机械工程学报

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钟群鹏;有移亮;张峥;吴素君;骆红云

. 2012, 48(18): 2-6.

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在对机械装备构件轻量化的基本原则和主要技术依据进行概括的基础上，就机械装备构件轻量化强度设计技术进行探讨，分别在简单拉伸、弯曲、扭转、疲劳等受力状态下，对简单形状构件轻量化强度设计判据进行分析，并进一步得到构件轻量化强度设计通用判据；对铁、钛、铝、镁、钴等金属基体合金轻量化性能指标进行比较，并进一步提出逐步建立构件轻量化材料性能指标体系的设想；对机械装备构件轻量化成形工艺和表面改性技术的作用进行概括，并提出通过工艺技术提高构件材料的强度(或屈服强度)、提高构件截面形状的抗弯截面系数(或抗扭截面系数)、提高表面层材料的强度(或屈服强度)和改变构件表面为压应力状态等工艺途径来达到构件轻量化目的。

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我国轴类零件轧制技术进展

胡正寰;杨翠苹;王宝雨

. 2012, 48(18): 7-12.

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轴类零件轧制技术是先进成形制造技术的重要组成部分，具有成形精度高、产品质量好、生产方式清洁、成本低等优点，已成为国际上竞相研究开发、积极采用的先进技术。主要介绍我国在轴类零件轧制技术领域的最新工作进展，包括零件轧制理论研究、产品开发、技术推广与产业化、模具设计制造和工艺设备开发设计等。指出我国的轴类零件轧制技术总体上处于国际先进水平，在某些方面处于国际领先地位。尽管我国轴类零件轧制技术已得到较广泛的应用，但仅占能够轧制零件质量的1/10左右，所以该技术仍有很大的应用空间。

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多向模锻制造技术及其装备研制

林峰;张磊;孙富;刘永前;李改华;张人佶

. 2012, 48(18): 13-20.

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多向模锻又称为多柱塞模锻，可以在一次加热和压机一次行程中完成复杂形状、特别是带内腔或凹凸外形锻件的锻造。其锻件的性能好，并可提高材料利用率1倍以上，减少后续切削加工量。因此，多向模锻是一种精密优质、节能省材的绿色锻造技术。但大、中型多向模锻需要的重型多向模锻液压机，要能够在水平和垂直两个方向提供压制力。与普通液压机比较，多向模锻液压机在承载机架的设计与制造上存在较大的难度。针对此关键技术问题，提出基于预应力钢丝缠绕的“正交预紧机架”结构。利用预应力钢丝缠绕，对整体机架同时产生垂直和水平两个方向的预紧力，以平衡多向压制载荷。应用正交预紧机架设计制造的40 MN/64 MN多向模锻液压机，验证该新型结构的有效性和可行性。这一技术突破为在我国推广多向模锻制造技术，促进我国锻造行业的节能、减排和技术进步，奠定了技术保障。

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空心变截面构件内高压成形工艺与装备

苑世剑;韩聪;王小松

. 2012, 48(18): 21-27.

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介绍汽车轻量化的途径及内高压成形技术的应用趋势。阐述管材内高压成形基础理论、工艺模具关键技术以及产业化应用方面的最新进展。在内高压成形基础理论方面，揭示弯曲管内高压成形的环向应力、轴向应力及环向应变、轴向应变和厚向应变的分布规律。阐明内高压整形阶段圆角充填时存在极限圆角半径，并分析液体压力和摩擦条件对极限圆角半径的影响规律。在工艺模具关键技术方面，提出降低成形压力的内凹预制坯方法和大径厚比超薄异型管件内高压成形方法，解决多孔同步液压冲孔模具等关键技术。在工业应用方面，攻克超高压建立、高压水介质传输、超高压与多轴位移闭环实时控制等多项设备关键技术，为国内汽车主机厂及零部件厂研制了多台生产用大型内高压成形机，成功应用于奔腾轿车副车架、扭力梁和SUV车前支梁等汽车零部件的批量制造。

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镁合金板材温热变形机理及温热成形技术

张士宏;宋广胜;宋鸿武;程明

. 2012, 48(18): 28-34.

