机械工程学报

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任尊松;刘志明

. 2013, 49(16): 1-7.

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运行速度提高后，列车对轮轨激扰的敏感性增强，轮轨激扰频率范围进一步增大，深入研究高速动车组振动及传递规律对全面认识车辆系统振动特性具有重要意义。在车辆上布置加速度和空气压力传感器，获得了武广客运专线高速动车组车辆轴箱、构架以及车体振动加速度和隧道通过车体表面气压变化，给出振动加速度功率谱密度计算方法；对照列车运行速度图，分析典型工况如高速直线、低速直线、道岔通过以及气动压力等工况下，列车系统关键部件振动加速度峰值、幅值、主振频率以及振动频率变化、能量衰减和传递规律；在引入加速度谱的基础上，给出了测试里程内系统振动频次和振动幅值之间对应关系。研究结果表明，与列车运行速度和车轮半径对应的轮轴转动频率在轮对、构架和车体振动中均有明显体现；列车运行速度越高系统振动加速度峰值越大，道岔通过可激起车辆系统振动幅值更大的振动，隧道通过气压变化对车体振动有明显影响；高速列车轮轴系统主振频率一般为400～600 Hz，构架为0～50 Hz、车体主要为0～2 Hz；从轮轴、构架到车体这一振动传递过程中，车辆系统加速度谱密度和幅值一般呈两个和一个数量级衰减趋势。

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车轮踏面并行反求设计方法

薛弼一;崔大宾;李立;杜星;温泽峰;金学松

. 2013, 49(16): 8-16.

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对轮轨接触几何关系进行详细推导，找出轮轨型面、轮径差和轮轨接触点分布状态之间的关系，开发基于轮径差反求车轮踏面的并行数值计算程序。根据某线路上实测的高速列车踏面磨耗情况，分析计算车轮磨耗对踏面等效锥度及临界速度的影响，并得出临界速度随等效锥度的变化规律。对磨耗踏面的梯度进行比较分析，找出抑制踏面产生凹形磨耗的方法。根据实测踏面磨耗状态对车轮踏面的初始等效锥度进行合理调整，用反求设计方法对踏面进行设计，并对设计前后踏面的接触几何特性、轮轨接触力学特性及车辆的动力学性能进行比较分析。研究结果表明，该设计方法计算效率高，可以较好地保证其收敛性；设计踏面轮轨接触性能及动力学性能良好，可以满足车辆的高速运行需求；新设计踏面磨耗后具有较好的动力学性能，可以有效延长车轮的镟修周期。

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高速有砟轨道钢轨动力吸振器垂向吸振特性及其参数影响的研究

赵悦;肖新标;韩健;赵国堂;金学松

. 2013, 49(16): 17-25.

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钢轨动力吸振器是降低钢轨振动及噪声的一个有效措施。建立轨道-吸振器系统的理论模型，用周期性离散支撑的无限长的欧拉梁来模拟钢轨扣件系统，用离散的双层质量块-阻尼-弹簧系统模拟在轨跨中间位置离散分布的钢轨动力吸振器。钢轨动力吸振器吸振特性由其质量参数、刚度参数和阻尼参数决定。利用该理论模型，在固定单位简谐载荷的激励下, 研究并验证了钢轨动力吸振器的吸振特性，研究钢轨动力吸振器各参数对其吸振特性的影响。研究结果表明，钢轨动力吸振器可以有效提高其调谐频率位置的钢轨振动衰减率，从而抑制钢轨Pinned-pinned共振峰值，但同时引起调谐频率两侧频率位置钢轨振动响应、振动能量峰值的形成；钢轨动力吸振器质量参数、刚度参数和阻尼参数适当选配并优化组合，可以取得较好的吸振效果。

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地铁钢轨一种波磨机理的调查分析

李伟;杜星;王衡禹;吴磊;李霞;温泽峰;金学松

. 2013, 49(16): 26-32.

