2014年, 第50卷, 第21期　
刊出日期：2014-11-05

  

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  复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法

  夏毅敏;卞章括;胡承欢;吴元;林赉贶;暨智勇

  . 2014, 50(21): 1-9. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.001

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  复合式土压平衡盾构机刀盘对复合地层的适应性决定了施工的安全性和经济性。由于刀盘结构的多样性以及施工环境的复杂多变性，不同类型的刀盘在应对不同地层时，其综合性能表现不一，目前仍缺少对其综合性能进行评价的有效方法。在考虑刀盘性能影响因素多层次、多方面和相关联性的基础上，从刀盘的结构性能、刀具布置性能、力学性能、经济性、安全可靠性和环境适应性等方面，建立刀盘性能评价指标体系。根据刀盘递阶层次结构评价模型特点，提出一种基于模糊数学与评价理论，以模糊层次分析法计算刀盘指标权重，通过模糊综合评价和模糊优劣解距离决策法对刀盘进行综合性能评价的方法。结合长沙某地铁施工标段地质条件，选取四种常见的复合式土压平衡盾构机刀盘方案，进行评价确定最终方案，并通过工程实例验证本方法的合理性和有效性，为施工过程中的刀盘方案选型决策提供一种新方法。
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  基于动力稳定性的全断面岩石隧道掘进机刀盘临界推进速度研究

  韩美东;蔡宗熙;曲传咏

  . 2014, 50(21): 10-16. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.010

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  推进速度是全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)的重要设计参数。其值过小将降低机械的掘进效率；过大将引起刀盘的大幅振动，导致联接螺栓超常松动、引起主轴承塑性变形与断裂，严重影响施工安全。为确定推进速度的临界值，引入非线性弹簧单元模拟破岩过程中滚刀与岩石的相互作用，采用有限元法对刀盘掘进过程进行动态仿真，得到了在不同岩层中掘进时保证刀盘动力稳定性的推进速度临界值。所得结果可为合理设计TBM推进速度，有效控制刀盘振动，减少振动破坏，提升TBM的地质适应性和施工安全性提供参考。
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  盾构掘进过程中隧道上覆地层松动土压力研究

  任宏;何强;胡祥涛;李自成

  . 2014, 50(21): 17-22. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.017

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  针对盾构法隧道施工过程中如何合理地确定上覆地层松动土压力问题，提出基于极限分析理论的松动土压力计算方法。研究地层发生主动失稳时的破坏模式，假设地层为服从莫尔-库仑屈服准则的理想弹塑性体，构建由多刚性滑块构成的失稳破坏模型，考虑了黏聚力、地表超载和岩土重力对地层稳定性的影响，建立松动土压力极限分析模型。算例分析表明：在大埋深情况下，极限分析模型的计算结果与离心模型试验和数值模拟的结果相接近，计算精度优于传统的太沙基理论，合理地反映了土层拱效应作用。计算结果也表明：受土层拱效应影响，松动土压力同隧道埋深成正比，并趋于稳定值，计算精度也随着埋深的增大而提高；松动土压力与砂土内摩擦角成反比，且内摩擦角越大计算精度越高。
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  隧道掘进机刀群与盘体支撑筋耦合布置设计

  霍军周;孙伟;欧阳湘宇;虞诗强;张旭

  . 2014, 50(21): 23-30. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.023

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  刀盘是全断面隧道掘进机(Tunnel boring machine，TBM)的关键部件，TBM刀盘系统设计直接关系掘进效率和可靠性。刀盘系统设计的关键是复杂岩石边界下刀群布置设计与刀盘盘体结构设计，二者相互耦合，相互影响。分析刀群与盘体支撑结构之间空间位置耦合以及支撑结构与刀盘强度刚度之间的非线性耦合关系，建立刀群与盘体支撑结构耦合布置优化模型，提出多子系统协同进化的刀具适应性布置与盘体结构耦合设计方法。以引洮工程为例进行验证，结果表明：支撑筋初始安装角与刀盘强度、刚度之间存在非线性函数关系，多子系统协同进化方法求解出的刀群与支撑筋耦合布置方案的最大等效应力、最大变形量、不平衡力矩、不平衡力、顺次角度等指标相比原方案降低了30%以上，以此证明提出的耦合优化模型及其求解方法的可行性和有效性，可为TBM刀盘系统设计提供一定的借鉴与方法支撑。
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  盾构装备掘进总推力的反演识别与力学建模

