机械工程学报

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薛彬,郑迎亚,熊芝, 邾继贵

机械工程学报. 2015, 51(8): 1-8. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.001

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室内空间测量定位系统是基于光平面交会原理的大尺寸分布式坐标测量系统，具备大量程、高精度、多任务并行、全空间实时测量等特点，应用广泛。该测量系统在测量过程中需要在空间不同位置放置多个发射站同时工作，而发射站在空间的不同布局对测量精度有着较大影响。为得到一种较好的布局，研究发射站光平面在测量点的不同交会方式对测量稳定性的影响，推导建立数学模型，以此来评价布局的优劣。在此数学模型基础上设计遗传算法来求解较优布局，并对实际测量中常用的两站到四站的测量系统进行优化仿真研究。仿真结果表明在给定测量条件下，利用此数学模型设计的算法可以优化布站，得到一种较好的空间布局，提高测量稳定性。

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关于利用金属磁记忆方法进行应力定量化评价问题的讨论

张卫民, 邱忠超, 袁俊杰, 于霞

机械工程学报. 2015, 51(8): 9-13. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.009

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对利用金属磁记忆检测技术在应力评价方面的研究现状进行总结，分析磁记忆检测原理和磁机械效应理论之间、应力磁化反转现象和接近定律之间的关系，认为金属磁记忆效应，是稳恒弱磁场激励下的一种力磁效应，符合磁机械效应理论的相关描述和结论。指出弱磁激励情况下力磁关系的非线性、以及检测结果易受众多干扰因素影响的特点，给利用磁记忆检测技术进行应力定量化评价带来实质性困难。磁记忆检测技术的优势，应在研究铁磁材料塑性阶段濒临损伤前的微观缺陷和信号异变的复杂关系以及应力集中和损伤综合作用下异变磁信号的快速和有效识别等方面。

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(32.4.3.4)晶格声子晶体的多点缺陷试验研究

赵寰宇,汪越胜

机械工程学报. 2015, 51(8): 14-19. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.014

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由于复式晶格能够降低结构对称性，使晶体比较容易打开多个完全带隙。设计有限尺寸新型多点缺陷形式的复式晶格声子晶体，可以形成宽频段声波的局域态和波导。通过试验研究二维(32.4.3.4)晶格钢/水声子晶体的Zigzag型多点缺陷性质，结合超胞技术，并利用有限元法数值计算该声子晶体缺陷体系的能带结构、本征模态和透射谱。结果表明：数值计算和试验结果符合较好。对Zigzag型多点缺陷分析可知，其数量和形式决定高频(或低频)带隙内声波局域效应、本征模态和波导特性。因此研究复式晶格声子晶体缺陷性质，丰富了调控声波传播的手段，为设计新型声波器件提供了重要的思路。

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板材液压成形技术与装备新进展

苑世剑,刘伟,徐永超

机械工程学报. 2015, 51(8): 20-28. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.020

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随着板材零件向大尺寸、薄壁、深腔、复杂曲面以及难变形材料方向发展，具有低成本、高柔性的板材液压成形技术在航空、航天、汽车等制造业受到高度重视，并面临新的机遇和挑战。介绍板材液压成形技术的发展现状，重点介绍近年发展的径向主动加压充液拉深、预胀充液拉深、正反向加压充液拉深、双板成对液压成形和热态液压成形技术。分析国内外板材液压成形技术在汽车、航空航天等领域的应用现状，综述板材液压成形装备的研制进展，介绍正在研制的世界最大的吨位为150 MN、液体容积为5 m3的液压成形装备，对板材液压成形技术的发展趋势进行展望。

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钢丝缠绕重型模锻液压机坎合结构的疲劳和寿命预测

何文斌,曾攀,林峰,颜永年,张磊

机械工程学报. 2015, 51(8): 29-36. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.029

