2010年, 第46卷, 第16期　
刊出日期：2010-08-20

  

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论文
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  轮轨多点接触计算新方法曲线通过验证

  任尊松;金学松

  . 2010, 46(16): 1-7.

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  建立包含多点接触轮对振动方程的车辆—轨道系统动力学模型，对轮轨多点接触计算和判定新方法—迹线极值法进行车辆曲线通过验证，给出曲线通过接触点在车轮踏面上位置、轮轨接触点数和轮轨法向力。结果表明，迹线极值法能够解决轮轨多点接触问题并获得准确的轮轨多点接触几何参数和系统振动特性；当发生轮缘根部和轮缘两点接触时，采用多点接触方法得到的结果比采用单点接触方法得到的结果更为合理可信，当不发生轮缘根部和轮缘两点同时接触时，多点接触法与单点接触法得到的结果几乎完全一致；与新用车轮踏面相比，测试得到的磨耗后车轮踏面在其名义直径位置凹陷区域附近容易形成踏面两点接触。证实了轮轨多点接触新方法的正确性和有效性。
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  不同轮轨粗糙度激励下辐板安装式刹车盘对地铁车轮声辐射特性的影响

  王超;肖新标;金学松;房建英

  . 2010, 46(16): 8-15.

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  研究在不同轮轨联合粗糙度激励下，辐板安装式刹车盘对地铁车轮声辐射特性的影响。在数值计算中，首先根据地铁车轮的实际尺寸建立其三维实体有限元模型，基于分块兰索斯法计算其固有频率特性，基于模态叠加法计算车轮有无辐板安装式刹车盘时在轮轨名义接触点处四种典型轮轨联合粗糙度激励下的动态响应。然后由其振动结果，生成声学网格的速度边界条件，利用声学边界元法计算车轮的声辐射特征。讨论并比较在各种不同轮轨联合粗糙度激励下，在车轮显著共振峰处，辐板安装式刹车盘对车轮辐板轴向振动和车轮辐射声功率的影响。并结合辐射声场云图、声辐射指向性图，讨论辐板安装式刹车盘对车轮轴向辐射声场指向性的影响。结果表明，原车轮声辐射主要来自车轮辐板轴向贡献；在不同轮轨联合粗糙度激励下，刹车盘均能很好地抑制辐板的轴向振动并起到辐板声屏障的作用，从而对车轮的直线滚动噪声有良好的抑制作用。
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  铁路凹底平车凹底架动态响应及其疲劳强度

  谢基龙;张燕;谢云叶

  . 2010, 46(16): 16-22.

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  将有限元分析方法与多体系统动力学理论有机地结合在一起，应用于凹底平车多体系统的动态响应分析、凹底架的弹性振动分析和疲劳强度研究中。在进行轮轨接触、轨道谱以及车辆系统非线性因素等的计算、模拟基础上，基于有限元分析软件ANSYS，采用超单元法建立凹底架弹性体动力学方程。把有限元分析结果引入到SIMPACK动力学软件中，进而建立凹底平车的多刚体系统和刚柔耦合系统动力学模型，进行仿真计算并与试验结果对比分析，研究运行速度和悬挂参数对车辆系统动态响应的影响规律，分析凹底架的动态限界和凹底架的疲劳强度问题。分析得出，刚柔耦合多体系统动力学模型更合理。计算结果表明，重车运行过程中速度不宜过高，并要合理匹配悬挂参数，避免凹底架下平面超限界和过早疲劳破坏。
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  摆式列车受电弓主动控制仿真

  罗仁;曾京;梅桂明

  . 2010, 46(16): 23-28.

