机械工程学报

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钱士才, 孙宇昕, 熊振华

机械工程学报. 2015, 51(20): 1-8. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.001

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为了检测车削过程中的颤振，提出一种颤振在线智能检测方法。使用最小二乘一类支持向量机，训练出描述特征矢量集的超球面，通过计算被测样本与超球面的距离来判断其是否颤振。基于相干准则和分块矩阵求逆，构造了在线稀疏结构的最小二乘一类支持向量机，将特征信息存储于特征库(字典)中，通过更新特征库实现检测模型的在线进化。在颤振检测的应用中，首先使用小波包分解，得到第三层节点能量的比例作为特征矢量，以离线数据构造特征矢量作为输入，训练得到初始检测模型以及特征库，在线检测中不断更新特征库，实现检测模型的在线进化。试验结果表明，在车削颤振识别中，在线进化的检测模型的识别效果更好，颤振预报准确率高达至99.04%，优于离线模型的预报准确率96.74%。

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一种基于射频识别技术的过程跟踪形式化图式推演建模方法及其生产应用研究

江平宇,孙培禄,丁凯,王闯

机械工程学报. 2015, 51(20): 9-17. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.009

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射频识别技术(Radio frequency identification, RFID)在制造过程跟踪中得到了广泛应用。目前RFID的应用研究仅适用于具体的场景，缺乏通用性的建模和形式化的描述方法。针对上述问题，提出一种基于RFID的过程跟踪形式化图式推演建模方法。通过对广义单工序活动进行多粒度分解，形成单工序作动时序单元模型；在此基础上，定义四种通用的RFID探测模式并建立图式状态block模型，构建图式描述的单工序RFID过程跟踪监控时序流；借助Gantt图分析广义单工序作动时序单元的“串联-并联-条件”连接，建立多工序RFID过程跟踪模型，为生产、物流、库存等的全过程跟踪提供依据。以机加工车间高价值刀具流转过程、Job-shop零件加工过程以及零件外协加工过程的跟踪三个应用场景为例，验证了该模型方法的可行性和通用性。

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基于三前馈APIOBPCS的供应链弹性与运作成本评估

许波桅,杨勇生,杨斌,李军军

机械工程学报. 2015, 51(20): 18-26. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.018

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为兼顾供应链系统的弹性和运作成本，提出三前馈自动渠道的、基于库存和定购的生产控制系统(Triple feed-forward automatic pipeline, inventory and order-based production control system, TFF-APIOBPCS)。在自动渠道的、基于库存和定购的生产控制系统模型中，增加一阶微分前馈环节，以部分抵消需求波动对库存的影响。在零稳态误差情况下针对生产控制系统的不同极点分布，分析一阶微分前馈环节的参数与供应链弹性的关系。综合考虑库存成本及生产调节成本，构造供应链系统的运作成本模型。通过阶跃需求、随机需求下的供应链系统仿真，评估一阶前馈环节参数对供应链弹性及运作成本的影响，验证三前馈自动渠道的、基于库存和定购的生产控制系统的有效性。结果表明，针对不同波动程度的需求，合理设置一阶微分前馈环节的参数，可以获得弹性与运作成本的良好均衡。

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求解随机Job Shop调度问题的混合分布估计算法

肖世昌,孙树栋,国欢,金梅,杨宏安

机械工程学报. 2015, 51(20): 27-35. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.027

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提出一种混合分布估计算法用于求解具有随机工时的Job shop调度问题。建立随机Job shop调度问题(Stochastic Job shop scheduling problem, SJSSP)数学模型并给出随机期望值模型的评价方法。为提高种群多样性，将(μ+λ)-进化策略(Evolutionary strategy, ES)的重组、变异过程引入分布估计算法(Estimation of distribution algorithm, EDA)，构造一种混合分布估计算法，ES-EDA。根据所采用的基于工序的编码方式，对父代工序继承率的概念进行了定义，并为重组过程设计基于父代工序继承率的个体重组方法，该方法不仅能使子代有效继承父代的优良特征，同时可避免非法解的产生。在标准算例FT06、FT10、FT20的基础上构造加工时间随机的3组算例，并选择文献中的5种算法作为混合分布估计算法的对比算法，仿真试验结果表明混合分布估计算法在优化性能方面具有明显优势。