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剖分坎合是钢丝缠绕液压机的关键技术，坎合副的抗剪性及其抗疲劳性对模锻液压机使役期间保持机架完整性至关重要。坎合原理及抗疲劳性方面研究工作的不足限制了该技术的推广和应用。设计坎合疲劳试验夹具，对液压机本体小试样坎合结构进行切向等幅循环载荷疲劳试验。分析坎合结构切向循环载荷条件下三个阶段的载荷-位移循环特性；建立坎合结构疲劳指数模型，当载荷比R=0.1时，坎合结构疲劳量纲一载荷极限为 =0.74；研究量纲一切向载荷幅值与均值关系，得到坎合结构疲劳等寿命曲线；提出基于Miner线性累积损伤理论的坎合结构疲劳累积损伤准则。实现了钢丝缠绕模锻液压机坎合结构的安全性评估和寿命预测。

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KMN钢激光熔覆FeCr合金修复层组织性能及耐磨、耐蚀性研究

赵彦华、孙杰、李剑峰

机械工程学报. 2015, 51(8): 37-43. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.037

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KMN钢是大型离心式压缩机叶轮常用材料，服役过程中常出现磨损、腐蚀等损伤导致失效，激光熔覆技术是实现损伤叶轮修复再制造的有效手段。使用FeCr合金粉料通过激光熔覆技术在预置缺陷的KMN钢基体上制得修复层。通过扫描电镜(Scanning electron microscope, SEM)、能谱分析(Energy dispersive spectrometer, EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)对修复层微观组织、元素分布及物相组成进行观察分析；对激光熔覆修复层显微硬度进行测试；分别对修复层和KMN钢基体进行干摩擦滑动摩擦测试，观察并分析磨痕三维形貌；测得修复层及KMN钢基体的Tafel曲线，并使用Tafel直线外推法、失重法测试修复层与基体材料的腐蚀速度。结果表明，激光熔覆修复层与基体呈良好冶金结合、无气孔裂纹等缺陷；修复层硬度是基体材料的1.8倍；耐磨性、耐蚀性得到显著提升。

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应力比对25Cr2Ni2MoV钢焊接接头近门槛值区疲劳裂纹扩展曲线转折点的影响

杜彦楠,朱明亮,轩福贞

机械工程学报. 2015, 51(8): 44-49. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.044

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在常温下采用逐级降载法进行不同缺口位置、不同应力比下25Cr2Ni2MoV钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验，研究疲劳裂纹扩展曲线上近门槛值区转折点的变化规律。结果表明，焊接接头的疲劳裂纹扩展曲线在近门槛值区内存在一个转折点，其对应的应力强度范围随应力比的增大而减小，其大小为疲劳门槛值的0.5～0.8。近门槛值区疲劳裂纹扩展转折点前后扩展曲线斜率发生变化表明裂纹扩展机理的改变，热影响区缺口处的转折行为对疲劳裂纹扩展影响较小。应力比R低于0.5时，循环塑性区尺寸总体接近于材料特征组织尺寸；应力比R高于0.5后，两者偏差加大。应力比低于0.5时转折点对应的循环塑性区尺寸同特征组织尺寸接近，驱动力由K控制向Kmax主导的转变是引起转折点随应力比变化的原因。

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变幅载荷下隔振器橡胶材料裂纹扩展试验及建模方法

上官文斌,王小莉,段小成,刘国兵,阎礁

机械工程学报. 2015, 51(8): 50-58. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.050

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利用带单边缺口的纯剪试件，进行变幅疲劳载荷下隔振器橡胶材料的裂纹扩展试验。由于实测裂纹扩展长度存在波动，无法采用传统的割线法或七点多项式法来处理实测数据。为了解决传统方法的不足，利用幂函数来表征实测的裂纹扩展长度与循环次数的关系，进而确定隔振器橡胶材料的裂纹扩展速率及其裂纹扩展模型。基于建立的裂纹扩展模型，推导适用于哑铃试片的疲劳寿命预测模型。试制该型橡胶哑铃试片，并测试其疲劳寿命。通过对比哑铃试片实测寿命与预测寿命，验证变幅载荷下隔振器橡胶材料裂纹扩展模型的有效性。