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  建立摆式列车多刚体系统动力学模型、受电弓非线性动力学模型和接触网有限元动力学模型。将受电弓基座通过滚轮安装在车顶的导轨上，使用伺服电动机驱动受电弓框架在导轨上横向运动，实现受电弓横向主动控制。当列车在直线轨道上运行时，利用受电弓的横向主动控制，根据导轨形状约束使受电弓框架同时垂向移动，从而减小弓网接触压力波动。在曲线轨道上，受电弓需要相对车体反向倾摆，使弓网接触点在弓头上的横向位置满足受电弓工作范围要求。并且使受电弓框架垂向位移和侧滚角度足够小，弓网接触压力达到车辆正常曲线通过时的水平。设计两种受电弓导轨外形。采用数值仿真方法，比较分析两种导轨下的控制效果和弓网振动。计算结果表明，直线轨道上和曲线轨道上的受电弓横向主动控制效果明显，能有效提高弓网接触压力最小值，减少离线发生次数，同时不会改变弓网接触压力的平均值。
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  高速列车作用下不同类型无砟轨道振动响应分析

  向俊;赫丹;曾京

  . 2010, 46(16): 29-35.

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  基于不同类型无砟轨道空间振动分析模型，利用高速列车—无砟轨道系统空间振动分析理论，分别计算板式轨道、双块式轨道及博格板式轨道在高速列车作用下的空间振动响应，分析比较系统振动响应随无砟轨道类型及车速的变化规律。结果表明：系统振动响应均随车速的提高而增大；在车速相同的条件下，无砟轨道类型对钢轨竖向位移、轨道板竖向位移、轨道板竖向加速度、轮轨竖向力、脱轨系数及轮重减载率等响应影响较大，对其他振动响应的影响不甚明显；相对而言，博格板式轨道动力特性最好，其次为双块式轨道，板式轨道的动力特性最差。
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  120～170 km/h条件下碳滑板/铜接触线摩擦磨损性能试验研究

  丁涛;王鑫;陈光雄;张卫华;周文祥

  . 2010, 46(16): 36-40.

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  在环—块式高速摩擦磨损试验机上，试验研究电流I=100～300 A、滑动速度v=120～170 km/h和法向载荷Fn=100～200 N条件下纯碳滑板/铜接触线的摩擦磨损性能。结果表明：无电流时，碳滑板磨损率很低，一般不超过0.001 4 g/km，但摩擦因数较高，一般在0.30以上。加入电流后，碳滑板的磨损率明显增加，达到无电流时磨损率的10倍多；而摩擦因数明显降低，一般在0.24～0.30间波动。观察碳滑板磨损形貌发现，无电流时磨痕面积较小，随着电流的增加磨痕面积不断增大；且磨损面出现电弧烧蚀的黑色流线和麻点。滑动速度、法向载荷对碳滑板摩擦磨损性能影响较小，而电流作用引起的高温磨损和电弧烧蚀是导致碳滑板材料磨损加剧的主要因素。
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  铁路车轮踏面外形的逆向设计方法

  沈钢;钟晓波

  . 2010, 46(16): 41-47.

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  提出一种基于逆向工程概念的铁路车辆轮踏面外形的设计新概念，导出以轮径差和接触角差相对于轮对横移量的函数为设计目标的逆向设计数值算法，实现了通过轮径差或接触角差函数将车辆动力学要求与车轮踏面外形设计的直接沟通，可以指定需要的等效斜度和轮径差等信息反求踏面外形，并且还能同时计及钢轨的实际外形、轨底坡和接触点的分布位置、并研制相应的计算机程序。基于轮径差函数的算法适用于刚性轮对的踏面外形设计，可以设计出不同速度要求与曲线通过导向性能要求的踏面外形；基于接触角差的算法适用于独立轮对的踏面外形设计，可以设计出具有不同重力复原刚度的踏面外形。通过几个算例验证了这种方法及其软件的可行性。
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  车轴钢小试样及实物车轴中夹杂物尺寸对疲劳强度影响的差异分析

  沈训梁;鲁连涛;姜洪峰;张继旺;衣鸿飞

  . 2010, 46(16): 48-52.