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物联网驱动的“生产-物流”动态联动机制、系统及案例

屈挺,张凯,罗浩,王宗忠,贾东元,陈新,黄国全,李晓敏

机械工程学报. 2015, 51(20): 36-44. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.036

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最新的工业4.0 战略要求生产系统支持物联网环境下多单元间的自主交互与联动决策，实现系统整体的智能化优态运行。其中，生产与物流单元的实时协同是保证生产流程在充足的物料供给下稳步推进的重要前提。而如何实现物联网实时数据驱动下“决策-执行”层面间的纵向动态适应、又进而实现“生产-物流”环节间的横向全局协调，最终实现生产系统的多环节动态联动运作，是目前企业面临的关键挑战。研究制造物联网驱动的“生产-物流”动态联动框架，将AUTOM标准物联网信息基础架构扩展为支持系统多层、多阶段的横纵无缝信息传递的新架构，并在此基础上提出面向典型“生产-物流”运作模式的多环节修正型动态联动运作机制。结合课题组为某大型化工产品制造企业研发的“生产-仓储”联动型成品物流管理系统对所提出的框架和机制进行示例，利用动态生产节拍联动成品仓库进行适应性排库，以提高成品入库效率及仓库利用率。为大型生产系统基于物联网的在线协同运作和自主决策控制提供了可行的实现框架与手段。

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球谐函数波束形成声源识别扩展方法

褚志刚,杨洋,贺岩松,康润程,王光建

机械工程学报. 2015, 51(20): 45-53. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.045

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球阵列波束形成是一种有效的三维空间声源识别技术，已有的球谐函数波束形成方法虽然能够准确定位声源，但无法定量声源的声学贡献，且声源识别结果受聚焦距离影响显著。通常，各声源对阵列中心处的声压贡献是声源排序评价的有效依据，为准确计算该声压贡献，提出球谐函数波束形成扩展方法，探究聚焦距离对计算准确性的影响规律。针对已知声源的模拟仿真结果表明，该方法不仅能够准确定位声源，而且能够准确计算声源声压贡献，3 000 Hz以下频段的最大误差不超过0.5 dB，3 000～6 000 Hz频段的最大误差不超过1.5 dB，且准确性几乎不受聚焦距离的影响。扬声器声源试验证明了模拟计算的正确性及该方法在实际应用中的有效性。

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基于谐波分析的磁弹拉力测量改进方法研究

吴斌, 苏楠, 刘秀成, 李强光, 何存富

机械工程学报. 2015, 51(20): 54-60. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.054

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基于磁弹检测机理，提出一种磁弹拉力测量改进方法，即将谐波分析法应用于磁弹信号处理，通过统计信号频域各阶次谐波幅值，引入电气工程中表征波形相对正弦波畸变程度性能参数——总谐波畸变率来表征结构拉力。采用双套筒线圈式磁弹传感器在7芯钢绞线中获取磁弹检测试验信号，对比时域与谐波分析两种处理方法的特点，结果表明，谐波分析法处理过程更为简洁，所确立的标定方程的特性参数(线性拟合方程确定系数、斜率)随统计阶次增加而趋于稳定，且均优于时域处理结果，线性拟合方程确定系数可达0.996以上。同时，应用于高压输电导线的拉力测试，结果再次验证了总谐波畸变率与拉力间的良好线性关系。针对两种试验对象，当总谐波畸变率为1时，不同谐波统计阶次对应的标定方程对拉力的估算值间的相对误差均小于3%(其中7芯钢绞线最大为2.4%，高压输电线最大为2.9%)。该方法为磁弹拉力测量提供了一种新的表征及数据处理手段。

