机械工程学报

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王林,武传松,杨丰兆,高进强

机械工程学报. 2016, 52(2): 1-6. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.001

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在熔化极气体保护焊(Gas metal arc welding, GMAW)过程中，当焊接速度超过临界值后，焊缝成形变差，出现咬边和驼峰焊道，无法满足生产要求。研究证明，熔池中动量很大的后向液体流是产生驼峰焊道的主要原因。自主研发外加磁场发生装置，向熔池施加横向电磁力，对后向液体流进行主动干预，并调控熔池流态，从而抑制驼峰焊道的形成。在Q235低碳钢板上开展焊接工艺试验，获得了不同磁感应强度下的焊缝表面成形；采用高速摄像技术，拍摄焊接过程中的电弧和熔池图像，分析外加磁场对电弧形态、熔池流场和焊缝成形的影响规律，初步揭示外加磁场抑制驼峰焊道的机理。试验结果表明，外加横向磁场能明显调控熔池流态，减小后向液体流的动量，并能有效抑制驼峰焊道和咬边等缺陷，显著改善焊缝成形，提高临界焊接速度。

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空心钨极中心负压电弧基础特性研究

陈树君,王建新,蒋凡,闫朝阳,龚金龙

机械工程学报. 2016, 52(2): 7-12. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.007

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为了提高传统钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas, TIG)焊电弧的能量密度和热源边界的能量梯度，保证焊接热输入均衡，规避输入能量分散，提出空心钨极中心负压电弧焊接方法，设计并构建空心钨极中心负压电弧焊接系统，介绍系统的组成及操作方法。利用高速摄像机拍摄空心钨极中心负压电弧的宏观形态，进行定点焊接烧蚀试验，并对阳极表面熔池尺寸和焊接接头的宏观形貌进行分析。试验结果表明，在电弧自身刚性的作用下，空心钨极中心负压电弧能够稳定地建立于空心钨极和阳极工件之间；与传统TIG焊电弧相比，在宏观形态上，空心钨极中心负压电弧的弧柱沿径向收缩，呈现拘束状，空心钨极的尖端呈现白炽状态；在焊接接头的宏观形貌上，空心钨极中心负压电弧对应焊接接头的熔深大，熔宽小，焊缝成形好。

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双丝旁路耦合电弧GMAW高效焊接工艺

樊丁,盛文文,黄健康,石玗,朱明

机械工程学报. 2016, 52(2): 13-18. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.013

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在介绍了双丝旁路耦合电弧熔化极气体保护焊(双丝旁路耦合电弧(Double-electrode gas metal arc welding, DE-GMAW))高效焊接工艺原理的基础之上，采用双闭环反馈解耦智能控制系统，进行双丝旁路耦合电弧GMAW高速焊接工艺试验，测量双丝旁路耦合电弧GMAW母材热输入，分析双丝旁路耦合电弧GMAW高效焊接工艺机理，并对双丝旁路耦合电弧GMAW高效焊接工艺方法进行改进，进一步研究混合气体保护下的双丝旁路耦合电弧GMAW及其熔滴过渡行为，且开发出单电源双丝旁路耦合电弧GMAW。研究表明：采用双闭环反馈解耦智能控制系统使双丝旁路耦合电弧GMAW焊接过程稳定性更好、精确度更高且响应速度更快；旁路分流是实现高效焊接的同时降低母材热输入的关键；采用混合气体保护下的双丝旁路耦合电弧GMAW能进一步提高焊接过程稳定性，单电源双丝旁路耦合电弧GMAW能形成良好的焊缝成形，且设备成本低。

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超声辅助MIG焊接中超声作用特性研究

谢伟峰,范成磊,杨春利,林三宝,陶波

机械工程学报. 2016, 52(2): 19-25. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.019

