2013年, 第49卷, 第2期　
刊出日期：2013-01-20

  

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  花萼状涡流传感器及其飞机金属结构疲劳损伤监测试验研究

  丁华;何宇廷;杜金强;焦胜博

  . 2013, 49(2): 1-7.

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  飞机金属结构疲劳损伤的实时在线监测，对于保证飞行安全是极其重要的。在文献[13]的基础之上，提出一种花萼状涡流传感器，并搭建基于该传感器的疲劳裂纹监测系统，进行程序载荷谱下的2A12-T4铝合金拉伸疲劳试验件的疲劳损伤在线监测试验，通过对比传感器监测结果和疲劳裂纹断口定量分析结果，对传感器的疲劳裂纹定量监测能力进行验证。监测试验结果与试件断口定量分析对比结果表明，在试件疲劳裂纹扩展过程中，传感器的各感应线圈通道的幅值比信号的变化较为明显，同时具有阶跃特征，当裂纹从一个感应线圈通道位置扩展至其相邻通道位置时，该感应线圈通道的幅值比信号会急剧增加，而当裂纹穿出其相邻通道位置时，该感应线圈通道的幅值比信号增加速度显著减缓；根据阶跃特性，将各感应线圈通道的幅值比信号开始快速增加的“拐点”作为裂纹前缘进入相应感应线圈通道的特征，花萼状涡流传感器可以实现疲劳裂纹的定量监测，监测精度为1 mm；离疲劳源较近的感应线圈通道的幅值比信号可定性监测结构的疲劳累积损伤程度。
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  地磁场中应力对磁畴组织结构影响的试验研究

  任文坚;孙金立;陈曦;王振;任吉林

  . 2013, 49(2): 8-13.

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  金属磁记忆检测技术是一种能对铁磁构件早期损伤进行有效诊断的无损检测技术。为进一步探索研究金属磁记忆检测的机理，选用粉纹法对Q235平板试样的磁畴结构进行观察，研究地磁场中不同应力状态下该铁磁材料的磁畴结构的变化特征,并且利用高精度弱磁检测装置获取其试件表面的漏磁信号规律。试验结果表明：随外载荷的改变，被观察部位的磁畴类型、畴壁形态有显著性变化，且不同区域的磁畴转变快慢不同但变化趋势相近；同时，随外载荷的增大，试件表面漏磁信号增大。验证了地磁场中铁磁材料的磁畴结构受应力作用发生磁畴移动与转向，并且在应力撤出后这种改变得以保留的规律。为铁磁材料磁记忆检测微观机理的进一步探索研究提供可靠、有效的试验依据。
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  基于连续小波变换的厚壁管道周向导波扫描成像试验研究

  刘增华;颉小东;吴斌;焦敬品;宋国荣;何存富

  . 2013, 49(2): 14-19.

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  采用周向导波用于厚壁管道中的缺陷扫描检测。基于连续小波变换提取特定频率下小波系数包络信号用于厚壁管道缺陷成像。试验中斜探头以步长为2 mm轴向扫描检测轴向缺陷，得到斜探头晶片覆盖轴向缺陷不同程度时的检测信号。截取包含缺陷回波和周向回波的信号并得到频率点500 kHz的小波变换系数包络信号，与频散曲线对比分析得到检测信号主要为周向类Lamb波模态CL3。进一步利用不同扫描点处检测信号的连续小波变换系数包络信号并进行幅值包络成像。利用该幅值包络成像重构得到轴向缺陷并有效确定该缺陷的长度。基于连续小波变换得到的特定频率点处幅值包络信噪比较好，且成像结果具有较高的聚焦性。因此，利用基于连续小波变换的幅值包络成像方法可提高检测信号识别以及缺陷识别能力。
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  基于局部自适应鲁棒回归的点云消噪

  林洪彬;刘彬;张玉存;李梦瑞

  . 2013, 49(2): 20-27.

