机械工程学报

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熊万里;阳雪兵;吕浪;袁巨龙

. 2009, 45(9): 1-18.

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液体动静压主轴以其高回转精度、高动态刚度、高阻尼减振性和长寿命等性能优势，在高速精密机床领域获得广泛应用，但进一步适应超高速超精密加工需要，发展成为将机床主轴与高速电动机功能从结构上融为一体的液体动静压电主轴，还需解决高速化和结构集成化带来的轴承温升控制和电机性能优化等技术难题，需进一步从机理层面研究轴承特性和电动机高频电磁损耗等科学问题。因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结。回顾液体动静压机床主轴轴承技术的发展历史；从轴承油腔结构、节流器、轴颈偏斜、轴瓦弹性变形、轴承副表面形貌、液体惯性效应、热效应、润滑介质可压缩性及非牛顿特性、水润滑动静压轴承等方面，对影响液体动静压电主轴轴承特性的关键技术进行逐一分析和评述；从高速电主轴对电动机几何特性、转速—力矩特性、热特性、振动及噪声特性的要求等角度，全面评述电动机性能的电磁参数设计方法、电磁损耗机理及计算方法和电磁损伤故障防治技术；具体分析动静压电主轴整机特性优化中的关键技术难题；对液体动静压电主轴技术的未来发展趋势进行预测和展望。

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完全参数激励下索梁耦合系统非线性动力学分析

冯维明;孙艺瑕

. 2009, 45(9): 19-23.

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研究完全参数激励下弹性拉索与悬臂梁耦合结构的非线性动力学问题。建立索梁耦合结构力学模型，利用Hamilton 原理建立索－梁耦合系统的非线性动力学方程，利用Galerkin方法将索－梁耦合系统的非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程。利用多尺度法分析研究索－梁耦合动力学系统的非线性振动，用Runge-Kutta法对数学模型进行数值计算，得到当梁与索的频率比为2:1时，系统发生严重的参数共振，同时探讨阻尼参数对索－梁耦合系统非线性动力学的影响，并提出对工程有实际意义的结论。

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反向回转双机驱动振动系统的自同步理论

赵春雨;刘戡;叶小芬;王得刚;闻邦椿

. 2009, 45(9): 24-30.

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利用异步电动机电压同步坐标系，得出电动机稳态运行时电磁转矩与转速的关系。运用动力学理论分析反向回转双机驱动振动系统的动力学特性，建立系统频率俘获的方程，得到实现频率俘获的条件及俘获频率和两偏心转子相位差的理论计算方程。利用非线性动力学理论，建立了频率俘获的稳定方程。利用Routh-Hurwitz准则获得系统稳定性条件。

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大功率船用齿轮箱系统耦合非线性动态特性研究

朱才朝;陆波;宋朝省;徐向阳

. 2009, 45(9): 31-35.

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为揭示虚拟仿真环境下的齿轮系统非线性振动的内在规则性，将某大型重载船用齿轮箱系统分为传动子系统和结构子系统，通过轴承把两个子系统耦合起来，建立齿轮—轴—轴承—箱体耦合系统非线性有限元模型。在考虑传动子系统内部激励和外部激励的影响下，对系统动态特性进行了数值仿真。分析了时间历程曲线、功率谱密度、相轨迹、庞加莱截面，计算了最大Lyapunov指数，得出该大型船用齿轮箱在工作负载下，系统运动为周期性运动，不存在混沌现象；对振动信号做进一步预测，非线性动力学方法预测结果与有限元计算结果吻合较好，研究表明采用两者相结合的方法，能够准确地预估齿轮动态响应，揭示振动信号的内在规律，为齿轮系统动态设计提供参考依据。

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充液周期管路的轴向振动带隙特性

郁殿龙;温激鸿;刘耀宗;邱静;温熙森

. 2009, 45(9): 36-40.

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充液管路的固液耦合振动广泛存在于各种工程领域中，对其振动控制进行研究具有重要意义。将声子晶体思想引入到管路结构设计中，将管壁设计成周期性结构，可以利用带隙特性实现管路的振动控制。利用平面波展开法，计算固液耦合条件下的周期管路结构轴向振动能带结构。计算表明，周期管路结构的轴向振动存在振动带隙，液体耦合效应使振动带隙的频率范围降低。同时分析泊松耦合、管壁厚度等因素对带隙频率范围和宽度的影响。充液周期管路结构的振动带隙特性为管路的振动控制提供了一条新的技术途径。

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自适应振动控制中的输出饱和抑制

张志谊;胡芳;王俊芳;华宏星

. 2009, 45(9): 41-45.

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针对结构振动的自适应控制，讨论控制器输出饱和的影响并给出相应的抑制方法。在跟踪滤波和滤波X LMS(FXLMS)方法的基础上，通过引入Sigmoid函数并进行自适应控制器权系数的约束优化来获得权系数的调整规律，使控制器输出快速脱离饱和区，而且被控对象的振动以更快速度衰减。通过数值仿真研究一个试验系统的自适应控制器的饱和非线性及其抑制效果，结果表明所提方法能够有效地抑制输出饱和的影响，显著改善自适应控制器的性能。

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基于分辨矩阵基元的不完备故障诊断系统的规则提取技术

黄文涛;王伟杰;赵学增;孟庆鑫

. 2009, 45(9): 46-51.

