机械工程学报

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曾达幸, 胡志涛, 侯雨雷, 苏永林

机械工程学报. 2015, 51(9): 1-9. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.001

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对踝关节功能损伤的患者，尤其是中风患者来讲，踝关节的康复是一项非常困难的问题。针对此提出一种新型并联式解耦踝关节康复机构，并基于中医康复疗法引入踝关节康复机构需要注重牵引功能的设计思路。所提出的机构能够同时实现单独转动康复(背屈、跖屈，外展、内收)和在牵引下转动的康复过程；利用螺旋理论分析机构在任意位姿下的自由度性质；推导出机构位置正反解，求解速度雅可比矩阵，并对机构进行奇异性分析；通过输出参数对解耦机构杆件尺寸进行优化，基于遗传算法给出数值算例，验证了机构工作空间满足踝关节康复运动的要求。

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重型车湿式桥非线性传动能量流耗分析

刘升, 孙冬野, 秦大同

机械工程学报. 2015, 51(9): 10-17. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.010

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重型车湿式桥传动系统能量流动与损耗研究是车辆经济性、安全性及动力性的基础。现有研究主要简单分析单工况下齿轮箱的能量损耗，缺乏复杂工况下基于人车路的传动系统能量流耗精细综合研究。针对典型重型车辆循环作业下的湿式桥传动系统能量流耗进行综合分析，建立不同能量损耗类型的数学模型。考虑车辆循环作业能量流耗影响因素，基于键合图理论分析总成及系统能量流耗情况后，建立整个传动系统的能量流耗模型。此动力学模型与实车试验数据结合不但可以研究一般工况下的人车路湿式桥非线性能量流耗，还可以分析驱动滑转、制动滑移、转弯、轮荷及重心转移等复杂工况，这为今后研究和精确实车复杂工况下的能量流耗情况提供了一套可行的方法。

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基于危险指数最小化的机器人安全运动规划

吴海彬, 彭爱泉, 何素梅

机械工程学报. 2015, 51(9): 18-27. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.018

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为防止机器人在运动过程中与人相撞，提高机器人运动的安全性，提出一种基于危险指数最小化的机器人安全运动规划方法。该运动规划方法把机器人的运动分为全局安全路径规划、在线实时安全轨迹规划、实时避碰控制和目标再搜索等四个阶段。基于人机之间的距离、机器人惯量、人机之间相对运动速度等因素，对每一阶段进行危险程度的评估，得到危险指数，以危险指数最小化为目标规划各阶段机器人的运动。建立三自由度机器人与人共处数学模型，并在Matlab下对不同阶段的运动规划进行仿真。为了进一步验证算法有效性，搭建了工业机器人安全运动规划试验平台，实现了基于危险指数最小化的安全避碰。仿真与试验结果表明，基于危险指数最小化的机器人安全运动规划，可以有效确保人在机器人工作环境中的安全性。

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基于拟Newton法的并联机构位置正解

耿明超, 赵铁石, 王唱, 陈宇航, 何勇

机械工程学报. 2015, 51(9): 28-36. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.028

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基于Newton法的迭代搜索算法是求解并联机构位置正解的重要数值算法，但是在其每一步的迭代过程中都需要构造机构的Jacobian矩阵。在Newton法的基础上，将拟Newton法应用于并联机构的位置正解求解，该方法用当前的函数值代替Jacobian矩阵，能够减小每一迭代步的计算量。定义机构的虚工作空间，并分析6-RUS这一类并联机构虚工作空间受限的原因及迭代搜索算法在求解这一类机构位置正解时的局限性，提出将这一类机构的位置正解等效求解的方法。进一步分析耦合型少自由度机构虚工作空间受限的原因，采用虚设机构法和改进的Jacobian矩阵使迭代搜索算法能够适用于这一类机构。数值算例表明：相比于Newton法，拟Newton法的总迭代步数并没有明显增加，但由于每一迭代步的计算量少，计算效率明显提高，为并联机构位置正解在实时场合的应用提供了一定的理论指导；等效机构法能够扩大机构的虚工作空间，增加迭代搜索算法的适用范围。