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通过现场观察、试验和数值分析方法对某地铁线路出现的一种钢轨波磨机理进行调查。该钢轨波磨在“科隆蛋(Cologne)”扣件轨道结构的直线和曲线段均有发生，其显著波磨波长(主波波长)为 40～50 mm，次波波长约为20 mm和200 mm。通过钢轨不平顺测试和力敲击试验对现场钢轨波磨特征与轨道结构特性的关系进行调查；通过利用有限元软件ABAQUS建立轨道结构的三维实体数值分析模型，计算分析轨道结构的动态特性与钢轨波磨特征之间的关系，轨道特性的数值计算结果与现场测试结果基本吻合。计算结果表明，“科隆蛋”扣件轨道的钢轨波磨产生与该轨道结构的垂向弯曲振动特性密切相关，不同扣件刚度和阻尼下轨道共振特性对钢轨波磨产生的影响较大。

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基于航空噪声指标的高速列车观光区噪声评价

张捷;肖新标;张玉梅;王瑞乾;王谛;金学松

. 2013, 49(16): 33-38.

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基于现场测试结果，对300～400 km/h速度下高速列车观光区噪声进行分析，明确车内噪声动态特性。由于国内外还没有统一的高速列车车内噪声评价标准，传统的A计权声压级又在噪声评价中存在不足之处。为研究A计权声压级是否适合高速列车车内噪声评价，通过白噪声对比、分频段声压级比例增加等方法，讨论使用A计权声压级评价车内噪声时的不足之处。运用航空噪声评价指标对高速列车车内噪声进行评价研究。研究结果表明，300 km/h以上高速列车车内噪声具有显著的中低频特性，使用A计权声压级评价会低估车内噪声水平。高速列车观光区噪声频谱特性和飞机舱内噪声频谱特性具有很高的相似性，选择航空噪声指标较为适合高速列车车内噪声评价。相关研究结果可为高速列车车内噪声评价标准的制定提供依据。

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轨道检测中激光摄像式传感器标定方法研究

占栋;于龙;肖建;陈唐龙

. 2013, 49(16): 39-47.

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激光摄像式传感器标定是采用激光摄像技术进行轨道几何参数检测的难点。建立基于非线性最小二乘法及高斯-牛顿最优化计算方法的激光摄像式传感器标定模型。在专用调整平台上采用棋盘格进行标定试验，获取200组标定数据。分别运用非线性最小二乘法及高斯-牛顿最优化计算方法，求解激光摄像式传感器标定模型参数。在上述200组标定数据基础上，另取200组数据共同参与标定误差分析。结果表明，高斯-牛顿最优化计算方法较非线性最小二乘计算方法标定精度在水平方向和垂直方向分别提高0.155 mm、0.150 mm。针对激光摄像式传感器在轨道检测中的应用，提出采用高斯-牛顿最优化计算方法进行标定。给出轨道检测中基于高斯-牛顿最优化计算方法的轨距及转向架倾摆角求解方法。

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点衍射干涉仪系统误差标定算法研究

蒋庄德;高芬;李兵

. 2013, 49(16): 48-56.

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为评估面形检测点衍射干涉仪的检测精度，提出用被检镜倾斜旋转法标定点衍射干涉仪的系统误差，研究可同时分离出被检球面镜旋转对称及旋转非对称面形误差的标定算法。将被检球面镜绕初始光轴及相对成小角度的倾斜光轴作两次平分角度旋转检测，利用单次平分旋转检测数据估计出被检镜面形的旋转非对称部分，利用两次旋转检测重叠区域各点系统误差不变性构建旋转对称部分的差值方程，运用最小二乘法求解用泽尼克多项式表述的旋转对称部分的系数，估计出的被检镜面形的旋转对称部分，两者相加估计得被检镜的真实面形。从干涉仪测试数据中减去被检镜的真实面形数据计算得系统误差。分析标定原理，推导标定算法公式，并仿真验证算法正确性。仿真研究结果表明，经算法估计的被检镜面形和系统误差与仿真输入值吻合，方均根误差的差值均小于0.03 nm，残差的方均根值均小于0.3 nm，满足亚纳米级标定精度需求。

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基于声-超声检测的薄钢板多焊点结构完整性评价技术

陈振华;卢超;陆铭慧;李秋锋

. 2013, 49(16): 57-61.