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  针对传统点云消噪算法低频平滑与高频磨平之间的矛盾，提出基于局部自适应邻域鲁棒回归的点云消噪算法。提出采样点局部自适应邻域的概念，使采样点邻域的大小能够根据模型局部形状进行自适应调整，为点云模型的低频区域平滑和高频区域特征保持奠定基础；针对传统的最小二乘曲面拟合受旁值点影响大，采样点微分几何信息提取可靠性差的问题，提出对采样点局部自适应邻域进行鲁棒回归，以实现采样点微分几何信息的可靠提取；以采样点法向和最大最小曲率为基础，构造一种新的采样点特征测度函数。在对测度函数的特性进行研究的基础上，根据测度函数值将采样点划分为特征点、非特征点和过渡点，并利用特征测度函数进行有效子邻域识别，实现点云数据的低频平滑和高频保特征消噪；通过对比试验验证算法的有效性。
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  2024-T351铝合金搅拌摩擦焊焊件内部残余应力测试

  张津;李峰;郑林;郭学博

  . 2013, 49(2): 28-34.

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  为准确掌握铝合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)焊件中的残余应力分布，以便优化FSW焊接工艺和对后续加工起到一定的支撑作用，借助自主研发的短波长特征X射线衍射仪(Short wavelength X-ray diffractometer, SWXRD)，分别采用sin2ψ法和d0法对2024-T351铝合金FSW焊件内部残余应力进行测试，并与中子衍射和同步辐射及钻孔法测试的FSW焊接应力进行分析比较，同时对焊接区各区域微观组织进行金相观察分析，对焊接中心层的显微硬度分布进行测试。结果表明，用SWXRD可以实现铝合金内部残余应力的无损检测；对2024-T351铝合金FSW焊件内部残余应力测试，用d0法得到板材轧制方向的残余应力存在3个拉应力峰值，其中两个位于热影响区(Heat affected zone, HAZ)，一个位于焊缝中心，与国外中子衍射和高能同步辐射的测试结果一致；用sin2ψ法可以快速获得FSW焊核区(Weld nugget zone, WNZ)的残余应力，对存在强织构的热机械影响区(Thermal-mechanically affected zone, TMAZ)、HAZ和母材区(Base material zone, BMZ)的应力测试有较大的误差，但将d0法结合可以快速得到焊接区的应力分布
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  三维曲面连续辊压成形的力学机制及弯曲变形的计算

  蔡中义;李明哲

  . 2013, 49(2): 35-41.

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  连续辊压成形是一种板料成形新方法，采用两个弯曲的成形辊可加工出三维曲面零件。对连续辊压中从板料到曲面的变形过程进行力学分析，并对变形与材料模型进行简化，根据成形曲面中的内力平衡方程，建立控制纵向(成形辊滚动方向)弯曲变形的基本方程，给出由辊压应变计算纵向弯曲曲率半径的公式及上、下成形辊之间辊缝的设计方法。分析表明，当辊压初应变在截面高度方向线性分布时，最终的成形曲面中没有残余应力，纵向弯曲变形的曲率由横截面上的最大高度差及横截面上压缩率差这两个参数来决定。通过分析得到实现曲面辊压成形的条件，获得横截面上压缩率差以及成形曲面几何参数对纵向弯曲的影响规律。通过曲面连续辊压成形的实例，说明所提出理论与公式的有效性。
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  基于固体颗粒介质成形工艺筒形件拉深力学分析

  曹秒艳;赵长财;董国疆;郝海滨

  . 2013, 49(2): 42-48.

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  将固体颗粒介质成形工艺应用于金属板材圆筒件的拉深成形，建立相应的板材拉深力学模型。在固体颗粒传力衰减模型的基础上，通过对工件直壁区的力学分析，得到拉深过程中所需压头单位压力的函数关系式。该关系式表明，当筒形件的直壁段成形后，随着拉深系数的增加，压头最大单位压力呈线性逐渐减小；板材与凹模表面间摩擦因数增大将导致压头单位压力加大，并且该增加趋势非常明显；颗粒介质与板材之间的摩擦因数增大却可以减小压头单位压力；随着颗粒介质初始装料高度的增加，压头单位压力相应增加，这是颗粒介质所传递的应力随传递距离增加而逐渐衰减的结果。并以镁合金板材为研究对象，进行基于颗粒介质成形工艺的拉深试验和有限元模拟验证。研究结果表明，试验、模拟结果与理论值基本吻合。
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  直缝激光焊管液压成形极限图试验研究

  马菖宏;于忠奇;陈新平;陈仙风;林忠钦

  . 2013, 49(2): 49-53.

