机械工程学报

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刁瑞朋, 孟庆丰, 范虹

机械工程学报. 2015, 51(4): 1-7. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.001

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频谱泄漏和栅栏效应是影响衰减信号离散傅里叶变换精度的主要因素。为了提高多频衰减信号离散傅里叶变换频谱参数的校正精度，提出一种加窗两点矢量插值校正算法。对信号加M阶余弦窗并计算加窗后信号的离散傅里叶变换，利用真实频率附近的两根谱线的矢量比建立方程，通过求解方程获得频率偏移量和衰减因子，利用上述获得的两个参数计算出信号的频率、幅值和相位。余弦窗的最大旁瓣衰减特性能有效的降低频谱泄漏的影响，两点矢量频域插值可以消除栅栏效应，两者结合极大地提高了算法的参数校正精度。仿真和试验结果表明，算法具有较高的参数校正精度和稳定性，且计算效率较高，适用于实时处理及对计算资源要求苛刻的场合，为多频衰减信号的特征提取提供了一种可选的方法。

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基于线阵电荷耦合元件静态光场式时栅位移传感器研究

付敏, 彭东林, 鲁进, 郑方燕, 陈锡侯, 谢莉

机械工程学报. 2015, 51(4): 8-14. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.008

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延续前期关于磁场式和电场式时栅位移传感器的研究基础，根据时栅传感器的设计思想，提出并分析光场式时栅传感器的测量原理及实现方案。探索性地提出在静态光场下，用时序驱动的光电探测器构成匀速扫描测量方式，实现将被测对象的空间位移测量转换为时间差的测量。为了验证方案的可行性，用多个线阵电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)构成圆阵列，实现CCD时栅原理样机设计。将相邻CCD输出信号的时间差变化量与匀速扫描的速度值相乘，经过适当的转换便可得到转轴的角位移大小，并可以判断位移的方向。所研制的原理样机，通过与精度为的圆光栅(ROD880)对比测量，在整周范围内，测量误差控制在以内。为光场式时栅的进一步研究，提供了可靠的理论和实践依据。

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基于KICA子空间虚假邻点判别的软传感器变量选择方法

苏盈盈, 李太福, 易军, 胡文金, 廖志强, 徐敏

机械工程学报. 2015, 51(4): 15-21. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.015

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针对软传感器建模过程中，高维冗余的非线性辅助变量造成的维度灾难问题，提出一种结合核独立成分分析法(Kernel independent component analysis, KICA)与虚假最近邻点法(False nearest neighbors, FNN)的非线性辅助变量选择方法。主要利用核函数将原始非线性数据映射到线性子空间，并采用独立成分分析消除因子之间的多重共线性，再运用虚假最近邻点法，计算原始数据在KICA子空间中投影的距离，依次判断各辅助变量对主导变量的解释能力，由此进行非线性变量选择。以某企业氢氰酸(Hydrocyanic acid, HCN)生产工艺过程中的转化率为软传感器预测目标，仿真结果表明该方法可有效降低辅助变量的维数、同时提高模型的预测精度。

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磨削阶段大口径非球面拼接测量技术

张东旭, 杨平, 毕果, 杨旭, 叶世蔚, 郭隐彪

机械工程学报. 2015, 51(4): 22-29. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.022

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为实现对磨削加工阶段大口径非球面光学元件的精密测量，提出一种基于坐标测量的多段拼接综合优化数据处理模型。基于多体系统理论、最小二乘原理建立两段面形轮廓拼接数学模型；提出基于曲率原理和非球面方程最小二乘拟合的冗余数据剔除数学模型；建立多段拼接的综合优化处理模型；利用Taylor Hobson轮廓仪对口径为176 mm的非轴对称非球面光学元件的3条母线进行分段测量试验并通过文中提出的数学模型进行数据拼接处理，试验结果表明，拼接测量结果与单次测量结果相比，误差最大值的平均值为0.25 μm，最小值的平均值为–0.22 μm，比该光学元件的面形峰-谷值2.77 μm高出一个数量级，达到检测要求。试验结果证明所提多段拼接综合优化数据处理模型的正确性及有效性，该模型可以进行工程应用。

