机械工程学报

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李雄兵, 宋永锋, 胡宏伟, 倪培君

机械工程学报. 2015, 51(14): 1-7. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.001

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现有的晶粒尺寸超声无损评价方法对被测对象的厚度有严格要求，进而影响方法的实用性及其检测结果的可靠性。基于超声波在材料中的传播规律，结合一次底面波及二次底面波相对于表面波的衰减特性，推导不含厚度信息的超声衰减速率参量，并利用透射系数和反射系数对其参量进行修正，基于超声衰减速率建立平均晶粒尺寸的超声无损评价模型。以核电常用的TP304不锈钢材料验证超声衰减速率法的有效性，将其与传统声速法、衰减法、背散射法进行对比，试验结果表明衰减速率法的灵敏度显著优于声速法；试块厚度小于6 mm时采用衰减速率法的相对误差明显低于背散射法；针对壁厚测量不便的TP304方管，衰减法、衰减速率法及金相法的平均晶粒尺寸评价结果分别为(100.3±2.8) m、(96.7±3.4) m和(93.1±1.8) m，可见衰减速率法能有效抑制壁厚对评价结果的不利影响。

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基于自适应短时Chirp-Fourier变换的瞬时转速估计及应用

赵明, 林京, 廖与禾, 曹军义

机械工程学报. 2015, 51(14): 8-14. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.008

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回转设备的瞬时转速是实现故障诊断的重要参数之一，也是提取表征设备运行状态其他关键参数的基本前提。针对传统短时傅里叶变换方法存在瞬时转速估计精度不足的问题，提出一种基于自适应短时Chirp-Fourier变换的瞬时转速估计方法。该方法建立调频参数的自适应选取策略，可根据信号的时频分布特性对信号进行自适应匹配分解，不但提高了计算效率，而且避免了谱图模糊问题，实现瞬时转速的精确估计。在此基础上结合信号解调技术，形成无键相幅值相位解调方法，并成功应用于变工况下的齿轮箱故障诊断。

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基于温度传感标签的主轴热误差无线监测方法及试验

袁江, 吕晶, 邱自学, 沈亚峰, 刘传进, 薛伯军

机械工程学报. 2015, 51(14): 15-22. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.015

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针对数控机床主轴热误差有线监测方法存在的布线困难和温度测点布置优化问题，提出一种基于热敏区域黄金分割布点和利用温度传感标签实现机床温度分布监测及信号无线传输的新方法。设计由数字式温度传感器DS18B20、微处理器MSP430、无线射频通信模块NRF905集成的温度传感标签，可通过无线射频通信将温度信号及对应标签地址信息无线传输给上位机，通信协议简单，能耗要求低；根据机床主轴有限元分析模型采用黄金分割法确定了热敏感布点区域，以解决传统经验布点存在数据冗余、可信度不强、测试条件不确定最优等问题；利用温度传感标签和激光位移传感器构建监测系统并采用正交试验法进行试验测试，数据极差分析和回归分析结果表明该系统稳定可靠、实时处理能力强，构建的回归模型也有较好的预测能力。

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超声外场对聚合物注塑充型流动速度场分布影响的物理可视化表征与分析

姜开宇, 吉智, 李豪, 王敏杰, 于同敏

机械工程学报. 2015, 51(14): 23-28. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.023

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以物理可视化技术为基础，开发一种用于观测超声外场作用下注射成型过程的新型可视化试验分析平台，分析超声振动对聚丙烯(Polyethylene，PP)注射成型流动过程速度场分布的影响，并结合示踪粒子标记法和Kringring插值提出一种充型流动速度场的表征分析方法，研究结果表明，注射成型过程中PP熔体速度分布呈中间高，两边低，近浇口高，远浇口低的变化趋势；施加超声振动后，PP熔体流动速度显著提高，沿流动方向，熔体流动速度变化梯度减小；超声振动有助于降低熔体黏度，但黏度的降低不利于剪切热的生成, 因此并非超声功率越大，对内部熔体速度的提升越大。同时，超声功率的提升还会导致聚合物材料性能的改变，影响制件的最终质量。对于本研究条件下的PP材料而言，超声功率在200～400 W时，对成型效果的改善比较明显。

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大功率风电偏航轴承套圈用钢及其模拟热处理工艺

陈晨, 杨志南, 张洋, 张福成, 郑炀曾

机械工程学报. 2015, 51(14): 29-37. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.029

