机械工程学报

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李志渤,黄强先,史科迪,韩彬,余惠娟

机械工程学报. 2015, 51(2): 1-6. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.001

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微纳米三坐标测量机(Coordinate measuring machining, CMM)是目前微纳米三维测量领域的一个研究热点，针对微纳米CMM中三维纳米测头的研究瓶颈，提出一种与现有机械接触式测头和光学非接触式测头工作原理完全不同的、可达到纳米/亚纳米量级触发分辨力的新型谐振测头。利用聚偏氟乙烯(Poly vinylidene fluoride, PVDF)薄膜的压电特性和其谐振参数对微小作用力的高敏感性，PVDF薄膜与一体式光纤微测杆测球相结合构建成了基于PVDF薄膜的三维纳米谐振触发测头。该测头在z向以轻敲模式接触，在x、y向以摩擦模式接触。经过试验验证，由该测头与三维纳米定位平台、数据处理及反馈控制系统相结合构建成的三维谐振纳米触发定位系统在x、y、z三个方向的触发分辨力都达到了亚纳米量级，分别为0.12 nm、0.10 nm、0.12 nm；三维重复性误差分别为26 nm、36 nm、10 nm。试验结果证实了新型三维谐振测头及其系统的有效性。

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一种铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的超声快速检测方法

王常玺,刚铁,于朋,冯伟,王龙

机械工程学报. 2015, 51(2): 7-13. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.007

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搅拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)薄板检测历来是一个难点，现在应用于薄板焊缝检测的方法多采用横波入射法及超声相控阵扇形扫查等，但这些方法都难以实现长直焊缝的快速检测与缺陷成像。采用超声相控阵C扫描直接从焊缝表面对焊缝内部缺陷进行C扫描，研究该技术对不同厚度薄板隧道型及未熔合缺陷的探测能力，开发一套用于快速相控阵检测的机械装置，并分析FSW焊缝表面对C扫描成像的影响。试验结果证明，采用超声相控阵技术对5 mm以上厚度板中0.3 mm以上的侧孔及0.5 mm的平底孔具有良好的检测效果。

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低阶扭转模态电磁声阵列传感器研制及其在厚壁小径管中的试验研究

何存富, 胡跃刚, 焦敬品, 吴超, 苏德瑞, 马延会

机械工程学报. 2015, 51(2): 14-20. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.014

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管道检测是发电厂热力设备安全的重要问题，由于高温以及检测区域的限制，常规无损检测方法很难满足电站管道检测要求。低阶扭转T(0,1)模态导波，由于其非频散特性，对管道缺陷大范围检测十分有效。为在管道中实现非接触激励T(0,1)模态，设计并研制了一种电磁声阵列传感器。利用所研制的电磁声阵列传感器，实现了厚壁小径管中T(0,1)模态激励和接收。通过优化电磁声阵列传感器各元件间不同连接方式可知，当各元件并联连接时，不仅提高了所激励信号的能量，还抑制了其它模态产生。同时测试了电磁声阵列传感器的频率特性，并对有周向人工缺陷的样管进行检测。试验结果表明，该电磁声阵列传感器可以实现对样管中周向缺陷的检测与准确定位，为在管道中激励接收T(0,1)模态并实现非接触检测缺陷奠定了基础。

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考虑材料夹杂的接触问题数值分析

张生光,王文中,赵自强,孔凌嘉

机械工程学报. 2015, 51(2): 21-29. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.021

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：金属在冶炼过程中产生的非金属夹杂物以及裂纹等缺陷在交变载荷作用下产生应力集中，形成疲劳源，使部分材料与基体材料脱离产生裂纹，影响材料的疲劳寿命。基于半解析法(Semi-analytical method，SAM)，将计算区域离散为若干个微立方体单元，每个夹杂可由不同数量的微立方体单元构成。根据等效夹杂方法(Equivalent inclusion method，EIM)，每个单元夹杂均具有一个未知的等效特征应变，通过求解应力-应变本构方程组得到。接触压力通过共轭梯度法求解，进而得到表面残余变形和表层下应力分布等。采用二维和三维快速傅里叶变换(Fast Fourier transform，FFT)算法快速求解变形、特征应力等变量。结果表明，算法稳定，收敛性好;材料夹杂对接触压力和表层应力分布有显著影响;处于接触表面附近的大尺寸夹杂对材料性能影响最大。基于本模型可模拟任意形状和分布的夹杂的影响。

