机械工程学报

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李宏坤, 郝佰田, 代月帮, 杨蕊

机械工程学报. 2019, 55(14): 1-10. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.001

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数控机床在加工过程中，刀具磨损会对被加工零件的表面质量、尺寸精度产生巨大影响，而传统依靠切削力系数来分析刀具磨损的方法，需要在工作台上安装额外测力装置，这将干扰机床正常加工，限制被加工零件尺寸，引起加工质量降低等问题，限制了其在实际工业环境中的应用。针对上述问题，提出利用主轴电流结合深度学习网络识别铣刀磨损状态的监测方法。首先，理论论证利用主轴电流代替切削力识别刀具磨损的可行性；然后，利用压缩感知对电流信号的频域数据进行数据压缩，其中为提高网络的鲁棒性，对观测信号添加高斯白噪音；最后，将压缩后的数据输入堆栈稀疏自编码网络，利用有监督学习与无监督学习相结合的方法，提取刀具磨损所引起的特征信息，用于表征刀具磨损程度。试验结果表明，该方法可以有效对铣刀磨损程度进行识别。

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电磁超声检测频率自适应优化方法研究

郑阳, 周进节, 张宗健, 谭继东

机械工程学报. 2019, 55(14): 11-18. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.011

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电磁超声（Electromagnetic acoustic testing，EMAT）检测易受温度、提离和被检对象材料的影响，使换能器的辐射声场、阻抗特性和换能效率发生变化，导致同样的检测系统及参数在不同工况下检测效果差异很大。其中检测频率是需要优化的关键因素之一，实验室常采用逐个频率点扫频测试寻找最佳检测频率的方法进行优化，效率极低，难以在现场实时应用。提出一种基于线性Chirp信号实现电磁超声传感器最佳检测频率快速优化的方法，通过数据处理的方式，可以在一次激励接收过程中，实现对一段频率中各频率点检测信号的提取，从而快速优化得到工况下相对最佳检测频率。采用该方法的检测系统可自适应现场温度、接触条件及被检对象变化，实时优化选择检测频率，得到最佳检测效果。

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位感条纹三维振动测量原理及试验研究

钟剑锋, 钟舜聪, 彭志科

机械工程学报. 2019, 55(14): 19-29. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.019

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针对当前单目视觉测量方法难以实现结构三维振动同步测量的问题，提出一种基于位感条纹和高速相机的结构三维振动同步测量新方法。在建立测量系统完整的原理模型基础上，系统描述单相机成像坐标下采用单个位感条纹获取结构三维动态位移信息的测量原理，建立成像位感条纹三维编码动态参数与结构实际三维位移之间的内在联系，推导各维位移的计算公式。通过结构三维运动和视觉成像系统的联合仿真模型，验证位移测量原理和算法的正确性；并通过仿真和试验分析系统的测量性能及其影响因素。通过对结构已知三维运动的测量，并与基于三维加速度传感器的接触式测量方法进行对比试验，验证基于位感条纹的视觉测量方法及系统在实现结构三维振动位移准确同步测量的有效性。

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界面涂层对厚规格热轧钢/铝复合板界面结构与力学性能的影响

黄华贵, 赵阳, 王超, 燕猛

机械工程学报. 2019, 55(14): 30-36. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.030

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针对厚规格钢/铝复合板坯料厚度大、组元差异显著、难以直接轧制复合等特点，采用等离子涂覆技术与热轧复合工艺相结合成功制备了厚规格钢/铝复合板，通过结合界面剪切强度测试和SEM、EDS等检测方法，分别探究了轧制道次、温度与压下率对界面结构与力学性能的影响规律。结果表明，与直接轧制复合相比，经表面喷涂处理后的界面结合强度明显提高，且拉剪断裂面均位于钢与涂层界面。在单道次轧制条件下，随着轧制压下率增加，钢/涂层的微观界面得到改善，界面结合强度逐渐提高。在400~500℃范围内，钢/铝界面扩散层厚度随轧制温度提高呈增加趋势、界面结合强度先增大后减小。由于变形的不协调性，增加轧制道次会破坏前一道次界面复合结果，导致结合强度剧烈下降。当轧制温度为450℃、单道次压下率为40%时，钢/铝复合板界面剪切强度达66 MPa，符合相关标准要求。研究成果为厚规格钢/铝复合板生产制备提供了一种新途径。

