机械工程学报

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张贤彪, 王东, 苏振中

机械工程学报. 2016, 52(8): 1-7. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.001

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准确分析定子固有模态对低振动噪声电机系统优化设计和控制有十分重要的意义。针对大型分体式磁轴承电动机系统,采用有限元仿真方法分析轴向磁轴承定子绕组、径向磁轴承定子叠片结构、机座螺栓连接以及底座附加质量对大型分体式磁轴承电动机系统定子模态的影响。结果表明：轴向轴承定子绕组对定子固有频率影响较大,宜采用质量计入铁心的方式处理;径向轴承定子叠片结构对定子固有频率的影响较小,可按各向同性处理;机座螺栓连接刚度对机座固有频率有一定影响,但当连接刚度远大于机座刚度时,影响较小;底座附加质量对整机模态频率有一定的影响,但对不同振型的固有频率的影响效果相差较大。计算了整机的模态频率,并与振动试验结果进行了对比验证。

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调磁式异步磁力联轴器三维气隙磁场研究

杨超君, 孔令营, 张涛, 吕蕾, 罗永鑫, 陈志鹏

机械工程学报. 2016, 52(8): 8-15. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.008

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针对一台14对极21个调磁极片的调磁式异步磁力联轴器,为研究其气隙中永磁磁场与调制磁场的空间分布规律,利用有限元模拟的方法,得出静态与瞬态下三维气隙磁场的分布及周期性;基于等效面电流法,采用Matlab软件进行离散化编程求解,得到外气隙永磁磁场沿径向、周向及轴向的三维空间分布及周期性;采用多维高精度数字化测磁装置对联轴器的永磁磁场及调制磁场进行两种不同方案的三维测量。结果表明,永磁磁场与调制磁场均呈现周期性分布,其周期数分别为14、7;瞬态下气隙磁场的磁感应强度幅值大于静态时的幅值;气隙磁场存在端部效应,气隙磁场径向与周向分量的端部磁场小于中间磁场,轴向分量则相反;测量结果与模拟结果、解析结果具有很好的一致性。

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电磁轴承支承柔性转子模型测试与辨识

孙喆, 赵晶晶, 时振刚

机械工程学报. 2016, 52(8): 16-22. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.016

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电磁轴承具有无摩擦、不需润滑、可长时间高速运行等优点,广泛应用于高速旋转机械、特殊工作环境旋转机械等领域。电磁轴承系统的数学模型对于系统分析和控制器设计具有重要意义,但受各种因素影响,计算模型误差较大,往往不能满足设计调试要求。因此,现场测试是获取系统模型的重要手段。提出一种电磁轴承支承的柔性转子的测试与建模方法,该方法通过正弦扫描试验获取闭环系统频响模型,通过变换得到开环频响模型,然后通过辨识得到转子传递函数模型,并在实际系统上验证了提出的方法。

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永磁涡流耦合传动特性研究

何富君, 仲于海, 张瑞杰, 宋雪梅

机械工程学报. 2016, 52(8): 23-28. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.023

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永磁涡流耦合传动技术采用非接触传动方式,能实现较软的传动特性,应用在一些特殊场合有非常好的效果。永磁涡流耦合器采用永磁涡流耦合传动技术,具有节能、过载保护、允许较大的对中误差、结构简单、使用寿命长等优点。为实现永磁涡流耦合传动特性研究,针对油田应用设计永磁涡流耦合器。对耦合驱动原理进行理论分析,建立永磁涡流耦合的数学模型;利用Ansoft仿真软件建立三维有限元模型,对耦合器的传动特性进行仿真研究,得到传递转矩与间隙、转速差之间的对应关系,随着间隙的减小,转速差的增大,耦合器传递转矩增加;建立耦合器传动试验平台,对样机进行试验研究,验证有限元仿真可以作为耦合器传动特性的研究方法,同时从试验结果曲线上确定耦合器合理的工作区间,在此工作区间内,耦合器具有高效率和较高的启动转矩,能够缓冲负载波动,传动性能良好。

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磁流变发动机悬置的参数化建模与辨识

陈世嵬, 杜鹏飞, 李锐, 王小荣

机械工程学报. 2016, 52(8): 29-35. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.029

