机械工程学报

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李德广;刘淑琴;樊迪

. 2012, 48(24): 1-7.

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利用磁悬浮轴承高速电主轴作为检测器件解决高速磨削法向磨削力实时在线测量困难的问题。通过对磁悬浮轴承高速电主轴转子的动力学分析，得到法向磨削力与电主轴转子位移的两阶导数和转子受到的电磁力的关系。转子的位移数据可由磁悬浮轴承电主轴中的位移传感器的输出得到。为了精确求取电磁力，气隙磁通密度采用图解法求出，消除线性化引入的系统误差；气隙宽度由遍历搜索法标定，消除系统加工装配误差对电磁力测量带来的影响；引入修正系数对由漏磁、磁滞和边缘效应带来的测量误差进行补偿，修正系数由三层神经网络动态实时求出。通过静态和动态试验对电磁力和动态磨削力的检测结果进行验证，试验结果证明基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法的有效性和准确性。

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螺旋波纹管导波检测技术的数值仿真和试验研究

赵继辰;吴斌;何存富

. 2012, 48(24): 8-13.

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为对螺旋波纹管进行缺陷检测，研究纵向模态超声导波在螺旋波纹管中的传播特性。在Abaqus仿真软件平台中构建螺旋波纹管的计算模型，得到含有环向裂纹缺陷时的仿真结果。在此基础上，采用自主研制的电磁声换能器进行试验研究。试验所用的激励信号为经Hanning窗调制的20个振荡周期的正弦脉冲，中心频率为240 kHz，采用单一传感器在螺旋波纹管中激励和接收L(0, 2)模态导波，实现对螺旋波纹管中人工裂纹缺陷的识别，分析并计算缺陷位置测量不确定度。有限元仿真和试验结果表明，超声导波技术可以实现对螺旋波纹管裂纹缺陷的检测。

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平面内直线度误差最小区域法的完备性研究

张新宝;张坤

. 2012, 48(24): 14-18.

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针对国家标准GB/T 11336-2004中用于平面内直线度误差最小包容区域评定的极点计算法对有些数据的处理结果不符合最小包容区域的高-低-高或低-高-低原则，即存在不完备性，因此提出定向极点搜索与迭代的评定方法。理论分析和平面内直线度误差数据的处理实例证明本方法完全符合平面内直线度误差评定的最小包容区域的高-低-高或低-高-低原则。数据处理的结果还进一步显示新方法完备性好，评定结果精准、可靠，计算过程绝对收敛、速度也更快，可以克服国家标准GB/T 11336-2004中平面内直线度误差评估的极点计算法存在的缺陷。

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聚合物双腔微管挤出成型工艺试验研究

靳国宝;王敏杰;赵丹阳;田慧卿

. 2012, 48(24): 19-27.

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针对尺寸小、壁厚不均匀、截面形状复杂的多腔微管挤出成型难度大的问题，以双腔异形微管为研究对象，在挤出过程中引入微量注气系统，采用非对称流动平衡设计方法和微细电火花成型加工技术，设计制造双腔异形微管直角挤出模具。以聚丙烯为试验材料，以双腔微管制品截面的轮廓椭圆度和壁厚均匀度为评价指标，研究微管挤出成型中主要工艺参数对制品形状精度的影响规律。试验结果表明，型腔注气量、螺杆转速、模具温度、水箱真空度和牵引速度对制品椭圆度的影响依次减弱；制品壁厚均匀度主要取决于挤出模具，基本不受工艺参数变化的影响。通过对试验规律的分析，揭示不同工艺参数对双腔微管制品截面变形的作用机理，并得出较优的工艺参数组合，获得满足设计要求的双腔微管制品。

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基于激光视觉的脉冲GTAW熔池振荡检测与分析

石玗;张刚;马晓骥;樊丁

. 2012, 48(24): 28-32.

