2014年, 第50卷, 第22期　
刊出日期：2014-11-20

  

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  基于声发射信号模糊函数综合相关系数的海洋平台各类损伤识别方法研究

  李潇;杨国安;吴贞焕;张杨;马斓擎

  . 2014, 50(22): 1-9. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.001

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  海洋平台工作环境恶劣且背景噪声多样，传统的无损检测方法对海洋平台结构监测效果并不理想。针对海洋平台损伤识别现状，提出一种基于声发射信号模糊函数综合相关系数的海洋平台损伤识别方法。通过试验测取海洋平台服役过程中可能会出现的裂纹、腐蚀、撞击和摩擦四类故障或海况所产生的声发射信号，建立起声发射源信号模糊函数图像模板，构造出基于模糊函数图像的归一化相关系数表达式。将测试样本与模糊函数图像模板进行相关分析，准确有效地识别出各类损伤，验证了该方法的有效性，为建立基于声发射源信号模糊函数图像模板库的相关系数自动识别系统提供可靠的理论依据和方法。同时，该方法还有效地抑制模糊域内交叉项对自项的干扰，可有效地提高海洋平台实时监测与大数据分析的处理效率。
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  时栅动态测量误差建模与补偿技术研究

  孙世政;彭东林;武亮;汤其富

  . 2014, 50(22): 10-15. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.010

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  为提高时栅传感器动态测量精度，针对时栅的误差特点，提出对动态测量误差的周期性成分和随机性成分分别建模的思想。采用傅里叶级数逼近的方法对误差中的周期性成分进行建模，利用最小二乘方法对逼近模型参数进行寻优，选取比重较大的谐波参数对误差的周期性成分进行分离，对于分离后残留的随机性成分采用支持向量回归(Support vector regression, SVR)模型进行预测，利用交叉验证的方法对回归预测模型进行参数寻优和细化，选取最优的核函数参数g和惩罚因子C，使得残差均方达到最小。研发误差补偿系统，对时栅动态测量误差进行补偿。试验结果表明，运用该建模方法和模型，时栅传感器动态测量误差的峰峰值由38.2″降至3″，有效地降低了测量误差，大幅度提高了传感器的测量精度。
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  全息动平衡相位补偿方法的研究

  郎根峰;林京;廖与禾

  . 2014, 50(22): 16-21. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.016

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  全息动平衡法融合转子系统测振截面中两个相互垂直方向的振动参量制定系统的配重方案，以保证各测振截面周向各方向均具有良好的振动；然而全息动平衡法以初相矢为平衡目标制定的配重方案有时会出现不能保证测振截面周向振动的情况。通过各向异性转子系统失衡和响应关系的分析研究，发现初相矢与转子系统的失衡量之间存在线性映射关系；在原始失衡与配重截面存在轴向位置差异的条件下，受系统降维等效的影响，失衡和响应“椭圆映射”关系中的时间耦合问题是影响初相矢平衡方案不可靠的一个主要原因。在以上分析的基础上，提出一种相位补偿方法修正并优选初相矢对应的配重方案，以消除时时间耦合问题的影响；通过仿真试验，现场案例分析，验证了相位补偿方法对应配重方案的可靠性。
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  高精密滚转角测量干涉仪

  侯文玫;钟朝阳;乐燕芬;胡凯;时凯

  . 2014, 50(22): 22-27. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.022

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  现有的各种激光干涉仪可以方便地测量围绕垂直于直线位移方向的两个转角偏移，但是对于围绕运动轴的滚转角偏移，特别是对于大行程运动，缺乏有效的测量方法。针对各种高精密直线运动定位装置，设计一个新型的差分平面干涉仪，并采用一个楔面棱镜和楔面反射镜，组合成为一个几何空间对称四光路系统，构成新型的高精密滚转角激光干涉测量仪。它不需要与行程同长的大反射参考镜，但同样能实现高分辨率，而且简便实用，可以直接溯源米定义。试验证明，几何空间对称四光路滚转角干涉测量仪能够有效地排除其他自由度运动的干扰，利用它可以快速高效地测量各种精密直线位移运动的滚转角。使用普通的2π/360细分相位计，测量分辨率为1.1″，若使用2π/36 000的高精密细分相位计，滚转角的测量分辨率可达到0.01″。
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  板坯结晶器传热与变形的非均匀性