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  在管件液压成形中，准确地评价管材缩颈或破裂现象是工程上备受关注的问题。成形极限图作为评价成形性能的一种有效手段，得到广泛应用。基于椭圆胀形试验方法，通过改变椭圆比大小实现拉-拉应变区管材极限应变的测量。联合已有的自由胀形试验和椭圆胀形试验，实现管材液压成形极限试验评价。采用镶嵌式模具结构设计，建立一种柔性化的管材液压成形极限试验装置，完成多种规格激光焊管的液压成形极限试验。激光焊管成形极限试验结果表明，所建立的成形极限试验方法是可行的；同种牌号的激光焊管，厚度和直径不仅影响着平面应变点的成形极限，而且也影响着成形极限曲线的形状；由于受起皱失稳的影响，直径厚度比越小的管材，拉-压应变区的极限应变比值也越小。
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  Al-Zn-Mg-Cu合金残余应力的会聚束电子衍射研究

  李亮;白朴存;侯小虎;崔晓明

  . 2013, 49(2): 54-58.

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  变形铝合金中存在大量弥散的强化相，在其周围将产生较大的残余应力。残余应力的存在，对合金构件的强度、疲劳寿命、结构尺寸稳定性以及抗应力腐蚀等性都有很大的影响。会聚束电子衍射图中的高阶带反射线对晶格参数变化敏感，残余应力的存在可使高阶带反射线发生位移或偏转，可以用来测量材料微区的残余应力。利用会聚束电子衍射技术研究时效处理后Al12Zn2.4Mg1.1Cu合金的残余应力。研究结果表明：Al12Zn2.4Mg1.1Cu铝合金中析出相附近的基体中存在较大的残余应力，残余应力随距析出相距离的增加而减少，距离析出相5 nm、45 nm和85 nm处的残余应力分别为210 MPa、202 MPa和145 MPa。
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  基于最大切应变幅和修正SWT参数的多轴疲劳寿命预测模型

  吴志荣;胡绪腾;宋迎东

  . 2013, 49(2): 59-66.

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  工程中的大多构件承受着复杂的载荷形式，将单轴疲劳模型应用到多轴载荷情况已不能满足工程精度的要求，多轴载荷下的疲劳寿命计算日益引起人们的重视。基于临界平面的思想，结合Fatemi-Socie(FS)模型和Smith-Watson-Topper(SWT)参数各自的优点，提出一种新的多轴疲劳寿命预测模型。该模型以最大切应变幅与最大切应变幅平面上修正SWT参数的和作为多轴疲劳损伤控制参量，此参量可以同时考虑非比例附加循环硬化和平均应力对材料多轴疲劳寿命的影响，能同时适用于比例和非比例加载下的多轴疲劳问题。采用纯钛Ti、BT9钛合金、304不锈钢、S45C钢和1045HR钢5种材料多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证，对几种材料比例和非比例加载下的多轴疲劳寿命预测结果大都分布在试验结果的2倍分散带之内，结果表明提出的多轴疲劳寿命模型具有较高的预测精度。
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  板料柔性拉边成形与压边成形方式的比较

  李连成;李渊婷;李明哲

  . 2013, 49(2): 67-72.