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在故障诊断中，从不完备数据中获取规则要比从完备数据中获取规则困难，提出一种直接从不完备数据中获取最优广义诊断决策规则的粗糙集方法。给出分辨矩阵基元的定义，研究分辨矩阵基元的性质以简化分辨矩阵基元的计算过程；根据分辨矩阵基元的定义，给出不完备故障诊断决策表中面向对象的分辨矩阵的定义，并以此来构造面向对象的分辨函数，结合命题逻辑中的基本等价式，如分配律和吸收率等，给出一种计算最小面向对象约简的方法，实现不完备故障诊断决策表中面向对象的约简计算和最优广义故障诊断规则的获取。结合电力系统操作点的安全状态诊断实例给出所提出的方法在工程实践中的应用步骤，并证明该方法的有效性。

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小波域局部Laplace模型降噪算法及其在机械故障诊断中应用

张志刚;周晓军;宫燃;沈路

. 2009, 45(9): 52-57.

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提出一种基于小波域局部拉普拉斯模型的降噪算法。并将其成功应用于机械故障诊断中。降噪算法利用复小波变换幅值和相位的组合信息对信号奇异点具有更好的敏感特性，对各尺度上信号奇异点予以精确定位；根据各尺度上奇异点位置和一定宽度的邻域窗，将实小波分解的各尺度上小波系数分为两类：有效系数和无效系数。将奇异点邻域窗之外的无效系数直接置零；而对邻域窗内有效系数的统计分布进行拉普拉斯建模。在先验分布的基础上，运用最大后验概率估计从含噪小波系数中估计出真实信号的小波系数。利用信号小波系数的估计值来重构信号，便得到降噪信号。通过仿真试验和汽车驱动桥主减速器故障诊断实例分别对此算法进行分析和验证，结果表明，该算法均具有良好的降噪效果，可以有效地对主减速器中齿轮故障信号进行降噪。

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少自由度并联机构真实运动分析

韩书葵;方跃法;郭盛

. 2009, 45(9): 58-63.

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利用螺旋理论分析组成少自由度并联机构的转动副轴线和移动副轴线之间的几何关系，根据运动副轴线之间的关系，分析由于加工、安装等原因造成的机构运动副轴线可能存在的误差形式。给出当机器人存在不相交误差和不平行误差时，少自由度机器人的各分支对于机器人的动平台的约束形式，以及存在这些约束下，少自由度并联机器人可能实现的运动形式。对具有相同分支的少自由度并联机器人建立误差模型。给出机器人动平台的真实运动模型，试验验证了前面分析的正确性。

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以旋转电弧为传感器的移动机器人角焊缝跟踪

高延峰;张华;毛志伟

. 2009, 45(9): 64-71.

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研究以旋转电弧作为传感器，采用轮式移动机器人对具有直角转弯的角焊缝进行跟踪焊接的控制方法。采用分段控制的方法设计控制器对水平滑块进行控制，以实现直线段焊缝的跟踪。该控制器在大偏差时采用比例控制，在小偏差时采用参数自调整模糊控制，并利用免疫反馈规律对比例因子进行修正，实现了直线焊缝、小曲率焊缝和小折角焊缝的跟踪。分析直角转角处焊缝跟踪时机器人的运动学模型，并利用旋转电弧传感器检测到的焊枪倾角信息检测直角拐点，利用超声波传感器检测前方焊缝位置，设计控制器对车轮和水平滑块进行协调控制。最后，通过实际焊接试验证明了该方法的有效性。

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基于旋量理论和Paden-Kahan子问题的6自由度机器人逆解算法

钱东海;王新峰;赵伟;崔泽

. 2009, 45(9): 72-76.

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机器人逆解中运动学模型的建立主要采用Denavit-Hartenberg(D-H)参数法和旋量法。D-H参数法相对成熟，在机器人运动学分析中得到广泛应用。旋量法实际应用相对较少，但旋量法中机器人各连杆坐标系相对于底座建立，具有明确的几何意义。基于旋量法建立起的机器人运动学模型，其逆解常采用Paden-Kahan子问题方法加以求解，单纯的Paden-Kahan子问题法只能解决低自由度机器人的逆解。针对后三个关节相交于一点的6自由度关节机器人，基于旋量理论建立起机器人运动学模型，利用经典消元理论和Paden-Kahan子问题相结合的方法，提出一种机器人运动学逆解算法，并给出此类机器人运动学逆解的显式求解结果。以库卡KR-150机器人为例，利用该算法进行运动学逆解，验证了算法的正确性。

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不平地面上Mecanum轮全方位系统运动学通用模型

王一治;钱晋武;常德功

. 2009, 45(9): 77-81.

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Mecanum轮运动系统无需转向轮能实现平面上全方位运动。具有特殊结构的Mecanum 轮全方位系统运行在不平地面上时，轮与地面接触状态是变化的，机体与地面不平度的耦合，使机体存在除平面运动外的附加姿态角运动，因此建立在平面上的三维运动学模型不能描述其运动学特征。为使系统能在具有局部不平度的结构化环境中运行，必须建立在不平地面条件下Mecanum轮系统的运动学模型。通过分类分析轮与地面的接触状态与接触图形，用矢量变换结合笛卡儿坐标变换方法分析给出Mecanum全方位系统在不平地面上运动的六维运动学模型，并分析系统在不平地面上实现全方位行走的条件。分析指出，该六维运动模型既适用于不平地面，也适用于平坦平面，因此该六维运动学模型是一种通用运动模型。

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双流道泵内非定常流动数值模拟及粒子图像测速测量

赵斌娟;袁寿其;刘厚林;黄忠富;刘栋

. 2009, 45(9): 82-88.