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基于有限元的400 MN大型模锻压力机温度场分析

何文斌,曾攀,张磊,赵加清,杜泓飞,许月杰

机械工程学报. 2015, 51(2): 30-36. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.030

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模锻件热传导和辐射会造成钢丝缠绕模锻压机机架和动梁温度升高，使钢丝层蠕变加剧、预应力损失，液压介质性能下降，温度场分析至关重要。运用ABAQUS对400 MN模锻压力机进行稳态和瞬态温度场有限元分析，研究顶出缸、动梁钢丝层、机架钢丝层等部位温度场分布特征。结果表明，模具工作温度300 ℃时，48 h钢丝层温度不大于75 ℃，满足设计要求，8.4 h顶出缸油温大于70 ℃，超出设计允许值。鉴于改善散热条件无法有效降低油温，提出缸底、端部加隔热垫片(A)和模具、上模座间加隔热垫片(B)两种结构改进方案，经模拟验证，方案B效果佳，48 h顶出缸油温低于70 ℃，满足设计要求。有限元分析结果与温度场测量结果基本吻合验证了模型的合理性，温度场分析为压力机结构设计及锻造工艺制定提供有益参考。

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TP347H的高温蠕变-疲劳交互规律研究

饶思贤,彭辉,周煜,潘紫微,岑豫皖

机械工程学报. 2015, 51(2): 37-42. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.037

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对TP347H不锈钢进在550 ℃下纯疲劳及550 ℃下的蠕变-疲劳交互下的微观组织演化及疲劳寿命变化进行研究。断口的扫描电镜形貌表明在蠕变-疲劳交互下存在高温动态回复，使得蠕变-疲劳断口未形成二次裂纹与解理面，而在纯疲劳下存在较多二次裂纹与解理面;透射电镜形貌表明在蠕变疲劳交互下金属内部局部会形成清晰的位错墙和位错胞结构，错增殖密度相对于纯疲劳也大大降低，此时材料的循环软化特征明显，因此蠕变-疲劳交互会导致材料的疲劳寿命显著降低。对不同应变幅下TP347H的蠕变-疲劳寿命试验证明不同应变幅下TP347不锈钢的蠕变-疲劳循环寿命相对于纯疲劳条件下都有降低，降低的程度随应变幅的增加而增大。

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基于材料流动轨迹的搅拌摩擦焊接晶粒及焊接区大小预测模型

张昭,吴奇

机械工程学报. 2015, 51(2): 43-48. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.043

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通过热力耦合模型模拟搅拌摩擦焊接过程中的材料行为，并基于材料的运动轨迹区分焊接区域中的搅拌区和热力影响区。给出热力影响区和搅拌区边界处流动轨迹上的真实应变率和温度历史曲线，进一步计算Zener-Holloman参数和搅拌区内的晶粒大小，通过与已有文献的对比验证计算结果的准确性。结果显示尽管应变率分布不均匀，均匀分布的温度使lgZ在搅拌区内均匀分布，这说明温度对搅拌区内晶粒大小变化的影响较应变率更为明显。绕针运动的物质点的应变率明显高于其他运动轨迹上的物质点的应变率，可以达到22 s–1。通过对不同材料流动行为的跟踪可以确定搅拌区和热力影响区的边界。搅拌区晶粒随搅拌头轴肩的增大而增大，且搅拌区尺寸随搅拌头轴肩的增大而增大。较小的搅拌头会使搅拌区的区域变小。

