2011年, 第47卷, 第8期　
刊出日期：2011-04-20

  

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  非线性无损检测技术的研究、应用和发展

  周正干;刘斯明

  . 2011, 47(8): 2-11.

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  对材料和结构进行无损检测和评价在其全生命周期中非常重要。超声检测是一种重要方法，但传统线性超声观察时域信号，受波长等因素所限，对于微缺陷、微裂纹以及如粘接、分层等界面缺陷不敏感，同时对于金属疲劳等力学性能退化尚缺乏有效评价手段。近年来，基于超声的非线性效应，如高次谐波及次谐波的产生、波束混叠以及谐振频率的改变等而发展的非线性超声无损检测和评价方法主要从频域分析信号特征，进行缺陷判别，对于克服传统超声的不足具有积极的意义，是传统线性超声检测手段的有效补充。从由不同的声学非线性效应而衍生的检测方法出发，介绍非线性超声无损检测技术的研究和发展现状，总结其中的关键技术和问题，并对未来发展做出思考。
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  基于虚拟聚焦的板结构兰姆波换能器阵列检测方法研究

  焦敬品;杨敬;何存富;吴斌

  . 2011, 47(8): 12-20.

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  针对板结构大范围无损检测问题，发展一种基于软件虚拟聚焦的兰姆波换能器阵列检测方法，即基于相控阵中等相位叠加原理，在无需相位控制硬件系统条件下，通过对换能器阵列接收数据进行软件处理，实现换能器阵列声束的指向聚焦。利用仿真数据，研究阵列直径、阵元数量、声束数量等对虚拟聚焦成像周向分辨率和旁瓣噪声的影响，得出检测结果无明显旁瓣噪声所需要满足的条件为阵元间距应小于检测兰姆波的半波长。基于数值仿真处理结果，进行电磁声换能器阵列兰姆波检测试验研究。结果表明，在选择合适的阵列直径、阵元数量、声束数量的条件下，通过对换能器阵列检测信号进行虚拟聚焦处理，可以实现板结构任意方向特征体(如边界)的识别和缺陷检测。
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  各向异性堆焊结构中超声传播模拟与缺陷回波预测

  赵新玉;刚铁;徐春广;卢宗兴

  . 2011, 47(8): 21-27.

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  奥氏体不锈钢呈现出明显声学各向异性，如何检测与评价这类材料成为声学检测领域的研究难点和热点问题。应用多高斯声束模型来研究超声换能器向各向异性圆管堆焊结构中辐射声场的特征。给出声场模型中材料各向异性系数的具体求解方法；并应用该声场模型计算超声束在有机玻璃楔块、各向异性堆焊层和低合金钢基体三层介质中的传播特征，重点分析堆焊层各向异性和圆管曲率变化两种因素对纵波声束偏转和聚焦形态的影响。进一步，将多高斯声束模型与分离变量法缺陷散射模型相结合，建立适用于各向异性圆管堆焊结构的超声测量模型，用于预测各向异性堆焊层下的横通孔缺陷回波信号。试验测量结果与模型预测结果的比较表明，两者的信号幅度和相位都符合较好。
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  基于最大似然互相关时延估计的超声辐射力弹性成像技术研究

  杨克己;温家华

  . 2011, 47(8): 28-34.

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  为满足粘弹性材料弹性特性非接触定征应用的需求，开展基于最大似然互相关时延估计的超声辐射力弹性成像技术研究。针对传统基于归一化协方差时延估计的超声辐射力弹性成像技术在低信噪比环境下分辨率下降的缺点，该方法以超声辐射力作为驱动力源，非接触作用于待检粘弹性材料上使其产生形变，并利用最大似然互相关时延估计技术分析处理超声回波信号，实现待检材料所产生形变的多分辨率检测，从而确定弹性模量相对值的空间分布图，达到对粘弹性材料弹性特性非接触定征的目的。仿真及试验研究表明，与传统超声辐射力弹性成像技术相比，该方法具有更高的弹性成像分辨率，尤其在低信噪比环境下表现出明显的优势。同时，试验所获得脂肪组织辐射力响应曲线与生物组织的Voigt粘弹性力学理论模型完全吻合，证实了所提方法的可行性和有效性。
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  基于分水岭方法的超声TOFD检测图像分割

  盛朝阳;刚铁;迟大钊

  . 2011, 47(8): 35-40.

