2011年, 第47卷, 第2期　
刊出日期：2011-01-20

  

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论文
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  基于尺寸变动度的装配序列偏差传递模型及质量评价方法

  周思杭;刘振宇;谭建荣

  . 2011, 47(2): 1-8.

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  为了准确有效地评价不同装配序列中累积偏差对产品装配质量的影响，建立基于尺寸变动度的装配序列偏差传递模型及质量评价方法，以尺寸变动度所关注的装配特征为目标特征，在构建的装配特征邻接关系矩阵和几何特征公差关系矩阵基础上自动建立偏差传递模型，根据偏差传递过程求解累积偏差确定尺寸变动度。设计人员可据此获得装配质量最优的装配序列，同时可对零件设计公差进行改进。以人造宝石专用加工机床为例，验证了方法的有效性。
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  固体火箭包覆层脱粘调制红外热波检测法的数值模拟

  郭兴旺;李苒笙;丁蒙蒙

  . 2011, 47(2): 9-15.

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  调制红外热波无损检测是一种可以检测材料内部缺陷的先进技术，在固体火箭发动机包覆层脱粘的诊断中有一定的应用前景。以有限元法对固体火箭发动机包覆层脱粘的调制红外热波检测法进行数值模拟，研究加热条件和结构对可检测性的影响。得出可检信息参数(表面过余温度幅值、相位和相位差)随热波激励条件(调制频率、热流强度)和结构参数(材料、缺陷大小、深度、厚度等)变化的规律。针对典型材料和结构尺寸，给出最佳调制频率、盲频以及相位差的预测值。调制红外热波检测法可用于固体火箭发动机包覆层脱粘的无损检测，检测条件可通过计算机仿真来优化。
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  基于视觉复杂环境下车辆行驶轨迹预测方法

  张润生;黄小云;刘晶;马雷;韩睿;赵玉勤;杨新红

  . 2011, 47(2): 16-24.

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  安装在车辆正前方的电荷耦合摄像机(Charge coupled device，CCD)实时获取道路图像，利用灰度和梯度特征构成目标函数，并用抛物线模型拟合道路边界，使弯道路径和直道路径的识别统一化。将识别分成三个阶段，并设定出各阶段的抛物线参数感兴趣区。采用遗传算法，对抛物线各参数进行优化。通过初始化编码、计算适应度、多点交叉及变异等过程，搜索出目标函数值近似最大的抛物线，即最优解。通过道路识别得到道路曲率、预瞄点处的侧向偏差和方位偏差等，为轨迹预测提供信息。基于运动学模型的车辆前轮转角，根据动力学特性对其进行修正。建立基于预瞄的车辆转向动力学连续模型，车辆前轮转角和道路曲率作为系统输入，根据系统的采样频率将连续模型离散化，运用Kalman滤波理论设计状态观测器，实时观测车辆侧向速度和横摆角速度，从而得到车辆运动轨迹。试验表明，该方法既能在较复杂环境下较准确的拟合出路界线和预测出车辆运动轨迹，并具有较强的实时性。
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  失效学的哲学理念及其应用探讨

  钟群鹏;张峥;傅国如;吴素君;骆红云;有移亮

  . 2011, 47(2): 25-30.

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  失效学是从失败与失效入手，着眼于成功与安全的科学技术领域；是从过去与历史入手，着眼于未来与发展的科学技术领域；失效学的哲学理念具有普适性。从失效学的认识论、失效学的矛盾论、失效学的系统论和失效学的方法论(简称“失效学的四论”)分别阐述它的基本原理、内涵重点和应用范例，对失效学的哲学理念及其应用进行研究、探讨和分析应用，从而把失效学的内涵和它的应用提高到哲学的高度作了初步的尝试，开辟了一个新的领域。失效学的认识论认为失效有它的必然性，要树立正确的安全观和风险管理理念，充分认识安全隐患管理和安全过程管理的重要作用，以及要深刻认识失效学的重要性。失效学的矛盾论认为，要树立一分为二的观点和矛盾可以转化的观点，充分认识矛盾转化过程中内因的主导作用，以及深刻认识全员安全管理和自我安全管理的重要性。失效学的系统论认为，要树立系统是失效分析的出发点和归宿地，充分认识层次结构分析的重要作用，以及深刻认识安全管理系统的重要性。失效学的方法论认为，要掌握系统分析方法、由表及里的“剥笋式”的分析方法和正、反向思维不断迭代的探索论证方法。
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  基于背景网格技术的冲压成形仿真工具自动装配算法

