2012年, 第48卷, 第2期　
刊出日期：2012-01-20

  

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  基于计算机仿真的风电机组系统可靠性综合

  郭建英;孙永全;王铭义;丁喜波

  . 2012, 48(2): 2-8.

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  单纯依赖寿命试验对复杂系统进行可靠性评定已受到多种制约，单元为不同分布时的复杂系统可靠性综合与预测问题更是一个棘手的难题。为解决这一问题，提出一种基于计算机模拟仿真的数值解析方法。充分利用单元可靠性信息，用模拟仿真替代寿命试验，根据系统可靠性模型通过逻辑运算生成足够量的系统寿命模拟值，并据此推断系统寿命分布类型、完成拟合优度检验、解析分布参数及可靠性测度的点估计和置信区间。考虑工程实用性，上述全部过程均在计算机上编程实现。这一方法能够有效地解决复杂系统可靠性多级综合所面临的诸多难题，并在风电机组系统可靠性综合与预测中应用。
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  数控机床可靠性指标的似然比检验区间估计

  杨建国;王智明;王国强;张根保

  . 2012, 48(2): 9-15.

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  为评估现场时间截尾少样本故障数据的多台数控机床的可靠性，基于似然比检验理论，提出包括初步粗略评估和最终精确评估的数控机床可靠性指标的似然比检验两步区间减半评估方法，推导计算2参数Weibull分布评估模型参数及平均无故障工作时间、可靠寿命和可靠度等可靠性指标区间估计的迭代公式。应用该方法初步评估时，可先取较大计算步长，寻找评估指标上凸曲线的最大值和下凹曲线的最小值，计算结果可取至整数，不需要精确计算。在第二步精确评估时，在最大(小)值左右两区间分别取减半区间或更小区间，细化步长，重新计算，直至找到满足精度的精确估计值。结合一具体实例，给出2参数Weibull分布评估模型参数及可靠性指标的点估计和区间估计。结果显示该方法可减少计算量，提高迭代速度，适用于少样本数据的可靠性分析。
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  加工中心时间动态可靠性建模

  杨兆军;李小兵;许彬彬;陈菲;朱晓翠;郝庆波

  . 2012, 48(2): 16-22.

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  针对传统加工中心可靠性建模时修复如初的假设与工程实际有一定差异，提出一种加工中心故障发生时间的可靠性建模方法：以经验建模方法为基础，建立待考核加工中心故障发生时间的可靠性函数模型，在不改变故障时序的条件下得到加工中心在考核期内任意时刻的可靠性水平，克服以故障间隔时间的建模方法，仅能描述加工中心某次故障发生后到下次故障发生之前某时刻的可靠性水平变化规律的不足；为分析加工中心各次故障发生时间分布规律，提出加工中心各次故障发生时间的建模方法，并对各次故障发生时间的相关性展开研究。结合被考核加工中心故障发生时间的可靠性函数与各次故障发生时间的可靠性函数，能够完整地描述加工中心可靠性水平随时间动态变化的趋势。以18台加工中心为实例进行分析，建立其故障发生时间与各次故障发生时间的可靠性模型，且通过对实例中加工中心各次故障发生时间的相关性研究表明，加工中心各次故障发生时间之间存在明显的相关关系。
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  线性连续系统的动态与渐变耦合可靠性分析

  李常有;张义民;王跃武

  . 2012, 48(2): 23-29.