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  为解决超声渡越衍射时差(Time of flight diffraction，TOFD)检测图像中缺陷识别的问题，分析检测图像的特点，研究图像自动分割的算法，其中包括图像预处理及图像分割。提出基于信号互相关算法的图像预处理方法，在此基础上，应用峰值搜索方法提取焊缝区域，利用带控制标记符的分水岭变换对预处理的图像进行分割，从而识别出缺陷目标。利用提出的图像自动分割方法分割不同的超声TOFD检测图像。研究表明，基于信号互相关算法的图像校正方法在一定程度上可抑制检测图像的畸变，焊缝区域图像的提取可减少图像分割过程的计算量，从局部极值的角度出发的带控制标记符的分水岭变换实现缺陷目标的分割。与基于阈值方法的图像分割结果相比，图像自动分割算法较好地解决了近表面缺陷的识别问题，同时提出的方法也可用于含多个缺陷的图像分割。
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  铝合金初期塑性变形与疲劳损伤的非线性超声无损评价方法

  周正干;刘斯明

  . 2011, 47(8): 41-46.

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  利用传统超声检测方法或其他无损检测方法难以实现金属初期塑性变形和疲劳损伤的检测。为了解决这一问题，利用基于二次谐波的非线性超声检测方法，研究2024-T4铝合金的初期塑性变形与疲劳损伤缺陷的测试过程；建立非线性高能穿透法超声检测系统，发现超声非线性系数与铝合金残余塑性变形和疲劳损伤程度具有单调相关关系；通过改进试验方法，利用压电晶片的滤波效应，成功减小试样前端非线性的试验来源，提高了检测的鲁棒性。试验结果表明通过利用晶片的滤波效应，选择合适的激励频率能够减小前端仪器的非线性对试验结果的干扰，使基于二次谐波幅值的超声非线性系数能够作为表征铝合金初期塑性变形和疲劳损伤程度的特征参量应用于实际的检测过程。
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  基于非参数Snakes的时频重排方法在钢绞线导波模态识别中的应用

  刘增华;余锋祥;宋国荣;何存富;吴斌

  . 2011, 47(8): 47-53.

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  为了使信号在时频域内提高聚集性和减少相干项，重排方法在处理非平稳信号中得到广泛应用。然而在传统重排处理后仍存在一些相干项和低信噪比的问题。采用一种基于非参数Snakes的时频重排方法，用于对钢绞线中超声导波信号中的模态识别。结果表明，相对于短时傅里叶变换和传统重排方法，基于非参数Snakes的时频重排方法得到的谱图具有更高的聚集性，且有效提高了信噪比。并且与外围钢丝的群速度频散曲线对比显示，利用该方法得到时频谱图能更准确地反映出主要超声导波模态的信息和各模态群速度变化趋势。因此，利用基于非参数Snakes的时频重排方法，可以为提高不同波导结构中超声导波模态的识别能力奠定重要基础。
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  频散信号的窄带互相关模型及其相延迟估计

  林京;吴文焘

  . 2011, 47(8): 54-59.

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  指出已有的窄带信号互相关模型不能直接应用于频散信号的相延迟估计，尤其是在频散程度比较大的情况下。通过研究发现，导致这一结果的原因在于已有的窄带信号互相关模型中的相位量为线性假设，而频散信号互相关函数中的相位信息已包含了高阶的非线性成分，已有模型与实际情况不再匹配。为此，将二阶相位量引入已有窄带互相关模型，建立一种针对频散信号的窄带互相关模型，可以有效进行频散窄带信号的相延迟估计，通过对比发现，本方法对仿真信号的相延迟估计的误差小于原方法误差的十分之一，同时该方法在环境的适应性方面也要明显优于已有方法，如对信号带宽的变化不敏感等。
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  高强度钢板热冲压材料性能研究及在车身设计中的应用

  马宁;申国哲;张宗华;孙宏图;胡平

  . 2011, 47(8): 60-65.