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为探讨双流道泵内部的非定常流动机理，采用Fluent软件，基于滑移网格技术、湍流模型计算了一双流道泵在不同工况下的内部流动，并将计算结果与粒子图像测速仪(Particle image velocimeter, PIV)实测结果进行比较。结果表明：计算所得双流道泵内部流场符合叶轮机械内部流动的一般规律，且与PIV实测结果总体变化趋势一致；由于双流道泵结构特殊，其进口处的流动状态与普通叶轮相差较大，出口处的流动状态与普通叶轮类似；叶轮进口处，流体基本沿流道吸力面流动，流道工作面上的相对速度很小，存在严重的脱流和旋涡；叶轮出口处，压力面和吸力面的速度趋于相等，射流—尾迹现象并不明显；由于叶轮—蜗壳动静干涉，两个叶轮流道内的静压分布有所不同；同一流道内，静压随着半径的增加而逐步增大，压力面侧静压大于吸力面侧；蜗壳流道内静压随半径增大，最大静压值在隔舌处。此项研究不仅加深了人们对双流道泵内非定常流动图画的理解，从而进一步完善双流道泵设计方法，同时也可为其他类型泵的内流研究提供借鉴。

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动态流量软测量中BP算法平坦区问题

唐勇;马卉宇;王益群

. 2009, 45(9): 89-92.

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传统的流量测量是采用物理流量计进行测量，物理流量计具有价格昂贵，不易维修的缺点。采用神经网络技术对流量进行动态测量不仅可以降低价格，更有易于维修的优点，在液压技术中有十分重要的意义。目前使用比较广泛的神经网络BP算法存在易陷入局部极小点、收敛速度慢的难题，而收敛速度慢有一部分原因是由于存在平坦区而产生的。针对BP算法收敛速度慢以及陷入平坦区难以逃离的难题，提出了附加奇数的动量BP算法。算法首先用公式求出权值修正的初始值，而后使用增加幂指数的梯度下降函数将权值修正函数值根据误差反馈值作动态改正，使之在遇到平坦区时增大梯度下降步伐，及时跳出平坦区。同时，通过降低计算量来提高计算速度、节省计算时间，加快收敛速度。通过理论证明了算法的正确性。试验结果表明，附加奇数的动量BP算法在保证网络较高的收敛率、达到训练精度的情况下，比传统的动量BP算法节省了9.65%的时间，训练步数也减少了31.13%，更加适合动态流量软测量中网络训练的实时性要求。

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挖泥船泥浆管道输送工况点的在线动态优化方法

闭治跃;王庆丰;唐建中

. 2009, 45(9): 93-99.

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分析挖泥船泥浆管道输送系统的构成、特性以及边界约束条件。提出一种以比能耗为优化目标的泥浆管道输送工况点在线动态优化方法。既克服以产量最大化为优化目标时能耗过高、效率偏低的弊病，又很好地解决现有离线静态优化方法不适合应用到泥浆管道输送过程中进行工况点连续优化的问题。提出的工况点在线优化方法以实时检测的系统过程参数为基础，利用模糊决策方法进行工况点优化，不依赖于对系统设备特性的准确描述，特别适合于疏浚施工过程中土质和系统特性不断发生变化的场合应用。在浙江临海疏浚施工现场对所提出的方法和传统的手动疏浚作业方法进行对比试验，试验结果证明了该优化方法的有效性，不但提高了疏浚产量，而且减少了泥浆流速和浓度的波动，降低比能耗，提高泥浆管道输送系统的效率。

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可控磁流变阻尼器滞环模型的比较

王皖君;应亮;王恩荣

. 2009, 45(9): 100-108.

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磁流变阻尼器(Magneto-rheological damper, MRD)在结构振动半主动控制领域具有广泛的应用前景，半主动控制器设计和控制分析需要建立精确、简洁、通用的滞环阻尼力—速度(F-v)模型。在多组不同激励幅度、频率和控制电流下对MRD进行性能测试，在激励性质和控制电流变化时，MRD的输出阻尼力具有强滞环非线性特性和电流控制与滞环算子相分离的特性。针对非线性滞环双粘滞模型、现象模型、S型滞环模型和基于Sigmoid函数的通用滞环模型的优点与不足，提出MRD电流控制与滞环特性相分离的一般化模型，易于求解逆模型且有利于基于模型的高级控制器设计。引用已提出的基于Sigmoid函数的电流控制函数对典型模型进行修正，使其能准确适应控制电流的变化，并根据测试数据用最小二乘法辨识各修正模型的参数，在不同控制电流和激励性质下，将各修正模型的计算结果与测试结果进行比较，结果表明，各类修正模型均具有较高的准确性。

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透平叶栅自动气动优化设计方法

宋立明;罗常;李军;丰镇平

. 2009, 45(9): 109-113.

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为提高叶栅的气动性能，提出基于能量法的叶栅自动设计参数化方法，结合自适应差分进化算法和Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程求解技术，提出适用于透平叶栅气动优化设计的自动气动优化算法。以总压恢复系数最高为目标函数，在满足流量和出口气流角约束条件下，利用提出的气动优化算法对一小展弦比后加载叶栅进行了自动气动优化设计。优化后，叶栅的总压恢复系数提高了0.7%，叶栅的气动性能明显提高。优化结果表明该算法具有良好的优化性能和应用前景。

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精益生产系统运作优化模型及求解方法

王志国;唐任仲;白翱;余式汪

. 2009, 45(9): 114-119.