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薄带钢拉矫机浪形矫平过程机理建模及有限元验证

张清东,周岁,张晓峰,张勃洋

机械工程学报. 2015, 51(2): 49-57. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.049

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采用弹塑性力学分析方法，针对拉伸弯曲矫直机用于对具有初始位移缺陷(瓢曲浪形)薄带钢的浪形矫平过程进行机理建模，推导建立以带钢规格材质及初始浪形参数、拉矫工艺参数和拉矫机相关设备参数为自变量的拉矫变形过程浪形矫平功效的解析预测模型。通过定义拉矫过程中带钢宽向进入塑性变形的屈服区域边界位置作为中间变量，以及依次分别建立各项输入条件与屈服位置的关系、屈服位置与工艺条件的关系，建立浪形矫平预测模型的多变量微分方程组。为了验证该机理模型的正确性，分析初始浪形、材料强度、带钢尺寸等初始条件以及弯曲辊半径、拉矫张力等工艺条件对拉矫机对于带钢浪形的矫平改善能力的影响，并应用ABAQUS软件另行建立同样条件下薄带钢拉弯矫直过程的有限元模型，经计算并对比计算结果，两种方法的结果吻合良好。

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多孔Cu-Ni-Al合金的高温压缩变形行为及本构关系

李微,梁慧,陈荐,杨嘉伟,李贤泽

机械工程学报. 2015, 51(2): 58-64. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.058

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采用雾化法制备Cu-Ni-Al粉末，对其进行真空热压烧结制取多孔Cu-Ni-Al合金，研究该材料的微观组织、高温压缩变形行为及其影响因素，分析压缩变形机理。结果表明，多孔Cu合金的抗压强度、弹性模量以及屈服强度随着变形温度的增加、应变速率的减小而减小;多孔Cu合金的压缩变形过程分为初始的线性弹性变形、孔壁的塑性变形、弯曲或断裂的屈服平台区以及孔洞密实化后的塑性变形三个阶段;在高温压缩变形过程中，多孔Cu合金容易在孔洞比较集中，孔壁较薄的地带出现应力集中，发生变形。采用回归分析方法建立多孔Cu合金的高温压缩变形本构方程，得出的计算曲线与试验曲线在压缩变形的第一、二阶段非常吻合，在第三阶段，计算曲线稍微高于试验曲线，分析原因认为可能是多孔Cu合金中的孔隙分布不均有关。

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恒进给旋转摩擦条件下金属力学参量周期响应行为

张雪超,熊江涛,李京龙,李鹏, 钱锦文,张赋升

机械工程学报. 2015, 51(2): 65-70. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.065

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为了揭示搅拌摩擦焊过程中搅拌针周围金属在恒速前进下转矩、压力的响应行为，设计薄壁管状铝合金在恒速旋转和恒速下压加载下的模拟试验。研究发现转矩和压力呈周期性变化，且周期与旋转周期一致。通过计算得出滑动摩擦功率大于黏着摩擦功率并大于实际平均产热功率。进而阐明产生周期性的原因在于滑动摩擦功率大于黏着摩擦功率，可以快速积累热量使材料软化，此时压力、转矩最小;但黏着摩擦状态下材料产热效率低，因此塑性流动层金属被挤出，旋转头接触弹性层金属，此时压力、转矩最大，产热增加，使摩擦界面快速产热、材料软化甚至达到黏着，如此周而复始产生周期性。

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煤矸石空心球多孔材料的制备及性能研究

吕瑞芳,苏振国,刘炜,杨金龙

机械工程学报. 2015, 51(2): 71-77. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.071