  范蓉;郑国君;胡平

  . 2011, 47(2): 31-35.

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  通过对汽车覆盖件冲压成形仿真工具预装配方法的研究，指出建立正确的工具与板料位置自动装配算法需满足三个前提条件：一致的工具(凸模、凹模、压边圈等)法线方向、明确的工具属性和正确的工具整体初始法线方向，并提出一种基于背景网格投影的自动装配算法，即将板料和工具节点沿整体法线方向投影并分配到背景网格，通过工具、板料与背景网格的对应关系，计算出工具节点与板料单元的最小值，从而确定工具需要移动的位置，最终自动完成工具与板料位置关系的正确装配。本算法实现了冲压方向和冲压类型的完全解耦，提高了装配算法的效率和程序的适应能力，简化了用户操作步骤。通过大量复杂汽车覆盖件的实践检验，表明提出的基于背景网格的自动装配算法是行之有效的。
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  双剪统一弹塑性有限差分法在金属结构中的应用

  马宗源;廖红建;李杭州

  . 2011, 47(2): 36-43.

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  双剪统一强度理论及其弹塑性有限差分方法引入到金属结构的数值模拟中，对金属结构强度及金属加工等问题的研究具有实际意义。简要介绍双剪统一强度理论和拉格朗日有限差分方法的理论基础，推导双剪统一弹塑性有限差分格式，并利用C++语言编写动态连接库文件载入FLAC中进行计算。分别计算分析厚壁圆筒受均匀内压和中心带孔铝板的拉伸两个问题并与有限元法的计算结果进行比较，通过两个算例的计算结果说明拉格朗日有限差分方法的计算精度与有限元软件差别不大，双剪统一弹塑性有限差分方法能够运用到金属结构的数值分析研究中来，并且双剪统一强度理论可以适用于抗剪强度与抗拉强度之比为0.500和0.667之间的金属材料，使其在金属结构数值分析中的应用范围更加广泛。
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  冷轧薄板中浪板形缺陷的屈曲及后屈曲理论与轧制试验研究

  戴杰涛;张清东

  . 2011, 47(2): 44-50.

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  针对冷轧过程中常见的中浪板形缺陷，建立其产生全过程也即屈曲及后屈曲变形的解析计算的力学模型和求解方法，为了验证计算结果，在试验轧机上进行试验轧制研究。在试验中，通过设计不同的工作辊初始辊形轧制出各种不同大小的中浪浪形模态，并实测得到中浪浪形的几何参数和对应有关的轧制试验的设备与工艺参数以及轧件的规格与材质参数。运用所建立的解析计算模型和方法，针对试验轧制工况，通过基于能量原理的前屈曲应力场分析获得其临界屈曲条件，通过应用摄动变分方法的后屈曲路径求解得到后屈曲浪高并与轧制试验获得的浪高基本吻合。同时，再运用ANSYS有限元对试验轧制工况进行仿真分析，获得与试验轧制出的浪形基本一致的屈曲浪形模态，并得到此模态下的屈曲临界条件，既证明了有限元模型及计算结果的正确，也进一步验证了解析计算结果。
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  基于临界曲面的改进Paris定律球轴承疲劳寿命预测方法

  徐东;徐永成;陈循;李兴林;杨拥民

  . 2011, 47(2): 51-57.