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42CrMo钢已成功地用作小功率(2 MW及以下)风电偏航轴承套圈用钢，但由于其有限的淬透性，无法满足大功率风电偏航轴承套圈用钢的要求，因此，研究中引入40CrNiMo钢和硼微合金化42CrMnMoB钢进行对比分析。研究42CrMnMoB钢、40CrNiMo钢和42CrMo钢的淬透性，利用DEFORM3D模拟软件对5 MW风电偏航轴承套圈壁厚1/4位置处的油冷速率进行模拟，并利用模拟热处理炉对三种钢进行模拟热处理，随后对试验钢进行常规力学性能的测试。结果表明，42CrMnMoB钢在端淬距离为85 mm位置处的硬度值为46 HRC，油淬后的理想临界直径约为160 mm，远高于42CrMo钢在85 mm位置处的29 HRC和43 mm的理想临界直径；经DEFORM3D模拟软件模拟的5 MW级风电偏航轴承壁厚1/4位置处的平均油冷速率约为0.7 ℃/s；在模拟油冷并经590 ℃回火1 h处理后42CrMnMoB钢各项力学性能均能满足5 MW级风电偏航轴承套圈用钢的性能要求，具有应用于大功率风电偏航轴承套圈中的潜能。

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考虑材料分散性后Miner理论在多轴两级阶梯谱下的适用性研究

夏天翔, 姚卫星, 刘向民, 嵇应凤

机械工程学报. 2015, 51(14): 38-45. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.038

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将材料疲劳寿命的对数正态分布参数引入Miner疲劳损伤累积理论，推导出两级阶梯谱下的疲劳损伤概率密度函数；进而给出累积损伤分散带。使用航空工业常用的LY12CZ铝合金，进行一系列多轴两级阶梯谱试验。依据补充的和文献已有的试验，使用本文方法计算考虑材料分散性后不同阶梯谱下的损伤分散带。通过对比损伤分散带和Miner理论计算值，考察不同类型多轴阶梯谱下Miner理论的适用性。分析结果表明，对于恒路径变幅谱和变路径常幅谱，由于前后级载荷的幅值较为接近，Miner理论的适用性与载荷非比例度的变化情况有关，载荷非比例度变化越大，Miner理论的适用性越好；对于变路径变幅谱，由于幅值差别较大，载荷变化对损伤累积的影响大于材料分散性带来的不确定性，Miner理论不适用。

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轧机整体耦合建模问题研究

曾令强, 臧勇, 郜志英, 刘晓潺

机械工程学报. 2015, 51(14): 46-53. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.046

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轧机振动一直是制约轧制发展的重要问题。建立有效的轧机系统动力学模型是研究轧机振动问题的基础，而已有的研究在轧机系统耦合建模方面仍存在着许多不足。通过分析轧机不同类型振动产生的机理及其相互关系，建立能够表征板带轧机垂直-水平-扭转以及轧件水平颤振的耦合振动结构模型；基于Bland-Ford-Hill轧制力模型，并进一步考虑振动状态下辊缝动态变化的影响，建立动态轧制过程模型；在此基础上，将动态轧制力及动态轧制力矩作为反馈激励源，作用于轧机振动结构模型，构建全新的动态轧制过程与轧机系统结构相耦合的轧机颤振整体耦合动力学模型。通过将所建模型的仿真结果与2030冷连轧机组振动测试数据的对比，验证此模型的正确性和有效性。结果表明，轧机颤振整体耦合动力学模型能够合理表征振动过程中轧机系统结构和轧制过程的耦合关系，为深入研究轧机综合振动特性提供理论基础。

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用于断裂韧度测试的C形环小试样的规则化方法与应用

但晨, 蔡力勋, 包陈, 吴海利

机械工程学报. 2015, 51(14): 54-65. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.054

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伴随结构精细化、小型化的发展，薄板、薄壁管件等小尺寸构件得到应用，试样小型化对满足特殊取样要求和材料断裂韧度测试需求有重要工程意义，而基于非标小试样的材料断裂性能测试方法尚难满足需求。设计用于延性材料断裂韧度测试的C形环小试样，提出应用该类小尺寸试样获取材料延性断裂韧度的、基于量纲一载荷分离理论的规则化测试方法。分别采用C形环小试样和传统紧凑拉伸型(Compact tension, CT)大试样完成转子材料26NiCrMoV11-5钢和压力容器材料A508-Ⅲ钢的J阻力曲线试验，讨论C形环小试样厚度、初始裂纹长度对试验结果的影响。结果表明，试样厚度和初始裂纹长度对C形环的J阻力曲线测试结果影响有限，但C形环试样裂尖具有更高的约束水平，由C形环试样得到的J阻力曲线明显低于CT试样的结果。