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微观组织演变元胞自动机模拟研究进展

陈飞, 崔振山, 董定乾

机械工程学报. 2015, 51(4): 30-39. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.030

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金属的微观组织是决定其宏观力学性能的主要因素，在热塑性变形过程中，金属的微观组织会发生动态回复、动态再结晶、静态回复和静态再结晶等一系列变化，形成新的晶粒。在材料成分一定的条件下，影响晶粒演化的外部因素是温度、应变和应变速率。因此，如何通过控制热塑性变形过程中的温度、变形量和变形速度，来达到控制微观组织及产品力学性能的目的，已成为塑性加工领域的热点研究问题，在非连续热塑性变形中尤其如此，乃至于成性的重要性远大于成形。简述元胞自动机(Cellular automata, CA)方法的基本原理及思想，概述CA法在微观组织模拟中的建模方法及应用，特别是CA法在静态再结晶，动态再结晶过程中模拟晶粒生长的研究进展。同时，指出目前研究中存在的亟须解决的几个问题，展望CA法模拟微观组织演变的发展趋势。

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后热温度对1 000 MPa级高强钢焊缝组织与性能的影响

安同邦, 田志凌, 单际国, 彭云, 魏金山, 崔冰

机械工程学报. 2015, 51(4): 40-46. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.040

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采用GHS90高强焊丝为填充材料对1 000 MPa级工程机械用高强钢进行熔化极活性气体保护(Metal active gas，MAG)焊，并对接头进行250 ℃、480 ℃、600 ℃保温2 h的焊后热处理。通过拉伸试验、显微硬度测试、光学显微镜(Optical microscope，OM)、扫面电镜(Scanning electron microscope，SEM)、透射电镜(Transmission electron microscopy，TEM)及电子背散射衍射(Electron back-scattered diffraction，EBSD)观察不同热处理温度后的焊缝微观组织及力学性能进行对比研究。结果表明，随后热温度从250 ℃升高到600 ℃，接头抗拉强度从1 014.5 MPa降低到934.5 MPa；焊缝平均冲击吸收能量从66 J降低到24 J；随后热温度升高，焊缝板条组织粗化，碳化物析出长大且连续分布是导致焊缝韧性降低的原因之一；同时焊缝有效晶粒尺寸变大和大角度晶界密度降低也是导致其韧性降低的原因。

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GCr15SiAlMo贝氏体轴承钢球化退火工艺研究

单珺, 郑春雷, 张福成, 张明, 赵敬, 陈晨

机械工程学报. 2015, 51(4): 47-57. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.047

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通过对新型无碳化物贝氏体轴承钢-GCr15SiAlMo的球化试验研究，优化出一种适于轴承钢的循环球化退火新工艺。利用扫描电镜对球化后的显微组织进行观察，用X射线衍射仪对碳化物类型进行分析。结果表明，GCr15SiAlMo无碳化物贝氏体轴承钢具有优良的碳化物球化特性。试样通过四周期的循环球化退火(大约6 h)后，组织中的碳化物基本球化完全，但是在700 ℃等温10 h的普通球化退火处理试样中仍存在大量的片状碳化物，由此证明，循环球化退火工艺比普通球化退火工艺的球化速度更快，球化更完全。球化处理后钢中碳化物的平均直径均达到了0.55 μm以下，直径在1 μm以下的碳化物百分比在93%以上，甚至达到99%。同时研究表明，Al可有效提高轴承钢的A1点，抑制球化过程中网状渗碳体的生成，并且适量的Al还能够改善轴承钢的球化特性，抑制碳化物的长大。

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不同敏化温度和冷凝液成分对430铁素体不锈钢电化学腐蚀行为影响

郝文魁, 刘智勇, 黄天杰, 郭静, 杜翠薇, 李晓刚

机械工程学报. 2015, 51(4): 58-65. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.058