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  柔性拉边成形是在已有冲压成形工艺的基础上结合柔性拉形原理诞生的一种新型板料柔性成形方法。用柔性拉边技术代替传统压边技术，可实现球形件、鞍形件、盒形件、非规则曲面件及带凸台曲面件等三维曲面件的柔性成形。探讨柔性拉边成形原理及工艺，建立柔性拉边成形过程的有限元模型；为验证柔性拉边成形工艺的可行性和通用性，建立鞍形件多点模具成形及带凸台曲面件整体模具成形过程的有限元模型，通过对比分析拉边成形和压边成形方式，研究不同成形方式对板料起皱拉裂缺陷、应力应变分布、流动及回弹情况的影响。结果表明：压边成形时，板料容易产生起皱、拉裂等缺陷，较难得到高质量的成形件；而在相同条件下，采用拉边成形方式所得成形件应力应变分布均匀、回弹小，拉边力抑制起皱、拉裂等缺陷的产生，同时板料流动更均匀。
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  电子束扫描铝硅合金表面熔凝处理过程的失重分析

  王荣;李春建;魏德强

  . 2013, 49(2): 73-78.

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  电子束扫描工艺影响着铝硅合金熔凝的性能。电子束扫描铝硅合金过程中，会伴随着失重现象，材料的失重对零件的表面形貌以及元素的分布有着直接的影响，进而影响到零件的性能。利用电子束扫描对铝硅合金进行表面熔凝处理，讨论下束时间、扫描频率及功率对表面熔凝处理后试样失重的影响；分析铝、硅两相汽化差异的理论依据，研究飞溅的形成条件，得到失重现象的形成机理。试验结果表明，失重量随着下束时间和功率的增加而加大，快的频率可以抑制失重的进行；饱和蒸汽压值较低的硅相的蒸发量要比铝大；在给定参数下，电子束在试样表面的作用深度可达18.5 μm，在6 μm处能量达到最大值。电子束熔凝铝硅合金过程中熔池的飞溅以及硅铝相的蒸发是铝硅合金表面失重的主要原因。
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  铝合金表面纳米Al2O3-40%TiO2复相陶瓷涂层力学与摩擦学性能

  何龙;谭业发;屠义强;杨自双;董贵杨

  . 2013, 49(2): 79-86.

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  为提高铝合金零部件的耐磨性能，运用等离子喷涂技术在7005铝合金表面制备纳米Al2O3-40%TiO2¬¬(NAT40)复相陶瓷涂层，分析该涂层的微观结构，测试其主要力学性能，研究其在干摩擦和3.5%NaCl溶液中的摩擦行为与机制。结果表明：NAT40涂层的显微硬度为638.6 HV0.5，断裂韧度为13.3 MPa•m1/2，与基体的临界结合力达到80.35 N，均高于微米Al2O3-40%TiO2(MAT40)涂层。干摩擦时，随着载荷从3 N增大至12 N，NAT40涂层的摩擦因数从0.20上升至0.32，其磨损失重也从1.3 mg增大到2.2 mg；轻载3 N时，涂层以微观切削磨损为主，而在重载12 N条件下，磨损表面闪温计算值达到541.65 ℃，导致涂层的强度和硬度下降，磨损机理变为多次塑变磨损、粘着磨损和氧化磨损。在3.5%NaCl溶液摩擦环境中，NAT40涂层在相同载荷条件下的摩擦因数较干摩擦时显著降低，但重载(12 N)时，其磨损失重却比干摩擦时增加22.7%；随着载荷的增加，涂层的磨损机理由疲劳磨损转变为应力腐蚀磨损。
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  T形焊接接头根部裂纹应力强度因子研究

  宋占勋;方少轩;谢基龙

  . 2013, 49(2): 87-94.

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  建立T形焊接接头根部裂纹的半椭圆裂纹模型，定义裂纹模型的构形参数以及边界条件，分析裂纹尖端的应力强度因子。采用奇异单元法，通过有限元计算，模拟裂纹尖端的应力奇异性。并通过收敛性检验确定裂纹尖端的单元尺寸。在此基础上，计算裂纹尖端量纲一应力强度因子，并分析其受几何参数影响的变化规律。计算结果表明，对于给定的载荷条件下，不同初始裂纹尺寸时，裂纹尖端的应力强度因子存在一定的规律性，且不同几何参数对应力强度因子的影响程度存在一定差异，因此，对焊接结构疲劳强度研究时需要有一定的侧重点。采用多重线性回归方法拟合仿真计算结果，这些结果为进一步研究T形焊接接头根部裂纹扩展和疲劳寿命预测提供参考。
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  高速列车流固耦合的平衡状态方法

  李田;张继业;张卫华

  . 2013, 49(2): 95-101.