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研究频变、磁变效应下的磁流变悬置的力学模型建立问题。以某磁流变悬置为例,根据Bingham模型,将悬置恢复力分为库仑阻尼力、弹性恢复力,黏性阻尼力三部分;通过分析各部分力与频率、磁场的相关性分析,提出一种改进的多项式Bingham参数化模型。该模型以外部电流、外载频率为变量,通过推导外部位移激励的能量耗散、储存关系,提出该多项式模型中九个待识别参数的辨识方法。设计了试验方案,并通过真实试验测试各种工况下该挤压式磁流变悬置的恢复力-位移关系,根据所提方法,得到在不同工况下的磁流变悬置的恢复力随电流、外载频率变化的关系。对比试验结果表明,该参数化模型在动刚度、滞后角以及滞回曲线上能良好地反映悬置的宽频段动力学特性。

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复合材料储能飞轮挠性结构振动的磁轴承控制^*

白金刚, 赵雷, 张剀, 戴兴建

机械工程学报. 2016, 52(8): 36-42. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.036

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储能密度是储能飞轮的重要指标之一,选用碳纤维、玻璃纤维复合材料的储能飞轮可以有效提高储能密度,同时,选用磁悬浮支承则可以适应真空环境及减少损耗。但是,由此也增加了结构的复杂性,例如,连结飞轮转子中金属部件与复合材料之间的挠性薄壳轮毂具有不同于常规刚体飞轮的动力学模型特性。针对薄壳结构的模态振动特征与陀螺效应控制之间的矛盾,描述一种具有挠性结构储能飞轮的磁轴承控制方法。在模态分析的基础上,利用多通道添加相位整形的控制方法有效抑制了系统中的挠性结构的模态振动。试验结果表明,使用所设计的控制器,转子可平稳通过中心频率为340 Hz的轮毂——心轴挠性模态振动区域,运行转速475 Hz(28 500 r/min),轮缘最大线速度达到450 m/s,并成功实现飞轮的充放电过程。

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非线性超声谐振方法及在结垢检测中的应用研究

焦敬品, 吴超, 孟祥吉, 吴斌, 何存富

机械工程学报. 2016, 52(8): 43-50. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.043

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针对压力容器和管道安全运行需要,发展了一种非线性超声谐振结垢检测方法。从理论上分析非线性细观弹性材料因迟滞效应引起的非线性弹性本构关系。研究发现,随着超声波激励幅值的增加,迟滞导致的非线性效应主要表现为超声波谐振频率向低频偏移和谐振频谱品质因数的变化。对涂有不同厚度模拟结垢的板试件进行非线性超声谐振检测试验,研究了激励电压水平对基波及二次谐波谐振频谱的影响规律,提出基于二次谐波弹性迟滞非线性系数和耗散迟滞非线性系数的结垢层厚度表征方法。在此基础上,将非线性超声谐振检测方法应用于实际工程中炉管结垢层检测,结果表明,利用二次谐波的弹性迟滞非线性系数和耗散迟滞非线性系数能较好反映炉管结垢状况。研究工作为实际工程中炉管结垢层检测提供了新的思路和方法。

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基于零蠕变特征空间投影的P91钢焊接接头蠕变超声检测

原可义, 韩赞东, 陈以方, 钟约先

机械工程学报. 2016, 52(8): 51-57. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.051

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为提高P91钢焊接接头蠕变超声检测灵敏度,提出一种相对性的超声检测信号处理方法。该方法使用未发生蠕变的P91钢焊接接头的检测信号生成零蠕变特征空间,将任意检测信号向该空间投影,以投影残差能量与原信号总能量的比例表征检测目标偏离零蠕变状态的程度,比例越高,则表明蠕变损伤越严重。推导了该方法的一般性数学表达,并提出利用盲源分离算法实现该方法的线性化处理。利用不同蠕变程度的P91钢焊接接头试块对该方法进行了验证试验,结果表明,与常规超声方法相比,该方法具有更好的蠕变检测能力。由于该方法为相对性检测,零蠕变特征空间的完备性对检测结果的准确性具有较大影响。该方法以评价检测目标偏离标准特征空间的程度为核心,因此对其他损伤也具有检测能力。