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  机械设备的零部件通常承载着动态载荷，且由于制造的不确定性致使几何元素的尺寸、形状以及相互位置具有随机性，同时多于80%的零部件都是由于某些量的劣化导致渐变失效，因此，开展动态与渐变耦合可靠性研究对于机械行业的发展具有极为重要的意义。研究随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性问题。根据线性连续系统的随机动力学理论获得随机响应的计算公式，由此建立随机交变应力的计算模型。采用一随机变量描述初始强度的不确定性，利用非平稳Gamma过程描述强度劣化量的演变过程。在此基础上构建线性连续系统的动态与渐变耦合状态函数和可靠度表达式。应用提出的方法分析轴扭转振动系统的动态与渐变耦合可靠性，将当量正态化法和设计验算点法相结合以估算动态与渐变耦合可靠度，采用中心差分方法分析该可靠度的敏感性。利用数值实例验证提出方法的实用性和有效性。结果表明，提出的动态与渐变耦合可靠性分析方法能够有效解决随机参数线性连续系统遭受强度劣化和承受动态载荷时的可靠性分析问题。
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  基于多元性能参数的加速退化试验方案优化设计研究

  潘骏;王小云;陈文华;许仕伟;高亮;钱萍

  . 2012, 48(2): 30-35.

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  对于需要考虑多元性能参数退化及其相关性的产品，如何进行加速退化试验方案设计以提高其估计精度问题，提出恒定应力加速退化试验方案优化设计的准则与方法；以产品在正常工作应力水平下，达到所规定的使用寿命时可靠度估计值的方差最小为目标；在给定正常工作应力水平、最高试验应力水平及各应力水平下试验截尾时间和性能参数退化量测试次数等试验参数后，以各试验应力水平和样本分配比例为设计变量，应用极大似然估计理论，建立基于多元性能参数的加速退化试验方案优化设计的数学模型，对电液伺服机构用丁腈橡胶O形密封圈的加速退化试验方案优化设计结果表明，经优化的试验方案能提高产品可靠度的估计精度，在相同置信度下可减少试验所需的样本量。
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  随机参数弹性连杆在平稳随机激励下的动力可靠性分析

  魏永祥;陈建军;马洪波;徐亚兰

  . 2012, 48(2): 36-43.

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  研究随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下的动力响应分析。利用拓广的随机因子法，从求解系统固有频率的瑞利商公式出发，得出物理参数和几何参数均为随机变量的弹性连杆时变固有频率的均值和方差。从动力平稳随机响应在频域上的表达式出发，利用求解随机变量函数的矩法和数字特征的代数综合法，计算出随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下弹性位移和速度的均方值的均值、方差表达式，由动力可靠度的公式导出其动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过算例，分析机构物理参数和几何尺寸的随机性对机构动力可靠度随机性的影响。
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  基于半马尔科夫决策过程的风力机状态维修优化

  苏春;周小荃

  . 2012, 48(2): 44-49.

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  恶劣的工作环境、昂贵的维修成本和停机损失对风力机及其部件的维修提出挑战。以齿轮箱、叶片等风力机核心机械部件为对象，将部件退化过程离散成有限的退化状态；以长期折扣成本最低为目标，考虑风速、备件物流、停机损失等因素的影响，建立基于半马尔科夫决策过程的状态维修优化模型。分析各退化状态下的维修策略、检测间隔时间以及不同退化状态间的转移概率，并采用策略迭代算法求解模型。以某风力机齿轮箱为例，通过对等周期、非等周期检测条件下检测间隔时间和维修成本的分析，得到优化的维修决策。研究结果表明，该模型能有效描述风力机核心部件的退化过程，实现风力机维修优化。
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  气动式振动台激振器低温失效机理研究及结构改进

  陶俊勇;刘彬;陈循

  . 2012, 48(2): 50-56.

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  气动式激振器是给可靠性强化试验设备气动式振动台提供激励信号的核心部件。针对气动式激振器在低温试验环境中无法工作的问题，研究其低温失效机理，建立理论分析模型；根据模型从激振器缸体材料、尺寸和内外壁温差三方面对气动式激振器结构进行优化设计，加工完成以加热膜为核心组件的气动式低温激振器样品，并给出温控方法；考察低温激振器样品的加热均匀性、加热效率和耐振性，并分别测试低温和常温环境中样品端部的激励响应。结果表明，该低温激振器样品的低温工作性能比原激振器有很大提升，能在低温环境中长时间稳定工作，且在低温和常温环境中端部的激励响应特性比较接近，验证新型低温激振器设计方案的可行性，对于拓展气动式振动台的应用范围有着积极作用。
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  响应量分布函数对基本变量分布参数的灵敏度函数的新算法

  周长聪;吕震宙;宋泽舒

  . 2012, 48(2): 57-62.

