2014年, 第50卷, 第23期　
刊出日期：2014-12-05

  

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  基于弹簧机构的宇航员抗阻力训练器

  叶平;宋爽;何雷;孙汉旭

  . 2014, 50(23): 1-7. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.001

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  为了帮助宇航员进行对抗失重锻炼，提出一种基于弹簧机构的新型抗阻力训练器。该抗阻力训练器利用弹簧的弹性势能模拟人体在地面活动时所受的重力负载，其核心是一套无动力的被动弹簧机构。通过分析系统的静态力平衡关系和系统势能，提出该抗阻力训练器的设定条件，从而推导弹簧刚度系数的计算依据。为了评价该抗阻力训练器的动态特性，建立该抗阻力训练器与宇航员人体的动力学仿真模型，并进行仿真研究。试验结果表明：从人体骨骼所受负载和骨骼肌收缩运动的角度来看，该新型抗阻力训练器施加于宇航员人体的负载能够达到甚至超过在地面活动时所受的重力负载，可用于宇航员的对抗失重锻炼。研究结果为该抗阻力训练器的机构优化和样机研制提供理论基础。
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  一种单自由度对称驱动导向及转换的微动回转机构

  杨满芝;黄玉美;任利娟;张广鹏;杨新刚

  . 2014, 50(23): 8-12. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.008

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  基于柔性铰链的传动及导向原理，提出一种单自由度对称驱动、导向及转换的直线转换为回转的微动回转机构；机构具有中心对称性，通过铰链对压电致动器的微动直线运动进行导向，将直线运动转换为回转运动，平衡转换过程中产生的横向力及力矩；在建立机构运动学模型的基础上进行运动学分析，推导机构的直线运动输入Δu与回转运动输出Δθ的函数关系；运用有限元法对机构的转换性能进行仿真分析；试验检验该机构的转换性能，试验结果与机构运动学解析误差为8.0%，与有限元分析误差为6.2%；试验表明该机构的运动平稳、线性好，其线性度不小于0.998。运动学分析、有限元仿真及性能试验结果对比验证微动回转机构直线-回转运动转换的准确性及高线性度。本研究具有重要的应用价值。
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  多环耦合机构末端件自由度计算的等效法

  刘婧芳;黄晓欧;余跃庆;丁华锋;黄真

  . 2014, 50(23): 13-19. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.013

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  针对新型耦合机器人与常见并联机器人机构结构的迥异性，提出一种适应多环耦合机构末端件约束分析和自由度计算的新方法，此方法的主要思路是将多环耦合机构转化为并联机构。提出机构拆分原则，将连接输入和输出的部分拆分为多个独立单元体。应用螺旋理论逐一分析拆分出的单元体中各个耦合节点构件相对于机架的独立运动，将含耦合结构的独立单元体等效为一个串联分支，整个机构就等效为一个并联机构。分析等效并联机构各分支的运动螺旋系和约束螺旋系，采用二次反螺旋求得机构末端件的自由度。应用提出的等效替代法计算一个耦合机构的自由度，计算结果与原型一致，表明提出的新方法能够有效化简耦合机构的复杂性并正确求得自由度。
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  基于运动/力传递特性的1T2R并联机构构型优选

  王飞博;吴伟峰;陈祥;李秦川

  . 2014, 50(23): 20-28. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.020

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  1T2R三自由度并联机构具有1个移动自由度和2个转动自由度，应用十分广泛。如何从大量的1T2R三自由度并联机构构型中遴选出具有工程应用价值的机型，具有重要的实际意义。运用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标对3-PRRU、2-PRU-PRRU和2-PRS-PRRU三种1T2R并联机构进行构型优选，这里P表示移动副，R表示转动副，U表示万向铰。根据三种机构的运动学反解建立输入运动螺旋、输出运动螺旋和分支力传递螺旋的解析式，计算出整个工作空间上的运动/力传递性能指标并绘制图谱。性能图谱显示三种1T2R并联机构都具有较好的运动/力传递特性，并且奇异边界相似，其中3-PRRU并联机构优质工作空间最大。
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  基于可变加权矩阵的机器人雅可比矩阵规范化