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预紧式并联六维力传感器容错测量机理与标定测试研究

姚建涛, 崔朋肖, 朱佳龙, 许允斗, 赵永生

机械工程学报. 2016, 52(8): 58-66. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.058

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对一种预紧式并联六维力传感器进行了容错测量原理的理论分析与标定测试研究。介绍了预紧式并联六维力传感器的结构容错特点,并基于螺旋理论和变形协调关系,分别建立传感器无故障、信号故障时的数学模型,进而揭示其容错测量机理。研究分析了预紧式并联六维力传感器的静态标定算法,提出一种容错标定方法,并对传感器进行了无故障及信号故障时单向、两方向组合及分区加载的容错静态标定测试研究。通过分析测试数据,得到传感器不同工作状态下的线性误差。研究内容为容错六维力传感器的实际应用奠定了理论和试验基础。

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性能梯度分布热成形技术研究进展

彭艳, 刘才溢, 郝露菡, 邢鹏达

机械工程学报. 2016, 52(8): 67-75. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.067

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高强钢热成形技术对实现汽车轻量化,提高汽车的安全性能具有重要作用。传统的热成形技术所得制件具有超高强度,但塑性通常较低,综合力学性能不高。近年来,为了使热成形件兼具高强度和高塑性的力学性能指标,性能梯度分布热成形技术成为学者们的研究热点。通过分析性能梯度分布热成形技术的强化机理,对实现材料性能梯度分布热成形技术的工艺调控思路进行归纳总结;从加工工艺的角度出发,对当前实现性能梯度分布热成形技术的方法进行分析,对如何通过控制初始加热温度、模具冷却速度、改进模具材料和模具与成形件接触面积从而达到材料微观组织渐变分布、性能梯度分布的目的进行详细阐述;对国内外性能梯度分布热成形技术研究现状进行总结与分析,对性能梯度分布热成形技术的主要发展方向及其中存在的关键科学问题,包括理论基础、加热技术工艺实现、性能梯度分布模具设计等,进行深入探讨。性能梯度分布热成形技术对于精确成形、轻量化、高性能、短流程、低成本、环境友好有着重要的作用,是未来热成形技术发展的重要方向。

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金属材料准静态断裂性能标准测试技术研究进展^*

包陈, 蔡力勋, 石凯凯, 但晨, 姚瑶

机械工程学报. 2016, 52(8): 76-89. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.076

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准静态断裂性能是评价含裂纹结构完整性的重要力学参量,其测试规范的制修订可反映国家在国际断裂测试领域的技术水平。由于较复杂的断裂力学理论背景以及长期经费投入乏力,我国的断裂性能测试规范自主创新修订工作严重落后于国际水平。自2011年立项至今,历经3年的不懈研究,完成了新版国家断裂测试规范GB/T 21143-2014的修订,且在原规范的基础上取得了许多新进展。主要包括：对基于柔度原理的裂纹长度计算公式进行了简化,完善了原有J积分和CTOD计算式;推荐了考虑断裂试样大角度转动影响的旋转修正新方法;借鉴ASTM E1820-11规范,引入了改良后的单试样规则化法。为了更好地促进新规范的推广应用,本文就新规范修订中涉及的上述技术的研究进展进行详细综述。

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超大型空心钢锭翻转变形均匀性和压实效果研究

刘敏, 马庆贤, 刘功梅

机械工程学报. 2016, 52(8): 90-96. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.090

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20Mn5超大型空心钢锭在上平下V砧翻转芯轴拔长过程中采用普通V砧进行顺序翻转,锻件变形极不均匀且存在密集型疏松缺陷。通过DEFORM-3D数值模拟和理论推导,定量给出发散角和理论翻转角度与V砧角度和压下率的关系,提出不同压下率下的普通V砧翻转新工艺。数值模拟和物理试验结果表明,单砧压下时大圆角V砧和凸型V砧两种新型V砧的变形均匀性和压实效果均要优于普通V砧。翻转拔长模拟结果表明,不同压下率下凸型V砧、大圆角V砧和普通V砧翻转新工艺的变形均匀性和压实效果均要优于普通V砧顺序翻转,其中大圆角V砧翻转新工艺的变形均匀性最优,凸型V砧翻转新工艺的压实效果最优。研究结果可为国产大型筒体锻件空心钢锭锻造工艺规范的制定提供重要理论参考。