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以煤矸石空心球和玻璃粉为主要原料，加入发泡剂碳酸钙(CaCO3)及其他辅助添加剂，采用化学发泡法，经低温烧结成功制备煤矸石空心球多孔陶瓷材料，并对其性能进行研究。结果表明，随着烧结温度的升高，样品的表观密度明显下降，当烧结温度为670 ℃时所制备样品的表观密度已降低为190 kg/m3;多孔陶瓷材料的孔径随着烧结温度升高逐渐增大，样品的平均体积吸水率呈现先降低后小幅度升高的变化趋势;同时，表观密度对热导率影响很大，当试样表观密度为520 kg/m3时，其热导率为0.103 W/(m•K)，随着试样表观密度的降低，其热导率呈明显的下降趋势，试样表观密度减小到190 kg/m3时，其热导率降至0.037 W/(m•K);以煤矸石为原料制得性能优异的多孔材料，为煤矸石的综合利用开辟了一个新的途径，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。

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基于有限元法的黏弹性材料动态力学参数测量方法

陶猛

机械工程学报. 2015, 51(2): 78-83. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.078

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提出一种通过测量黏弹性空腔覆盖层反射系数，结合有限元法计算黏弹性材料动态力学参数的方法。分别测量黏弹性空腔覆盖层在两种不同背衬条件下的反射系数，并根据黏弹性空腔覆盖层反射系数的有限元计算模型，建立求解黏弹性材料动态力学参数的二元方程组。利用二元非线性方程组求根的牛顿迭代法，求解方程组可以获得黏弹性材料的复纵波声速和复剪切波声速，进而计算复弹性模量和复泊松比等其他黏弹性动态力学参数。在水声声管中采用双水听器法测量某种聚氨酯材料样品的反射系数，获得了黏弹性材料的动态力学参数，并讨论试验误差对结果的影响：当双水听器的幅值不一致时，对复弹性模量和复泊松比实部的影响较大;当双水听器的相位不一致时，主要影响复弹性模量和复泊松比实部的损耗因子。

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金属橡胶非成形方向迟滞特性力学模型研究

曹凤利,白鸿柏,李冬伟,路纯红,李国璋

机械工程学报. 2015, 51(2): 84-89. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.084

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金属橡胶是一种各向异性材料，其非成形方向与成形方向的力学特性存在显著不同。依据金属橡胶非成形方向变形的主要特征，对金属丝螺旋卷的空间位形、接触模式进行分析，揭示金属橡胶非成形方向变形的细观物理机制。结合螺旋卷的弹性变形特征和金属橡胶内部摩擦力接触点分布规律，建立金属橡胶非成形方向的力学模型，实现不同预变形下金属橡胶加载和卸载过程迟滞力学特性的预测。该模型包含金属丝直径和弹性模量、螺旋卷直径、材料相对密度等基本的材料结构参数，从理论上解释金属橡胶非成形方向的弹性特性和多点接触的干摩擦特性产生的机理。通过不同相对密度的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证，发现理论计算和试验结果有较好的一致性，为分析和预测金属橡胶非成形方向的刚度和阻尼提供理论依据。

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无级变速器金属带滑移特性试验研究

张飞铁, 周云山, 薛殿伦, 蔡源春, 张军

机械工程学报. 2015, 51(2): 90-95. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.090

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为提高金属带摩擦传动的效率，改善搭载无级变速器的车辆的燃油经济性，研究金属带的滑移特性。搭建金属带滑移特性试验台架，通过台架试验，研究不同速比、不同夹紧力与不同主动轮转速三种工况下滑移率与摩擦因数关系的滑移特性，试验结果表明在滑移率的前段区间，摩擦因数随滑移率增加而快速增加，在滑移率的后段区间，摩擦因数保持稳定并有减小的趋势;速比对滑移特性影响明显，同一滑移率，速比越小，摩擦因数越大;夹紧力与主动轮转速对滑移特性的影响可以忽略。根据滑移特性的试验结果，提出目标滑移区域的定义——滑移效率限制区域(Slip efficiency limit region, SELR)与滑移磨损限制区域(Slip abrasion limit region, SALR)。为高效率的夹紧力控制算法的开发提供依据，为提高金属带的传动效率找到了一种新方法。