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利用电化学测量技术，研究不同温度敏化后的430铁素体钢在模拟汽车冷凝液环境中的电化学行为及汽车冷凝液成分变化对430铁素体不锈钢电化学行为的影响。结果表明，850～1 150 ℃的敏化温度范围内，430铁素体不锈钢随着敏化温度的升高，晶粒度逐渐增大，在模拟汽车冷凝液环境中，零电流电位和电荷转移电阻逐渐降低，耐蚀性下降；430铁素体不锈钢在Cl–分别与SO42–或SO32–共存的条件下，比在Cl–与CO32–共存环境中更容易发生腐蚀，腐蚀速度更高；Cl–存在的溶液中，SO32–具有较大的加速腐蚀作用，且随着SO32–浓度的增加，维钝电流升高，腐蚀过程有逐渐加剧的趋势；Cl–和SO32–共存溶液中，CO32–在一定程度上抑制了430铁素体不锈钢腐蚀过程的进行，降低了腐蚀速度，SO42–加速了腐蚀过程的发生，提高了腐蚀速度。

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带有疲劳裂纹的35CrMo构件电磁热止裂强化

付宇明, 郭建龙, 郑丽娟

机械工程学报. 2015, 51(4): 66-70. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.066

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利用超强脉冲放电装置对含有疲劳裂纹的35CrMo钢试件进行电磁热止裂试验。放电后裂纹尖端熔化，裂尖钝化成微小的椭圆形，降低了裂尖处的应力集中；对放电后裂尖处的椭圆形钝化区与基体区的化学成分进行对比分析发现：椭圆形钝化区中Mn、Si、Mo质量分数增高，晶粒得到细化，提高了裂纹尖端微小区域内组织的硬度和强度；利用自主研发的多轴加载疲劳试验机对放电前后试件进行三点弯曲疲劳寿命测试，结果表明，经过电磁热止裂强化后的试件，疲劳寿命得到提高，较未放电的试件平均寿命提高了13%；采用热-电耦合的数值分析方法模拟求得放电瞬间裂纹尖端处的温度场；通过理论计算脉冲放电瞬间裂尖处微小区域的应变能密度因子，由于电热应力强度因子的作用，降低了裂尖处的应变能密度因子，有效阻止了裂纹的继续扩展，为电磁热止裂技术的应用奠定基础。

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微间隙焊缝磁光成像检测及跟踪方法

高向东, 吴嘉杰

机械工程学报. 2015, 51(4): 71-77. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.071

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在激光对接焊过程中，必须精确检测焊缝位置并控制激光束始终对中焊缝。针对小于0.05 mm的微间隙对接焊缝，通过对焊件施加感应磁场，利用法拉第磁旋光原理构成磁光传感器，获取焊缝磁光图像。针对焊缝磁光图像，以焊缝磁光图像的灰度直方图为特征模版，研究一种基于均值漂移算法的激光焊焊缝检测与跟踪方法。通过均值漂移与粒子滤波相结合的算法，利用粒子滤波能够对图像大范围搜索目标的特点，实现焊缝全自动跟踪。同时，根据相似度Bhattacharyya系数对焊缝特征模版进行更新，提高焊缝跟踪精度。试验结果表明，利用均值漂移与粒子滤波相结合的算法能够从焊缝磁光图像中有效检测焊缝特征，实现焊缝的自动跟踪。

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磁力支架零件步进式等厚冲锻成形新工艺

王可胜, 韩豫, 刘全坤, 程晓民

机械工程学报. 2015, 51(4): 78-83. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.078

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针对两直臂间距较小、展平时发生干涉的等厚板材磁力支架零件，提出磁力支架零件步进式等厚冲锻成形新工艺，该工艺首先使用冲压制造出两直臂间距较大的板材零件，再分几个工步拉深两直臂的连接载体，逐步缩短两直臂间距直到目标间距为止，每个工步通过等厚冲锻工艺将局部增厚的材料减薄到原板材厚度。运用理论分析和试验方法，分析及优化拉深两直臂连接载体的形状，建立两直臂连接载体的流线型拉深的数学模型，基于该数学模型，以磁力支架零件无工艺缺陷为目标，采用数值模拟优化流线型拉深工艺参数且得到磁力支架等厚冲锻成形的步进系数。研究结果表明，运用步进式等厚冲锻新工艺三个工步可以制造出无工艺缺陷的磁力支架零件，试验结果同数值模拟结果吻合。