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将声-超声检测方法用于汽车专用薄钢板多焊点点焊接头漏焊或脱落的快速检测中。采用波形和模态分析方法研究声-超声检测波在多焊点点焊结构中的传播机理，以此为基础提出相应的声-超声检测特征值评价点焊结构的完整性。试验中通过直探头激发和接收声-超声检测信号，通过对比钢板中声-超声检测信号的时频分布与理论频散曲线可确定结构中声-超声检测信号的模态组成，主要能量模态为A0模态Lamb波。研究显示A0模态兰姆波通过焊核在点焊结构中传播，发生相互叠加并在时频域上形成波包能量序列。该波包能量序列在时频域上的分布与焊核位置具有对应关系，通过时频分布中各波包的能量起伏能够直观判断焊核漏焊、脱落及其问题焊核的位置。此外还提出能够评价多焊点接头完整性的特征参数，对于提高检测效率、降低检测成本具有重要意义。

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镁合金板材温热冲压过程的各向异性损伤与失效分析

蒋成钢;陈章华;臧勇

. 2013, 49(16): 62-69.

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以连续损伤力学理论为基础，采用有限元数值模拟与试验结果进行对比的方法对镁合金板材的温热冲压成形中材料的损伤破坏情况进行预测。通过将各向异性屈服准则与各向异性损伤理论编入商业有限元软件ABAQUS的用户材料子程序VUMAT，模拟得到镁合金板材冲压成形过程中损伤量的演化规律。以冲压手机壳为例，针对板材的特性，提出将各向异性损伤张量转化为壳单元局部坐标系内损伤矢量的方法，有效表达不同区域失效情况。数值模拟结果表明，板材在不同温度下预测的断裂与失效结果与实际板材冲压试验的结果一致。因此，采用的各向异性损伤计算方法可以有效预测冲压过程中镁合金板材因各向异性损伤导致断裂失效的现象。

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硼钢B1500HS界面传热系数与压力关系的研究

李辉平;贺连芳;赵国群

. 2013, 49(16): 77-83.

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界面传热系数是关键的边界参数之一，其准确程度直接影响温度场、应力应变场、组织场等的求解精度。界面压力是影响界面传热系数的主要因素之一，为了研究热冲压过程中界面压力对界面传热系数的影响，根据热冲压过程中模具与硼钢板之间热交换的特点，设计试验工装，利用CMT5000型微机控制智能电子拉伸试验机对试样和试验工装施加压力，利用通用串行总线接口的温度高速采集系统采集0 MPa、1 MPa、10 MPa、20 MPa及40 MPa压力时的试样冷却曲线，利用自主开发的逆向传热软件对测试得到温度数据进行计算分析，获得测试工装与硼钢板之间单位面积接触压力对测试工装与硼钢板之间界面传热系数的影响规律。研究结果表明，硼钢和测试工装表面温度对于界面传热系数没有明显影响；硼钢表面的氧化情况对于界面传热系数有显著影响；界面传热系数与界面压力近似呈线性关系，界面传热系数随着界面压力的增大而变大。

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16MnR钢过载峰作用下的疲劳裂纹扩展行为研究

丁振宇;高增梁;王效贵

. 2013, 49(16): 84-90.

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基于有限元法和Jiang-Sehitoglu循环塑性本构模型，动态模拟单个过载峰作用下裂纹扩展中的裂纹闭合行为。提取不同加载工况下的裂纹闭合和张开载荷，并考察不同工况和不同裂纹长度对裂纹闭合和张开载荷的影响。根据详细的裂纹闭合分析结果，研究单个拉伸过载下疲劳裂纹在不同阶段的扩展行为与裂纹闭合的对应关系，认为过载后裂纹闭合行为的改变是引起裂纹扩展行为改变的主要机理。根据有限元分析结果，提出一种改进的等效应力强度因子范围的计算方法，将其作为疲劳裂纹在整个扩展过程中的驱动力。拟合出单个过载峰作用下16MnR材料的裂纹扩展速率的预测公式，并将预测结果与试验结果进行对比，结果吻合。

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α-C：H膜系与氮化物膜系的结构性能比较及机理分析

于斌斌;袁军堂;汪振华;胡小秋;王飞

. 2013, 49(16): 91-99.