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双臂空间机器人捕获非合作目标冲击效应分析及闭链混合系统力/位形鲁棒镇定控制

董楸煌, 陈力

机械工程学报. 2015, 51(9): 37-44. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.037

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分析漂浮基双臂空间机器人捕获非合作目标所受的冲击影响效应，及捕获后空间机器人和目标组成的闭链混合系统对目标夹持内力和位形的鲁棒镇定控制。将捕获目标过程视为两机械臂末端与目标碰撞前、碰撞过程和碰撞后三个阶段。在碰撞前空间机器人和目标是分离的两分体系统，利用第二类拉格朗日方程建立漂浮基双臂空间机器人系统的动力学模型。在机械臂末端与目标碰撞阶段，基于空间机器人与目标总动量守恒，利用动量定理计算翻滚目标对空间机器人运动状态的冲击影响效应。在碰撞后，双臂空间机器人已捕获翻滚目标并组成闭链混合系统，针对混合系统在碰撞阶段受冲击影响而产生不稳定运动，提出一种鲁棒控制算法对其进行镇定控制，以实现双臂对目标夹持内力和空间机器人位形的协调控制，并达到期望的稳定状态。数值仿真验证了上述控制算法的有效性。

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人工髋关节稳定性影响因素的敏度分析

胡迎春, 赵舒婷, 侯军燕, 王汝贵

机械工程学报. 2015, 51(9): 45-50. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.045

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为准确评估人体自身因素对人工髋关节稳定性的影响程度，以人工髋关节稳定性为控制目标，考虑人体骨头密度、人体质量、行走步长、身高与抬脚高度等5个因素，运用人体生物力学与弹性力学知识，建立人工髋关节微动位移数学模型。基于敏感性分析原理，在Matlab中绘制控制目标对各影响因素的敏感度曲线图，并对结果进行数据拟合得到各影响因素的敏感度函数表达式，在5个因素均取人体基准值的情况下，通过函数表达式可分别求出控制目标对各因素的敏感度值以及各影响因素的影响百分比。结果表明，在上述5个因素中，人体骨头密度对人工髋关节稳定性的影响程度最大，其后影响程度依次为行走步长、人体质量、抬脚高度与身高。研究人体骨头密度、人体质量、行走步长、身高和抬脚高度对人工髋关节稳定性的影响程度，对临床安装人工髋关节有很好的指导意义和借鉴作用。

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面向爬壁机器人的电极吸附阵列模型构建及优化

过金超, 崔光照, 陈旭, 高瑜

机械工程学报. 2015, 51(9): 51-57. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.051

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针对爬壁机器人现有吸附方式的不足，提出一种电极吸附的新方法。对电极吸附技术的吸附机理进行分析，并根据爬壁机器人的应用特点，提出电极阵列式吸附结构——共面梳状交叉电极阵列。针对该阵列结构，基于有限元分析方法，构建吸附力输出模型，并结合量子粒子群优化算法，以电极吸附阵列吸附力输出的最大化为目标，对电极阵列布局的参数进行优化设计；在对电极阵列吸附力分布特性、击穿特性等性能进行分析的基础上，提出电极阵列结构优化设计方案，并采用MEMS技术，设计出了试验样版。为了验证电极吸附方法的有效性和所建模型的正确性，分别基于不同的材料基底(水泥墙、玻璃和木材)，进行吸附力测试试验，并基于电极吸附技术，设计单履带式攀爬机器人。试验数据及攀爬机器人的实际运行效果表明了电极吸附技术的有效性和先进性。

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基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

鲜斌, 刘洋, 张旭, 曹美会

机械工程学报. 2015, 51(9): 58-63. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.058

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提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制，设计一种基于视觉的飞行控制方法，并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中，光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息，利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation, PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台，该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计，并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高，但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明，提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。

