2016年, 第52卷, 第4期　
刊出日期：2016-02-15

  

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仪器科学与技术
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  基于函数广义逆波束形成的声源识别

  黎术, 徐中明, 贺岩松, 张志飞, 陈思

  机械工程学报. 2016, 52(4): 1-6. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.001

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  广义逆波束形成是一种基于传声器阵列的高效声源识别技术。然而面对复杂声源,受限于较差的旁瓣抑制能力以及较低的动态显示范围,难以实现高精度的声源识别定位。为提高广义逆波束形成声源识别的动力学水平,结合函数波束形成,提出一种函数广义逆波束形成方法。从广义逆波束形成与矩阵函数分析出发,全面阐述函数广义逆波束形成基本理论,详细分析不同声源类型和测量误差等因素对其声源成像性能的影响,得到阶次数的最佳取值应用范围。通过数值仿真模型和试验算例进行声源成像仿真,结果表明,函数广义逆波束形成,在保证准确识别声源强度与声源方位的基础上,通过增加阶次数能成倍提高波束旁瓣抑制能力,从而保证其拥有更高的空间分辨率能更精准定位声源。
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  基于最优小波包Shannon熵的再制造电机转子缺陷诊断技术

  闫晓玲, 董世运, 徐滨士

  机械工程学报. 2016, 52(4): 7-12. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.007

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  为了实现对再制造电机转子质量的有效监控,采用超声波技术对其内部缺陷进行检测与评价。引入滤波效果良好的最优小波包滤波法和对超声波信号噪声含量变化敏感的Shannon信息熵算法,定义一种新的最优小波包Shannon熵(Best wavelet packet Shannon entropy,BWPSE)的概念,并提出基于BWPSE的超声波信号消噪方法。对采集到的再制造电机转子超声检测信号进行最优小波包滤波处理,得到各尺度的小波包分解系数,在此基础上计算各尺度小波包分解系数的Shannon熵,通过分析小波包系数Shannon熵的变化规律确定分解层数及阈值。采用该方法对再制造电机转子超声检测信号进行消噪处理,结果表明该方法对噪声消除比较彻底,对比Sqtwolog阈值小波分析及Heursure阈值小波分析等其他信号消噪方法,该方法可显著提高再制造电机转子内部缺陷定量分析的准确度。
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  基于Tetrolet变换的热轧钢板表面缺陷识别方法

  徐科, 王磊, 王璟瑜

  机械工程学报. 2016, 52(4): 13-19. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.013

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  通过Tetrolet变换将热轧钢板表面图像分解成不同尺度和方向的子带,提取子带的Tetrolet高通系数矩阵特征,得到一个高维的特征矢量。利用核保局投影算法对高维特征矢量进行降维,将降维后的低维特征矢量输入支持向量机,从而实现热轧钢板表面缺陷的分类识别。对现场采集到的热轧钢板表面图像样本进行试验,包括横向裂纹、纵向裂纹、横向划伤、纵向划伤、结疤、麻点、网纹、压痕等8类常见热轧钢板表面缺陷,以及氧化铁皮和无缺陷等样本。试验结果表明基于Tetrolet变换方法对样本图像的识别率可达97.38%,比基于Curvelet变换、Contourlet变换等方法得到的识别率提高1%左右。
材料科学与工程
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  薄板液压成形起皱预测及控制研究进展

  陈一哲, 刘伟, 苑世剑

  机械工程学报. 2016, 52(4): 20-28. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.020

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  板材拉深成形广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶工业等领域,是金属塑性加工领域的研究热点。随着工业生产向整体化、轻量化、高精度、低成本不断发展,以火箭燃料贮箱箱底为代表的大型曲面封头厚径比小于0.3%,起皱成为制约其拉深成形的主要缺陷之一,严重影响零件质量、模具使用寿命和工业生产的稳定性。综述板材拉深成形起皱理论预测、数值模拟和工艺试验的最新研究现状,重点介绍板材液压成形技术对于起皱控制的研究进展,表明通过合适的液压成形可以成形出无起皱缺陷、厚径比较小的零件。提出现有问题并对未来研究方向进行展望。
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  高强钢板DP590温热环境下屈服准则适用性分析