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一次爆炸焊接制备铝/镁/铝合金复合板的数值模拟

魏屹, 王永祯, 王文先, 张婷婷, 闫志峰

机械工程学报. 2019, 55(14): 37-42. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.037

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爆炸焊接过程具有瞬时、极速和复杂物理化学反应的特点，数值模拟是一种重要且有效指导和优化爆炸焊接试验的方法。提出一次爆炸焊接方法制备铝/镁/铝合金复合板，采用SEM和EDS表征复合板结合界面形貌及组织成分，研究发现铝/镁/铝合金复合板界面形成明显的波形界面，且结合界面处发生明显的扩散行为。通过数值模拟的方法分析爆炸焊接过程中复合板界面的应力应变场分布和温度场分布，结果表明复合板结合界面的连接机理是压力焊、熔化焊和扩散焊综合作用的结果。所得结果有利于指导一次爆炸焊接成型制备多层复合板及连接界面结合机理的研究。

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LZ50钢静态再结晶机理及元胞自动机模拟

师先哲, 杜诗文

机械工程学报. 2019, 55(14): 43-52. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.043

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LZ50钢是经典的车轴钢，但在其锻造过程中组织演变方面的研究存在很多不足。为了探究工艺参数对组织演变的影响规律，利用Gleeble-3500热模拟试验机对LZ50钢进行双道次热压缩模拟试验以分析其静态再结晶行为，发现高温、高应变及高应变速率下，静态再结晶体积分数越大，温度及应变对静态再结晶体积分数影响也越大，根据应力应变曲线构建了静态再结晶动力学模型。元胞自动机模拟结果与试验结果一致，可以对LZ50钢静态再结晶行为进行预测。模拟发现：温度越高，新晶粒生长速度越快；应变及应变速率越高，新晶核生成速度越快。电子背散射衍射（EBSD）技术对形变后LZ50钢的微观组织取向分析表明：LZ50钢静态再结晶的形核方式为晶界弓出形核，在原始晶粒的晶界两侧存在位错密度差，晶界会向位错密度高的一侧迁移，促进晶核的产生。得到的组织演变规律对生产加工具有指导意义。

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锂离子动力电池低温复合加热方法

熊瑞, 王侃, 郭姗姗

机械工程学报. 2019, 55(14): 53-59. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.053

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锂离子动力电池低温环境下充放电性能差，充电过程可能发生析锂，甚至引发安全事故，因此，开展锂离子动力电池低温加热必要且紧迫。为实现锂离子动力电池低温快速加热，提出一种结合交流电内部加热和宽线金属膜外部加热的复合加热方法，建立动力电池的温升模型，仿真分析动力电池的温升特性，基于此，开展动力电池低温复合加热策略的验证试验。结果表明，复合加热法可以在471 s内将动力电池从-20℃加热到5℃，相较于交流电加热法加热速率提升22%、加热功耗降低23%；对单体内阻差异较大的电池组，该方法还能提升加热效果的一致性，是一种可行的动力电池系统低温加热方法。

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运载火箭线式捆绑分离装置的设计、分析与优化

毕祥军, 陈炳全, 吴浩, 王立朋, 蒋亮亮, 王博, 周才华

机械工程学报. 2019, 55(14): 60-68. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.060

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目前运载火箭的点式捆绑分离结构在承载过程中会产生过大的集中载荷。为解决这个问题，首次提出将线式分离系统应用在芯级与助推器的捆绑分离问题上，并对其进行结构优化设计，以提高结构的传力效率，实现结构轻量化。借助于有限元方法，分析捆绑状态下的受力状态和瞬态内压作用下分离系统的分离过程，深入地探讨出线式捆绑分离装置的捆绑和分离原理。基于Isight多学科优化平台集成ABAQUS，完成针对线式捆绑分离装置的优化设计。相比于传统的点式捆绑分离结构，优化后的线式捆绑分离装置减重48%，其点式结构产生的集中载荷过大问题得以有效缓解。线式捆绑分离装置的设计，和所运用的分析、优化体系，可以为我国未来运载火箭各类典型结构的设计提供参考。