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针对传统生产方式的不足和精益生产的要求，在分析精益生产系统运作的基础上，提出将精益生产的运作优化问题抽象为具体的大系统多目标规划问题。以车间制造元素的工作量作为决策变量，以产量、质量、成本、交货期等指标为动态约束条件构建优化运作模型。在模型中引入目标函数优先级及优先权因子，以反映多个相互矛盾目标的重要程度，可以根据实际问题的动态属性确定系统的最佳运作目标需求。为解决精益生产系统运作优化的动态性、多目标、多阶段性，给出一种采用“串式调优法”求解模型的算法。将精益生产系统运作优化模型简化为产能优化、时间优化以及平衡协调等子模型，应用“串式调优法”分别对子模型求解，结合浙江省某电能表装配生产线进行情况，将优化模型和求解算法通过Witness 仿真验证，仿真结果表明了模型的合理性和求解算法的准确性、高效性。

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重型数控立车工作台静压计算

赵明;黄正东;王书亭;陈立平

. 2009, 45(9): 120-125.

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采用预载恒流静压导轨的重型数控立车的工作台由于承载大，静压计算时必须考虑结构变形对油膜厚度的影响，因此该计算问题为静压－结构耦合问题，通常采用迭代方法求解。工作台主轴z向自由情况下，用有限元法求解工作台变形时，如何处理工作台主轴孔处的z向约束是静压求解的关键，目前有关文献对此问题的处理方法存在问题。为解决此问题，提出一种计算刚性位移的方法；即认为油腔的油膜厚度为工作台的刚性位移与工作台导轨在该油腔封油边处的z向平均变形的代数和，该刚性位移值可通过包含油腔静压力的z向受力平衡条件求出。对直接采用不动点迭代方法求解此耦合问题的发散特点进行分析，提出新的校正改进法，用于静压迭代计算，无论工作台主轴z向有无约束均可使用，还可考虑包括切削力在内的外载。采用新方法进行3个工况的静压求解迭代计算，均稳定收敛到指定的精度，验证了新方法的有效性和稳定性。

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印制电路板拆解技术与拆解工艺综述

杨继平;向东;高鹏;汪劲松;段广洪;杨继荣

. 2009, 45(9): 126-135.

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综述了电路板拆解单元技术、工艺和设备等方面的研究现状与进展。按照电路板拆解的过程顺序，分别从元器件的识别与定位、电路板解焊技术、拆解施力方式、元器件与焊锡的分离、收集与分类等5项单元技术方面描述了近年来的技术现状与发展；在分析各种拆解工艺和设备的基础上，根据拆解目的和拆解方法的不同，分选择性拆解工艺与设备、面向材料回收的同时性拆解工艺与设备、面向元器件功能重用的同时性拆解工艺与设备、混合拆解工艺与设备等4个方面对当前的各种拆解工艺和设备进行了综合与分类。最后指出，电路板拆解在采用新方法的拆解单元技术、电路板拆解机理分析、更加经济实用、环保、快速的拆解工艺和装备等方面有待进一步研究与开发。

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通用刀具扫描体的快速造型

徐芝琦;陈志杨;叶修梓;张引;张三元

. 2009, 45(9): 136-143.

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以实体造型仿真和工程应用为目的，以包络理论为理论基础，结合离散造型法和实体造型法这两种造型方法的优点，提出刀具扫描体快速造型的新方法。该方法主要由四个有序部分组成：第一部分是对刀具进行离散采样的预处理；第二部分是刀具上的离散采样点沿着扫描路径运动，生成扫描元曲线；第三部分是利用在扫描路径上建立起来的若干截平面与扫描元曲线相交后得到的交点集，构造平面网格，求解出平面网格的外轮廓顶点后将其分组，分别进行曲线拟合后再组合成刀具扫描体的包络曲线；第四部分则是通过这些包络曲线进行放样，构建刀具扫描体的包络曲面，最终完成刀具扫描体的完整构造。与现有方法相比，该方法能快速有效地对刀具扫描体进行造型，在减少计算量的同时保证了造型的准确性，因而具有广泛的应用价值。

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双头单螺杆泵短幅内摆线线型仿真优化技术

任彬;张树有

. 2009, 45(9): 144-151.

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在单螺杆泵转子和定子是刚性接触的假设前提下，以短幅内摆线线型理论为基础，建立多元变量多目标函数的双头单螺杆泵短幅内摆线线型优化的数学模型。利用数值积分法对目标函数的复杂积分进行处理，求出变幅系数k在不同取值范围内的复杂积分拟合方程，确定约束条件，简化了线型优化的数学模型。采用复合形法对该数学模型进行优化，可计算出优化范围内各点的几何参数。结果显示，当变幅系数k=0.5、等距线半径趋于无穷大时线型结果最好。将优化结果应用在双头单螺杆泵的线型设计中，计算出线型各点绕中心做螺旋运动时空间位置坐标，利用OpenGL技术建立双头单螺杆泵短幅内摆线线型的参数化运动仿真模型，实现优化设计与运动仿真相结合，为多头单螺杆泵线型理论的深入研究提供一个可视化的操作平台。

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一种4自由度冗余并联机床的控制

孔德庆;吴军;李铁民;张洪波

. 2009, 45(9): 152-157.

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在一台非冗余4自由度并联机床上添加一条具有主动驱动的冗余支链，构造4自由度驱动冗余并联机床，研究其控制策略。基于相应的非冗余并联机床的位置控制，对冗余机床的冗余支链采用力控制方式以控制冗余支链的内力，其他运动支链采用位置控制以保证机床的运动精度。在推导出控制系统传递函数的基础上，分别分析控制系统的稳定性、抗干扰能力和响应性能。最后将位置/力控制方式集成到冗余机床的数控系统中，并进行试验研究。通过机床沿圆形轨迹运动的轮廓误差试验证明此控制方式可以保证冗余并联机床和对应的非冗余机床具有相似的轮廓误差，而且冗余支链减小了非冗余伸缩支链中的间隙，从而证明了冗余支链力控制工程的有效性和可行性。

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自由曲面五轴加工刀轴矢量的运动学优化方法

罗明;吴宝海;李山;张定华

. 2009, 45(9): 158-163.