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  通过场发射扫描电镜对球轴承疲劳故障点微观结构进行观察，发现裂纹总是沿着某个曲面进行萌生和扩展，扩展到一定程度后发生断裂形成近似椭圆形状的剥落点，随着球轴承的运转，不仅断裂后的裂纹发生二次剥落，而且剥落点将在新的曲面上发生多次剥落，形成断层形貌。基于此种现象，提出球轴承临界曲面的概念，假定裂纹的萌生和扩展均在此临界曲面上，将三维裂纹扩展问题转化为二维裂纹扩展问题进行分析。在临界曲面概念的基础上，提出改进的Paris疲劳寿命预测模型，将疲劳寿命分为裂纹扩展和剥落点增大两部分，分段采用改进的Paris定律预测球轴承的疲劳寿命。通过多套SKF 6205深沟球轴承疲劳寿命试验数据进行验证，与传统的SKF L-P公式预测结果相比，提出的方法能够较好地预测球轴承的疲劳寿命。
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  Nb微合金低碳钢表层超细晶中厚板的研制

  杜海军;栗春;赵德文;王国栋

  . 2011, 47(2): 58-64.

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  应用中间坯加速冷却―轧制―轧后加速冷却工艺轧制的10 mm表层超细晶(1～5 μm) Nb微合金高强度钢板，超细晶层厚度为0.5～2.0 mm，其屈服强度达到640 MPa，抗拉强度740 MPa，伸长率达到27%，–40 ℃冲击吸收功大于130 J。利用光学电镜、扫描电镜和透射电镜观察分析组织，得到如下结论：铁素体晶粒超细化的机制是过冷奥氏体应变诱导铁素体相变，先共析和应变诱导的铁素体动态再结晶；强化机制为细晶强化，Nb析出物的弥散析出强化，位错及亚结构强化；在实施中间坯加速冷却前通过再结晶区轧制得到细化的奥氏体晶粒，或未再结晶区轧制获得形变奥氏体晶粒，或在中间坯加速冷却后增大轧制压缩比，和降低轧后加速冷却的终冷温度均有利于获得表层超细晶粒，同时增大整个厚向超细晶粒比例。
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  金属橡胶材料疲劳损伤性能研究

  王尤颜;白鸿柏;侯军芳

  . 2011, 47(2): 65-71.

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  对设计制作的固支圆盘形金属橡胶构件进行疲劳损伤特性试验研究，对其疲劳损伤性能的分析表明金属橡胶材料的疲劳破坏不同于实体材料，它不会发生突然断裂失效，其疲劳破坏形式主要是其内部的金属丝产生局部断裂、破碎和磨损，从而在构件内部产生累积损伤，宏观上表现为承载能力和耗能性能不断衰减；通过对其内部金属丝两种典型勾连结构耗能方式随振动周期变化情况的分析，揭示金属橡胶材料疲劳损伤机理主要是其内部勾连结构滑移挤压方式的不同及金属丝间的微动摩擦、磨损及断裂；用刚度损伤和阻尼损伤描述金属橡胶的疲劳损伤过程，并提出综合损伤因子 作为金属橡胶疲劳失效判据。
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  功能梯度材料飞轮转子优化设计

  闫晓磊;钟志华;查云飞;莫旭辉;孙光永

  . 2011, 47(2): 72-79.