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基于核主元约简与半监督核模糊聚类的车辆行驶工况判别

张袅娜, 丁海涛, 于海芳, 刘姝阳

机械工程学报. 2015, 51(2): 96-102. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.096

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为有效利用汽车行驶工况中与类别属性间的统计特征，提高汽车行驶工况判别的准确性与快速性，首先选择车速和踏板信号的数据信息构建特征集，利用相关性分析和核主元分析对特征集中能敏感反映工况类别的特征数据信息进行二次特征提取，按累计贡献率大于90%的标准进行主要特征量的选择,实现输入变量的二次约简;利用小波核函数的非线性映射能力构建半监督核模糊C均值聚类方法进行车辆行驶工况的判别。通过长春某混合动力公交车试验结果表明，该方法更全面准确地反映了工况特性，有效降低了输入特征参数的维数，更加准确有效地提取了不同工况条件下汽车行驶状态的数据特征，通过半监督核模糊C均值聚类算法中加入少量的训练样本来引导聚类过程，聚类精度可达到98.75%。

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基于广义成形理论的覆盖件皱曲数值分析方法

张健伟,胡平,许言午,张向奎

机械工程学报. 2015, 51(2): 103-109. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.103

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基于广义成形理论，在有限元环境下，以增量算法仿真结果为数据源，提出一种针对汽车覆盖件成形中出现皱曲缺陷的仿真分析方法。该方法对皱曲严重程度进行量化评估，通过分析应变路径和观测参考线应变分布情况，获悉到皱曲关注区在冲压成形过程中的应力情况、成形特点以及皱曲特征，并可提供金属流动调节参考方向以及调节参考量，考虑破裂缺陷区对皱曲缺陷区的调节干涉影响，经干涉分析，对皱曲缺陷调节参考量进行修正，提高其鲁棒性，参照金属流动调节量修改仿真工艺参数，从而消除皱曲缺陷。以某车前翼子板为例，应用该方法分析仿真成形中出现的皱曲缺陷以及受破裂缺陷影响的调节干涉问题，其分析结果验证了该方法的有效性和可行性。

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减速制动时机械式自动变速器车辆换档控制策略

朱敏, 刘海鸥, 王尔烈, 陈慧岩

机械工程学报. 2015, 51(2): 110-116. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.110

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将制动工况分为普通制动、紧急制动和惯性制动三种，研究不同制动工况下手动变速器(Manual transmission, MT)车辆优秀驾驶员的操控特点。将普通制动工况和紧急制动工况归为减速制动这一类情况对机械式自动变速器(Automated mechanical transmission, AMT)车辆进行研究。结合某重型越野车辆的车辆参数和试验数据，分析位置式电控柴油机的特性，提出油门关闭时其发动机转速存在一个固有转速下降率的概念，指出由于外界的原因来延缓或加快这一变化率时，发动机都将产生阻碍这一运动趋势的转矩。在对制动过程中传动系统动力学模型进行详细分析的基础上，讨论不同制动工况下发动机的作用。根据发动机转速及其下降率、变速器输出轴转速及其下降率，结合当前档位、离合器状态以及制动信号来识别普通制动和紧急制动，制定减速制动时AMT车辆换档控制策略，通过实车道路试验进行验证。

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汽车模具凸曲面精加工极限切削深度预测

刘献礼, 马晶, 岳彩旭, 刘飞, 仲昭楠

机械工程学报. 2015, 51(2): 117-126. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.117

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汽车覆盖件模具因硬度较高、精加工余量较小，导致模具精加工中经常出现由于余量选择不当而造成刀具与工件之间产生滑擦，使得模具精加工后出现多处区域加工不到的现象，此现象在凸曲面加工中尤为常见，严重影响汽车覆盖件模具的合模精度，增加了后期人工修磨时间。针对汽车模具凸曲面精加工中刀具与工件之间的滑擦现象，提供一种确定工件材料最小切削厚度的试验方法，确定淬硬钢Cr12MoV材料不同切削速度下最小切削厚度值，在此基础上，通过理论分析，建立考虑刀具变形因素的模具钢凸曲面加工极限切削深度预测模型，并通过模具钢凸曲面铣削试验验证所建立模型的准确性。该模型的建立为模具精加工余量的选取提供一个最小值，精加工余量的选取应大于该最小值，以确保刀具与工件之间能够正常切削，提高模具的加工质量及合模精度，最终为汽车覆盖件模具高品质加工工艺参数的选取提供理论依据及技术指导。