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  对热成形零部件的材料性能进行拉伸测试及金相试验研究，板料经过热成形后零部件的屈服强度超过1 000 MPa，抗拉强度达到1 600 MPa。对热成形门内加强梁进行3点弯曲试验并同时进行耐冲击数值模拟，说明热成形零部件具有优异的承载能力及耐碰撞冲击性能，适用于车身耐冲击构件的选材。提出高强度钢板热成形零部件用于车身设计的“功能设计”方法。设计热冲压零部件用于车身设计的三种方案，并进行整车的侧面碰撞数值仿真结果比较，阐明高强度钢板热成形构件对于提高整车耐冲击性能的作用机理：热成形零部件用于车身设计时应进行整体骨架布局，形成驾驶员及乘客的超高强度保护仓；避免简单应用单个高强度热成形零部件，防止冲击时侵入车体。总结热成形零部件用于车身的“功能设计”方法。
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  拉伸矫直数学模型及试验验证

  王小红;张丁非;彭建;高伟

  . 2011, 47(8): 66-70.

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  拉伸位移是拉伸矫直工艺中极为重要的工艺参数，建立拉伸矫直过程拉伸位移与拉伸力的数学模型是科学确定矫直工艺参数的基础。根据拉伸矫直过程中拉力的变化规律，将拉伸矫直分为弹性加载第一阶段及其回复阶段、弹性加载第二阶段及其回复阶段、弹塑性加载阶段。以一维弯曲的圆形截面棒材为研究对象，假定矫直为线性强化材料，依据弹塑性力学理论，推导建立了拉伸矫直过程的拉伸位移——拉伸力数学模型。以AZ31镁合金棒材为例，采用该数学模型进行实例计算的结果与试验结果吻合较好。研究表明，原始挠度通过影响弹性第一阶段的斜率，从而影响卸载后的弹性回复量。当其他条件不变时，随原始挠度增加，矫直所需的拉伸位移和拉伸力均增加。
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  封隔器超弹性胶筒力学性能的试验研究

  张劲;李炜;张士诚

  . 2011, 47(8): 71-76.

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  封隔器的关键元件是超弹性胶筒，当封隔器胶筒座封时，其力学性能的优劣将确定封隔器的密封能力。利用非接触式的光学测量方法——自动网格法进行橡胶试样的变形测量，并利用基于该测量方法而开发的橡胶材料温度相关力学行为测试系统，对封隔器橡胶在不同温度下的力学行为开展试验研究，获得了高精度的拉伸应力—应变曲线。试验结果还表明，随着环境温度的升高，两种封隔器胶筒橡胶材料先表现出明显的软化特征，然后又转变为硬化特征，逆转温度为338 K；这两种橡胶的应变能密度比率也随温度的升高呈现出明显的先下降再上升的转变，转变点温度也为338 K，而迟滞损耗随温度升高均呈线性下降趋势。另外，两种封隔器橡胶的泊松比均接近0.5，可认为是体积不可压缩材料。研究结果为建立封隔器胶筒橡胶的本构关系提供了试验依据。
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  基于响应曲面方法的热冲压硼钢B1500HS淬火工艺参数优化

  贺连芳;赵国群;李辉平;相楠

  . 2011, 47(8): 77-82.

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  超高强度钢板热冲压技术是将板料热加工和淬火工艺相结合的一项较新的复杂成形技术。为研究奥氏体化温度和保温时间对热冲压硼钢B1500HS淬火硬度、抗拉强度和伸长率的影响规律，以奥氏体化温度和保温时间为设计因子进行二因子五水平的正交试验设计。根据试验设计的结果进行B1500HS试样的淬火试验，利用洛氏硬度计和电子拉伸试验机测试试样的淬火硬度、抗拉强度和伸长率。利用三次响应曲面对试验结果进行回归分析，得到淬火硬度、抗拉强度和伸长率的响应曲面模型。根据响应曲面模型，对奥氏体化温度和保温时间进行优化，得到最佳淬火工艺参数。单目标优化结果表明：淬火硬度最高预测值为52.3 HRC；抗拉强度最高预测值为1 658.94 MPa；零件伸长率最高预测值为8.80%。多目标优化结果表明：在奥氏体化温度为916.19～920.48 ℃、保温时间为0 min时，淬火硬度的预测值不小于50.6 HRC，零件抗拉强度的预测值不小于1 639.98 MPa，零件伸长率的预测值不小于8.6%。
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  超细颗粒焊剂约束电弧用于超窄间隙的焊接

  郑韶先;李德福;朱亮;王顺花

  . 2011, 47(8): 83-87.