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  功能梯度材料(Functionally graded materials, FGMs)是一种材料属性在空间位置上连续变化的新型材料。与均匀材料相比，高速储能飞轮转子采用FGMs可以有效地减少应力集中，充分发挥材料性能，从而改善转子的工作性能。针对飞轮转子轴向厚度相对较厚时平面应力方法误差较大的问题，通过将转子离散为有限个等厚匀质微环的方法，推得变厚度FGMs飞轮转子的三维半解析解——修正平面应力(Modified plane stress, MPS)解，并采用有限元法验证其精确性。应用序列二次规划(Sequential quadratic programming, SQP)优化方法，以飞轮转子的厚度、材料体积分数和转速为设计变量，以最大化转子的储能密度为目标函数，对FGMs飞轮转子的形状和材料分布进行优化设计，并分析材料性能参数对结果的影响。计算结果表明，合理的转子形状与材料分布可以使转子应力分布更加均匀，大大提高飞轮的储能性能。
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  焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦焊接头耐腐蚀性的影响

  张利国;姬书得;邹爱丽;栾国红;王珊

  . 2011, 47(2): 80-84.

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  在制备不同焊接工艺条件下的5383铝合金搅拌摩擦焊接头的基础上，利用扫描电镜与能谱分析方法研究搅拌摩擦焊接头典型区域的宏观形貌特征与显微形貌特征，得到焊接速度、搅拌头转速及搅拌头压力等焊接工艺参数对接头耐腐蚀性的影响规律，结果表明：在特定的焊接工艺条件下，焊缝区域会产生S线。S线是接头腐蚀最严重的区域，其原因是由Mg元素偏聚、大量微孔的聚集与锰铁化合物的形成等三方面因素造成的；除S线及其附近区域外的焊缝其他区域的耐腐蚀性优于母材。同时，分析三种因素导致焊接接头耐腐蚀性降低的原理，阐述不同焊接工艺参数对5383铝合金搅拌摩擦时接头中S线形成的影响，提出利用减少焊接速度、增加搅拌头转速与提高搅拌头压力的方法来改善5383铝合金搅拌摩擦焊接头的耐腐蚀性。
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  热处理对2205双相不锈钢焊接接头力学性能的影响

  邹德宁;韩英;李姣;陈治毓

  . 2011, 47(2): 85-89.

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  对手工焊接2205双相不锈钢接头进行1 050 ℃固溶处理，随后在850 ℃进行不同保温时间的时效处理，采用光学显微镜观察不同热处理状态下接头各区域组织演变特征及σ相的分布情况，利用硬度仪、拉伸和冲击试验机对焊接接头进行力学性能试验，并借助扫描电镜分析冲击断口形貌与断裂机制。结果表明，焊后1 050 ℃固溶处理可有效改善2205双相不锈钢焊接接头的组织和性能；在850 ℃时效处理后，母材区、焊缝区和热影响区均有σ相沿铁素体与奥氏体晶界析出，随着时效时间的延长，σ相向铁素体内部长大，且含量增加，其中焊缝区对σ相的析出行为最为敏感；接头各区域中σ相的析出使母材区和焊缝区的硬度值增加明显，且焊缝区的硬度增长较快；焊接接头的抗拉强度由于脆性σ相的析出有所提高，但塑性和冲击韧度显著下降；冲击断口的断裂机制由固溶态的混合断裂向时效处理后以解理断裂为特征的脆性断裂转变。
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  黄壤土砂铸型与铸件界面烧结层的力学行为

  张锐;骆祎岚;殷梁;朱世根

  . 2011, 47(2): 90-94.

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  黄壤土天然粘土砂湿型铸造工艺应用于铸铁生产，能有效预防粘砂缺陷、提高铸件表面质量，同时具有成本低、污染小、效率高的综合优势。这种工艺与普通的湿型铸造工艺相比，最大的区别在于，它会在铸型与铸件之间形成一层致密的烧结壳。这层烧结壳能抵挡住金属液的冲刷和渗透，在金属凝固后能牢固的粘附在铸件表面，可实现高温打箱，而不至于使铸件冷却过快、表面硬度过高，从而提高生产效率；在室温时，它又能轻易地从铸件表面脱落，减轻清砂工作量。为深入了解这一现象，开展对黄壤土天然粘土砂烧结层的高温和室温力学性能的研究，结果表明，烧结层试样在高温下具有很好的塑性，随着温度的降低，塑性减小、抗压强度提高，在室温下表现出明显的脆性。这说明烧结层力学性能的变化与其在铸造过程中的行为正好吻合。
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  高硬度多微孔小型零件激光表面精密熔覆钴基合金涂层提高耐冲蚀性能研究

  石岩;张宏;刘双宇;徐春鹰

  . 2011, 47(2): 95-101.