  王旭东;肖鹏;尹少华;姚曼;张晓兵

  . 2014, 50(22): 28-33. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.028

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  结晶器的传热和变形是导致连铸坯表面缺陷及裂纹的重要因素。基于宽厚板连铸结晶器在线监控系统实测数据，建立针对实测温度的结晶器传热反问题模型，反算迭代结晶器铜板的热流与温度分布，以此为基础，将反算热流和温度施加于热-弹塑性力学模型，模拟和分析实际浇注过程中铜板传热与变形的分布特征。结果表明，结晶器温度分布呈现出明显的非均匀性，传热沿浇注方向体现出继承倾向。铜板的最大变形在宽面中心附近，变形沿中心向两侧角部逐渐减小。浇注过程中，铜板宽度方向上的变形与温度分布趋势接近，并随着电偶实测温度的波动而变化。将实测与模拟相结合的数值分析方法，能够如实反映结晶器过程的非均匀特征，为预测裂纹、优化工艺等提供借鉴和参考。
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  基于空洞演化理论的挤压焊合描述模型

  唐鼎;张卿卿;方文利;李大永;彭颖红

  . 2014, 50(22): 34-41. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.034

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  在铝合金管材分流挤压成形中，金属在焊合室内经历一个固态焊合过程，并在型材的整个长度方向上留下焊合缝。焊合缝通常是材料结构最薄弱的部位，为此焊合质量控制是挤压承压铝合金管材亟待解决的问题。针对挤压焊合过程定量描述的难题，将焊合过程描述为焊合面细观空洞的闭合过程，基于细观塑性力学方法建立焊合过程空洞演化模型。研究根据焊合面应力状态推导焊合面材料本构方程，并据此推导焊合面空洞闭合过程中孔隙度表达式，得到宏观应力场作用下描述挤压焊合的空洞演化模型；利用Gleeble热模拟试验机进行焊合过程的物理模拟试验，验证焊合描述模型的合理性，并基于该模型分析焊合质量的主要影响因素。研究提供一种挤压焊合过程定量描述方法，有助于揭示分流挤压焊合缺陷的形成机制。
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  热输入对1 000 MPa级工程机械用钢接头组织性能的影响

  安同邦;单际国;魏金山;杜全斌;彭云;田志凌

  . 2014, 50(22): 42-49. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.042

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  采用三种热输入进行1 000 MPa级控轧控冷(Thermo mechanical control process, TMCP)高强钢的熔化极气体保护焊，利用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究热输入对焊接接头组织和力学性能的影响。研究结果表明，三种热输入焊缝金属组织主要由板条马氏体和板条贝氏体为主、并含有少量残余奥氏体和粒状贝氏体；焊接热影响区粗晶区组织以板条马氏体和贝氏体为主，并含有少量粒状贝氏体。随着热输入的增加，焊缝组织中贝氏体板条粗化，马氏体板条减少，而粒状贝氏体逐渐增多，部分膜状残余奥氏体向块状转变；焊缝金属冲击韧度和硬度、接头强度逐渐降低，而接头热影响区冲击韧度先增后降；当热输入为15 kJ/cm时焊接接头强韧性匹配最佳。
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  系统参数对花键轴轴向推进滚轧成形工艺过程的影响分析及试验