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  为实现横风下车辆-轨道耦合动力学和列车空气动力学之间的联合仿真，提出一种快速高效计算的平衡状态方法。在忽略轨道不平顺情况下，轮流交替求解稳定气动力作用下的车辆-轨道耦合动力学响应以及稳定姿态下的列车流场和气动力；通过收敛准则判定横风下高速列车的平衡状态；将平衡状态下的稳定气动力加载车辆-轨道耦合动力学并计算高速列车动力学响应。研究横风速度为13.8 m/s时高速列车以350 km/h运行的流固耦合动力学行为。比较平衡状态方法、交互式联合仿真和离线仿真三种计算方法关于气动力和安全性指标结果的差异，研究结果表明，采用平衡状态方法与交互式联合仿真方法的计算结果差异较小，但平衡状态方法的计算效率远高于交互式联合仿真方法的计算效率。
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  电动汽车冷却系统热流场的协同分析与散热性能研究

  徐晓明;赵又群

  . 2013, 49(2): 102-108.

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  场协同原理可以应用于电动汽车不同冷却方式的散热性能分析，进而指导电动汽车冷却方式设计，研究表明，两边出风口模式的自然进风散热性能较差，上出风口模式具有较为优越的自然进风散热性能和气动性能；双口上出风模式比单口上出风模式散热性能优越，但气动性能稍差，综合考虑，选择单口上出风模式更能平衡电动汽车的气动性能和自然进风散热性能；随着车速提高，电池组最高温升和内部最大温差均降低，且与车速基本呈线性关系变化；水冷板不同流径的速度均匀性由低到高顺序如下：首先单进单出，其次双进双出，再到三进三出，最后为六进六出，根据场协同原理分析，散热性能逐次提高，并用试验分析和仿真计算结合的方法验证这一判断的准确性。上述结论为电动汽车冷却方式的选择提供参考依据。
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  普通短轨枕轨道结构钢轨波磨初步研究

  李霞;李伟;温泽峰;金学松;王衡禹;吴磊

  . 2013, 49(2): 109-115.

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  研究某地铁普通短轨枕轨道结构小半径曲线上125～160 mm波长波磨形成机理。通过现场调查和试验测试，并结合轨道结构动力学理论对波磨形成机理进行预测分析；建立该轨道结构的三维有限元模型，利用该模型分析轨道结构的模态振型以及频响特性，并总结出该轨道结构的动态特性与钢轨波磨的关系。其中，频响分析时探讨簧下质量对轨道结构响应以及波磨成因的影响。数值计算结果与现场测试结果相吻合。研究发现该轨道结构60～80 Hz的振动是125～160 mm波长波磨形成的根本原因。由于该结构的轨枕直接嵌入轨道板中形成整体, 轨道结构隔振性能差，车辆通过该轨道结构时极易发生钢轨和道床板一起相对地基的垂向弯曲振动，从而导致了125～160 mm波长波磨的形成。
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  双圆锥式无级变速器传动性能的试验研究

  李雪原;沈楚敬;苑士华;崔锦

  . 2013, 49(2): 116-120.

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  采用试验研究的方法，对双圆锥式无级变速器的传动性能以及影响因素进行研究。设计并制造出双圆锥式无级变速器的试验样机，搭建传动性能测试试验平台，并进行性能试验。试验结果表明，保持传动比、输入转速和液压腔压力不变，系统的传动效率随着输入转矩的增加而增加，最终到达最大值，随后逐渐下降；保持传动比、输入转速和输入转矩不变，系统传动效率随着液压腔压力的降低而增加，但过低的液压腔压力会使系统无法高效传递动力；保持传动比、液压腔压力和输入转矩不变，系统传动效率随着转速的增加而减小；当输入转速、液压腔压力和输入转矩不变，增大系统传动比，将提高系统的传动效率。
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  海底观测网接驳盒电源散热机理研究

  陈燕虎;杨灿军;李德骏;金波

  . 2013, 49(2): 121-127.

