2013年, 第49卷, 第10期　
刊出日期：2013-05-20

  

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  辐板屏蔽式阻尼车轮振动声辐射特性试验研究

  薛弼一;王谛;肖新标;韩健;王瑞乾;屈磊;周强

  . 2013, 49(10): 1-7.

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  轮轨噪声是轨道交通噪声的主要组成部分，车轮振动声辐射是轮轨噪声主要声源之一，因此，低噪声车轮的研究是降低轨道交通噪声的研究重点。以国内现有某直型辐板地铁车轮为基体，设计并安装一种新型辐板屏蔽式阻尼装置，针对该阻尼车轮，在半消声室内进行试验研究。试验中采用力锤及落球两种激励方式，分析辐板屏蔽式阻尼车轮振动声辐射特性。研究结果表明，该新型阻尼车轮的模态阻尼比显著提高，对于800 Hz以上各阶模态阻尼比均提高一个数量级；阻尼车轮在整个频域范围(0～6 400 Hz)，振动频响函数幅值明显低于标准车轮，尤其在中高频区域；阻尼车轮在径向和轴向激励条件下的总辐射声能量级分别降低12.4～13.5 dB和12.4～14.7 dB。在车轮辐射噪声显著频带内，双侧阻尼车轮辐射声能量降低15 dB左右。
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  直线电动机地铁线路感应板安装公差研究

  熊嘉阳;吴磊;曹亚博;李伟;邓铁松

  . 2013, 49(10): 8-13.

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  直线电动机地铁线路的感应板安装公差是影响转向架下直线电动机感应线圈与道床上感应板间作用距离(电动机气隙)的一个重要参数，采用铁道车辆-轨道耦合系统动力学理论，建立直线电动机地铁车辆-轨道耦合系统动力学模型，调查感应板安装公差的车辆动力学性能影响。在动力学模型中，采用多刚体模拟车辆系统，其由车体、构架、轮对和感应线圈构成，它们之间的连接构件用等效线性弹簧阻尼单元模拟；把轨道系统考虑为柔性结构，包括钢轨、轨道板及道床上表面的感应板，钢轨与轨道板、感应板与轨道板间的连接装置被简化为等效的线性弹簧阻尼单元。应用上述模型，研究在轨道线路不平顺激励作用下，直线电动机不同气隙初始值与感应板安装公差之间的关系。分析直线电动机地铁车辆运行过程中的轮轨力、脱轨系数和电动机气隙的变化规律。
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  高速铁路声屏障降噪效果预测及其验证

  周信;肖新标;何宾;张捷;赵悦;韩珈琪;金学松

  . 2013, 49(10): 14-19.

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  高速铁路对沿线居民的噪声污染日益受到关注，在线路两侧设置声屏障是降低车外噪声的有效措施。基于边界元理论，利用高速列车车外声源现场试验识别结果，建立考虑车体和轨道结构的高速铁路声屏障降噪效果预测模型，利用其计算无声屏障情况下车外声场特性和通用声屏障插入损失，并分别与试验结果进行对比分析。结果表明理论模型的预测结果与试验结果较吻合，在距轨道25 m远测点，预测结果和试验结果仅相差1.3 dB(A)；该模型能够较好地预测不同车型和不同速度下的车外噪声特性。利用该模型对目前安装的通用型声屏障在30 m处测点进行性能预测，2.15 m高声屏障插入损失达到7 dB(A)，如声屏障的高度增加0.5 m的话，插入损失增加约1～2 dB(A)，列车运行速度增加，声屏障插入损失降低。声屏障的插入损失随着频率增高而增大，对1 000 Hz以上的高频噪声效果最为明显。
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  不同形式声屏障动态特性研究

  韩珈琪;肖新标;何宾;周信;金学松

  . 2013, 49(10): 20-27.