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高速列车轮对气动噪声特性分析

朱剑月, 雷震宇, 李莉

机械工程学报. 2019, 55(14): 69-79. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.069

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高速列车轮对位于转向架舱外部分直接受到来流冲击，产生较大气动噪声。运用涡声理论和声比拟方法，基于列车单轮对和串列双轮对简化模型，计算分析轮对周围流动与气动噪声特性。结果表明：单轮对工况下轮对周围流动分离与流体相互作用使得车轴尾流内产生了规则的交替涡脱落以及车轮尾流内形成了不同尺度的不规则涡；轮对近场四极子噪声中，体偶极子声源为主要声源，体四极子声源相对较弱；远场气动噪声预测与声学风洞测试结果吻合良好，轮对表面压力脉动诱发的面偶极子噪声为主要声源；轮对远场辐射噪声的主频和第一谐频值分别对应于轮对升力和阻力主频，第一谐频值为主频值两倍；与车轮相比，车轴部位产生的气动噪声较高；轮对声辐射指向性为垂向偶极子形状，旋转效应使得轮对噪声级幅值比静止轮对增加约2 dB。双轮对工况下，前轮对流场以及气动噪声特性与单轮对工况相似，后轮对在前轮对尾流作用下，气动噪声辐射频带加宽，强度减弱，指向呈多向性。

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动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究

范童柏, 任尊松, 王文静, 王曦, 邹骅

机械工程学报. 2019, 55(14): 80-87. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.080

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在线运营高速动车组制动盘螺栓的结构可靠性对列车运行安全性有十分重要的影响。在研究高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术基础上，在某客运专线，对国内某型高速动车组动轴制动盘螺栓载荷进行5天线路测试，获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。测试工况包括正常工况和故障工况，总测试里程为6546 km。抽样分析了电制动、连续空气制动以及紧急制动等工况下的应力特性，给出螺栓一定运用里程下的应力谱以确定幅值、次数与测试里程之间的关系。结合螺栓结构特点和测试分析结果，评估了螺栓不同运行工况下的疲劳强度。结果表明，正常工况下动轴制动盘螺栓载荷无明显变化；故障工况下，动轴制动盘螺栓拉伸载荷、周向弯矩和径向弯矩均有显著提高，且随着空气制动增加，制动热使得制动盘和螺栓温度升高。由于材质和结构的不同，两者膨胀变形存在差异，导致制动盘螺栓应力有较大变化。

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城市轻轨车辆带摇枕转向架的结构方案设计和动力学性能

周橙, 池茂儒, 梁树林, 王湘涛, 周飞, 吴兴文

机械工程学报. 2019, 55(14): 88-95. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.088

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城市轨道交通应用范围越来越广，除市内运行要求外，目前还出现了市郊运行（运行速度达到120 km/h）需求。为解决目前城市轻轨列车的跨线提速运营能力不足问题，提出一种跨线提速带摇枕轻轨转向架结构方案，并对其动力学性能进行了研究。该方案主要在车体与构架之间增加了摇枕结构，以实现车体构架摇头运动约束解耦与回转阻尼的非线性。在对转向架结构分析的基础上，对于无摇枕转向架与带摇枕转向架构架、摇枕与车体进行受力分析，并建立5模块低地板轻轨列车动力学模型，分析两种转向架新轮、磨耗轮状态下的稳定性、平稳性、安全性（包括R350大半径曲线与R50小半径曲线）与回转阻力系数。结果表明：由于转向架摇枕带来的回转阻力的非线性特性，带摇枕转向架的稳定性、平稳性与大、小半径下曲线通过安全性均优于无摇枕转向架。该转向架既可胜任市郊高速运行的要求（保证120 km/h运行），又能胜任市内小半径曲线安全通行的要求（安全通过R50），为跨线提速运营提供了保障。

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混合动力汽车BSG用分块SRM优化及试验

孙晓东, 周追财, 陈龙, 杨泽斌, 韩守义, 薛正旺

机械工程学报. 2019, 55(14): 96-103. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.096