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摩擦叠焊单元成形过程分析

曲瑞, 杨立军, 田丽峰, 许威, 崔雷, 殷亚运

机械工程学报. 2016, 52(8): 97-103. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.097

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借助高速摄像机拍摄典型的圆柱形塞棒+圆柱形孔的摩擦叠焊单元成形摩擦液柱成形(Friction hydro pillar processing, FHPP)完整过程,观察塞棒与孔的红热状态和外观变化,还将本试验的FHPP焊接过程按塞棒消耗量由短到长进行分段焊接,制作各分段单元纵切面试样。将采集的焊接过程参数变化曲线与高速摄像图片以及各分段焊接单元的焊接试样剖面图进行对比分析,针对各参数以及焊接过程单元形貌随时间的变化,将焊接过程划分为焊前、焊接、保持三个阶段。焊接过程各参数有相应波动,尤其扭矩波动较大。研究发现焊接过程产生不连续的摩擦剪切面,摩擦剪切面不断“产生-压溃-挤出”,完成摩擦叠焊单元的成形。摩擦挤出物可分为塞棒飞边与母材飞边两部分。

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预涂覆Na₂SO₄-25%NaCl盐膜的HR3C钢的高温腐蚀行为

李萍, 秦鹏, 赵杰, 李廷举, 庞胜娇

机械工程学报. 2016, 52(8): 104-111. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.104

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应用X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)、能谱仪(Energy dispersive spectrometer, EDS)和电子探针显微分析(Electron probe X-ray micro-analyser, EMPA)等分析方法研究预涂覆Na₂SO₄-25%NaCl盐膜的HR3C在650 ℃、750 ℃的高温腐蚀行为。结果表明：HR3C在650 ℃和750 ℃的腐蚀动力学曲线呈“抛物线”趋势递增;腐蚀产物由表向里依次是结构疏松的Fe₂O₃与相对致密的Cr₂O₃的氧化层、尖晶石结构的复杂氧化物以及由少量Fe/Ni硫化物和孔隙组成的腐蚀影响区;提高腐蚀温度或延长腐蚀时间,氧化膜明显增厚,与基体结合程度变差甚至剥离,腐蚀影响区孔隙密度增大,深度增加。分析认为：预涂覆Na₂SO₄-25%NaCl盐膜的HR3C的高温腐蚀是氧化、硫化与氯化共同作用的结果。腐蚀初期发生高温氧化,合金表面形成具有保护性作用的氧化层;氯化反应促进了混合盐膜的熔融与挥发性物质的形成,破坏了氧化层的致密性,加速了腐蚀反应的发生;硫化作用促使合金发生内硫化。

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铸辗成形大口径25Mn钢环件微织构及力学性能

秦芳诚, 李永堂

机械工程学报. 2016, 52(8): 112-118. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.112

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根据铸辗复合成形工艺对大口径25Mn钢环件进行离心铸造和热辗扩工业试验以及对其调质处理,运用金相显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射技术分析组织与织构,并采用拉伸与冲击试验等手段检测其力学性能。结果表明,辗扩件外形尺寸精确,组织相对均匀,个别区域伴有不规则晶粒;微观织构组态主要为沿着<111>//ND取向线分布的黄铜R织构{111}<112>和取向密度为6.0的高斯织构{110}<001>,力学性能较好,但塑性稍微偏低;揭示拉伸和冲击断裂机理为解理与韧窝共存形式。调质后回火析出弥散分布的细小碳化物颗粒,晶粒更加细小均匀,大角度晶界所占比例为3/4;揭示织构演化表现为高斯织构沿着ξ-取向线逐渐向旋转立方织构{110}<110>聚集转变,塑性性能得到明显提高,呈现典型的韧窝断裂。研究揭示通过离心铸造25Mn钢环坯直接热辗扩成形大口径环件是切实可行的,达到了环件成形/成性的双重目的。

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丙烷压力对超声速微粒沉积铝青铜涂层组织和性能的影响

朱胜, 周超极, 王晓明, 张垚, 韩冰源

机械工程学报. 2016, 52(8): 119-124. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.119