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镁合金温热成形工艺具有较好的应用前景，是实现轻量化的重要途径，但镁合金温热成形机理需要进一步深入研究。通过电子背散射衍射(Electron back scatter diffraction, EBSD)原位跟踪观测方法，针对100～230 ℃范围，对轧制镁合金板材在单向压缩和单向拉伸变形时的变形机理进行系统研究和定量分析。分析镁合金板材在不同条件下的力学性能、织构转变特点、孪晶与滑移系启动规律，揭示不同变形条件下镁合金板材的塑性变形机理。研究结果表明，镁合金板材在变形过程的力学性能变化、织构演化和晶粒取向变化在很大程度上取决于孪晶参与变形的比例。镁合金板材在170 ℃具有较高的塑性成形能力，该温度下的大量锥面滑移系启动有利于协调轧板在厚度方向的变形。根据已获得镁合金板材变形机理，为镁合金板件冲压成形工艺提出建议。提出镁合金板件温热成形工艺，开发若干典型镁合金板件产品。

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车身用铝、镁合金先进挤压成形技术及应用

李落星;周佳;张辉

. 2012, 48(18): 35-43.

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资源和环境的制约将成为未来社会实现可持续发展的瓶颈，对决定国民经济命脉的交通运输产业的发展有显著影响。因此，低油耗、低排放技术已成为汽车产业发展中的关键技术，轻量化是节约能源和减少有害气体排放的有效途径。铝、镁合金由于比强度和比刚度高，是汽车轻量化的理想材料。针对汽车车身用的高性能铝、镁合金挤压成形和后续加工困难的问题，系统地开展挤压变形机理和精确仿真建模研究，开发包括基于数值仿真的等温挤压、挤压—弯曲—淬火一体化成形和镁合金连续挤压等一系列高效、短流程挤压加工新工艺、新装备。为铝、镁合金在汽车上的大规模推广应用打下了良好的基础。

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轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战

李永兵;李亚庭;楼铭;林忠钦

. 2012, 48(18): 44-54.

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2009年中国以300多万辆的优势，首次超越美国，成为世界汽车产销第一大国，比预计提前了5～6年。中国车市的优异表现，不仅有效拉动了中国本土汽车产业链的发展，也为经济危机条件下世界汽车工业做出巨大的贡献。然而，全球产销第一带来的不仅仅是欣喜，更多的则是压力。中国汽车工业在技术水平、创新能力、品牌影响力以及国际竞争力等方面与世界汽车强国还有明显的差距。与此同时，汽车工业也成为我国能源安全、低碳经济和城市环境的巨大负担，使其发展受到限制，转型迫在眉睫。汽车轻量化作为降低原油消耗和尾气排放的重要手段，已经得到世界各国的高度重视，成为世界汽车强国提高品牌竞争力的重要手段。对全球汽车车身轻量化的方法和发展趋势进行综述，分析车身轻量化技术的发展对焊接与连接的挑战，并对新型的车身连接技术进行分析和评价，以对我国轻量化车身的设计与制造提供有益借鉴。

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重型车辆铝合金轮辋挤压成形技术及应用

张治民;王强;路光;于建民

. 2012, 48(18): 55-59.

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轻量化是重型车辆节约能源和减少排放的有效措施，是提高车辆性能的重要途径。针对重型车辆传统采用钢制轮辋质量大、难以有效减重的问题，为推进重载汽车轻量化进程，开展铝合金轮辋挤压成形技术及应用研究。系统研究变形温度、变形次数对7A04合金组织与性能影响的基础上，提出7A04合金逐次控制变形技术，在480 ℃下4次变形，可获得较好的综合力学性能，解决了高强铝合金常规成形塑性差的问题；开发的空心坯料反挤压成形技术，主应力分析表明可减小接触面上正应力，解决了铝合金轮辋成形力大的问题，在12.5 MN挤压液压机上实现10.0-20轮辋的整体成形。7A04合金轮辋替代传统钢制轮辋减重55%以上，已通过实车考核并批量应用，为装备的轻量化提供新的技术途径。

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旋辊参数对双辊夹持旋压成形的影响规律

范淑琴;赵升吨;张琦

. 2012, 48(18): 60-66.