  李泳峄;赵升吨;赵永强;刘辰

  . 2014, 50(22): 50-56. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.050

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  为实现花键轴零件高效高性能精确成形制造，介绍一种花键轴轴向推进滚轧成形工艺的系统组成、工艺过程以及特点，分析滚轧过程中滚轧模具与花键轴间的啮合传动规律，利用ADAMS系统动力学软件研究系统参数(滚轧模具个数Nd、滚轧模具齿数z1)对滚轧过程的影响特点，并通过研制的花键轴轴向推进滚轧成形工艺系统开展滚轧过程中花键轴实时转速的测试以及花键轴的滚轧成形试验。结果表明，滚轧过程中滚轧模具与花键轴间的啮合传动重合度小于1；Nd=3时滚轧模具与花键轴间的啮合传动稳定性明显优于Nd等于2和4的方式，当z1与花键轴齿数z2相等时滚轧模具与花键轴间的啮合传动稳定性较差，而当z1>z2时二者的啮合传动稳定性显著提高，确定的合理工艺系统参数为Nd=3、z1=120。滚轧试验过程中滚轧模具与花键轴啮合传动平稳，成形的花键轴齿数准确、齿形分布整齐、精度高。
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  控制冷却对含Nb钢组织性能的影响研究

  周晓光;曾才有;徐少华;杨浩;刘振宇;吴迪;王国栋

  . 2014, 50(22): 57-62. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.057

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  为了进一步提高含Nb钢的强度，降低含Nb钢的开发成本，通过实验室热轧试验研究超快冷、超快冷+层流冷却和层流冷却3种冷却模式对含Nb钢的组织演变和力学性能影响。结果表明，与层流冷却相比，试验钢采用超快冷后组织中出现针状铁素体和贝氏体，晶粒尺寸细化，位错显著增加，析出物粒子更为细小，试验钢力学性能显著提高。超快冷的主要强化机制为相变强化、细晶强化、位错强化和析出强化。超快冷+层流冷却模式下，随着终冷温度的降低，软相组织减少、硬相组织增多，试验钢的强度升高。随着出超快冷温度的降低，多边形铁素体体积分数逐渐减少且晶粒更为细小，针状铁素体体积分数增多，试验钢强度得到提高，断后伸长率略有降低。以上结果为超快冷工艺条件下开发低成本含Nb钢奠定了理论基础。
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  活性激光电弧复合焊接法研究

  尹燕;王占冲;张瑞华;他进国;刘钊

  . 2014, 50(22): 63-68. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.063

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  为了进一步提高激光电弧复合焊接的熔深，提出活性激光电弧复合焊接法。在氧气的保护下，用小功率光纤激光在待焊焊件表面进行预熔处理，使表面熔化生成一层氧化层，然后用激光电弧复合焊接覆盖氧化层，达到增加熔深的目的。结果表明，激光预熔后进行激光电弧复合焊接，电弧明显收缩，熔深增加1.5倍左右，表面成形良好。激光预熔后，焊缝含氧量增加，熔池表面张力温度系数由负变正，使得复合焊接熔深增加。研究工艺参数对焊缝熔深和熔宽的影响，随着激光预熔功率的增加，熔深增加熔宽减小；随着电流的增加，熔深熔宽都增加，但激光预熔后的焊道增加更快。随着复合焊接速度的增加，熔深和熔宽都减小。随着复合焊接中激光功率的增加，熔深增加，对熔宽的影响较小。利用活性激光电弧复合焊接法，可以得到较为细小的焊缝组织，提高焊接接头的抗拉强度，能达到母材抗拉强度的95%，且面弯和背弯180°后未出现裂纹，表明接头具有良好的韧性。
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  超级贝氏体组织中残余奥氏体的TRIP效应研究