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  利用FLUENT软件，模拟高速列车通过高架桥上不同结构形式声屏障的过程，研究声屏障上作用的脉动风压特性。声屏障结构形式主要考虑两种高度和四种不同头部结构对声屏障脉动风压的影响，高速列车采用两种不同车外型(称A车和B车)，列车速度为每小时350 km，声屏障头部结构考虑了直型、Y型、内折型(内倒L型)和外折型(外倒L型)。 利用ANSYS软件建立声屏障有限元模型，对声屏障的模态和高速列车的气流脉动激励的响应进行计算分析。计算结果表明，不同头部结构形式的声屏障所受脉动风压随时间变化趋势基本相似，列车高速通过声屏障时脉动风压呈现出明显的头波和尾波效应；不同头部结构的声屏障表面的脉动风压的峰值大小有差异，Y型声屏障最大，内折型次之，外折型最小；两种高度的声屏障立柱底部支座反力差异较大；目前分析的声屏障结构基频远大于脉动风的频率，列车的脉动风压作用不会导致声屏障发生共振。
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  基于车辆横向运动稳定性的车轮磨耗寿命预测

  陶功权;李霞;邓永果;邓铁松;温泽峰;李立

  . 2013, 49(10): 28-34.

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  为预测车轮磨耗寿命，使用综合车辆多体系统动力学模型、轮轨非赫兹滚动接触模型和材料摩擦磨损模型的车轮磨耗计算模型，分析计算车辆不同运行里程情况下车轮型面的磨耗分布情况，并研究车轮磨耗对车辆横向运动稳定性的影响，然后据此提出预测车轮型面磨耗寿命的判断条件。研究结果表明，车轮的磨耗体积和车轮名义滚动圆处的磨耗深度随车辆的运行里程基本呈线性增长，且第1位轮对车轮的磨耗体积和磨耗深度大于第2位轮对。随着车轮磨耗的增加，车辆的临界速度逐渐减小，当车辆运行里程达到30×104 km后，车辆的临界速度迅速下降，运行里程超过33×104 km后，计算得到的车辆临界速度将低于车辆运营允许的临界速度。为保证车辆的安全运营，在车辆运行达到一定里程后需要对车轮进行镟修。
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  大齿轮测量：现状与趋势

  石照耀;林虎;林家春;张白

  . 2013, 49(10): 35-44.

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  大齿轮是大型装备的关键零部件，因其技术参数、尺寸和重量的要求不断增加，对其测量一直是技术难题。全面分析影响大齿轮测量的诸多因素，从齿轮离位式测量和齿轮在位式测量两个方面论述当前大齿轮测量的原理、方法及典型仪器，比较两类测量的优缺点；在分析大齿轮的加工特点和应用要求的基础上，指出实现大齿轮质量的全局表征和快速测量是大齿轮测量的总体要求和发展方向；介绍大齿轮测量的新思想、新原理、新方法和新样板，特别指出“以小测大”是特大型齿轮测量技术发展的必然趋势，基于激光跟踪干涉技术的在位测量方法集成激光跟踪和坐标测量技术的优点，可以精确确定测量仪器与被测齿轮的位置关系，不仅解决了在位测量的难题，也可用于其他大型复杂零件的测量，具有很好的应用前景。
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  浸水斜入射条件下黏接结构的透射特性研究

  吴斌;张婧;邱兆国;何存富

  . 2013, 49(10): 45-52.

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  建立浸水斜入射条件下三层黏接结构的声学模型，利用声阻抗法和弹簧模型导出浸水斜入射条件下三层黏接结构的透射系数表达式；并对浸水三层黏接结构进行数值计算，分析入射角度、黏接层厚度、钢板厚度、基体材料等参数对黏接结构透射特性的影响；同时，分析刚度系数变化对弱黏接结构透射系数的影响。为验证理论推导的正确性，对浸水钢-环氧树脂-钢三层黏接结构进行斜入射声学试验，试验结果与数值计算吻合较好。结果表明，对于浸水斜入射条件下三层黏接结构，入射角度等参数变化会使谐振频率点或透射系数峰值发生变化；当界面刚度系数很小，黏接结构为弱黏接结构时，透射系数存在“多峰”现象，并随着刚度系数的增大，首次出现“多峰”现象的频率值逐渐向高频方向漂移，当界面为完全黏接时，“多峰”现象消失。
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  基于气体-颗粒两相流理论的颗粒阻尼悬臂梁振动响应预估

  吴成军;杨瑞超;王东强

  . 2013, 49(10): 53-61.