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空气耦合超声信号的小波阈值滤噪试验研究

刘奎,张冬梅,于光,刘卫平,周正干,马保全

机械工程学报. 2015, 51(20): 61-66. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.061

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穿透式空气耦合超声检测中，由于较低声波透射率、激励接收系统噪声及声波在介质中的散射噪声导致接收信号信噪比较低，小波阈值滤噪技术在解决上述问题时面临小波基、分解层数及阈值函数的选取难题。基于小波分析的基本原理，以单因素分析方法开展小波阈值滤噪试验研究。选择不同小波族(Daubechies，Symlet和Coiflet)中的小波基、小波分解层数(4～8层)及阈值函数(软阈值及改进阈值函数)对实际含噪超声信号进行小波阈值滤噪处理，并通过对比滤噪信号的信噪比及频谱特性得出不同参数对滤噪效果的影响。结果表明，选择Coiflet小波族中的小波基能获得具有更高信噪比及透射信号幅值的滤噪信号；分解层数越高，滤噪信号的信噪比越高，但增长趋势渐趋稳定；阈值函数对滤噪性能的影响并不十分显著，一般采用软阈值函数或改进阈值函数就能获得良好滤噪效果。

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承压热冲击下反应堆压力容器的概率评定进展与案例分析

高增梁, 李曰兵, 雷月葆

机械工程学报. 2015, 51(20): 67-78. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.067

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在压水堆核电站运行中，某些工况可能会使反应堆压力容器(Reactor pressure vessels, RPV)经受承压热冲击(Pressurized thermal shock, PTS)瞬态，这给含缺陷RPV的结构完整性带来了一定的挑战。简要介绍含缺陷RPV在PTS条件下的筛选准则及其结构完整性评定方法，重点阐述PTS下含缺陷RPV的概率评定方法。概率评定方法采用概率断裂力学(Probabilistic fracture mechanics, PFM)分析，主要内容包括不确定因素统计分析(裂纹检出率、裂纹尺寸、材料性能等)、裂纹启裂模型及穿透模型等。此外，还对适用于PTS分析的典型PFM程序进行评价。在此基础上，针对典型RPV利用自主开发的PFM程序进行两个典型PTS瞬态的案例分析和结构完整性评定。分析结果表明在60年设计寿命内分析瞬态下该RPV的失效频率低于核安全要求值。结合目前我国核电发展，针对PTS下RPV结构完整性概率评定提出几点建议。

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超声外场对微通道中熔体黏性耗散效应的影响

于同敏, 武永强, 王敏杰

机械工程学报. 2015, 51(20): 79-85. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.079

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针对聚合物熔体在微尺度通道中流动时的黏性耗散效应对其流动行为的影响，通过自行构建的带有温度传感器和超声振子的微注塑成型试验系统，采用单因素成型试验方法，对聚丙烯(Polypropylene, PP)和高密度聚乙烯(High-density polyethylene, HDPE)两种聚合物材料在不同工艺参数和超声外场作用下，流经矩形截面微通道时由黏性耗散效应引起的通道出口熔体温升进行试验测量。结果表明，微通道中熔体的黏性耗散效应随注射速度的增加而增强，随入口熔体温度和模具温度的升高而减弱；与不加超声振动相比，施加超声振动使两种材料的微通道出口熔体温升值明显升高；但材料自身的微观分子结构及其热物理性能不同，其温升增幅差别较大。试验注射速度下，施加超声振动比不加超声振动时的PP熔体温升增幅高出34.7%，而HDPE熔体的温升增幅则高达71.7%。当超声频率和工艺参数一定时，增大超声功率使PP熔体的微通道出口温升增加了24.8%，HDPE熔体的温升增加了83.6%。可见施加超声外场作用能使微通道中聚合物熔体的黏性耗散效应明显增强。