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轻薄型回收金属撕拉破碎试验研究及结果分析

周红权,刘剑雄,杨邦成,侯杰,伞红军,樊瑜瑾

机械工程学报. 2015, 51(8): 59-66. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.059

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为解决报废汽车及家用电器的破碎回收问题，对轻薄型回收金属摆锤式破碎过程进行研究，结果发现撕裂与撕拉为其主要破碎模式；利用自制工具对轻薄型回收金属进行撕拉试验，获得撕拉破碎模式下材料的载荷-位移曲线，期间试件预穿刺孔舌形化直边两侧裂纹历经了多次失稳、扩展和松弛，舌形化直边产生了多次局部折叠变形，试件整体发生了横纵两方向的折弯，且大块轻薄型回收金属碎片被从其母体上撕拉下来；通过计算，得到轻薄型回收金属的撕拉破碎功及各种弹塑性弯曲功；与裤腿撕裂试验结果比对可知，虽然撕拉的能耗较撕裂稍高，但易于建立的边界条件及大块的撕拉碎片更有利于降低破碎过程的综合能耗；研究结果为报废汽车及家用电器的破碎回收利用提供一定的理论依据。

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高氮钢激光-电弧复合焊焊缝成形多元非线性回归模型

孙硕,刘双宇,贾冬生,张宏,刘凤德

机械工程学报. 2015, 51(8): 67-75. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.067

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基于响应面法设计方法，进行Nd：YAG激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas welding, MAG)复合焊高氮钢的平板堆焊试验，获得焊缝熔深、熔宽、余高数据，采用逐步回归法筛选出对焊缝形貌影响显著的因子，建立多元非线性数学回归模型，通过方差分析和回归分析得出该回归模型的R2分别如下：熔深H为0.932，熔宽W为0.915，余高A为0.910，P>F值均小于0.001。模型分析结果表明激光功率、焊接电流、电弧电压和热源间距四个因素的主效应和交互作用对焊缝形貌有着很大的影响，其中对熔深影响最大的主效应是激光功率，交互效应是激光功率与电弧电压；对熔宽影响最大的主效应是焊接电流和电弧电压，交互效应是焊接电流与热源间距、电弧电压与热源间距和激光功率与电弧电压；对余高影响最大的主效应是焊接电流，交互效应是电弧电压与热源间距。试验验证结果表明模拟结果和试验结果相吻合。

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塑性强化材料矫直反弯特性研究

刘东冶,何安瑞,王海滨,贺龙军

机械工程学报. 2015, 51(8): 76-83. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.076

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为了深入研究塑性强化材料在平行辊式矫直过程中一次反弯与二次反弯特性的关系，根据工程弹塑性力学的基本原理，建立基于强化弹塑性材料辊式矫直弯曲力学模型。通过解析法描述两次反弯过程中的应力关系，给出辊式矫直过程中截面弯曲过程材料残余应力分布、弯矩比、加载应力变化过程。证明两次反弯过程中经历一次反弯后，二次反弯截面弯矩比与曲率比不再是原有简单M-C关系，而是与一次弯曲曲率比、二次弯曲曲率比与强化系数相关的函数。理论上证明原有弯曲理论不再完全适用于多次连续反弯矫直过程。解析结果表明，辊式矫直过程中经历二次反弯的材料截面弹性极限弯矩值下降，矫直弯曲减小，回弹比增大。同种材料考虑强化与不考虑强化矫直后残余应力均方差分别为71.2与65.6，回弹比均值分别为0.49和0.43。

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二维三轴编织复合材料强度及渐进损伤数值预测

张芳芳,刘才

机械工程学报. 2015, 51(8): 84-91. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.084