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  响应量的分布函数能够较好地描述其统计规律，通过研究响应量分布函数对基本变量分布参数的灵敏度函数，能够得到基本变量分布参数对响应量完整分布的影响信息。对于仅包含正态变量的线性功能函数，存在响应量分布函数对变量分布参数的灵敏度函数的解析表达式。为求解一般情况下响应量分布函数对变量分布参数的灵敏度函数，提出基于矩估计的求解算法。该算法利用可靠性灵敏度分析的矩估计方法，以及分布函数与失效概率的关系，将响应量分布函数对变量分布参数的灵敏度函数转化为阈值和响应功能函数各阶矩的近似表达式，通过点估计求得阈值处功能函数的前四阶矩，进而基于四阶矩方法求得阈值处的响应量分布函数对变量参数的灵敏度，通过遍历阈值的取值范围，最终可以得到响应量分布函数灵敏度随阈值变化的完整规律。相比于直接数字模拟法，所提算法的最大优点是在计算不同阈值处的分布函数灵敏度时，不需要重复调用功能函数，利用对一个阈值点处响应功能函数各阶矩和阈值的显式代数运算，即可得到不同阈值处的分布函数灵敏度，提高了计算效率。另外，所提算法不受基本变量分布类型的限制，且适用于多失效模式的情况，其主要缺点在于求解高维变量及非线性问题时的效率和精度尚有待提高。所讨论的数值和工程算例验证了所提算法的可行性。
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  多失效模式机械零件可靠性灵敏度估计

  卢昊;张义民;赵长龙;朱丽莎

  . 2012, 48(2): 63-67.

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  机械零件的失效往往存在多种失效模式，且这些失效模式对可靠性灵敏度均有影响，因此在进行可靠性灵敏度估计时，要充分考虑零件的各个潜在失效模式。提出一种多失效模式机械零件可靠性灵敏度分析的数值方法。运用随机摄动技术和四阶矩技术，求得各失效模式功能函数的前四阶矩及可靠性指标，解决了随机变量分布类型未知时，各失效模式的可靠度计算问题。根据机械零件失效模式较少的特点，将零件的潜在失效模式视为串联关系，则零件整体的失效即为失效模式的串联失效。结合灵敏度分析的梯度算法，推导出关于随机变量均值和方差的可靠性灵敏度的计算公式。数值算例表明所述方法可快速有效地估计多失效模式机械零件的可靠性灵敏度，且适用于非线性功能函数的情况。
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  基于灰色理论的继电器电接触可靠性预测

  李玲玲;韩俊杰;王成山

  . 2012, 48(2): 68-72.

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  电接触可靠性是有触点电器产品可靠性的一个重要方面，所以评估触点的电接触性能及可靠性和预测其失效时间对提高有触点电器产品的使用可靠性具有重要的应用价值。针对继电器失效原因的复杂性，提出基于灰理论的电接触可靠性预测。通过建立单变量预测模型GM(1,1)，较好地预测电接触失效的问题。并且用动态接触电阻测量系统进行HH52P型电磁继电器失效检测试验，证实灰预测模型的准确性。
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  690 MPa级低合金高强钢熔敷金属冲击断裂行为研究

  王爱华;彭云;肖红军;田志凌

  . 2012, 48(2): 73-80.

