个机器负荷平衡，所有机器上的总负荷和最大完工时间等性能指标更加合理情况下，设计一种全局搜索、局部搜索和随机产生相结合的初始化方法，提高种群初始解的质量，加快遗传算法的收敛速度。结合问题特点设计合理的染色体编码方式、交叉算子和变异算子，防止遗传操作过程中非法解的产生，避免染色体的修复，提高求解效率。使用文献中相同的实例测试利用初始化方法的改进遗传算法，并将计算结果与文献中其他遗传算法的测试结果进行比较，验证所提出的初始化方法的可行性和有效性。

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光学平面镜面离子束修形中速度模式的实现

周林;解旭辉;戴一帆;焦长君;李圣怡

. 2009, 45(7): 152-156.

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针对光学平面镜面离子束修形工艺中，目前采用的位置加工模式额外加工时间长、精度不高的缺点，提出离子束修形工艺中的速度加工模式，并给出速度加工模式中如何根据驻留时间计算加工中进给速度的方法。使用速度模式在自研的离子束加工机床KDIFS-500上进行了验证试验，对一块直径98 mm的微晶玻璃平面样镜进行修形，加工时间为17.5 min，样镜经过一次加工后，其面形误差的方均根值由初始的33.2 nm提高到了3.1 nm，面形收敛比高达10.7。试验结果表明，速度模式加工比位置模式加工可以缩短加工时间，提高加工精度，获得更大的面形收敛比。

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基于扩展效应模型的功能设计过程及实现

曹国忠;檀润华;孙建广

. 2009, 45(7): 157-167.

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效应是产品功能、行为和结构存在的科学依据。扩展TRIZ中现有单输入/输出流两极效应模型形成多输入/输出流多极效应模型，提出构建效应链的四种效应模式和三种效应链推理方法，进而研究基于效应的功能、行为和结构之间的映射关系，建立扩展效应驱动的功能—行为—结构模型(Extended-effect driven function-behavior-structure, EE-FBS)和基于该模型的功能设计过程，以支持功能认知、功能分解、功能到结构映射整个功能设计过程，并开发计算机辅助功能设计软件系统。以中药滴丸机功能设计为例对EE-FBS模型的有效性进行验证。

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多零件几何要素影响下的装配产品特性预测方法

贾振元;马建伟;王福吉;刘巍

. 2009, 45(7): 168-173.

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工业生产中，多零件装配产品通常具有多系统特性——多几何要素影响的特点。建立能够准确表征装配产品特性与零件几何要素间关系的数学模型，实现装配产品特性的预测，将对工业生产有着重要意义。对于存在多几何要素影响且要素影响程度不同的装配产品系统，直接建立系统的BP神经网络预测模型，由于输入神经元和隐含层神经元较多，将导致神经网络结构十分复杂、学习与训练时间增加、收敛速度慢、预测精度不高等问题。提出利用灰色系统理论的灰关联分析方法，对影响装配产品系统特性的多几何要素进行灰色关联分析，得到多几何要素影响下的系统几何要素与装配产品特性之间的关联程度，确定影响装配产品特性的主要几何要素。在此基础上，利用影响装配产品特性的主要几何要素建立系统的BP神经网络，简化BP神经网络模型，同时保证模型能较真实的反映系统的特性，实现对多几何要素影响下的装配产品特性的准确预测。以典型的多几何要素影响下的装配产品——液压偶件系统为例，通过对液压偶件系统多几何要素关联程度的研究，以影响系统的主要几何要素为输入量，构造简化的BP神经网络的预测模型，试验结果表明，利用主要几何要素建立的预测模型结构相对简单、收敛快、预测精度高。

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一种新的多学科系统不确定性分析方法——协同不确定性分析法

袁亚辉;黄洪钟;张小玲

. 2009, 45(7): 174-182.

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多学科设计优化中的不确定性对整个工程系统的设计过程具有非常重要的影响。对现存的不确定性定义进行比较和分类。详细描述多学科系统中的不确定性及其传播过程。在已有不确定性分析方法的基础上，提出一种新的多学科不确定性分析方法——协同不确定性分析法。该方法的基本思想是利用泰勒近似估算耦合变量和系统输出的方差，经过二次优化获得系统的稳健最优解，并对其具体计算过程进行详细描述。算例结果表明，协同不确定性分析法不仅是可行的，而且具有很高的精度，是分析多学科系统中不确定性的有效方法。

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基于机床运动模型的走刀步长计算方法

张莹;吴宝海;张定华;李山

. 2009, 45(7): 183-187.