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克服普通开关磁阻电机（SRM）固有缺陷，提出了一种混合动力汽车皮带式驱动起动/发电机（BSG）用新型容错式分块SRM，并分析其电磁特性。为提高容错式分块SRM的输出转矩，对影响电机输出转矩的关键结构参数进行优化处理，分析优化后电机的静态特性和动态特性。为研究分块SRM的容错性能，对比分析普通SRM和优化后分块SRM的互感和缺一相故障下的电磁特性。设计并制造出一台试验样机，对样机开展静态特性和负载运行的试验研究。仿真和试验结果表明，优化后的分块SRM输出转矩更大，比普通SRM的动力性能和容错性能更好。通过对新型容错式分块SRM进行优化和容错性分析，为设计安全可靠的BSG用电机提供了理论指导。

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基于有限元摩擦功计算的钢轨磨耗预测方法

张军, 刘佳欢, 王雪萍, 马贺

机械工程学报. 2019, 55(14): 104-111. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.104

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轮轨磨耗问题影响列车运行的平稳及安全。为研究钢轨磨耗规律，基于轮轨接触的有限元计算模型，分析不同牵引或制动力及横移量等对轮轨接触的影响规律，提出有限元摩擦功计算方法，对地铁钢轨进行磨耗量及磨耗后型面预测，并探究车轮的通过次数对钢轨磨耗的影响。研究结果表明，根据功的物理意义，接触斑节点的摩擦功与摩擦力及相对位移直接相关；牵引或制动力及不同横移量作用下，轮轨接触斑的摩擦功均呈中部小、后部及两侧大的分布规律，这与接触斑上黏着区与蠕滑区的分布规律对应；在接触区间内，钢轨的累积磨耗量沿横向呈中间高两侧低的分布规律，磨耗深度随车轮通过次数的增加近似呈正比增加；运用摩擦功计算方法预测的钢轨磨耗量与实测结果基本相符，与标准型面数据的预测结果相比，采用磨耗后型面的有限元计算结果预测的钢轨累积磨耗量，与实测型面更加接近。

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两种驱动电机地铁车辆轮轨动态相互作用对比分析

杨云帆, 陶功权, 吴磊, 温泽峰

机械工程学报. 2019, 55(14): 112-121. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.112

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为研究驱动作用下直线电机地铁车辆和旋转电机地铁车辆的轮轨系统动力学响应特性，利用KALKER线性蠕滑理论分析比较电机驱动下两种地铁车辆曲线通过时的轮对导向能力，分别建立直线电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型和传统旋转电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型，对比分析驱动作用和曲线半径对两种地铁车辆轮轨动态相互作用的影响。研究结果表明：驱动工况下，不同于传统旋转电机地铁车辆，直线电机地铁车辆的轮轨蠕滑特性和系统动态响应几乎不受牵引载荷的影响，其轮轨蠕滑力不受到轮轨黏着的限制。曲线通过时直线电机地铁车辆导向轮对的导向能力优于传统旋转电机地铁车辆。

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调车冲击工况下MT-2车辆缓冲器容量需求数值模拟

赵旭宝, 魏伟, 张军, 马永峰

机械工程学报. 2019, 55(14): 122-131. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.122

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根据调车冲击车辆受力特点及缓冲器工作机理，构建车辆冲击动力学模型和详细的摩擦式缓冲器模型，开发重载列车冲击仿真系统，分别研究了不同车辆编组连挂数量、不同车钩间隙、不同车辆总重、不同冲击速度及不同车体刚度对缓冲器容量需求的影响。结果表明：调车冲击时，冲击车与被冲击车碰撞冲击面处缓冲器容量需求最多，且在0 mm车钩间隙下3车冲3车时该值达到最大值，而后缓冲器容量需求不随车辆编组数量增加而增大；车钩间隙对缓冲器容量需求影响较大，随车钩间隙增大缓冲器容量需求呈非线性减小；车辆总重和调车冲击速度是影响缓冲器容量需求的主要因素，缓冲器容量需求分别与车辆总重和速度平方成正比；车体刚度对缓冲器容量需求影响较明显，在考虑车体刚度影响情况下，缓冲器容量需求比未考虑车体刚度影响平均小8.8%。表明缓冲器容量的确定应综合考虑各种因素的影响且至少满足0 mm间隙下3车冲3车的容量需求。为重载列车缓冲器容量的确定和新型缓冲器容量的设计提供理论依据。