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单电源三丝MIG焊的交替燃弧特性

向婷, 李桓, 杨立军, 韦辉亮, 高莹

机械工程学报. 2015, 51(4): 84-89. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.084

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三丝焊作为一种高效的焊接方法受到重视，而电弧形态及燃弧特性是反映焊接过程稳定性，决定焊缝成形及质量的重要因素。试验中搭建三丝熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)焊系统，利用MultDaq电信号采集系统采集焊接电流和电弧电压波形，借助高速摄像系统同步拍摄电弧形态及熔滴过渡过程，实时监测焊接过程。观察不同电弧电压下的焊丝燃弧情况及熔滴过渡方式，研究短路过渡和大滴过渡形式下的交替燃弧机理，以及电弧电压对单电源三丝MIG焊交替燃弧过程的影响。结果表明，当焊接电源供给能量较小时，并联的三根焊丝上的电流分配呈现“此消彼长”的规律而导致电弧在焊丝间交替燃烧，且焊丝在电弧空间中的位置决定了焊丝上的电流分配。随着电弧电压的增加，交替燃弧频率减小。当电弧电压达到34 V时，三根焊丝同时燃弧，无交替燃弧现象，交替燃弧频率变为0 Hz。

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光固化模塑成型制品尺寸精度动态演化规律

谢鹏程, 宋乐, 李月林, 丁玉梅, 杨卫民

机械工程学报. 2015, 51(4): 90-95. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.090

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光固化模塑成型是用于加工具有复杂微细特征结构高分子制品的化学制造方法。由于模塑成型制品加工是在模具内一次成型，其制品尺度精度的控制完全不同于传统机械切削加工。开发一套光固化反应成型制品尺寸精度动态演化过程测试装置，可还原实际模塑条件下压力、传热、光照等加工条件，获得树脂成型过程中尺寸收缩率的测定结果。研究得到压力为5 MPa、温度为20 ℃的成型工艺条件下4种不同树脂的尺寸收缩演化曲线。结果表明，测试装置完全可实现对制品尺寸的收缩率的在线测试，实时记录材料收缩的动态演化过程，测试过程具有较高的可重复性。4种树脂的收缩率试验测试结果在2.91%～6.96%，略小于传统密度法所获得的结果，但能真实地反映出光固化模塑成型保压过程中制品尺寸的实际演化规律。研究结果对于光固化模塑成型制品尺寸精度控制，研究获得制品缺陷成型机理及解决措施具有十分重要的意义。

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四驱混合动力轿车驱动工况无迹卡尔曼车速估计

赵治国, 杨杰, 陈海军, 吴枭威

机械工程学报. 2015, 51(4): 96-107. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.096

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针对驱动模式复杂多变的四驱混合动力轿车，考虑其后轮毂电机驱动转矩的准确可测以及既定模式下前驱动轮转矩的可推算性，结合电子稳定程序(Electronic stability program，ESP)系统传感器信号，提出无迹卡尔曼车速估计算法。搭建四驱混合动力轿车仿真平台，其集成了驱动系统模型、非线性7自由度车辆动力学模型和统一轮胎模型。基于车辆动力学模型和轮胎模型，设计融合驱动轮转矩信息和传感器信息的车速估计算法，并将估计结果与仿真车速进行比较分析。在样车上加装转向盘转角、横摆角速度和质心加速度等传感器，采集轮转、驱动轮转矩信息，在后轮纯电驱动模式低速双纽线试验、四轮混合驱动模式双移线和蛇行试验工况下，对所设计算法进行实车道路试验。仿真和实车试验结果表明，无迹卡尔曼车速估计算法精度较高，且具有较强的工况适应性。

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空气弹簧模型研究

高红星, 池茂儒, 朱旻昊, 刘德刚, 林俊

机械工程学报. 2015, 51(4): 108-115. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.108