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  为实现电弧约束良好、焊接过程稳定可靠的超窄间隙焊接，基于窄间隙埋弧焊的众多优点和对超窄间隙中的电弧进行约束以防止电弧攀升的思路，提出采用超细颗粒焊剂约束电弧以实现超窄间隙焊接的方法，研制专用的焊枪，开发出采用V形金属丝网衬垫焊剂颗粒的超窄间隙焊接工艺。结果表明，超细颗粒焊剂熔化后形成的熔渣壁可对电弧进行有效约束，实现稳定可靠的超窄间隙电弧焊。随着焊剂颗粒尺寸的减小，因焊剂松装密度的增加使得形成凸焊缝的倾向增加。采用V形金属丝网衬垫焊剂颗粒的工艺进行超窄间隙焊接，可以显著增强电弧对侧壁根部的加热效果，获得足够的侧壁根部熔透深度，从而保证了超窄间隙焊缝的熔合质量。
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  铝合金脉冲MIG焊过程双变量解耦控制

  卢立晖;石玗;黄健康;朱明;樊丁

  . 2011, 47(8): 88-92.

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  针对铝合金脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metal inert-gas welding, MIG)过程中，焊接参数匹配范围窄、参数间耦合作用强、焊接过程不稳定、焊缝成形差等关键问题，提出双变量解耦的控制方案。利用视觉传感同时反馈熔宽和干伸长信号，一方面调整双脉冲占空因数进行可变双脉冲熔宽控制；另一方面，在熔宽控制的同时，改变送丝速度同步控制干伸长，在控制焊缝成形的同时保证焊接过程的稳定。设计模糊PID控制器，采用基于xPC的实时目标环境，建立铝合金脉冲MIG焊快速原型控制平台，在此基础上，利用图像视觉传感和相应的图像处理算法，采用补偿解耦的方法进行双变量解耦控制试验，获得了良好的解耦控制效果，得到熔宽均匀的焊缝。结果表明，采用双变量解耦的控制方案能够实现铝合金脉冲MIG焊过程的控制，在保证焊接过程稳定的基础上，实现了良好的焊缝成形。
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  楔横轧件螺旋痕产生原因研究

  张康生;杜惠萍;杨翠苹;刘文科;胡正寰

  . 2011, 47(8): 93-98.

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  楔横轧的工艺特点决定，在轧制过程中经常会在轧件已轧表面产生带倾斜角的螺旋状凹痕缺陷。为探讨楔横轧轧件表面螺旋痕的起因问题，利用数值模拟质点跟踪技术找出楔横轧轧件表面螺旋痕开始出现的位置是在变形接触区外；通过分析轧件变形区应力分布及金属流动，发现在与轧辊斜楔尖部接触的轧件外层受轴向压应力，螺旋痕处与相邻区域的径向压应力差别不大，说明螺旋痕的产生不是直接受力所致；设计局部受力简化的塑性变形模型，表明金属受迫流动时可以带动相邻未受力区域部分金属产生同向流动；揭示出楔横轧螺旋痕的产生机理是由变形区金属带动附近已基本成形完毕的金属径向流动的结果；通过模拟和试验，发现螺旋痕的大小与成形角和断面收缩率成正比，展宽角影响较小；提出减轻和消除螺旋痕的措施。
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  平面应力I型准静态扩展裂纹尖端场的弹粘塑性分析

  贾斌;李加雷;庞宝君;王振清

  . 2011, 47(8): 99-103.