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考虑小孔后向偏移的等离子弧焊接热过程模型

张晓宇, 武传松

机械工程学报. 2015, 51(14): 66-71. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.066

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在穿孔等离子弧焊接过程中，背面小孔中心相对于焊枪轴线存在一定的偏移。深入研究小孔孔道后向偏移时所涉及的熔池与小孔瞬态演变行为和传热过程，对于优化以背面小孔中心偏移量为控制参数的控制方法，保证焊缝成形质量具有重要意义和实用价值。针对穿孔等离子弧焊接中小孔的形成特点，建立随小孔形状动态调整的组合式体积热源模型，并在热源模型中引入热源中心向后偏移的参量，间接反映背面小孔后向偏移对穿孔等离子弧焊接热过程的影响。在小孔形状方程中，增加等离子流后推力，间接描述等离子流对熔池流体的后推作用。利用建立的三维瞬态熔池与小孔的数学模型，分析等离子弧焊接过程中温度场和小孔形状的瞬时演变过程。将工件背面小孔形状尺寸和穿孔时间等模拟结果与试验结果进行对比，两者基本吻合，对所建立的数学模型进行验证。

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脉冲DE-GMAW过程熔滴受力分析及电流波形设计研究

黄健康, 何笑英, 张正鹏, 沈利民, 石玗, 樊丁

机械工程学报. 2015, 51(14): 72-77. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.072

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针对为了实现铝-钢高效高质量的连接，提出一种高效低热输入的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊(Double-electrode gas metal arc welding，DE-GMAW)方法。为了使其焊接过程熔滴平稳过渡，分析旁路电弧对熔滴过渡时电流密度的影响，确定脉冲DE-GMAW熔滴过渡时电磁力的作用机制，在主路为脉冲电流情况下，分别设计旁路波形与主路组合形式即为恒定电流、交替脉冲电流和同步脉冲电流三种形式的研究，并使用高速摄像拍摄熔滴过渡图像，进行对比分析试验验证。结果表明，焊接电流波形及组合形式不同会导致作用于焊接熔滴的受力发生改变，从而使得焊接过程的稳定性与焊接质量也发生变化，对比分析得出采用同步脉冲电流时的脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护焊焊接过程稳定、熔滴过渡均匀一致且焊缝成形平整美观。

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热影响区元素晶界偏聚对焊接构件低周疲劳性能的影响

汤之南, 蔡志鹏, 吴健栋

机械工程学报. 2015, 51(14): 78-85. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.078

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对25Cr2Ni2MoV低压转子钢焊接模拟件进行低周疲劳性能试验，测得焊接接头应变与疲劳寿命关系式，对比分析接头不同区域低周疲劳性能，确定热影响区是接头低周疲劳性能的薄弱环节。进行焊接接头硬度分布测定、疲劳裂纹扩展路径金相分析以及热影响区原奥氏体晶界元素偏聚行为俄歇分析等一系列试验。结果表明，焊接接头热影响区存在大硬度梯度的软硬界面，在疲劳载荷作用下形成应变集中，导致焊接构件低周疲劳性能弱化；在热影响区扩展过程中，疲劳裂纹遇到原奥氏体晶界往往会沿着晶界发生偏折，并在晶界上形成一定程度的割裂；俄歇分析表明热影响区原奥氏体晶界存在明显的杂质元素S和合金元素Cr的偏聚，其共同作用致使该区抗疲劳裂纹扩展性能弱化，从而降低整个焊接构件的低周疲劳性能。

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全预紧组合框架液压机的预紧力研究

单东生, 贾向东, 赵长财

机械工程学报. 2015, 51(14): 86-92. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.086

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在现代液压机设计理论中，全预紧组合框架结构是目前液压机本体结构的首选形式。拉杆预紧力的大小直接影响整个压机结构的稳定性。通过应用力学分析和数值模拟，对不考虑压机横梁变形和考虑压机横梁变形两种情况下预应力结构的工作过程进行分析，分别给出预应力机架在预紧过程中和加载后立柱和拉杆变形的理论计算公式；同时推导出加载后机架残余预紧力的理论计算公式，并与有限元计算结果进行对比。为反映压机工作时拉杆预紧程度对立柱残余压力的影响，给出立柱剩余预紧系数的概念及其计算公式并给出取值范围，为预应力结构液压机的设计计算提供新的理论计算方法。