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脉冲旁路耦合电弧MIG焊的动态数学建模及过程控制

朱明, 石玗, 樊丁, 卢立晖, 周海

机械工程学报. 2015, 51(20): 86-93. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.086

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脉冲旁路耦合电弧熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)焊是一种新型的低热输入焊接方法，它通过特定的接法引入旁路电弧与主路电弧实现热、力的耦合，利用旁路电弧的分流作用，实现熔化母材热量与熔化焊丝热量的独立控制，从而在精确控制母材热输入的同时保证熔滴的自由过渡形式，可以实现铝-钢等异种金属的连接。为了理论分析不同焊接参数对焊接过程的影响，通过等效、线性化处理与迭代数值求解算法，建立可以正确描述焊接物理过程的动态数学解析模型；针对焊接过程中耦合电弧稳定性较差且直接影响焊接质量的问题，提出通过检测弧压波动的反馈信号、实时调节送丝速度、进而控制耦合电弧稳定性的闭环控制方案，并基于快速原型系统进行焊接过程控制仿真与试验。仿真结果表明，当焊接过程受到干扰后，采用闭环控制方案可以显著提高耦合电弧的稳定性；焊接试验证明了控制仿真的预测与分析，进行闭环控制后，焊接过程更加稳定同时得到了成形良好的铝-钢异种金属接头。

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机械振动对激光焊接接头组织的影响

彭必荣, 卢庆华, 何晓峰, 郭崇

机械工程学报. 2015, 51(20): 94-100. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.094

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振动焊接工艺能有效细化接头组织晶粒，降低残余应力，提高焊接质量。为了研究振动焊接工艺在激光焊接方面的应用，选用316不锈钢作为试验材料，利用机械振动辅助激光焊接的工艺方法，通过改变机械振动参数和焊接速度，利用光学显微镜和扫描电镜观察焊后接头组织，对比分析不同振动频率和焊接速度下接头的微观组织形貌。结果表明，机械振动可以细化焊后组织中形成的柱状晶，使柱状枝晶破碎且向不同方向生长，晶轴间与焊缝中心处的等轴晶增加。提高焊接速度后，振动的加入能够细化焊缝区出现的粗大柱状晶。同时，振动可以减少焊后在奥氏体基体晶界处形成的网状高温铁素体和点状碳化物，使其趋于弥散。试验还对焊接接头进行显微硬度测试，发现振动焊接下得到的焊缝区接头组织硬度较高，且较高共振频率下硬度增加明显。

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循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒的热棘轮极限

郑小涛, 彭红宇, 喻九阳, 徐建民, 林, 纬

机械工程学报. 2015, 51(20): 101-105. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.101

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热棘轮失效是薄壁圆筒的主要失效模式之一，现有ASME锅炉及压力容器规范和EN13445等设计标准主要考虑环向应力，而未考虑轴向应力条件，使得设计结果可能偏于不安全。针对循环热-机械双轴载荷下薄壁圆筒热棘轮设计理论的不足，采用非循环分析方法系统研究双轴应力状态下薄壁圆筒热棘轮极限的解析解，重点考虑轴向压缩应力对循环温度梯度和稳定内压组合载荷下薄壁圆筒热棘轮极限的影响，并提出相应的设计方法，并采用有限元法对理论结果进行验证。结果表明，循环热-机械载荷下轴向压缩应力会显著降低薄壁圆筒的热棘轮极限，且理论解与有限元分析结果吻合良好，这说明此方法可用于循环热-机械双轴载荷及类似工况下薄壁圆筒的热棘轮设计限，具有良好的工程价值。

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锡界面层最佳厚度试验与模拟研究

王尧, 王建梅, 黄玉琴, 项丹

机械工程学报. 2015, 51(20): 106-113. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.106