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  冲击试验是衡量金属材料韧性的最有效手段之一。对690 MPa级低合金高强钢熔敷金属进行–50 ℃示波冲击，分析焊接层间温度在80 ℃和200 ℃时试样的冲击性能。应用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射等分析手段并采用Lepera腐蚀法，对近断口区的组织、M-A组元及夹杂物进行观察，研究冲击过程中裂纹的形核和扩展规律。结果表明：层温对熔敷金属冲击吸收功影响显著，层温80 ℃和200 ℃时，所选冲击试样裂纹形成功和扩展功分别相差6.7 J和34.0 J。进一步研究表明，两种层温下，近断口区组织主要由板条状贝氏体和粒状贝氏体组成。层温80 ℃时，组织主要以板条状贝氏体为主，粒状贝氏体少量分布，M-A组元以少量的颗粒状存在；层温200 ℃时，粒状贝氏体数量增多，M-A组元的形态以条状和块状居多，数量增加；M-A组元这种形态和数量上的变化是导致两种层温下启裂功不同的主要原因。而熔敷金属中大角度晶界数量的不同，是造成两种层温下裂纹扩展功不同的主要因素。
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  辊式矫直过程应力演变及其对反弯特性的影响

  管奔;臧勇;曲为壮;吕智勇;冯伟

  . 2012, 48(2): 81-86.

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  通过对辊式矫直连续反弯过程中的应力遗传与反弯特性的耦合关系的研究，论证在弹塑性连续反弯过程的分析中考虑截面弯曲历史的必要性；并应用弹塑性理论的基本理论，建立考虑变形历史时求解多次反弯过程参数的数值解法，进而详细研究小变形矫直过程的应力遗传规律及其对弯矩—曲率(M-C)关系曲线的影响等。研究发现变形历史对条材断面的反弯特性具有不可忽略的影响，反弯特性的差异使同一工艺条件下不同截面的M-C曲线无法收敛。矫直过程中，具有不同初始曲率的截面在通过同一矫直设备后会经历不同的变形历史，从而产生不同反弯特性，最终导致无法实现残留曲率范围随反弯次数的增加而逐步减小的预期。这从理论上解释了小变形原则在生产现场应用效果不佳的原因。
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  奥氏体不锈钢应变强化工艺及性能研究

  韩豫;陈学东;刘全坤;张起侨;陈从升

  . 2012, 48(2): 87-92.

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  针对奥氏体不锈钢延性好但屈服强度低的问题，提出采用应变强化工艺来提高材料屈服强度。分析应变强化工艺中两个关键工艺参数——应变速度和应变量对材料力学行为的影响，指出应变速度不宜过慢，否则会出现锯齿形屈服行为，对材料性能造成不利影响。经应变强化后的奥氏体不锈钢在显著提高强度的同时，仍能保持较好的韧性。通过金相组织分析、马氏体体积分数测定等结果表明，将应变量控制在10%以下，强化后奥氏体组织仅发生少量的α′马氏体相变，对材料的力学性能影响不大，且材料的微观组织也没有明显变化。研究结果表明，采用应变强化技术在大幅提高奥氏体不锈钢屈服强度的同时，对材料的其他力学性能均不造成大的影响，从而为压力容器的安全运行提供有力保证，可实现压力容器的轻型化设计，经济和社会效益显著，应用前景广阔。
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  固体氧化物燃料电池钎焊自适应密封研究进展

  蒋文春;张玉财;巩建鸣;涂善东

  . 2012, 48(2): 93-101.

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  平板式固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell，SOFC)是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，具有能量转化效率高、结构紧凑、对环境污染小等优点，成为替代现有石化燃料的最佳选择。SOFC要通过封接防止泄漏，由于其工作温度高，对封接要求苛刻。在高温下，要求封接材料具有良好的化学稳定性、热稳定性、气密性以及绝缘性等，因此密封技术一直是制约其商业化应用的瓶颈问题。钎焊自适应密封是近几年发展起来的一种平板式SOFC密封技术，利用金属箔片钎焊连接电池和金属框架，具有封接强度高、密封性能好、能吸收热应力等优点，具有较好的应用前景。介绍自适应密封的原理、特点和应用，从结构设计、钎焊技术、残余应力等方面的研究进展进行综述，指出该技术存在的问题，并对其今后的发展方向进行预测和展望。
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  形状记忆合金线性驱动器的设计及位移特性分析

  李杰锋;沈星;王鑫伟

  . 2012, 48(2): 102-108.