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采用非线性量子比特的形态滤波及其应用

陈彦龙,张培林,李兵,李胜

机械工程学报. 2015, 51(2): 127-134. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.127

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针对数学形态学结构元素无法动态调整尺寸的问题，结合量子理论提出一种基于非线性量子比特的形态滤波方法，提升形态学的机械振动信号处理效果。分析机械信号与量子理论结合的可行性，并在此基础上构建机械振动信号的峰值波谷的量子表达形式;结合振动信号的最大值和最小值，通过数学分析提出非线性量子比特的表达式，用于表达振动信号的瞬时状态;根据振动信号邻域的关联性，分析振动信号的局部特点，建立振动信号的三量子位系统;根据机械振动信号的峰值波谷的量子表达形式，在三量子位系统的框架内，提出机械振动信号在量子概率特征下的结构元素尺寸收缩算子，并基于尺寸收缩算子实现结构元素长度的自适应调整。运用轴承故障信号进行分析，结果表明，该方法能够比传统方法更加有效地提取出故障脉冲信息。

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基于近似极小值原理的插电式混合动力汽车实时控制策略

秦大同,曾育平,苏岭,詹森

机械工程学报. 2015, 51(2): 134-140. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.134

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将发动机的瞬时油耗拟合成由一次函数和二次函数组成的分段函数形式，将电池瞬时等效油耗拟合成由两个二次函数组成的分段函数形式，在此基础上，通过对Hamilton函数的分析，提出通过简化最优控制变量搜索空间来缩短寻优时间的近似极小值原理实时控制策略，并将该策略的等效油耗优化效果和计算时间分别与基于规则的CD-CS模式控制策略和基于极小值原理的最优控制策略进行对比。结果表明，上述提出的实时控制策略在等效油耗优化效果方面接近基于极小值原理的最优控制策略，而明显优于基于规则的CD-CS模式控制策略，在计算时间方面接近基于规则的CD-CS模式控制策略，而明显短于基于极小值原理的最优控制策略。

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浅水域探测型无人水下航行器波浪能发电系统设计

丁文俊, 宋保维, 毛昭勇, 赵晓哲

机械工程学报. 2015, 51(2): 141-147. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.141

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为了实现浅水域探测型无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle, UUV)探测设备水下长时间工作，提出波浪能发电系统，可以将近水面的波浪能收集转化为电能。详细叙述永磁发电机的原理结构及设计参数;根据Lagrange方程建立系统的数学模型;采用Runge-Kutta方法求解简化的运动方程，研究不同海况条件下对发电性能的影响。研究结果表明提出的波浪能发电系统是合理可行的，在一般海况下，能够满足探测设备的能源需求。同时表明频率与幅度以及耦合横摇对发电性能影响比较大，而耦合垂荡对其影响基本可以忽略。研究结果将为后期波浪能发电系统的工程试验提供一定的理论依据。

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基于集合经验模式分解的汽油机爆震特征提取

李宁,杨建国,周瑞

机械工程学报. 2015, 51(2): 148-154. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.148

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爆震特征提取是汽油机点火闭环控制的前提和基础。基于集合经验模式分解(Ensemble empirical mode decomposition， EEMD)，提出一种汽油机爆震特征提取方法。EEMD通过对信号加入有限幅度的高斯白噪声，利用高斯白噪声频率均匀分布的统计特性使信号在不同尺度上保持连续性，有效地抑制经验模式分解(Empirical mode decomposition, EMD)的模式混叠问题。研究了利用EEMD和EMD两种方法分别从汽油机缸内压力信号和缸盖振动信号中提取爆震特征的可行性和有效性。试验结果表明，对于缸内压力信号，EEMD和EMD均能提取出爆震特征;对于缸盖振动信号，EEMD可以提取出爆震特征，而EMD则由于模式混叠的影响，无法提取爆震特征。