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双辊夹持旋压成形是一种加工带凸缘的薄壁回转体件的节能节材型工艺，为获得旋辊参数对该成形工艺的影响规律，基于ABAQUS/Explicit平台，采用工件不转动的建模方法，建立直角凸缘双辊夹持旋压成形有限元模型，并用试验验证该有限元模型的有效性，利用该有限元模型对双辊夹持旋压成形过程进行数值模拟，获得旋辊圆角半径、旋辊间距、旋辊进给率对双旋辊夹持旋压成形的影响规律。结果表明，旋辊圆角半径对旋压成形转矩影响不明显，增大旋辊圆角半径使得凸缘成形质量下降；旋辊间距仅在成形初始阶段对旋压成形转矩影响较大，即增大旋辊间距则成形转矩减小，而凸缘成形质量随着旋辊间距的增大而降低；增大旋辊进给率可提高凸缘的成形质量，同时也增大了旋压成形转矩。由以上分析结果最终获得双辊夹持旋压成形时合理的旋辊参数。

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重型车辆传动行动构件轻量化设计研究

张治民;张星;王强;李保成

. 2012, 48(18): 67-71.

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重型车辆传动、行动构件数量多，采用铝合金轮毂轮辋代替原钢质构件能有效减少构件质量。针对高强铝合金韧性、弹性模量和疲劳强度低的问题，为满足其力学性能和保证安全性，在数值模拟和试验研究的基础上，建立构件性能、结构尺寸相匹配的等效静力韧度设计准则。在采用新制造工艺及成形方法使构件强度和韧性均提高的基础上应用该设计准则，结果表明新构件的静力韧度能达到原构件的水平。铝轮辋减重效果大于55%，铝轮毂减重大于60%，其安全系数为3.57，大于规定值3。经实际跑车验证，应用等效静力韧度设计准则设计的铝合金传动行动构件满足使用要求，解决了重型车辆轮毂轮辋采用高强铝合金替代同级别强度钢铁的瓶颈，为“以铝代钢”构件设计提供理论依据。

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碳纤维复合材料板热冲压成形试验研究

张琦;高强;赵升吨

. 2012, 48(18): 72-77.

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材质轻量化和结构轻量化是降低汽车整质重量的有效途径。其中，质轻且比强度高的纤维增强树脂复合材料已经越来越多的应用于汽车设计和制造中。为解决传统复合材料件成形效率低、制造成本高等问题，进一步扩展复合材料在汽车制造业中的应用，提出一种采用非等温模具对复合材料板直接进行热冲压的复合材料成形新方法。该方法对模具进行非等温加热，使用非等温模具通过接触传热将复合材料中需要发生变形的区域进行局部加热，借助复合材料加热到一定温度下软化的特点，随着模具的运动逐步成形工件，工件在模具作用下固化。进行复合材料板球面形件的热拉深成形试验研究，分析成形温度对试件拉深过程的影响。试验结果表明，碳纤维增强树脂基复合材料具有良好的热冲压性能，成形效率高，成形的球面件质量好，表面光洁。由于树脂软化，拉深过程载荷随着成形温度升高而降低。

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水平剪切波在板表面附着物厚度检测中的应用

吴斌;李杨;郑阳;何存富

. 2012, 48(18): 78-84.

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针对板表面附着物厚度检测的问题，提出一种基于水平剪切(Shear horizontal，SH)波的检测方法，该方法利用SH波的频散效应对板表面附着物厚度变化敏感的特性，实现对表面附着物的厚度进行无损检测。建立SH波在双层结构中的波动模型，并求解出双层弹性介质中SH波的波动方程。针对工业中出现的水垢等多种附着物厚度检测实例，绘制SH波群速度随附着物厚度变化的曲线，并进一步提出SH波检测板表面附着物厚度的具体实施方法。利用该检测方法，对钢板—石灰膏涂层模拟的锅炉水垢试样进行试验研究。结论表明，通过测定低频段和高频段的SH0模态的群速度，可以分别对较厚附着层和薄厚度附着层的厚度进行检测。

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基于圆形振动膜的MEMS压电传声器研究

李俊红;汪承灏;刘梦伟;马军;魏建辉

. 2012, 48(18): 85-88.