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低地板有轨电车防折弯系统及动力学仿真

王小超, 陆正刚

机械工程学报. 2019, 55(14): 132-139. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.132

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针对低地板有轨电车及引进的防折弯液压系统，分析防折弯系统中相关重要参数对液压系统防折弯功能和二系减振功能的影响。提出防折弯液压系统与低地板有轨电车动力学模型联合仿真的方法，研究防折弯液压系统对低地板有轨电车通过曲线性能的影响。液压系统参数研究表明，主阀块旁通节流孔直径和缓冲油缸弹簧刚度主要影响液压系统的防折弯功能，缓冲阀块阻尼孔直径和限压阀开启压力主要影响液压系统的二系减振功能。联合仿真结果显示，防折弯系统能够很好地保持有轨电车前后车体与转向架之间相对回转的一致性，抑制车体过大的横向位移和前后车体间的相对位移。建立的抗折弯液压系统-列车动力学联合仿真模型，可用于研究抗折弯液压系统对低地板有轨电车通过曲线时列车各项性能的影响。

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锂离子电池热物性参数测量方法综述

程夕明, 唐宇, 王寿群

机械工程学报. 2019, 55(14): 140-150. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.140

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锂离子电池的比热容和导热系数是电池热管理系统建模、仿真与控制的必要的热物性参数，是决定模型性能的关键因素。采用参数集总平均方法计算的电池热物性参数依赖电池的化学物理成份、机械结构、材料尺寸和制造工艺等，其准确性和适应性存在问题。通过文献调查，归纳总结锂离子电池的比热容和导热系数的测量方法及其影响因素。分析表明，电池比热容和导热系数常采用独立的试验进行测量，可分为标准仪器（程序）法和自制测量装置法，成本、复杂性、测量误差存在差异。电池比热容和导热系数受到包括电芯材料、形状、容量、SOC、SOH和温度等的影响，比热容与电池形状密切相关，而导热系数受到SOH的影响更严重。测量锂离子电池的热物性参数的方法应具有可重复标定、低成本、装置体积小、结构简单和影响因素充分考虑的特点。

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弦向掠叶片对动叶可调轴流风机性能影响模拟

李春曦, 范福伟, 刘宏凯, 叶学民

机械工程学报. 2019, 55(14): 151-159. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.151

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叶片弦向弯掠技术是提升轴流风机气动性能的有效手段。针对带后置导叶的OB-84型单级动叶可调轴流风机，利用Ansys数值软件，对比叶片掠设计前后风机的性能曲线和内流特征，开展静力结构特性分析并进行了噪声预估，探究了前掠角度在不同动叶安装角下的影响。结果表明：设计安装角下，前掠叶片能有效提高叶轮做功能力和导叶扩压能力，减少泄漏损失，提升风机整体性能，在小流量侧和大流量侧效果更明显；设计流量下前掠8.3°性能最优，全压和效率分别提升2.1%和1.68%，但气动噪声有所增大；叶片掠向改型后虽变形增大，但仍满足材料强度要求；在变安装角下，前掠叶片风机性能均有所降低。设计安装角下所得最佳前掠角度适用于长期带基本负荷的轴流风机。

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辐射槽面喷雾冷却传热特性试验

张伟, 亓航, 张亚东, 孙晓明

机械工程学报. 2019, 55(14): 160-168. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.160