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基于空气动力学、流体力学及工程热力学等理论建立一种包括节流孔、连接管路和各个气室的空气弹簧非线性动力学模型(TPL-ASN模型)。利用SIMPACK动力学仿真软件及自行编写的空气弹簧动态特性仿真软件ASDS分别建立包含等效模型、线性模型和TPL-ASN模型的1/4车动力学仿真模型，并对某高速动车组空气弹簧进行不同激励幅值和频率下的动态特性仿真分析，将仿真计算获得的动刚度、阻尼比和传递比与试验结果对比。结果表明，等效模型和线性模型的仿真结果与试验结果差别较大，不能准确反映动刚度、阻尼比和传递比的幅变特性和频变特性，而TPL-ASN模型仿真结果与试验结果吻合度较高，能准确地反映动刚度、阻尼比和传递比的幅变特性和频变特性，表明所建立的TPL-ASN模型能够准确地模拟空气弹簧真实的非线性特性。

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半主动悬挂高速列车稳定性研究

李忠继, 戴焕云, 曾京

机械工程学报. 2015, 51(4): 116-125. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.116

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运用非线性分叉理论，对半主动高速列车的蛇行运动稳定性开展了全面研究。建立高速列车模型、半主动减振器模型、半主动控制器模型，并在此基础上构建半主动高速列车联合仿真模型系统。详细分析高速列车动力学系统中影响稳定性的主要非线性特征：轮轨接触几何非线性和抗蛇行减振器非线性。利用演算法计算不同非线性特征组合下的高速列车在采用被动悬挂和采用半主动悬挂系统时的蛇行运动分叉特征，并与线路试验进行对比。结果显示，半主动悬挂系统对采用阻尼型抗蛇行减振器并匹配以大锥度踏面的车辆的稳定性影响不大。半主动悬挂会使采用摩擦型抗蛇行减振器匹配以小锥度踏面的车辆的稳定性有所降低但不影响正常使用。半主动悬挂会使采用摩擦型抗蛇行减振器匹配以磨耗状态的小锥度踏面的稳定性显著下降。因此在高速列车设计中应根据车辆悬挂系统特点，谨慎选用半主动悬挂，在服役过程中亦应关注轮轨关系的变化对半主动悬挂车辆稳定性的影响。

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基于全局敏感性分析和动态代理模型的复杂非线性系统优化设计方法

张扬, 张维刚, 马桃, 唐婷

机械工程学报. 2015, 51(4): 126-131. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.126

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针对复杂非线性系统多参数优化设计不仅计算工作量大，而且难以获得理论上最优解的问题，提出将全局敏感性分析和动态代理模型技术相结合的多参数多目标优化策略。通过基于方差的Sobol全局敏感性分析精简系统模型，确定敏感参数，并构造基于敏感参数的多目标代理模型，采用NSGA-II遗传优化算法得到当代最优解。优化过程中，代理模型和搜索空间不断更新，最优解附近的精度不断提高，直到满足优化迭代的收敛准则。将本方法应用于某汽车乘员约束系统的概念优化设计中，乘员的头部损伤指标(Head injury criterion, HIC)、胸部3 ms伤害指标C3ms和胸部压缩量D分别降低了11.3%、11.8%和9.4%，优化结果和最优解附近的精度都优于静态代理模型与NSGA-II遗传优化算法，取得明显的优化效果，证明了研究方法的有效性。

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混合动力发动机动态轨迹优化研究

张文学, 张幽彤, 孙帅, 杨军伟

机械工程学报. 2015, 51(4): 132-140. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.132

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混合动力发动机动态工况变化贯穿于其运行过程的始终，因此对该动态过程进行优化并获取发动机的最优动态轨迹对于提高发动机经济性和排放性具有重要意义，而驱动电动机对于整车动力需求的补偿也使发动机运行轨迹的控制成为可能。针对混合动力发动机动态轨迹优化问题，采用场协同理论建立混合动力发动机动态工况效应场，并进行动态特性分析，将动态工况的最优化问题转化为工况场空间内的轨迹优化问题。利用空间轨迹优化计算方法将该轨迹优化问题进一步简化为场空间内的场效应累积数最小化问题，进而采用离散空间的最速梯度法进行求解，得到动态过程中针对不同目标因素的最优轨迹。仿真及多样本对比试验结果表明，该最优动态轨迹算法能够有效完成控制目标需求，实现了动态工况下目标因素的最优控制。