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为提高微电子机械系统(Micro-electro-mechanical systems，MEMS)压电传声器的灵敏度和成品率，提出一种优化设计的圆形振动膜MEMS压电传声器。采用硼扩散方法实现振动膜的圆形支撑墙，避免由于方形支撑墙造成的四角应力集中，并通过深硼扩散技术，增加圆形围墙的厚度，避免了振动膜的“软”支撑问题；振动膜采用Si3N4/SiO2/Si3N4复合结构，减少振动膜的内应力；采用电极分割串联技术，传声器被分割成在声学上并联、在电学上串联的若干部分，以期提高MEMS传声器的灵敏度。在结构优化的基础上，利用MEMS技术制备压电微传声器，所制备传声器振动膜平坦、无褶皱，成品率有了明显提高。在消声室中采用同时比较法对传声器进行测量，优化设计的圆形振动膜传声器的灵敏度有了明显提高，达到0.3 mV/Pa。

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基于无线射频识别传感标签的形状记忆合金增强复合结构低速冲击响应监测

袁江;邱自学;邵建新;吴静雅;陈宇天;俞云雷;郭永海

. 2012, 48(18): 89-96.

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对埋入形状记忆合金(Shape memory alloy，SMA)丝的增强复合材料结构，提出一种利用传感标签技术实现结构健康无线分布监测的新方法，以解决传统有线监测方法存在的布线难、系统扩展和移动性能差等问题。采用基于高精度时间数字转换技术的专用电容测量芯片PS021测量复合结构中的SMA丝间的微小电容信号，可以很好抑制寄生电容的影响提高电容的测量精度；分布的传感标签获取PS021的电容测量信号，并与时间、位置编码信息打包后无线传输给读写器，传感标签之间无须通信，能耗要求低；组网采用三层读写器网络拓扑结构，通信协议简单、实时处理能力强。低速冲击响应监测试验表明，系统能实现对埋入结构中NiTi超弹性自传感元件的监测，根据冲击试验获取的多通道电容测量数据可分析判断损伤的位置和程度。

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非平衡胶接接头循环温度场强度退化研究

韩啸;李伟东;胡平

. 2012, 48(18): 97-103.

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随着汽车轻量化技术的发展，结构胶接技术被广泛应用于车身异种材料的连接工序。通过实验室模拟汽车服役工况的循环温度场环境，采用韧脆性质不同的两种结构胶粘剂，对钢/铝非平衡胶接接头的剪切强度进行环境退化研究。试验结果表明，两种胶接接头在循环温度场作用下，接头的宏观强度表现出不同程度的退化现象，并且随着时间的推移，这种退化趋势逐渐趋于稳定；通过ABAQUS有限元软件对胶接接头进行二维建模分析，并且通过内聚力单元对胶层的破坏过程进行模拟，发现在经历循环温度环境作用后，胶接区域边缘处胶层内部剥离应力和切应力的集中现象更加显著；采用扫描电镜法对胶层失效表面进行样貌分析，发现破坏表面胶体的微观结构也受到了环境变化的影响。

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桥梁上高速列车的强横风运行安全性

于梦阁;张继业;张卫华

. 2012, 48(18): 104-111.

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基于空气动力学和多体系统动力学理论，研究桥梁上高速列车的侧风运行安全性。研究远场气象风速与距轨面4 m高、距迎风侧轨道中心线3.8 m远处的高速列车大风监测点的风速的关系；分析侧偏角和桥梁高度对高速列车气动载荷特性的影响；将气动载荷作为外加载荷作用于高速列车动力学模型上，分析桥梁上高速列车的运行安全性，给出高速列车在桥梁上的运行安全域。研究表明，大风监测点处的风速与气象风速成正比关系，且比例系数随着桥梁高度的增加而增大。对于10 m及10 m以上高度的桥梁，当车速一定时，只要大风监测点处的风速相同，高速列车的气动力系数、气动力矩系数和安全指标均与桥梁高度基本无关；对于10 m以下高度的桥梁，当车速一定时，仅由大风监测点处的风速无法确定出高速列车在不同高度桥梁上的气动力系数、气动力矩系数和运行安全指标，必须考虑桥梁高度的影响。当采用大风监测点的风速作为参考风速时，高速列车在低桥梁上运行比在高桥梁上运行偏于危险，应以低桥梁上高速列车的运行安全性来制定铁路沿线不同高度桥梁上高速列车的运行安全域。

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力与位移耦合控制的主动转向系统协同优化

赵万忠;孙培坤;刘顺

. 2012, 48(18): 112-116.