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  测试35CrMo车轴钢小试样109周次旋转弯曲S-N曲线并观察裂纹萌生起始位置。结果表明：试样存在传统的疲劳极限，不出现由夹杂物引起的疲劳破坏。既有文献报道，合金车轴钢小试样虽然不出现夹杂物引起疲劳破坏的现象，但全尺寸车轴试样的疲劳试验却发现夹杂物能引起疲劳破坏。这是因为全尺寸车轴试样所受弯曲应力梯度远小于小试样所受弯曲应力梯度，且含有大尺寸夹杂物的概率较大。考虑这一原因，提出通过超声疲劳试验快速获得试样内最大夹杂物尺寸，并利用统计极值法分别预测小试样和实物车轴内最大夹杂物尺寸的方法。基于预测结果，分析最大夹杂物尺寸对小试样和实物车轴疲劳强度影响的差异。试验结果和分析结果为合金钢车轴的开发和强度设计提供了一定的理论依据。
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  过盈配合微动损伤的关键参数

  杨广雪;谢基龙;李强;石长伟

  . 2010, 46(16): 53-59.

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  微动损伤广泛存在于各类工程机械和结构之中，接触压力、滑移幅值以及摩擦剪切力是微动损伤的重要参数。过盈连接部件在旋转弯曲载荷下，易于在接触区域产生微动损伤，降低构件的使用寿命。以过盈微动疲劳试验中的试样为研究对象，在有限元软件ABAQUS中建立接触模型，充分考虑高应力梯度区和接触对网格划分的要求，同时在远离接触区域划分粗糙网格，减少计算机时。通过分布加载和改变相关参数的方法，分析套管长度、套管厚度、摩擦因数以及过盈量对接触压力、摩擦剪切力等影响规律。结果表明，轴套过盈配合承受弯曲载荷下，接触压力和摩擦剪切力沿轴向分布不均匀，随着各参数的变化而明显变化，摩擦因数、套管厚度和套管长度对接触边缘的应力奇异性有较大影响，摩擦因数显著地影响了滑移区域的大小。
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  地铁车轮踏面异常磨耗原因分析

  李霞;温泽峰;金学松

  . 2010, 46(16): 60-66.

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  介绍车轮磨耗的预测方法。考虑轮轨动态接触状态，采用数值分析方法分析异常磨耗的地铁车轮和新钢轨作用情况，且对导致地铁车轮踏面异常磨耗的原因作了简单分析。分析结果表明, 地铁车轮踏面经闸瓦磨耗后在凸起处的接触频率较高，磨耗率大，因而车轮磨耗后踏面凸起不是轮轨接触作用引起的；闸瓦压力过大、压力不均匀、闸瓦晃动量大、频繁制动等因素容易导致滚动圆内侧和踏面外侧的双凹槽磨耗，双凹槽处磨耗速度远远大于轮缘处的磨耗速度；轮缘磨耗主要是轮轨相互作用的结果，而踏面上的凹槽磨耗可能主要由闸瓦制动引起。
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  高速车轮椭圆化对车辆系统行为的影响

  张雪珊;肖新标;金学松

  . 2010, 46(16): 67-73.

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  建立考虑车轮椭圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型，基于此模型，发展相应的数值方法，分析计算高速运行状态下车轮椭圆化程度对车辆系统动态行为的影响，给出车速200～350 km/h时车体横移、轮对横移、轮轨垂向力和轮重减载率等关键指标，确定高速行车条件下车轮圆度的临界范围。数值结果分析表明，在车轮椭圆化的情况下，车辆系统动力学响应关键指标与行车速度、车轮的圆度以及轮对左右车轮椭圆形状的相位有密切联系。高速车轮椭圆化将导致车辆系统动力学性能的显著变化，随着车轮圆度的增大，车辆系统运行品质严重恶化，其横向稳定性和轮重减载率大大降低，从而减小车辆/轨道系统各部件使用寿命、增大脱轨风险。
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  撒砂对轮轨粘着特性的影响

  申鹏;王文健;张鸿斐;郭俊;刘启跃

  . 2010, 46(16): 74-78.