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针对二维三轴编织复合材料纤维束路径周期波动问题，给出空间周期三次样条的求解方法，基于周期三次样条曲线段，求解任意一点处单元材料主方向。建立非对称的透镜形纤维束横截面，并考虑纤维束横截面随纤维路径产生的扭曲。基于区域叠合思想，利用直接网格建模而后切割的参数化单胞网格建立方案生成二维三轴编织复合材料更为精细的参数化单胞模型。基于Murakami损伤理论建立正交各向异性损伤本构模型，利用等价位移控制实体单元相应模式下损伤的演变发展，在单胞模型中引入界面单元，考虑界面相损伤对材料损伤演变过程的影响，预测45°编织角二维三轴编织复合材料在轴向和横向拉伸载荷作用下的强度以及细观损伤起始、扩展和最终失效过程。数值预测结果与试验结果吻合较好。

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基于换档执行元件油压估计的行星变速器换档过程控制

王尔烈,陶刚,朱敏,陈慧岩

机械工程学报. 2015, 51(8): 92-98. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.092

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对于搭载大功率液力自动变速器和全程调速柴油机的重型越野车辆而言，换档执行元件油压实时估计能反映车辆行驶工况的变化，有助于改善液力自动变速器换档品质。建立3自由度行星自动变速器动力学统一模型，并以1-2动力升档为例，进行升档过程瞬态动力学分析，与传统建模相比，统一模型有效提高了换档分析计算效率，并提供在档状态下变速器转动惯量计算方法。结合发动机-变矩器的动力特性匹配，实现对换档执行元件油压的实时估计，油压估计能够体现车辆工况变化，从而提高换档过程执行元件油压的调节速度，据此制定升档过程控制策略并进行实车变工况试验研究。试验结果表明，估计油压能实时准确反映换档系统动态特性，基于油压估计的换档过程控制能有效提高自动变速器换档品质，改善整车性能。

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不确定环境下再制造发动机曲轴轴向间隙优化控制

葛茂根,王少明,刘明周,刘从虎,邵将

机械工程学报. 2015, 51(8): 99-106. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.099

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再制造发动机曲轴轴向间隙既是影响再制造发动机性能的重要因素，也是不确定环境下再制造发动机装配过程质量控制的难点。以再制造发动机装配过程中曲轴轴向间隙优化控制为研究目标，分析不确定环境下再制造发动机曲轴轴向间隙影响因素，并构建基于信息熵的装配尺寸不确定测度模型，进而研究再制造发动机装配过程中曲轴轴向间隙质量耦合内在关系；在确保再制造发动机曲轴轴向间隙装配尺寸熵不大于新品的前提下，通过数学公式推导出再制造曲轴第一轴颈宽度和缸体轴承座宽度分级选配尺寸公差宽放系数；提出基于分级选配的再制造发动机曲轴轴向间隙优化控制方法；通过某再制造发动机企业的实例验证了该方法的有效性和可行性。

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销-盘试验的热-应力-磨损耦合模拟研究

张方宇,桂良进,范子杰

机械工程学报. 2015, 51(8): 107-115. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.107

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销-盘磨损试验涉及复杂的热-应力-磨损耦合现象。基于广义Archard磨损模型和商用有限元软件ABAQUS，开发模拟销-盘磨损试验过程中热-应力-磨损耦合模拟分析的顺序耦合方法。分析销-盘试验的瞬态温度场，将温度场作为热载荷分析摩擦副的应力-磨损耦合问题；分析过程中考虑温度对摩擦副材料的力学和热学性能的影响以及广义Archard磨损系数和摩擦因数对温度和接触压力的依赖性。热传导分析考虑摩擦生热、销-盘接触传热、各个表面与空气之间的强制对流换热、自然对流换热以及热辐射。将该方法用于销-盘磨损试验的模拟，得到温度场、接触压力和磨损量的演变过程，揭示温度场对接触和磨损的影响规律，仿真结果与试验结果吻合良好。