  郑峥;张茜;一澜

  . 2014, 50(21): 31-37. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.031

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  盾构掘进载荷与装备地质适应性密切相关，有效地控制掘进推力载荷是保证装备安全施工与提高掘进效率的关键环节。分析盾构掘进中总推力的特点，以及掘进参数、地质参数与装备构型参数等对掘进总推力的影响，利用力学分析与量纲分析的方法，建立掘进总推力力学模型。采用多元回归的方法，处理工程实测数据，对掘进总推力力学模型中的系数进行反演识别。结合天津地铁九号线十一经路站至大直沽西路站施工段的工程实测数据，采用统计学分析方法，讨论掘进总推力力学模型的计算残差。通过海量工程实测数据与力学模型预估结果比较，讨论掘进总推力力学模型的适用性。分析表明，所建立的总推力力学模型能够反映掘进总推力与掘进速度以及地质参数等主要影响因素间的相互影响规律，可以为施工中总推力的合理选取与控制提供参考。
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  基于压力动态平衡的盾构密封舱压力控制方法

  孙伟;张旭;屈福政;李守巨;张立勇

  . 2014, 50(21): 38-44. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.038

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  针对盾构密封舱压力系统缺乏机理模型，无法实现快速准确地压力控制问题，在密封舱压力控制机理分析基础上建立了密封舱压力动态平衡的数学模型。采用离散元法对密封舱压力场进行仿真，研究刀盘开口率、埋深等因素对密封舱压力传递关系的影响，分析了密封舱隔板压力与测点压力的映射关系，定义了密封舱压力传递系数，并在此基础上提出了密封舱压力控制的参考压力值设定过程。考虑密封舱压力系统机理模型的非线性与时变特点，提出密封舱压力的双变量最优控制策略。基于土压平衡盾构密封舱压力控制试验台对所提控制方法进行试验验证，研究结果表明：控制精度与速度均能满足适应地质变化的密封舱压力系统控制要求。
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  基于灰关联分析的全断面岩石掘进机滚刀布局优化方法

  耿麒;魏正英;杜军;卢秉恒

  . 2014, 50(21): 45-53. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.045

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  滚刀的布局需要符合滚刀在刀盘面上分布均匀、分散、对称的布置位置要求，刀盘分块合理、刮碴铲斗排碴顺畅的结构设计要求，以及刀盘变形和应力小、刀盘整体受力平衡的力学性能要求。针对现有的典型滚刀布局模式难以同时满足这些要求的问题，提出一种基于灰关联分析的全断面岩石掘进机滚刀布局优化方法。通过对初始布局方案中的滚刀合理分组，并对组内滚刀极角施加微幅波动，建立初始布局方案集；引入不干涉条件对初始布局方案集进行初选，并以刀盘径向不平衡力、刀盘倾覆力矩、滚刀群质心偏斜量为评价指标对其进行灰关联分析计算，从而得到最优布局方案。引入采用螺旋线型滚刀布局模式的整体式刀盘和采用随机型滚刀布局模式的分体式刀盘，分别对其滚刀布局进行优化，整体式刀盘的各评价指标分别减小48%、99%、57%，分体式刀盘的各评价指标分别减小22%、59%、55%，表明了该方法的通用性和有效性。对优化前后的刀盘进行受力对比分析，发现刀盘的变形和应力未发生明显变化，表明该优化不会对刀盘刚度和应力分布产生不良影响。
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  硬岩掘进装备支撑系统界面接触刚度非线性特性

  余海东;郝培;赵勇;来新民

  . 2014, 50(21): 54-59. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.054

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  隧道岩石表面形貌和岩石力学特性对撑靴接触界面刚度特性关系密切。根据隧道岩石形貌特点，采用分形数学模型分析不同分形参数与表面粗糙度之间的关系，通过投影方法建立三维隧道岩石粗糙表面数值分析模型。考虑岩石隧道表面粗糙度，岩石力学特性、撑靴数量以及复合岩层等工况，分析不同参数下撑靴载荷与法向接触刚度之间的关系。结果表明：掘进装备的支撑系统界面法向接触刚度随着法向力、分形维数、弹性模量的增大而增大，随着特征尺度系数的增大而减小；撑靴数量的增加会带来界面法向刚度增加。在相同载荷下，双撑靴的接触刚度接近单撑靴接触刚度的两倍；岩石成分比例相同时，其法向刚度最小；当岩石成分比例不同时，较小弹性模量岩石成分越高，其法向刚度越大；岩石成分比例不同的情况下，其法向刚度相差不大。
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  掘进装备推进机构载荷顺应性及其评价方法