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熔池振荡频率与焊缝全熔透状态有较为直接的物理对应关系，但熔池振荡频率的检测十分困难。针对该问题提出一种基于激光视觉的熔池振荡特征频率检测传感新方法。在介绍激光视觉法原理基础上，设计脉冲非熔化极气体保护焊(Gas tungsten arc welding, GTAW)熔池振荡激光视觉传感试验系统。采集反映熔池振荡变化的视频图像，提出激光特征条纹的图像处理算法，并利用Matlab软件编写相应的程序获得熔池振荡波形，利用快速傅里叶变换提取出熔池振荡特征频率。试验结果表明，激光视觉法不仅成功实现脉冲GTAW熔池振荡信号的检测传感，而且克服了已有的脉冲GTAW熔池振荡检测法不能被用于连续焊接的缺陷。软件系统能够较准确地提取出熔池振荡特征频率、处理时间为20 ms，满足熔池振荡信号的实时检测要求，为连续脉冲GTAW熔透控制奠定了基础。

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铝合金变极性等离子弧焊温度场数值模拟

韩永全;赵鹏;杜茂华;姚青虎

. 2012, 48(24): 33-37.

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通过高速摄像对正、负极性等离子弧形态进行分析，并分析变极性等离子电弧正、反极性不同产热机理的基础上，采用“高斯+双椭球”组合热源模型，建立正、反极性期间不同热源模型。采用ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language, APDL)编程语言实现与实际变极性焊接参数对应热载荷的循环交替加载，计算出铝合金变极性等离子弧焊接温度场及熔池形状。对比分析不同变极性电流和焊接速度条件下焊接熔池的穿透深度，并通过实际焊接试验验证热源模型的准确性。研究结果为准确掌握铝合金变极性等离子弧热源形态、产热机理和等离子弧力等特性，并合理选择焊接工艺参数提供理论依据。

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低周疲劳精密下料新工艺及试验研究

赵仁峰;赵升吨;钟斌;郭桐

. 2012, 48(24): 38-43.

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传统的金属棒料下料工艺存在着材料利用率低、能耗高、生产效率低以及下料断面质量差等问题。采用一种新的下料工艺-周向加载低周疲劳精密下料技术，利用V形槽的应力集中效应，促使棒料V形槽底尖端处疲劳裂纹的萌生及疲劳裂纹的快速扩展。描述周向加载低周疲劳精密下料机的工作原理。给出在低周疲劳下棒料V形槽根部裂纹是否起裂的判据。采用两种控制曲线对5种材料(20钢、H59、45钢、20Cr和LY12)的棒料进行试验研究，实现加速棒料裂纹的产生、扩展并获得良好的棒料断面质量。试验结果表明，V形槽的应力集中效应可以有效地减小棒料下料过程中的平均应力，在不断增加打击位移的同时减小冲击频率可以保证棒料裂纹的稳定扩展和断裂。

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复杂航天筒体结构件的焊接应力应变演变规律

卢振洋;蒋凡;王龙;陈树君;薛忠明

. 2012, 48(24): 44-49.

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采用有限元分析手段对复杂航天筒体结构件的纵向和环向焊缝温度场和应力场进行模拟。航天筒体焊接采用变极性等离子弧焊工艺，根据变极性等离子弧焊工艺特点使用面高斯热源和圆柱热源的组合热源模型作为变极性等离子弧焊的热源。采用ANSYS软件中ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language, APDL)编写程序，实现变极性等离子弧焊接热源在筒体结构上加载和移动，完成四道纵缝和两道环缝的焊接热力过程仿真。通过对模拟结果分析，解释复杂筒体焊接应力应变的演变过程。发现在焊接过程中纵缝两端有明显的应力-应变释放，交叉部位的变形直接影响到结构整体的尺寸精度。

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厚壁半球形液压缸的强度计算及其与圆筒形液压缸对比分析

张伟玮;王仲仁;王小松;何祝斌;戴昆;刘钢

. 2012, 48(24): 50-54.

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半球形液压缸是缸梁一体式压力机的主要承力构件，它与传统的三梁四柱式液压机的圆筒形液压缸相比，结构上和受力状态都发生很大的改变，从而使承压能力有近一倍的提高。导出半球形液压缸强度计算公式，对于厚壁球壳，最薄弱区域是球的内壁，在该处有最大的经(纬)向拉应力与代数值最小(绝对值最大)的径向压应力。按照Tresca 强度准则或Mises强度准则均可算出数值相同的最大当量应力，强度计算公式表明该应力应小于或等于材料的许用应力。并将该式与圆筒形液压缸强度计算公式进行对比，在相同条件下(相同许用应力、相同内压及相同内半径)，计算结果表明，半球形液压缸的壁厚要远小于圆筒形液压缸，减重效果明显。

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稀土元素对SnAgCu焊点内部组织的影响机制

张亮;韩继光;郭永环;何成文;袁建民

. 2012, 48(24): 55-60.