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  为克服传统带有偏置装置形状记忆合金驱动器结构复杂、响应速度慢的缺点，利用形状记忆合金(Shape memory alloy , SMA)的单程形状记忆效应，设计并制造一种不带偏置装置且可实现双程运动的线性驱动器，该驱动器由两根形状记忆合金丝、滑轮、部件、导轨、支座及固定螺钉组成。接着基于Brinson一维本构方程及转换方程，推导出两根SMA丝在不同条件下的应变表达式；提出将马氏体相变应力看作体力，分析温度变化与驱动器位移的关系及外载荷变化对驱动器最大位移的影响。对计算结果进行试验验证，结果表明，所设计驱动器可实现往复双程运动；随着SMA丝温度的升高所获得的位移呈非线性增大，当温度超过奥氏体转变结束温度Af，位移达到最大，而初始化过程获得的最大位移为正常运动的一半；增大载荷，驱动器的最大位移逐渐减小，当载荷达到51.0 N时，驱动器停止运动，即位移减小为零。
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  轻薄型金属反平面撕裂破碎试验研究

  邓莉;刘剑雄;刘俊秀;刘阳;李军

  . 2012, 48(2): 109-114.

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  为解决报废汽车及家用电器的破碎及回收处理问题，利用拉伸试验，获取轻薄型回收金属材料的力学性能参数；在考虑强化效应的基础上，将材料本构关系简化为双线性模型；通过裤形撕裂试验，观察到轻薄型回收金属发生大小相等、方向相反的两次弹塑性弯曲变形，因此裤形撕裂试验过程中外力所做功主要由金属材料的撕裂功和裤腿的弹塑性弯曲功两部分组成；分析研究轻薄型回收金属材料撕裂破碎过程的特点，将单位面积裂纹表面的撕裂比功作为表征材料撕裂性能的特征参数；比较轻薄型回收金属在不同加载速度下的撕裂比功，发现撕裂比功在一定范围内对加载速度的变化不敏感。研究表明，轻薄型金属材料的拉伸断裂比功较相应板材的撕裂比功大一个数量级，这表明撕裂方式更适合于报废汽车及家用电器的破碎加工处理。
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  精密注塑制品残余应力的试验研究及其计算

  吴海宏;冯兰芳;畅同晨;蔡刚毅;成永峰

  . 2012, 48(2): 115-120.

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  注塑残余应力对精密注塑制品的力学性能和光学性能等有重要影响，是精密注塑制品质量控制的关键指标之一。为研究注塑成形过程中残余应力的发展，以丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(Acrylonitrile butadiene styrene，ABS)塑料为研究对象，对其模内蠕变行为进行试验研究。将热弹性模型计算的收缩应变与试验测量的收缩应变之间的差值定义为制件的模内蠕变，得到注塑工艺条件对模内蠕变的影响规律。在此基础上构建计算精密注塑制品残余应力的蠕变模型。模型中的材料弹性模量可由Tait方程计算得到，粘壶系数采用反演方法计算得到。利用该模型结合薄壳有限元法对ABS平板注塑件残余应力进行计算，对计算结果进行试验验证，并与普通的松弛模型计算进行比较。计算结果表明，该模型的计算精度高于普通的松弛模型，是解决精密注塑制品残余应力预测问题的新的有效方法。
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  快速辊系变形在线计算方法研究

  孔繁甫;何安瑞;邵健

  . 2012, 48(2): 121-126.