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  散热性能是影响海底观测网接驳盒供电电源长期运行的关键因素。根据热传导理论，分析金属耐压密封腔体内部电气热源的热耗散机理，推导出影响其热耗散性能的主要因素，得出腔内灌充绝缘导热油可大幅度改善散热效果，并利用Fluent分别对灌充气体、液体导热介质的腔体模型进行仿真验证。同时提出在油液内部留存一定体积气体的气液体结合的方式来缓解由于液体介质受热膨胀引起的压强升高问题，并进行1%、2%、5%、10%等4种不同空气体积率下的变压器油液因温升而导致压强升高的试验。得出结论：灌充绝缘导热油介质可改善水下密封腔的散热效果，但存在油液压强上升问题；气液结合方式可解决压强上升过高的问题，对于国产25#变压器油，大于8.8%的空气体积率可实现温升50 ℃时压强上升幅度低于0.1 MPa。将该方法应用到海底观测网系统样机的2 kW电能变换器中，其试验测试结果与理论分析一致。
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  真空环境下的二元冰制备特性研究

  章学来;李志伟;王为;陈旭东;高文忠;刘小微

  . 2013, 49(2): 128-132.

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  采用理论分析与试验相结合的方法，对真空环境下的二元冰生成动态特性进行研究。分析了闪蒸室内压力、水套温度、供水温度、速率、不同水质等各因素对二元冰晶生成的影响。研究结果表明：闪蒸室压力、供水水温、水质以及水滴初始直径、速率都对二元冰真空制备具有较大的影响，其中，闪蒸室压力升高，水滴闪蒸、结冰速率明显下降；供水温度越低，水滴达到同一状态所需的时间越短；水滴初始粒径的增加，水滴闪蒸、结冰的进程明显变慢。闪蒸室温度对水滴的闪蒸、结晶影响不是很大。
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  潜热型低熔点液态金属功能热流体的制备及热物理特性研究

  宋思洪;廖强;沈卫东;曹春兰

  . 2013, 49(2): 133-138.

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  为获得具有高效传热能力的散热工质，结合液态金属导热系数高，潜热型功能热流体表观比热大的优点，对正二十烷-蜜胺树脂微胶囊表面进行化学镀铜改性，再掺入低熔点液态镓中进行机械搅拌和超声振动，形成均匀稳定的相变微胶囊(Microencapsulated phase change material, MEPCM)-低熔点液态金属(Liquid metal, LM)悬浮液并进行形貌表征和热物理特性测试。结果表明，镀铜MEPCM的铜镀层包覆均匀，无Cu2O存在；镀铜MEPCM以及MEPCM悬浮液的相变区间相对于MEPCM未发生变化；悬浮液的潜热随微胶囊体积分数的增加而增大，体积分数为20%时悬浮液的表观比热可达单相镓的3.03倍，导热系数为单相镓的73%；悬浮液黏度随体积分数的增加而增大，随温度的升高而降低，体积分数小于20%时MEPCM-LM悬浮液仍可被近似看作是均匀的牛顿流体。
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  水射流喷嘴能量损失研究

  杨友胜;张建平;聂松林

  . 2013, 49(2): 139-145.

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  在水射流系统中，喷嘴是关键部件，起负载作用(对泵加载，建立系统压力)及能量转换作用(将水的压力能转化为动能)。在不同条件下，喷嘴能量转换效率不同，从而影响水射流系统效率。按能量损失成因不同，将喷嘴能量损失分为特征能量损失和气蚀能量损失。根据喷嘴流量特性，研究能量损失的影响因素及其与流量系数的关系。对圆柱、圆锥及余弦三种喷嘴的流量特性进行试验研究，研究能量损失与进出口条件及喷嘴特征参数间的关系，对比分析三种喷嘴的特征及气蚀能量损失的大小。得出进出口条件对气蚀能量损失有较大的影响，而对特征能量损失几乎无影响；喷嘴特征参数对两种能量损失的都有很大影响，且喷嘴内壁轮廓越接近流线型，喷嘴能量损失越小。本研究为优化喷嘴设计及提高水射流系统效率提供基础。
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  水液压双斜盘轴向柱塞式电动机泵试验研究

  朱碧海;吴肖宇;牛壮;贺小峰;刘银水

  . 2013, 49(2): 146-150.