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  高硬度多微孔小型零件的结构特点为其表面熔覆强化带来了较大难题。采用辅助工艺装置及同轴送粉激光熔覆方法对以阀座为代表的高硬度多微孔小型零件进行激光表面熔覆钴基合金涂层强化处理。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及激光显微镜等分析、测试仪器对激光熔覆层宏观形貌、微观组织及显微硬度进行表征，采用燃油喷射试验台对激光熔覆及未熔覆处理阀座使用寿命进行对比考核测试。结果表明，采用纯铜辅助工艺装置，在保证熔覆层良好成形的同时，避免了高硬度小型零件在激光熔覆过程中烧蚀、高温回火等现象的产生，有效解决了小型零件激光熔覆难题。采用镶嵌碳棒的方法有效地解决了熔覆层堵塞微孔的难题。激光熔覆后的钴基合金涂层主要由γ-Co、CoCx、Cr23C6、W5Si3等相组成，微观组织表现为由枝晶及共晶组成的亚共晶组织。熔覆层与基体之间形成了良好的冶金结合。激光熔覆处理后的阀座表面耐油流冲蚀性能明显增强，使用寿命提高40%。
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  基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

  王平;郑松林;吴光强

  . 2011, 47(2): 102-108.

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  在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中，实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样，构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型，然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后，运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计，获取Pareto最优化解集。研究结果表明：可靠性优化设计较确定性优化设计而言，能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素，保证产品稳健性；车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦；设计者可按需选择其满意的优化结果，这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。
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  低附着路面条件的EPS控制策略

  赵林峰;陈无畏;秦炜华;杨军

  . 2011, 47(2): 109-114.

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  低附着路面上，车辆自回正力矩显著降低，传统电动助力转向控制策略不能很好地克服这一不利影响，导致车辆回正性能降低，路感丧失甚至带来驾驶员对车辆的误操纵，或导致车辆不能及时回正；在建立基于整车动力学的电动助力转向系统模型的基础上，经电动机电流和转矩传感器测得转矩值，拟合得到当前路面条件下的自回正力矩，同时通过转向盘转角信息计算理想路面条件下的名义自回正力矩，结合路面估计算法，将被识别的路面附着系数等级分为高、中、低，设计基于路面附着系数的助力电流控制策略和基于时变滑模变结构控制的回正控制策略，仿真结果表明可有效改善车辆在低附着路面上的操纵路感和回正性能。建立基于LabVIEW PXI的电动助力转向(Electric power steering, EPS)硬件在环试验平台，并对控制策略进行试验验证，试验结果和仿真结果基本一致。
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  车轮型面数值优化技术

  张剑;金学松;孙丽萍;张军

  . 2011, 47(2): 115-122.

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  以轮对滚动圆半径差为设计目标，根据3次样条理论建立铁路车轮型面数值优化设计模型。用3次样条有效地光滑车轮型面，而轮对滚动圆半径差则决定了车辆动力学性能。作为模型的算例，为提高LMA型面轮对的曲线通过能力，通过增大轮对滚动圆半径差的控制目标，对LMA型面轮缘根部进行优化设计，并详细地分析设计车轮型面的轮轨滚动接触和车辆动力学特性。结果表明，与LMA型面相比，优化后的车轮型面尽管轮缘根部接触压力、应力有所提高，但车辆曲线通过能力得到了显著地提高，而车辆的临界速度、平稳性、安全性等指标基本不变，对LMA型面的优化设计达到了预期目的。说明了提出的基于轮对滚动圆半径差控制模型的有效性和可行性。
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  内燃机缸套失圆对缸内机油消耗的影响

  王虎;孙军;赵小勇;桂长林

  . 2011, 47(2): 123-129.