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  在前期工作的基础上，提出一种基于气体-颗粒两相流理论的颗粒阻尼改进模型。该模型将颗粒之间的摩擦效应表述为与碰撞效应一致的等效黏度形式，使得整个模型具有更完整的统一性，方便后续更深入的研究。单自由度(Single degree of freecdom, SDOF)系统的自由振动及强迫振动分析表明该模型相对于原有模型具有更高的预估精度。应用该模型并结合有限元法进行典型颗粒阻尼连续体结构——颗粒阻尼悬臂梁的强迫振动响应预估与分析。结果表明颗粒阻尼是一种较强依赖于结构振动幅值的非线性阻尼，其阻尼效果随着阻尼器的施加位置不同而存在明显的变化。为获得良好的减振效果，尽可能将颗粒阻尼器置于结构振动剧烈的部位。开发的气体-颗粒两相混合流的等效黏性阻尼改进模型对于更为复杂的颗粒阻尼结构的振动与声辐射响应预估奠定了基础。
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  螺旋局域共振单元声子晶体板结构的低频振动带隙特性研究

  吴九汇;张思文;沈礼

  . 2013, 49(10): 62-69.

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  低频振动和噪声的控制问题是当今环境面临的重要挑战。基于声子晶体的局域共振机理，设计一种新型的螺旋局域共振单元声子晶体板结构，并结合数值计算和试验测试对结构的低频振动带隙特性进行分析和验证。分析发现，共振带隙的产生是由螺旋共振单元的局域共振模态与板中传播的弹性波相互耦合作用造成的，而且带隙宽度与耦合强度直接相关。通过改变结构的材料和尺寸参数可以将共振带隙调节到满足实际应用要求的低频范围。数值计算结果与试验测试结果基本一致，同时证实所设计的结构在250 Hz以下的低频范围具有较宽的振动带隙，最低带隙频率低至42 Hz。这种结构设计及其研究结果为声子晶体研究提供了获得低频振动带隙的理论依据和有效方法，在低频减振降噪方面具有潜在的应用前景。
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  基于蠕变公式的时效应力松弛行为预测模型

  湛利华;王萌;黄明辉

  . 2013, 49(10): 70-76.

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  研究时效成形过程蠕变与应力松弛行为的关联规律及其转换模型。通过分析金属材料蠕变与应力松弛行为的产生机理及其相互关系，分别建立基于加工硬化假说和时效假说的蠕变-应力松弛基本转换模型。在此基础上，针对蠕变/应力松弛时效成形过程将蠕变与时效同步进行的特征，进一步建立基于蠕变公式的时效应力松弛行为预测模型。以铝合金7055T6为试验材料，在120 ℃时效温度下分别进行不同应力水平下的蠕变与应力松弛试验，利用SPSS和 Origin软件，开展蠕变本构方程中的材料常数拟合分析，并引入时效应力松弛预测模型，实现对应力松弛行为的预测。经不同应力水平下的预测结果与试验结果对比分析表明，该模型能较好地实现对时效成形过程中的应力松弛行为预测。
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  数字图像相关法测量板料成形应变

  梁晋;胡浩;唐正宗;郭翔;李磊刚

  . 2013, 49(10): 77-83.

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  针对板料成形极限试验中传统应变测量方法的不足，提出并实现一种基于数字图像相关法的板料成形极限应变测量方法。对其中涉及的关键技术进行深入研究。针对板料成形中大变形测量的难题，根据系列变形图像相邻状态变形的连续性，提出一种大变形分步匹配算法，并介绍三维坐标重建和三维应变求解的方法。根据测得的试件表面应变分布，提出一种通过构建应变场截面线来拟合成形极限曲线的方法。基于Visual Studio 2010开发环境，开发用于板料成形极限应变测量的计算软件。为了验证方法的可行性，结合自研的图像采集装置和改进的板料成形试验机搭建成形极限测量试验平台。对SPCC钢板试件的测量结果显示所提出的方法能够快速、有效、直观地测量试件在整个成形过程中的表面应变分布，为建立成形极限图提供一种有效手段，且与传统的坐标网格等方法相比优势明显。
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  胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的影响

  张晓闯;李成;铁瑛;常丽平

  . 2013, 49(10): 84-89.