  刘志忠;柳洪义;罗忠;王菲

  . 2014, 50(23): 29-35. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.029

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  末端同时具有平移和转动自由度的机器人雅可比矩阵量纲不统一，导致灵活性指标计算困难，针对此问题提出一种简洁有效的基于可变加权矩阵的雅可比矩阵规范化方法。分析现有规范化方法的原理和不足，根据机器人灵活性的本质意义，提出使对应末端两类速度的雅可比矩阵行矢量有效相对化是雅可比矩阵规范化的核心问题。从雅可比矩阵条件数的定义和各向同性位形的要求出发，给出了雅可比矩阵规范化的一般思路和方法，定义了可变加权矩阵概念。可变加权矩阵直接由雅可比矩阵自身导出，并用于雅可比矩阵规范化，避免了现有方法需要引入额外参数的缺点和不便，也证明了灵活性是机器人的固有属性，与任何额外引入的参数无关。以6R机器人为例进行的理论推导，和以平面3R机器人和Puma560机器人为例进行的数值仿真，验证了可变加权矩阵方法的有效性。
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  消除内部奇异的三平移并联机构冗余驱动支链的综合

  李仕华;崔红柳;刘艳敏

  . 2014, 50(23): 36-41. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.036

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  对三平移并联机构(3T并联机构)，提出一种冗余驱动支链的综合方法。采用螺旋理论，分析出3T并联机构发生内部奇异的所有可能情况；根据螺旋系线性相关性和并联机构不发生奇异的条件，系统综合出能消除3T并联机构内部奇异的冗余驱动支链类型，并针对不同的支链约束螺旋系和自由度，分别给出相应的冗余驱动支链位置和条数；利用该方法对消除3-RRUR内部奇异的冗余支链进行综合。研究结果表明，该方法简单、有效并可消除3T并联机构内部奇异。
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  航空发动机叶片刚柔耦合动力学分析

  郑彤;章定国;廖连芳;吴胜宝

  . 2014, 50(23): 42-49. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.042

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  航空发动机叶片是航空发动机重要零件之一，常常因共振而导致断裂失效。传统航空发动机叶片的振动特性分析普遍基于零次近似耦合动力学模型，该模型忽略了动力刚化项，得到的结果具有一定局限性。为了更加准确地分析高速转动的航空发动机叶片的振动特性，对叶片刚柔耦合动力学问题进行了研究。将叶片简化为柔性薄板，考虑面外变形和面内变形，并计入了面外变形引起的面内变形，即变形耦合项。采用假设模态法描述叶片的变形，运用拉格朗日动力学方程建立了做三维空间大位移运动的柔性叶片一次近似耦合动力学方程。同时采用多体系统动力学软件MSC.ADAMS对旋转叶片的动力学性态进行了研究，并将所得的叶片动力学理论模型结果和ADAMS的结果进行了比较。结果显示一次近似耦合模型理论结果与实际结果相符，而ADAMS和零次近似耦合模型在叶片高转速时仿真结果存在缺陷。基于所得的叶片一次近似耦合模型，对叶片振动频率、“频率转向”和“振型转换”问题进行了分析，验证了所提出的方法的可行性。
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  考虑激振频率的可倾瓦推力轴承动特性理论与试验研究

  张青雷;高孟雪;徐华;付玉敏;段建国

  . 2014, 50(23): 50-58. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.050

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  为了研究激振频率对可倾瓦推力轴承动特性的影响，提出考虑激振频率的动特性建模方法和试验方法。依据可倾瓦轴承刚度和阻尼定义，将激振频率引入可倾瓦推力轴承动特性计算过程，通过建立轴向扰动下的膜厚方程、雷诺方程及瓦块运动方程，推导出包含激振频率的可倾瓦推力轴承动特性数学模型，计算分析刚度和阻尼随扰动频率(激振频率与主轴转频的比值)、转速及载荷的变化规律；采用脉冲激振法在可倾瓦推力轴承试验台进行动特性试验，得到不同激振频率、转速及载荷条件下刚度、阻尼的试验结果，并和相应的理论计算值进行对比分析。结果表明：当扰动频率较小时，可倾瓦推力轴承刚度随其增加而逐步增大，阻尼随其增加而逐步减小；当扰动频率增加到一定程度后，其刚度和阻尼逐步趋于稳定。此外，转速和载荷对其刚度和阻尼随扰动频率的变化幅度基本无影响。
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  循环对称结构重根模态振型相关性修正