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针对表面结构强化喷雾传热机理不明确的现状，在辐射槽道结构表面上，以蒸馏水为工质，研究了喷雾流量、槽道深度对传热特性的影响；通过测定液体离开待冷却表面温度、喷雾液体相变量，结合试验照片，探讨喷雾冷却传热机理。研究发现，热流密度随喷雾流量和表面温度的增大而增加；辐射槽面相比光滑表面具有更好的传热性能，槽道深度越大，效果越好，特别是在喷雾冷却的沸腾区。试验现象和曲线证明快速运动的薄液膜是决定喷雾冷却非沸腾区传热的关键；但在沸腾区，汽泡破裂与液滴对接触壁面的冲击更为重要。当槽道深度超过液膜厚度时，再增加槽道深度对提升非沸腾区传热不利，但深槽面能提供更多的汽化核心，有利于沸腾区传热强化。槽结构影响研究、相变量测定以及传热机理探讨丰富了喷雾冷却理论，为进一步完善模型奠定了基础。

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复杂异形曲面自动建模图像矩视觉伺服定位控制

彭伟星, 王耀南, 曾凯, 吴昊天

机械工程学报. 2019, 55(14): 169-177. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.169

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异形曲面目标的表面深度信息无法进行参数化表示，是难以建立矩特征交互矩阵的主要原因。提出一种利用目标轮廓深度信息直接构建矩特征交互矩阵的新方法，推导出传统图像矩交互矩阵的非参数化形式。考虑到传统矩特征视觉伺服定位过程的响应速度慢、收敛范围小，设计一种新型的深度矩作为视觉伺服的图像特征，并推导出其非参数化交互矩阵。采用最速下降法设计视觉伺服控制器，分析并比较两种矩特征视觉伺服控制方法在异形曲面定位过程的动态性能。结果表明，非参数化形式的传统矩交互矩阵和深度矩交互矩阵均有效，两种控制方法在初始偏差较小时是渐近稳定的。提出的深度矩视觉伺服方法与传统的矩特征视觉伺服相比，较为明显地改善了收敛速度和收敛范围。

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宏纤维复合材料MFC作动器迟滞非线性分析与补偿方法研究

刘宽, 赵梓舒, 武文华, 周文雅, 王晓明

机械工程学报. 2019, 55(14): 178-185. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.178

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作为一种新型的压电纤维复合材料作动器，宏纤维复合材料MFC（Macro fiber composite）具有响应迅速、机电换能效率高、封装完备和环境适应性强等特点，广泛应用于工程结构的振动、主动变形控制的领域。然而压电材料所固有的迟滞非线性特性直接影响着作动器的控制精度和驱动效果。构造MFC作动器驱动的悬臂梁结构的试验系统，建立基于试验数据的PI（Prandtl-Ishlinskii）和修正PI迟滞模型，进而开展针对主动控制的迟滞逆补偿模型研究。通过试验对这两种模型的准确性和逆补偿的有效性进行比较，结果表明修正的PI迟滞模型对MFC作动器的迟滞非线性特性具有良好的补偿结果，修正的PI逆模型的拟合位移是未进行电压补偿控制的2.14倍，是PI逆模型补偿控制的1.56倍。所发展的修正PI迟滞模型研究方法可以推广到其他压电材料迟滞行为的模拟。

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系列化液压挖掘机数字样机研究

葛磊, 董致新, 李运华, 权龙, 张晓刚, 赵斌

机械工程学报. 2019, 55(14): 186-196. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.186

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液压挖掘机是典型的多执行器工程装备，其特点是执行器惯性大和单泵驱多执行器，工作过程中负载大范围变化，在设计中难以充分了解整机工作特性，导致系统设计效率低、系统运行特性差等问题。采用数字化样机设计方法可以有效提高系统设计效率，但目前传统一维仿真设计方法不能实时计算作用在各执行器上的等效质量与时变转动惯量，难以将作用在铲斗上的载荷实时分配到各液压缸上，存在负载工况模拟不准确和动态特性失真的问题。针对上述问题，提出采用基于元件试验或真实物理结构的数字样机设计方法，实现液压挖掘机整机机、电、液、控制系统及载荷的实时信息交换和协同计算，在6 t数字样机成熟技术基础上，拓展研发20 t、76 t、260 t、390 t挖掘机数字样机平台，并成功开发6 t挖掘机进出口独立控制系统、76 t高能效液压挖掘机和国内首台260 t和390 t超大型挖掘机，对科研及生产具有重要的指导意义。