  程诚, 刁可山, 吴向东, 王文平, 万敏, 蔡正阳

  机械工程学报. 2016, 52(4): 29-35. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.029

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  板料成形过程中温度的变化会影响其塑性流动行为。以先进高强钢板DP590为研究对象,通过不同温度下单拉试验和不同温度不同加载比例双拉试验得到其在温热环境下的试验屈服轨迹,结果显示温度不仅会影响DP590钢板屈服轨迹的大小,而且影响屈服轨迹的形状。将试验屈服轨迹和几种理论屈服轨迹进行对比分析,表明Yld2000-2D屈服准则与试验结果吻合较好,同时等效应力应变点分析也显示出Yld2000-2D屈服准则满足塑性力学的单一曲线假设规律。针对Yld2000-2D屈服准则,采用不同温度下的试验数据计算出不同温度下的各向异性参数,通过拟合获得各向异性参数与温度的四次多项式函数关系,建立温度相关Yld2000-2D屈服准则,并与常规Yld2000-2D屈服准则对比分析,结果显示温度相关Yld2000-2D屈服准则更加适合描述DP590钢板温热环境下的屈服行为。
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  基于连续介质损伤力学的高强度钢板热成形性数值预测

  盈亮, 史栋勇, 胡平, 刘文权

  机械工程学报. 2016, 52(4): 36-44. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.036

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  基于连续介质损伤力学模型,建立耦合损伤的热成形本构方程。将该本构方程引入到自主开发的金属成形有限元软件KMAS中,从而可对高强度钢板在热成形过程中的损伤演化及成形性能进行预测。本构方程中与温度及应变率相关的损伤参数控制着热成形过程中的损伤演化,对成形性数值预测具有重要的意义。为标定本构方程中的损伤参数,进行不同温度及应变率下的等温热拉伸试验,并对拉伸过程进行数值模拟,通过优化对比数值计算和试验所得的力-位移曲线,获得了不同温度及应变率下的损伤参数。随后将损伤参数引入KMAS中,对一款典型汽车B柱在热成形过程的成形性进行数值预测,并与试验结果进行对比,结果证明了所建立耦合损伤本构方程的正确性。
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  铸辗复合成形法兰坯高温变形行为及加工图

  秦芳诚, 李永堂

  机械工程学报. 2016, 52(4): 45-53. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.045

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  环件铸辗复合成形工艺具有缩短工艺流程、高效和节能节材等优点,研究铸态环坯在铸辗复合成形工艺下的高温变形行为,揭示其组织演变机理,是实现材料在该成形工艺中成形与成性的关键。在不同变形条件下对砂型铸造和离心铸造Q235B法兰坯进行高温压缩试验,分析其流变应力的变化,推导出二者的本构方程。综合变形温度和应变速率对材料微观结构与性能的影响,建立基于动态材料模型的加工图。试验结果表明：二者的流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而增大。离心铸造法兰坯的流变应力较低,动态再结晶易于发生,且功耗效率值及其变化幅度都要大于砂型铸造,表明了其显微组织变化剧烈,演变更加充分。结合二者的热加工图及其识别出的典型区域显微组织,获得了适合该法兰坯辗扩工艺的热力参数范围,离心铸造可为法兰坯铸辗复合成形工艺提供高质量的铸坯。
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  封闭式高速压电板形仪研制及其工业应用

  杜凤山, 燕猛, 黄华贵, 陈恩平, 刘丰, 孙静娜

  机械工程学报. 2016, 52(4): 54-59. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.054