  禇志刚;夏金凤;王光建;叶方标

  . 2014, 50(23): 59-65. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.059

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  为消除循环对称结构有限元模态分析和试验模态分析对应重根模态振型之间的夹角误差，实现模态相关性的准确定量分析，基于模态振型方程，揭示不同模态模型重根模态振型夹角误差产生机理，提出修正循环对称结构模态振型相关性的新方法。计算各阶重根模态有限元模态振型与试验模态振型间互模态置信准则(Cross modal assurance criterion, Cross MAC)初值得到夹角误差；在此基础上确定出对应的旋转角度和测点数；对有限元模态振型进行旋转匹配并计算得到修正后的Cross MAC值。应用该方法对制动盘有限元模态模型和试验模态模型进行相关性修正，结果表明：该方法不仅能获得准确的循环对称结构模态相关性，且相比于已有的循回群和初等旋转变换方法而言，修正效率得到显著提高。
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  偏载液体静压转台旋转工况下承载力及倾覆力矩动网格计算方法

  王少力;熊万里;桂林;薛敬宇;符马力;吕浪

  . 2014, 50(23): 66-74. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.066

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  针对液体静压转台在承受偏载运行时，转台上下导轨面易发生刮擦的现象，为解决传统解析计算方法难以建立偏载静压转台转动状态下承载力及倾覆力矩数学模型，且传统CFD计算方法无法实现对几何边界运动变化的流体域进行建模计算的难题，提出偏载液体静压转台旋转工况下承载力及倾覆力矩动网格计算方法。该方法采用自定义程序实现对静压转台旋转时油膜形态变化的控制；利用弹簧光顺模型更新因转台倾斜方向改变引起的油膜网格变形；将油膜旋转动边界转换为静止边界，有效避免转台旋转引起的网格畸变。采用该方法进行计算，能利用同一模型实现对不同油膜厚度、不同倾斜位移率的油膜进行仿真，避免重复建模，提高了计算效率；能形象再现油膜三维流场压力分布的动态变化过程，计算结果体现了转台运动对流场分布的影响，更贴近工程实际。利用所提出的方法对国产某典型静压转台的承载力及倾覆力矩进行计算，并建立静压转台试验系统，对偏载静压转台进行试验研究。试验数据与动网格方法计算结果的对比分析表明，两者基本吻合，证实所提出的偏载液体静压转台旋转工况下承载力及倾覆力矩动网格计算方法有效。
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  滚动轴承性能退化静电监测方法及试验

  刘若晨;左洪福;张营;梁坤

  . 2014, 50(23): 75-81. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.075

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  采用静电方法对滚动轴承进行在线监测以及退化评估的研究。在滚动轴承寿命强化试验机平台上，使用自研磨损区域静电传感器对滚动轴承进行在线监测，通过多组试验采集得到滚动轴承磨损静电信号，在对滚动轴承磨损过程静电产生机理分析的基础上，进行静电信号的特征提取，通过加速疲劳全寿命周期试验进行滚动轴承性能退化评估，并与振动信号与温度信号进行对比验证。研究结果表明，磨损区域静电监测技术可以实现滚动轴承性能退化的在线监测，该研究是机械系统在线监测以及故障诊断和预测的重要组成部分，并为仪器实现产品化奠定了基础。
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  基于辛几何法分析连铸板坯的黏弹性鼓肚变形