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多优先级与离开机制并存的M/M/c/N排队系统

印明昂, 田刚, 孙志礼, 孙尧

机械工程学报. 2019, 55(14): 197-205. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.197

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生产中重要设备发生故障后需要及时维修，普通部分设备会因等待时间过长而离开维修系统，因此需要建立设备多优先级，并存且包含离开机制的排队系统模型。在马尔科夫过程理论基础上结合分块理论，得出分块的系统状态转移率矩阵。针对状态转移率矩阵为块三对角矩阵的特点，利用分块矩阵理论得到稳态下的状态概率以及状态转移频度。在此基础上获得关键状态转移频度、待修时间等系统运行指标，并据此提出系统盈利计算方法。最后以某汽车维修厂为实例，验证该模型在实际生产中的有效性。所提的排队系统建模方法通过引入稳态状态转移频度，建立了完备的系统指标体系，为系统配置优化提供了理论基础。

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多层穿梭车系统输送机缓存长度建模与优化

秦艺萍, 王艳艳, 吴耀华, 胡金昌

机械工程学报. 2019, 55(14): 206-214. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.206

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目前，多层穿梭车系统存在由于输送机缓存长度不合适，而导致出库阻塞或拣选空闲等问题，进而影响系统的整体效率。为提高系统作业效率，减少输送设备成本，在对多层穿梭车系统出库作业流程进行深入分析的基础上，建立输送机缓存输入输出平衡模型；在输送机缓存满足分拣作业正常运行的情况下，提出该缓存长度的最优条件及临界条件。运用开环排队网络建模方法对料箱出库作业流程进行分析，建立料箱平均出库时间模型，并根据料箱出库作业流量分布与人工拣选效率的关系，构建输送机缓存长度的优化模型；为缩短料箱平均出库时间，利用k-means聚类算法和储区排列规则对储位优化，进一步降低输送机缓存长度。仿真结果显示，优化后的品项分配与随机分配相比，补货缓存长度更趋合理，长度减少约12%。该研究一方面可指导规划设计人员对输送机缓存长度进行设计，另一方面可提高系统的整体作业效率，降低运营成本。

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考虑人误的人机干涉排队网络模型研究

孔繁森, 白小刚, 李丛双, 陆俊睿

机械工程学报. 2019, 55(14): 215-224. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.215

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以单元制造系统作为研究背景，探讨一人多机情况下单元制造系统性能的评价问题。根据实际机加单元工况，将操作工人在操作过程中存在的两类失误分别定义为可修复和不可修复性人误，并建立人误排队网络模块。在此基础上建立考虑人误的零件/机器开环排队网络模型和机器/工人闭环排队网络模型，描述考虑人误时的人机干涉机制；并以此为基础给出了考虑人误的单元制造系统人机干涉性能评价计算流程；利用提出的模型和方法对一个实际工程案例进行了仿真研究，研究结果表明：当考虑人误时，人机比变化对系统人机干涉影响最为显著，而人机作业比越大，系统对人误的承受能力就越低，即上料/下料操作失误会导致人机干涉水平增强，也会增加操作人员的作业负荷。

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盘式永磁调速器在离心负载下的调速性能

吴明, 马玉顺, 匡俊, 黄晓兵

机械工程学报. 2019, 55(14): 225-232. https://doi.org/10.3901/JME.2019.14.225

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对盘式永磁调速器建立3D瞬态涡流场数值模型，研究永磁调速器在离心负载下的调速性能以及导体盘材料和厚度等因素对调速性能的影响机理。研究结果表明，永磁调速器驱动离心负载时，输出转速和力矩随着气隙非线性变化。在调速过程中，存在输出转速与力矩随气隙变化剧烈的区域，导致调速精度降低。将导体盘材料由铜改成铝可以使调速过程更加平稳。存在一个铜导体盘厚度值，对应输出转速和力矩随气隙变化最为剧烈，调速性能最差。对于调速精度要求高的场所，选取的铜导体盘厚度应当远离这个值，或者选用铝导体盘，以获得更好的调速性能。

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2019年, 第55卷, 第14期　
刊出日期：2019-07-20

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