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  由于材料率敏感性的影响，蠕变材料中裂纹尖端场的分析更加复杂。采用弹粘塑性力学模型，并假设粘性系数为等效塑性应变率的幂函数，推导出理想弹塑性材料的一种率敏感型本构关系。通过量级匹配表明裂纹尖端场具有幂奇异性，奇异性指数由粘性系数中的幂指数唯一确定。推导出平面应力条件下准静态扩展裂纹尖端场的控制方程，并给出I型裂纹的边界条件。采用双参数打靶法，结合各材料参数的可能取值范围，对控制方程进行了数值求解，并讨论裂尖场特性随各材料参数的变化规律。结果表明当材料服从理想塑性规律时，裂纹尖端的应力场是连续的，不存在某些无粘性解中出现的不合理间断线。裂尖场应力强度由材料的粘性所控制，泊松比对于裂尖场没有影响，并且不存在弹性卸载区。
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  全位置密封式管焊头关键技术分析

  黄绍平;盖玉先;刘会英

  . 2011, 47(8): 104-109.

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  针对焊接管件无法旋转，须靠焊头的旋转来实现全位置焊接的情况，设计一种用于焊接质量要求高、持续焊接时间要求长的薄壁管管对焊的焊头。介绍密封式管焊头的工作原理以及各组成部件的结构设计要点。围绕影响焊接质量的两个关键技术——散热与供气系统，提出散热板贴紧齿圈和环形分流器设计，并运用数值模拟的方法研究水冷散热效果和氩气分布状况，得到了散热和供气系统的优化设计。在研究焊头供气时，通过多次更改分流孔的分布，并用不均匀度衡量分流器的设计，获得优秀的氩气流场。最后对研制的全位置密封式管焊样机进行试验，试验结果表明：在入口氩气处流量为5 L/min左右时，电弧燃烧稳定，保护效果最佳，与数值模拟的结果5.4 L/min接近。同时持续焊接时间长，焊接质量稳定可靠，焊头故障率低。
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  钢轨窄间隙全自动电弧焊电流稳定性分析及控制

  刘正文;孟斌;季关钰;朱志明;潘际銮

  . 2011, 47(8): 110-115.

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  采用钢轨窄间隙全自动电弧焊系统，对无缝钢轨线路的钢轨进行原位焊接，焊接过程中发现焊接电流电压存在较大波动，对焊接质量造成不利影响。分析造成焊接电流电压不稳定的主要原因，认为与采用陶瓷衬垫打底的异形窄间隙钢轨焊缝、焊丝伸出角度、不规则的进枪路径和进枪速度等钢轨窄间隙电弧焊焊接工艺有关。试验发现，除过程可控的工艺参数焊接电流和电压外，焊接速度变化对实际焊接电流也有较大影响。针对钢轨窄间隙电弧焊系统的工艺特点，提出采用电流传感的焊接速度与焊枪高度联合控制方法，通过焊接过程实时反馈焊接电流值，采用分段PID控制，优化控制焊枪多个方向的运动速度和位移，达到减小焊接电流电压波动，稳定电弧的目的。试验结果表明，该方法可以有效地稳定焊接电流，降低飞溅，并能在打底焊过程中有效避免断弧、熄弧现象的发生。
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  计算翻边力的一种新的数学模型

  胡成武;李文元;占奇锋;彭炎荣

  . 2011, 47(8): 116-120.

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  准确计算翻边力对于正确选用加工设备、合理设计成形模具、科学制定工艺规程具有重要的理论和实际意义。由于问题的复杂性，按照经验公式或简化模型近似计算的翻边力，降低了计算精度。从力学原理和实际计算精度方面对现有的翻边力的计算方法进行分析，指出原有理论存在的问题，并在考虑变形区厚度变化以及采用幂函数硬化规律的基础上，对翻边力的求解过程进行分析，建立圆孔翻边力的新的数学模型，推导出新的计算公式。为验证新公式的正确性，对外径尺寸相同而内孔尺寸不同的两种带孔圆板坯进行翻边成形试验，所得试验数据与原有公式和新公式的计算数据进行比较。结果表明，相同条件下新公式的计算精度大大提高，考虑的问题更接近实际，理论推导也更加合理。
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  驾驶员对汽车方向的自适应控制行为建模

  段立飞;高振海;王德平

  . 2011, 47(8): 121-125.