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  为适应高速冷轧条件下的板形检测需求,实现板形检测技术研究制造的国产化,自主研制一套适用于冷轧带钢板形检测的新型内封闭式高速压电板形仪,并成功将其应用于国内某厂四机架六辊900 UCM冷连轧机组。自主开发配套的板形仪标定分析平台并对其进行整机测试,综合研究检测辊转速、包角、辊体挠曲变形、带钢卷取附加应力和带钢边部局部加载等因素对板形检测信号的影响规律及其相应的补偿方法。解决了压电信号电磁干扰、机电信号耦合、红外无线信号传输、电路自封闭等难题。工业现场连续无故障运行,验证了该板形仪结构合理,性能稳定,检测信号能准确反映现场板形,检测精度满足现场要求,为冷连轧带钢高速板形闭环控制提供了良好的检测条件。
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  外加高频磁场下电弧快速成形过程的电磁-流体耦合数值模拟

  柏兴旺, 张海鸥, 周祥曼, 王桂兰

  机械工程学报. 2016, 52(4): 60-66. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.060

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  外加电磁作用是改善电弧快速成形零件组织和性能的有效方式之一。为了揭示高频磁场对熔池传热、对流和形态的影响机理,采用有限元电磁计算和有限体积流体分析耦合的方法,建立电磁场、熔池温度场和流体流动场分析的三维模型,分析工件和熔池中高频电磁力/热的分布特征,研究高频电磁力与表面张力、电弧力以及熔滴冲击共同作用下的熔池表面动态变形,对比分析有/无外加高频磁场情况下熔池温度分布和流体流动模式上的差异,并由此预测外加高频磁场对凝固组织和熔池形态的改变。结果表明,高频电磁力驱动熔池流体在垂直焊接方向的平面内形成单漩涡旋转对流,有利于熔断枝晶细化晶粒,熔池表面形状向远离线圈一侧倾斜,熔宽增大。金相和焊道横截面测试证实了上述模拟结果。
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  微间隙焊缝磁光成像卡尔曼滤波跟踪算法

  高向东, 莫玲, 萧振林, 陈晓辉

  机械工程学报. 2016, 52(4): 67-72. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.067

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  在激光对接焊过程中,实时控制激光束准确对中焊缝是保证焊接质量的前提。针对紧密对接激光焊,研究一种用于微间隙(不大于0.1 mm)焊缝位置识别及跟踪的磁光成像卡尔曼滤波算法。采用磁光传感器实时获取焊接区域的微间隙焊缝磁光图像序列,利用微间隙焊缝磁光图像的灰度梯度特征提取焊缝位置坐标。以焊缝位置及位移量构成状态矢量,建立描述焊缝位置的状态方程和测量方程。同时,假设系统动态噪声和测量噪声为零均值随机分布的高斯白噪声,建立噪声环境下的卡尔曼滤波跟踪算法,计算最小均方差条件下焊缝中心最优预测值,减小系统噪声和过程噪声对焊缝位置测量的影响。试验结果显示,该方法能有效实现激光对接焊微间隙焊缝位置的识别与跟踪。
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  基于相对误差平方和的神经网络预测镁合金多轴疲劳寿命

  熊缨, 岑恺

  机械工程学报. 2016, 52(4): 73-81. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.073

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  提出一种以相对误差平方和(Sum squared relative error,SSRE)作为误差性能函数的反向传播(Back propagation,BP)神经网络算法(SSRE-BP),针对3种不同镁合金AZ31B、ZK60和AZ61A在单轴拉压、纯扭、45°比例和90°圆形非比例等4种不同加载路径下的疲劳寿命进行预测。并与以均方误差(Mean squared error,MSE)作为误差性能函数的传统BP神经网络(MSE-BP)以及基于临界平面法的SWT疲劳损伤模型预测的结果进行比较。结果表明,在3种镁合金材料总共138组疲劳数据中,神经网络只有一组预测值在3倍偏差界限外,而用SWT预测结果分别有16组、13组、10组数据在3倍偏差界限外。两种BP神经网络能够较好地预测镁合金不同加载路径下的疲劳寿命,相比于SWT疲劳模型预测的寿命在精度上有较大幅度的提升。其中,SSRE-BP算法的精度略高于传统的MSE-BP算法。
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  万能凸度轧机中间辊偏移板形调控能力分析