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不同边界条件下旋转薄壁短圆柱壳的强迫振动响应计算

罗忠, 王宇, 孙宁, 张凯, 韩清凯

机械工程学报. 2015, 51(9): 64-72. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.064

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为计算不同边界条件下旋转薄壁短圆柱壳的强迫振动响应特性，在总结前人所提出的两端简支边界条件下旋转有限长圆柱壳自由振动和谐波激励响应计算方法基础上，基于梁函数法，在位移函数的轴向引入含有不同边界条件特征的模态函数，从而得以求解。基于Love壳体理论，利用Hamilton原理建立了旋转薄壁短圆柱壳的振动微分方程，并利用Galerkin法进行离散简化为常微分方程。以简谐激励为例给出了一种以广义坐标形式表示的响应求解方法，由此求解出不同边界约束的旋转薄壁短圆柱壳的响应问题。通过试验对所提出响应计算方法的正确性进行了验证。

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改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构动态特性分析中的应用

白斌, 白广忱, 费成巍, 赵合阳, 童晓晨

机械工程学报. 2015, 51(9): 73-81. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.073

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在保证精度的条件下，为了提高航空发动机动态特性分析的计算效率，针对传统混合界面子结构模态综合法 (Hybrid interface substructural component modal synthesis method, HISCMSM) 综合后还可能存在计算量大的问题，提出一种改进的HISCMSM。该方法将综合后的模型进一步减缩，建立了叶片+轮盘的组合结构的参数化模型，对各个子结构建立有限元模型 (Finite element model, FEM) 并综合求其模态和振型。与整体结构有限元法相比，计算时间缩短23.86%～35.74%，模态偏差不大于0.49%，而传统法，其计算时间缩短14.63%～29.20%，模态偏差不超过0.57%，可见，该方法计算效率比传统法有显著提高，尤其是在高价模态求解时，计算效率提高的更加明显，同时分析了谐调与失谐叶盘结构模态位移、模态应力和模态应变能的分布，发现叶盘结构失谐后其对称性被破坏，出现了局部化现象，且随着失谐幅值的增大，振动逐渐向少数叶片集中，局部化现象越来越明显，为下一步的动态响应以及概率分析奠定了基础。

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非典型气动荷载下压缩机叶轮疲劳强度分析

栗玉领, 徐胜利, 杨树桦, 孟继纲, 李祎曼, 黄金芷, 关振群

机械工程学报. 2015, 51(9): 82-89. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.082

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针对气动激励下压缩机叶轮疲劳破坏问题，研究气动激振力的频域特性以及叶轮共振特性，提出相应的叶轮疲劳强度校核及失效分析方法。对某离心压缩机叶轮非定常气动荷载计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)计算结果进行傅里叶变换，获得其频率、幅值与相位特征，重点分析气动激振荷载在相邻叶片间的相位关系。对于在相邻叶片间相位差循环对称分布的典型荷载分量，通过干涉图确定叶轮的共振模态，对于相位差非循环对称分布的非典型荷载分量，通过激振频率下叶轮动应力在各节径的分布情况确定叶轮的共振模态。基于叶轮静应力和共振动应力计算结果进行疲劳分析。结果表明，计算预测的疲劳破坏位置与实际发生疲劳裂纹位置相吻合，相位差非循环对称分布的非典型气动荷载激起叶轮零节径的共振是引起叶轮疲劳失效的主要原因。

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非线性随机动力系统时频子域上的统计线性化方法

孔凡, 李书进

机械工程学报. 2015, 51(9): 90-96. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.090

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时间-频率联合非平稳激励下非线性随机动力系统响应一直是随机振动理论关注的重点。基于在时间-频率子域上对非线性系统实施统计线性化，得到了非线性系统在一般随机动力激励下响应的演变功率谱密度。利用周期广义谐和小波及其联系系数，建立线性系统响应与输入功率谱之间的关系。通过对运动方程中非线性项在时间-频率子域上的统计线性化，得到了等价线性参数与响应功率谱之间的联系。二者构成一类相互依赖的迭代关系，并由此可得非线性系统随机动力响应的近似功率谱密度。算例以多项式非线性振子为例，与Monte Carlo模拟估计的响应功率谱对比，说明了所建议方法的有效性。