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循环流化床反应器二氧化碳捕集研究

于广滨,陈巨辉,戴冰, 高德军

机械工程学报. 2015, 51(2): 155-160. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.155

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采用固体吸收剂对二氧化碳进行捕集是一种简单有效的方法。基于双流体模型，采用考虑颗粒聚团结构影响的能量最小多尺度曳力模型(Energy minimization multi-scale method, EMMS)计算气固相间曳力作用。以碳酸钾作为固体吸收剂，结合化学反应动力学理论，建立碳酸钾吸收二氧化碳过程的化学反应模型。以YI等的流化床试验台为模拟对象，对循环流化床二氧化碳吸收器内二氧化碳捕集过程进行模拟研究。模拟得到不同曳力模型对二氧化碳去除率的影响，发现采用EMMS曳力模型更接近试验数据。模拟给出颗粒体积分数、二氧化碳组分质量分数及固体温度分布特性。分析水蒸气质量分数、反应器高度以及操作压力对二氧化碳去除率的影响。结果表明，随着水蒸气质量分数及反应器高度的增加，二氧化碳去除率得到明显提高;而操作压力的增加使得二氧化碳的去除率有所降低。

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电液谐振疲劳试验新方法

白继平, 阮健

机械工程学报. 2015, 51(2): 161-168. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.161

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研究2D高频转阀控制液压缸实现谐振疲劳试验新方法。提出2D高频转阀控制单出杆液压缸谐振疲劳试验方案，2D高频转阀阀芯可以双自由度运动，阀芯旋转运动可以控制系统激振频率，阀芯轴向滑动可以控制系统输出载荷力幅值，液压缸无杆腔初始容积变化可以控制系统谐振频率。建立2D高频转阀、单出杆液压缸和阀控缸系统的数学模型，建立阀控缸系统的Simulink非线性仿真模型，仿真研究液压缸无杆腔定初始容积时阻尼对系统输出载荷力幅频特性、相频特性和系统流量的影响，及谐振工况时载荷力波形失真度和载荷力幅值控制方法。试验结果验证了电液谐振疲劳试验新方法的可行性。该方案能有效提高电液疲劳试验的谐振频率，拓展电液高频疲劳试验机在工程领域的应用范围。

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三维离心环境下的电液伺服阀特性分析

訚耀保,李长明,江金林

机械工程学报. 2015, 51(2): 169-177. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.169

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分析离心环境角速度矢与主阀芯轴向同面垂直、异面垂直及平行等三种典型空间姿态下的电液伺服阀基本特性。根据转动式牵连运动动力学理论，得到衔铁挡板组件、主阀芯的动力学特性以及三维离心环境下的电液伺服阀数学模型，分析离心环境对电液伺服阀衔铁、挡板以及主阀芯三处特征位移的影响。得到电液伺服阀耐加速度性能的布局措施，当主阀芯轴向与离心角速度矢平行布局时伺服阀耐加速度能力最强;当主阀芯轴向与离心角速度矢异面垂直布局时伺服阀耐加速度能力次之;当主阀芯轴向与离心角速度矢同面垂直布局时伺服阀耐加速度能力最差。采用某型电液伺服阀进行验证，根据控制电流为零时的空载流量求得主阀芯偏移量，得到其与离心加速度的数学关系。试验结果和理论结果相吻合。

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考虑剪切速率及温度影响的气油两相流本构方程

杨华蕊, 王晓力, 杜晋芳

机械工程学报. 2015, 51(2): 178-182. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.178