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超声辅助熔化极惰性气体保护(Ultrasonic assisted metal inert gas，U-MIG)焊是一种新型熔化极焊接方法，利用外加声场将相应声学效果引入焊接熔池达到改善接头性能的目的。通过试验系统化研究超声对电弧形态、熔滴过渡以及接头宏观形貌的作用规律，主要目标是更好地理解超声在不同焊接条件下的作用特点。对高速摄像采集的电弧数据进行处理，结果发现随电弧电压增加，超声对电弧的压缩效果也逐渐增大；而随送丝速度增加，焊接电流增大，电弧压缩效果减弱。针对熔滴受力特点分析，可以看出超声作用后熔滴会受到一个促进熔滴过渡的附加力作用。在焊接电流为200 A时，该附加力达到最大，约为2.8×103 N，继续增大焊接电流，该附加力逐渐降低。对比不同送丝速度时焊缝宏观形貌，结果显示为了获得更高的焊接效率不能无限提高送丝速度，存在一个最佳的参数匹配值。结合平面驻波理论分析，随温度增加，声辐射力逐渐减弱，这在一定程度上也会削弱附加力作用效果。利用熔池薄膜模型探讨电弧、熔滴过渡以及熔池振荡三者之间的关系，超声对电弧形态、熔滴过渡的影响均可改变熔池的振荡特性，这间接表现为接头形貌的改变。通过试验与理论分析，为U-MIG焊接方法进一步发展与应用打下坚实基础。

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超高频脉冲GTAW工艺特性分析

齐铂金,杨舟,杨明轩,从保强

机械工程学报. 2016, 52(2): 26-32. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.026

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基于5 mm厚的Ti-6Al-4V钛合金平板，分别采用常规钨极氩弧焊(Conventional gas tungsten arc welding, C-GTAW)和超高频脉冲钨极氩弧焊(Ultra high frequency pulsed GTAW, UHFP-GTAW)工艺，选用相同平均电流(60 A)进行焊接，同时利用FLUKE Ti400红外热像仪对熔池中心温度进行实时监测，分别对电弧定点燃烧时、以50 mm/min焊速移动时采集的熔池中心温度进行分析。由测量结果可知，与相同条件下C-GTAW相比，UHFP-GTAW作用下的熔池中心温度最大值增加了10～40 K，表明该工艺具有更高的能量密度。分析1.5 mm钛合金对接工艺试验的组织性能测试结果发现，焊缝区细小均匀的针状α'马氏体形成的网篮组织含量增加，热影响区组织α'相呈现短且小的针状且排列更为致密，可改善接头的拉伸力学性能、疲劳性能。UHFP-GTAW焊缝的伸长率最小增幅为30%，断面收缩率最小增幅为50%，疲劳寿命至少增加2倍。

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激光-MIG双丝复合焊电弧特性与熔滴过渡研究

朱艳丽,李桓,向婷,薛龙,黄继强

机械工程学报. 2016, 52(2): 33-40. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.033

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利用搭建的激光-熔化极惰性气体保护(Metal inert-gas, MIG)双丝复合焊接系统进行焊接试验。在试验中，主要研究激光功率、送丝速度、光丝间距和离焦量等几个主要变量对复合焊接稳定性、电弧特性和熔滴过渡的影响规律。分别选取电弧电压变异系数、电弧偏转角、熔滴过渡方式及过渡频率作为评价参量对稳定性、电弧特性和熔滴过渡进行分析。研究发现，随着激光功率增加，电弧偏转角先减小后增加，在1 000 W附近偏转角最小，焊接过程最稳定。引导丝熔滴始终为粗滴过渡，而跟随丝熔滴为粗滴过渡+少量短路过渡，熔滴过渡频率呈现先增加后下降的趋势。在送丝速度为4 m/min时引导丝和跟随丝的电弧稳定性最好，电弧偏转角先减小后增加最终趋于稳定。在离焦量为–1 mm时，引导丝和跟随丝熔滴过渡频率均达到最大值，分别为8.6 Hz和6.3 Hz。

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低功率脉冲激光-电弧复合热源高效焊接过程中的“匙孔”行为研究