  刘洋, 王晓晨, 杨荃, 彭劲松

  机械工程学报. 2016, 52(4): 82-89. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.082

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  1420单机架万能凸度轧机(Universal crown mill, UCM)轧制极薄带时,中间辊偏移对正向轧制与负向轧制时工作辊弯辊、中间辊弯辊及中间辊窜辊的板形调控特性存在一定的影响,从力学角度分析辊系的受力状态,并运用LS-DYNA有限元软件建立显示动力学模型,定量计算中间辊不偏移轧制与正向偏移轧制及负向轧制时各板形调控手段的调控特性。计算结果显示轧机中间辊不偏移时,工作辊弯辊力与带钢凸度呈线性关系,随着工作辊弯辊力的增大,带钢凸度减小;当中间辊偏移时,工作辊弯辊调控功效要大于中间辊不偏移时,且正向轧制的弯辊调控功效要优于负向轧制;中间辊弯辊调控特性表现出与工作辊弯辊相似的变化趋势。不同中间辊窜辊的板形调控能力变化不大,不偏移轧制与负向轧制调控能力基本相同,正向轧制在窜辊量为15~30 mm范围内,其调控能力好于另外两种轧制工况。
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  基于Arrhenius改进模型的无取向电工钢高温变形本构关系

  曹建国, 王天聪, 李洪波, 温盾, 周云松

  机械工程学报. 2016, 52(4): 90-96. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.090

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  建立无取向电工钢热轧高温行为的统一本构关系模型。基于大型工业轧机取样的无取向电工钢连续冷却转变图分析测定,采用Gleeble热模拟试验机在750~1 120 ℃温度范围和0.05~10 s^-1应变速率范围进行热模拟试验。随着温度的降低,在1 120~975 ℃的奥氏体区,应力随之增加;975~875 ℃的奥氏体-铁素体两相区内,应力随之降低;875~750 ℃铁素体区内,应力随之增加;铁素体区以动态回复软化机制为主,而奥氏体区以动态再结晶为主,而且变形速率越大,动态再结晶越不明显,直至仅呈现动态回复型。基于Arrhenius改进模型框架,建立描述该钢种热连轧机粗轧机组和精轧机组完整轧制过程加工硬化与软化机制的统一本构关系,可精确地预测加工材料的属性。
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  高压容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应研究

  艾刚, 刘应华

  机械工程学报. 2016, 52(4): 97-102. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.097

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  压缩天然气的海上运输技术由于其经济效益而即将走向商业化。在运输船上的压强高达25 MPa的压力容器是其设计的重点。破前漏准则是维护压力容器完整性的一个重要方法。然而,在压力容器泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应所导致的裂纹周围金属温度的降温可能会影响到破前漏准则的有效性。对在压力容器的泄漏中发生的焦耳-汤姆逊效应做了相关的试验研究。因氩气不易燃烧且具有与甲烷相似的焦耳-汤姆逊系数而被选作试验气体。设计一个全新的用于压力容器泄漏试验的焦耳-汤姆逊测试系统。根据美国机械工程师学会(American Society of Mechanical Engineers, ASME)锅炉和压力容器规范设计和加工一个试验用的压力容器。采用液氮断裂方法在一块测试板上制作一个与自然裂纹相似的贯穿裂纹。在30 ℃的环境温度和9.1 MPa的最大内部压强下,测试板外表面沿裂纹方向测得的最低温度是12.5 ℃,沿裂纹对角线方向测得的最低温度是7.9 ℃,裂纹出口处得到的氩气的温度是-9.2 ℃;测试板内表面沿裂纹方向测得的最低温度是15 ℃,容器内部裂纹附近测得的氩气的温度是-7.1 ℃。试验结果表明,在整个测试过程中,测试板内外表面的温度沿裂纹不同方向的变化趋势基本上一致。
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  超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

  李智, 薛红前

  机械工程学报. 2016, 52(4): 103-110. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.103

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  在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。
运载工程
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  采煤机高可靠性机电液短程截割传动系统