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整车室内道路模拟试验用载荷谱的编制方法研究

于佳伟, 郑松林, 赵礼辉, 赵子顺

机械工程学报. 2015, 51(14): 93-99. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.093

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室内道路模拟试验中，将试验场实测载荷谱编制成可行有效的试验用载荷谱是十分关键的。提出一套整车室内道路模拟试验用载荷谱的编制方法，包括试验场实测载荷谱的选取和试验用载荷谱的加速。对于试验场实测载荷谱的选取，传统方法大多基于载荷谱的损伤而选取中值损伤谱。从载荷谱的数值统计特征出发，提出一种基于各路段最小标准差谱组合的试验场实测载荷谱选取新方法，并阐述最小标准差组合谱(Concatenation of multi-sections minimum standard deviation spectra, CMSD)的构造方法与流程。以试验场实测载荷谱为基础构造出CMSD，损伤分析结果表明CMSD近似为均值损伤谱，具有一定的代表性。对于试验用载荷谱的加速，采用时域信号压缩的方法对CMSD进行加速处理，生成加速谱。以加速谱为目标谱进行整车耐久性试验，试验中出现了与汽车试验场一致的失效模式，验证了该套方法的可行性。该套方法可为其他车型的整车室内道路模拟试验用载荷谱的编制提供一定的参考。

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单列高速列车通过特长隧道时耳感不适问题研究

梅元贵, 张成玉, 周朝晖, 贾永兴, 吴明

机械工程学报. 2015, 51(14): 100-107. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.100

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高速列车通过隧道时产生的压力瞬变会引发车内压力波动，对司乘人员的耳感舒适性有重要影响。影响压力瞬变的主要因素有列车速度、阻塞比和隧道长度。特长隧道和中长隧道两种条件下的压力瞬变和车内压力波动的特性是不同的。为考察我国采用单一时间间隔内最大压力变化量研判司乘人员耳感舒适性的适用性，有必要研究高速列车通过特长隧道时车内压力波动特点。基于一维可压缩不等熵非定常流动模型的广义黎曼变量特征线法和我国隧道断面参数特点，研究单车通过简单结构特长复线隧道内时的压力波特性，归纳隧道长度、列车速度和气密指数对车内压力变化的影响特性，分析隧道长度下不同时间间隔的最大压力变化量的最大值变化趋势，获得特长隧道下车内压力变化规律及特殊性问题。参照欧洲压力舒适性标准，分析耳感不适问题的特征，得出在特长隧道条件下采用多时间间隔压力变化阈值评价耳感舒适性问题的必要性。

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可变解耦膜刚度半主动液阻悬置研究

范让林, 张祥龙

机械工程学报. 2015, 51(14): 108-114. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.108

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分析一种新型的可变解耦膜刚度半主动液阻悬置的基本结构，测试其动特性。基于工程流体力学相关理论，建立与结构几何相关联，既能分析外特性、又能分析内特性的非线性集总参数模型。基于储能动刚度不动点的参数识别方法，对其空气室封闭与接通大气两种状态下的上液室体积刚度和橡胶主簧等效泵液活塞面积进行参数识别，结果表明两种状态因解耦膜刚度不同而显著改变上液室体积刚度。对所建模型进行动特性分析，经与试验结果对比，二者吻合良好，验证了模型的合理性和参数的正确性。在此基础上，建立单质量-半主动液阻悬置的隔振系统模型，对低频、高频及冲击等典型工况进行隔振性能仿真，基于力传递率探讨典型工况下系统的隔振性能，提出可变解耦膜刚度半主动液阻悬置的控制方式，对半主动液阻悬置的开发以及汽车动力总成的隔振降噪具有指导意义。

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轮径差对机车惰行和电制动轮轨作用的影响

马卫华, 邹瑞明, 罗世辉

机械工程学报. 2015, 51(14): 115-121. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.115