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  以某4缸4冲程内燃机缸套―活塞环摩擦副为研究对象，考虑实际工况下缸套内壁的非圆周向轮廓，研究缸套失圆对缸内机油耗的影响。计算活塞环与失圆缸套之间油膜厚度沿截面圆周方向的分布，然后分析缸内机油消耗的主要途径，建立润滑油缸内消耗的数学模型，计算失圆缸套的缸内机油耗，并通过与理想圆形缸套机油耗的比较，讨论分析失圆缸套对机油耗的影响。结果表明：失圆缸套与活塞环之间润滑油膜厚度的周向分布呈现明显的非均匀性，总体而言，失圆缸套的不同截面油膜周向均值较对应的理想圆形缸套的油膜厚度大一些。失圆缸套通过活塞环与缸套之间刮油作用、惯性甩油和开口间隙上窜而带来的润滑油消耗量大于理想圆形缸套的机油消耗量。考虑缸套失圆计算的机油耗更接近与实际机油耗，缸套失圆是内燃机机油耗计算中不可忽略的一个重要因素。
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  独立悬架汽车转向系间隙与干摩擦对其Hopf分岔特性的影响

  王威;宋玉玲;李瑰贤

  . 2011, 47(2): 130-135.

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  车辆转向系的非线性振动对车辆的行驶稳定性与安全性产生巨大的危害，因此降低转向系的振动、分析系统参数对振动特性的影响成为车辆振动控制至关重要的一环。为分析问题的全面性与合理消除振动，综合考虑转向系间隙与干摩擦，轮胎所受侧向力三个非线性因素，建立独立悬架汽车转向系4自由度自激型等效非线性振动模型，对多自由度系统自激型振动的Hopf分岔形式做出了具体的理论分析并给予数值验证，详细讨论间隙与干摩擦两种非线性因素对临界车速与分岔后极限环幅值的影响，进行奇点稳定性与瞬态响应时间分析；通过数值仿真得到在不同非线性因素影响下车辆平衡点失稳的变化规律，其结果对减小转向系振动与其Hopf分岔控制具有一定的指导意义。
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  ECAS客车车身高度的实时跟踪

  徐兴;陈照章;全力;李仲兴;周孔亢

  . 2011, 47(2): 136-141.

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  为实现客车车身高度的精确跟踪，满足空气悬架控制要求，设计出一种基于电感式传感器的车身高度跟踪电路，传感器中的电感与跟踪电路由单片机共同控制，实现对传感器电感的充放电，单片机计算不同电感系数下的时间常数，间接获得实时的客车车身高度。并采用温度补偿电路和低温漂特性元件，适应客车工作环境温度的变化。设计出专用的滤波处理软件，既保证了车身动态高度的准确跟踪，又满足车身高度跟踪实时性的要求。试验表明，设计的车身高度跟踪系统启动后很快达到稳定且跟踪变化值在1 mm左右；当环境温度从30 ℃上升到80 ℃的过程中，跟踪高度的相对误差在1.9 %左右，跟踪最大误差为5 mm，能够保证车身高度控制的准确性。
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  蜂窝密封流动特性的数值研究和泄漏量计算公式的构造

  李志刚;李军;丰镇平

  . 2011, 47(2): 142-148.