李陈宾,史吉鹏,刘黎明

机械工程学报. 2016, 52(2): 41-46. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.041

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激光-电弧复合热源焊接技术由于具有焊接熔深大、效率高、质量好等优点而受到广泛关注。采用低功率脉冲激光-钨极惰性气体保护(Tungsten inert gas, TIG)焊电弧复合热源技术进行镁合金板材的焊接，研究激光脉冲作用消失之后的等离子体行为和激光“匙孔”行为。在上述试验结果的指导下优化工艺参数，对比研究采用单独激光焊、TIG电弧焊和复合热源焊这三种方法实现镁合金板材对接焊相同效果时焊接效率的差异。研究结果表明，激光“匙孔”和“匙孔”等离子体的形成是实现复合热源高效焊接的前提条件，恰当的工艺参数可以使得激光“匙孔”维持稳定的开口状态，这种状态提高了电弧的稳定性和能量密度，延长了镁等离子体的恢复时间，因此能够提高复合热源的焊接效率。达到相同焊接效果时复合热源的焊接效率分别达到单独激光焊接效率的7.14倍和单独TIG电弧焊接效率的4.29倍。

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高强钢厚板激光-GMAW复合双面同步横焊特性研究

陈彦宾,冯杰才,李俐群

机械工程学报. 2016, 52(2): 47-55. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.047

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针对30 mm厚船用高强钢10Ni5CrMoV对接接头横焊应用需求，开展激光-熔化极气体保护电弧(Gas metal arc welding, GMAW)复合双面同步横焊特性研究。研究结果表明，针对横焊位姿因重力、非对称坡口对熔滴、电弧的影响，利用激光对电弧的吸引和收缩作用，通过减小光-丝间距，有效地抑制了电弧侧壁燃弧，熔滴在电磁力和等离子流力的作用下，稳定过渡到熔池中，实现了熔滴过渡稳定性控制，解决了激光-GMAW复合横焊位姿电弧偏离和熔滴下落等过程控制难题与侧壁未熔合问题；厚板激光-GMAW复合双面同步横焊包括打底层和填充层焊接，其中打底层焊接是保证接头焊接质量的关键；采用激光-GMAW复合双面同步横焊新方法，4道焊接完成了30 mm厚船用高强钢10Ni5CrMoV横焊位姿的高强、高效连接。焊缝表面成形良好，无裂纹、未焊透和侧壁未熔合等缺陷。接头的抗拉强度高于母材，且其–50 ℃冲击吸收能量为57.3 J。

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深窄间隙焊接技术在大厚度构件材料焊接中的应用研究

王朋,刘霞,芦凤桂

机械工程学报. 2016, 52(2): 56-61. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.056

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窄间隙焊接技术作为一种高效焊接方法以其大大降低熔敷量和节约制造时间的优点，使其在大厚度构件制造中具有广阔的应用前景，但是焊接过程的稳定性及侧壁熔合等缺陷的存在，成为影响构件高品质制造的关键问题。利用深窄间隙埋弧焊接方法成功制造了外径尺寸为2 500 mm，厚度达150 mm的转子模拟件，采用多层双道焊接方法，实现了良好的侧壁熔合效果，且未发现夹杂等缺陷，表面该焊接接头具有较高的成形质量。基于该焊接接头开展冲击韧度、拉伸等力学性能试验，表明该接头的力学性能完全满足使用需求。从而验证了深窄间隙焊接技术在大厚度核电转子焊接中应用的可靠性。

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阵列解析式超声聚焦换能器研制及空间感测分析方法研究

宋国荣,秦登千,刘兴奇,吕炎,李永春,何存富,吴斌

机械工程学报. 2016, 52(2): 62-69. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.062