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针对五轴加工中刀轴矢量变化过大导致加工误差较大和破坏零件表面加工质量的问题，提出采用运动学方法优化刀轴矢量。建立机床的运动学约束条件，并由此确定机床转动角速度可达区域作为刀轴矢量优化的约束条件。针对选定结构的机床，结合平底刀加工不发生过切的充要条件和被加工曲面沿行距方向的法曲率，给出初始后跟角的自动计算方法，并指出机床转动角度的变化相对于后跟角的变化是单调的。在得出切触点无干涉区域与机床转动角速度可达区域的基础上，从两个区域的交集中选取优化的刀轴矢量。如果两个区域的交集为空，则调整该点之前切触点的刀轴，从而使交集不为空。算例分析表明，所提出的运动学优化方法合理可行，能够使刀轴矢量变化均匀，充分发挥机床的性能。

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摆线轮轮廓高速周铣工艺系统的弹性铣削力预测方法

戚厚军;张大卫;蔡玉俊;阎兵

. 2009, 45(9): 164-172.

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为了提高高速铣削过程中复杂薄壁结构件的加工精度，针对高速铣削摆线轮轮廓的工艺特点，建立摆线轮刚性轮缘和弹性轮缘的铣削力模型。该模型基于弯扭耦合弹性力学理论，建立薄壁轮缘的铣削变形模型；并结合周铣摆线轮轮廓时曲率沿路径连续变化的特点，基于工件—刀具的铣削变形，建立工艺几何模型；在此基础上推导出切削啮合角和瞬时切削厚度的表达式，采用改进的Newton-Raphson迭代算法，仿真出铣削摆线轮轮廓的铣削力。研究表明工件和刀具共同引起的径向综合变形是工艺系统变形的主要因素，并引起铣削力的变化；随着轮廓形状呈现周期性的变化，对应于摆线轮轮廓上的每齿进给量也呈现周期性的变化，使得铣削力呈现周期性变化。最后，经铣削试验验证，实测结果和仿真结果具有较好的一致性。

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基于预定啮合特性的点啮合齿轮的CNC制造技术研究

周凯红;唐进元;曾韬

. 2009, 45(9): 173-182.

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针对当前螺旋锥齿轮技术不能充分利用数控机床的万能运动功能，保证点啮合齿面在整个传动过程中获得预定的啮合特性这一不足，论述经典齿轮啮合模型的一个反问题的数值解法：由给定加工刀具和加工目标齿面的几何结构确定加工刀具相对工件运动的齿面啮合问题的数值逼近方法——曲面的包络逼近原理。提出一种在Free-form型五轴联动数控机床上按预定齿面结构要求加工点啮合齿面的新方法，与以往介绍的加工方法不同，新方法加工的齿面与加工目标齿面沿预定的接触迹线具有二阶切触，完全满足设计所要求的预定的点啮合齿面的啮合特性，而在齿面的其他区域，该方法展成的齿面能以最小偏差逼近加工目标齿面。最后，以一个实例说明所提出方法的可行性和精确性。

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一种超声深滚与滚光一体化抗疲劳制造技术

朱有利;李礼;王侃;黄元林

. 2009, 45(9): 183-186.

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采用一种超声深滚与滚光一体化的抗疲劳制造技术对钛合金疲劳试件进行表面强化处理。对经处理和未经处理的疲劳试件进行旋转弯曲疲劳试验。对疲劳试验后的试件断口进行扫描电镜观察分析。结果表明，超声深滚强化可以大幅提高钛合金试件的疲劳强度。强化后的试件表面形成一个组织致密层，起到抑制疲劳裂纹萌生和扩展的作用。对疲劳条纹的对比分析表明，超声深滚处理后的试件断口疲劳条纹明显细密化。

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发动机叶片电解加工变间隙阴极修正法

徐正扬;朱荻;朱栋

. 2009, 45(9): 187-192.

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为了提高叶片电解加工的精度，提出变间隙阴极修正方法，建立该方法数学模型，分析加工间隙与阴极修正量的对应关系，通过在型面误差中代入间隙补偿量来修正阴极。提出阴极沿型线修正量的计算公式和插值逼近的试验方法。结合自行研制的新型叶片电解加工机床，进行了叶片电解加工阴极修正的试验，通过变间隙修正方法修改阴极。试验过程中阴极经过3次计算机修正，可使叶片电解加工精度提高到0.05 mm，表明该阴极修正方法合理有效，数学模型与试验情况吻合。

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车轮磨耗计算模型及其数值方法

李霞;金学松;胡东

. 2009, 45(9): 193-200.

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综述国内外车轮磨耗理论模型及其数值方法，提出基于车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和材料摩擦磨耗模型为一体的车轮磨损计算模型, 并发展相应的数值方法。模型中车辆结构和钢轨下部结构被简化成等效质量、弹簧和阻尼系统, 而钢轨用Euler 梁代替, 并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形。利用修改的KALKER三维弹性体非Hertz 滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和滑动量等参量；根据Archard材料磨损模型计算车轮的磨耗深度。利用该模型和相应的数值方法分析不同曲线半径情况下车轮的磨损情况，结果表明该模型可以较好地模拟车轮磨损的演化过程。给出列车通过曲线半径为350 m时车轮的磨损情况。数值结果表明，每个转向架下前轮对比后轮对磨耗严重，外轨上的车轮比内轨上的车轮磨耗严重。

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基于代理模型的变复杂度方法在板料成形优化中的应用

孙光永;李光耀;龚志辉

. 2009, 45(9): 201-209.