  杨阳, 邹佳航, 秦大同, 袁瑷辉

  机械工程学报. 2016, 52(4): 111-119. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.111

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  截割部是滚筒采煤机最重要的组成部分,也是最易产生失效的部分。针对现有滚筒采煤机截割部可靠性低和适应性差的问题,设计一种高可靠性机电液短程截割传动系统,该系统实现了负载突变下的缓冲减振和煤层变化下的滚筒调速。建立截割电动机、泵控马达系统和蓄能器的数学模型,基于AMESim软件建立MG300采煤机截割传动系统的仿真模型并进行系统调速性能、应对突变工况性能仿真分析和效率分析,结果表明系统既能实现滚筒转速的良好调节又具有一定的缓冲减振功能并且在典型工况下有着较高的传递效率。因此,所设计系统能提高采煤机的可靠性和自适应性,仿真结果验证了该方案的有效性和可行性,为深部危险煤层无人采煤机的研发奠定了基础。
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  基于微观晶相建模的双相钢吸能特性研究

  庄蔚敏, 解东旋, 叶辉

  机械工程学报. 2016, 52(4): 120-125. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.120

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  基于Voronoi和概率分布理论,提出材料微观晶相建模方法及其实现流程,建立微观晶相可视化几何模型。通过将微观晶相生成系统和ABAQUS有限元软件相结合,实现了基于微观晶相建模的双相钢有限元仿真,仿真中单相铁素体及马氏体均采用理想弹塑性材料模型,同时,以延性损伤模型模拟材料的破坏行为。以该仿真模型为基础,建立一系列不同晶粒尺寸、不同马氏体体积分数的双相钢微观晶相仿真模型,进行双相钢吸能特性研究,研究表明虽然双相钢吸能量随晶粒尺寸的不同略有差异,但总体均随马氏体体积分数的增加呈现先上升后下降的趋势,最优吸能时双相钢中马氏体体积分数均在2%~5%范围内。实现了双相钢微观尺度下的吸能研究,为轻量化汽车车身安全件的选材提供指导。
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  基于调车工况的车辆纵向冲击数值模拟研究

  杨亮亮, 罗世辉, 傅茂海, 周尚书, 曾文昌

  机械工程学报. 2016, 52(4): 126-132. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.126

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  根据由车钩缓冲器和心盘组成的铁路货车纵向受力特点,利用Matlab软件建立铁路货车调车冲击的动力学模型,分别研究不同轴重车型、不同刚度阻尼、不同制动阻力状态及不同冲击模式对车辆纵向冲击特性的影响。结果表明,随着我国铁路货车轴重的增大,车钩连挂处、车体与转向架连接处承受的纵向惯性力也随之增大。阻抗特性呈凸型的缓冲器能吸收更多的车辆冲击能量,可适应更大的调车冲击需求。较小的车体底架结构刚度及车体与转向架连接刚度有利于缓和车辆的纵向冲动。被撞车的制动阻力作用会使车辆速度衰减的更快,但也将引起更大的车钩和心盘冲击。冲击模式对车钩和心盘处的冲击影响差异很大,三重冲三重模式下的车钩力最大,三重冲一空模式下的心盘力最大。
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  考虑齿轮传动影响的高速动车组电机吊架载荷及动应力研究

  张丽, 任尊松, 孙守光, 杨光

  机械工程学报. 2016, 52(4): 133-140. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.133

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  针对CRH3型高速动车组电机吊架焊接结构,结合有限元法和刚柔耦合多体动力学法建立考虑齿轮传动系统的啮合振动的高速列车动车整车动力学模型,仿真计算得到电机吊架在列车加速和匀速运行工况下的动载荷;利用准静态应力法计算两种工况下电机吊架上危险节点的动应力,通过对比吊架上危险节点动应力的模拟计算结果和线路实测结果研究齿轮传动系统的啮合振动对车辆运行中电机吊架所受载荷及其上危险位置动应力的影响。结果表明：在齿轮传动系统啮合振动的影响下,电机吊架的动载荷及其结构危险节点的动应力显著增大,垂向振动加剧,而且动应力仿真结果与线路实测结果更接近。因此,在对高速列车结构件进行动应力仿真时,为了更准确地仿真结构振动对动应力仿真结果的影响,应该在结构件弹性化的基础上,同时考虑齿轮传动系统啮合振动的影响。
可再生能源与工程热物理
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  车用小通道平行流换热器传热流动试验与分析