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  复合材料由于重量轻、强度高等诸多优点使得其应用非常广泛，然而不可避免地也会在使用过程中出现损伤。受损结构的修补问题，成为日前急待解决的技术问题。在工程实际应用中，对受损复合材料层合板的常见处理方法就是在受损处用胶粘上一补片，用以弥补受损结构的不连续性。采用ANSYS参数化编程语言，以三维逐渐损伤理论为依据，考虑多种失效形式，按已有文献建立相应模型，并通过对比验证模型程序及算法的正确性。分别建立半穿透型及穿透型受损复合材料层合板受损修补模型，在拉伸载荷下对模型进行多参数计算，分别模拟受损不补与胶结修补模型的整个失效过程，取出其中最典型的三组数据进行对比。针对不同大小补片进行计算，得出胶结修补对复合材料层合板各铺层失效形式的具体影响。
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  压装轴微动疲劳主裂纹萌生位置的分析

  张远彬;鲁连涛;张继旺;邬平波;马纪军;王贵国

  . 2013, 49(10): 90-96.

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  为研究压装轴微动疲劳主裂纹的萌生位置，进行由锁紧环、压装垫环和压装轴试样组成的过盈配合结构的旋转弯曲加载条件下的微动疲劳试验，观察不同名义弯曲应力对应的试样的主裂纹萌生位置，发现主裂纹位于比张开区更深的接触内部。针对试验加载条件，采用有限元软件ANSYS，进行弹性有限元仿真分析，运用Ruiz法预测不同名义弯曲应力下试样的主裂纹萌生位置，并将Ruiz法的预测结果与疲劳试验的测量结果进行比较。结果表明，随着名义弯曲应力的增加，预测误差大幅度的增加。研究发现，接触边缘处发生的接触面张开现象是引起预测误差的主要原因；基于Ruiz法预测压装轴微动疲劳裂纹萌生位置时，需要考虑在接触边缘处接触面张开区宽度的影响，特别是对于名义弯曲应力与接触压力的比值较大的压装工况。
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  核电主管道锻件锻造成形均匀性模拟研究

  潘品李;钟约先;马庆贤;袁朝龙

  . 2013, 49(10): 97-102.

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  核电主管道是核电站关键部件之一。AP1000主管道用钢316LN无法通过热处理细化晶粒，锻造不均匀性导致的混晶最终无法消除，需要在锻造过程中保证锻件变形的均匀性。基于上平下V砧拔长时应变分布规律，通过理论分析，定量给出翻转角度与V砧角度、压下率的关系；改进“双压法”翻转工艺，并在此基础上提出“三压法”翻转工艺。数值模拟结果表明，上平下V砧翻转新工艺显著提高了锻件截面周向变形的均匀性，且越靠近外表面变形不均性的改善越明显。普通砧形翻转新工艺锻件内部存在小变形区，可以通过大圆角V砧翻转新工艺进行改善。研究结果可为主管道锻造工艺方案制定及优化提供理论 参考。
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  一维纳米二氧化锡的高温氧化合成机理试验研究

  刘念;张国栋;胡玉华

  . 2013, 49(10): 103-109.

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  利用金属-高热剂反应体系，基于高温氧化合成工艺制备一维纳米二氧化锡。该方法操作简便、设备简单、能耗极低，同时较之其他的纳米材料制备方法，有着更高的产量和产物纯度，十分适合工业化生产。采用X射线衍射分析、透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察，表征产物的结构、微观形貌和成分组成，分析高温氧化过程中纳米二氧化锡形成的影响因素和生长机理。结果表明，所得二氧化锡纳米带为高纯度金红石结构单晶，表面光滑，均一性良好；该一维纳米二氧化锡的形成机理为“液-固压力约束快冷氧化”生长模式，不同于目前已经发现的汽-液-固、氧化物辅助、汽-固、溶液-液-固等典型纳米二氧化锡生长机制。这一发现说明此方法具有一定的可推广性，有希望拓展到其他金属氧化物纳米材料的工业制备之中。
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  铝合金激光+脉冲GMAW复合焊焊缝成形的预测

  张维明;武传松;秦国梁;王旭友

  . 2013, 49(10): 110-115.