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为提高五坐标数控加工刀具轨迹生成的精度和切削效率，通过特定机床结构运动建模，对自由曲面刀具轨迹规划中的走刀步长计算方法进行研究。针对刀具摆动与工作台转动类型的非正交结构五坐标机床，在建立机床运动传递关系的基础上，实现任意刀轴方位的机床各轴运动坐标分解，构建机床运动模型。基于此，分析切削误差产生机理，推导出非正交结构的机床实际运动误差估计公式。利用切削误差对比关系，迭代计算满足精度要求的最大走刀步长。算例表明，在相同的允许误差条件下，本文算法较之传统变步长方法，最大误差降低了37.01%，而平均步长相对于等步长方法，增加了8.91%，说明基于机床运动模型的走刀步长计算方法能够有效控制切削误差，并提高自由曲面五坐标加工的刀具轨迹质量。

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基于分层式协调控制的汽车电动助力转向与防抱制动系统仿真

陈无畏;初长宝

. 2009, 45(7): 188-193.

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在对电动助力转向系统和防抱制动系统分别建模的基础上，深入分析两系统在助力转向制动过程中的矛盾性，采用分层协调控制策略，将控制系统分为底层和上层控制部分。底层控制器为转向和制动系统两个单独的控制器，用以执行各子系统的控制任务；上层协调器对其进行整体协调分析，并及时修改底层控制的决策，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。仿真结果表明，提出的协调控制逻辑正确可行，在保证转向轻便性的前提下，提高了系统制动稳定性和行驶安全性。

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基于汽车梁类件的回弹计算及补偿系统

聂昕;成艾国;申丹凤;钟志华

. 2009, 45(7): 194-198.

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板件回弹问题一直是学术界和工程界研究的热点，特别是在车身广泛应用高强度钢板之后回弹问题更加明显。针对汽车梁类件的造型特点，建立基于梁类件的回弹计算、回弹补偿及工艺型面修改的整套分析系统。在此系统中，先利用二维截面法和有限元软件来计算零件各断面的回弹量，保证其回弹计算的精确性。再通过节点偏置算法来补偿各断面节点的回弹量，得到各断面回弹前和补偿后的节点信息。最后按照各个断面回弹前和补偿后的节点的一一对应关系，以原始型面为基础，运用型面整体变形(Shape global deformation, SGD)算法来对零件的工艺型面进行补偿修改。能够保证变形前后的型面整体拓扑关系的一致性，极大地保证曲面的质量和光顺程度，以便得到更为精确的回弹补偿型面。实践证明，该系统能够很大程度节省处理回弹问题的时间和精力，并且在补偿型面的修改精度上有较大的提高，回弹补偿更加准确。

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机车打滑时轮对纵向振动研究

姚远;张红军;罗赟;金鼎昌

. 2009, 45(7): 199-203.

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轮轨粘着曲线负斜率会导致传动系统强烈的自激扭转振动，引起轮轨粘着系数周期性的变化，从而会导致轮对纵向振动，轮对纵向振动与轮对粘滑振动耦合作用导致机车复杂的动力学行为。建立机车单轮对传动系统简化模型，考虑轮对回转及纵向自由度。通过数值仿真，再现了平均蠕滑率超过临界蠕滑率时，传动系统扭转振动及轮对纵向振动相轨迹，并计算传动系统扭转和轮对纵向振动频率，利用图解法分析纵向振动机理。结果表明，当机车打滑时，轮对纵向振动为自激振动，轮对纵向振动频率为传动系统扭转固有频率整数倍，且为两倍时振动幅值最大。因此需要合理设置轮对纵向定位刚度等参数，避免打滑时引起的轮对强烈的纵向振动。

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高压质子交换膜燃料电池正交试验研究

常国峰;倪淮生;许思传;李友才;林凡;宁可望

. 2009, 45(7): 204-209.