  徐尤南;刘辛军;汪劲松

  . 2014, 50(21): 60-68. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.060

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  掘进装备推进机构是掘进装备的重要子系统，需要承受来自作业环境的重载荷、大突变载荷，同时需要传递大推进力，并实现精准的运动和力传递功能。若其刚性不够将难以承受重载荷；若其柔性不足将难以顺应大突变载荷。为解决其在推进过程中刚柔冲突的一对矛盾，保证其快速、准确、可靠、安全掘进，定义掘进装备推进机构载荷顺应性，提出推进机构载荷顺应性设计问题。分别探讨推进机构载荷顺应中心的物理意义及其识别方法，运动耦合性、变形耦合性及弹性储能性的物理意义及其与机构位置精度、所受重载荷、大突变载荷之对应关系。提出涵盖以上三特性的推进机构载荷顺应性设计指标，为建立以顺应中心为设计约束，以载荷顺应最大为设计目标的推进机构载荷顺应性设计方法提供理论基础。通过推进机构载荷顺应性相关指标及其关节反力大小的相关性比较，验证载荷顺应性设计指标的科学性，表明以所提出的载荷顺应度为设计指标，可保证所设计出的推进机构既具备高刚性又具备大柔性，能化解掘进装备在推进过程中刚柔冲突的一对矛盾。
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  液体黏性离合器在全断面硬岩掘进机刀盘驱动中的运用

  谢海波;洪啸;赵阳;刘志斌;杨华勇

  . 2014, 50(21): 69-75. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.069

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  针对全断面硬岩掘进机(Tunnel boring machine, TBM)掘进中刀盘被困的现象，设计出一种新型的TBM刀盘驱动技术，主要特征是：正常掘进工况下采用变频电动机驱动，当刀盘被困时，脱困装置和变频电动机共同驱动.脱困装置由定速电动机和液体黏性离合器组成，液体黏性离合器一方面可以比例控制电动机的扭矩输出，另一方面可以允许定速电动机的输出轴和离合器的输出轴之间存在滑差，防止刀盘未转动时定速电动机发生堵转。通过计算分析可知：新型刀盘驱动的脱困性能相对于现有的驱动方式具有明显的提升。新型刀盘驱动的关键技术是液体黏性离合器的控制，需要分析离合器的温升特性，并基于此提出离合器的扭矩控制线路。为了实现扭矩按预定控制路线变化，对离合器的扭矩传递机理开展初步研究。新型刀盘驱动系统的仿真结果表明，该系统比现有驱动系统在脱困性能方面有大幅度提升。
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  硬岩掘进机推进液压缸结构参数优化

  彭欢;张怀亮;邹伟;章国亮

  . 2014, 50(21): 76-83. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.076

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  针对硬岩掘进机(Tunnel boring machine,TBM)破岩掘进过程中强振动对推进液压缸动态特性的影响，建立了推进液压缸轴向基础振动下的动态响应数学模型，并试验验证了模型的正确性。仿真研究了不同基础振动参数下液压缸失效区域，液压缸无杆腔压力波动幅值与轴向基础振动幅值成线性正相关，且在固有频率处最大，超过固有频率继续增大至90 Hz时压力波动幅值可视为定值。应用响应曲面法对液压缸结构参数进行了优化，优化后的液压缸正常工作能承受的基础振动幅值-频率范围较优化前拓宽了45%。利用响应曲面法对液压缸进行结构参数优化可为TBM推进液压缸设计和选型提供理论依据。
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  基于部分可观测Markov决策过程理论的盾构推进载荷规划