  王忠民;黄梓嫄

  . 2014, 50(23): 82-88. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.082

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  对板坯连铸机中板坯(坯壳)的鼓肚变形问题，考虑了坯壳在高温下呈现黏弹性性态以及弹性变形与黏性变形的耦合特性，提出了连铸板坯鼓肚变形的四边固支黏弹性矩形板模型。根据Laplace变换和弹性-黏弹性相应原理，导出了黏弹性板柸在拉氏域内的四阶偏微分方程，再将其导入拉氏域内的哈密顿正则方程。对全状态矢量利用分离变量法、本征函数展开法、共轭辛正交归一化关系和Laplace逆变换，得到了四边固支黏弹性矩形坯壳在时域内的挠度解析解。以某板坯连铸机为例，分析了弹性变形、蠕变变形和松弛时间对鼓肚变形的影响，以及坯壳中点的单位长度弯矩随时间的变化情况。
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  考虑界面端应力奇异性的螺栓连接支承面接触压力计算模型

  朱林波;刘志刚;蒋翔俊;杨国庆;洪军

  . 2014, 50(23): 89-96. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.089

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  将螺栓连接支承面接触问题简化为集中载荷和力矩耦合作用的有限刚度平头压模接触问题，利用BOGY特征值方程，分析双材料界面端应力奇异性发生的几何条件；依据GLADWELL接触力学理论，构建集中载荷和力矩耦合作用下平头压模接触压力计算模型，利用此模型分析螺栓预紧力、装配间隙和被连接件材料对螺栓连接支承面接触压力分布的影响规律。结果表明：在规定预紧力范围、装配等级和常用被连接件材料下，螺栓连接支承面不会发生退让接触，而界面端部出现明显的应力奇异性，其中预紧力变化对界面端应力奇异性强度影响不明显，但装配间隙和被连接件材料的变化对界面端应力奇异性强度影响显著；当被连接件材料弹性模量大于螺栓材料时，支承面内侧应力奇异性强度大于外侧，反之内侧应力奇异性强度明显小于外侧。此外，以平头压模为算例，采用有限元法验证了构建模型的准确性。
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  热力耦合下微接触点塑性应变沿深度变化分析

  黄健萌;高诚辉;陈晶晶

  . 2014, 50(23): 97-103. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.097

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  在考虑粗糙实体弹塑性变形、热力耦合、微凸体间相互作用和摩擦热流耦合等影响下，运用有限元法数值模拟具有三维分形特性的粗糙面与刚性平面间滑动摩擦过程，分析了粗糙实体接触凸点塑性变形随深度变化情况。发现：在速度的突变和闪点温度形成时，摩擦接触表层等效塑性应变增大明显；在这一摩擦表层，过不同接触点的纵向剖面塑性应变沿深度分布不同：有的是接触表面塑性变形最大，有的是在接触微凸体表面下某一深度塑性变形最严重，而接触凸点表面的塑性应变稍小些。这与相关文献用SEM研究干摩擦后金属摩擦表层变形照片后发现的结果一致。滑动摩擦过程中，金属粗糙摩擦接触表层塑性变形的不断累积，将会导致材料表层中的夹杂或微观缺陷周围萌生微孔和裂纹源。
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  考虑动态特性的角接触球轴承微观热弹流分析

  卢宪玖;王优强;刘昺丽;律辉

  . 2014, 50(23): 104-111. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.104

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  建立角接触球轴承的几何和数学模型，综合考虑几种不同轴承材料的弹流润滑性能，求得套圈采用Si3N4、滚球体采用GCr15的角接触球轴承的热弹流润滑完全数值解。在此基础上，进一步考虑角接触球轴承的几项重要基本参数(密合度、钢球数目等)及接触角随轴向载荷的变化对弹流润滑性能的影响。对轴承在承受纯轴向载荷作用下的热弹流润滑完全数值解进行分析，求得在不同轴向载荷下的压力、膜厚及温度分布图。结果表明：套圈、滚球体材料均选用Si3N4和分别选用Si3N4、GCr15两种情况下，最小油膜厚度更大，同样工况下，后者滚球体表面温度更低；密合度的增大有利于润滑油膜的形成；滚球体数量越多，油膜整体压力越小，油膜厚度越大，滚球体、套圈及油膜温度越低；轴向载荷越大，轴承的实际工作接触角越大；接触角的变化对弹流润滑具有很大影响，在考虑了接触角随轴向载荷的变化后得知，接触角增大，油膜的最小膜厚增大，最大压力减小。
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  含氮硼蓖麻油聚氧乙烯醚水溶液的摩擦学特性