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采用非平衡磁控溅射与阳极离子束技术制备Cr/α-C：H膜系，同时采用多弧离子镀技术分别制备Cr/CrNx与Ti/TiNx膜系，膜层厚度均为2 µm。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱、X射线衍射仪分析三种薄膜的微观结构和表面形貌；采用WS-2005型附着力划痕仪测试三种膜系与SKD11不锈钢基体的结合强度；采用自主研制的球磨仪测试制备在SKD11不锈钢与YG6硬质合金基体上的三种膜层耐磨性能。结果表明，利用阳极离子束技术制备的α-C：H膜是一种非晶结构、表面平滑的薄膜，粗糙度值仅为5.21 nm，划痕试验临界载荷为17.8 N。而晶态的TiNx与CrNx膜层粗糙度较高，且其表面存有“熔滴”，但其结合强度较高，划痕试验临界载荷达80 N以上。α-C：H膜层的耐磨性能优于TiNx，CrNx，且沉积在YG6硬质合金基体上的膜层单位磨损率均比SKD11不锈钢基体上的膜层低。

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平面曲梁纯弯曲等价定理及其试验验证

赵军;展培培;马瑞;孙红磊

. 2013, 49(16): 100-106.

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平面曲梁的纯弯曲过程是固体力学领域中的一个重要分支，但是由于曲梁初始曲率的存在，导致对其精确解析的复杂性。相对而言，直梁的平面弯曲及弹复过程却相对容易实现定量预测。为简化平面曲梁纯弯曲的理论分析模型，针对小曲率平面曲梁的小弯曲变形特点，通过引入曲梁截面弯曲应变的线性分布假设导出曲梁纯弯等价定理。基于板材的四点弯曲特点，同时依托于高精度的三坐标测量仪器，采用不同的板坯试样在不同的弯曲工艺条件下的试验验证该等价定理的可行性。最终试验结果表明，采用直梁弯曲的曲率叠加曲梁初始曲率的方式来代替曲梁弯曲后曲率值，最终结果的绝对误差小于5×10–5，相对误差不大于4.5%，完全满足工程精度的需求。

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金属板料点压渐进成形试验与模拟研究

肖旭东;王永军;张纪春;魏生民

. 2013, 49(16): 107-113.

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板料渐进成形方法是一种钣金零件的柔性制造工艺。为减小连续轨迹渐进成形零件的周向扭曲变形，对逐点挤压板料的渐进成形方式(点压渐进成形是利用成形工具头沿零件的等高线逐点顶压板料而成形零件的一种渐进成形方法)进行研究。建立根据零件尺寸计算点压渐进成形过程中压下量、压点间距与压点位置等的关系式；分析点压渐进成形的零件周向扭曲变形较小的原因，是因为在成形过程中板料主要受成形工具轴向的挤压，材料周向流动较少；建立影响零件表面质量的各压点变形区的相交度与成形参数间的计算关系，相交度越大零件表面质量越好。通过试验与有限元模拟对锥台型试件的点压渐进成形与连续轨迹渐进成形进行对比分析。试验与模拟结果表明，点压渐进成形是一种有效的钣金零件柔性成形方法，所成形试件的周向变形较小，零件成形精度较高，模拟结果与试验相符。

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斜盘发动机缸内热力过程数值分析研究

张方方;张振山;梁伟阁;王郑力

. 2013, 49(16): 114-120.

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为研究斜盘发动机缸内工质热功转换规律，基于喷管原理推导出工质流入、流出气缸的质量流率，其次基于发动机运动学分析，重点改进工质对外散热模型，使其同时考虑活塞周期性覆盖的影响以及缸套内壁面的轴向温差；对气缸开口系统列能量守恒方程完成缸内工质热力学详尽模型的建立。利用该模型编写计算程序，完成某型斜盘发动机缸内热力过程仿真。仿真所得示功图与参考文献提供的国外软件计算示功图一致性较好，且各仿真曲线反映对应参数在缸内6个热力过程中的变化规律，验证模型建立与仿真的正确性。模型求得的示功图可为斜盘发动机动力学分析提供初始数据。

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运用燃烧数值模拟分析某台660 MW超临界锅炉旋流燃烧器喷口烧损事故

李德波;沈跃良;徐齐胜;温智勇;樊建人;罗坤;岑可法

. 2013, 49(16): 121-130.