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燃料电池做为汽车动力源时，应能够在多变环境和不同工况下保持高效、稳定的工作状态。燃料电池在不同工况下，其运行参数对燃料电池本身性能的影响是不同的。为给燃料电池提供合适的工作条件，确保燃料电池在高效区运行。通过对高压质子交换膜燃料电池的正交试验研究，分析流量、压力和温度等运行参数对高压燃料电池性能的影响，得到如下结论：空气流量对燃料电池性能的影响较小，随着电流的增加，影响有所增加；空气压力的影响略大，并且在小电流时，这种影响比较显著；氢气压力(压力差)的影响始终很小，几乎可以认为没有影响；燃料电池工作温度对燃料电池性能的影响仍然十分大，并且随着温度的升高，其影响越来越大；随着电流的加大，燃料电池温度的影响也逐渐增大，在高电流状态下，几乎是唯一重要的影响因素。

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基于风挡玻璃凹陷量的人车事故车速计算模型

许骏;李一兵

. 2009, 45(7): 210-215.

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根据风挡玻璃在行人头部冲击后产生的凹陷量，提出一种基于矩形薄板冲击动力学理论的人车碰撞事故车速计算模型。建立行人头部与风挡玻璃碰撞的抽象物理模型，并根据人车碰撞的特定情形，将适当的材料参数分别赋予风挡玻璃和头部。在保证模型精度的前提下，将风挡玻璃视为矩形薄板，且约束形式简化为简支形式。根据Hertz弹性体接触理论和能量守恒定律，建立头部冲击力与矩形薄板挠度之间的关系。利用Navier定理将风挡玻璃的凹陷量进行改写并得到头部冲击速度与风挡玻璃挠度的模型。结合人体上风挡玻璃时汽车碰撞速度与头部冲击风挡玻璃速度之间的定量关系，建立风挡玻璃凹陷量与汽车碰撞速度之间的计算模型。经实际交通事故案例验证，该模型计算快速，结果可靠，为人车碰撞交通事故再现中的车速计算提供一种新的计算方法。

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基于体压分布检测和支持矢量机分类的汽车乘员坐姿识别

高振海;肖振华;李红建

. 2009, 45(7): 216-220.

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车辆乘员坐姿的准确检测是智能安全气囊系统实现的前提条件之一，其识别算法的实时性和准确性对于在碰撞发生时安全气囊的起爆时间和充气强度的控制起着决定性作用。通过对不同类型乘员在不同坐姿下体压分布信息的精确分析，采用模式识别中的支持矢量机方法，建立一种单纯依靠压力分布传感器量测到的乘员体压分布信息实现不同乘员坐姿分类的识别算法，并通过对试验采集到的不同类型乘员在不同坐姿下的样本对识别算法进行训练和测试，验证算法的有效性和正确率。

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磁流变减振器半主动悬架的系统时滞

赵剡水;周孔亢;李仲兴;姚斌

. 2009, 45(7): 221-227.

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时滞导致磁流变减振器可控阻尼力的不同步，降低了车辆半主动悬架的性能及其稳定性，因此时滞问题是近年来半主动悬架的研究热点之一。基于RD-1005-3磁流变减振器的响应特性，在半主动悬架临界时滞理论分析的基础上，建立含有时滞的磁流变半主动悬架的数学模型与传递函数，分析时滞对悬架幅频特性的影响；通过对临界时滞数值解的分析，为磁流变半主动悬架控制系统的时滞研究提供理论依据。在模糊控制策略的基础上，运用Smith预估补偿控制对系统进行时滞补偿，并在Matlab中进行仿真分析。对搭建的单质量磁流变半主动悬架系统进行台架试验，仿真和试验数据均表明进行时滞补偿的系统很好地改善了悬架性能。

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基于双平面靶标的多视觉传感器现场全局校准

刘震;张广军;魏振忠

. 2009, 45(7): 228-232.

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针对现有多视觉传感器全局校准方法多依赖外部辅助设备的问题，提出一种基于双平面靶标的多视觉传感器现场全局校准方法。以其中一个视觉传感器为基础视觉传感器，建立全局坐标系。根据基础视觉传感器与待校准视觉传感器之间的位置关系，调整固定两个平面靶标之间位置。将双平面靶标无约束移动多次(至少三次)，每个视觉传感器可以“看”到对应的平面靶标。以两个平面靶标之间位置关系不变为约束条件，求解待校准视觉传感器坐标系到全局坐标系的转换矩阵，通过非线性优化方法求解转换矩阵在最大似然准则下的最优解。当视觉传感器多于两个时，通过两两视觉传感器校准的方式完成多视觉传感器现场全局校准。试验证明该方法灵活方便，切实可行。

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漏磁与涡流复合探伤时信号产生机理研究

宋凯;康宜华;孙燕华;武新军

. 2009, 45(7): 233-237.