  何建国;张朝辉;刘思思;周杰;凡炼文

  . 2014, 50(23): 112-118. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.112

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  聚醚水溶液是水基润滑液的重要研究方向之一。为改善水的摩擦学性能，选取蓖麻油聚氧乙烯醚系列中的EL-60(Cremophor EL-60)和三乙醇胺硼酸酯(Boric acid triethanolamine, BN)作为添加剂，并对相关溶液进行对比分析研究，同时对两种物质对水溶液摩擦学特性的影响进行了一定论述。EL-60是一种性能良好的表面活性剂，能够充分吸附在金属表面，形成牢固的润滑分子层；BN具有良好的极压性能和防锈性能。配置EL-60水溶液及两种物质混合质量比为1:1的BN-EL-60水溶液，利用MRS-10A型四球试验机对EL-60水溶液以及BN-EL-60水溶液进行减摩抗磨性能试验与极压性能试验、防锈特性研究等。结果表明BN-EL-60溶液在高负荷情况下具有一定性能优势，而低负荷情况EL-60单质溶液则相对优秀；较低浓度的溶液就已经具备较好的减摩抗磨综合性能；加入BN之后溶液的摩擦因数随时间的变化波动增大，溶液摩擦学性能稳定性相对变差；另外，BN的引入能够大大提升溶液的极压性能和防锈性能。BN与EL-60的协同效应并非是单纯协同增效，其性能是随工作负荷的变化而改变的，总体而言，EL-60与BN-EL-60是一类具有良好应用前景的水溶液润滑添加剂。
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  人体器官3D打印的最新进展

  王镓垠;柴磊;刘利彪;赵欣如;许雨帆;周新伟;张伟明;王小红

  . 2014, 50(23): 119-127. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.119

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  三维(3D)打印是当今科研界乃至商业界的一大热点，被认为是第三次工业革命或制造业的新突破点。人体器官打印已被当做概念股炒作上市，吸引了无数人的注意。但器官3D打印还处于刚刚起步阶段，需要做的工作很多。尤其是复杂器官打印面临着巨大的困难和挑战。其中最主要的一个挑战就是分支血管和神经系统的快速构建。近年来已经有大批优秀的科研工作者投入其中，内容涉及人体中各个器官，如骨骼、肾脏、肝脏、心脏、大脑，并取得了一定的成绩。这里分别介绍3D打印技术在大段骨修复材料、血管与血管网、人工肝脏、血管化脂肪组织几方面的最新的研究成果以供大家参考。
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  数控机床进给系统传动刚度变化对运动精度稳定性的影响规律

  刘辉;黄莹;张会杰;赵万华

  . 2014, 50(23): 128-133. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.128

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  数控机床在整个加工空间中的不同位姿下，其运动精度的变化对机床的工作精度与效率的提高有着重要影响。定义运动精度稳定性，并提出利用闭环传递函数的灵敏度研究数控机床运动精度稳定性的方法。建立双惯量进给系统模型，针对解析求解的复杂性，使用渐近线近似法求取闭环传递函数关于传动刚度的灵敏度函数，揭示半闭环/全闭环下灵敏度函数的显著不同；在此基础上，根据典型运动误差相关指令的频谱分布特点，分析传动刚度变化对稳态跟随误差、准停过程振动超调量、圆运动半径误差的影响规律。发现其中指令频宽与控制带宽的比值为主导因素，即仅当指令频宽接近控制带宽时才有显著影响，其他重要的影响因素为控制结构(半闭环/全闭环)和控制带宽与机械共振频率的比值；以系列仿真验证了上述影响规律。
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  桥式起重机箱型主梁周期性拓扑优化设计

  焦洪宇;周奇才;吴青龙;李文军;李英

  . 2014, 50(23): 134-139. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.134