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针对某电厂660 MW超临界旋流燃烧器发生大面积烧坏，给电厂带来严重经济损失的实际情况，利用ANSYS FLUENT 14.0 软件对该锅炉炉内流动场、温度场进行数值模拟研究，着重研究单个旋流燃烧器空气动力场分布规律，全炉膛空气动力场规律，不同层旋流燃烧器温度场分布的规律，旋流燃烧器喷口轴线上温度变化的规律，提出今后该类型旋流燃烧器运行的改进措施，为今后同类型旋流煤粉燃烧器的安全、稳定运行提供指导。

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跨声速高压涡轮静叶水滴喷雾/空气冷却性能研究

姜玉廷;郑群;高杰;邓庆锋;王威

. 2013, 49(16): 131-137.

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采用气热耦合的方法对径向对流内冷方式的Mark-Ⅱ跨声速高压涡轮静叶进行数值仿真准确度验证，分析湍流模型、转捩模型和有无耦合对计算结果准确度的影响。在此基础上，通过对该对流冷却通道的冷却空气加湿来研究加湿前后冷却性能强化。由于单纯的对流冷却时冷却空气流速快，液滴蒸发不充分导致两相流冷却效能未充分发挥，所以将Mark-Ⅱ改型为气膜+对流复合型冷却叶片，详细讨论不同加湿量和液滴直径对叶片强化换热的影响,同时给出加湿对于跨声速叶栅流场和边界层的影响。

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捣固机械激振技术现状与展望

刘毅;龚国芳;闵超庆

. 2013, 49(16): 138-146.

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捣固车是广泛应用于新建铁路和铁路大修中的养路机械。捣固装置是捣固车的核心部件，它是利用加压、冲击或振动的原理使得轨枕底部的道碴重新排列，紧固密实，并使枕下支撑力量均衡的一种专用机械装置。在综合分析国内外捣固装置及其激振技术的研究现状与进展的基础上，结合工程实际，指出现存捣固装置的激振技术在频率和振幅的无级可调等方面存在的问题，提出应用于捣固装置的新型电液激振技术。新型电液激振器在一定频率内能增大输出推力、实现高振幅以及解决液压缸振动时的偏置撞缸，其关键技术是通过步进电动机带动阀芯旋转、液流高频换向使得液压缸运动换向，以实现激振频率和振幅的控制。为满足不同工况的需求、克服强迫振动加速捣固镐磨损及捣镐振动产生夹持液压缸摆动的问题，采用负载自适应、频率和振幅的无级调节的液压激振技术是捣固振动发展的趋势。

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离心泵起动过程的外特性试验研究

张玉良;朱祖超;崔宝玲;李昳

. 2013, 49(16): 147-152.

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为探索一台离心泵在起动过程中的瞬态特性，在不同阀门开度情况下，进行外特性试验和无量纲化分析研究。结果表明：转速上升规律基本不变，主要取决于动力源自身起动特性，而不依赖于工况点。流量在起动初期上升较为缓慢，延迟于转速而上升到稳定值，并且随阀门开度的增加延迟变得更为严重。在较小阀门开度范围内，压力冲击随阀门开度的增大呈现减小趋势；在较大阀门开度范围内，压力冲击随阀门开度的增大呈现增大趋势。在起动过程中普遍存在功率冲击现象。量纲一的扬程在启动初期存在极大值，随后迅速下降至最小值，而后又上升至稳定值；量纲一的体积流量始终呈现上升趋势。准稳态假设无法适用于瞬时起动过程的精确分析。

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基于演化算法的液力耦合器自动建模及运行特性分析

陈于涛;陈林根;倪何;曾凡明

. 2013, 49(16): 153-159.