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提出一种直流漏磁和涡流复合探伤方法，以期通过信息融合提高检测灵敏度，但试验中发现涡流探头检测到了钢管的内壁裂纹，而钢管的涡流检测规范也认为信号由涡流效应引起的。采用有限元法和磁源的测试试验分析磁导率和漏磁场对涡流检测信号的影响，结果表明，认为检测信号为涡流效应引起的观点是有误的。应用等效源法对扰动磁场进行分析，理论分析表明，裂纹处由涡流效应引起的扰动磁场相比漏磁效应引起的漏磁场要小得多，裂纹的漏磁场导致检测线圈产生感应电动势从而获得检测信号，而此时涡流效应引起的信号被淹没在漏磁信号中，钢管在磁饱和状态下的涡流检测信号是由裂纹的漏磁场引起的，饱和磁化下铁磁性构件的涡流检测结果要重新认识。

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薄膜单点力传感器

周高峰;赵玉龙;蒋庄德

. 2009, 45(7): 238-242.

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针对处于点啮合状态下物体间啮合力的检测问题，提出薄膜单点力传感器。根据物体间啮合力较大的实际检测状况，利用碳二硫化钼压敏电阻油墨的轴向实心柱式压阻效应实现对点啮合物体间啮合力的检测。在研究现有成熟的丝网印制工艺基础上，通过丝网印制技术制作了薄膜单点力传感器，其厚度为0.15 mm。试验测试与分析可知，薄膜单点力传感器能够检测出点啮合物体间的啮合力；并且该传感器具有良好的性能，如灵敏度为 962.5 Ω/N，分辨率为0.002 N。

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基于数学模型的视觉测量系统图像畸变校正方法

陈茹雯;黄仁;张志胜;史金飞;陈自新

. 2009, 45(7): 243-248.

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视觉测量系统图像中存在的各种非线性畸变对测量精度产生影响，必须进行校正。生产过程中的干扰使畸变随机变化，因此采用不变参数的图像畸变校正模型难以实现工件尺寸的精确测量。提出一种新的畸变校正方法，采用自回归时间序列模型的一般表达式建立被测工件直线边缘的数学模型，并采用最小二乘方法以及综合考虑计算量的损失函数最小准则实现模型的参数估计和定阶。根据模型的输出滤除被测工件直线边缘的趋势成分，获得被测工件的真实边界位置。通过计算两边界之间的垂直距离达到测量工件尺寸的目的。试验证明，该算法简单可行，可用于加工过程的在线检测。

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基于机械—化学方法硅表面芳香烃重氮盐单层膜的制备

史立秋;孙涛;闫永达;董申

. 2009, 45(7): 249-253.

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基于金刚石刀具建立能在溶液中加工微小结构的微加工系统，在一端为硝基的四氟化硼芳烃重氮盐溶液(NO2 C6H4N2BF4)中用该系统切削硅片，利用机械与化学结合的方法使得芳香烃分子和切削过的硅片之间以共价键连接，实现硅表面的“成形并功能化”的一步完成，为纳米尺度功能化结构的构筑提供一定的试验基础。用扫描电子显微镜(Scanning electronic microscopy，SEM)表征不同切削力下的微结构表面形貌图，为下一步在溶液中“成形并功能化”硅表面提供好的基底。用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS )和原子力显微镜(Atomic force microscopy，AFM)分别研究组装时间和切削速度对切削处生成自组装单层膜(Self-assembly monolayer，SAMs)质量的影响，总结出本试验条件下切削力为20 mN，组装时间为12 h左右，切削速度为500 nm/s的时候组装膜表面质量较好。并用AFM对自组装膜的纳米摩擦性能进行检测，证明组装前后硅基底表面的化学组成发生了变化，组装后SAMs表面的摩擦力较大。

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小范围屈服条件下复合材料裂纹尖端塑性区分析

高鑫;康兴无;王汉功;张亚

. 2009, 45(7): 254-258.

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基于复合材料力学，推导Tsai-Hill强度准则在平面应力和平面应变条件下的一般表达式，得到了小范围屈服条件下，含中心裂纹无限大板Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹尖端塑性区的解析解。针对不同裂纹倾角及泊松比和，对裂尖塑性区进行了计算和分析。结果表明平面应变条件下塑性区范围小于平面应力条件下塑性区范围，参数、和对复合材料裂尖塑性区范围和形状有明显的影响，不同的参数值得到的塑性区结果差别很大。另外，该解既适用于各向异性复合材料，也适用于各向同性材料。

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热连轧机位移传感器结构的试验模态分析

马维金;熊晓燕;李凤兰;王俊元;熊诗波;曾志强

. 2009, 45(7): 259-264.