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针对结构动态非线性优化问题的ESLM梯度优化方法

陈涛,陈自凯,段利斌,王彬,成艾国

机械工程学报. 2015, 51(8): 116-124. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.116

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针对等效静载荷法(Equivalent static loads method，ESLM)求解大变形和多变量结构动态非线性优化问题难以收敛与效率较低的不足，结合结构静态线性优化方法与最速下降法(Steepest descent method，SDM)提出一种高效的基于梯度的等效静载荷法(Equivalent static loads method based on gradient，ESLMG)，根据结构动态非线性分析计算得到基于节点位移等效的静态载荷，从而将结构动态非线性优化问题转化为以等效载荷及节点位移为输入条件的结构静态线性优化问题(内层循环)；利用内层循环最优解处的梯度信息，同时结合SDM方法更新设计变量(外层循环)；将更新的设计变量值作为下一次迭代内层循环的初始值，直到满足收敛条件为止。该方法在保证算法收敛性的前提下，提高了收敛速度。算例表明，该方法对于处理大变形及多变量结构动态非线性优化问题非常有效，在收敛速度方面相比ESLM方法和数值优化算法具有很大的优势。

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提升轮胎抗滑水性能的仿生方法

周海超,梁晨,杨建,王国林,薛开鑫

机械工程学报. 2015, 51(8): 125-130. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.125

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提高花纹沟排水能力是提升轮胎抗滑水性能的主要途径之一，借鉴仿生学理念，将凹坑形仿生非光滑结构引入花纹沟，探索研究通过降低花纹沟流体阻力提高花纹沟排水能力的仿生方法。以轮胎接地区单个花纹沟作为研究对象，在沟底布置凹坑形仿生非光滑结构，运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics，CFD)和正交试验设计相结合的方法，研究凹坑形仿生非光滑结构对壁面减阻率的影响规律，确定最优参数组合；为进一步提升凹坑形仿生非光滑结构的减阻率，提出一种水滴形凹坑仿生结构，并对其减阻特性进行分析，得出其减阻效果优于圆形凹坑结构；将最优的水滴形凹坑仿生结构布置于花纹沟底部，分析其抗滑水性能。结果表明，水滴形凹坑仿生结构能够减小水流阻力，提高轮胎花纹沟排水量，降低轮胎在水膜上行驶时所受到的胎面动水压力，提升轮胎的抗滑水性能。

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基于损伤容限的动车组车轴实测载荷谱等效应力评价

周素霞, 李福胜, 谢基龙, 姚圣卓

机械工程学报. 2015, 51(8): 131-136. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.131

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对高速列车进行线路实测，获得既有线和京津城际铁路上的时域载荷，通过雨流计数法车轴的弯曲应力谱子样。通过对车轴存在缺陷时的等效应力研究表明，对于同样的运行条件和应力谱，车轴表面是否存在缺陷时的等效应力不同。在不同的列车速度下，负载时车轴表面的动应力都大于空载情况。而在同样的线路条件下，速度对等效应力的影响不大。等效应力幅在不同的线路差别稍大，既有线等效应力幅比京津城际铁路上的值要高。计算得到车轴表面不同缺陷对应的S-N曲线参数和相应的疲劳极限，结果表明，光滑车轴的等效应力比车轴材料的疲劳极限低很多。当车轴表面有缺陷时，其等效应力大于等于疲劳极限。因此，有必要考虑外部运行环境和车轴表面状况，从而对车轴进行损伤容限设计。

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橡胶衬套材料参数确定及有限元仿真

魏志刚,陈效华,吴沈荣,陈海波

机械工程学报. 2015, 51(8): 137-143. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.137