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  利用JD-1轮轨模拟试验机研究干态/水介质工况下撒砂对轮轨粘着特性的影响，分析砂粒尺寸、撒砂量对轮轨粘着系数的影响。结果表明：干态工况下加水会使轮轨粘着系数大幅下降，撒砂可提高轮轨粘着力；水介质工况下撒细砂可使轮轨粘着系数增加50%左右，水介质工况下撒粗砂可使轮轨粘着系数增加65%左右；干态工况下撒砂对轮轨粘着系数有较小影响；水介质下撒砂的增粘效果主要取决于砂子颗粒的直径及撒砂量，大砂粒直径的增粘效果更佳，当撒砂量小于50 g/min时，随撒砂量的增加轮轨粘着系数呈增加趋势，但是撒砂量超过50 g/min时产生轮轨粘着系数小于撒砂量为50 g/min时产生的轮轨粘着系数。
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  基于时间谱元法的动态响应优化

  毛虎平;吴义忠;陈立平

  . 2010, 46(16): 79-87.

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  机械系统动态响应优化设计有很好的应用前景。动态响应必须满足依赖于时间的微分方程。为了获得最优解且满足与时间有关的约束，要求获得整个时间上的响应。研究基于时间谱元法的系统动态响应设计。深入探讨在时间域内离散动态响应，将运动微分方程组转化成代数方程组，精确解出瞬态响应，用高斯罗巴托勒让德(Gauss-Lobatto-Legendre，GLL)点法和关键点法处理时间约束。以最简单的多自由度动力学设计问题——2自由度弹簧减振器设计为例，引入人工设计变量，详细分析两种处理约束方法的优缺点，也说明此方法的正确性。这些内容可为进一步研究机械零部件的动态优化设计问题以及动载荷弹性分布参数系统的优化设计奠定基础，比如在固定端承受振动输入的矩形变截面梁的动态优化设计，在不同边界条件下承受垂直平面均布瞬态动载荷作用的弹性梁的动态优化设计等。
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  高g值加速度环境微结构动态特性

  王涛;王晓东;王立鼎

  . 2010, 46(16): 88-94.

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  为研究微机电系统(Microelectro-mechanical systems，MEMS)中微结构在高g值加速度环境中的动态特性，研究高g值加速度环境微结构动态测试技术，建立高g值环境微结构动态测试装置，研制适用于高g值加速度环境的压电陶瓷底座激励装置，制备集成压阻元件的典型梁—质量块微结构，测试典型MEMS微结构在从常态到10 000 g加速度环境中动态特性及其变化规律。测试结果显示，在高g值加速度作用下，当微结构发生大变形处于非线性状态时，微结构谐振频率随加速度的增大而提高；而当微结构处于线性小变形状态时，微结构谐振频率不随外部加速度作用发生变化；在大变形及小变形状态下，外部高g值加速度载荷对微结构阻尼比均不产生明显影响。测试结果与采用应力刚化非线性有限元模型分析结果具有很好的一致性。
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  星箭分离面径向冲击预示的简化圆环分析方法

  谭雪峰;阎绍泽

  . 2010, 46(16): 95-100.

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  星箭分离冲击是航天器所经历的较为严酷的力学环境之一。为了预示星箭分离面的径向冲击响应，基于星箭对接框承受轴对称径向载荷的假设，提出一种简化的轴对称圆环振动模型，采用有限元法数值验证简化模型的有效性。采用星箭对接框的简化圆环方法，分析包带预紧力、对接框主要结构参数与冲击响应的关系，以及包带和卡块质量对冲击的影响。分析结果表明，分离面径向冲击随着包带预紧力增加而增大；考虑包带和卡块质量的影响，延迟对接框应变能释放时间。在保证星箭可靠连接和分离的前提下，减小包带预紧力、延长对接框应变能释放时间，是降低分离面径向冲击的有效手段。
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  多特征SVM-DS融合决策的缺陷识别

  车红昆;吕福在;项占琴

  . 2010, 46(16): 101-105.