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传统的超声聚焦换能器大都采用单一的压电感测元件作为接收源，接收信号为作用于压电材料上的反射声场积分结果，无法反映反射声场的空间分布特性。采用激励与接收相分离的方式，研制一种新型阵列解析式超声聚焦换能器，利用多个感测元件为接收单元，通过一套基于FPGA技术的高速超声检测系统，实现了对被测试件反射声场的空间分布信号的采集和分析。阐述阵列解析式超声换能器的设计与制作方法，对换能器的多个感测元件的激励响应特性进行标定，利用该换能器的阵列感测元件的空间分布特性，对多角度声场感测信号进行分析和处理。以阶梯试件的台阶高度为测试对象开展空间感测声场测试方法分析试验研究，达到预期效果，为不规则裂缝缺陷检测奠定了基础。

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基于多FPGA的超声相控阵数字波束形成器设计

蔡明飞,师芳芳,孔超,张碧星

机械工程学报. 2016, 52(2): 70-75. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.070

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随着超声相控阵技术的发展，其系统往往不仅支持的可同时工作的通道数量越来越多，而且回波数字化频率也越来越高，这将使得超声相控阵检测系统在运行中产生需要实时处理与实时传输的海量回波数据，给系统的数字接收波束形成器设计带来了挑战。为此，设计并实现一种基于多硬件处理核心的两级结构的数字波束形成器：一方面，波束形成器的硬件处理核心采用多个现场可编程逻辑门阵列(Field programmable gate array, FPGA)来实现多通道海量的回波数据处理，并且硬件处理核心间通过专用机制保证可靠地同步；另一方面，引入高速串行总线来保证多硬件处理核心间的高速海量回波数据的实时传输。结果表明该设计能够满足64通道、200 MSPS数字化频率下的实时数字波束形成实现。

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汽轮机转子钢蠕变损伤的非线性超声评价

张萌,轩福贞

机械工程学报. 2016, 52(2): 76-81. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.076

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超超临界汽轮机高温部件长期服役会产生蠕变损伤，威胁设备的强度安全，快速、有效地检出高温构件蠕变损伤状况对保证设备服役安全意义重大。采用中断蠕变试验，在实验室模拟获得了汽轮机转子钢FB2不同程度的蠕变损伤，进行损伤后试样的非线性超声纵波表征试验。结果表明：非线性超声参量随转子钢FB2蠕变损伤程度的增加而增大；透射电镜微观分析表明，超声非线性参量增大与位错密度增加有关；非线性超声纵波参量与高应力水平下的位错攀移和低应力水平下的位错滑移存在较好的函数关系。进一步以位错密度为中间量，建立非线性参量和稳态蠕变变形速率的关联式。

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高速机械系统运动特性的实时视觉检测技术研究

王耀东,朱力强,史红梅,郭保青

机械工程学报. 2016, 52(2): 82-90. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.082

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介绍一种利用高速视觉传感器，对机械系统高速运动进行实时运动特性提取的技术，并搭建高速视觉检测系统，可以对复杂的高速机械设备进行长时间、无接触的运动频率检测。本技术将高速相机视为多传感器系统，对预存储的多周期高帧率图像进行离线处理，设计周期运动特性关键像素点提取算法，以这些像素点为固定的多个子传感器，将图像简化为一维向量，并建立周期运动特性样本序列数据库，实现基于视觉平台的高速机械运动相位和频率检测技术。为验证算法的有效性和系统的稳定性，利用步进电动机带动的旋转装置和缝纫机的机械运动部分进行试验，结果证明了本算法和系统可以正确的提取周期运动特性关键像素点，建立样本数据库，完成高速实时视觉检测。

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基于误差转换的汽车曲轴圆度及圆柱度误差评价数学模型构建研究

张学昌,梁涛,张旭,王营营,杨仁民

机械工程学报. 2016, 52(2): 91-98. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.091