  王婷, 谷波, 钱程, 马洪涛

  机械工程学报. 2016, 52(4): 141-147. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.141

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  小通道平行流换热器是燃料电池汽车的主要散热部件。吸收了电堆废热的冷却液(50%乙二醇溶液),流过小通道换热管,由换热器外侧空气冷却。在进液温度、进风温度、冷却液流量以及风速变化的试验工况下,测试了换热器的传热流动性能。引入量纲一参数κ,评估了各工况参数对换热量、阻力影响的强弱。接着,分析液侧努谢尔数Nu和摩阻系数f随雷诺数Re的变化趋势,结果显示：在小通道内(当量直径D=2.685 mm),冷却液从层流到湍流的转淚点Re_c=1 750,介于微尺度与常规尺度的临界值之间。在此基础上,通过多元回归法,拟合得到层流和湍流的液侧换热系数,摩阻系数的关联式,以及空气侧阻力f_a公式。Nu和f的计算值与试验值误差分别在[-7.06%,5.93%]和[-3.95%,4.11%]内,f_a的误差在[-2.22%,3.62%]内。基于这些关联式,建立数学模型,可在广泛多变的运行条件下,对换热器的运行性能进行理论预测和评估。
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  合成射流对钝尾缘翼型气动特性的影响

  程晓龙, 马朝臣, 刘恒, 杨策

  机械工程学报. 2016, 52(4): 148-156. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.148

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  研究吸力面存在合成射流的情况下,钝尾缘翼型TR-4000-2000流场结构的变化及其升阻力系数等气动特性参数的变化趋势。在相同射流入口速度条件下,采用计算流体力学软件Fluent对相同来流速度不同攻角情况下翼型流场进行非定常数值模拟计算,分析射流前后翼型升阻力系数变化及翼型表面压力的波动状况;在此基础上,对不同射流频率和不同射流速度情况下翼型流场进行模拟计算,寻求最佳射流参数。结果表明,由于射流及尾缘涡的相互作用导致翼型的升阻力特性不断变化,钝尾缘翼型吸力面合成射流有明显的增升减阻效果,在15°攻角时尤为明显,升力系数提高约40%,阻力系数减小约25%。在量纲一射流速度和量纲一射流频率均为1时,射流对翼型的增升减阻效果最佳。
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  文丘里管废气再循环系统对涡轮增压柴油机性能影响的研究

  王琦玮, 倪计民, 陈泓, 顾诗帆, 石秀勇, 沈凯

  机械工程学报. 2016, 52(4): 157-164. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.157

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  加装文丘里管的高压废气再循环(Exhaust gas re-circulation, EGR)进气系统,在兼顾柴油机经济性、动力性的前提下,研究该进气系统对NO_x排放的影响。根据一款柴油机的基本结构建立柴油机一维仿真计算模型和燃烧室的三维仿真计算模型。在对模型进行标定和对柴油机原机性能仿真计算的基础上,为进气系统引入文丘里管装置并对其结构参数进行优化设计。应用所建立的一维和三维柴油机模型,对文丘里管EGR系统柴油机的经济性、NO_x和Soot排放特性进行仿真计算研究,并对计算结果进行试验验证。研究结果表明,优化设计的文丘里管EGR系统可使柴油机在欧洲稳态循环(European steady state cycle, ESC)各工况下实现较为理想的EGR率,并在不明显影响柴油机燃油经济性的前提下,使NO_x排放量下降了约28.4%。文丘里管进气系统可以实现较为理想的高压EGR循环,在柴油机ESC工况下(怠速除外)能够达到较为理想的EGR率。
交叉与前沿
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  离心泵后泵腔内液体压力数值分析与验证