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随着人们环保意识的逐渐增强，新型无铅钎料的研究成为电子工业中的研究热点，而稀土元素的添加可以显著改善钎料的性能，基于含稀土Ce无铅钎料的钎焊试验，采用扫描电镜和能谱仪研究稀土元素Ce对SnAgCu焊点内部组织的影响机制。结果表明，稀土元素在SnAgCu焊点内部以CeSn3的形式存在，且稀土相形态各异。采用化学亲和力来表征稀土元素Ce与Sn、Ag、Cu之间的内在联系，从理论上证明Ce的“亲Sn性”。采用乌尔夫原理研究稀土元素的吸附现象，解释稀土元素Ce对SnAgCu焊点内部金属间化合物的细化作用。由SnAgCuCe焊点组织分析，发现基体组织中颗粒尺寸大小排序为CeSn3>Cu6Sn5>Ag3Sn，从理论上证明纳米Ag3Sn颗粒在SnAgCuCe焊点强化中发挥着主要的作用。研究结果可以为新型无铅钎料的研究提供理论支撑。

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基于变长度悬臂曲梁的金属橡胶材料本构模型

曹凤利;白鸿柏;任国全;范红波

. 2012, 48(24): 61-66.

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依据金属橡胶材料细观结构变形的主要特征，对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析。提出基于变长度悬臂曲梁的单匝螺旋卷细观结构单元，结合接触作用模型，从材料的微元体出发推导承受压缩载荷金属橡胶材料的本构模型。该模型包含金属丝直径、弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数，从理论上解释金属橡胶材料力学特性的物理本质。通过圆柱形和长方形两种不同外形金属橡胶试件对所建模型进行试验验证，结果表明理论计算和试验数据吻合较好，说明该模型能够描述金属橡胶材料在加载和卸载阶段的力学行为。为进一步研究金属橡胶材料的力学特性，指导金属橡胶产品的设计提供理论依据。

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厚板窄间隙埋弧焊焊缝阶梯形断口形成机理研究

张伯奇;蔡志鹏;王梁;吴健栋;潘际銮

. 2012, 48(24): 67-72.

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为提高2.25Cr-1Mo-0.25V耐热钢埋弧焊接头的韧性，采用冲击试验和三点弯曲试验找到接头韧性的薄弱环节，并通过进一步的微观分析，试图揭示接头韧性的弱化机理。冲击试验显示，焊缝的韧性低于母材和热影响区，因此利用三点弯曲试验，对裂纹在焊缝中的扩展过程进行更深入的研究。在三点弯曲试验时观察到焊缝中出现阶梯形断口。通过扫描电镜观察到断口表面呈现出韧窝和准解理共存的混合形貌。金相观察发现，阶梯形断口出现在焊缝的柱晶区，其方向与柱晶生长方向平行或垂直。利用苦味酸腐蚀试样，观察到阶梯形断口与结晶方向平行的部分是沿原奥氏体晶界开裂，电子背散射衍射(Electron backscattered diffraction, EBSD)试验结果也证明了这一点，而垂直于结晶方向的部分是沿层状线开裂。因此，原奥氏体晶界和层状线是焊缝中需要特别关注的部位。通过调整焊丝成分和工艺参数，减少了焊缝中的层状线，焊缝韧性明显提高。

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滑动非常规行走方式综述与发展趋势分析

刘杰;高峰;徐国艳;丁能根

. 2012, 48(24): 73-86.