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针对国内汽车曲轴轴颈圆度误差、圆柱度误差检测普遍存在的效率低、精度低等问题，建立基于误差转换的平面曲线和空间曲线误差数学模型，结合圆和圆柱的数学表达建立满足最小包容条件的圆度和圆柱度误差评定数学模型，并采用遗传优化算法计算出符合最小评定要求的曲轴轴颈形位误差，解决了理想包容要素位姿参数不精确的问题。同时，建立基于图像域的汽车曲轴轴颈形状误差检测试验台，针对测量过程中连杆轴颈沿主轴颈公转运动，从而导致连杆轴颈图像域检测数据存在坐标不归一问题，以曲轴法兰端特征孔为基准，通过模板匹配特征与孔边缘提取实现了连杆轴颈圆度和圆柱度测量数据空间坐标归一化处理。以某型号发动机曲轴为例进行大样本误差检测试验，并与三坐标测量机测得的结果进行对比，数据分析表明提出的曲轴轴颈形状误差检测方法的精度为1 µm，且重复检测误差在0.1 µm以内，证明了其理论上的正确性及实践操作的可行性。

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高速铁路声屏障几何形状声学性能数值模拟

何宾,肖新标,周信,温泽峰,金学松

机械工程学报. 2016, 52(2): 99-107. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.099

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为了弄清声屏障几何形状对高速铁路户外噪声的降噪机理和降噪效果，采用二维边界元法建立高架桥铁路声屏障噪声预测模型，分析不同几何形状结构参数对降噪性能的影响。分析中考虑列车运行速度、声源分布及频谱特性对插入损失的影响，根据车外声源识别结果建立符合我国高速铁路的声源模型；考虑车体-轨道-声屏障之间的多重反射，建立边界元计算模型；对顶部倾斜、T型、多重绕射边型、Y型、圆柱型等声屏障的结构参数的影响进行调查分析，分析中分别考虑插入损失、场点频谱及声场变化规律。研究结果表明，Y型声屏障降噪效果最好，平均插入损失提高3.4 dB(A)其次为圆柱型声屏障。

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基于多目标优化的柴油机VNT–vEGR系统开发研究

倪计民,高旭南,石秀勇,陈泓,刘思

机械工程学报. 2016, 52(2): 108-115. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.108

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为了在兼顾柴油机经济性和颗粒物排放的前提下，进一步降低氮氧化物(Nitrogen oxides, NOx)排放以实现良好的柴油机综合性能，设计带文丘里管废气再循环系统的可变涡轮增压系统(Variable nozzle turbo+Venturi-exhaust gas recirculation，VNT+vEGR)。针对排气旁通阀涡轮增压(Wastegate, WG)柴油机原机，进行文丘里管废气再循环系统(Venturi-exhaust gas recirculation, vEGR)的设计和与可变涡轮增压器(Variable nozzle turbo, VNT)的匹配研究，并进行经济性、氮氧化物和颗粒物排放仿真计算研究。应用试验设计方法技术(Design of experiment, DoE)对VNT-vEGR系统进行多目标优化研究。研究结果表明，相比于配备排气旁通阀涡轮增压器的柴油机原机，对VNT-vEGR系统柴油机应用DoE进行多目标优化匹配后，欧洲稳态测试循环(European steady-state cycle, ESC)工况加权油耗值基本保持不变，氮氧化物加权排放量下降约49.5%，能够实现良好的综合性能。

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不同损伤参量对橡胶隔振器疲劳寿命预测结果影响的研究

上官文斌,段小成,刘泰凯,王小莉,郑国峰,俞斌

机械工程学报. 2016, 52(2): 116-126. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.116

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基于橡胶哑铃形试件的疲劳试验结果，分别以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度、Luo等效应力、Saintier等效应力为损伤参量建立七种橡胶疲劳寿命预测模型。应用此七种模型预测某汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命，对比不同寿命模型的预测效果。研究结果表明，以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度为损伤参量建立的寿命模型预测的疲劳寿命均在实测寿命的4倍分散线之内；以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型的预测寿命落在实测寿命的2倍分散线之内。因此，以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型预测效果更好，Luo应力、Saintier应力更适合作为疲劳损伤参量来预测橡胶隔振器的疲劳寿命。

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基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹量化分析

孙扬,熊光明,陈慧岩,姜岩,龚建伟

机械工程学报. 2016, 52(2): 127-133. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.127