  董玮, 楚武利

  机械工程学报. 2016, 52(4): 165-170. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.165

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  离心泵轴向力的大小与泵腔内压力分布密切相关,而试验测量轴向力成本较高,因此采用数值模拟展开泵腔内压力分布规律研究,并提出简便的试验测量轴向力方法显得格外必要。利用数值模拟计算,在0.6 Q_sp~1.2 Q_sp工况下,研究离心泵后泵腔压力沿轴向、径向、切向分布规律,绘制后泵腔压力在0°、90°、180°、270°及压力均值沿径向分布曲线,得出后泵腔轴向力大小,推导两种近似计算泵腔轴向力公式,提出简便的试验测量泵腔轴向力方法,并将后泵腔压力模拟结果与试验结果对比,验证模拟结果的真实可靠性。结果表明：同一流量工况点,后泵腔压力沿轴向保持不变,沿径向随半径增大而增大。流量越大,后泵腔压力沿切向分布越具有轴对称性,沿径向增大越均匀。后泵腔轴向力两种公式计算结果与数值计算结果相对误差极小,后泵腔区域压力均值与其径向几何中心处压力均值大小相等。在试验测量离心泵泵腔轴向力时,只需要测量泵腔沿180°径向中心处压力值,便可近似求得泵腔区域轴向力大小。
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  基于耳蜗基底膜仿生原理的液压脉动衰减器滤波特性研究

  贺尚红, 熊宇维, 王文

  机械工程学报. 2016, 52(4): 171-177. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.171

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  为解决液压系统中由于压力脉动引起的振动和噪声问题,从仿生学角度出发,根据人耳听觉形成过程及耳蜗基底膜的宽频振动响应特征,研究耳蜗基底膜振动的“空间-频率”特性,提出一种仿耳蜗基底膜振动特性的液压脉动抑制方法。设计一种以仿生膜片为共振体的结构紧凑灵巧的液压脉动衰减器,克服了传统液压脉动衰减器结构复杂、体积庞大的缺点。基于流固耦合原理,分析仿生膜片在压力流体中的振动特性;结合管路动态特性,建立脉动衰减器的传递矩阵模型,用插入损失对脉动衰减性能进行评价;通过脉动衰减器样机的试验检验其滤波减振性能。理论和试验结果表明该液压脉动衰减器能够有效衰减液压系统有效频率的压力脉动,并且在较宽频带内有较好的滤波效果,实现了广谱滤波。
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  离心泵泵腔液体压力分布理论计算及验证

  刘在伦, 张森, 邵安灿, 曾继来

  机械工程学报. 2016, 52(4): 178-184. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.178

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  准确描述泵腔液体压力分布是研究叶轮盖板力的核心研究问题,也是泵研究领域中的难题。建立泵腔液体流动模型并提出基本假设,将泵腔液体流动视为轴对称二维黏性层流运动,采用数量级比较法,对泵腔液体运动的Navier-Stokes方程简化,并进行积分求得Navier-Stokes方程的近似解析解,推导出设计工况下泵腔液体压力数学模型。在该数学模型计算中,引入势扬程修正系数,解决了泵腔入口液体压力的计算问题,并给出具体确定方法。以IS80-50-315型离心泵为研究对象,在不同叶轮平衡孔直径下,对设计工况下前后泵腔液体压力进行测试和理论计算,对比分析结果表明,两者结果较为一致。还采用2个典型的泵腔液体压力测试实例,进一步验证了设计工况下泵腔液体压力数学模型的可靠性。该研究成果是对经典泵腔液体压力计算公式的补充与完善。
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  锥台型气体润滑动压轴承动力学数值模拟研究

  陈广强, 杨云军, 雷娟棉, 陈冰雁, 刘周

  机械工程学报. 2016, 52(4): 185-191. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.185