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针对液力耦合器自动建模及运行特性分析问题，分析液力耦合器的动力学机理，采用一种新的演化建模方法，自动辨识液力耦合器动力学模型的结构及参数，设计并实现混合演化策略，得出拟合精度较高的显式模型。在动力学模型和已有的舰船动力装置性能仿真模型库的基础上，进行模型搭接和计算分析，研究液力耦合器在舰船并车推进装置并车、解列过程中的动态特性，以及液力耦合器油压变化曲线对动态过程特性的影响。结果表明，采用演化算法能够在给出的运算算子和参数范围内自动生成满足计算实时性和精度要求的液力耦合器动力学模型，在使用液力耦合器的舰船推进装置中，离合器的结合和脱开过程更加平缓，油压变化曲线的参数变化直接影响离合动态过程的时间和平稳性。分析结果可以作为液力耦合器性能优化的基础。

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基于工序编码和邻域搜索策略的遗传算法优化作业车间调度

赵诗奎;方水良

. 2013, 49(16): 160-169.

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针对作业车间调度优化问题，研究对其进行求解的遗传算法的种群初始方法和邻域搜索机制。为提高初始种群的质量，采用主动调度、无延迟调度与启发式规则相结合的启发式方法初始群体；基于关键路径构造邻域结构，将关键工序的邻域搜索移动与基于工序的编码方式相结合，避免不可行解的产生以及染色体的检测修复等工作；对工序块的块首、块内和块尾工序分别定义了不同的邻域移动操作。基于主动解码得到的甘特图，根据工序的开工时间，正向标准化染色体，使染色体中的工序位置顺序与机器上的工序实际加工顺序一致。为扩大工序的邻域移动范围，对甘特图进行右移处理，根据工序的完工时间，反向标准化染色体。对正向和反向得到的两个标准化染色体进行邻域搜索。采用基准算例进行测试，验证了所提算法的有效性。

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多失效模式水轮发电机组非线性振动可靠性模型

李兆军;刘洋;龙慧;张钰灵

. 2013, 49(16): 170-176.

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以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象，应用有限元法建立主轴系统非线性动力学方程，分析系统非线性振动特性，得到系统的激励频率和固有频率。针对主轴系统结构尺寸、材料属性、水力参数及电磁参数的随机性，导出系统固有频率对随机参数的梯度关系，依据主轴系统激励频率与固有频率之差在规定范围内的关系准则，将变量空间划分为多个简单区域，推导单失效模式的失效概率和两失效模式的联合失效概率计算公式，并在此基础上建立具有相关失效模式的水轮发电机组主轴系统非线性振动可靠性模型，提出多失效模式水轮发电机组非线性振动可靠性分析方法。通过实例对混流式水轮发电机组主轴系统的振动可靠性进行仿真计算，并运用Monte Carlo法验证模型的正确性。

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并行自动拣选系统品项拣选量拆分优化

王艳艳;吴耀华;吴颖颖

. 2013, 49(16): 177-184.

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分析并行自动分拣系统的作业模式，发现各分拣机的分拣延迟时间是影响分拣效率的关键因素之一，建立基于虚拟视窗的拣选时间模型；分析品项拣选量拆分对并行分拣系统分拣延迟时间模型的影响，建立大批量分拣时总分拣延迟时间最短为目标的拣选量拆分优化模型；提出并证明拣选量拆分优化的必要条件，降低模型求解的复杂度，并设计启发式自适应遗传算法对拣选量拆分优化模型进行求解，仿真结果显示与常用的拣选量平均拆分法相比拣选作业时间缩短9%左右。

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干扰条件下闭环供应链定价决策及契约协调研究

王银河;王旭

. 2013, 49(16): 185-192.

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在再制造闭环供应链系统实际运作的过程中，干扰事件是不可避免的，闭环供应链如何有效协调应对干扰事件成为一个研究热点。目前，收益共享契约作为广泛应用的协调机制，更能实现闭环供应链各成员的利润共享和风险分担，为此利用收益共享契约来协调干扰事件。在非线性需求条件下，考虑由单一制造商和零售商组成的闭环供应链系统。通过构建Stackelberg博弈模型，研究当干扰事件引起市场需求、再制造成本、回收成本发生扰动时，在集中和分散化决策下闭环供应链的最优决策。结果表明，干扰事件下原有的收益共享契约不再协调闭环供应链，尤其当市场规模扰动超过规定范围时，应调整生产计划并采用新的收益共享契约，从而达到闭环供应链的协调。通过算例验证了相关结论的有效性。

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2013年, 第49卷, 第16期　
刊出日期：2013-08-20

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