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针对无人驾驶车辆客观量化评价困难的问题，提出基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹的量化分析方法。应用五次多项式方法结合优秀驾驶员驾驶车辆行驶的初始状态和目标状态设计无人驾驶车辆的理想轨迹，计算实际行驶轨迹与理想轨迹的偏差得到偏差时间数据序列；采用混沌理论的C-C方法对偏差时间数据序列重构相空间；计算偏差时间数据序列的Lyapunov指数，实现无人驾驶车辆行驶轨迹的量化表示。运用提出的方法对无人驾驶车辆避障换道的行驶轨迹偏差时间数据序列进行相空间重构，计算其Lyapunov指数为正值，表征人驾驶车辆系统的混沌性，还表征人驾驶车辆收敛到稳态响应的快慢程度。试验表明基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹的量化分析是可行的，有效的。

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输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响

周驰,王琪,丁炜琦,桂良进,范子杰

机械工程学报. 2016, 52(2): 134-143. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.134

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在驱动桥系统中，滚子轴承是连接轴系与壳体的关键部件，其刚度具有各向耦合性和非线性特性，且与输入转矩有关。为准确高效地分析输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响，基于非线性轴承理论、有限元法和模态综合方法，建立包含主减速器总成、差速器总成、轮毂总成和桥壳等部件的完整驱动桥系统动力学分析模型，根据输入转矩大小的不同，定义轻载、中载和重载三种典型工况，分别计算各工况下的非线性轴承刚度，分析轴承刚度随输入转矩大小变化的特点，对驱动桥系统进行单位谐波传动误差激励下的动力学分析，研究输入转矩对驱动桥系统动力学特性的影响，分析不同工况下准双曲面齿轮动态啮合力的频响特性。计算结果表明，驱动桥系统动力学特性随输入转矩大小变化具有一定规律，能有效指导驱动桥系统的减振降噪设计，避开危险工况。

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高速列车轮对磨耗统计规律及预测模型

韩鹏,张卫华

机械工程学报. 2016, 52(2): 144-149. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.144

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为研究我国高速列车轮对踏面磨耗规律，对某线路服役高速动车组进行跟踪测试，记录其镟轮周期内的踏面磨耗量，并基于对磨耗统计特征的两次拟合提出轮对型面磨耗预测函数模型。对某高速线路实测型面磨耗量进行拟合，分别得到各走行里程下磨耗量关于型面位置的拟合函数；并进一步对各走行里程下的拟合函数系数进行二次拟合，得到磨耗量关于型面位置及走行里程的二元预测函数。在模型的预测精度与适用性验证时，对比相同走行里程下预测型面和实测型面在轮轨接触几何关系与车辆各关键部件加速度响应两方面结果。对比结果显示，提出的磨耗预测模型在轮轨接触点、等效锥度、轮轨作用力及车辆安全性等各方面均与线路实测结果具有很好的一致性。

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新型人字形组合板式换热器及导流区的数值模拟

文珏，张晶，赵力，李德育

机械工程学报. 2016, 52(2): 150-156. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.150

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基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法，运用SOLIDWORKS三维建模软件和FLUENT软件对一种新型人字形组合板式换热器及四种新型导流区进行研究。分析了不同设计参数的新型人字形组合板式换热器换热系数和压降，得到优化后的设计参数；从流型、压降、出口流体均匀分配程度等方面对市面上常见的2种导流区进行分析，在此基础上提出4种新型导流区，通过数值模拟研究其导流效果。结果发现：新型人字形组合板式换热器J型板较市面上常见的M型板的综合性能更优。当组合板中大波纹倾角板片(②板片)的倾角为60°，波纹截距为18 mm、16 mm或者14 mm中某一值时，随着组合板中小波纹倾角板片(①板片)波纹倾角增大，无论是冷流体还是热流体，表面传热系数和压降均增大。当①板片的波纹倾角为30°或40°，②板片的波纹截距变化对组合板片的性能影响不大；当①板片的波纹倾角为50°，②板片的波纹截距变化对组合板片的性能影响较大。导流区的设计对流体分布情况起主要影响作用。市面上常见的某种常规型导流区导流效果差，压降大，某公司M系列巧克力块型的导流区导流效果较好，压降小。4种新型导流区比常规型导流区的导流效果更好，压降介于常规型和巧克力块型之间，其中新型导流区Ⅲ的导流效果最好，压降很小。