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锡界面层(或称镀锡层)在钢套(低碳钢)与内衬(巴氏合金)结合性方面起着至关重要的作用，最佳的锡界面层厚度可以使得钢套与内衬界面获得最佳的结合强度。考虑锡界面层厚度的影响因素，设计多因素水平的正交试验，得到锡界面层厚度关于表面粗糙度、镀锡温度、镀锡时间、镀锡次数等的函数关系式；运用分子动力学对钢套与内衬的界面结合能进行模拟分析，得到界面结合能关于锡层比例(锡层与巴氏合金层比例的简称)的函数方程，再根据实际轴瓦尺寸及锡界面层厚度关系式确定锡界面层最佳厚度与工艺控制参数；试验与模拟结果表明，锡界面层厚度为40 μm时，其界面结合性能最好，界面结合强度最大，模拟结果与试验相符。锡界面层厚度关系式可直接适用于油膜轴承系列化产品的制造与修复应用中。

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变极性等离子弧焊接熔透信息的检测与分析

春兰, 韩永全, 陈芙蓉, 洪海涛

机械工程学报. 2015, 51(20): 114-119. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.114

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通过对铝合金3003变极性等离子弧穿孔立焊熔池振荡行为的研究，发现熔池振荡频率与焊接熔透之间的内在规律。在变极性电流的作用下，焊接熔池产生振荡，可以通过对电弧电压频谱分析获得熔池固有振荡频率。分别建立变极性等离子弧穿孔立焊未熔透及完全熔透熔池模型，并分析焊接电流的变化对熔池固有振荡频率的影响，发现焊接电流大小对其影响很小，可以忽略。为了验证该模型的准确性，进行理论与实测分析，结果表明，理论值与实测值相吻合。熔池固有振荡频率主要取决于熔池宽度、深度及材料密度等参数，而其他焊接参数对其没有直接影响。因此，熔池振荡频率可间接反映焊接熔透信息，为焊接质量自动控制提供了理论支持。

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基于损伤力学-临界面法预估多轴疲劳寿命

刘俭辉，王生楠，黄新春，傅益战

机械工程学报. 2015, 51(20): 120-127. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.120

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基于损伤力学理论建立的非线性疲劳寿命预估模型在多轴疲劳寿命预估中获得了广泛的应用，但该模型并未考虑损伤面发生的位置及其物理意义，将其与临界面法相结合提出一种新的多轴非线性疲劳寿命预估模型，新模型能够弥补现有的非线性疲劳寿命预估模型未考虑临界面物理意义的不足。新模型从损伤的角度来预估多轴疲劳寿命，不仅考虑了临界面上裂纹形成及扩展的物理意义、相位差对附加强化现象的影响，而且对非对称加载下的平均应变进行修正。新模型仅仅利用单轴疲劳试验数据以及单轴疲劳材料常数就可以预估出试样的多轴疲劳寿命，从而避免了代价高昂的多轴疲劳试验。采用45钢、316不锈钢、钛合金TC4三种材料的多轴疲劳试验数据对提出的模型进行评估和验证，对几种材料比例/非比例以及对称/非对称加载下的多轴疲劳寿命进行预估，预估结果与试验结果的误差都在5%以内，结果表明提出的多轴非线性疲劳寿命预估模型具有较高的预估精度。

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球化孕育处理工艺对下贝氏体铸铁组织特性及力学性能的影响

孙挺, 宋仁伯, 李亚萍, 杨富强, 吴春京, 王知颖

机械工程学报. 2015, 51(20): 128-134. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.128