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设计一种力与位移耦合控制的前轮主动转向(Active front steering，AFS)系统，使其同时具有主动转向和电动助力转向功能，不仅实现汽车转向轻便性和转向路感的完美融合，而且实现汽车安全性与灵活性的协调统一，是一种理想的汽车动力转向技术。建立新型AFS系统和整车3自由度动力学模型，提出新型AFS系统的性能指标及量化公式，应用协同优化方法，考虑人机工程学、汽车安全性和转向经济性三个子系统，以转向路感为系统级优化目标，对新型AFS系统参数进行协同优化设计。仿真结果表明，基于协同优化的新型AFS系统可在保证系统具有较好的转向稳定性、转向灵敏度和转向能耗基础上，有效提高系统的转向路感，为新型AFS系统的设计和优化提供理论基础。

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基于全转速综合性能评价的可变循环发动机配气优化

邸立明;李文跃;夏怀成;赵永生

. 2012, 48(18): 117-123.

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针对可变循环发动机(Variable-cycle engine, VCE)二行程模式配气形式的特殊性和配气参数优化问题，以某单缸四行程发动机为基础，建立VCE四行程和二行程工作模式仿真模型，利用缸压试验验证模型的正确性，提出基于多性能评价指标的发动机综合性能量化指标复合性能系数，通过算例和模糊物元法验证了其有效性。根据复合性能系数最大化原则，对VCE二行程模式的三种缸侧排气口方案进行系列化仿真分析，得出在四圆角矩形排气口方案的气口下边沿与下止点重合情况下，当进气门在下止点前46°开启，下止点后86°关闭，排气口宽为30 mm，高为14 mm时，在全转速范围内的综合性能最好。研究表明，复合性能系数能高效地对发动机全转速范围的综合性能进行量化评价比较。

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超临界水蒸气氧化的12Cr钢发射率试验研究

吕方明;王坤;黄树红;吴波;高峰

. 2012, 48(18): 124-129.

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对于大型旋转机械的强度设计和寿命评估而言，其表面温度是一个不可或缺的重要参数。使用红外辐射测温技术可以实现对旋转机械表面的非接触温度测量。由于长期工作在高参数的水蒸气环境中，汽轮机转子表面的氧化膜对红外辐射测温有重要影响。为研究转子钢的氧化对红外辐射测温的影响，建立金属试样在超临界水蒸气(24 MPa 、400 ℃)环境中进行氧化及试样带宽发射率测量的试验台架，实现用于超(超)临界汽轮机转子的材料——精炼12Cr钢试样在超临界水蒸气环境中的氧化，并使用单色测温仪测量氧化后精炼12Cr钢试样的发射率。结果表明，随着氧化的深入，精炼12Cr钢试样发射率的分散性及其随温度变化的速度逐渐降低，认为可以选择发射率的某个测量值(如0.88)作为设定值，使用单色测温仪对金属目标温度变化进行监测。为实现红外测温技术在汽轮机转子表面温度检测中的应用奠定基础。

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活塞型自力式三通阀的数学模型及其验证

周德海;吴成斌;石文星;王宝龙;李先庭

. 2012, 48(18): 130-136.

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热管/蒸汽压缩复合空调机组应用于全年需冷空间时具有很好的节能效果，用于热管和制冷模式切换阀件对其可靠、节能运行起着至关重要的作用。提出适用于热管/蒸汽压缩复合空调机组模式切换的活塞型自力式三通阀的结构；根据其工作原理建立数学模型，对阀门切换时的动力学特性进行仿真研究，并建立活塞型自力式三通阀性能测试试验台对仿真结果进行验证；仿真和试验结果吻合较好，表明所建模型能够较好地分析其模式切换时的动力学特性。

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涡扇发动机技术用于降低火电机组厂用电分析

李建锋;李斌;吕俊复

. 2012, 48(18): 137-143.