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用灰自助泊松方法预测滚动轴承振动性能可靠性的变异过程

夏新涛, 孟艳艳, 邱明

机械工程学报. 2015, 51(9): 97-103. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.097

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将灰自助原理融入泊松过程，提出灰自助泊松方法，以预测滚动轴承振动性能可靠性的变异过程。凭借时间序列的计数过程，在短时间区间内获取轴承振动表现出的变异强度的极少量原始信息；经过对变异强度原始信息的自助再抽样，模拟出变异强度的大量生成信息；用灰预测模型处理生成信息，获取变异强度估计值；用泊松过程表征可靠性函数，实时预测轴承振动性能可靠性的变异过程。轴承振动时间序列可靠性的试验研究表明，性能可靠性变异状态可以被真实描述，预测值与检验值具有很好的一致性。

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主动约束阻尼梁的分段线性二次规划自适应减振控制

石慧荣, 高溥, 李宗刚, 张军平

机械工程学报. 2015, 51(9): 104-111. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.104

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为了提高对主动约束阻尼梁的减振效率和稳定性，依据能量法和有限元法建立压电约束阻尼梁的动力学模型，应用Ritz法缩减了系统模型，根据模型特点采用加速度二级反馈减振控制，并对控制系统Lyapunov方程的稳定性进行了证明，基于此提出一种分段线性二次规划(Piecewise linear quadratic programming, PLQR)自适应减振控制方法。通过对多种控制方式和不同初始频率时简支梁振动特性的分析，表明控制增益和补偿频率的选取直接影响减振控制的稳定性和收敛速度；PLQR自适应控制相对于线性二次规划(Linear quadratic programming, LQR)和恒增益恒频率调控对系统振动衰减最快；与被动约束阻尼减振相比，在固有频率附近电压和中点振幅的自适应变换最显著，具有更好的减振效果。

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风能转换系统的故障诊断与主动容错控制

吴忠强, 杨阳, 徐纯华

机械工程学报. 2015, 51(9): 112-118. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.112

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建立了风能转换系统传动部分的故障数学模型，并且在未知干扰情况下构造了自适应故障观测器，用以检测风能转换系统传动部分的故障，并对该故障进行自适应估计。设计了主动容错控制器来保证发生故障时风能转换系统传动部分的稳定性以及可靠运行，并给出各部分详细的稳定性证明。通过对主传动链不同故障类型的仿真，表明了自适应故障诊断及主动容错控制方法的有效性和可行性。

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机床热误差建模研究综述

王海同, 李铁民, 王立平, 李逢春

机械工程学报. 2015, 51(9): 119-128. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.119

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机床热误差的产生不可避免，热误差在机床的总误差源中又占有较大比重。如何合理地对机床热误差进行建模，并以此为基础实现热误差的避免与补偿十分关键。在过去三十年里，众多国内外学者针对热误差的建模方法进行了探究，基于建模方法的不同可分为两类：经验热误差建模方法与理论热误差建模方法。经验热误差建模方法主要应用于机床热误差的补偿，基于对统计学模型的参数辨识实现热误差的预测。理论热误差建模方法主要用于机床热误差的避免，基于传热关系及力与位移的约束建立方程，并通过微分方程的数值求解得到热变形。以这两种机床热误差的建模方法为脉络进行展开，分别探讨了两类建模方法国内外的研究现状，并分析了各模型的优缺点，并对未来的研究趋势进行了展望。

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大型空分板翅换热器性能强化的逐流段设计方法

徐敬华, 张树有, 谭建荣

机械工程学报. 2015, 51(9): 129-136. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.129