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以机械工业绿色化发展趋势为依据，移运装置于复杂地面的通过性与动力性已成为目前机械工业领域亟待解决的问题。分析常规行走方式于复杂地面环境工作中，存在低通过性、高能源损失或破坏生态力强等特点。综合阐述非常规行走机构于复杂地面环境中的运动机理，对比分析滑动行走方式的运动特点。详述多轮同辙问题的解决方案，分析地面力学发展中的不足之处，以车辆构型为出发点分析滑动行走方式在车辆形态学中的应用。综合阐述以滑动行走方式作为代步方式的机械装置的研究与应用，从机械系统设计、动力特性方面详述滑动行走机构的机理与性能。深入阐述滑动特性的微观机理及仿生学研究在地面机械中的应用。归纳滑动行走方式在机器人和车辆研究领域的研究方法与发展趋势，预测机械机构与结构的“柔顺性”在机械工程领域中的发展趋势。

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干式双离合器自动变速器起步滑模变结构协调控制及实时优化

赵治国;胡笑天;姜娇龙;王琪;章桐

. 2012, 48(24): 87-105.

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基于自主开发的5速干式双离合器自动变速器(Dual clutch transmission, DCT)，为充分反映驾驶员意图并改善DCT车辆的起步性能，从系统层面探讨发动机与离合器间的协调控制问题，量化并给出起步过程发动机转速及离合器传递转矩的计算公式。考虑该5速干式DCT物理结构特征，建立4自由度起步动力学方程，并将其简化分别得到2自由度滑摩过程模型和单自由度在挡运行模型。借鉴预测控制思想并采用遗传算法，在线滚动优化确定发动机转速及车速目标跟踪曲线，并设计滑模变结构起步协调控制策略。在Matlab/Simulink软件平台上，对不同驾驶意图DCT车辆的起步性能进行仿真，在自行搭建的DCT电控单元硬件在环仿真试验台架上，对滑模变结构起步协调控制算法进行快速原型试验。仿真及试验结果表明，所设计滑模变结构伺服控制器不仅有效地体现了驾驶员起步意图，提高了DCT车辆起步性能，而且对车辆参数摄动具有较强的鲁棒性，同时可推广用于机械式自动变速器(Automated mechanical transmission, AMT)车辆的起步控制。

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地铁车辆车轮多边形化形成原因分析

马卫华;罗世辉;宋荣荣

. 2012, 48(24): 106-111.

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针对地铁车辆车轮多边形化问题，探讨分析车轮多边形化形成原因。提出车轮多边形化是由车轮滚动多周的振动所形成的这一创新观点，并分析车轮多边形化的顶点相位角、主振频率与运行速度之间的关系。以某直线电动机地铁车辆为例，基于建立的多体动力学模型，研究各速度下轮轨垂向力的主导频率，分析易产生车轮9边形化的速度及主导频率特性，指出在72～80 km/h的速度范围内，该直线电动机地铁车辆有形成车轮9边形化的可能。以72 km/h和80 km/h为例，给出此速度下的轮轨垂向力及其主导频率、前转向架直线电动机垂向振动加速度及其主振频率，结果表明两种速度下主导频率分别为39.08 Hz和43.48 Hz的振动有形成车轮9边形化的趋势。指出各速度下的相位角变化，并给出车轮9边形化的示意图。

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基于非平衡轮廓理论的子午线轮胎结构设计

王国林;万治君;梁晨;马银伟

. 2012, 48(24): 112-118.

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在分析现有子午线轮胎非平衡轮廓设计理论的基础上，结合酒井秀男和FRANK非平衡轮廓理论的特点，进行两种理论的融合，得到新的轮胎充气非平衡内轮廓的积分方程，并编制相应的软件。以315/60R22.5及385/55R19.5两种载重子午线轮胎为研究对象，利用提出的轮廓积分方程进行设计。结合轮胎有限元分析技术，从接地压力分布、胎圈和胎肩处的应变比能等方面，对非平衡轮廓设计和现行设计的轮胎进行综合对比分析。结果表明，利用提出的非平衡轮廓积分方程设计的轮胎，接地压力均匀性和接地形状以及胎圈和胎肩处的应变比能具有大幅度地改善，即提高了轮胎的磨损、抓地和疲劳性能。

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基于网格变形技术的白车身多目标形状优化

方剑光;高云凯;王婧人;王园

. 2012, 48(24): 119-126.