  吴化;姜颖;尤申申;韩英;刘云旭

  . 2014, 50(22): 69-75. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.069

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  针对超级贝氏体组织中残余奥氏体的应力诱发相变及对钢的力学性能影响，设计试验钢60Mn2SiCr，经900 ℃完全奥氏体化保温30 min，在260 ℃盐浴炉中等温处理12 h后，将试样在疲劳试验机上进行加载试验；利用扫描电镜(Scanning electron microscope, SEM)、透射电镜(Transmission electron microscope, TEM)、X射线衍射仪(X-ray diffracmeter, XRD)和拉伸试验机等仪器设备对加载前后的样品，分别进行显微组织形貌观察和相组成的定性定量检测分析以及力学性能测试；结果显示，等温处理后样品的显微组织为超级贝氏体(贝氏体铁素体BF+残余奥氏体AR)，残余奥氏体体积分数为9.4%，其含碳量为1.296%；经加载后试样显微组织中残余奥氏体体积分数下降至6.1%，含碳量达1.439%；钢的强塑积提高近20%。这说明等温处理获得超级贝氏体组织的钢，经施加载荷给予应力作用，显微组织中残余奥氏体发生转变，即超级贝氏体组织中的残余奥氏体能够通过相变诱发塑性(Transformation induced plasticity, TRIP)效应的产生，提高钢的力学性能。
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  腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

  谭晓明;张丹峰;卞贵学;陈跃良

  . 2014, 50(22): 76-83. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.076

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  根据编制的某机场环境加速试验谱，通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用，采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74，制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验，分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响，揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明，在腐蚀初期，疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔，裂纹扩展路径较为平直；随着腐蚀程度的加重，在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹，萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应，扩展路径不规则，形成“之”字形裂纹；疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果；腐蚀导致疲劳寿命显著降低，尤其是裂纹萌生寿命，腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。
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  锻件内部脆性夹杂物边界裂纹锻合的应力条件

  任运来;牛龙江;陈志英;聂绍珉;王庆伟

  . 2014, 50(22): 84-89. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.084

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  大型锻件内部脆性夹杂物边界裂纹是影响大型锻件疲劳寿命与冲击性能的主要缺陷。热锻变形过程中，脆性夹杂物周围区域的应力场是影响边界裂纹闭合的主要因素之一。为研究应力场的影响，给出平均相对球应力的定义及其数学表达式，并借助数值模拟研究不同应力场的平均相对球应力对脆性夹杂物边界裂纹的影响。结果表明，只有当脆性夹杂物周围区域的应力场的平均相对球应力代数值小于其临界值，并产生一定大小的变形量，才能使脆性夹杂物边界处的原生裂纹锻合。利用专门设计的试件和型砧，在Gleeble-3180热模拟试验机上进行热压缩变形试验，扫描电镜上观察压缩后试件内部脆性夹杂物边界裂纹的情况。试验结果支持数值模拟结果。
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  非规则曲面件的多夹钳式柔性拉伸成形研究

  程艳艳;李明哲;邢健;王友

  . 2014, 50(22): 90-96. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.090

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  应用多夹钳式拉形机具有高柔性化的特点，根据目标件确定毛坯形状，夹钳依据毛坯形状对其进行夹持，尝试柔性拉形中的非矩形毛坯夹持。针对某一非规则曲面件，分别建立矩形毛坯和梯形毛坯的拉形有限元模型，并进行拉形数值模拟，对比分析两种形状毛坯对成形结果的影响。模拟结果表明，梯形毛坯拉形件比矩形毛坯拉形件的应力、应变数值减小且分布均匀；减薄率更小。梯形毛坯更能够节省材料，提高材料利用率。在多夹钳式拉形机上对矩形毛坯和梯形毛坯进行拉形试验，验证模拟结果的正确性。通过数值模拟和拉形试验充分证明了多夹钳式拉形机能够对非矩形毛坯件夹持的可行性，拉形效果更好，可以为其他非规则曲面件拉形提供参考和借鉴，使拉形工艺在工业应用的领域得到进一步拓展，为新型拉形机的设计与开发奠定了基础。
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  闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展