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  模拟驾驶员在驾驶学习过程中对汽车动力学特性的学习行为，建立汽车驾驶员对汽车方向的自适应控制行为模型。根据驾驶员对汽车方向控制的熟练程度，将驾驶员分为合格驾驶员和专业驾驶员。在驾驶学习过程中，新手驾驶员经过低速缓慢转向工况的反复学习和训练后对汽车动力学特性有基本的了解，可以在低速线性区内熟练地控制汽车。考虑低速区内驾驶员控制行为的特点，建立基于遗传算法离线整定的方向控制模型模拟新手驾驶员成为合格驾驶员的过程。当车速较高或侧向加速度很大时，车辆动态响应具有明显的强非线性特性，合格驾驶员需要经过高速驾驶经验的累积过程才能熟练地控制汽车，成为一名专业驾驶员。因此，针对高速行驶时汽车的非线性动力学特性，在原有模型基础上引入神经网络在线整定的方法，模拟合格驾驶员经高速行驶训练成为专业驾驶员的学习过程。模型的仿真结果与真实驾驶员操纵行为具有很好的一致性。
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  汽车三维虚拟道路重构系统的设计与实现

  侯永涛;王国林;刘建;邵长征

  . 2011, 47(8): 126-133.

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  为实现汽车标准等级路面谱和实测路面谱的重构，建立空间坐标系下路面不平度的一维Autoregressive(AR)模型和二维双自变量AR模型。通过对自相关系数矩阵进行奇异值分解，将双自变量路面不平度AR模型转换为两个单自变量AR模型，降低了建模的复杂程度。利用建立的二维AR模型对B级标准路面和实测路面进行重构，通过功率谱对比，验证了模型的正确性。基于上述一维和二维路面不平度AR模型以及Visual C++与Matlab混合编程方法，构建汽车三维虚拟道路重构软件系统，给出系统的框架结构。系统通过将路面不平度数据添加在路形上，可生成由规则化路面节点的三维坐标信息所构成的三维虚拟道路。通过对VPG、CarSim和ADAMS三种应用软件路面文件的格式进行分析，给出系统利用三维虚拟道路信息生成上述三种应用软件路面文件的方法。
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  路面激励对车用发动机动平衡特性的影响

  张子庆;倪计民;石秀勇

  . 2011, 47(8): 134-140.

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  为探求路面激励对车用发动机动平衡特性的影响，深入分析路面激励引起不平衡力和力矩变化的原因，结合发动机工作特点、车辆行驶特点以及路面激励特征，推导出考虑路面激励情况下的发动机动平衡参数计算式，运用ADAMS/Car ride、ADAMS/Car和ADAMS/Engine建立四柱试验台整车模型和发动机模型，分别以某等级道路上车速60 km/h、80 km/h和100 km/h时的悬置振动状态为边界条件，计算上述车速各挡位对应的曲轴转速固定基础状态和考虑路面激励的倾覆力矩和曲轴内弯矩，并对两种条件下的计算结果进行对比分析。结果表明：考虑路面激励作用的发动机动平衡相对劣于固定基础状态，且劣化幅度与车速的增加成正比变化，最大劣化幅度可达9.78%；另外，在相同车速条件下，挡位越高，路面激励对发动机动平衡影响越大。
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  应用多阶动态规划的车道线识别方法

  高德芝;段建民;杨磊;杨喜宁

  . 2011, 47(8): 141-145.

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  根据图像中车道线特征，提出一种应用多阶动态规划的车道线识别算法。为准确识别车道线，算法利用非均匀B样条曲线拟合车道线，通过多阶动态规划确定非均匀B样条曲线的控制点。根据多阶动态规划的起始点和目标点确定车道线检测区域，进行区域分割确定动态规划的阶数，确定控制点的候选点；根据定义的代价函数和最优化原理，利用多阶动态规划确定曲线的控制点；拟合车道线，实现车道线的识别。处理各种路况的视频图像进行算法验证，试验结果表明，对于实车道线和虚车道线的直道、左转、右转的多种路况条件下，算法能有效准确地提取车道线的参数，稳定地实现车道线的识别
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  双离合器式自动变速器车辆换挡品质评价系统

  孙贤安;吴光强

  . 2011, 47(8): 146-151.