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确定橡胶材料力学性能参数，较高精度地对橡胶部件进行力学特性仿真，对于汽车的操控性和舒适性有着重要的意义。基于汽车行业对橡胶零部件力学性能分析的需要，设计试验方案，对汽车控制臂衬套橡胶材料进行单轴拉伸、单轴压缩、平面拉伸试验；对材料试验中样件差异、预调次数、加载速度、夹持方法等对试验结果的影响进行分析，确定比较完善的橡胶材料试验方案。对试验数据进行处理，拟合获得材料模型参数；进行衬套静刚度试验，并使用获得的模型参数对试验进行仿真。仿真结果与试验符合较好。结果表明，采用的材料力学性能试验方法和参数拟合方法能够较准确地确定橡胶材料的力学性能参数，可为有限元仿真提供可靠的材料模型参数。

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扩压叶栅最佳弯叶片生成线与稠度的关系

凌敬,杜鑫,王松涛,王仲奇

机械工程学报. 2015, 51(8): 144-150. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.144

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为了研究亚声速扩压叶栅最佳弯叶片参数与叶栅稠度的关系，在8个不同叶栅稠度下对7组共56个方案进行数值模拟，计算出每个方案下的最佳弯叶片弯高和弯角。计算结果表明：在所选积叠线形式下，在同一个弯角下弯叶片总压损失系数随弯高的增大而减小，弯高为50%时损失最小，最佳弯叶片生成线的弯高为50%；在同一弯高下，弯叶片损失随弯角增大呈现类似抛物线的形式的变化规律，存在最佳弯角(αopt)使叶栅损失最小。在不同的叶栅稠度下，最佳弯角随叶栅稠度增加呈先减小后增大的趋势，弯叶片收益随稠度增大也是先减小再增大的。叶栅稠度对最佳弯角的影响取决于叶栅负荷，叶栅负荷大时影响较大，叶栅负荷较小时影响很小，甚至可以忽略。

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考虑换热温差的新型有机朗肯循环-分流闪蒸系统热力性能分析

杨新乐,黄菲菲,李惟慷,戴文智,董思含

机械工程学报. 2015, 51(8): 151-157. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.151

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为了提高有机朗肯循环(Organic Rankine cycle，ORC)系统热力性能，减少ORC发电中不可逆损失，实现对低品位热量的充分回收，以363～463 K地热水为热源，基于热力学第一、第二定律，从减小换热器换热温差考虑，提出一种新型ORC-分流闪蒸系统并建立系统热力学理论模型，通过编制计算程序对两种系统在不同热源温度下随蒸发温度的变化进行分析及比较，并针对4种临界温度不同的低沸点有机工质对系统的影响进行研究。结果表明：当热源不足以使工质在近临界温度下蒸发时，采用分流闪蒸系统可以提高系统热力性能，在热源温度Tg=363 K、393 K、423 K时，其效率较ORC系统分别增加10.51%、8.9%及7.07%；同时，分流闪蒸有助于减小工质对系统性能的影响，各工质热力性能表现相近；但随热源温度变化，系统适用工质不同，当热源温度高于工质临界温度15 K左右时，系统可在近临界状态下蒸发，此时选用该工质热力性能最佳。

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一种改进的动力煤稳燃特性分辨指数

樊晋元, 陈鸿伟, 王智

机械工程学报. 2015, 51(8): 158-163. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.158

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对国内大型电站煤粉锅炉燃用的154个煤质的工业分析成分数据进行数学分析试验，根据煤质各成分对稳燃和易燃特性影响的物理关系及煤粉气流稳定着火条件等因素，提出新的煤质稳燃指数( )和易燃指数( )。主要特点是：在稳燃指数中引入煤粉达到着火温度时水分吸热量与焦炭吸热量和挥发分发热量；在易燃指数中引入固定碳与挥发分之比，灰分与水分之和与挥发分之比；与传统方法相结合，拟合出与的分布函数关系式；给出图像分辨新方法与界限值。结果表明，在模型条件下， ≈55.8%～93.2%，此值越小，稳燃能力越强。新指数与传统方法相结合，能更清晰地分辨不同种类煤质的稳燃和易燃特性。