  胡祥涛;张红旗;李自成;黄永安

  . 2014, 50(21): 84-91. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.084

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  针对盾构掘进过程中位姿控制问题，提出了基于部分可观测马尔科夫决策过程(Partially observable Markov decision processes, POMDP)理论的推进载荷规划方法。在推进载荷规划模型中，将盾构自动纠偏看成不确定环境下序贯决策问题，充分考虑掘进过程中随机因素的影响，将盾构掘进过程中受到的阻力、推进载荷和盾构位姿分别定义为POMDP的状态集、行动集和观测集，然后重点讨论了信念状态、状态转移函数和观测函数等几个关键参数的获取方法。在计算值函数时，考虑了盾构位姿偏离程度和盾构载荷平稳程度对推进载荷决策的影响，建立了立即收益函数和长期折扣收益函数，并采用基于点的值迭代算法寻求推进载荷最优规划策略。针对天津地铁9号线进行了案例分析，结果表明基于POMDP的推进载荷规划方法是合理有效的，能够顺应掘进阻力随机变化。
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  硬岩掘进机比例调速阀选型方法

  彭欢;张怀亮;袁坚;邹伟;章国亮

  . 2014, 50(21): 92-98. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.092

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  针对硬岩掘进机(Tunnel boring machine,TBM)破岩掘进过程中产生的振动对比例调速阀性能的影响，建立基础振动下比例调速阀的选型准则。选择比例调速阀为研究对象，分析其工作原理，建立比例调速阀仿真模型，并对其进行试验验证，仿真分析基础振动参数对其流量波动特性的影响规律。以10%的流量偏差值为评定标准，结合实例分析确定TBM比例调速阀的稳定工作区域并建立其选型流程。结果表明：基础振动会引起比例调速阀流量波动而导致其性能失效，新的选型流程满足TBM比例调速阀的工程实际要求。
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  基于马赫增德尔调制器的相位式激光测距

  刘玉周;朱国力;赵斌

  . 2014, 50(21): 99-104. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.099

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  为了提高相位式激光测距的精度,提出以马赫增德尔调制器作为外调制器，提高调制频率以提高测距分辨率。介绍了射频相位式激光测距试验装置的组成，该系统以小数分频锁相环产生1.5 GHz左右正弦调制信号，采用马赫增德尔调制器对光波进行强度调制，并以差分式测量的方法抵消温度引起的相位差漂移,将信号下变频后按相关法计算相位差。试验表明，由光电探测器噪声和电路噪声引起的相位差漂移小于0.15°，该测距装置的测距误差在±0.05 mm以内。
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  基于多系统协调的密封舱压力智能化控制

  邵诚俊;李修亮;苏宏业

  . 2014, 50(21): 105-110. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.105

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  掘进面地层水土压力和密封舱压力相平衡是盾构机安全掘进的关键，密封舱压力控制是当前盾构研究的热点。研究根据场切深指数(Field penetration index, FPI)及扭矩切深指数(Torque penetration index, TPI)指标判断土体参数，实现地质的在线识别，为盾构机推力、扭矩和推进速度的设定提供依据。根据质量守恒定律并考虑盾构密封舱渣土的可松性，建立土压平衡盾构密封舱压力控制机理模型，并通过模型预测控制器进行多系统协调控制。对比常规比例-积分-微分(Proportion- integration-differentiation, PID)控制器，多系统协调控制具有更优的控制性能，使盾构机处于工况稳定，掘进快速，节能高效的理想状态。
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  基于光固化成型技术的空心叶片陶瓷铸型制造缺陷控制

  鲁中良;姜博;周江平;苗恺;李涤尘

  . 2014, 50(21): 111-117. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.111

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  陶瓷铸型是制造空心叶片的核心，相对于熔模铸造主流技术，基于光固化成型技术的一体化陶瓷铸型制造方法具有显著的优势：周期短、成本低、响应快，但如何控制铸型的缺陷是该方法发展的技术难题。为此，研究光固化原型台阶效应的解决方法，探讨铸型精细结构的凝胶注模复型行为，分析脱脂过程热应力对铸型质量的影响规律。结果表明：基于液态石蜡的流平性原理，可解决光固化树脂原型的台阶效应问题，显著减小原型表面粗糙度；随温度升高，覆膜RP60石蜡单层厚度减小，90 ℃时稳定在0.06 mm左右；当陶瓷浆料固相体积分数不大于62%时，可实现0.5 mm细小特征陶瓷铸型的凝胶注模真空无缺陷复型；通过镂空处理，脱脂陶瓷铸型无缺陷、精度较高。
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  氧化锆零件激光选区烧结/冷等静压复合成形技术