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  分析超声检测缺陷信号模式识别中存在的问题。提出一种将支持向量机(Support vector machine，SVM)和DS(Shafer- Dempster)证据理论相结合的多特征融合决策识别方法。阐述支持向量机解决分类问题的原理以及证据理论中的Dempster合成规则。将证据理论中的识别框架引入到缺陷类型识别，设计多缺陷类型的多特征SVM-DS融合决策规则。介绍4种不同空间域的特征提取方法以用于多特征融合决策识别。分别将单特SVM识别和SVM-DS融合决策识别应用于石油套管4种典型缺陷的识别。对比试验表明：SVM-DS融合决策识别方法能有效识别上述典型缺陷，其在识别率和泛化性方面都比单特征的SVM识别有优势。
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  搅拌摩擦焊接的热力耦合分析模型

  鄢东洋;史清宇;吴爱萍;JUERGEN Silvanus;张增磊

  . 2010, 46(16): 106-112.

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  随着数值模拟技术在搅拌摩擦焊接研究中的应用日益广泛，对模型本身的准确程度要求越来越高，因而针对数值分析模型的研究显得更有意义。通过分析搅拌摩擦焊接热力耦合计算方面的相关资料，结合实际开展的搅拌摩擦焊接试验以及试验过程中对部分物理量的测量和分析，建立更加完善的搅拌摩擦焊接数值模拟模型。对生热过程、材料模型、夹具约束以及搅拌头机械载荷作用都进行细致分析和探讨，在新模型中采用被焊材料的剪切极限作为生热驱动力，考虑被焊材料的力学性能随温度和温度历史发生变化，建立夹具和试板之间的接触关系，并在力学分析模型中将搅拌头机械载荷简化考虑。利用新建立的数值分析模型对铝合金薄板搅拌摩擦焊接过程进行模拟，得到和试验结果吻合较好的温度场、残余应力和变形结果。
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  活性剂增加铝合金交流FZ-TIG焊熔深机理

  黄勇;樊丁;邵锋

  . 2010, 46(16): 113-118.

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  针对铝合金材料提出一种新型活性TIG焊，即分区活性TIG(FZ-TIG)焊，可同时保证焊缝熔深显著增加和焊缝成形良好。利用氦气保护钨极电弧焊观察电弧行为变化，通过分析电弧电压随弧长的变化规律研究活性剂影响电弧的方式，采用焊缝偏移试验分析活性剂对导电通道电阻的影响，进行焊缝表面焊渣X射线衍射分析和热力学计算，分析活性剂与表面氧化膜或熔池金属之间可能的化学反应。通过以上试验研究铝合金交流FZ-TIG焊中活性剂增加熔深的机理，得出活性剂强烈收缩电弧弧根和弧柱是SiO2+FZ108活性剂增加铝合金交流FZ-TIG焊熔深的主要机理。
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  疲劳裂纹扩展中停留机制的考察

  熊缨

  . 2010, 46(16): 119-124.

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  采用高精度局部柔度测量技术，对结构钢SM400进行两种阶梯式变载条件下的疲劳试验，考察疲劳裂纹扩展中迟滞回线的形态变化与裂纹停留的关系。基于循环载荷中柔度变化与裂纹开闭口以及裂纹尖端附近应力分布的关系，讨论不同载荷方式下裂纹停留的形成机制。结果表明，裂纹停留意味着循环加载过程中裂纹尖端既不形成拉伸塑性区，也不形成压缩塑性区。疲劳裂纹停留在最大载荷时的裂纹形态有“裂尖锐型”和“裂尖钝型”。基于最大载荷和最小载荷后残留在裂纹表面的拉伸变形层确定载荷FRCPG和FRPG，能够获悉在最大和最小载荷时出现塑性区引起裂纹扩展的等价波形，可用于随机载荷波形的计数，为发展工程结构的剩余寿命预测提供一种理论依据。
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  电子束扫描对铝合金表面强化层的影响

  魏德强;信卫坡;王荣

  . 2010, 46(16): 125-130.