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三维数字化工艺模型及其表达框架

乔立红, 考书婷, 杨志兵

机械工程学报. 2015, 51(8): 164-71. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.164

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通过对工艺信息实质内容的深入分析，提出一种能全面描述和表达工艺信息的三维工艺模型(Manufacturing process model, MPM)，该模型具有工艺过程信息的几何演进性和多视角性特点。模型通过定义MPM三元组，确立了工艺信息的过程性结构关系，可完整表达工艺信息的内在规律，有利于数字化工艺信息的产生与优化。同时，从便于工艺设计等下游后续过程使用工艺信息的角度，提出包括流、动态场景和快照表达模型在内的三维工艺模型的数字化多视角工艺信息表达框架(Manufacturing process as stream and snapshot, MPASS)。其中，流表达模型以制造活动过程之间的关系为组织形式对工艺活动的信息进行表达；动态场景表达则是从不同的对象视角进行投影，以灵活的形式对工艺信息进行组织和查看；快照表达利用静态对象几何和增量的方式，表达动态过程某一时间点的状态值和相关性。不同的表达数据可用于不同的后续制造与管理过程。

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具有并联常通孔的磁流变阻尼器设计与分析

彭志召,张进秋,岳杰,张磊,黄大山

机械工程学报. 2015, 51(8): 172-177. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.172

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磁流变阻尼器(Magnetorheological damper，MRD)是实现车辆悬架半主动控制的理想器件，然而传统MRD的控制模型及控制过程复杂，严重制约MRD的工程应用。针对上述问题，提出具有并联常通孔的MRD，当电流为零时，磁流变液从常通孔和感应通道流过，实现最小阻尼系数；电流加载至最大时，感应通道被发生流变效应的磁流变液堵塞而充当限压阀的作用，在磁流变液屈服前，液体仅从常通孔流过，实现最大阻尼系数。建立新型阻尼器的阻尼力计算模型，为其设计和阻尼特性分析提供理论依据，并通过磁路仿真和阻尼特性试验验证设计方案的可行性。该MRD尤其适用于与开关类控制策略相结合，不需要复杂的逆模型求解，极大地简化了控制过程，具有较好的实际应用价值。

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面向作业车间调度的基于拓扑排序的二级嵌套蚁群算法研究

罗亚波

机械工程学报. 2015, 51(8): 178-184. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.178

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蚁群算法的出现，为求解作业车间调度问题提供了新思路。然而，由于作业车间调度问题的可行域属性非常复杂，目前，采用蚁群算法进行求解，还存在收敛可靠性差和优化程度不高的问题。针对以上两个问题，在对工序拓扑排序的约束特性进行分析的基础上，提出基于拓扑排序的二级嵌套蚁群算法，其基本思想是：以拓扑排序为基础，采用受限主路径覆盖可行域，从而降低搜索的规模和盲目性，提升收敛可靠性；将问题分解为工艺路径优化和设备遴选优化两个级别的问题，从而构造二级优化机制，采用工艺主路径与设备支路径嵌套递归的方式，实现工序排序与设备遴选之间的相互干涉，从而提升解的满意度。比较试验表明，与目前常用的蚁群算法求解方法相比，采用基于拓扑排序的二级嵌套蚁群算法求解作业车间调度问题，具有良好的收敛可靠性、求解效率和寻优能力。

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新型压电旋转驱动器的设计与性能测试

于月民,冷劲松

机械工程学报. 2015, 51(8): 185-190. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.185