  史玉升;刘凯;李晨辉;魏青松;刘洁;夏思婕

  . 2014, 50(21): 118-123. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.118

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  氧化锆陶瓷材料以其优异的性能在工业生产中具有极大的应用前景，但由于脆性大、硬度高等原因，复杂形状氧化锆零件往往难以成形和加工。为了获得复杂形状氧化锆陶瓷零件，通过溶剂沉淀法将粘接剂尼龙12覆膜至纳米氧化锆粉末的表面，然后对覆膜后的粉体进行激光选区烧结(Selective laser sintering, SLS)成形，并通过传统的冷等静压(Cold isostatic pressing, CIP)技术对SLS零件进行致密化处理，同时满足氧化锆初坯成形时形状复杂度和密度的要求。通过试验得出在激光能量密度为0.415 J/mm2时，获得的SLS陶瓷件密度较大，对不同激光能量密度制备的SLS陶瓷件进行保压压力为200 MPa的冷等静压致密化处理，根据热脱脂机理以及粘接剂的TG曲线，分别制定了SLS/CIP试样的热脱脂工艺，最后对脱脂试样进行高温烧结，在后续处理的各环节，氧化锆零件的密度仍受SLS成形的影响，但该影响逐渐减弱，SLS/CIP/FS成形件最大相对密度和维氏硬度分别达到了97%和1180 HV1，已接近“模压-烧结”的致密氧化锆陶瓷的性能，在试样断口的扫描电子显微镜(SEM)分析基础上，对氧化锆复合成形的微观演变进行了研究。虽然最终烧结件密度和硬度仍有待提高，但是提出了一种极具潜力的氧化锆零件近净成形工艺方法，为制造高性能复杂形状的陶瓷零件奠定了基础。
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  基于激光选区熔化的免组装机构直接制造技术

  杨永强;刘洋;杨雄文;王迪;肖泽锋

  . 2014, 50(21): 124-132. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.124

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  采用数字化设计和组装并直接制造成形、无需实际组装工序的机构，称之为免组装机构。激光选区熔化能够直接制造冶金结合、组织致密、尺寸精度高和良好力学性能的功能零件，是直接制造免组装机构的理想技术。研究了激光选区熔化成形免组装机构的摆放方式、间隙特征的尺寸精度和表面粗糙度、间隙特征结构优化等关键技术。通过自由设计和DiMetal-100系列激光选区熔化成形设备成形了免组装的铜钱算盘和折叠算盘、平面连杆机构(曲柄滑块、曲柄摇杆、摇杆滑块)和万向节等免组装机构。研究证明，激光选区熔化不仅能够顺利成形形状很复杂的零件，也能够直接成形具有相对运动的免组装机构，为机电产品的数字化设计和一体化制造提供了一种可行的方法。
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  仿生多材料复合增强骨软骨支架的制造及性能研究

  庄佩;连芩;李涤尘;贺健康;边卫国;王 臻;靳忠民

  . 2014, 50(21): 133-139. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.133

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  针对关节面上大面积骨软骨缺损修复过程中软骨形态恢复和力学环境恢复困难的问题，设计并制造一种新型聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)/ 聚乳酸(Polylactide, PLA)/ β-磷酸三钙(β-Tricalcium phosphate, β-TCP)仿生多材料复合增强骨软骨支架。基于CT扫描数据重建的羊膝关节模型上进行仿生多材料骨软骨支架的结构设计，包括多孔定制结构和固定桩及仿生结构；以光固化成形技术与真空灌注工艺相结合制造了的多材料复合增强骨软骨支架，确定灌注温度220℃，真空度–0.08～–0.10 Pa。形貌观测表明真空灌注法能使PLA完全充满整个次级管道，力学试验发现复合材料支架的压缩强度(21.25 MPa ± 1.15 MPa)是单管道多孔生物陶瓷支架(9.76 MPa± 0.64 MPa)的2.17倍， PLA固定桩的剪切强度(16.24 MPa±1.85 MPa)是陶瓷固定桩(0.87 MPa±0.14 MPa)的18.7倍。因此，复合PLA的骨软骨支架具有显著的力学增强和固定能力，有望为大面积骨软骨缺损的修复提供新的治疗手段。
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  激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

  杨永强;宋长辉;王迪

  . 2014, 50(21): 140-151. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.140