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  桥式起重机主梁长度方向尺寸远大于高度和宽度方向，常规的拓扑优化方法无法获得清晰的、周期性的拓扑形式或求解困难。为了实现桥式起重机主梁的拓扑优化，得到具有周期性的、易于加工的结构拓扑形式。把主梁优化域划分成若干个子域，构建子域与优化域之间的关系。建立以优化域内单元相对密度为设计变量、以体积约束下最小柔度为目标函数的主梁周期性拓扑优化数学模型。在主梁强度和静态刚度准则下开展主梁周期性拓扑优化应用研究。结果表明，在优化过程中，各子域内同时出现孔洞，且具有周期性。直到周期性拓扑优化结束，获得具有类似“桁架式”结构的拓扑形式。子域数目取值不同时，均可获得周期性的拓扑形式，且具有良好的一致性和工艺性。为桥式起重机结构轻量化研究提出一种可行的方法。
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  局部到整体的六面体网格质量优化算法

  彭威;王磊;卢德唐

  . 2014, 50(23): 140-146. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.140

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  网格质量是影响有限元分析结果准确性和可靠性的关键因素之一。为了提高六面体网格的质量，提出一种局部到整体的六面体网格质量优化算法。针对每个六面体单元采用双八面体几何变换进行局部规则化操作，得到高质量的规则六面体网格。在此基础上，通过迭代优化一个二次能量函数，对规则化后的网格进行整体拼接和优化，该能量函数由节点内力和表面几何约束组成，节点内力保证了规则化后六面体单元的连接性，表面几何约束保持了原始模型的几何形状。应用实例表明，该方法稳定可靠，显著提高了六面体网格的质量。
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  面向CAD系统的连续体结构形状与拓扑优化

  夏鸿建;张继伟;陈新度

  . 2014, 50(23): 147-155. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.147

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  针对当前连续体结构优化所面临的有限元模型与CAD模型转换困难，产品设计意图和结构工艺在优化过程中难以保持等问题，研究了面向CAD系统的连续体结构形状与拓扑优化方法。通过分析CAD几何表达和CAE网格划分特点，采用欧拉网格和扩展有限元法，建立面向结构优化的CAD/CAE模型融合机制；而后基于连续体物质导数，推导了CAD直接建模操作敏度，驱动CAD实体模型进行结构形状与拓扑优化。在此基础上，针对操作敏度量纲不一致问题，采用速度场均匀化方法，修正操作敏度，以提高优化收敛效率。通过三维CAD实体模型结构优化实例，验证了上述方法的可行性和求解效率。
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  面向材料反求的非均质体参数化模型构建

  陈龙;张军洋;李郝林;王莹莹

  . 2014, 50(23): 156-164. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.156

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  非均质产品具有非常广泛的运用，面向材料反求构建非均质产品模型，能更好地设计出材料符合实际分布的非均质产品。利用CT扫描提供的原始数据，经过提取得到具有灰度信息的点云数据，提供非均质产品几何和材料空间构造原始信息。通过体参数化方法实现模型几何空间构造，通过对灰度值的参数化实现材料空间构造；通过求解一个二次型优化问题，将材料空间内嵌于几何空间，实现几何空间和材料空间的耦合，从而最终完成体参数化非均质产品模型的构建。以股骨模型为例，实现其非均质体参数化模型的构建算法。结果表明，面向材料反求的非均质体参数化建模方法能够更为便捷和准确的表达材料实际分布信息，且为基于体参数化模型的性能分析和显示提供模型支撑。
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  铝合金Al6061微尺度磨削力热特性试验分析

  温雪龙;巩亚东;程军;巴德纯;李宝朋

  . 2014, 50(23): 165-174. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.165

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  微磨削加工是微尺度加工领域的一种重要的加工方法。基于铝合金Al6061建立微磨削力热特性的理论模型。设计铝合金Al6061材料的微磨削单因素试验，分析试验结果得出不同磨削参数对微磨削力和磨削温度影响规律。针对不同的磨削深度，研究微磨削表面温度和表面下不同深度位置的温度分布情况，并对加工表面进行热烧伤检测。根据试验数据结果对所建立微磨削力和微磨削温度的理论模型的准确性进行了验证，并通过试验测量得到微磨削后最高表面温度为78.5 ℃。试验研究结果也为进一步研究零件表面完整性和提高零件表面质量提供重要依据。
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  重型切削过程硬质合金刀片的冲击破损行为