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采用超声速微粒沉积技术在不同丙烷压力(0.469 MPa,0.496 MPa,0.524 MPa,0.551 MPa)条件下制备4种铝青铜涂层,采用环境扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪等试验仪器表征涂层的微观组织、相结构以及氧元素质量分数等,运用显微硬度仪、拉伸试验机和CETR摩擦磨损试验机等试验设备分析涂层的力学性能和摩擦学性能。结果表明,丙烷压力对涂层组织结构及力学性能有显著的影响,随着丙烷压力的升高,涂层孔隙率与氧元素质量分数呈负相关关系,在丙烷压力为0.524 MPa时,涂层孔隙率为0.8%,氧元素质量分数为0.97%,更接近其平衡点;丙烷压力为0.524 MPa以下时,涂层较原始粉末物相无明显变化,主要仍为α+β'+K相;涂层显微硬度、结合强度及耐磨性能随丙烷压力的升高均呈先增大后减小的趋势变化,丙烷压力为0.524 MPa时,涂层的力学性能和耐磨性能达到最优。

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衬板用铸态Fe-24Mn-7Al-1C耐磨钢的应变硬化行为研究

彭世广, 宋仁伯, 谭志东, 王忠红, 郭客, 高景俊

机械工程学报. 2016, 52(8): 125-132. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.125

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对衬板用新型铸态轻质Fe-24Mn-7Al-1C耐磨钢进行准静态条件下不同变形量的压缩试验,分析应变硬化行为,揭示出该铸态耐磨钢的加工硬化机理。根据压缩应力-应变曲线和对数真应力-对数真应变曲线分析压缩变形特征;并利用光学显微镜、X射线衍射和透射电镜研究不同应变量的变形后的微观组织形貌。研究结果表明,试验钢在屈服阶段的加工硬化曲表现出双加工硬化指数行为;在透射电子显微镜和X射线衍射分析时既未发现形变诱发马氏体存在,也没有发现位错胞和形变孪晶,变形后仍为奥氏体单相组织;在不同变形量变形后的奥氏体显微组织中依次可以观察到位错堆积(1%)、高密度位错墙(5%)、泰勒晶格(10%)、具有高密度位错的畴界(20%)和微带(50%),说明轻质Fe-24Mn-7Al-C耐磨钢钢微观变形机理是平面滑移机制。

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非光滑表面对汽车尾涡结构的控制分析研究

杨易, 黄剑锋, 范光辉, 蔡圣康, 刘政

机械工程学报. 2016, 52(8): 133-140. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.133

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车身气动阻力直接影响汽车的动力性和燃油经济性,尾涡结构对于车辆空气阻力的形成有很大的影响,非光滑结构在车身的合理布置能有效地减小汽车的空气阻力。为了研究车身非光滑结构对汽车尾涡结构的影响与控制,将凹坑型非光滑单元分别布置在MIRA阶梯背模型尾部、顶部、行李舱盖等表面,运用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)数值仿真与风洞试验相结合的方法,对比分析车身表面光滑模型与车身表面非光滑模型尾部流场的压力、湍流耗散率、速度矢量等参数的影响,探讨非光滑结构的扰动效应及其对尾涡形成的控制作用,得出非光滑结构能延迟气流分离,控制后风窗上猫眼涡与尾部剪切涡流,也能抑制汽车尾部主涡的生成。为有效控制车辆尾迹中旋涡结构,抑制涡激振动,改善汽车气动特性提供重要依据。

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基于动态内热源特性的车用锂离子动力电池温度场仿真及试验

刘霏霏, 兰凤崇, 陈吉清

机械工程学报. 2016, 52(8): 141-151. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.141

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针对电动汽车动力电池在充放电工作过程中由于热量聚集而导致的温度场非均匀性问题,采用数值仿真与试验相结合的方法,基于电池内阻温升特性,考虑耦合正负极耳的热影响,建立生热速率的时变内热源模型,获得更加精确的电池温度场分布及其动态变化规律,并深入进行温度一致性分析。以某车用锂离子动力电池为样本,对电池单体及模块分别进行温升计算和三维温度场分析及相应的测试试验。结果表明：同一充/放电倍率下,放电温升明显大于充电温升,且电池最大温差随着倍率的增大而增大;电池的温升是一个随时间先增大后恒定的非线性变化过程,且随着放电倍率的增大电池温升速率越大;电池模块温度场并非电池单体温度场的简单叠加,且在相同充放电倍率下电池模块的热一致性不如电池单体。