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  工作辊和支撑辊弹性变形计算是板带轧机板形设定模型的关键，其计算速度与结果精度是当前制约辊系变形在线计算的主要因素。物理建模方面，在传统影响函数法的基础上，通过引入工作辊中心倾斜角度这一变量，改进辊系弹性变形简化模型，使辊系在非对称工况下也能满足弯矩平衡条件。在辊系变形数值计算方面，根据Timoshenko深梁理论建立挠曲平衡微分方程，采用有限差分法对四辊轧机辊系变形进行数学建模，计算辊系的角位移和挠曲变形。该有限差分模型采用递推方式进行挠曲计算，避开了影响函数法中的大量矩阵乘法运算，计算效率有较大提高。分别通过与影响函数法、有限元法对非对称工况的计算结果进行对比，验证基于有限差分法的快速辊系变形计算方法具有较快的计算速度和较高的精度。
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  45钢电子束扫描相变硬化组织和硬度的研究

  魏德强;刘科;王荣

  . 2012, 48(2): 127-132.

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  电子束表面处理可以提高钢铁材料的表面硬度和力学性能。研究电子束扫描对45钢硬化层组织和性能的影响，探讨电子束功率、扫描速度等工艺参数对硬化层组织和性能的影响。采用扫描电镜分析45钢电子束表面强化层的显微组织，用显微硬度计进行硬度测试。结果表明，45钢经电子束扫描处理后，硬化层的组织为针状和板条状马氏体，组织比常规调质处理更加均匀、细小，试样表面的平均硬度达58 HRC，比淬火加低温回火处理的硬度高3～5 HRC，是调质处理的两倍，从处理表面往下沿深度方向硬度逐渐减小。电子束工艺参数对硬化层组织和性能有较大影响，硬化层宽度和深度随着电子束功率的增加而增加，随着扫描速度的增加而减小；硬化层的最高硬度随着电子束功率密度的增加而增加，随着扫描速度的增加而减小。
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  热轧变形区润滑条件与板带钢表面质量关系试验研究

  朱作鑫;孙建林;高雅;赵海兴

  . 2012, 48(2): 133-137.

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  为研究热轧变形区润滑条件与轧后板带钢表面质量关系，对热轧变形区润滑机理进行计算分析，设计一种可移动式热轧工艺润滑装置，用于板带钢热轧工艺润滑试验。研究不同热轧变形区润滑条件对轧后板带钢表面粗糙度、氧化膜断面厚度、钢板酸洗后形貌的影响。结果表明：在热轧变形区内，当轧制速度大于2 m/s时，热轧油油滴在变形区的停留时间在0.07 s以内，远小于油滴着火延迟时间与油滴燃烧需要的时间之和，油水混合液来不及燃烧便已通过变形区，仍为传统的液态润滑形式；采用工艺润滑与无润滑相比，表面粗糙度降低40%左右，氧化膜厚度减少50%以上。通过3D显微镜进一步对酸洗后钢板表面进行观察分析，可以发现热轧变形区润滑能够明显减少钢板表面缺陷，使板带钢轧后表面轧制纹络清晰，表面质量得到显著改善。
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  汽车乘员舱安全性与舒适性多学科设计优化

  李铁柱;李光耀;顾纪超;董立强

  . 2012, 48(2): 138-145.

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  概念设计阶段汽车乘员舱的安全性和舒适性设计是关键任务，两者具有耦合效应，将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中实现两个学科的并行设计。针对某款车的乘员舱布置，在该车100%正面碰撞试验基础上，通过乘员损伤分析软件建立该车的正面碰撞乘员约束系统模型并对模型进行验证用于评估其安全性；同时也基于关节强度的概念建立乘员舒适性模型。将多学科设计优化运用到乘员舱的设计中，避免了传统设计方法对安全性和舒适性的单独优化，实现了两个学科的并行设计，缩短了开发周期，最大化了乘员舱的整体性能。为提高计算效率，通过试验设计构建乘员约束系统的Kriging近似模型用于代替仿真模型。结果表明，该方法在较好地满足乘员安全性的同时提高了乘员的乘坐舒适性，在乘员舱布置方面具有较强的工程实用性。
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  考虑多约束条件的磁浮列车节能型永磁电磁磁铁优化设计

  张志洲;佘龙华;张玲玲;谭军

  . 2012, 48(2): 146-152.