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市场的竞争压力促使汽车厂商致力于加快车身开发的进程，而基于计算机辅助工程(Computer aided engineering，CAE)的车身结构优化技术由此而成为业内的研究热点。与传统的尺寸优化不同，形状优化在工程优化中具有更大的潜力。将网格变形技术引入形状优化，提出基于近似模型的多目标形状优化方法。利用网格变形技术定义形状变量，并根据灵敏度信息筛选优化变量；采用优化拉丁方试验设计对设计空间均匀分布样本点，进一步拟合高精度的Kriging模型；运用多目标粒子群算法，保持其余性能指标满足预期的前提下，以白车身弯曲刚度和质量为目标进行优化。研究表明，所提出的优化方法成功用于白车身的多目标优化，设计者可根据优化结果权衡各个目标，以指导最终的决策。

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考虑路面不平度的路面识别方法

王博;孙仁云;徐延海;吴聿东

. 2012, 48(24): 127-133.

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基于滑移率控制的汽车电控制动系统实现的难点在于确定不同路面下的最佳滑移率。不平路面上路面不平度引起的动载荷会对汽车车轮速度、滑移率、制动力系数等参数带来波动，间接影响路面识别。在两种轮胎模型的基础上，将汽车平日里行驶的路面划分为6种类型，提出一种能适应不平路面的识别算法。依据路面最佳滑移率前制动力系数-滑移率曲线下的封闭面积构造一个能代表典型路面特征参数的特征值，给出6种典型路面的特征值区间并据此识别汽车当前行驶路面。建立含路面不平度激励的14自由度汽车动力学模型，通过在单一路面和对接路面上的汽车制动模拟试验验证了识别算法的有效性。结果表明算法能在不平路面上较准确、快速地识别当前给定路面状态并将识别结果便捷地用于汽车电控制动系统的最佳滑移率控制。

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小通道内的冷凝换热模型分析

胡灿;李敏霞;马一太;付兴

. 2012, 48(24): 134-140.

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目前国内外对于大通道内的冷凝换热研究较多，而对小通道内的冷凝换热研究较少，小通道内重力、切应力、表面张力的相互作用与大通道不同，导致小通道内的冷凝换热机理不同于大通道，因此大通道内的冷凝换热模型不能很好地预测小通道内的冷凝换热，而小通道内冷凝换热的研究对设计和优化紧凑型换热器具有重要意义。总结9种小通道内的冷凝换热预测模型，并根据11个独立研究机构的测试结果,收集6种工质(R134a，R32，R22，R123，R410A，R1234yf)的1 183个小通道内的冷凝换热试验数据点。比较各模型的预测结果和数据点发现，各预测模型并不是适用于小通道内所有工质和工况的预测，应根据工质和工况选择合适的模型。GARIMELLA的预测模型对R134a、R32、R22、R1234yf的数据点的预测误差很小，而KOYAMA的预测模型适用范围比较广，大部分工况下误差也是可接受的。

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漂浮式波浪能装置能量转换系统研究

盛松伟;游亚戈;张亚群;吴必军;孙洲平

. 2012, 48(24): 141-146.

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能量俘获系统与能量转换系统构成整个波浪能装置，其中能量转换系统是波浪能利用的关键环节。设计一套适用于漂浮式波浪能装置上的液压式能量转换系统，包括液压缸、液压马达、蓄能稳压系统、液压控制系统及发电机。液压控制系统中采用特制的“液压自治控制系统”，用于根据发电许可最大压力与最小压力控制液压系统能量释放与储蓄动作，并将最大压力提高到23 MPa，最小压力提高到9 MPa。大量试验数据表明，压力提高后的液压转换系统较之以前的液压系统在效率和可靠性方面有明显的改进，对波浪能海况试验样机研发意义重大。

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转速对直叶片升力型风轮动力特性影响数值研究

赵振宙;原红红;郑源;黄娟;赵振宁

. 2012, 48(24): 147-151.

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采用非定常k-ω湍流模型和滑移网格技术，对旋转直径3 m、高3 m和叶片弦长0.44 m的直叶片升力型风轮动力特性进行二维数值研究，分析在三种不同转速下单叶片动力特性、叶轮动力特性及叶片表面压力特性的变化规律。研究发现：随转速增加，上盘面叶片动力矩极高值先增加后减小存在最大值，下盘面动力矩极低值在逐渐减小且范围变广，证明上盘面为风轮的主要做功区域，下盘面对风轮出力贡献少甚至为负值；随转速增加，上盘面叶片表面压力差在增大，吸力面负压增加幅度较明显，压力面增加幅度较缓，证明吸力面对出力增加的贡献更大；叶轮整体出力由上盘面力矩、下盘面力矩和转速三个因素决定，只有均衡三者关系才能增大风轮整体出力。

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低基液氨质量分数对卡琳娜循环系统(kcs-34)理论循环效率的影响

任慧琴;李惟毅;张军朋

. 2012, 48(24): 152-157.