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基于简化模型的头车转向架气动噪声特性研究

李辉, 肖新标, 金学松

机械工程学报. 2016, 52(8): 152-161. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.152

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由于高速列车气动噪声形成的机理和分析较为复杂,目前的检测系统还不能从列车高速运行状态下噪声测试中做出清楚的分辨,通过计算流体力学方法研究高速列车头车转向架气动噪声特性。建立经过简化的转向架、头车未安装转向架的简化车身和头车安装简化转向架的车身三种计算模型,分析列车运行200 km/h,300 km/h速度下简化转向架周围流场与气动声场特性,进一步分析此速度下简化转向架对头车车外气动噪声的影响。分析结果显示转向架周围有周期性的漩涡生成、脱落现象,气动噪声在其周围的辐射规律呈现偶极子分布。转向架车轴和构架横梁的上、下表面为偶极子声源集中的部位。前轮对在垂直与气流方向的竖直平面上和平行于气流方向的竖直平面上引起的噪声比后轮对大,在平行于气流的水平平面上比后轮对小。两个速度下,转向架气动噪声分布规律大致相同,幅值有差别。转向架使头车车外噪声显著增高,转向架附近噪声增幅尤为明显。行车速度200 km/h时,简化转向架能使头车车外气动噪声幅值增大3~5 dBA,行车速度300 km/h时,增幅为5~8 dBA。

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基于驾驶风格识别的混合动力汽车能量管理策略

秦大同, 詹森, 曾育平, 苏岭

机械工程学报. 2016, 52(8): 162-169. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.162

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为了进一步提高混合动力汽车的燃油经济性,针对驾驶员的驾驶风格对混合动力汽车的燃油经济性有较大影响的问题。通过对驾驶操作引起的汽车行驶过程的车体冲击度分析,确定不同类型行驶工况下的驾驶风格区分方法,应用该方法在所采集的大量行驶工况数据上,得到不同驾驶风格的车速信息。将行驶工况识别算法、不同驾驶风格的车速信息、等效燃油最小能量管理策略相结合,获取不同驾驶风格下的最优需求功率分配方式,从而建立基于驾驶风格识别的能量管理策略。对一段随机工况应用所制定的能量管理策略,仿真结果表明,所提出的控制策略比不考虑驾驶风格的等效燃油最小能量管理策略燃油经济性提高了8.47%,发动机工作点更好地运行在其最佳效率曲线附近,电池SOC更稳定且更好地维持在高效区域。

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高速列车驾驶界面设计中的照明眩光评估

詹自翔, 郭北苑, 方卫宁

机械工程学报. 2016, 52(8): 170-178. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.170

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高速列车驾驶环境中的照明眩光对界面设计有着十分重要的影响,如何在设计阶段对眩光进行有效的评估,是目前高速列车驾驶界面设计中面临的一个难题。针对高速列车驾驶界面照明环境复杂,眩光源的形状和边界难以判定,眩光计算参数值难以准确采集等问题,提出一种基于统一眩光评估(Unified glare rating,UGR)公式和小光源UGR修正公式的高速列车驾驶界面照明眩光评估模型,在利用视觉仿真方法获得包含驾驶员视觉仿真图像及其每一像素点光度学信息的基础上,通过对视觉仿真图像内的眩光源像素点进行判定、整合和筛除,获取高速列车驾驶界面照明眩光评估模型计算参数值,实现高速列车驾驶界面的眩光评估。采用被试主观评价试验对CRH3型车驾驶界面的12种照明方案进行眩光评估,并与提出的基于视觉仿真的照明眩光评估方法的计算结果进行对比分析,分析结果表明提出的方法与主观感受具有显著的线性关系。该方法可在设计阶段对高速列车驾驶环境照明眩光进行有效评估,为驾驶界面相关设计与优化提供指导。

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变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达系统恒转速控制方法研究

孔祥东, 宋豫, 艾超

机械工程学报. 2016, 52(8): 179-190. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.179