  刘献礼;刘铭;何耿煌;严复钢;程耀楠;刘利

  . 2014, 50(23): 175-185. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.175

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  应用机械冲击理论分析重型硬质合金车刀冲击断裂过程，并确立其产生冲击断裂的临界条件；采用有限元仿真的方法，分析研究重型硬质合金车刀冲击断裂产生机理及破损形式，并通过冲击试验揭示硬质合金车刀冲击断裂规律。对重型硬质合金车刀疲劳行为进行研究，通过有限元仿真分析方法，提出动态载荷下硬质合金疲劳断裂产生机制，并给出硬质合金疲劳断裂的载荷条件；通过断续切削试验，研究分析导致硬质合金刀具疲劳行为产生的本质原因，以期为预防硬质合金刀具过早出现失效提供理论支持和借鉴。
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  微尺度弧形群缝电解加工试验研究

  赵建社;王峰;肖雄;李龙

  . 2014, 50(23): 186-193. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.186

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  精密电解加工是剃须刀网罩上微尺度阵列弧形群缝的首选加工工艺，为提高电解加工精度和加工过程稳定性，基于电场分析，优化了工具阴极凸起宽度、凸起高度关键尺寸的设计；基于对流场的数值分析，优化设计了电解液流道结构，优选了电解液进出口压力参数，消除了流道内可能存在的缺液区和流线交叉区域，并据此研制了专用工装夹具。通过工艺试验，研究了端面初始间隙、平均电压，进给速度等关键工艺参数对群缝缝宽的影响。在研制的数控电解加工设备上加工出了缝宽0.24 mm的弧形群缝，且群缝的曲线形状精度高，加工过程稳定，已能够满足批量生产的需要。
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  飞秒激光烧蚀石英玻璃表面质量分析

  吴东江;姚龙元;马广义;牛方勇;郭东明

  . 2014, 50(23): 194-199. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.194

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  基于不同激光功率线烧蚀试验，研究激光偏振模式对烧蚀线宽度及表面形貌特征的影响。结合线烧蚀优化参数，开展不同线重叠率δ的面烧蚀试验，利用表面轮廓仪进行烧蚀表面粗糙度分析；建立扫描速度和线重叠率对残留高度影响的关系表达式，并进行计算分析。研究表明，当线偏振方向平行于扫描方向时，线偏振光烧蚀线质量优于圆偏振光，且其烧蚀线宽比圆偏振光大。当δ由65%增大到90%时，线偏振光烧蚀面垂直于扫描方向的轮廓算数平均偏差Ra先减小后增大，并在δ=80%时达到最小值1.05 μm；圆偏振光Ra随δ增大而减小，在δ=90%时达到最小值1.63 μm。此外，烧蚀面微观不平度十点高度Rz计算结果与试验结果基本吻合，且Rz与δ呈线性关系，并随δ增大而减小。
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  脉冲激光电化学复合的定域性研究及三维微细刻蚀加工

  张朝阳;秦昌亮;冯钦玉;曾永彬;蔡明霞;毛卫平

  . 2014, 50(23): 200-206. https://doi.org/10.3901/JME.2014.23.200

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  在激光电化学复合微细加工系统中，利用透光导电的氧化铟锡(Indium tin oxide, ITO)导电玻璃作为工具阴极，引入激光辐照能量，保证了激光电化学体系的高效复合。采用脉冲激光辐照和电化学溶解蚀除的方法对铝合金进行了加工试验，工件表面在均匀电场作用下所形成的钝化膜，在激光定域辐照的热力冲击作用下被破坏，使基体材料发生电化学反应，而非辐照区域则不发生反应，从而提高了电化学反应的定域性。研究了复合加工定域性受激光热力冲击和气泡折射影响的机理，根据试验结果分析了激光能量，加工电流以及不同加工方式对复合加工定域性的影响，采用优化的工艺参数，有效抑制了激光热影响区和电化学杂散腐蚀，实现了成形精度和表面质量均较好的三维槽腔加工。