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降低火力发电厂的厂用电率是提高火力发电机组效率的有效方法，目前常用的降低火力发电厂厂用电的技术方案是采用小型汽轮机驱动给水泵或者风机的方式，或者采用变频技术。为降低火力发电厂的厂用电率，提出一种全新的技术方案，即通过移植航空涡扇发动机技术，利用高温换热器替代核心机的燃烧室加热从压气机出来的高压空气，高温高压的空气在透平内膨胀做功以后再排到锅炉中，压气机由透平驱动，透平富余功率可以用来发电，或驱动电厂用电设备。通过建立该技术方案的性能计算模型，计算结果表明，对于600 MW火力发电机组，在透平入口空气温度为700 ℃时，在不增加锅炉排烟温度的条件下，空气透平除提供锅炉用风耗功以外，还可以发出最多超过9 MW的电功率，折算减少厂用电率达3%。对空气轮机降低厂用电与小汽轮机降低厂用电的方式进行比较，结果显示该技术方案优于小汽轮机降低厂用电方式。

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双电层效应对压力驱动微流体流动及传热的影响

谭德坤;刘莹

. 2012, 48(18): 144-151.

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在非对称壁面zeta电势及热通量边界条件下，研究双电层效应对平行微流道内压力驱动微流体流动及传热特性的影响。建立微流道内压力驱动流体的数学模型，双电层电势分布、流体流动及传热特性分别由Poisson-Boltzmann方程，修正的N-S方程，能量方程进行描述，对三个方程进行求解并得到微流道内电势，速度及温度分布的解析解。详细讨论动电参数、壁面zeta电势、上下壁面zeta电势比及热通量比等因素对电势场、流场、温度场及微流体传热性能的影响。结果表明，壁面zeta电势会影响微流道内电势分布，流动电势的改变会影响速度分布，进而影响微流道的温度分布与传热性能。在微尺度下，双电层效应对压力驱动流的影响很明显，与传统的无双电层效应的泊肃叶流相比，其流动及传热特性均有显著差异。

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斜轴伸泵装置水动力数值计算与模型试验

杨帆;刘超;汤方平;周济人

. 2012, 48(18): 152-159.

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为研究斜轴伸泵装置的水动力特性，基于ANSYS CFX软件采用RNG k-ε湍流模型和可伸缩壁面函数对泵装置进行三维粘性湍流定常数值计算，计算区域包括叶轮、导叶和进、出水流道，共计算包括设计工况在内的9个工况点。计算结果揭示出该泵装置的内部流动特性，分析在叶轮旋转条件下斜15°进水流道出口断面的水力性能及其对叶轮进口断面相对高度位置的影响和叶轮受水流作用力的分布规律，并探讨水力矩的变化规律及翼型附近的相对流速分布，给出参考的叶轮名义安装高度取值范围(0.7～0.9)D。通过数值计算预测了模型泵装置的水力性能并与物理模型试验结果进行对比，预测的效率值和试验值最大绝对误差为5.01%，最优工况与设计工况时扬程的相对误差、效率的绝对误差均在3.5 %以内。

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交变负载下工程柴油机液压转矩均衡控制模型及试验研究

高峰;于洪光;柳桂国

. 2012, 48(18): 160-165.

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根据液压挖掘机等工程机械的工作特点，分析在交变负载工况下对柴油机进行转矩均衡控制的必要性，仿照大多数工程机械所采用的并联式油电混合动力结构，建立以蓄能器、蓄能泵、助力电动机等液压元件为核心的转矩均衡控制系统的数学模型，以带有全程调速器的485小型柴油机为控制对象，在调速拉杆固定的条件下将柴油机输出转矩设为控制目标，以齿轮泵和比例溢流阀为负载进行建模并开发出转矩均衡控制算法，并进行计算机仿真和台架试验。仿真和试验结果表明，所建数学模型基本反映了实际系统的特性，柴油机转速和输出转矩、蓄能器压力、负载转矩等仿真参数的变化趋势与试验结果一致，所开发的控制算法在多种试验负载下都能完成对柴油机输出转矩和转速的稳定控制。台架负载对比试验表明，在不同工况下转矩均衡控制能使柴油机的耗油率降低10%～20%不等，对短时间峰值负载的驱动能力提高了60%以上。

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仿生蓝点魟胸鳍在两种波动模式下推进力的比较

章永华;何建慧;贾来兵

. 2012, 48(18): 166-176.