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  电子束表面处理可以提高铝合金材料的表面硬度、增加耐磨性。利用电子束扫描对铝合金进行表面强化处理，讨论功率密度、扫描频率、下束时间等电子束工艺参数对铝合金表面强化层形态的影响；研究电子束扫描对铝合金强化层组织和性能的影响；探讨电子束表面处理过程中试样产生裂纹的原因。采用扫描电镜分析铝合金电子束表面强化层的显微组织，并进行EDS成分测试；用HMV-ZT洛氏硬度计进行硬度测试；用HT-500高温摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，结果表明：强化层的深度和宽度随着功率密度和下束时间的增加而增大；但扫描频率的影响不显著；电子束扫描处理后，强化层组织的晶粒高度细化，表面强化层硬度是基体组织的1.39倍，耐磨性明显改善；凝固过程中产生的收缩应力是试样产生裂纹的主要原因。
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  Nb+V和V微合金非调质钢疲劳性能

  赵阳;陈礼清;王贵桥;刘相华

  . 2010, 46(16): 131-135.

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  Nb+V和V微合金非调质钢常应用于汽车的结构件与保安件，疲劳断裂是其主要的失效形式，因此有必要对其疲劳断裂行为进行深入研究。利用LEICA Q550 IW型光学显微镜、AG-25TA型电子拉力试验机和DYNATUP 9250HV型落锤式冲击试验机等试验设备，考察仅含V与Nb和V复合添加的两种微合金非调质钢的组织与性能，利用FTM-100型液压伺服疲劳试验机对其三点弯曲疲劳性能进行比较研究，绘制S-N曲线，用FEI QUANTA600型扫描显微镜观察疲劳试样的断口特征。结果表明，在微合金元素质量分数基本相同时，Nb-V复合添加的微合金非调质钢具有良好的强韧性配合，并且其三点弯曲疲劳极限要远高于仅含V的微合金非调质钢；其原因是Nb-V复合添加的微合金非调质钢具有细小的晶粒组织。
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  基于改进自适应遗传算法的冷连轧轧制规程优化设计

  魏立新;李兴强;李莹;杨景明

  . 2010, 46(16): 136-141.

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  由于轧制过程中应力状况较为复杂，传统的轧制力数学模型难以达到冷连轧轧制精度的要求，通过分析应力状态系数的影响因素，确立径向基函数(Radial basis function, RBF)神经网络的输入层参数以及隐层节点数，从而建立轧制变形区的应力状态系数RBF神经网络模型预报模型，把预报值用于传统轧制力计算模型中计算轧制力，获得一种轧制压力修正模型。针对SRINVAS自适应遗传算法(SRINVAS’s adaptive genetic algorithm，SAGA)容易陷入局部极小的缺点，设计出一种改进的自适应交叉和变异策略，以各机架轧制负载相对均衡为目标，对典型的两个钢种在1370五机架冷连轧机进轧制规程的优化，试验结果证明，改进的自适应遗传算法(Improved adaptive genetic algorithm，IAGA)具有比Srinvas自适应遗传算法收敛速度更快、精度更高等优点，前四机架负荷系数的标准差分别减小到0.010 8和0.009 0。
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  细丝大电流MAG焊接机理

  华爱兵;殷树言;陈树君;白韶军;张晓亮

  . 2010, 46(16): 142-147.