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板翅式换热器是空气分离系统中实现冷凝、液化、蒸发等热量交换的关键装备，具有小温差不稳定传热、二次传热、允许阻力小、多股流物性变化激烈的显著特点。已有设计方法难以解决大型化引起的通道负荷不均、通道偏流失匀、工质流阻增加、换热效率下降问题。为此，提出了一种大型空分板翅换热器性能强化的逐流段设计方法。根据空分工艺流程，按多股流质量流速确定其流道数，沿外侧隔板正向逐通道选择可排流体，通过标准正态分布概率随机预设定初始排列，对反向有限个通道重排实现排列回溯，以累积换热负荷峰值、方差和范数为综合判据，在全通道可行排列集合中，确定多股流通道最优排列，满足了换热器大型化对通道多股流换热高均匀性的要求。在纵向传热与横向传热方向建立热平衡方程组，实现换热器多股流间单叠与复叠传热的逐流段设计，提高了长流道换热器参数的设计精度。进行换热器芯体传热与流阻性能的物理试验，比较不同翅片、不同排列的换热器芯体性能，对冷热流间相互传热的逐流段校核设计方法进行验证。所提出的方法已应用于八万等级大型化空分换热器研制。

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基于过滤器技术的约束粒子群优化算法

王祝, 刘莉, 龙腾, 寇家勋

机械工程学报. 2015, 51(9): 137-143. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.137

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工程设计中处理约束优化常采用罚函数法，但其优化结果敏感于惩罚因子，针对特定的实际问题往往需要多次试验以得到合适的罚因子取值。为了避免反复的参数选取测试过程，将过滤器约束处理机制和粒子群优化(Particle swarm optimization, PSO)相结合用于求解约束优化问题。过滤器方法基于多目标规划中的支配思想，以一组互不支配点所对应的目标值与违背度对构成过滤器，利用其处理约束可以避免使用罚函数。基于过滤器的约束PSO算法在粒子进化过程中，对各粒子历史最优解和粒子群历史最优解分别构造滤器，并依据可行性优先的粒子比较准则从对应的过滤器中选择最优解从而实现粒子的更新。然后，利用工程优化设计标准算例和翼型优化设计实例，将过滤器PSO算法和罚函数PSO算法、遗传算法进行比较研究，结果表明过滤器PSO算法能够获得较好的约束优化设计结果，是求解约束优化问题的一种有效方法。

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开放式结构拓扑优化软件设计与研发

梅帅, 陈飙松, 张盛, 李云鹏

机械工程学报. 2015, 51(9): 144-152. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.144

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随着结构拓扑优化理论的成熟及其在工程中的广泛应用，大多数商用CAE软件都相继开发了结构拓扑优化模块。为了开发一款既能满足工程方面的实用性需求，又能满足科研方面的开放性需求的拓扑优化系统。基于具有良好开放性和灵活扩展性的SiPESC平台，采用面向对象的软件设计思想，提出了软件设计方案，基于C++语言和插件技术实现了新一代拓扑优化系统SiPESC.TOPO。目前该软件系统已经实现了结构最大刚度设计、结构基频最大化设计、结构最优散热设计等功能，并成功应用于多个工程问题。

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Kriging代理模型下基于垂距的多点取样算法

陈霞, 李磊, 岳珠峰, 仝福娟, 刘博

机械工程学报. 2015, 51(9): 153-158. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.153

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代理模型由于可以有效地缩减学科分析时间，被广泛应用于优化领域。而构建高精度代理模型则取决于样本点在设计空间中的分布。为了建立拟合效率高的近似模型，在已有Kriging代理模型基础上，提出一种基于垂距和最大化点均方差取样(Integrated mean square error, IMSE)的多点取样算法，以保证预测精度的同时减少样本数量。该方法将垂距作为判定设计变量取值的标准，进行数据点的初步筛选。选取高斯函数作为设计点之间的相关函数，并且在边缘附近进一步修正。针对实际算例，将该取样算法与多点加点准则比较，结果表明使用的方法在保证全局精度的基础上，采用较少的采样点构建代理模型，具有较高的局部近似精度。