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  针对海上作业平台和深海环境中工作的液压系统和设备对液压动力源提出的小型、便携、环保以及功率密度大等一系列发展要求，提出一种带双斜盘结构的轴向柱塞式电动机泵。该泵将双斜盘轴向柱塞泵泵体集成于屏蔽电动机转子内部，适用于在水下环境(包括条件比较恶劣的海水)工作，其整体具有小型，轻便，结构紧凑，功率密度大，同时抗污染能力强等一系列突出优点。对于泵内部特殊的双斜盘和缸体结构，进行运动状态下的受力平衡分析研究。研制样机并对电动机泵进行各项性能试验。试验结果表明，该泵在工作环境下散热良好，相比于传统的电动机、联轴器和柱塞泵三段式动力单元，泵工作状态下噪声有所降低，同时泵的各性能曲线基本达到预期的要求，验证该种电动机泵结构方案的实施可能性。该泵是一种比较有发展前景的新型液压动力单元，可以作为水下液压动力源设计的新思路。
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  基于液压微位移放大结构的新型压电陶瓷直接驱动阀设计及仿真

  俞军涛;焦宗夏;吴帅

  . 2013, 49(2): 151-158.

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  研制一种基于液压微位移放大结构的压电陶瓷直接驱动伺服阀，实现大流量高频响的要求。针对压电陶瓷输出力大但输出位移小的特点，设计出一种新型的液压微位移放大结构，由柔性铰链膜片式大活塞、密闭容腔、小活塞及压力调节和测量装置构成。采用叠堆式压电陶瓷驱动大活塞，改变密闭容腔内油液的体积形态，放大小活塞端输出位移，驱动滑阀阀芯运动。大活塞采用膜片结构，降低压电陶瓷叠堆的负载，提高密封性能。针对刚性膜片刚度和强度矛盾的问题，设计柔性铰链膜片，对该膜片结构的刚度进行理论分析和数值计算验证。应用有限元方法对结构及各参数进行优化设计，并对最终结构进行刚度和强度分析。基于试制原理样机参数，建模仿真表明液压位移放大倍数9倍，阀芯位置控制误差小于1%。频宽超过550 Hz。试验测得流量曲线，7 MPa压力下，控制流量达到17 L/min。
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  基于流固耦合的减压塔底泵泵体强度分析

  孔繁余;陈浩;王婷;宿向辉

  . 2013, 49(2): 159-164.

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  减压塔底泵是炼油装置中的关键设备，基于流固耦合的有限元分析方法可以检验泵体的可靠性。采用Pro/Engineer软件对泵体及整机水体三维造型，采用ICEM-CFD软件对整机水体三维造型划分网格，再采用CFX软件对泵内部全流场进行定常数值计算，采用CFX软件和ANSYS Workbench软件对泵内部全流场和泵体进行流固耦合单项计算。采用ANSYS Workbench软件后处理工具导出各节点的坐标、应力值和总变形量。得到5种不同流量工况下泵体多个截面的应力、变形分布云图。利用表格对5种流量工况下泵体最大应力的位置和最大总变形的位置进行对比，对5种流量工况下泵体的最大应力、最小应力、最大应变、最小应变和最大总变形进行对比。结果表明，流量的改变对泵体的应力分布和应变分布影响很小，泵体最大应力点的应力小于材料2Cr13的强度极限，泵体满足强度条件要求。
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  新型高压电-气伺服阀阀口气体射流数值研究

  杨钢;高隆隆;李宝仁

  . 2013, 49(2): 165-173.