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  对铝合金激光+脉冲熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding, GMAW)复合热源焊热过程进行数值模拟，将为优化焊接工艺参数和保证焊接质量提供理论依据，具有重要意义。根据铝合金大功率激光+脉冲GMAW复合热源焊接的特点，考虑光致等离子体和金属蒸汽羽的影响，对小孔内激光能量的吸收与小孔壁蒸发损失加以恰当处理，对原有小孔模型进行改进，提高了激光致小孔形状与尺寸的计算精度。利用计算出的小孔形状尺寸对激光体积热源分布参数进行标定，建立铝合金大功率激光+脉冲GMAW复合焊接的焊缝形状尺寸预测模型。对焊接温度场和焊缝成形进行数值模拟，获得多种工艺条件下高强铝合金复合热源焊接焊缝成形的数值分析数据。复合热源焊接工艺试验结果表明，铝合金复合焊焊缝形状尺寸的计算结果与试验结果总体吻合良好。
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  航空发动机涡轮盘用GH4133B合金疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展研究

  赵荣国;李红超;蒋永洲;谭敦厚;李俊斐;罗希延

  . 2013, 49(10): 116-126.

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  疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展研究是航空发动机构件损伤容限设计的关键和基础。针对航空发动机涡轮盘用GH4133B合金，开展室温下不同缺口半径、不同应力比的疲劳裂纹萌生和短裂纹扩展研究，结果表明控制参量ΔKI/(r)0.5可较好地表征疲劳裂纹萌生寿命，且随控制参量值的增大，缺口半径对疲劳裂纹萌生寿命的影响增大，而疲劳裂纹萌生寿命随应力比的增大呈先增后减趋势。采用有效应力强度因子范围ΔKeff，能较好地描述短裂纹扩展速率随裂纹扩展先减速后加速的特性。疲劳失效断口的扫描电镜观测表明，短裂纹扩展区的放射性条纹之间存在解理台阶，且解理台阶上有早期疲劳条带，从而从断裂表面形貌分析角度，揭示了GH4133B合金在疲劳裂纹扩展初期速率较高，而后扩展速率逐渐下降的短裂纹扩展微观机理。
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  封头坯料拼焊成形焊接残余应力分析

  罗征志;曾京;方华伟

  . 2013, 49(10): 127-133.

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  研究旋压封头坯料双面多道次拼焊过程残余应力分布规律。对封头材料Q345R进行焊接工艺和材料性能分析，然后使用SYSWELD软件对封头坯料多道次拼焊焊接工艺过程进行数值模拟。根据焊接模拟结果对封头坯料拼焊过程中的温度场、焊接变形和焊接残余应力分布进行分析，并给出上下表面横向残余应力和纵向残余应力以及厚度方向残余应力的分布曲线。研究表明，Q345R封头坯料焊接之后，焊接残余应力分布较复杂，残余应力偏高，尤其焊缝区内部存在高残余应力区。高残余应力易使坯料在后续旋压过程中产生开裂缺陷。根据模拟结果制定合理的消除残余应力热处理工艺，并通过试验验证仿真结果的有效性和可靠性。该研究方法为实现大型封头焊接质量预测和控制，以及类似产品的加工工艺制定提供有效手段。
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  我国大型换热器的技术进展

  陈永东;陈学东

  . 2013, 49(10): 134-143.

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  大型管壳式换热器、缠绕管式换热器、板壳式换热器在我国许多工业领域的应用日益增大。介绍与大乙烯、大炼油、大型煤化工等成套装置相适应的大型管壳式换热器、缠绕管式换热器、板壳式换热器的技术难点。大型管壳式换热器传热流动特性与结构设计的协同性研究、超长换热管材料的技术要求、大型管板的设计与制造技术等方面在十一五期间都取得了显著的进展。大型多股流缠绕管式换热器、低焊接残余应力镍基合金对接焊接接头的高压缠绕管式换热器、组合结构的低温甲醇洗装置原料气冷却器等大型缠绕管式换热器产品的研制相继取得成功。兼顾流体分布与传热性能的换热板片、整板分次步进模压成型工艺、氩弧焊/电阻焊焊接工艺、新型进料喷雾分布器等关键技术为超大型板壳式换热器的国产化提供了保证。本文还列举了大型换热器具有代表性的典型产品。我国已能生产换热面积超过10 000 m2的管壳式换热器、换热面积超过7 000 m2的缠绕管式换热器，换热面积超过10 000 m2的板壳式换热器，并在煤化工和石油化工装置上得到成功应用。从混合介质的实际相变机理研究、高效传热元件的采用和可靠性研究等方面指出了大型换热器在国产化进程中存在的不足之处和发展方向。
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  带有内构件错流移动床颗粒流动特性的数值模拟研究

  曹俊;金保昇;钟文琪;王恺;陶敏;张勇;陶贺

  . 2013, 49(10): 144-150.