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  激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术，可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能，为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用，采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V，并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备，设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造，这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。
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  电子束选区熔化成形316L不锈钢的工艺研究

  郭超;林峰;葛文君

  . 2014, 50(21): 152-158. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.152

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  电子束选区熔化是一种利用电子束逐层熔化金属粉末制造三维实体零件的增材制造技术，在航空航天、医学植入体等领域有很好的应用前景。利用316L不锈钢粉末为材料，研究粉末熔化阶段电子束功率恒定、单遍扫描对成形件上表面粗糙度的影响。发现电子束功率P与扫描速度v的比值是影响上表面形貌的关键因素，随着P/v值的增加，上表面形貌由网结状变化为沟壑状，同时粉末材料的飞溅增加。研究上表面形貌随成形高度增加而演变的过程，发现形貌随高度增加不断恶化，并解释了形貌恶化的原因。提出电子束功率递增、多遍扫描的方法，先用低功率电子束使粉末材料熔化聚球但不飞溅，再用大功率电子束使材料重新熔化并充分流动、浸润。这种方法改善了成形件上表面的形貌，表面粗糙度Ra小于8 μm，获得的组织均匀细密，致密度高达99.96%。相对于单遍扫描，多遍扫描不会造成主要元素的额外烧损。
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  对偶树复小波流形域降噪方法及其在故障诊断中的应用

  王奉涛;陈守海;闫达文;王雷;朱 泓;刘恩龙

  . 2014, 50(21): 159-163. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.159

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  滚动轴承工作环境比较复杂，现场测得的振动信号往往含有大量噪声且滚动轴承早期故障特征比较微弱容易被噪声所淹没，如何有效降低滚动轴承故障信号中的噪声准确提取故障特征是一个难题。将流形理论与对偶树复小波(Dual-tree complex wavelet transform, DTCWT)方法结合，提出一种对偶树复小波流形域降噪方法。将轴承振动信号进行对偶树复小波分解构造高维信号空间，然后利用最大方差展开流形算法(Maximum variance unfolding, MVU)提取高维信号空间中的真实信号子空间，去除噪声子空间，充分利用了MVU的非线性特征提取能力以及DTCWT的完全重构特征和平移不变性。运用仿真数据和滚动轴承工程信号对降噪方法进行检验，结果表明DTCWT_MVU可以有效消除轴承信号中的噪声成分，保持信号特征波形，提高信噪比，具有较强的工程使用价值和通用性。
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  轴承腔中均匀流体/壁面油膜分层流动分析

  陈薄;陈国定;王涛

  . 2014, 50(21): 164-173. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.164

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  航空发动机轴承腔精确的润滑与换热设计依赖于对其内油气两相润滑介质流动与换热本质的认识。针对轴承腔内复杂的油气两相润滑介质流动状态，建立轴承腔均匀流体/壁面油膜分层流动分析模型，开展腔内油气两相润滑介质流动特性研究，探讨转子转速和润滑油供油量对均匀流体和壁面油膜两相介质压力、速度以及温度分布的影响。分析模型中，气相介质(含油滴)的等效物理特征参数通过离散油滴和气相介质的组分比例关系确定，各固体壁面与流体介质的对流换热系数根据其各自的传热特性确定。研究结果表明，均匀流体与壁面油膜两相介质的压力随着润滑油供油量的增加而增大，受转子转速的影响较为复杂；均匀流体与壁面油膜两相介质的速度随着转子转速的增高而增大，受润滑油供油量影响较小；均匀流体的温度随着润滑油供油量的增加而减小，受转子转速的影响较小；与均匀流体温度不同，壁面油膜的温度随着转子转速的增加而增大，随着润滑油供油量的增加而减小。建立了轴承腔试验台系统，开展了轴承腔油气两相流动状态下的压力和温度测试，压力和温度试验结果与理论计算结果均具有较好的吻合性，验证了提出的理论分析方法的可靠性。
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  基于单目视觉的并联机器人末端位姿检测

  丁雅斌;梅江平;张文昌;刘晓利

  . 2014, 50(21): 174-179. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.174