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采用真空中频感应炉，通过改变球化孕育处理工艺获得具有不同形态石墨的铸造试样，将铸件加热到860 ℃保温2 h，使用20 ℃的硝酸钠、亚硝酸钠饱和溶液将其连续冷却至室温，并在250 ℃低温回火2 h后空冷，获得具有不同形态石墨的下贝氏体基体组织。研究了球化孕育处理工艺对石墨球化效果的影响，以及石墨形态对热处理显微组织和力学性能的影响。结果表明：球化处理温度及时间对铸铁中的镁吸收率有显著影响，超过1 500 ℃时，镁烧损加剧，当球化处理温度为1 450 ℃，镁吸收率达到64.2%；孕育剂添加工艺也是影响铸铁中石墨的形态和分布的重要因素，当一次孕育和二次孕育添加量分别为0.8%和1.2%时，石墨的形态以球状为主，尺寸细小且分布均匀，石墨的球化率为93%，球化级别达到2级，尺寸级别为9级；另外，均匀分布的球状石墨有利于提高热处理后下贝氏体铸铁的综合力学性能。

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基于λ-PDF和一次二阶矩的不确定性反求方法

刘杰,许灿,李凡,刘光昭,王先一

机械工程学报. 2015, 51(20): 135-143. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.135

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为了有效评价测量响应中不确定性对结构参量识别结果的影响，提出一种基于λ概率密度函数(Probability distribution function，PDF)和一次二阶矩的不确定性计算反求方法。采用二次衍生λ-PDF对待识不确定性参量的PDF进行建模。内层通过对参量呈λ-PDF的功能函数采用一次二阶矩法进行正问题求解，得到计算响应的概率分布；外层通过最小化测量响应与计算响应之间的概率分布特征量将不确定性反问题转化为确定性的最优化问题，并用隔代映射遗传算法识别未知参量的参数。本方法不仅有效地实现了结构未知参量PDF的估计，而且与传统基于抽样的统计方法相比，计算效率较高。数值算例和工程应用验证了本方法的可行性和有效性。

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二维轴对称摩擦制动器瞬态热弹性失稳的研究

夏德茂, 奚鹰, 朱文翔, 周亚红, 左建勇

机械工程学报. 2015, 51(20): 144-155. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.144

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提出考虑摩擦层闸片厚度的影响，建立二维轴对称摩擦制动器热弹性失稳的数学模型。基于扰动分析法，推导摩擦副的温度场扰动以及不同热点分布模式下的热特征平衡方程。研究临界速度和扰动增长系数的变化规律。计算摩擦面瞬态名义温度随制动时间的变化关系。分析和比较不同摩擦副厚度比、热导率、弹性模量、比热容以及热膨胀系数对系统稳定性的影响。结果表明，当热点呈反对称分布时，系统发生热弹性失稳时所需的最低临界速度远低于对称分布模式，临界速度随扰动频率的增加呈先减小后增加的变化趋势。不同扰动频率对应的扰动增长系数随滑动速度近似呈线性增加，最低临界扰动频率对应的扰动增长系数最大。当扰动频率低于临界扰动值时，温度随扰动频率的增加而增加，反之，则降低。增加摩擦副的厚度、摩擦层闸片的热导率和比热容以及减小滑动层制动盘的热导率和热膨胀系数和摩擦层闸片的弹性模量均可以提高滑动摩擦系统的稳定性。

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基于最近最远距离保持投影算法的发动机失火状态识别

李巍华, 张绍辉

机械工程学报. 2015, 51(20): 156-163. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.156

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目前的局部保持投影算法(Locality and preserving projections, LPP)只考虑样本点的近邻矩阵，但是对于那些处于与该样本点距离最远处的样本特性并没有做出研究，这些最远处的样本同样具有描述数据结构信息的功能。为了更好地保留数据结构信息，在考虑样本的近邻点分布的同时分析其最远处的样本点分布，即同时考虑样本的“近邻矩阵”和“最远矩阵”，通过二者结合实现数据维数的约简，由此提出基于最近最远距离的保持投影算法(Nearest and farthest distance preserving projections, NFDPP)。将该算法运用于发动机失火状态的仿真数据及实际测试中，通过与主成分分析(Principal component analysis, PCA)、LPP、邻域保持嵌入(Neighborhood preserving embedding, NPE)、线性判别分析(Linear discriminant analysis, LDA)等算法的对比，得出NFDPP算法能够得到更低的识别错误率曲线，证明所提出的NFDPP算法能够有效地识别发动机失火故障状态。