  兰凤崇;曾繁波;周云郊;陈吉清

  . 2014, 50(22): 97-112. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.097

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  汽车低能耗、安全和轻量化已经成为汽车领域研究的热点问题，闭孔泡沫铝作为一种轻质吸能金属材料，在低密度下具有良好的比刚度和比强度，同时具有良好的抗冲击性和能量吸收性，已逐渐引起汽车产业界地重视。简述泡沫铝单轴压缩试验中弹性模量、抗压强度、屈服强度、平台应力、致密化应变等参数的定义和试验标准；综述闭孔泡沫铝的本构方程的研究现状，重点讨论屈服面模型；总结泡沫铝的微观结构有限元建模方法，比较商业软件中集成的宏观材料模型。归纳吸能材料的特点，分析闭孔泡沫铝的吸能能力和抗冲击能力；综述应变率和冲击速度对泡沫铝吸能特性有无影响的研究进展，并对可能存在的影响进行解释。总结闭孔泡沫铝在汽车轻量化和碰撞安全性领域的应用，具体分析典型的案例。指出当前闭孔泡沫铝的力学特性及其在汽车结构中应用存在的问题与难点，总结并提出本研究领域可以借鉴的研究方向。
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  高速动车组车内异常振动噪声特性与车轮非圆化关系研究

  韩光旭;张捷;肖新标;崔大宾;金学松

  . 2014, 50(22): 113-121. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.113

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  基于两种不同内装结构高速车厢(X车和Y车)的大量现场对比试验，对现役国产高速动车组表现出的X车内异常振动、噪声问题进行详细调查研究。试验中考虑两种车厢同样的运营速度、相近外部气动激扰和相近的轨道激扰条件，同时两种被试验车辆在同列车中相邻编组，同为动车。对该型号多列动车组的两种车厢振动、噪声特性及磨耗轮进行长期跟踪测试，重点关注车内异响特性及车轮非圆化对其的影响，同时得到不同运行里程下车轮非圆化及车内噪声水平发展规律。试验研究表明，高速动车组的X车相比于Y车，存在异常振动及噪声现象，这种异常振动和噪声对高阶车轮非圆化敏感，同时X车异常振动、噪声还与其特殊车内结构布置有关。
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  民机驾驶舱内饰设计感性评价研究

  王黎静;曹琪琰;莫兴智;俞金海;李宝峰

  . 2014, 50(22): 122-126. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.122

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  基于感性工学方法，研究民用飞机驾驶舱内饰设计的设计要素和用户感性评价之间的关系。通过分析感性工学方法的一般流程，结合驾驶舱内饰设计的特点，通过驾驶舱样本图片筛选、感性意向认知研究、设计要素体系构建，最终建立驾驶舱内饰设计要素和用户感性评价之间的关联模型。在方法实施过程中，使用语义差分法获取被试对样本图片的感性评价；运用形态分析法进行设计要素分解；采用反向传播(Back propagation, BP)神经网络法构建设计要素与感性评价之间的关联模型，确定设计要素和感性评价值之间的关系，实现感性评价值的预测。以驾驶舱T形区内饰为示例进行方法说明与验证，关联模型可以实现对样本感性评价值的预测，且预测值与实际主观评价值保持一致。结果表明，建立的关联模型是可用于驾驶舱内饰感性评价值的预测，感性工学方法可以应用于驾驶舱的内饰设计的感性评价。
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  混合动力汽车再生制动压力协调控制系统

  杨阳;邹佳航;杨洋;秦大同;刘永刚

  . 2014, 50(22): 127-135. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.127

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  再生制动作为混合动力汽车中的一门关键技术，越来越受到大家的关注和重视，针对国内外混合动力汽车再生制动压力协调控制系统的局限性和复杂性，设计出一种基于ABS硬件的再生制动压力协调控制系统，该系统实现了再生制动与 (Anti-lock braking system，ABS)制动功能下的压力协调控制。建立AMEsim与Simulink联合仿真模型并进行恒制动强度下、变制动强度下、纯ABS模式下和综合制动模式下的仿真分析，结果表明除纯ABS外各模式下的电池SOC(State of Charge)回收率分别为0.27％、0.33％和0.29％，仿真结果表明电机能将汽车制动时减少的能量进行一定程度的回收并提供制动力。因此，所设计系统能实现各制动模式下压力协调控制以满足汽车制动需求，仿真结果验证了该方案的有效性和可行性，为再生制动系统的设计与优化奠定了基础。
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  基于IEKF-APF算法的汽车状态估计