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依靠鱼鳍波动推进的鱼类通常具备极强的游动稳定性和机动性能，在这些鱼类中，根据鱼鳍波状运动形成行波波幅包络线形式的不同，鱼鳍波动模式主要有摆幅从前往后逐渐增大和摆幅保持不变两种。设计出一种仿生蓝点魟胸鳍模型，通过试验研究模型在两种波动模式下频率、摆幅和波长等运动学参数对产生推进力大小的差异。测试结果显示，在两种波动模式下，推进力基本上随着波动频率、摆幅和波长的增大而增加；在相同运动学参数下，摆幅逐渐增大模式产生的推进力始终大于等摆幅模式；为进一步深入研究并揭示其中的缘由，随后建立仿生蓝点魟胸鳍的二维模型，利用有限体积法对建立的模型及计算域进行离散，基于流体动力学对两种波动模式下仿生鳍推进力进行计算，给出与试验条件相似的运动学参数下鱼鳍在两种波动模式下推进力大小随之变化情况的数值计算结果，绘制出压力分布等值线图和涡量场分布情况，并从涡动力学角度解释试验现象和揭示其原理及内在规律。该研究成果为仿生蓝点魟胸鳍选择合理的推进模式，高效、可靠地完成预定任务提供理论参考。

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基于前馈辨识与非线性复合反馈的平面电动机运动控制

李鑫;杨开明;朱煜;余东东;崔乐卿

. 2012, 48(18): 177-185.

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控制器包括前馈项与反馈补偿，前馈用以减小加、减速段跟踪误差，反馈项用以提高系统鲁棒性并确保匀速段误差的收敛。然而实际中存在建模误差，基于名义模型计算得到的前馈系数不够准确。此外不确定项使得多自由度之间存在耦合，且无法确保跟踪误差的收敛。以平面电动机为研究对象，为提高其运动与定位精度，提出一基于前馈辨识与反馈非线性复合控制方法，并利用Lyapunov理论证明该算法的稳定性。其中前馈系数通过PD控制试验求解。反馈控制器中鲁棒项用以补偿建模误差以减小多自由度耦合并提高鲁棒性，非线性项采用基于误差幅值的变增益方法，用以抑制低频扰动并避免噪声的引入。试验结果表明，该方法明显减小轨迹跟踪误差，提高系统鲁棒性与伺服性。

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基于数据驱动的系统彩色图谱分析现代工业系统健康状态

孙锴;高建民;高智勇

. 2012, 48(18): 186-191.

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分布式控制系统(Distributed control system，DCS)是现代工业系统中实时监控子系统，负责采集系统运行的实时数据，实现生产过程的实时监控。由于DCS采集的数据集特有的海量性与高维性，使得通过整体分析全部DCS数据，从而掌握系统的综合运行状态的一切传统方法难以奏效，因此目前对于DCS数据的利用还处于原始的单点监控状态。为有效利用DCS数据判断系统的整体运行状态，将数字图像引入系统分析中，定义一个由二维欧氏平面空间和三维色彩空间联合构成的，与DCS数据所在拓扑空间同胚的乘积空间，色彩相空间。将DCS数据映射到色彩相空间，构造系统平面彩色图谱，反映复杂系统变量之间的内在联系，提出一个全新的解决思路。系统平面彩色图谱可以从宏观层面结合定性与定量将系统多变量之间的非线性、高耦合性关系直观地反映出来，从而解决复杂系统多变量关系难以建立精确的解析形式的问题，将复杂问题直观化、形象化、简单化。

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桥式起重机随机应力谱获取及疲劳剩余寿命估算

王爱红;徐格宁;高有山

. 2012, 48(18): 192-198.

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为估算桥式起重机金属结构疲劳剩余寿命，保证起重机使用安全，需要获取结构疲劳核算点应力谱。起重量、起升卸载位置和起重小车是否过中点是获取应力谱的特征参数。通过现场采集特征参数数据，经统计检验，建立特征参数的概率分布模型。采用拉丁超立方抽样，产生特征参数随机数样本，以动态仿真计算疲劳核算点的应力—时间历程，以雨流计数获得双参数应力谱，运用Forman公式估算疲劳剩余寿命。用上述方法对样机进行仿真计算，获得检测周期内10级应力谱，剩余疲劳寿命为32.8年，与试验应力谱计算的疲劳剩余寿命误差为6.26%。试验结果表明，采用仿真应力谱替代试验应力谱进行疲劳剩余寿命评估是可行的，所提出基于“实测+统计+抽样+比对+仿真”组合策略的起重机载荷谱获取和疲劳剩余寿命评估方法，具有周期短、成本低的优点。

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2012年, 第48卷, 第18期　
刊出日期：2012-09-20

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