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  为对错流移动床反应器设备的结构优化设计提供指导，基于颗粒动理学理论，建立固体颗粒在错流移动床的气固流动过程模拟的欧拉多相流三维数理模型。选用Gidaspow曳力模型、Schaeffer摩擦应力模型、颗粒碰撞恢复系数e=0.80等关键参数模型对分别安装有人字形、三角形和八字形内构件的错流移动床内颗粒流动特性进行了数值模拟研究，探讨内构件对流型转变及颗粒流动产生的压力场、速度场的影响。结果表明，三种内构件均能改善移动床内颗粒的流型(从漏斗流转变到整体流)，三角形内构件在本模拟中的效果最为理想；三种内构件的加入均改变了颗粒对壁面压力的分布。在移动床上部，内构件的加入使得压力均稍有增加，在渐缩下料段，三种内构件均减少了此段的压力峰值。
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  基于多目标遗传算法的串联通道水冷散热器优化设计

  郝晓红;胡争光;侯琼;方瑛;李学康;彭倍

  . 2013, 49(10): 151-155.

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  为最大限度的提高水冷散热器的散热效率，需要对外形尺寸固定的水冷散热器进行优化设计。将串联通道散热器按通道数离散成N个并联的热阻单元，各个热阻单元之间用焓变热阻相连，并以此为基础建立散热器的热阻网路模型及压力损失模型。以热阻和压力损失模型为目标函数，在层流状态下，采用多目标遗传算法对散热器的结构参数，如通道数、通道宽度和高度以及入口水流速度进行优化，通过多次迭代得到Pareto优化解。采用计算流体力学仿真方法验证散热器的热阻模型和压力损失模型的准确性，并从优化解集中选择部分解进行比较分析。这种方法能够同时降低串联通道散热器的热阻和压力损失，为串联通道水冷散热器的优化设计提供理论依据，在工程上也具有很好的指导意义。
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  基于型线的螺旋离心泵叶轮做功能力研究

  权辉;李仁年;苏清苗;韩伟;李琪飞;申正精

  . 2013, 49(10): 156-162.

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  为研究螺旋离心泵叶轮各段做功能力，采用N-S方程和标准k-ε湍流模型对螺旋离心泵的内部流场进行数值模拟计 算。在数值模拟基础上，考察沿叶片包角的全程速度、压力、体积分数等变化规律，借鉴翼型升力系数和阻力系数的概念，将叶轮对输送介质能量传递分解为离心力做功产生项、翼型升力做功产生项和容积变化产生项，引入离心力载荷系数、升力载荷系数和容积载荷系数的概念，用叶片载荷系数来分析螺旋离心泵叶轮各段做功能力，并且分析两相流介质对叶轮做功的影响。结果表明螺旋离心泵流体的能量主要是螺旋段提供的，叶轮前部螺旋段起到了多级加能的作用；固液两相流在螺旋离心泵内部做湍流运动，受叶轮螺旋推进和离心作用，使得固液两相以不同的速度运动。液相作为主相，能量转换主要是液体能量的变化，固相是在液体的裹协下运动，固体能量也是通过液体间接进行的。大粒径的固相和较高的体积浓度两相流更有利于两相流中的液体能量转换，相反，体积分数过高时，反而不利于能量传递。
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  电液位置伺服系统的变速趋近律滑模控制抖振抑制

  靳宝全;熊诗波;程珩

  . 2013, 49(10): 163-169.

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  针对指数趋近律变结构控制应用于电液位置伺服系统存在控制性能与抖振不能兼顾的问题，设计出新型变速指数趋近律滑模控制器。建立基于偏差变量的电液位置伺服系统状态空间模型，推导出指数趋近律滑模控制器结构，进一步确定包含偏差变量的切换函数及其导数，通过定义系统的Lyapunov函数，证明了趋近律控制下系统的稳定性。研究通过实时分析运动点距离滑模面的位置及趋近速率，采用模糊参数优化策略动态调整到达速度的变速趋近律方法，实现在滑模面外时加快响应速度并增强系统克服摄动及外部干扰能力，到达滑模面时柔化控制量以消除抖振的目的。通过试验研究变速趋近律与传统指数趋近律控制下的系统方波跟踪动态响应、稳态误差及控制量抖振指标，结果表明变速趋近律不仅保证到达运动的快速性，且有效降低了稳态抖振，具有良好的稳态性能。
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  基于响应面法的消防泵S型叶片改进优化设计

  王春林;彭海菠;丁剑;刘栋

  . 2013, 49(10): 170-177.