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扭转刚度测试方法及对构架疲劳强度影响

宋烨, 邬平波, 贾璐

机械工程学报. 2015, 51(20): 164-170. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.164

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根据构架在线路运行中的扭曲状态和标准JIS E 4207：2004《铁路车辆-转向架-转向架构架设计通则》中规定的构架扭转刚度测试方法提出改进的刚度测试方法，新的测试方法简单且实用性较强，误差有效地控制在7%之内。构架根据结构设计形式的不同分为管梁型构架及箱梁型构架。利用新的扭转刚度测试方法分别对管梁型构架及箱梁型构架进行扭转刚度测试，同时理论分析两种类型构架扭转刚度不同的原因。利用ANSYS仿真分析软件对两种类型的转向架构架进行仿真分析，得出：构架扭转刚度的大小主要取决于测量的横截面积及横梁的结构形式，管梁型结构构架扭转刚度小于箱梁型结构构架的扭转刚度；在构架受扭转变形影响较大的区域，如横梁与侧梁的连接位置，由于箱梁型构架扭转模态频率较高，其动应力幅值较管梁型构架要小。

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基于非线性刚度拟合的车窗系统约束分析与建模

朱文峰, 林佩剑, 周辉, 黎鹏

机械工程学报. 2015, 51(20): 171-176. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.171

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高速工况下，外加气动载荷导致汽车密封性能下降，振动与噪声加剧。为研究高速流固耦合效应下车窗密封性能，必须建立车窗系统模型。然而，由于车窗密封采用超弹性橡胶材料，且具有非规则几何截面，同时密封系统与车窗玻璃还存在复杂的接触作用，因此建立车窗系统约束模型较为困难，导致进一步的整体车窗密封系统分析、优化难以实现。从功能等效原理出发，计入玻璃厚度，基于密封条唇边压缩负荷试验数据，将分步实测的单侧唇边压缩负荷合成为具有等价同步作用的双侧压缩负荷，并拟合为非线性刚度，以此将导槽-玻璃复杂作用等效为变刚度弹性密封约束。以某车型前窗为例，基于该方法建立车窗系统模型，并计算其受集中载荷作用的玻璃位移。定量分析结果与静结构试验数据符合良好，表明基于非线性刚度拟合的车窗系统建模的有效性，可支持面向高速工况的密封优化设计。

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基于JSS矩阵的装配误差传递路径求解方法

吕程, 刘子建, 秦欢, 艾彦迪

机械工程学报. 2015, 51(20): 177-184. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.177

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采用小位移旋量描述结合面误差，分析常见装配结合面的误差传递属性。定义包含工程语义的结合面符号用以描述结合面类型和配合关系。结合多色集合理论，建立可描述装配关系、结合面类型和误差传递属性的结合面及误差关系围道矩阵-结合面符号(Joint surface symbols，JSS)矩阵。提出基于JSS矩阵的装配误差传递路径搜索方法，建立结合面实际误差传递属性矩阵，讨论获取各误差分量传递路径的方法。针对并联误差传递路径的不确定性问题，提出以精度最高作为判别有效误差传递路径的依据，基于雅可比旋量理论建立误差模型，获取与装配体精度要求相关的误差分量的有效误差传递路径。以一个典型装配体的误差传递路径求解为例，验证了论文研究方法的可行性与实用性。

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钢球展开过程运动学及动力学分析

赵彦玲,夏成涛,王弘博,刘献礼,崔思海,王鹏,李积才

机械工程学报. 2015, 51(20): 185-192. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.185