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以变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统为研究对象,提出变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法。建立恒流状态下系统恒转速控制的数学模型,分析系统的相乘非线性特征与变量马达斜盘摆角基准值的计算方法,采用稳态控制量叠加基于小信号线性化补偿控制量的控制方法。通过定量泵-变量马达系统的开环辨识,得到系统参数。对系统进行仿真与试验研究,得到在恒流状态下变量马达斜盘阀控缸的响应速度、马达斜盘摆角和定量泵转速对系统控制特性的影响规律,验证变转速输入定量泵-恒转速输出变量马达容积调速系统的控制方法的有效性。为拓展定量泵-变量马达容积调速系统应用领域奠定了理论基础。

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基于单V锥节流装置的湿气气液流量在线测量

贺登辉, 张锋, 曹洪贵, 杨园园, 白博峰

机械工程学报. 2016, 52(8): 191-197. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.191

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提出采用两相质量流量系数对V锥节流装置湿气测量误差进行修正,试验研究洛克哈特-马蒂内利参数、气体密度弗鲁德数以及气液密度比对V锥节流装置两相质量流量系数的影响规律。V锥节流装置的节流比为0.55,试验介质为压缩空气和水,气液密度比为0.002 445~0.006 083,气体密度弗鲁德数为0.3~2.0,洛克哈特-马蒂内利参数为0.01~0.34。结果表明,两相流量系数随洛克哈特-马蒂内利参数增加而线性增大,同时还受气体密度弗鲁德数和气液密度比的影响。获得了两相质量流量系数与洛克哈特-马蒂内利参数、气体密度弗鲁德数和气液密度比的定量关系,建立湿气流量测量的半经验关联式。利用V锥节流装置前后锥体对湿气具有不同的差压响应特性,获得了其差异性的影响规律,建立单节流元件双差压的湿气气液流量双参数测量方程。在试验范围内,测得的气相质量流量相对误差小于±5.0%,平均误差为2.2%;液相质量流量相对误差小于±20.0%,平均误差为9.8%。该方法具有系统简单、成本低廉、精度较高的特点。

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空气压缩机模型级用于不同真实气体的气动性能研究

刘艳, 陶丽桦, 王键, 王海伦, 孙玉莹

机械工程学报. 2016, 52(8): 198-206. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.198

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基于机器马赫数相等的相似变换准则,对不同真实气体工质同一离心压缩机模型级进行常温常压及高温高压下气动性能的数值研究。除了空气,选取的气体工质还包括二氧化碳和丙烯两个重介质以及一个轻介质甲烷。通过分析不同工质的物性和模型级气动性能变化规律,寻找影响不同工质模型级性能变化的主要因素。结果表明：在机器马赫数相等的条件下,工质远离临界区时,模型级内部流场受比热比影响较大,导致不同真实气体的级性能随比热比的变化而改变,流场内部流动损失及压力随比热比的增大而增大。当模型级进出口比热比变化较小时,比热比越大,级效率越低,压比越高,但能头系数变化较小;进出口比热比变化较大时,级性能变化比较大。

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热轧铝板带分段冷却闭环控制策略

高山凤, 刘鸿飞, 郗安民, 杨贤

机械工程学报. 2016, 52(8): 207-210. https://doi.org/10.3901/JME.2016.08.207

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针对目前热轧铝板带凸度控制存在的问题,建立以轧辊温度在线测量为基础的分段冷却闭环模糊控制系统。以简单的测量设备和控制方法,代替昂贵复杂的板带凸度控制机构。用实际轧制数据训练自适应PSO-BP神经网络,并用训练完成的神经网络依据目标板带凸度得出轧辊温度预设定模型;依据操作人员的经验以及理论分析结果,设计分段冷却模糊控制规则,形成分段冷却闭环控制系统,达到控制板带凸度的目的。经在某厂二辊可逆热轧上的应用,结果表明：轧辊温度偏差量可控制在±4 ℃内;铝板带纵向各处的凸度95%以上可控制在目标凸度(20~40 μm)范围内。该方法充分发挥了分段冷却系统对板带凸度的控制能力。

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2016年, 第52卷, 第8期　
刊出日期：2016-04-15

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