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  采用标准k- 紊流模型和三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解方法，利用商用CFD软件ANSYS CFX数值研究压比、蜂窝芯格直径、深度对蜂窝密封泄漏特性的影响。分析蜂窝密封在6种压比、3种蜂窝芯格直径、3种蜂窝芯格深度、恒定密封间隙和转速下的泄漏特性，研究结果表明：蜂窝密封泄漏量随压比的增加而增大；相同转速、压比和密封间隙下，合适的蜂窝芯格深度与直径能提高蜂窝密封的封严性能；蜂窝芯格深度一定时，蜂窝密封的泄漏量随芯格直径的减小而增大；芯格直径一定时，随蜂窝芯格深度的增大，蜂窝密封泄漏量先减小后增大。在经典迷宫密封泄漏量Egli计算公式的基础上，通过引入有效密封齿数和蜂窝芯格结构系数，构造能够可靠预测蜂窝密封泄漏量的计算公式并进行数值验证。
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  AHU送风温度变化特性的分形关联维数分析

  杨学宾;晋欣桥;杜志敏;祝用华

  . 2011, 47(2): 149-153.

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  针对定量模型方法对系统性能参数进行评价时，提出采用分形关联维数代替传统的直接比较方法。以空气处理机组(Air handling unit，AHU)送风温度为例，在三种负荷和四种噪声下对温度变化特性进行分形关联维数分析。瞬态系统(Transient system，TRNSYS)仿真平台提供送风温度测量值，AHU过程模型提供模拟值。结果表明，分形关联维数只用一个维数值就可以表征参数曲线的变化特性，能够大大减少比较参数对的数目。同时，噪声区间超过一定值后对分形关联维数计算值的影响很大，必须进行降噪处理，使相同条件下的测量关联维数计算值接近或等于模拟关联维数值。并给出不必对AHU送风温度曲线进行降噪处理的最小噪声区间。
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  空心杆泵上循环热水加热降粘的数值研究

  史维秀;李惟毅;潘利生;谈西峰

  . 2011, 47(2): 154-158.

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  稠油开采过程中，准确预测井筒温度及原油的粘度变化对选择合适的采油工艺具有指导意义。运用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)数值模拟方法，建立空心杆泵上循环热水加热降粘数值模型，进行数值求解，得出循环热水及原油沿程温度和粘度变化规律，并建立目标函数研究平均降粘及减阻效果。结果表明，根据循环热水进口温度的不同，原油在距离进口30～35 m附近温度达到峰值，随后温度呈降低趋势；循环热水入口温度为分别为80 ℃、70 ℃和60 ℃时，原油全管程的降粘率分别为97.3%、96.7%和94.6%。
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  刚柔混合非线性转子系统的动态应力可靠性及可靠性灵敏度研究

  张义民;朱丽莎;唐乐;卢昊

  . 2011, 47(2): 159-165.

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  以工程实际中具有复杂结构的非线性转子系统为研究对象，以有限元分析软件和多体动力学仿真软件为平台，建立参数化刚柔混合非线性转子动力学模型，对转子系统进行动力学仿真，并结合神经网络技术，随机摄动技术，可靠性设计和可靠性灵敏度设计相关理论，建立动态应力可靠性模型，提出对具有复杂结构的非线性转子系统的可靠性灵敏度设计的新方法，研究设计参数的改变对转子系统可靠性的影响，得到可靠性对基本随机变量均值和方差的灵敏度，在基本随机变量是混合变量的情况下对其灵敏度进行量纲一化，将各个基本随机变量对可靠性的影响程度进行排序，为产品在设计阶段提供理论参考，有着积极的现实意义和理论价值。
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  确定应力模型在离心压缩机级流场模拟的应用

  高丽敏;李晓军;高杰;刘波

  . 2011, 47(2): 166-172.