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板料成形优化中存在一些缺陷问题，如一步法与优化算法相结合时精度低、增量法与优化算法直接结合时效率低以及通过传统构造代理模型的方法构造高精度的代理模型时需要大量增量法模拟结果。为了充分发挥一步法和增量法各自的优点，提出采用变复杂度方法通过较少次数的试验样本点数据先在一步法和增量法间建立一个差值补偿响应面模型。通过一步法和差值补偿响应面模型构造新的试验样本点，在新构样本点和原有用增量法计算的样本点数据基础上建立移动最小二乘法代理模型，建立的移动最小二乘法代理模型精度和效率都较高。利用粒子群优化算法对移动最小二乘法代理模型进行优化求解。将该方法应用到了汽车某内板的成形性优化中，优化的结果显著地提高了板料的成形性。算例表明，该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。

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微型电动车车架结构优化设计方法

扶原放;金达锋;乔蔚炜

. 2009, 45(9): 210-213.

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为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻重量，将可靠性理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用，给出多工况条件下拓扑优化结果，建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构，基于结构可靠性和有限元法对新设计车架的结构参数进行了可靠性优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明，该车架设计合理，说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性，为结构优化设计提供一种思路。

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CVT混合动力汽车再生制动系统仿真

邓涛;孙冬野;秦大同;林志煌

. 2009, 45(9): 214-220.

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根据试验获取的镍氢电池快速充电特性和集成启动电机(Integrated starter/generator，ISG)发电特性，分析电动机发电效率与电池充电效率的变化规律，得到在不同输入条件下电池电动机联合效率曲线图，从而确定电池电动机联合高效优化工作线。基于此优化工作线，制定CVT速比控制策略及再生制动控制策略，并建立整车再生制动系统模型，在典型城市驱动循环工况下进行仿真分析与试验验证。结果表明，提出的基于电池电动机联合高效工作比基于电动机单独高效工作的CVT控制策略能进一步提高再生制动能量回收率。

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汽车空气弹簧橡胶气囊的结构分析方法

袁春元;周孔亢;吴琳琪;安登峰;王国林

. 2009, 45(9): 221-225.

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为研究一套汽车空气弹簧橡胶气囊的结构分析方法，对橡胶气囊几何模型进行了简化，进而以薄膜理论、网格理论以及层合板理论为理论依据，推导出橡胶气囊薄膜内力、应力、应变、帘线力和变形位移等计算公式。为橡胶气囊的结构分析和强度校核奠定了理论基础。为检验所提出的结构分析方法的精确度和有效性，以一汽车悬架用空气弹簧为实例，计算其变形和帘线力。为了进行比较，还对该空气弹簧结构建立了三维有限元模型，并用非线性有限元软件ABAQUS进行有限元数值分析。这两种方法的计算结果综合比较表明，所提出的结构分析方法不仅预测结果精确，而且大大节省计算量。

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部分输入非持续激励下车辆模型系统辨识

袁明;李松波;张建武

. 2009, 45(9): 226-232.

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车速和转向盘转角是用于操纵稳定性研究的车辆模型的两个输入，但是在单次试验中两个输入难以同时作为持续激励输入，由此导致了部分输入非持续激励条件下所得到的辨识模型不完整。为了解决这一问题，通过对一组蛇行试验进行不同模型结构的系统辨识，分析以车速为非持续激励输入下车辆系统模型的结构特征，提出基于Wiener模型的非线性辨识模型结构。这一模型结构包括以转向盘转角为单输入的线性辨识模型以及以车速作为变量的非线性函数。基于子空间方法获得最低试验车速下的线性辨识模型，对不同车速下的蛇行试验数据进行相关分析，获得线性系统输出残差与车速之间的关系，使用最小二乘的方法拟合出非线性函数，从而最终形成统一的非线性辨识模型。经过实车试验验证，非线性辨识模型可以适用于不同车速下的操纵稳定性研究，其精度满足使用要求。而由于辨识建模所使用的试验均为国家标准试验，使得这一方法具有了良好的工程应用价值。

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基于双U形激励的交流电磁场检测缺陷可视化技术

李伟;陈国明

. 2009, 45(9): 233-237.

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为了满足交流电磁场检测(ACFM)技术缺陷可视化的需要，引入一种双U形正交激励阵列，在工件表面感应出旋转电磁场，有效地避免了缺陷方向对检测的影响，为缺陷可视化提供充足的信号数据；在此基础上，提出缺陷截面形状轮廓和表面形状轮廓的可视化方法，有限元仿真分析结果显示该方法对缺陷形状的反演平均相对误差不超过10%；利用实验室建立的ACFM正交U形激励阵列试验系统对该可视化方法进行了验证试验，结果表明该方法简便可行，缺陷形状反演精度高，能够有效地实现ACFM的缺陷可视化检测。

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基于微机电系统的振动能量采集器件设计分析

李林;郭隐彪;陈旭远

. 2009, 45(9): 238-242.

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微能量采集器中电容式采集器易与IC工艺集成，目前已知的传统电容式微能量采集器都需要外加电压，这在很大程度上限制电容式微能量采集器的实际使用。针对该问题，基于微机电系统工艺，提出功函数原理电容式微能量采集器，给出采用两种不同金属作为电容极板电极的采集器原理模型设计，并建立相应系统数学模型，计算大致悬臂梁长度的设置与范围，使用有限元模拟软件ANSYS进行进一步分析与优化设计。在此理论基础上设计出的新型振动能量采集器，可克服传统电容式微能量采集器需要外界提供电源这一缺点。

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最小外接球法球度误差评价与实现

刘飞;彭晓南

. 2009, 45(9): 243-248.