  沈法鹏;赵又群;孙秋云;林棻;汪伟

  . 2014, 50(22): 136-141. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.136

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  行驶汽车状态变量质心侧偏角和横摆角速度是汽车稳定性控制系统中重要控制变量，准确获取行驶过程中的状态信息是汽车控制系统研究的关键问题。应用估计理论由传感器测出易测变量来估计难以测量的关键状态变量是一种常用的估计方法。提出一种新的粒子滤波算法通过所建立的包含定常平稳随机噪声和非线性轮胎的汽车动力学7自由度整车模型对汽车状态进行估计。针对粒子滤波过程中出现的退化问题，应用迭代扩展卡尔曼滤波融入最新观测信息产生更加接近真实状态的重要性密度函数，辅助粒子滤波算法通过所产生的重要性密度函数结合观测量进行重采样，结合这两种算法提出迭代扩展卡尔曼-辅助粒子滤波算法(Iterative extended Kalman filtering-auxiliary particle filtering algorithm, IEKF-APF)以改善粒子采样和估计精度的提高。为验证所提出的IEKF-APF算法估计性能，将其结果与实车试验结果和无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman filtering, UKF)估计结果进行比较，结果表明其估计性能优于UKF，更接近于试验结果。
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  基于质量守恒边界条件的螺旋槽旋转密封性能分析

  赵一民;胡纪滨;苑士华;魏超

  . 2014, 50(22): 142-149. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.142

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  针对车辆传动系统旋转轴转速与工作压力(pv值)不断提高，传统雷诺边界条件不能准确预测螺旋槽旋转密封流体润滑特性的问题。基于Elrod空化算法，求解质量守恒边界条件的稳态Reynolds方程，应用贴体坐标变换生成规则计算网格，采用有限体积法进行数值离散，迭代方法采用Gauss-Seidel松弛迭代，分析螺旋槽结构参数对旋转密封性能的影响。结果表明：相比于雷诺边界条件，在高pv值工况下质量守恒边界条件预测的密封泄漏量与试验结果更接近；槽数、槽深比与螺旋角等螺旋槽结构参数对旋转密封性能影响显著，选择合适的结构参数能改善旋转密封的开启性、稳定性、经济性与密封性；旋转密封螺旋槽的结构优选值范围如下：槽数为10～12，周向槽台比为0.5～0.7，径向槽台比为0.5～0.6，槽深比为1.4～1.5，螺旋角为27o～30o。
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  干式DCT双离合器联合起步最优协调控制

  陈海军;赵治国;王琪;郑争兴

  . 2014, 50(22): 150-164. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.150

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  基于自主开发的6速干式双离合器自动变速器(Dual clutch transmission, DCT)，提出基于极小值原理的双离合器联合起步过程发动机和双离合器转矩协调最优控制算法。在起步滑摩阶段，以滑摩功和冲击度为性能指标，在反映驾驶员意图的终端约束下，采用极小值原理和改进的发动机恒转速控制，研究并确定起步过程中双离合器，发动机转矩及其转速。根据起步控制目标，确定分离离合器分离条件和离合器的转矩分配关系。在需求转矩切换阶段，将发动机输出转矩平滑切换到驾驶员需求转矩。在Matlab/Simulink软件平台上，搭建DCT车辆双离合器联合起步控制仿真模型，对不同驾驶意图和起步档位下DCT车辆的起步过程进行仿真。结果表明，所提出的基于极小值原理的发动机和双离合器转矩协调控制策略，有效地保证双离合器联合起步品质，反映起步意图，延长离合器使用寿命。将所得的离合器最优转矩控制律转化为离合器位置控制律，在离合器伺服控制试验台架上进行离合器位置闭环控制，得到较好的跟踪效果。
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  非平衡凝结流动的多流体模型研究