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  建立基于试验设计理论和响应面近似的S型叶片消防泵优化设计方法。定义最高效率、高效区范围及扬程在小流量区的稳定性为目标函数。以单级单吸离心泵MY56-50为初始模型，使用Bezier参数曲线拟合叶型曲面，得到叶片型线参数化模型。该方法以计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的计算结果为基础，对9个叶片型线控制参数，共进行39次试验，即先进行9次单因素试验设计筛选出对目标影响显著的叶片型线控制参数，再由中心复合设计(Central composite design, CCD)所得的30次试验及响应面分析确定筛选参数的最优设计点。根据结果构造S型叶片型线控制参数与多目标函数的响应面近似模型，分析参数间的交互效应。对最优设计点的泵进行试验研究，CFD计算值与响应面近似值吻合，且较MY56-50模型泵在性能上有很大提高，扬程的稳定性高，完全达到消防泵的工况标准，表明基于试验设计和响应面的优化设计方法可用于S型叶片消防泵的优化设计。
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  超精密微动台离散回路成形控制器优化

  杨进;朱煜;尹文生;杨开明;张鸣

  . 2013, 49(10): 178-185.

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  为降低对存在模型摄动的超精密微动台的控制器的保守性，并规避常用的“连续设计—离散化”方法引入的离散化逼近误差的影响，以最优化微动台的控制性能，研究一种系统化的回路成形离散控制器优化方法。利用w变换建立的z平面与w平面之间的映射关系，将z平面的离散控制器设计转化为w平面内的连续控制器设计问题，并利用连续回路成形方法进行控制器设计。在回路成形设计准则的基础上，引入结构奇异值(μ)分析作为无保守性的鲁棒性约束，以控制带宽及干扰抑制能力为目标，建立完整的离散控制器优化框架。通过遗传算法该控制器优化问题进行参数寻优，获得对微动台最优的离散控制器。分析显示该方法有效地规避了离散化逼近误差的影响，并且在实际试验中优化的控制器有效地提高了微动台的控制性能，验证了所提出方法的有效性。
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  含区间不确定性的结构时变可靠度分析方法

  姜潮;黄新萍;韩旭;白影春

  . 2013, 49(10): 186-193.

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  针对概率分布参数中存在区间的混合不确定问题，构造一种含区间变量的时变可靠性分析方法，可处理某些结构参数因样本不足无法获得精确概率分布情况下的可靠性计算问题。该方法首先将含区间变量的时变功能函数随机过程进行离散，并将之转换为一概率-区间混合静态可靠性问题。为求解混合可靠性计算中的双层嵌套优化，采用一种高效序列迭代格式，最终获得时变可靠度的上、下边界。最后以某机械零件、机械扭杆和齿轮传动为例，分别得出抗力和载荷均随时间变化且其概率分布参数中存在单个和多个区间不确定性参数情况下的时变可靠度曲线，验证了该方法的有效性。
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  基于启发式路径搜索的高空作业车避障轨迹规划

  滕儒民;贺浩;项慧;高顺德

  . 2013, 49(10): 194-198.

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  大型高空车是用于高层建筑救援与消防的起重举升专用设备，为解决多关节高空作业车运动中的路径规划问题，针对其在包含障碍的变幅平面中的作业过程提出一种基于启发式路径搜索的避障路径规划方法。根据某百米级高空作业车的实际结构对多自由度的复合臂架系统进行参数化建模，列出D-H(Denavit-Hartenberg)参数与齐次变换矩阵。继而根据简化的障碍物模型的几何特征研究臂架与障碍物包络圆发生碰撞的条件。利用启发式的A*方法在Matlab中编写相关程序，在四维关节构型空间内进行路径搜索。通过算例进行点到点路径规划数值仿真，搜索结果显示臂架成功绕开障碍，表示该避障方法的实用可行。对于同时包含变幅转动关节与伸缩关节的高空车臂架系统的路径搜索方法的估价函数的设计进行研究，得到搜索点最少、搜索速度最快的寻优路径。