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针对直角坐标系下球体形状的误差评价，介绍一种利用最小外接球法评价球度误差的计算方法。建立基于直角坐标系下的球度误差三维评测模型，并研究外接球体几何曲面关系，得出了利用弦线截交关系快速评价球度误差的理论。利用弦线截交关系构建最小外接球法球度误差评价的“2+1”、“3+1”、“4+1”评价模式统一体，通过两次截交产生的虚拟中心定位，可以准确确定评价点的位置，达到了快速、精确利用最小外接球法评价球度误差的目的。通过分析表明，基于弦线截交关系的最小外接球球度误差评价方法计算效率高、易于实现且具有较高的评定精度，也为球度误差评价提供一种新的方法和思路。

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充氢对多孔TC4钛合金室温组织的影响

郭青苗;侯红亮;任学平

. 2009, 45(9): 249-254.

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利用管式氢处理炉，采取固态气相渗氢法对多孔TC4钛合金进行充氢试验。采用光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜等手段，研究相对密度、充氢温度和充氢时间对多孔TC4钛合金的相组成及微观组织的影响。研究结果表明，随氢质量分数的增加，多孔TC4钛合金的α相逐渐减少，β相逐渐增多，并形成δ氢化物；充氢温度达到某一临界温度时，一定量的氢可诱发多孔TC4钛合金的马氏体转变，生成α'马氏体；充氢后多孔TC4钛合金由原始等轴组织转变为针状和片层状的细小组织，当充氢温度较高氢质量分数较高时，出现片层状α'马氏体组织，当充氢温度较低氢质量分数较高时则出现网篮状α片层组织。充氢多孔TC4钛合金的微观组织与氢质量分数相当的TC4钛合金粉末相比整体要细小。

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板带轧机板形控制倾辊弯辊神经模糊PID模型

单修迎;贾春玉;刘宏民

. 2009, 45(9): 255-260.

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板形是板带轧制的重要质量指标，倾辊和弯辊是板形控制的重要手段。目前常规的PID控制算法被广泛应用到板带轧机倾辊和弯辊板形控制系统中，但由于实际系统随机干扰严重，具有多变量、非线性、强耦合的特征，难以建立较为准确的数学模型，常规的PID控制算法很难满足板形高精度控制的要求。为能提高倾辊和弯辊板形控制系统的性能，在常规PID控制算法的基础上，建立基于神经网络的模糊PID倾辊弯辊板形控制模型，通过神经网络的自学习能力和模糊控制的“概念”抽象能力的有机结合寻找一个最佳的P、I、D非线性组合控制律，增强对控制环境变化的适应能力和自学习能力。仿真试验结果表明，该模型能很好地跟踪板形的目标设定值，响应快，超调小，鲁棒性强，可提高倾辊和弯辊对板形的控制精度，为板形高精度控制提供了一种新方法。

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电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

刘豪;尚德广;马新平;孙国芹;李德胜

. 2009, 45(9): 261-265.

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利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行，采用载荷控制、脉动循环加载，载荷频率为20 Hz，得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线，根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测，预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内，预测结果较好地符合试验结果。试验表明，取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的，局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测，宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。

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全熔透钨极惰性气体保护电弧焊熔池流动与传热动态过程的数值分析

赵明;武传松;孙永兴

. 2009, 45(9): 266-271.

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针对原有钨极惰性气体保护电弧焊熔池形态模型存在的问题，采用液体分数法处理了固液相变潜热，利用完备的熔池表面变形方程组描述了熔透熔池上、下表面变形方程的耦合作用，进一步提高了熔池形状尺寸与熔池表面变形的数值计算精度。在此基础上，对全熔透GTAW焊接熔池中的流体流动与传热过程和熔池形状的动态变化过程进行了数值模拟，展示了熔池形态的瞬时演变特性。

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镁及镁合金阻尼特性的机理研究

米林;田铁;毛星子;谭伟

. 2009, 45(9): 272-278.

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基于金属力学性质的微观理论，结合合金元素影响镁合金晶粒性质的分析结果，重点研究镁及镁合金晶体在振动变形过程中的阻尼特性机理，通过对阻尼特性机理的理论推导和试验验证，表明：其在宏观屈服前，随应变振幅增大，阻尼机理依次为位错弹性变形时的共振型阻尼、位错脱钉扎(滑移增殖)时、位错线相互纠结钉扎时和滑移带出现时的静滞后型阻尼四个机理阶段；杂质或合金元素的质量分数及分布影响位错源的数量及其平衡状态，进而影响各阶段的阻尼性能并决定各阻尼机理阶段的特征参数值。该研究为设计和制备高阻尼镁合金材料提供了理论基础。

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基于蠕变模型细间距器件焊点疲劳寿命预测

张亮;薛松柏;卢方焱;韩宗杰;禹胜林;赖忠民

. 2009, 45(9): 279-284.

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基于Garofalo-Arrheninus模型，采用有限元软件Marc模拟焊点温度场、应力—应变场和变形情况，借助修正C-M方程计算焊点的疲劳寿命。研究结果发现，器件相应材料中，只有印刷电路板内部温度场分布不均匀，这是材料热传导系数过小所导致的。发现应力集中的区域出现在焊根、焊趾以及引线和焊点交界处，基于Marc软件和基于Ansys软件模拟的结果一致，并和实际情况良好吻合。时间历程蠕变和塑性应变出现明显的累积迭加的趋势，两者共同作用导致焊点破坏，致使器件失效。在温度循环加载的过程中，整个器件一直处于拉应力的状态。基于修正C-M方程计算出焊点的疲劳寿命为665.7周次，和试验结果基本吻合。

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一种新的多轴疲劳寿命预测方法

李静;孙强;李春旺;乔艳江;张忠平

. 2009, 45(9): 285-290.