  吕孝飞;张锋;曹学贵;李星;白博峰

  . 2014, 50(22): 165-170. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.165

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  凝结两相流动中凝结过程与流场的强烈耦合使流动呈现高度的非平衡性，需要发展准确的多相流数理模型以更好地揭示非平衡凝结流动的过程机理。非平衡凝结流动过程中的相间滑移不仅会影响气相流场和凝结液滴的动力学行为，而且会影响凝结过程参数。建立一种适用于多组分凝结两相流动系统的多流体模型，同时引入气液相间速度滑移和两相温差的影响，对超音速喷管内湿蒸汽凝结流动进行验证与分析。结果表明，湿蒸汽两相流中相间滑移的存在对流动参数具有较大影响，提出的考虑相间滑移影响的多流体模型提高湿蒸汽凝结流动数值模拟的精度。在湿蒸汽凝结流动中，凝结初始阶段相间滑移和两相温差都非常显著，凝结结束后气液相基本接近平衡状态，相间滑移和气液相温差基本消失。
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  轴流压气机叶顶喷气扩稳机理试验研究

  李继超;林峰;童志庭;刘乐;聂超群

  . 2014, 50(22): 171-177. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.171

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  轴流压气机叶顶喷气已经被证实能够有效拓宽压气机的失稳裕度。在一台低速单转子轴流压气机上进行叶顶喷气试验研究，采用喷气动量比作为衡量失速裕度改善的指标，并通过改变叶顶间隙和喷气角度对不同喷气量的扩稳效果进行分析，试验中发现随着叶顶喷气动量比的增加，压气机失速裕度的变化会出现两个拐点，即存在两个喷气动量比分界点，并将喷气动量比分界点前后的三个阶段对应的喷气量分别定义为微喷气，大喷气和超大喷气。通过试验测量压气机进出口气动参数以及壁面动态压力信号对喷气动量比分界点前后叶顶喷气扩稳机理进行详细的分析。试验分析结果表明：微喷气扩稳仅仅是因其能够减弱叶顶间隙泄漏涡和叶顶间隙泄漏流非定常性；大喷气则能够同时减小进口气流攻角，推迟叶片吸力面分离和抑制叶顶间隙泄漏涡，推迟叶顶间隙泄漏流非定常性的产生；超大喷气虽能够推迟叶顶间隙泄漏流非定常性的产生，但喷气的影响区域已严重向叶片通道内部转移，甚至影响了压气机的做功能力。
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  气凝胶初级粒子导热系数的分子动力学模拟

  苏高辉;杨自春;孙丰瑞

  . 2014, 50(22): 178-185. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.178

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  采用分子动力学方法模拟融化-淬火工艺制备非晶态SiO2材料和SiO2气凝胶初级粒子单元。基于非平衡分子动力学(Non-equilibrium molecular dynamics，NEMD)理论计算体态材料和初级粒子单元的导热系数，计算过程考虑了冷热源引起的尺度效应。结果表明，计算得到的体态材料导热系数与文献计算结果吻合良好。对于初级粒子单元，在粒径2～6 nm范围内，粒子直径使得粒子单元导热系数出现了尺度效应，但是影响相对较小。粒子间界面直径对粒子单元导热系数影响很大，当粒子直径为3 nm时，界面直径从0.89 nm增加到2.49 nm，粒子单元导热系数增大了171.61%，粒子界面处的温度阶跃，表明存在明显的界面热阻效应；且界面直径越小，界面热阻越大。
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  沟槽数量对泰勒涡流稳定性的影响

  刘栋;朱鹣;朱方能;杨晓勇;金亨凡

  . 2014, 50(22): 186-191. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.186