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基于自锁原理的汽车双质量飞轮安全装置设计研究

宋立权, 支则君, 曾礼平, 田宏艳

机械工程学报. 2015, 51(4): 141-147. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.141

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结合周向短弹簧汽车双质量飞轮的设计开发，提出基于自锁原理的双质量飞轮安全保护装置，实现在飞轮失效时，能使初级飞轮与次级飞轮自动楔入、自锁联为一体，避免了行车事故的发生，且装置具有结构简单、可靠的特点。通过建立考虑摩擦的力分析模型，导出能确保自锁的形状约束的型线方程，在此基础上，应用Winkler弹性理论，构建出基于形状约束的接触力、转矩-扭转角的分析计算模型。应用所提出的理论方法，对2.0 L发动机搭载的双质量飞轮的安全保护装置进行设计，并用有限元法和实际测试进行验证，结果表明，所提出的理论方法和计算模型有较高的符实性。通过分析研究，总结出双质量飞轮安全保护装置的参数确定原则，所提出的设计理论与方法能参考应用于设计实践，拓宽了双质量飞轮的设计理论。

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空投装备气囊缓冲系统评价方法

洪煌杰, 王红岩, 李建阳, 芮强, 张芳

机械工程学报. 2015, 51(4): 148-154. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.148

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以热力学理论和有限元法为基础，建立装备-气囊系统有限元模型，并利用试验数据对模型进行验证。对比结果表明，所建模型系统的精度较高，可以用在下一步的仿真分析工作中。针对缓冲气囊的复杂非线性模型计算规模大、难以进行大规模计算的问题，以着陆初速度、初始侧倾角、初始俯仰角、横向速度和地面坡度为变量，分别以最大冲击加速度、最大侧倾角、最大俯仰角以及气囊最大内压为响应，结合扩展拉丁超立方设计，采用径向基函数构建多工况响应代理模型。考虑空投装备在着陆过程中环境因素以及空投装备着陆姿态的影响，利用蒙特卡罗法结合代理模型对多工况下的空投装备着陆成功概率进行计算。通过计算得到着陆成功概率为95.84%，冲击加速度为其主要影响因素，气囊内压为次要因素。

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中高温太阳能有机朗肯循环系统向心透平气动设计研究

岳松, 张奥, 张燕平, 朱志成, 黄树红

机械工程学报. 2015, 51(4): 155-160. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.155

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对中高温太阳能有机朗肯循环发电系统的有机工质进行对比分析；对发电系统的有机工质向心透平进行设计研究。根据给定的热源参数和发电功率，对甲苯、C12(十二烷)、D4(八甲基环四硅氧烷)、MDM(八甲基三硅氧烷)、MM(六甲基二硅氧烷)等工质进行详细的气动设计和多参数对比分析；根据分析结果选用甲苯为工质进行向心透平气动设计、三维造型设计和计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)数值模拟验证。计算结果表明：选用甲苯为工质的ORC系统质量流量最小，系统热效率最高；模拟结果与设计结果基本一致，模拟状态参数的相对误差在2%以内，模拟的功率和轮周效率误差分别为3.16%和2.9%，表明热力设计的准确性；同时通过整机模拟，证实了该ORC向心透平具有良好的气动性能和热力学性能

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周向重叠三分螺旋折流板换热器油－水传热性能试验研究

王伟晗, 程道来, 陈亚平, 董聪

机械工程学报. 2015, 51(4): 161-166. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.161

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对倾斜角为12°、16°、20°、24°和28°的周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热和压降性能进行试验研究。换热器采用公共壳体和可更换管芯结构，热流体与冷流体分别为70 ℃左右的导热油和11 ℃左右的冷却水。试验结果表明，在试验范围内周向重叠三分螺旋折流板换热器总体传热系数、壳侧传热系数、壳侧压降和综合性能综合指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3都随着倾斜角增大而减小；倾斜角12°方案的性能指标最佳，其壳侧传热系数ho、综合性能指标ho/Δpo和ho/Δpo1/3与弓形折流板换热器的数值之比的平均值分别为1.253、1.391和1.285。