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  提出一种新型音圈马达直接驱动滑阀式单级高压电-气伺服阀，针对其工作特点及阀芯受力情况，研究高压气体流经伺服阀阀口时气体射流角。在高压电-气伺服阀中阀口上下游压力比达到临界状态时，高压气体流经较小阀口时流速可达到声速，此时高压、高速气流产生的稳态气动力不容忽视，成为影响音圈马达直接驱动滑阀式单级高压电-气伺服阀控制精度及响应特性的重要干扰力。基于气体射流理论采用计算流体动力学方法对高压电-气伺服阀内部流场进行数值模拟，分析不同阀口开度对应的射流角大小，得出高压电-气伺服阀在不同阀口开度时射流角有较大差异，小阀口开度时射流角大于69°，当阀口开度达到设计最大开度时射流角接近69°，但伺服阀在精密控制系统中主要工作在零位附近，此时阀口开度较小，因此不同开度对应稳态气动力均采用射流角为69°的经典理论计算会产生较大误差。关于阀口射流角的数值研究可为高压气动伺服阀的研制及高压气动技术的发展提供一定的理论基础。
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  基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵动态特性分析

  童水光;王相兵;钟崴;张健

  . 2013, 49(2): 174-182.

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  为开发新式高性能轴向柱塞泵，在分析柱塞泵工作原理和运动规律的基础上，采用Kane-Huston方法建立轴向柱塞泵机液耦合作用的多体力学模型，根据轴向柱塞泵流体特性及控制原理建立其液压系统模型，并构建二者实时接口连接的虚拟样机模型。建立某型号斜盘式轴向柱塞泵的虚拟样机模型并进行数值求解和仿真模拟，数值计算和仿真结果基本一致。研究柱塞泵机-液耦合作用下的运动特性，泵出口流量及压力脉动特性以及柱塞泵的流量控制特性，并研究柱塞泵相应动态特性的影响因素及其变化规律。基于虚拟样机技术的建模、仿真研究方法，能够全方位预测轴向柱塞泵的各项性能，正成为轴向柱塞泵性能研究的重要手段。
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  基于相对特征和多变量支持向量机的滚动轴承剩余寿命预测

  申中杰;陈雪峰;何正嘉;孙闯;张小丽;刘治汶

  . 2013, 49(2): 183-189.

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  为解决有限状态数据下滚动轴承剩余寿命难以估算的问题，提出一种基于相对特征和多变量支持向量机(Multivariable support vector machine, MSVM)的剩余寿命预测的新方法。该方法利用不受轴承个体差异影响的相对方均根值(Relative root mean square, RRMS) 评估轴承性能衰退规律，运用相关分析选取敏感特征作为输入，构造兼顾多变量回归和小样本预测双重优势的MSVM模型预测轴承剩余寿命。与单变量支持向量机相比，MSVM克服了结构简单、信息匮乏等缺点，实现小样本数据潜在信息的最大挖掘。运用仿真数据和轴承全寿命试验数据对预测模型进行检验，结果表明MSVM可在小样本条件下利用尽可能多的有效信息获得准确的预测结果，具有较强的工程使用价值和通用性。
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  叶片断裂事故条件下直驱式风电机组动态特性分析

  戴巨川

  . 2013, 49(2): 190-198.

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  以兆瓦级直驱式风电机组为研究对象，进行叶片断裂事故发生后风电机组动态特性分析。通过将风轮载荷模型、机电耦合模型和变桨距控制等多个风电机组子系统模型进行集成，得到较完整的系统整体模型。在风轮载荷模型中，不但考虑气动载荷，也考虑惯性载荷和重力载荷等；变桨距控制充分考虑变桨距机构动力学特性。在Simulink环境下建立风电机组数值仿真模型，并假定叶片断裂后几秒内风电机组尚未停机进行仿真研究。研究结果发现，一个叶片断裂后，风轮旋转力矩出现突变，发电机电磁力矩快速响应风轮机械旋转力矩，风轮转速能控制在设定值附近波动；风电机组能量捕获与转换出现失衡，变流器直流电压、输入电网有功功率和无功功率等都出现大幅度波动，造成对电网的冲击。通过分析叶片断裂后风电机组动态特性，能够为风电机组结构设计、运行控制等提供有益的参考。