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一种基于FFT特征提取定位算法的甚低频仿生水下主动电场定位系统

彭杰纲,雍涛,王文龙

机械工程学报. 2016, 52(2): 157-165. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.157

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主动电场定位的思想源自仿生学研究。生物学研究者发现，在没有光线的情况下，弱电鱼能通过感应自身发射电场的变化信息来捕获食物并导航，这种利用自身发射和接收电场来探测、识别、定位物体的能力被称为主动电场定位识别。在建立水下主动电场定位试验平台后，为实现该平台的水下电场定位，在该平台上对甚低频(10 Hz)电场激励下不同水体环境下不同电学特性物体的定位特性进行试验研究；随后，在总结上述特性研究的基础上，提出基于FFT特征提取的水下主动电场定位算法并在该试验平台上实现在不同水体环境中对不同性质物体的精确定位试验。成功提出一种基于FFT特征提取定位算法的甚低频水下主动电场定位原型机，该原型机证明了该方案的水下主动电场定位的可行性和有效性，为该技术为进一步工程应用和相关特性研究提供基础。

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卧式半圆柱型涡流发生器的传热与阻力特性及场协同理论分析

徐志明,韩志敏,王景涛,白文玉,张一龙

机械工程学报. 2016, 52(2): 166-172. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.166

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为研究卧式半圆柱型涡流发生器的特性，通过数值模拟方法对安装有卧式半圆柱型涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的研究。结果表明：在相同雷诺数Re下，安装有卧式半圆柱型涡流发生器的矩形通道的换热效果明显优于矩形光滑通道，但阻力系数也均大于矩形光滑通道。对比综合性能指标表明，6/8H楞长处的综合特性PEC值最大。通过对场协同理论分析得出，矩形光滑通道和四种不同楞长的卧式半圆柱型涡流发生器的协同数Fc均随着雷诺数Re的增大而减小，而且其变化趋势也越来越平缓，最终逐渐趋近于定值。相同雷诺数Re下，楞长为6/8H时的协同数Fc最大。

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消费者偏好驱动的SUV产品族侧面外形基因设计

罗仕鉴,李文杰,傅业焘

机械工程学报. 2016, 52(2): 173-181. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.173

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为了满足汽车设计师的创意设计和消费者对汽车品牌认知的需求，从工业设计出发，探索性地提出消费者偏好驱动的运动型多用途汽车(Sport utility vehicle, SUV)产品族侧面外形基因设计方法。分析偏好驱动的产品族外形基因设计构建体系，划分产品族外形基因表达层次。对SUV的侧面轮廓线基因进行提取与表达，研究消费者具有差异化的SUV外形偏好，规划出具有差异化风格的SUV产品线，构建消费者偏好(心理的意象特征)与产品族外形基因(物理的外形特征)之间的映射模型，并转换成偏好驱动的进化函数；基于进化函数，运用遗传算法实现偏好驱动的SUV产品族侧面轮廓线基因进化；在Matlab中执行算法，推导出一系列既具延续性又具差异性的SUV产品族侧面设计方案；建立面向SUV产品族的计算机辅助侧面外形概念设计系统，基于此系统可以开展SUV产品族侧面外形设计，验证了方法的可行性。

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极少失效数据和无失效数据的可靠性评估

贾祥,王小林,郭波

机械工程学报. 2016, 52(2): 182-188. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.182