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双凹槽叶顶结构下的轴流风机性能及叶片振动特性研究

叶学民, 李鹏敏, 李春曦

机械工程学报. 2015, 51(4): 167-174. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.167

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叶顶采用双凹槽结构是一种通过有效阻碍叶顶泄漏流进而改善叶轮性能的措施之一。基于FLUENT数值模拟软件，以OB-84型动叶可调式轴流风机为研究对象，模拟风机在原叶顶及三种不同开槽深度的双凹槽叶顶下的性能，探讨间隙内部及其附近泄漏流场变化及损失分布特征；并利用ANSYS有限元动态分析模块校核原叶顶及双凹槽叶顶时叶片的振动特性。研究表明：双凹槽叶顶结构改善了泄漏流场的分布，阻碍了泄漏流的发展，削弱了泄漏流与主流的掺混；采用双凹槽叶顶结构后风机性能发生显著变化，设计工况下风机全压有所下降，同时效率得到一定程度的提高；开槽深度对风机性能的影响在设计流量附近较为显著，而在大流量下对风机性能影响较小；设计工况下叶顶开槽深度为3 mm时风机具有最优的性能，效率较原风机提高了1.05%，喘振裕度也有所改善。叶片振动特性的校核结果表明双凹槽叶顶下叶片各阶固有频率较原叶顶时均有所增加且避开了叶片通过频率，即采用双凹槽叶顶结构不会引发叶片共振。

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电液伺服系统非线性振动机理及试验研究

姜万录, 朱勇, 郑直, 张生

机械工程学报. 2015, 51(4): 175-184. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.175

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电液伺服系统是非线性动力学系统，在工作过程中容易出现非线性振动、噪声、冲击和爬行等异常现象，而且诱因不易确定，严重影响系统的稳定性。根据非线性动力学原理，建立电液伺服系统的非线性动力学模型。通过理论研究，探索非线性液压弹簧力和非线性摩擦力等非线性因素对系统动力学特性的影响规律。指出非线性液压弹簧力作用可以用Duffing方程描述，非线性摩擦力作用可以用Van Der Pol方程描述。用研究非线性动力学系统的有效方法：时间历程、频闪采样、功率谱等，对实测信号进行深入分析，多方位揭示电液伺服系统非线性振动的机理及诱因。结果表明，非线性液压弹簧力引起的“跳跃现象”和非线性摩擦力引起的极限环型振荡的共同作用是导致系统发生非线性振动的一个主要诱因，值得关注。

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时序效应对导叶式离心泵内部压力脉动影响的数值分析

王文杰, 袁寿其, 裴吉, 张金凤, 袁建平

机械工程学报. 2015, 51(4): 185-192. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.185

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为了研究时序效应对导叶式离心泵内部非定常压力脉动的影响，基于雷诺时均(Reynolds averaged Navier-Stokes, RANS)方程，在0.6Qd、1.62Qd两个非设计工况下，应用SST k-ω湍流模型对导叶在一个栅距内的5个不同时序位置下泵内部流动进行三维非定常数值计算，得到导叶和蜗壳流道内压力脉度强度分布随不同导叶时序位置的变化规律，结果表明，导叶时序效应对叶轮与导叶的动静干涉引起的压力脉动强度影响较明显；在导叶靠近进口的吸力面区域和导叶喉部区域存在着较大的压力脉动强度；压力脉动强度沿着导叶流道向下游传播并逐渐减弱；导叶时序效应对蜗壳平面的压力脉动强度影响非常明显，压力脉动强度呈现不规律分布；当在小流量0.6Qd工况时，当导叶时序位置为C3时，导叶内压力脉动强度最大值为0.44，而当导叶时序位置为C2和C4时，压力脉动强度最大值分别为0.24和0.22；当在大流量1.62Qd工况时，当时序位置为C2时，压力脉动强度最大值为0.87，而当时序位置为C1和C4时，压力脉动强度最大值为分别为0.72和0.77；在非设计工况下，蜗壳内的压力脉动强度相对导叶的压力脉强度较弱。C4时序位置能减小余热排出泵运行中的压力脉动强度，从而提高泵的稳定性，为导叶的安装位置提供参考。