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  用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry，PIV)对光滑壁面和沟槽数量为18的模型内的流场进行测量，初步获得沟槽的存在对于环隙内流场的影响规律；同时利用数值计算获得沟槽数量为18的模型内的流场分布，通过对比试验结果和数值模拟结果，验证数值计算方法可靠性。通过数值计算研究沟槽数量0、6、12、18模型内的流场分布，在比较沟槽模型与光壁模型环隙内的速度场和涡量场的基础上，得出以下结论：较少的沟槽数量增加了泰勒涡的轴向尺寸，随着沟槽数的增加，沟槽结构对流场影响不断加剧，环隙内最大径向速度和轴向速度均有不同程度的增加；对比不同轴向位置的流场分布，发现沟槽区域内存在明显的旋涡流动，不同轴向位置沟槽内的流体存在着进出环隙内的运动。
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  高速开关电磁阀力控系统线性增压控制研究

  孔祥东;张晋;李腾;常立颖

  . 2014, 50(22): 192-199. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.192

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  针对防抱死制动系统线性增压需求，建立某高速开关电磁阀阀芯力平衡数学模型，给出阀芯平衡状态附近线性化增量微分表达式，建立液压缸压力变化数学模型，给出液压缸压差的增量表达式，得到高速开关电磁阀力控系统压力和通电电流的传递函数。通过某高速开关电磁阀电磁场和流场的有限元分析，得到阀芯所受电磁力、阀芯所受液压力及流量随阀口开度的变化曲线，研究电磁力、液压力与流量之间的定量关系，阐述高速开关电磁阀力控系统线性增压基本原理，给出力平衡点的稳定条件，提出能够实现线性增压的控制方式；结合流场、电磁场分析结果建立某高速开关阀整体模型，对电磁阀开启过程进行仿真，并进行线性增压试验，验证了该控制方式对于恒流量输出的可行性和仿真计算方法与结果的正确性。
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  比例阀线性双向电磁铁设计与试验研究

  王晓东;彭传龙;焦宗夏;吴帅;王晓腾;彭刚

  . 2014, 50(22): 200-206. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.200

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  比例电磁铁是控制比例阀先导级阀芯动作的电磁驱动元件，其性能在很大程度上决定比例阀的整体性能。针对传统比例电磁铁线性度差、比例范围短、隔磁环安装困难等不足，设计一种新型结构的比例电磁铁，这种比例电磁铁采用永磁体与线圈产生的复合磁场力驱动衔铁运动，同时新型结构的比例电磁铁中取消传统比例电磁铁的隔磁环结构，降低加工难度并且具有较传统的比例电磁铁更好的性能。对设计的新型电磁铁进行数学建模和理论分析验证其理论的可行性，并且对同等尺寸的比例电磁铁进行仿真优化设计，获得尺寸条件限制下的性能最佳的比例电磁铁设计。在理论分析的基础上，通过对样机的电磁力测试获得的试验数据与理论分析数据一致，验证了这种新型结构的比例电磁铁的实用性。
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  基于修正LuGre模型的自适应鲁棒控制在机电伺服系统中的应用

  吴跃飞;马大为;乐贵高

  . 2014, 50(22): 207-212. https://doi.org/10.3901/JME.2014.22.207

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  机电位置伺服系统是典型的非线性系统，且存在诸多不确定性，使得传统方法设计的闭环控制器往往不能满足系统的高性能需求。针对动态摩擦参数和系统负载特性未知的情况，为伺服系统设计一种基于动态面滤波法的自适应鲁棒跟踪策略。构造一个非线性观测器来估计摩擦力矩，利用动态面滤波器简化控制器的设计，设计自适应鲁棒控制器以提高系统的稳态控制精度及鲁棒性。基于Lyapunov稳定性定理证明闭环系统的所有信号半全局一致有界，通过适当选择设计参数及初始化误差变量，跟踪误差可收敛到原点的一个任意小邻域内。仿真和试验结果表明，该控制器能够能有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响，显著提高了系统的控制精度，为提高伺服系统的动态跟踪性能奠定基础。