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在分析轮径差类型的基础上，探讨轮径差对轮对受力状态和运动形态的影响。建立八轴重载机车+详细C80型运煤专用敞车+简化C80型运煤专用敞车的列车模型，仿真分析机车在惰行和电制动工况下，不同类型轮径差对轮轨相互作用的影响。结果表明，轮径差会改变轮对的运动形态，从而引起轮轨相互作用的变化，加剧轮轨之间的磨耗；由于摇头角会引起轮对的横向蠕滑，因此反相轮径差对轮轨横向力和轮轨磨耗的影响要大于同相轮径差；电制动工况相对惰行工况而言，横向蠕滑力有所减小，因此电制动工况下轮径差对轮轨横向力的影响要小于惰行工况，并且轮轴横向力相对惰行工况总体也有所减小；由于制动力会降低轮对对左右轮滚动圆半径的调整能力，因此电制动工况下的稳态轮径差要大于惰行工况下的稳态轮径差，轮轨磨耗也要远大于惰行工况，在电制动工况下，轮径差还会引发轮对偏磨的出现，进一步加大轮径差。

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油液含气量对液压机械换段性能的影响

杨树军, 焦晓娟, 鲍永, 王文锋, 丁健

机械工程学报. 2015, 51(14): 122-130. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.122

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研究油液含气量对液压机械无级传动换段过程中动态性能的影响规律。开展油液体积模量的理论分析，进行油液不同含气量时体积模量的试验研究，将理论曲线与试验曲线进行比较，结果表明，油液正割体积模量理论值和试验值基本一致，其数学模型可用于液压机械闭式液压回路换段过程仿真分析。采用将液压机械闭式液压回路等效为双作用液压缸系统的方法，建立液压机械无级传动闭式液压回路换段过程数学模型，并在Matlab/Simulink中进行仿真分析。结果表明，油液含气量越大，体积模量越小，换段时定排量液压元件转速波动越大，换段品质降低；控制变排量液压元件排量变化和延长负载反向时间，可以有效减小换段中液压回路压力和定排量液压元件转速波动。

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轮胎胎体轮廓设计对侧偏刚度的影响研究

王国林, 任洁雨, 杨建, 梁晨, 周海超

机械工程学报. 2015, 51(14): 131-137. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.131

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以某205/55R16型轿车子午线轮胎为研究对象，利用ABAQUS建立计及复杂花纹的轮胎稳态侧偏滚动3D有限元分析模型，并通过侧偏特性转鼓试验验证仿真模型的可靠性。为研究胎体轮廓设计对轮胎侧偏刚度的影响，以胎体弦平衡轮廓理论为基础，提出带束层压力分担率简化为梯形的修正胎体弦平衡轮廓理论，编制轮廓计算程序。结合仿真模型，从接地特性和侧偏刚度的角度与现行设计轮胎作对比分析；进而设计出不同带束层压力分担率的胎体轮廓，仿真研究不同带束层压力分担率下胎体轮廓设计对轮胎侧偏刚度的影响。结果表明，应用胎体弦平衡轮廓修正理论设计的轮胎接地面积略有增大，接地压力偏度值下降；接地特性的改善使轮胎的侧偏刚度得到提升，有利于轮胎的操纵性能；不同带束层压力分担率的胎体轮廓对轮胎的侧偏刚度具有一定的影响。

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碟式太阳能光热系统光-机-热多场耦合建模及其聚光性能预测应用

颜健, 彭佑多, 余佳焕, 王旻晖

机械工程学报. 2015, 51(14): 138-151. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.138

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针对碟式光热系统中机械位移场对吸热腔能流分布的影响，提出以光-机-热多场耦合角度建立热腔能流分布数学模型。分析系统光机热多场耦合机制，确定不同位移场模式对聚光器的影响尺度。基于镜面单元的刚体假设，提出将宏观机械位移场(安装误差、跟踪误差和机架承载位移)作用等效为镜面单元的刚体系列运动，推导宏观机械位移场对镜面单元内任意点位置的影响矩阵，并引入面形误差得到了镜面各点法线矢量的影响矩阵。考虑机架承载后镜面单元与吸热器的空间位移协调性，基于光线跟踪方法，建立光能传输与腔式吸热器能流分布的光-机-热多场耦合数学模型。在Matlab 7.0平台编制能流分布求解及数据接口程序，融合Fluent 6.3和ANSYS 12.0搭建了聚光性能预测的仿真平台。并针对光线与热腔求交效率低，提出采用包围盒实现快速碰撞检测，且以多段锥曲面拟合并替代高次热管曲面的方法进一步加速求交计算。以在研的38 kW级碟式系统为实例，基于搭建的仿真平台开展典型风载工况与跟踪误差对热腔能流分布的影响，对仿真平台进行验证，为后续碟式机架面向聚光性能的综合优化提供理论基础。