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  为降低悬浮能耗，在不改变中低速磁浮列车F型轨道结构和车辆结构前提下，提出一种适合工程应用要求的全尺寸永磁电磁混合磁铁的结构优化设计方法。给出一种永磁体安装于铁心一侧、永磁体极面积可调整的混合悬浮磁铁方案。根据混合磁铁电磁力的非线性模型，分析承载能力与永磁体的厚度、极面积、最大磁能积以及电磁线圈安匝数的约束关系，提出基于有约束的非线性规划策略的混合磁铁的结构优化设计方法。单转向架试验表明，该新型混合磁铁与常规电磁铁的悬浮能力相当，悬浮功耗显著降低。
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  基于智能体—神经网络的轮胎侧偏特性

  陈龙;黄晨;江浩斌;王志忠

  . 2012, 48(2): 153-158.

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  在轮胎接地压力试验台上测量轮胎在充气气压、垂直载荷、轮速等变化的18种工况下获得的轮胎侧偏特性，并定性地分析侧偏特性与侧偏角、轮速、垂直载荷和充气压力等众多因素关系，揭示出它们之间的函数关系表现出复杂的非线性。据此，将558个样本数据点作为网络特征参数，训练和建立自适应神经网络模型，进行网络逼近。由于存在网络层数和节点的增加带来的计算量大和众多非线性传递函数相互叠加造成的网络不确定性以及误差大的问题，应用智能体技术，对神经网络的训练过程进行优化。仿真结果表明，效果较好，该曲线的平均误差小于1.5%。通过与魔术公式轮胎模型比较分析，得到所采用的模型更加逼近轮胎试验曲线，表现出明显的优越性，可为汽车理论研究提供一定参考。
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  车用柴油机噪声品质预测模型的建立

  刘海;张俊红;张桂昌;敦立明;马梁;马文朋;王之东

  . 2012, 48(2): 159-164.

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  车用柴油机辐射噪声已成为环境污染噪声的重要组成部分，开展车用柴油机噪声品质的预测与评估研究具有重要的理论与实际意义。以Q型车用柴油机为例，研究其在变负荷及转速工况下表面辐射噪声品质情况，为进一步提高整机声品质，开展柴油机结构声学设计奠定了理论基础。研究国内外车用柴油机客观评价特征，选取物理声学特征峭度、冲击量特性以及心理声学特征响度、尖锐度、粗糙度和波动强度参量来描述辐射噪声的客观特征；针对柴油机噪声特点，采用分类对偶比较法开展以专业听审人群为目标的综合满意度评价研究；应用多层感知器神经网络算法建立起该车用柴油机声品质预测模型。研究表明，车用柴油机噪声品质预测模型能够准确地反映客观评价参量与主观满意度之间的非线性映射关系。
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  联合收割机双闭环负荷控制系统的设计

  秦云;赵德安;张军

  . 2012, 48(2): 165-171.

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  联合收割机是一个高阶时变非线性系统，存在大滞后，工况复杂，简要分析联合收割机数学模型及作业期间可能存在的各种内部、外部扰动。针对收割机负荷控制系统中利用一个控制器综合多个扰动，各参数相互影响，参数调整困难，系统动态性能不够好的问题，提出一种双闭环负荷控制系统，将收割机系统分为行走、作业两部分，分别利用车速闭环和滚筒转速闭环进行控制。车速闭环采用单神经元比例积分微分(Proportion, integration, differentiation, PID)算法，根据车辆行走系统的工况变化不断调整控制参数，尽可能跟踪给定车速。滚筒转速闭环采用直接广义预测控制算法，也可自动适应系统参数和工况的变化，保证滚筒恒定在最佳转速。整个控制算法实时计算量较小，可保证系统具有足够高的实时性。仿真和试验证明双闭环负荷控制系统能获得较高的控制精度和优良的动态特性。
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  新型涡旋式多相泵气液增压过程研究与设计理论

  王君;张晓慧;刘凯;章大海

  . 2012, 48(2): 172-178.