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为了降低压电旋转驱动器的成本，提高承载能力，实现分辨率可调，设计研制一种新型压电旋转驱动器。驱动器采用单个压电堆栈作为原动件，经二级位移放大机构将压电堆栈的变形进行放大，再通过运动转换将放大后的直线运动转化为棘轮转子的旋转转动。制作了压电旋转驱动器样机，对其进行试验测试。试验结果表明：驱动器的输出转角具有很好的可控性，当驱动电压分别为200 V、350 V和650 V时，可获得三种稳定的单步输出转角，旋转分辨率为0.034 9 rad，最大承载扭矩为0.392 N•m。频率为20 Hz时，最大运转速度为2.094 4 rad /s。该驱动器在降低成本的同时，还具有分辨率可调、运转速度较高和承载能力强的优点，在精密驱动和大转角驱动领域有较大的应用潜力。

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民机引气系统快速存取记录器数据健康监测方法

梁坤, 左洪福, 孙见忠, 李怀远, 丁旋, 刘若晨, 王容辉

机械工程学报. 2015, 51(8): 191-197. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.191

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状态监控与健康管理技术是国产民机运营支持亟待突破的关键技术，以民机引气系统为对象，设计实现了基于快速存取记录器(Quick access recorder, QAR)数据的民机引气系统健康监测方法，提出引气系统故障检测算法。根据引气系统原理和工况从QAR解码数据中提取高压级和低压级调压对应的监测数据。引入准确度、虚警率和漏警率指标优化指数加权滑动平均(Exponentially weighted moving average，EWMA)控制图方法，根据优化指标确定控制图的关键参数EWMA的平滑系数、构成检测样本的监测数据点数量和EWMA的控制限系数。借助航空公司收集的实际数据对方法进行验证，结果表明，与当前航空公司现行方法相比，提出的方法可降低故障预警的虚警率、提高准确度，提前故障发现时间，为航空公司合理安排飞机维修计划、减少飞机停场时间提供支持。

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激光多普勒测速中平板窗口对测量体位置及形态的影响

李晋,闫清东,魏巍,崔骊水

机械工程学报. 2015, 51(8): 198-203. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.198

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应用激光多普勒测速仪(Laser Doppler anemometer, LDA)进行内流场测试时，激光光束光轴垂直和倾斜经过平板窗口后，由于折射效应导致LDA系统测量体位置和形态发生改变，进而影响所测速度大小和方向。为了研究折射效应对测量体位置和速度方向的影响，建立激光光路经平板窗口折射的数学模型，应用此模型进行不同工况(光束入射角θ、光束半夹角α1、内流场介质折射率n3、平板厚度d和LDA探头位置)下的理论研究；为了研究折射效应对测量体形态(即条纹畸变)的影响，建立LDA标定试验系统，进行不同光束入射角试验研究。研究结果表明，控制θ在10°以内可以忽略其折射效应影响；α1对于测量体位置偏差影响较小，但对于速度偏角有一定的影响，并且α1在5°以内时可以忽略其影响；使壁面两侧折射率尽可能的接近，会减小折射效应；沿测量体长度方向，折射后的测量体条纹间距线性增加，并随着θ的增加，条纹间距趋于均匀化。

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小尺度圆柱涡流发生器的传热与流动特性

汪健生,赵云俭

机械工程学报. 2015, 51(8): 204-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.08.204

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应用大涡模拟对设置小尺度圆柱涡流发生器矩形槽道底面的流动与传热特性进行研究，小尺度圆柱涡流发生器置于湍流边界层内。分析不同间隙比对槽道流动结构、槽道底面Nusselt数、摩擦因数以及综合性能系数的影响。此外，采用大涡模拟所得槽道计算结果与前人直接数值模拟结果一致性很好，验证所采用数值方法的准确性与可靠性。研究结果表明，与未设置小尺度圆柱涡流发生器的矩形槽道相比，设置小尺度圆柱涡流发生器槽道底面的换热性能可以得到显著提高，同时其流动阻力的增加亦得到有效抑制。当间隙比为2.0时，槽道底面换热性能最佳，其Nusselt数可提高18.76%；而当间隙比为0.5时，槽道底面减阻效果最佳，摩擦因数可减小3.77%。

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2015年, 第51卷, 第8期　
刊出日期：2015-04-15

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