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基于多层编码的遗传-粒子群融合算法流水线优化控制

侯媛彬, 薛斐, 郑茂全, 樊荣

机械工程学报. 2015, 51(9): 159-164. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.159

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针对机械加工行业中多任务加工的流水线自动优化控制问题，建立了以“多工件多工序最短加工时间”为目标，以“实际加工限制”为约束的流水线加工控制数学模型，提出一种基于多层编码的遗传-粒子群融合算法。该算法以粒子群算法思想为基础，融合了遗传算法操作和多层编码机制，可防止陷入局部最优解，并具有较快的收敛速度。针对不同规模的加工实例进行仿真，结果表明该算法完成多工件多工序的加工时间比基本遗传算法缩短了约9%，具有提高流水线利用率和机械加工生产效率的优点。

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整体式立铣刀刃磨仿真技术研究现状与发展趋势

李国超, 孙杰

机械工程学报. 2015, 51(9): 165-175. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.165

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整体式立铣刀刃磨仿真是以立铣刀实际刃磨工艺为参考，构建数学模型，借助于计算机仿真实现立铣刀刃磨模型实时显示以及数控代码自动生成的技术，是提高整体式立铣刀研发效率和制造水平，提升产品整体性能和市场竞争力的最有效措施之一。整体式立铣刀刃磨仿真的研究内容主要包括刃磨过程数学建模和仿真系统软件实现两个方面。结合国内外研究现状，分析给出砂轮选型与数学建模，容屑槽刃磨、周刃后刀面刃磨、底刃前刀面刃磨、底刃后刀面刃磨数学建模以及刃磨仿真系统软件实施等方面的理论、方法、观点和成果。指出刃磨仿真系统未来的研究方向：刃磨模型精细化、刃磨仿真软件与参数化设计和切削仿真软件集成化、刃磨软件与工具磨床集成化。

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侧铣式高速电弧放电加工的极间流场仿真及加工试验

洪汉, 顾琳, 徐辉, 赵万生

机械工程学报. 2015, 51(9): 176-183. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.176

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在高速电弧放电加工方法的基础上提出一种用于加工连续曲面、直纹面等的新型加工工艺——侧铣式高速电弧放电加工方法。与其他利用电弧进行加工的工艺方法相比，侧铣式高速电弧放电加工主要利用电极的侧面进行电弧蚀除加工，可用于加工各种复杂曲面和曲率半径较大的型腔及沟槽、流道等。侧铣电极采用侧面周边及底面多孔结构，能够实现极间的强化内冲液，在电极旋转运动的配合下，可有效控制电弧进而达到高效去除材料的目的。为了深入研究流场对侧铣式高速电弧放电加工效果的影响，建立了加工过程的极间流场模型，仿真并分析了侧铣电极在不同冲液孔分布及冲液入口压力下的极间流场。分析及进一步的工艺试验结果皆表明，在冲液入口压力为1.6 MPa时，在保证电极结构强度的条件下，增加电极的周向孔数，可以实现极间工作液的充分流动，使流场分布更均匀，从而改善电弧放电状态，可以获得较好加工效果。试验表明，在峰值电流400 A时，侧铣式高速电弧放电加工Cr12模具钢的材料去除率可以达到4 095 mm3/min，相对电极损耗率为2.5%。最后，采用侧铣式高速电弧放电加工方法进行了连续曲面及涡轮叶片特征流道加工的可行性验证。

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超高强度钢AerMet100磨削烧伤研究

黄新春, 张定华, 姚倡锋, 任敬心

机械工程学报. 2015, 51(9): 184-190. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.184