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  目前换挡品质评价多采用主观评价而易受测试人员影响，而且较少考虑换挡过程对其他性能的影响。以双离合器式自动变速器(Dual clutch transmission，DCT)车辆为对象，综合考虑整车动力性、经济性、传动系耐久性、舒适性等多方面因素，结合换挡时间、加速度、冲击度和能量密度等，提出换挡品质评价指标。通过径向基函数(Radial basis function，RBF)神经网络方法，建立舒适性主、客观评价之间的联系，并考察不同参数对该网络性能的影响，分析网络训练误差随隐含层神经元数目变化的趋势，给出部分原始值和训练值之间的区别。基于此，采用界面化编程方式，开发换挡品质评价系统。结合某驾驶员意图下的换挡过程，进行仿真。结果表明，采用所开发的系统可以有效地消除主观因素的影响，增强了换挡品质评价的客观性。
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  节流阀开度对自复叠制冷循环冷凝蒸发器换热性能影响的试验研究

  刘金平;吴啸;郭灵兵

  . 2011, 47(8): 152-157.

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  冷凝蒸发器的换热性能对自复叠制冷循环的性能具有显著影响，试验研究节流阀开度对冷凝蒸发器换热性能影响的规律，结果表明：自复叠制冷循环中冷凝蒸发器的 损失是换热器中最大的，通过调节主流节流阀和支流节流阀的开度可以减小冷凝蒸发器换热过程的 损失，冷凝蒸发器的换热窄点出现在端部，主流节流阀开度对冷凝蒸发器损失的影响比支流节流阀的要显著，稳定工况下，存在一组使冷凝蒸发器的 损率最小的主流节流阀开度和支流节流阀开度。
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  PEM燃料电池双极板与气体扩散层界面接触电阻测量与模拟

  李果;谈金祝;巩建鸣

  . 2011, 47(8): 158-162.

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  质子交换膜(Proton exchange membrane, PEM)燃料电池中双极板(Bipolar plate, BPP)与气体扩散层(Gas diffusion layer, GDL)界面接触电阻对燃料电池电化学性能有着重要影响，而螺栓夹紧力又是影响接触电阻的关键因素之一。因此，针对PEM燃料电池中的双极板与气体扩散层，采用试验和有限元模拟相结合的方法研究螺栓夹紧力对接触电阻的影响。结果表明，随着螺栓夹紧力的增加，双极板与气体扩散层界面接触电阻呈下降趋势，起初下降较快，然后下降逐步平缓。基于有限元软件ABAQUS开发一个力—电耦合程序预测得到了双极板与气体扩散层界面接触电阻，其结果与试验结果吻合较好。同时采用有限元法分析螺栓夹紧力对气体扩散层孔隙率变化的影响。结果表明，随着螺栓夹紧力的增加，气体扩散层孔隙率降低，特别是双极板与气体扩散层接触圆角区域，下降最为明显。
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  纵向节距对锯齿螺旋翅片换热管特性影响的试验研究

  马有福;袁益超;刘聿拯;胡晓红

  . 2011, 47(8): 163-168.

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  锯齿螺旋翅片管是在连续螺旋翅片管基础上发展而来的强化换热管型，具有易于制造、翅化比大，换热系数和翅片效率更高等优点，在大型气体换热设备中具有广泛的应用前景。为获得管束布置结构对锯齿螺旋翅片换热管特性的影响，在分析其影响机理的基础上对9个锯齿螺旋翅片管错列管束进行试验研究，获得纵向节距S2对锯齿螺旋翅片管束换热与阻力特性的影响规律，并提出相应的关联式。试验结果表明：在相同雷诺数Re和管束横向相对节距S1/do下存在最优管束纵向相对节距S2/do使得翅侧努塞尔数Nu与综合换热性能j/f (Colburn传热因子与摩擦因子比值)最大；翅侧欧拉数Eu随S2增大而减小；在试验研究的S2/do=2.41～3.07范围，选取较优S2可使管束翅侧Nu数提高6%且Eu数稍有减小，管束j/f可相应提高约7%。
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  考虑弹性变形的光敏树脂风洞模型设计方法

  孙岩;张征宇;朱伟军;王超;李涤尘;赵星磊

  . 2011, 47(8): 169-174.