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辊缝位移传感器是轧机压下控制系统(Automatic gauge control，AGC)的关键元件，也是轧机AGC控制系统的反馈环节之一。辊缝位移反馈信号受传感器结构动态特性的强烈影响，传感器结构设计不合理甚至危及轧制过程的稳定性。模态参数可以完整地描述结构的动态特性，在结构动态设计和结构动力学修改阶段，必须进行有效的动态特性分析。采用单点激励、多点加速度响应拾振，对热连轧机辊缝位移传感器的外壳和位移传递杆结构进行了振动测试。以试验模态分析理论为基础，使用最小二乘复指数法(Least square complex exponent, LSCE)，提取传感器结构的模态参数。分析结果表明，传感器外壳的垂直振动模态频率与热连轧机架的垂直振动模态频率接近，会对轧机工作机座的振动形成耦合，其动态特性对轧制过程的稳定性有严重危害。这些分析结果对建立轧机压下控制系统仿真模型以及进行结构动力学修改都具有重要意义。

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双丝窄间隙熔化极气体保护焊的焊接稳定性

范成磊;孙清洁;赵博;杨春利;张良峰

. 2009, 45(7): 265-269.

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双丝熔化极窄间隙气体保护焊(NG-GMAW)前后焊丝之间沿焊接方向的距离和夹角、焊丝与坡口侧壁之间的距离等参数都可以独立调节，并对焊接过程稳定性有很大影响。试验发现，双丝沿焊接方向的间距小于15 mm或大于50 mm时，双电弧处于共熔池或独立状态，焊接过程稳定；而当双丝间距在20～30 mm时，处于共熔池向独立熔池过渡阶段，受窄间隙坡口中非均衡分布的电磁力作用，频繁出现断弧现象，焊接过程不稳定。双丝沿焊接方向平行竖直分布时，焊接过程稳定，若前丝后倾则会加剧电弧的偏移，焊接稳定性变差。焊丝与侧壁间距对电弧形态有很大影响，当间距为2.5 mm时，电弧在焊丝和坡口底部以及侧壁之间稳定燃烧；而当间距达到1.5 mm时，出现侧壁打弧现象，焊接稳定性恶化。

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理想塑性轴对称平面问题的解析解

李元媛;淡勇;蔡睿贤

. 2009, 45(7): 270-273.

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根据历史上已有严格解析解的启发，对理想塑性材料的二维平面问题，在广义轴对称(仅圆周向导数为0而切向应力不为0)的条件下，用严格化的物理概念以及试凑法，推导出无限多的新颖严格解析解，以继承发展经典的塑性力学。对所得的严格解析解列举了一些典型示例。包括一系列以幂函数表达的可用于圆环的解；以及以三角函数、指数函数、对数函数表达和混合杂交的解。还讨论了各个解析解可用于实心圆盘解的条件。它的主要要求条件是：轴对称不能是广义的，其切向应力也应为0(可称为狭义轴对称)。在两种不同的理想塑性条件下，对广义与狭义轴对称条件导出了相应的严格解析解。并继续开展了文献[1]中关于理想塑性条件的讨论。用轴对称条件的解析解再一次表明，文献[8]中导出的理想塑性条件与原来经典条件略有差异，应该只是准理想塑性条件。

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聚丙烯水下切粒模板温度场的数值模拟

任世雄;卢涛;党沙沙;王奎升

. 2009, 45(7): 274-277.

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模板是聚丙烯造粒过程中最为关键的设备之一，模板的温度场对切粒质量有重要影响。建立水下切粒模板的三维传热模型，并对该模型进行数值求解，获得模板内部的温度分布。数值结果表明，受导热油加热作用，浅层模板厚度方向剖面的温度分布较为均匀；切粒模板受到冷却水的冷却作用，导致切粒面温度较低；在导热油加热和冷却水冷却共同作用下，切粒面浅层的温度梯度较大。对切粒模板的温度场进行数值模拟和分析，可为模板内部的导热油通道和模孔的设计和优化提供良好的理论支撑。

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离心通风机蜗壳内的流动特征及节能改造试验研究

李春曦;王松岭

. 2009, 45(7): 278-283.