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针对超高强度钢AerMet100磨削烧伤问题，基于磨削热力耦合及烧伤测试方法的结合获得磨削烧伤机理和定量化分析方法。在正交磨削工艺参数条件下对磨削温度和磨削力测试分析，建立了磨削力和磨削温度关于磨削工艺参数的回归经验模型。在此的基础上，分别采用酸洗法、显微硬度法、微观组织法研究了的磨削烧伤机理和测试方法，同时采用巴氏杂讯法获得了磨削烧伤关于磨削工艺参数的回归经验模型，分析了磨削工艺参数对磨削烧伤的影响规律。研究结果表明：磨削烧伤是磨削热力耦合作用的结果，采用巴克杂讯法检查烧伤具有无损测试、量化分析的优点；磨削力、磨削温度和磨削烧伤BN值均对磨削深度的变化最敏感，磨削烧伤BN值随着磨削深度、砂轮速度和工件速度的增大而增大。其为超高强度钢AerMet100构件的磨削烧伤测试和控制提供数据依据和理论指导。

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离散型空间焊道CBN砂带当量随行磨削技术

肖贵坚, 黄云, 路勇, 杨宇航, 王亚杰, 陈育辉

机械工程学报. 2015, 51(9): 191-198. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.191

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提出一种离散型空间(椭圆形、马鞍形、相惯线形等)焊道的磨削加工技术——立方氮化硼(Cubic boron nitride, CBN)砂带当量随行磨削方法，该方法一方面基于测量技术以及磨削量预测模型，利用四轴联动以及恒压力浮动砂带磨削技术实现离散型空间焊道当量随形磨削加工，保证焊道的等余量控制；另一方面针对焊道材料的难加工特性，运用CBN砂带实现高效率、高精度磨削加工。阐述了当量随行磨削加工原理，建立随行磨削加工模型，分析随行运动误差。基于测量技术以及磨削量预测模型，建立当量磨削控制方程。针对椭圆形焊道典型零件——燃烧室机匣进行了磨削加工试验，得到其磨削余量厚度误差在±0.005 mm以内，证明该方法的可行性，得到焊道磨削的最优工艺(砂带线速度24 m/s，磨削压力170 N，工件转速1 r/min)，并且得到工件旋转速度是影响材料去除率最大的工艺参数。

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硬岩掘进机盘型滚刀回转破岩仿真研究

刘建琴, 刘蒙蒙, 郭伟

机械工程学报. 2015, 51(9): 199-205. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.199

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可视化

硬岩掘进机上盘形滚刀在实际破岩过程中既随刀盘公转，又绕自身轴线自转，是一个复杂的运动过程。滚刀在破岩过程中受到的作用力的计算是进行刀盘设计和推进系统设计的重要依据。针对硬岩掘进机盘型滚刀破岩过程分析和计算的复杂性，应用ABAQUS软件中多体动力学原理建立滚刀组合回转破岩的有限元模型，模型中采用无限元网格施加无反射边界条件，消除模型大小对仿真结果的影响。通过分析计算滚刀破岩中所受的作用力，研究了滚刀回转破岩的刀间距及相位差。仿真结果表明，对于所选用的岩石类型，其最优刀间距为60 mm，此时滚刀受到的滚动力最小，破岩质量最大，破岩比能最小；相邻滚刀的最佳相位差为120°，破岩质量最大，比能最小。研究为硬岩掘进机上刀盘刀具的布局研究奠定了基础。

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基于多尺度排列熵的铣削颤振在线监测方法

任静波, 孙根正, 陈冰, 罗明

机械工程学报. 2015, 51(9): 206-212. https://doi.org/10.3901/JME.2015.09.206

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可视化

排列熵是系统复杂性和规则性的一种测度，具有概念简单、稳健和计算速度快等优点。考虑到单尺度排列熵在反映铣削力信号特征方面的不足，通过试验分析提出基于单尺度排列熵和尺度4排列熵作指标的铣削颤振在线检测方法。通过试验验证，所提出的方法能有效地检测铣削颤振。同时基于多尺度排列熵的方法对于铣削力信号采集过程中的噪声、工艺参数变化等不敏感，因此这种方法适用于实际工业生产中的在线铣削颤振监测。

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2015年, 第51卷, 第9期　
刊出日期：2015-05-05

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