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为探究卡琳娜循环系统(kcs-34)的热源进出口温度及质量流量均不发生变化的情况下，低基液氨质量分数a(<0.66)的变化对系统理论循环效率η的影响。通过改变蒸发器工质侧进口温度T8和富氨蒸气氨质量分数b，得出系统理论循环效率η与低基液氨质量分数a之间的关系。结果表明，在b不变的情况下，随着T8的增大，系统最大理论循环效率ηmax增大，a的取值区间呈减小趋势；在T8不变的情况下，随着b的增大，系统最大理论循环效率ηmax增大，系统最大理论循环效率ηmax对应的a值也逐渐增大，并且a的取值区间也呈增大趋势，同时，当T8保持不变并且a＜0.36时，系统理论循环效率η会随着b的增大而减小，而当a＞0.4时，系统理论循环效率η则会随着b的增大而增大。

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线性化处理前后开式静压工作台动态特性比较

赵建华;高殿荣

. 2012, 48(24): 158-163.

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目前，静压支承主要是作为线性系统进行动态性能分析，但线性化造成的误差未进行分析。以多头泵调节下的开式静压工作台为对象，推导出工作台关于压力、流量的非线性微分方程组。一方面，对工作台支承系统进行线性化处理，利用Laplace变换的方法获得了系统的传递函数，采用Routh判据对其进行稳定性判别，并绘制系统的阶跃响应和脉冲响应曲线。另一方面，采用四阶Runge-Kutta法，利用Simulink工具箱搭建非线性系统的框图，并绘制系统的阶跃响应和脉冲响应曲线。对比两种方法得到的阶跃响应曲线，线性化系统与原系统的响应曲线差别较小，精度能够满足正常的工程需要，线性化处理对于多头泵调节下的开式静压工作台是可行的。因此对静压工作台进行动态性能分析，绘制出幅频、相频、动刚度曲线图。所做的研究对比分析两种方法得到的多头泵调节下开式静压工作台的响应结果，为工程的实际应用提供了参考依据。

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2个加工时间不同工序组批的嵌套批综合调度算法

谢志强;刘长海;杨静

. 2012, 48(24): 164-173.

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针对已有的批加工工序数为2的批综合调度算法，没有考虑组批工序不同和后续工序中存在组批工序的情况，不能适用于更复杂的批综合调度问题，提出求解2个加工时间不同工序组批的嵌套批综合调度算法。该算法根据批处理工序加工时间不同的特点，定义串行衔接时间和并行衔接时间；提出判断组批的余差比较策略；当可与等待工序一同批处理的工序不唯一时，采用组批前移最大化策略确定组批处理工序；当准备组批处理工序的后续工序中存在组批工序时，在余差比较策略中加入嵌套优化策略确定该工序是否组批；由于组批工序的后续工序较多且对调度结果影响较大，采用前续工序优先策略使组批工序尽早加工。理论分析和实例表明，提出的算法可解决2个加工时间不同工序组批的嵌套批综合调度问题。

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自动补货系统补货缓存优化

王艳艳;吴耀华;吴颖颖;牟善栋

. 2012, 48(24): 174-180.

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为提高自动分拣系统作业效率、降低补货设备投入成本，在对自动补货系统中补货缓存作业过程分析的基础上，建立补货缓存设备输入输出平衡模型，提出补货缓存满足分拣作业的最优条件及临界条件；根据自动备货系统与分拣系统之间的布局关系，建立补货缓存中货物到达过程的数学模型和补货缓存长度的优化模型；设计“先聚类，后排序”的启发式聚类方法对备货系统的品项分配进行优化，仿真结果显示，优化后的品项分配与按照总量排序分配方法相比，补货缓存长度减少约9%。

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2012年, 第48卷, 第24期　
刊出日期：2012-12-20

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