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利用FLUENT软件对G4-73No.8D型离心式风机以及分别加装圆筒型、圆锥筒型防涡圈后的风机内部三维流场进行数值模拟，结果表明，加装防涡圈后的风机蜗壳内部流场流动明显得以改善。对风机在加装防涡圈前后进行的性能试验表明，风机加装圆筒型和圆锥筒型防涡圈后，当相对流量时，效率平均提高了3.1%和3.48%，验证数值模拟的正确性。理论和试验研究还表明圆锥筒型防涡圈节能效果优于圆筒型防涡圈。

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基于分布参数模型的水平管式降膜蒸发器模拟

翟玉燕;黄兴华

. 2009, 45(7): 284-290.

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建立水平管式降膜蒸发器蒸发换热的分布参数模型，考虑换热性能沿管子轴向、管排方向的变化，以及传热管发生干斑现象时对降膜蒸发的影响。对一降膜蒸发器的性能进行模拟分析，并考察管束布置、制冷剂液膜质量流量、管程布置以及满液位置对降膜蒸发器性能的影响。结果表明，计算结果和试验结果吻合良好，通过合理的设计管排方式和满液位置，可以减少或避免干斑现象的发生，提高降膜蒸发器性能。

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介电弹性体线性驱动器研究

王化明;朱剑英;叶克贝;何均;游有鹏

. 2009, 45(7): 291-296.

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为满足未来机电系统对新型驱动器的需求，研究菱形介电弹性体线性驱动器。在分析驱动器工作原理的基础上，通过驱动器力—位移曲线和预载荷关系的分析，确定弹性预载荷元件。驱动器通电后能迅速响应，线性位移达到21 mm，弹性体面积变化率达到98%；驱动器失电后能迅速退回，最终退回到初始位置。通过试验分析电压和负载对驱动器的影响，试验表明：驱动器输出位移取决于电压；负载在驱动器输出力范围内对输出位移影响不大，但会影响其运动速度。并根据驱动器的特点，指出驱动器的应用范围。

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基于形函数控制的组织工程骨架孔隙结构实体建模方法

蔡升勇;习俊通

. 2009, 45(7): 297-304.

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组织工程支架在组织工程研究中起着重要作用，它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用，而且能引导组织再生和控制组织结构。从几何建模的角度，寻找一种通用的组织工程骨架实体建模方法：采用有限元中六面体单元对实体模型进行网格剖分；利用有限元中的八结点六面体形函数将参数域中的基本孔隙单元映射为空间域中各种不规则孔隙几何单元。利用布尔并运算构建实体的造孔单元。再与整个实体轮廓模型(CT/MRI)进行逻辑差运算，就可以得到组织工程骨架模型。研究表明：通过有限元单元剖分方法，有效地解决了组织工程骨架孔隙体元的分布计算等技术问题，相对随机几何方法，具有很好的技术操作性和高效性。通过剖分单元约束和孔隙体元变形构型方法的应用，可大大提高骨组织孔隙形状的自然性。

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热管式磁流变传动装置的设计与试验

郑军;张光辉;曹兴进

. 2009, 45(7): 305-311.

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磁流变传动装置(Magnetorheological transmission device，MRTD)是一种性能优良的新型智能传动器件。设计一种采用磁流变液作为传动介质、利用整体针翅回转热管进行散热的新型热管式磁流变传动装置，研制传动装置样机并对其进行试验测试。结果表明，磁流变传动装置传递的转矩可以通过调节励磁电流来控制；装置传递的转矩基本不随滑差转速的改变而改变，具有良好的恒转矩特性；整体针翅回转热管能有效地对传动装置进行散热，且散热能力随转速的提高而增大，为解决传动装置的发热问题提供一种有效手段。

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双壁碳纳米管转动阻尼特性和承载能力的计算分析

胡方海;王三民;刘海霞

. 2009, 45(7): 312-316.

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基于分子动力学方法对双壁碳纳米管转动的阻尼特性和承载能力进行了计算分析。针对双壁碳纳米管的组成结构和物理模型，使用经验势函数描述双壁碳纳米管管间交互作用势和交互作用力。提出碳纳米管转动阻尼特性与承载能力的分析方法。得到双壁碳纳米管阻尼系数与纳米管的长度、半径以及初始角速度的定量关系。研究纳米管的承载能力以及不同载荷下双壁碳纳米管的阻尼特性，为双壁碳纳米管的工作稳定性分析和工程化应用研究奠定基础。

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2009年, 第45卷, 第7期　
刊出日期：2009-07-15

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