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  高效、准确地检测机器人末端位姿误差是实现运动学标定的关键环节。提出一种基于单目摄像机拍摄立体靶标序列图像信息的末端执行器6维位姿误差辨识方法，构造具有平行四边形几何约束的四个空间特征点，并以平行四边形的两个消隐点为约束，建立空间刚体位姿与其二维图像映射关系模型，实现末端位姿的精确定位，然后以Delta高速并联机器人为对象，进行了运动学标定试验，验证该方法的有效性，为这类机器人低成本、快速、在线运动学标定提供重要的理论与技术基础。
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  一种新的旋转叶片-机匣碰摩表征模型

  太兴宇;马辉;谭祯;闻邦椿

  . 2014, 50(21): 180-188. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.180

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  基于机械能守恒定律，推导了旋转叶片-机匣的碰摩表征模型。该模型不仅考虑了碰摩过程中叶片的弯曲变形，同时也考虑了由于碰撞导致的机匣变形，在表征模型中引入了机匣当量刚度。模型除可以对直板叶片-机匣之间的碰摩进行表征，还可应用于锥形叶片-机匣之间的碰摩。并且，该模型还考虑叶片的运行情况，即转速、摩擦因数等参数的影响，讨论碰摩力与各参数之间的关系。通过叶片-机匣碰摩试验得到的碰摩力数据，对该模型进行试验验证。通过分析发现新模型与试验结果吻合较好，并与现有模型对比，证明了新模型能更好地描述旋转叶片与机匣的之间的碰摩力。
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  谐波齿轮中柔轮中性层的伸缩变形规律

  陈晓霞;刘玉生;邢静忠;徐蔚

  . 2014, 50(21): 189-196. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.189

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  在波发生器作用下，柔轮的中性层变形是谐波齿轮啮合分析的基础。柔轮变形分析基于小变形和中性层不伸长假定，但几何分析计算表明：柔轮的中性层出现伸长变形。为了真实揭示柔轮在双圆盘波发生器作用下的变形特征，提出基于强制几何约束条件和力平衡方程及连续性条件的柔轮中性层变形和内力计算方法。将波发生器作用下圆环受力分为接触区和非接触区，接触区由波发生器的强制位移条件确定柔轮中性层内力和变形；非接触区的变形和内力根据弯曲微分方程及其边界条件、连续性条件来确定。利用胡克定律，基于齿圈的周向力获得柔轮中性层周向应变和伸长变形。建立壳单元的柔轮有限元模型，实例表明理论解与有限元模型结果吻合良好，验证了柔轮中性层伸缩变形计算方法的正确性。获得的双圆盘波发生器作用下柔轮中性层变形及其周向应变分布，为后续的啮合分析、共轭齿廓设计及其侧隙计算提供了更准确的理论基础。
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  振荡冲击器工作特性研究

  董学成;熊继有;王国华;秦大伟;滑志超

  . 2014, 50(21): 197-205. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.197

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  振荡冲击器在石油钻井中的应用越来越广泛，逐渐成为钻井提速的关键技术之一。对振荡冲击器的结构、工作原理以及水击力的产生和振动机理进行分析与探讨，对水击力和振幅进行了计算，得到水击力大小与阀孔开度成反比关系且随阀孔开度变化而变化，水击频率与螺杆转速成正比关系，阀片组上下产生双水击作用。分析认为双水击作用有助于破岩，产生的轴向振动是连续温和的振动，能够有效解决水平井、大位移井托压、黏卡和有效钻压传递问题，有助于工具面控制，对大部分随钻测井仪器无影响，延长了钻头寿命。
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  一种履带式全方位移动平台的设计与运动学分析

  黄涛;张豫南;田鹏;颜南明;张健

  . 2014, 50(21): 206-212. https://doi.org/10.3901/JME.2014.21.206

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  针对轮式全方位移动平台在工程应用中存在振动大及路面适应性差等问题，基于Mecanum轮及传统履带的结构，提出全方位移动履带的结构，并分析全方位移动履带的运动机理；基于全方位移动履带，设计履带式全方位移动平台的布局结构，建立履带式全方位移动平台的逆运动学方程，并根据其判断平台满足全方位运动的必要条件；指出履带式全方位移动平台存在转向滑移问题，分析最大转向滑移率与平台结构参数之间的关系，并提出相应的平台设计准则；基于履带式全方位移动平台的虚拟样机，完成样机横向、斜向及中心转向的运动仿真，通过仿真结果验证履带式全方位移动平台可以实现全方位运动，同时验证平台逆运动学方程的正确性从而为平台的运动控制研究确立理论基础。