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驱动风机电动机温度场非均布热源耦合研究

陈卫杰, 丁树业, 苗立杰

机械工程学报. 2015, 51(14): 152-159. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.152

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风机驱动电动机由于工作环境和频繁启停的工作要求，常由变频器控制，其运行中谐波含量大，发热严重。为研究其温升分布规律，以一台4 500 kW电动机为例，基于电磁学及传热学理论，建立三维半域通风冷却物理模型。应用有限元法，对额定工况下电动机内电磁场进行仿真计算，把非均布的损耗分布以热源形式映射到温度场中，通过电磁场与温度场双向耦合，准确计算电动机各部分的温升分布。此外，为更具对比性，对同种工况下体积均布热源的方法进行仿真计算，通过与试验结果的对比分析，验证双向耦合的方法较均布热源的方法更接近真实值，表明双向耦合的方法更具科学性。

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微通道中弹性颗粒所受惯性升力特性的数值研究

王企鲲, 王浩

机械工程学报. 2015, 51(14): 160-166. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.160

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建立一个简单模型以描述球状颗粒弹性变形特征，并根据“运动相对性原理”，提出一种描述弹性颗粒准定常运动的数值计算方法，据此研究在方形截面微通道层流场中，弹性球状颗粒所受惯性升力的空间分布特征，揭示了颗粒的弹性变形对惯性升力的影响特点。研究结果表明：弹性颗粒在低Re数通道内运动时，仍存在稳定的横向聚集位置。与对应刚性颗粒相比，弹性颗粒的聚集位置更靠近通道中心，且随颗粒弹性的增加，其聚集位置会向通道中心偏移；弹性颗粒所受惯性升力的空间分布特征与刚性颗粒相似，但颗粒弹性变形会额外产生一个附加升力。这个附加升力的方向始终指向通道中心且随弹性颗粒变形幅度的增加而增大；弹性颗粒所受的惯性升力由“切应力分量”与“压力分量”构成，然而后者是诱发弹性颗粒产生惯性聚集运动的力学成因。

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模糊数据下基于连续时间贝叶斯网络的整流回馈系统可靠性建模与评估

王晓明, 李彦锋, 李爱峰, 米金华, 黄洪钟

机械工程学报. 2015, 51(14): 167-174. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.167

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动态故障树分析方法以故障树的直观表达形式来对系统建模，以马尔科夫方法来求解模型，同时具有故障树方法与马尔科夫方法的优点，这使其得到广泛的运用。贝叶斯网络模型在不确定性的表达、量化和推理方面具有较强的处理能力。整流回馈系统作为大型矿用挖掘机电气控制系统的重要组成部分，其工作可靠性对整个挖掘机系统的正常工作及各个动作的顺利执行具有重要的影响。考虑到该系统内部采用了大量冗余结构，采用基于连续时间贝叶斯网络的建模及分析方法对其动态特性进行动态故障树建模与评估。另一方面，考虑到这种大型复杂系统样本数量少、难以进行失效参数的精确估计等，采用模糊数来表征其基本失效率参数。通过对整流回馈系统的可靠性建模及分析验证了本方法的可行性。

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求解柔性作业车间调度问题的两级邻域搜索混合算法

赵诗奎

机械工程学报. 2015, 51(14): 175-184. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.175

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针对柔性作业车间调度问题(Flexible job shop scheduling problem，FJSP)，以优化最大完工时间为目标，提出一种融合两级邻域搜索和遗传算法的混合算法。基于通过利用机器空闲时间来减小最大完工时间的想法，构造邻域结构，对关键路径上的关键工序进行移动，实现邻域搜索，以改进当前解；设计针对FJSP问题特点的两级邻域搜索方式，第一级邻域搜索为跨机器移动工序，将工序移动到除当前加工机器之外的其他可选机器上，第二级邻域搜索为同机器移动工序，将工序在当前加工机器上进行移动；给出两级邻域搜索相应的保证可行解工序移动条件；兼顾FJSP问题求解算法的全局搜索能力和局部搜索能力，利用遗传算法实现全局搜索，两级邻域搜索实现局部搜索；采用国际通用的FJSP问题基准算例进行测试，验证了所提方法的有效性。