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已有的试验结果表明，非比例加载过程中主应变轴在循环变形中连续旋转，导致多滑移系开动，阻碍了材料内部形成稳定的位错结构，从而产生非比例循环附加强化现象，导致疲劳寿命降低。由此，以薄壁圆管拉扭疲劳试件为研究对象，在分析临界面上的应变变化特性的基础上，基于多轴疲劳临界损伤面原理，应用von-Mises准则提出一种能够同时适用于比例与非比例加载的多轴疲劳损伤参量，并进行了平均应力修正。新的损伤参量，在考虑了临界面上最大剪应变范围和正应变范围对多轴疲劳损伤贡献不同的同时，还考虑了非比例加载下产生的附加强化对材料多轴疲劳寿命的影响。该参量不含有材料常数，便于工程应用。经正火45钢，S460N 钢，1045HR钢，高温Haynes 188合金，高温GH4169合金五种材料的多轴疲劳试验验证，预测结果与试验结果吻合较好。

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机械应力消除法对焊接残余应力的影响

徐济进;陈立功;倪纯珍

. 2009, 45(9): 291-295.

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大直径全焊接阀体球阀制造的最后一道工序是焊接，由于采用橡胶圈密封，为防止密封圈的损坏，导致密封性能降低，焊后不能采用焊后热处理消除焊接残余应力。为了控制阀体焊接残余应力，选择机械应力消除法，建立阀体机械应力消除法的加载压力与时间的关系曲线，采用有限元分析和试验相结合的方法，研究机械应力消除法对焊接残余应力的影响。机械应力消除法前后采用盲孔法测量阀体外表面的残余应力。结果表明，采用二维轴对称有限元法可以模拟机械应力消除法过程，机械应力消除法可以降低阀体外表面轴向应力和环向应力的峰值，使残余应力分布更加均匀，可以作为焊后热处理的替代工艺。

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综合控制焊接变形和防止热裂纹的新方法——双向预置应力法

周广涛;刘雪松;杨建国;路浩;方洪渊

. 2009, 45(9): 296-300.

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提出一种既可控制薄板焊接变形又可防止焊接热裂纹产生的随焊同步进行的双向预置应力法，阐明该方法的基本原理并对该法防止高强铝合金LY12薄板焊接热裂纹和控制其焊后变形的有效性进行研究。在自行研制的预置应力设备上进行试验验证。双向预置应力下焊接试验结果表明，采用这一新方法可以有效地控制高强铝合金LY12的焊接变形及焊接热裂纹的产生。

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微细通道内液氮流动沸腾的流型特性

付鑫;黄禹;张鹏;齐守良;王如竹

. 2009, 45(9): 301-306.

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采用高速摄像，得到内径为1.931 mm、1.042 mm、0.531 mm的竖直上升圆管内液氮流动沸腾的主要流型为泡状流、弹状流、搅拌流和环状流；并且在1.042 mm、0.531 mm管内发现受限气泡流。并绘制流型图，分析表面张力，压力和管径对流型转变的影响。表面张力是影响流型转变的重要物性参数，相对于空气—水的流型图，对应的弹状流/搅拌流，搅拌流/环状流流型转变线向较低的气体表观速度方向移动；而泡状流/弹状流的转变线向较高的气体表观速度方向移动。压力越高，相应的流型转变曲线向较低的气体表观速度方向移动。管径对流型转变有重要影响，随着管径的减小，相应的流型转变线向较低的气体表观速度方向移动。试验结果与通用的流型转变理论模型作比较，发现理论模型的预测结果与试验结果相差较大。

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二氧化碳逆循环中气体冷却器的传热窄点分布

涂岱兴;赵力;王建立;王晓东

. 2009, 45(9): 307-311.

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为了揭示二氧化碳逆循环气体冷却器中的传热窄点分布特征，探明二氧化碳和换热流体间温差的沿程变化规律，以及如何防止传热窄点的产生进行相应的理论分析。建立二氧化碳的冷却换热模型，明确冷却过程中传热窄点产生的条件，并利用状态方程得到不同压力下二氧化碳温度与焓值的对应关系，分段计算焓随温度的变化率进而得到多种压力下发生传热窄点现象的机率。根据换热器的最小传热温差，确定不同压力下进出气体冷却器的换热流体的物性参数和窄点分布规律。在气体冷却过程中，传热窄点的位置随压力的增加而逐步向换热后程移动；换热流体在气体冷却器出口的温度随二氧化碳压力的升高呈现先降低再升高的趋势。此外，还给出6种压力下避免发生传热窄点现象的换热流体温差控制范围，为合理选择二氧化碳逆循环工况提供理论依据。

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前缘凸脊倾斜气膜冷却效果

杨成凤;张靖周;陈利强

. 2009, 45(9): 312-316.

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为了研究前缘凸脊结构对气膜冷却的影响规律，设计3种不同堵塞比的凸脊模型，研究气膜冷却效率随吹风比、堵塞比的变化规律，并运用数值模拟方法分析再附区域的流场分布。研究结果表明，与典型的圆柱形气膜孔相比，前缘凸脊的存在可以使气膜冷却效率提高130%以上；前缘凸脊在大吹风比下的作用更加明显；堵塞比B为0.21时气膜冷却效率最高；数值模拟结果与试验结果吻合得较好；在特定范围内，吹风比的增大或凸脊堵塞比的增大有利于提高气膜再附区域的展向覆盖，进而提高气膜冷却效率。

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2009年, 第45卷, 第9期　
刊出日期：2009-09-15

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