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  为减小光敏树脂刚度较低引起的模型变形对风洞气动力试验数据的影响，提出一种考虑弹性变形的光敏树脂风洞模型设计方法。采用气动弹性数值计算的方法对光敏树脂模型在空气动力作用下的变形进行预测，基于数值计算的变形修正模型的原始外形，获得树脂模型的制造外形，使制造外形的模型在气动力作用下变形后的外形与原始外形相同，从而消除树脂模型弹性变形的影响。基于该方法和大展弦比机翼剖面刚性不变形假设设计出6套F4模型的制造外形，通过快速成形设备进行制造，并在FL-21跨声速风洞中进行验证试验。试验数据表明，在设计点时，4#、5#、6#模型的升力系数CL与国外风洞数据吻合较好，1#、2#、3#和5#模型的俯仰力矩系数Cmy与国外风洞数据吻合较好；在非设计点时，模型的CL和Cmy与国外数据偏差较大；同国外风洞试验雷诺数的差异使阻力系数比国外风洞试验的阻力系数大。因此，在设计点时考虑弹性变形的方法可以明显改善光敏树脂风洞模型的气动力试验数据精度。
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  具有学习能力的供应链系统的复杂动力学

  王雯;傅卫平;王更生;郝良

  . 2011, 47(8): 175-182.

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  实际的供应链系统是由具有自主学习能力的节点组成的，节点之间的相互作用使供应链系统表现出复杂的非线性动力学行为。针对一类具有学习能力的离散制造业供应链系统，研究其学习策略对系统复杂动力学行为的影响。通过计算制造商有效库存的最大Lyapunov指数和平均每周期成本在订货参数空间的分布，分析制造商有学习能力时其非线性动力学行为模式分布与成本分布的关系。研究表明，当制造商采用强化学习策略对订货参数进行学习时，制造商的学习行为对其降低整个参数空间上的成本分布均值有显著作用；同时，对其复杂动力学行为模式的拓扑分布有明显影响。
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  无人机气液压发射动力学数值仿真

  李悦;裴锦华

  . 2011, 47(8): 183-190.

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  气液压发射起飞是近年来国际上出现的一种先进的中小型无人机发射方式，以气液压能源提供动力实现无人机发射起飞。基于气液压系统原理，对蓄能器气体弹簧的弹性系数进行分析，建立由气液压系统动力学模型、增速滑轮组动力学模型、无人机及滑车的运动方程构成的发射过程动力学模型，并进行仿真计算和数值分析，分析结果表明无人机及滑车质量、蓄能器充油压力、液压缸活塞有效面积、蓄能器容积是影响发射过程和起飞速度的关键参数，在一定范围内通过调节气液压系统参数可适应于不同的无人机起飞质量和起飞速度要求。采用与试验结果比对的方法修正气液压系统的总粘性阻尼系数，将仿真结果与试验结果进行对比研究，研究结果表明仿真计算结果与试验结果表现出较好的一致性，证明了发射过程动力学模型的正确性，为无人机气液压发射装置的工程研制提供了重要的理论参考。
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  空气涡轮机带负载启动过程仿真

  练永庆;徐勤超;王树宗

  . 2011, 47(8): 191-198.

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  涡轮泵发射系统是目前世界上海军现役潜艇最先进的液压平衡式深水发射装置。空气涡轮机是涡轮泵发射系统的动力核心。为深入研究该涡轮机的工作特性，为进一步的研发工作奠定理论基础，运用热力学、空气动力学等理论建立空气涡轮机及其辅助系统的仿真模型，根据仿真模型编制仿真软件，进行空气涡轮机启动过程的动态仿真，并对仿真结果进行析。仿真结果表明，空气涡轮机带负载的启动特性可满足涡轮泵发射系统的要求。该模型不仅可用于该涡轮机的仿真研究以摸索其工作特性，其仿真结果还可为试验样机的总体设计及其试验的提供理论依据。