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当前对于无失效数据和极少失效数据的处理方法，不能同时得到参数的点估计和置信区间估计。在具体应用中，如果基于不同方法得到点估计和置信区间估计，则造成结果的可信度降低。针对这一问题，在威布尔分布下，对当前广泛应用的配分布曲线法的各个环节进行详细分析并加以改进，使得计算结果既包含点估计，也包含置信区间估计，从而增强了结果的可信度。经过对3组不同产品的寿命数据的分析计算，并与其他方法得到的结果相对比，发现根据所提出的方法计算得到的结果更为合理。这证明了这一方法的有效性和合理性。

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涡轮转子起动温升曲线优化及试验研究

徐宁,王庆超,刘占生

机械工程学报. 2016, 52(2): 189-194. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.189

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涡轮转子在快速起动的过程中会产生较大的热应力，影响转子的热疲劳寿命。结合遗传算法与转子结构热分析，提出发动机起动温升控制曲线非单调参数化，对涡轮转子快速起动过程中的温升控制曲线进行优化设计。优化过程以转子最大热应力为目标函数，计算搜索最优解，并研究温升控制曲线对转子最大热应力的影响。结果显示，优化后的发动机快速起动温升控制曲线可以有效地降低转子的最大热应力和缩短快速起动时间。同时，为了验证提出的涡轮转子快速起动温升曲线优化设计方法的有效性，搭建转子热冲击应力测试试验台，通过对比优化前后温升曲线下的转子最大热应力，验证了理论分析结果。提出的优化设计方法可以为发动机设计初期的快速起动控制方案设计提供一定借鉴。

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涡流空气分级机圆弧形叶片转笼的设计

任文静,刘家祥,于源

机械工程学报. 2016, 52(2): 195-201. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.195

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涡流空气分级机分级粒径主要受转笼转速与入口风速匹配关系的影响。入口风速一定时，转笼转速越高，分级粒径越小，但这会造成流场速度分布不均匀，而降低分级精度。利用Fluent软件对具有直叶片转笼结构的涡流空气分级机进行建模和数值模拟，分析转笼内流场特性，针对其流场不均匀及转笼入口冲角大等现象，对转笼叶片的形状及安装角进行改进，提出一种圆弧形叶片转笼的设计方法。通过数值模拟及物料试验对改进结果进行验证，数值模拟结果表明：圆弧形叶片转笼入口冲角减小，流道内流场更加均匀，分级粒径减小。碳酸钙分级试验结果与数值模拟结果吻合：设计工况即入口风速为12 m/s，转笼转速为1 200 r/min时，采用设计的圆弧形叶片转笼在保持分级精度不变的情况下，分级粒径减小了11.5%。

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二维电液比例换向阀动态特性及稳定性分析

李胜,阮健,孟彬

机械工程学报. 2016, 52(2): 202-212. https://doi.org/10.3901/JME.2016.02.202

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二维电液比例换向阀兼具直动式和导控式比例阀的功能：正常工作压力下，比例电磁铁输出的推力通过压扭联轴器使阀芯转动，阀敏感腔的压力差动变化，驱动阀芯轴向移动，与此同时阀芯反向转动，敏感腔的压力又逐渐恢复为原来的值，阀芯到达一个新的平衡位置，实现对阀芯位移的液压先导比例控制；当工作压力为零时，则由比例电磁铁直接驱动阀芯。在正常的工作过程中，压扭联轴器不仅可以实现直线-旋转运动转换，还可将比例电磁铁的驱动力放大，使其能有效、可靠地驱动阀芯转动，从而提高其比例控制性能和工作可靠性。通过2D阀的建模、动态仿真及稳定研究，弄清2D阀的关键结构和工作参数对动态特性的影响，并建立2D阀的稳定条件，为其结构设计和优化提供理论依据。对2D阀试验研究，测得直动与导控两种工作状态下主要性能曲线与指标，试验表明2D电液比例换向阀不仅可以实现直动和导控的功能，而且通过先导控制可以有效克服液动力和摩擦力的不利影响，同时也证明了2D阀具有较快的响应速度和很好的稳定性。

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2016年, 第52卷, 第2期　
刊出日期：2016-01-15

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