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  针对高精密陀螺电机气体润滑动压轴承间隙复杂流动特点,分析轴承的静态特性和推导一阶滑移边界条件。采用基于无滑移边界和一阶滑移边界条件的计算流体力学方法模拟气体润滑动压轴承间隙复杂流动,计算获得不同偏心距轴承的静态载荷、刚度、功率和偏位角等参数,并与轴承试验结果进行对比分析。研究结果得出,在自重条件下轴承试验测量刚度结果位于无滑移和滑移边界条件数值模拟结果之间,比无滑移边界条件计算结果小约10%,比一阶滑移边界计算结果大约44%,表明轴承间隙流动只存在局部滑移;数值模拟结果的偏位角方向与试验结果一致,分别相差4°和2.6°左右。研究结果可为陀螺电机气体润滑轴承设计提供技术参考。
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  电-液混合驱动曳引电梯特性及能效分析

  赵斌, 权龙, 郝云晓

  机械工程学报. 2016, 52(4): 192-198. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.192

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  电梯作为高层建筑运输人及货物的设备,自发明至今一直为人们的出行提供便捷;但诸多研究表明电梯能耗占高层建筑总能耗的20%左右,尤其是在能源供需矛盾日益突出的今天,电梯能耗已成为制约其发展和应用的主要问题。为降低电梯能耗,达到电梯节能运行的目的,结合曳引电梯的结构特点、运行特性及能耗特性,提出并设计一种新型的电-液混合驱动高能效曳引电梯节能系统。对传统电梯的运行特性进行分析,进而对提出的新型节能原理进行分析。建立曳引电梯能耗的仿真模型,并对传统电梯和节能电梯运行过程中的能耗进行仿真分析,仿真结果表明新型节能系统的节能效果明显。搭建电梯节能综合试验平台,通过在高层建筑进行能耗试验,验证仿真模型的准确性,试验结果表明新型节能系统的节能效率约为10%~14%。本文的研究成果不但是曳引电梯节能方面的发展方向之一,而且在其他垂直提升机械中也具有较好的应用前景。
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  面向列车内装造型设计的旅客视觉意象研究

  张丙辰, 过伟敏, 王艳群, 李顺才, 黄颖, 徐静

  机械工程学报. 2016, 52(4): 199-205. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.199

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  铁路客车内装设计是提升铁路运输服务质量的一个重要内容。目前的内装造型设计重点仍然集中在功能和结构的改良上,旅客的心理需求和视觉体验方面还有较大提升空间。本研究通过收集选取描述性词汇,分析其相关的视觉意象含义,并选取内装样本进行语义评测。在统计整理试验数据的基础上对视觉意象主因子进行提炼,并结合感性分析将其归纳为雅致、凝静、柔润、宽和四个主因子。研究过程中略去对视觉意象有较大影响的色彩因素,将重点集中在造型设计方法的探讨。在对造型与视觉意象的关联进行探讨的基础上,构建面向列车内装造型设计的视觉意象模型,解析旅客的心理需求与视觉意象主因子的相关性,为提升旅客视觉体验的列车内装造型设计奠定基础。
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  “货到人”拣选系统订单排序优化

  吴颖颖, 孟祥旭, 王艳艳, 胡金昌

  机械工程学报. 2016, 52(4): 206-210. https://doi.org/10.3901/JME.2016.04.206

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  “货到人”拣选系统采用“出库-拣选-回库”的拣选模式,货箱出入库频率高成为制约拣选效率的关键。为降低货箱出入库频率,进而提高系统拣选效率,提出订单排序优化模型。定义订单耦合因子表示两个订单之间可放置于拣选缓存中的共用货箱数量,并以此作为模型参数,将优化目标由提高拣选效率转化为降低货箱出入库频率。模型中,每个拣选台内的订单排序优化问题可归结为旅行商(Tranvelling salesman problem, TSP)问题。为求解模型,提出改进的K-Means聚类算法。计算每个订单与其他订单间的耦合因子,并对其进行排序;以单拣选台所有订单的耦合因子之和最大为目标,为每个拣选台分配订单并对订单进行排序。仿真结果显示,优化后系统拣选效率提高15.9%。