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平板类微小零件装配控制策略与软件架构研究

郝永平, 王永杰, 董福禄, 路超

机械工程学报. 2015, 51(4): 193-198. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.193

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针对不同尺寸的平板类微小零件装配问题，将视觉技术引入到微装配作业中，对微装配控制策略和软件架构进行分析研究。根据微小零件结构特点、尺寸与装配精度要求，提出“Look and move +Visual servo”相结合的微装配控制模式，采用由界面层、数据层和逻辑层组成的分层软件架构，建立基于视觉的真空吸附式微装配系统平台。围绕集成化、可复用性要求，进行软件框架类继承关系的分析，采用基于动态链接库和VC++的MFC应用程序框架编程方法，集成Halcon视觉算法库，应用数据驱动模式，最终实现微装配控制软件设计。基于控制方法对由5个不同平板类微小零件组成的微组件采用三种不同装配方式，分别进行8组装配试验，并对其关键精度指标进行测量与分析，其测量结果表明，三种装配方式中姿态调整自动装配方式装配效果最佳，微组件的同轴度和平行度误差基本满足装配精度要求，微装配的适用性有明显改善。此控制方法可以有效的用于其他微装配系统，且具有良好的鲁棒性、可复用性和人机交互性。

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低黏润滑轴承可靠性强化试验中磁力加载研究

欧阳武, 张帆, 王建磊, 袁小阳

机械工程学报. 2015, 51(4): 199-205. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.199

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为给核主泵水润滑半尺寸轴承可靠性强化试验提供载荷环境，研究基于水润滑轴承失效模式的强化试验原理，并研制一套轴向和径向磁力加载系统。通过选择磨损、润滑和振动三种典型失效模式并给出对应的试验方案，研究水润滑轴承可靠性强化试验原理，揭示载荷与失效的定性和定量关系，据此提出水润滑半尺寸轴承强化试验的静/动载荷需求。设计并建造磁力加载系统，包括结构和测控两个模块。其中，轴向加载组件的静载与动载结构独立，径向加载组件采用8级式，测控模块支持开环和闭环两种控制策略。设计专项试验验证加载系统的性能。研究结果表明，磨损失效试验算例中比压增加20%时，瓦块磨损量增加1.0～1.2倍，启停次数减少50%～54%；轴向加载组件在间隙2 mm、电流1.2 A时可产生100 kN静载，并可实现脉冲和谐波加载；径向加载组件可实现3.7 kN静载、约500 N幅值脉冲和115 N幅值谐波动载功能。初步验证在水润滑轴承可靠性强化试验中引入电磁加载技术是可行的。针对引入加载装置的多场耦合轴承试验系统，采用人工调节电流的开环加载控制策略更有效。

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一种两类“货到人”订单拣选系统的适用性选择方法

王艳艳,周以齐, 沈长鹏, 吴耀华

机械工程学报. 2015, 51(4): 206-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.04.206

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提出一种能在两类“货到人”订单拣选系统(即自动存储及取货系统(Automated storage and retrieval system, AS/RS)和Carousel系统)之间依据不同订单类型进行系统适用性选择的系统优化方法。订单拣选系统最常用的两种作业策略分区策略和分批策略本质上都是对订单的聚类，因此订单可以被分为很多一维单元化网格；根据各系统的逻辑运动关系，得到单元化网格的拣选时间表达式；利用作业时间模型和空间填充线，对单元化网格进行聚类，得到二维系统的总订单拣选时间，采用遗传算法计算各系统的最优值；比较各系统的时间选择适用性，即选择总订单拣选时间更小的系统。通过对四类不同类型的订单进行试验研究，初步得出两类系统对四类订单的适用性分析和系统参数敏感性分析。

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2015年, 第51卷, 第4期　
刊出日期：2015-02-20

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