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  在求解多级叶轮机械流场的定常计算方法中，ADAMCZYK提出的通道平均方法比混合界面方法更为严格也更为复杂，方程中的确定应力项反映了级环境下流场非定常性的时均效应。然而，与雷诺平均方程一样，通道平均方程本身也没包含足够的信息来确定它的解。基于简化的通道平均方程，建立适合离心压缩机动静相干非定常的半经验确定应力模型，替代重叠区域方法来计算确定应力的方法，结合界面处理方法，发展预测离心压缩机级环境下包含动/静相干周期性非定常流场的时均效应的定常计算方法。采用确定应力模型及混合界面两种方法对两台离心压缩机级内的流场进行计算，两种方法计算时间相当。与混合界面方法相比，由于考虑了非定常流动的时均效应，确定应力模型方法得到的流场分布与试验测量更加吻合；而且确定应力的引入在一定程度上能补偿“人工掺混”带来的影响，采用确定应力模型能够得到更真实的流场。
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  伺服电动机直接驱动定量泵液压系统在精密注塑中的应用及其控制策略

  彭勇刚;韦巍

  . 2011, 47(2): 173-179.

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  精密和节能是注塑工业的两大发展趋势。针对传统液压系统注塑机注塑过程的高能耗、低响应的特点，设计一种伺服电动机直接驱动定量泵的闭环液压控制系统，实现注塑过程的精密节能控制。该液压系统采用伺服电动机驱动定量泵及压力传感器来代替原注塑液压系统中的普通电动机驱动定量泵及压力、流量比例阀，构成一种节能、响应快速、易于实现精确闭环控制的注塑液压系统。基于上述液压系统，提出一种基于模糊滑模控制的压力、速度控制策略，达到了注塑过程液压系统压力、流量的精确控制。并根据注塑过程中压力、流量耦合的特点，提出一种压力、速度切换控制策略。试验表明采用该模糊滑模控制方法及压力、速度切换控制策略的伺服电动机直接驱动液压系统注塑机响应迅速，压力、速度控制精度高，节能效果好。
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  驱动大惯量低刚度负载的推力矢量控制电动伺服机构的μ综合鲁棒控制

  陆豪;李运华;田胜利;陈建涛

  . 2011, 47(2): 180-188.

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  针对电动伺服机构存在的由参数摄动和建模误差引起的不确定性问题，应用μ综合理论研究一类用于驱动大惯量、低刚度负载的飞行器电动伺服机构的鲁棒控制技术。为了解决该类电动伺服机构按照单自由度系统建模会产生较大偏差的问题，通过对推力矢量控制电动伺服机构的动力学分析，建立其2自由度数学模型。针对被控对象位置指令跟踪和力矩干扰抑制的性能要求，通过处理参数摄动和建模误差设计μ综合控制器，并提出一种加权函数的优化设计方法。利用Matlab软件对μ综合控制器在系统标称和正反向最大摄动三种情况下的控制特性进行仿真研究，并将μ综合控制器与H∞控制器进行比较。仿真结果表明对该类伺服机构而言，所设计的μ综合控制器有效地克服了H∞控制器的保守性，能使闭环系统既具有良好的性能鲁棒性，又满足了控制系统的动态性能指标要求。所提出的加权函数的优化设计方法有利于鲁棒控制技术在工程上的应用。
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  浸没式光刻机浸没流场的仿真与试验

  傅新;赵金余;陈晖;陈文昱

  . 2011, 47(2): 189-194.

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  浸没式光刻是当前45 nm以下集成电路(Integrated circuit，IC)生产线上唯一实际应用的技术。它通过在最后一片投影物镜和硅片之间填充高折射率的浸没液体来提高光刻的分辨率。作为光刻系统中光路的一部分，浸没液体需要保持良好的均一性。然而，曝光过程中光刻胶泄漏污染和曝光温升的问题，会破坏流场的均一性，并最终影响到成像质量。目前主要采用浸没液体的更新带走光刻中产生的污染物和热量，液体的更新效率成为了浸没式光刻机设计中必须考虑的关键问题之一。建立浸没流场的数值模型，并研究结构参数对流场更新效率的影响。运用高速摄像机、数据采集仪等组成的可视化流场检测试验系统开展浸没流场可视化研究，并与仿真结果进行对比，得到一组优化的注液与回收口参数。