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钢球表面质量检测常用的办法是依靠展开机构中的摩擦力将钢球表面完全展开，摩擦力对钢球表面检测效率和精度有着重要影响。为分析摩擦对钢球展开的影响，根据展开轮与钢球接触的几何约束关系，对钢球与展开轮接触模型进行运动学分析，得到钢球与展开轮接触点位置的变化规律；由于展开装置构件之间全部依靠干摩擦接触约束，在古典Coulomb摩擦模型基础上，结合展开装置特性，建立修正的Coulomb摩擦模型，建立钢球和展开轮的运动微分方程，得到钢球与展开轮接触点处摩擦力的变化规律，并分析接触点处接触力的影响因素；同时根据展开原理构建实体模型进行虚拟仿真并搭建物理样机进行试验，结果表明驱动轮转速直接影响钢球与展开轮接触点法向接触力变化，从而影响接触点处摩擦力变化特性，通过摩擦力变化特性，解释了展开轮能实现钢球表面展开的工作原理。

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锥形流量计下游支撑及取压位置的试验研究

刘伟光,张涛,邢通,徐英

机械工程学报. 2015, 51(20): 193-200. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.193

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锥形流量计应用广泛，其国际标准正在起草中。锥形流量计发展过程遇到两个问题：安全性和制造一致性差，具有双支撑结构的锥形流量计可解决此问题。为保证增加的双支撑结构不会影响锥形流量计的测量性能和较短的表体长度，需要研究下游支撑和下游取压位置。根据锥形流量计尾流流场的速度分布和压力分布的状况设计相关的改进试验，选择合适的下游支撑和下游取压位置。试验使用的锥形流量计经过特殊设计：锥体、下游支撑位置、下游取压位置都可以按照要求变换位置。试验得到适用于不同直径管道的下游取压位置和支撑位置的选取规律。不同管径和等效直径比下的锥形流量计试验数据显示：改进后的双支撑形式的锥形流量计样机比悬臂梁锥形流量计具有更好的流出系数不确定度。

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涡旋压缩机径向迷宫密封中泄漏气体气动热力行为研究

刘兴旺, 张官正, 李超, 赵嫚

机械工程学报. 2015, 51(20): 201-207. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.201

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以涡旋压缩机径向迷宫密封为研究对象，分别用宏观能量法和黏性流动理论计算该密封的泄漏量，通过泄漏量理论值与实测值的对比，以期探寻泄漏气体的气动热力行为。在假设无透气效应和泄漏气体在迷宫槽中作等压恒温恢复的条件下，建立求解泄漏量的数理方程；在考虑透气效应与非等压恒温恢复的条件下，利用热力过程方程与黏性流动理论推导出透气流是否达到声速的判别式及临界气速、临界密度、泄漏量的计算式。将两种算法所得泄漏量与实测泄漏量对比研究发现，直通型迷宫密封中气体泄漏过程是膨胀吸热过程，膨胀过程指数随相邻压缩腔压差的增大而减小；泄漏是由透气流与相邻迷宫槽间的二维泊肃叶流共同作用形成的，透气效应随相邻压缩腔压差的增大而更加明显；用黏性流动理论求解泄漏量具有较高的计算精度。

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基于两参数Weibull分布的概率疲劳S-N曲线模型

赵永翔, 梁红琴

机械工程学报. 2015, 51(20): 208-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.20.208

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发展了基于两参数Weibull分布的概率疲劳S-N曲线模型及构建方法，用于描述随机滚动接触疲劳应力幅-寿命关系。除考虑数据分散性的统计分布规律外，模型还考虑样本数量相关的寿命置信度预测效应, 引入最小正态寿命的置信下限评价。Weibull分布的尺度参数和形状参数，寿命置信度评估参数，以及概率S-N曲线的指数，全部由试验数据来确定。G20CrNi2Mo轴承钢的滚动接触疲劳试验数据的分析证实所提出方法的可应用性。并且证实该滚动接触疲劳寿命的分布规律，宜采用包括Weibull分布在内的有偏统计模型来描述。

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2015年, 第51卷, 第20期　
刊出日期：2015-10-15

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