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  借助高速摄像机研究不同保护气氛下(98%Ar+2%O2、T.I.M.E.气体、80%Ar+20%CO2)细丝大电流MAG焊的电弧形态及熔滴过渡特征，并在此基础上通过分析液锥和焊接电弧的受力情况，建立液锥的运动模型，同时指出液锥与焊接电弧的空间位置关系以及这两者的运动相关性。研究结果表明，细丝大电流MAG焊的液锥运动属于自磁旋转，即液锥在电极磁场力和电弧力的作用下偏离焊丝轴线一定角度并绕焊丝轴线高速旋转。液锥偏角的相对大小由电弧烁亮区包覆液锥的面积决定，当电弧烁亮区包覆液锥的面积增大时，液锥偏角反而变小，焊接过程的稳定性增强。驱动电弧高速旋转的力是由液锥磁场提供的，电弧偏角及其旋转角速度分别与液锥偏角和液锥旋转角速度密切相关。
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  纳卫星等效空间热沉的PWM控制及其在地面模拟试验中的应用研究

  刘东晓;李运泽;李运华

  . 2010, 46(16): 148-155.

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  纳卫星等效空间热沉是一种适用于纳卫星热系统动态特性地面试验研究的空间环境模拟装置，详细阐述纳卫星等效空间热沉的工作原理，并提出其核心部件热电制冷器(Thermoelectric cooler, TEC)及强迫冷却风扇的脉冲宽度调制(Pulse width modulation, PWM)控制策略及其算法与硬件实现，以此为平台对一模拟纳卫星内部的闭环控温策略进行地面试验研究，结果表明采用PWM控制的等效空间热沉可以满足在地球表面进行纳卫星空间控温效果研究的目的，为微小航天器热系统的空间环境模拟试验提供一种新的技术途径。
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  热—机载荷下厚壁圆筒自增强压力与安全性分析

  郑小涛;轩福贞

  . 2010, 46(16): 156-161.

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  推导厚壁圆筒在内压及热梯度载荷作用下的最佳自增强压力，并基于ANSYS优化分析结果对理论解进行验证。同时进一步探讨循环热机载荷下自增强对厚壁圆筒安定行为的影响。结果表明，不考虑热载荷时自增强处理会增大工作状态下圆筒内外壁应力差，从而降低结构的疲劳强度；当量纲一温度tn0.75时，最佳自增强压力的理论解与数值解一致，最大误差不超过1%，而当0.75
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  斜截半椭圆柱面涡流发生器强化换热和压降特性的试验研究

  叶秋玲;周国兵;程金明;王锡;程伟良

  . 2010, 46(16): 162-169.

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  在矩形通道内布置一对斜截半椭圆柱面涡流发生器(高宽比h/b=1/2)，通过改变斜边倾角、来流攻角β、前沿间距S、布置方式以及顺列、错列两排涡流发生器研究不同工况下的换热和压降特性。试验雷诺数范围为Re=700～26 800。结果表明，在试验条件下 =12°时的换热效果要好于 =20°，Re=1 300时两者的最高局部对流换热系数分别比平直通道高19.7%和10.7%，Re=26 800时分别为23.2%和18.33%。斜截半椭圆柱面涡流发生器( =12°)的最优攻角为β=60º，最优前沿间距为S= 20 mm。当Re=26 800，β=60°，S=20 mm时的最高局部对流换热系数约比平直通道高23.2%，压力损失约比平直通道高33.7%。雷诺数较小时，由于回流滞止区的影响，布置两排涡流发生器后，换热效果反而弱于单排。随着雷诺数增大到4 000，双排涡流发生器的换热效果要明显优于单排，Re=26 800时，最高局部对流换热系数约比单排涡流发生器高14.4%，比平直通道高33.4%。通过试验得出斜截半椭圆柱面涡流发生器在β=60°，=12°时的涡旋作用距离大约在250～300 mm。
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  光刻机浸没液体控制系统的研究现状及进展

  傅新;陈晖;陈文昱;陈颖

  . 2010, 46(16): 170-175.