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变截面涡旋压缩机数学模型及试验研究

彭斌, 孙迎

机械工程学报. 2015, 51(14): 185-191. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.185

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为详细研究变截面涡旋压缩机的性能特点，提出一种圆渐开线、高次曲线和圆弧组合的变截面型线，根据几何模型得到工作腔容积的变化情况。基于能量和质量守恒，充分考虑工作过程中的吸气加热、轴向和径向泄漏、工质与涡旋齿和涡旋盘的传热，构建变截面涡旋压缩机的整体数学模型，通过对数学模型的求解，详细分析实际气体在工作过程中温度、压力和质量随曲轴转角的变化规律。采用研制开发的变截面空气涡旋压缩机建立测试平台，并将模拟计算得到的排气温度、质量流量和轴功率与试验数据进行对比，结果表明，构建的数学模型能够准确描述变截面涡旋压缩机的吸气、压缩及排气全过程，该研究为定量化分析、优化及提升变截面涡旋压缩机的性能提供了有利工具。

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基于多目标遗传算法的风力机叶片全局优化设计

杨阳, 李春, 缪维跑, 叶舟

机械工程学报. 2015, 51(14): 192-198. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.192

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风力机叶片设计的目标多样性使得传统单一目标设计方法无法满足设计要求，大型风力机的高发电量与大负载之间的矛盾必须得到平衡。为此，以年发电量最大和叶片质量最轻为优化设计目标，通过多目标遗传算法设计5 MW大型风力机叶片，得到Pareto分布优化解集。与美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory, NREL)设计的5 MW风力机叶片比较，结果表明，Pareto优化解集均一定程度优于参考叶片，年发电量最大提高量为3.3%，最大质量减少量为8.7%，其中优化设计叶片2在质量降低3.8%的基础上，提高了3%的年发电量，达到了优化设计的目的。优化设计叶片额定风况下推力系数和叶根弯矩均更小，最大功率系数更大。变风况下功率特性与参考叶片相差不大，低风速下设计叶片输出功率略高，推力系数更小。

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基于微流体的微粒捕获与移动

张勤, 徐晨影, 黄维军, 青山尚之

机械工程学报. 2015, 51(14): 199-205. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.199

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微粒的捕获与移动广泛应用在生物工程、医药、微装配、化学分析、材料性能评定等各个领域。基于微流体提出一种新型微粒捕获与移动方法：通过对向放置在微粒两端的微管，向微粒喷射流体，形成流场；利用流场在微粒表面形成的压力包容面来捕获﹑挟持微粒，实现微粒的捕获与移动。以微米级微粒为例，详细分析微粒捕获与移动原理，通过仿真讨论颗粒捕获和把持的流场条件，解析微流体捕获、移动颗粒的动态过程，并通过试验证明建立模型的正确性和提出方法的可行性。研究和试验结果表明，通过两支微管对向喷射流体可以捕获和移动微粒。根据微粒的大小，溶液的黏度等参数，合理匹配流场参数，提出的方法可以捕获和移动任意尺寸的微粒，并可以使其按照微管移动方向，控制微粒做定向、定量运动，实现无接触地微粒的位置控制。

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基于多流管算法Φ型风轮性能改善研究

赵振宙, 陈景茹, 王同光, 李涛, 陈潘浩, 郑源

机械工程学报. 2015, 51(14): 206-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.14.206

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Φ型风轮的叶片旋转一周，力矩随方位角呈波浪形波动，两个方位角区域的力矩极小，表现为制动力矩，严重影响风轮的整体性能。提出采用干扰气流来改善极低力矩区域叶片周围流场，进而提高Φ型立轴风轮气动性能的新方法。基于多流管模型分析两叶片和三叶片两种风轮，在干扰气流影响下赤道半径R、0.75R和0.55R高度叶片叶素的气动攻角，风能利用系数的分布规律。研究结果证明干扰气流较高地提高了极小力矩区域叶片不同高度叶素的气动攻角，产生了新的攻角极大值；在最佳尖速比下风能利用系数最大提高了10%左右。证明了干扰气流对风轮气动性能改善的有效性，为立轴风轮的优化设计和应用提供一种新思路。多流管模型计算结果与文献试验数据比较，两者吻合良好，证明计算结果具有一定的精度。

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2015年, 第51卷, 第14期　
刊出日期：2015-07-20

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