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  提出一种新型涡旋式气液多相混输泵，通过构建变啮合间隙涡旋齿型线，使其所形成的压缩腔存在一条通向排出口方向的内泄漏卸压通道，其增压过程如下：气液介质随着压缩腔容积的减小而压力升高，同时部分介质通过卸压通道被推入到排出口，防止因液相不可压缩而易出现的压缩腔内压力骤增问题。建立涡旋式多相泵的几何理论和工作中带有内泄漏的气液增压过程数学模型，求解得到增压过程中气液状态参数的变化规律。对其工作过程中带有移动边界和气液混合增压的粘性非定常流动进行数值模拟，得到各个工作腔内的速度场和压力场分布，分析含气率、压缩腔容积变化率和啮合间隙等因素对增压过程的影响，形成了新型涡旋式多相泵的设计理论。
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  膜片式先导水压溢流阀仿真与试验研究

  朱碧海;何伟;贺小峰;刘银水

  . 2012, 48(2): 179-185.

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  由于水的粘度低和润滑性差，先导型水压溢流阀中主阀芯与阀套之间的密封与润滑问题一直是影响阀静动态性能的关键性技术难题。设计出一种采用膜片密封的新型先导型水压溢流阀，较好地解决了先导型水压溢流阀的密封与润滑难题。建立该阀的数学模型，对其静态特性进行理论分析和计算，对其动态特性进行仿真，分析主阀下腔容积、阻尼孔直径、先导阀弹簧刚度、主阀上腔容积以及阀芯质量对阀压力响应和压力超调量等动态性能的影响。制作样机并对其调压范围、启闭性能和动态性能进行试验研究。试验结果表明，样机的压力调节范围较大、启闭特性非常好、压力超调量较小以及升压时间较短，验证了该阀能较好地解决主阀芯与阀套之间的密封与润滑难题。
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  基于漩流的细胞姿态控制方法

  张勤;苏刚;黄维军;刘俊;青山尚之

  . 2012, 48(2): 186-192.

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  细胞姿态调整是生物工程显微操作中一项非常重要的工作。提出通过两微管喷射流体产生漩流，漩流带动细胞转动，进行非接触式的细胞姿态控制的方法。改变微管之间的相对位置、喷射速度和微管内径等参数,可以控制微管之间产生的漩流强度、尺寸，以适应不同尺寸、形状的细胞以及培养溶液的变化，使显微操作更为方便。建立显微操作环境下微流场漩流中细胞运动模型，模拟微观尺度下利用微流体产生漩流和细胞在漩流中的运动，仿真分析微管相对位置、喷射速度等参数对漩流及细胞运动特性的影响。通过试验进一步研究微流场中漩流的产生以及不同形状漩流作用下细胞的运动特性，得到与数值计算结果相一致的结论。
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  双喷嘴挡板伺服阀非线性建模及其线性化

  母东杰;李长春;延皓;孙萌

  . 2012, 48(2): 193-198.

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  为从理论上研究喷嘴挡板伺服阀控电液伺服系统的动静态性能，需要建立较精确的电液伺服阀数学模型。考虑伺服阀喷嘴挡板处阀口流动等非线性因素影响，分析电液伺服阀的电信号输入到阀芯位移的输出特性，建立双喷嘴挡板两级伺服阀的非线性数学模型以描绘实际系统；根据实际模型特点，采用输入/输出线性化方法中的非线性状态反馈变换获得局部线性化模型，并通过分析系统零动态稳定性，从理论上证明了线性化模型的有效性。以常规泰勒展开线性化为对象，对提出的输入/输出线性化模型的精确性进行相应的仿真和实际试验对比。结果表明，该方法所建模型更接近实际系统，具有较强的鲁棒性，可用于精确分析实现阀控液压伺服系统的动静态性能。