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  浸没式光刻机是目前在45 nm以下IC生产线上唯一获得应用的新光刻装备。浸没控制系统是浸没式光刻机的核心子系统之一，用于在最后一片投影物镜和硅片之间，提供并维持具有高度洁净度与稳定性的缝隙流场，利用高折射率浸没液体，提高光刻分辨率。介绍浸没控制系统的技术背景、组成及其特点，论述国外在液体浸没方式、液体动态密封、流场检测与控制、曝光热效应和气泡控制等关键技术方面的研究成果以及国内自主研发的进展。针对浸没式光刻机向着更高光刻分辨率和更高生产率不断延伸的特点，对浸没液体控制系统的发展前景进行展望，指出其发展中面临的挑战与有待解决的关键技术，浸没液体控制系统将在浸没式光刻机的发展过程中继续扮演着重要角色。
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  粗糙表面的气体密封性能研究

  任晓;吴承伟;周平

  . 2010, 46(16): 176-181.

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  高精度的气体密封是现代工业和国防工业的关键技术之一，以粗糙表面干接触气体静密封问题为研究对象，基于自回归(Autoregressive，AR)时间序列的数字滤波技术，利用计算机生成具有给定自相关函数和纹理取向的高斯分布的数值化粗糙表面，根据气体在微纳米粗糙表面间隙流动理论，建立粗糙表面静接触间隙气体密封模型，通过对气体在接触间隙流动的数值模拟，分析表面粗糙度纹理方向、方均根等粗糙表面表征参数在名义气体膜厚变化时对气体泄漏量和密封压力的影响，给出粗糙表面形貌参数和密封压力与气体密封性能之间的关系。在粗糙间隙雷诺方程中引入两个气体压力流动流量因子，使得随机雷诺方程变为普通雷诺方程，从而方便工程应用。以某低温气体密封阀为例，分析泄漏量与密封载荷、表面粗糙度参数等参数之间的关系，从而为阀门密封设计提供理论基础。
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  气动充放气系统外部结露机理及试验研究

  朱冬;杨庆俊;包钢

  . 2010, 46(16): 182-188.

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  以典型气动充放气系统为研究对象对外部结露进行研究，分析外部结露的发生机理并提出判别方法，当元件表面平衡温度低于环境露点温度时，结露就会发生，反之则不发生。在恒温恒湿环境中进行负载举升的充放气试验，对元件表面温度进行测量，并对外部结露的发生部位、结露过程进行观测和分析。试验表明，有杆腔侧元件表面温度降低并出现结露，无杆腔侧元件温度升高无结露出现；外部结露在开始阶段是细小的珠状凝结并不断长大，最后形成膜状凝结，并在重力作用下形成水滴沿壁面流下。对影响结露的因素进行研究。在各种因素中，环境湿度越大、负载越大及充放气周期越短，结露越严重。结露一般会在若干分钟内就会出现，应该采取必要的防护措施，以避免外部结露的发生。
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  旋涡式非接触硅片夹持装置的流动计算及试验研究

  阮晓东;郭丽媛;傅新;邹俊

  . 2010, 46(16): 189-194.

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  为实现硅片的非接触式夹持，减少生产过程中因夹持装置与硅片表面接触导致的产品缺陷，提出一种新的硅片夹持方法，该方法利用空气动力学原理，在半封闭的流道中诱发旋涡流，借助于旋涡中心的负压力、空气溢出的正压力和硅片自重三者之间的动态平衡，实现硅片的非接触夹持。首先对此悬浮原理进行理论分析，在理论分析的基础上设计出可实现夹持功能的双进气口真空吸盘，采用RNG k –ε湍流模型对吸盘内完全气体的正压旋转流场进行数值模拟，对吸盘吸附力进行试验研究。结果表明：利用旋涡式真空吸盘可以实现非接触式夹持过程，吸盘对硅片产生的吸附力大小与工作距离、进气压强和吸盘结构参数等密切相关。