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针对目前关于气油两相流本构方程的研究仅限于极低剪切速率范围，且均没有考虑温度影响的现状，构建气油两相流的制备装置，提出基于图像分析的气油两相流含气率的测定方法，通过Physica MCR 101旋转式流变仪测试不同温度及含气率下较宽剪切速率范围内气油两相流的流变特性，考察剪切速率、温度及含气率对气油两相流流变特性的影响规律，给出适用于不同剪切速率及温度范围的CD15W/40润滑油气油两相流的黏度模型及本构方程。结果表明，在同一剪切速率下，气油两相流的剪切变稀性质随着温度的升高而减弱，随着含气率的增加而增强。气油两相流含气率对其黏度的影响与剪切速率有关，随着含气率的增加，气油两相流的黏度在较低剪切速率下增加，但在较高剪切速率下减小。

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基于殖民竞争算法的多约束双边装配线平衡

李大双, 张超勇, 邵新宇, 袁彪, 唐秋华

机械工程学报. 2015, 51(2): 183-189. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.183

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针对实际生产中双边装配线平衡问题(Two-sided assembly line balancing problem, TALBP) 所特有的操作方位约束、优先顺序约束、位置约束、区域约束、同步约束，介绍各个约束的特点及其对任务分配的要求，建立相应的数学模型。根据数学模型，设计相应的殖民竞争算法。在该算法中，对于不符合优先顺序约束的任务系列，提出二叉树调整方法，使任务分配仅在可行解空间内进行，提高了优化效率。将殖民竞争算法(Colonial competitive algorithm, CCA)的全局搜索能力与延迟接受爬山(Late acceptance hill-climbing, LAHC )算法的局部搜索能力有机结合，提出一种新型的混合殖民竞争算法，求解第 I 类平衡问题。通过多个算例测试验证了算法的有效性。

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考虑碳排放的闭环供应链收益波动规律分析

高举红, 侯丽婷, 王海燕, 韩红帅

机械工程学报. 2015, 51(2): 190-197. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.190

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在考虑碳排放因子和成本因子下，构建由单一制造商、零售商和第三方物流服务商组成的闭环供应链系统，按照回收质量等级和回收商回收处置能力提出三种回收处置情境，即分别由零售商回收、制造商回收和第三方回收构建成的再制造闭环供应链模式。采用Stackelberg博弈论，在分散决策下比较分析不同情境中排放因子对批发价格、零售价格、回收价格的影响，进而研究碳排放对闭环供应链收益波动规律的影响。结果表明，批发价格和零售价格不受回收价格影响，而回收价格则与回收替代性、排放因子直接相关。通过数值仿真，分析各种成本因子、碳排放因子及路径长度作用下不同回收模式的总利润和总碳排放波动规律，从而为核心企业和政府采取积极的减排策略提供依据。

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基于广义PI逆模型的超精密定位平台复合控制

田艳兵, 王涛,王美玲

机械工程学报. 2015, 51(2): 198-206. https://doi.org/10.3901/JME.2015.02.198

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为了提高超精密定位系统的定位精度和行程，设计一种新型的单级驱动气动伺服定位平台。以金属波纹管为执行机构，以气浮导轨支撑，研究无摩擦条件下的较大行程的精密控制。为减少建立PI模型时的算子数量，减小求逆过程的计算量，提高建模精度，改进基本迟滞算子，建立基于广义迟滞算子的广义PI模型，并对模型进行验证。给出广义PI模型的求解析逆方法。设计基于广义PI逆模型的复合控制方案，并进行试验研究。结果表明，基于广义逆模型的阶跃响应系统的定位精度达到30 nm，锯齿波和复频跟踪试验输入下，基于PI逆模型的跟踪精度平均误差为0.96 μm和0.63 μm，基于广义PI逆模型的跟踪精度平均误差为0.49 μm和0.45 μm。试验数据表明改进广义PI模型对于增加系统定位精度有效。

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2015年, 第51卷, 第2期　
刊出日期：2015-01-20

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