机械工程学报

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肖原, 沈功田, 胡斌, 陈涛, 刘书娟

机械工程学报. 2019, 55(24): 1-10. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.001

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游乐设施是改善人民群众的精神文化生活质量的重要设施，近年来，在乘坐高速、高加速度游乐设施过程中，乘员人身伤害事故偶有发生；为了减少游乐设施的意外伤害现象，在分析、总结了前人研究成果的基础上，揭示了游乐设施运行过程中的各种加速度对乘员的生理影响规律，对直接影响乘员安全的加速度推拉效应、科氏加速度和颈椎伤害风险，给出了针对性的防护和控制措施；在此基础上，提出符合我国生理人群特征的乘员Z方向加速度耐受阈值，初步解决了困扰我国游乐设施加速度风险控制的难题。

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层合薄膜电容式微加工超声换能器(CMUTs)谐振频率分析

李支康, 赵立波, 李杰, 赵一鹤, 徐廷中, 罗国希, 李雪娇, 郭帅帅, 蒋庄德

机械工程学报. 2019, 55(24): 11-20. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.011

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电容式微加工超声换能器（Capacitive micromachined ultrasonic transducers，CMUTs）在3D超声成像、水下超声等领域具有重要应用价值。谐振频率决定着超声成像的分辨率，是CMUTs结构设计的重要参数之一。针对具有多层圆形薄膜的CMUTs结构，提出其薄膜结构和材料参数以及有效电极距离的等效方法，建立在直流偏置电压和交流电压共同作用下多层圆形薄膜的振动方程，并分别采用伽辽金法和能量等效法进行求解，获得多层薄膜CMUTs在偏置电压作用下的两类谐振频率解析式。基于有限元模型，利用数值解来验证谐振频率解析式的正确性，并开展参数化研究。结果显示，基于能量等效法的谐振频率解析式比基于伽辽金法的谐振频率解析式具有更高分析精度，适用于薄膜直径/厚度比在20~100范围内、空腔高度/薄膜厚度比不大于1的多层薄膜CMUTs的谐振频率分析；在从0 V到接近于塌陷电压的几乎整个偏置电压变化内，解析解与有限元仿真结果的相对误差小于5%。此外，利用所加工的具有三层薄膜的CMUTs芯片对谐振频率解析式进行试验验证，结果显示在不同偏置电压下谐振频率的试验测试值与理论分析值基本一致。因此，所提谐振频率的理论分析方法可广泛应用于多层薄膜CMUTs结构的设计与优化。

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融合应力集中因子与贝叶斯理论的结构健康评估方法

朱林, 贾民平, 林明智, 陈晖

机械工程学报. 2019, 55(24): 21-27,36. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.021

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针对传统结构健康评估方法评估精度较低的现状，提出一种融合应力集中因子与贝叶斯理论的结构健康评估方法。首先，结合基于应力集中因子的序化模型策略与非齐次泊松过程，运用贝叶斯理论方法对试验信息及总体过程参数的序化关系进行有效融合，推导出适合不同初始损伤状态的过程参数先验分布。同时，基于应力集中递进因子与似然函数的概念，建立融合应力集中因子与贝叶斯定理非齐次泊松过程的参数后验分布预测方法。最后对提出的结构健康评估方法进行实例研究，并将预测结果与独立的试验结果进行比较。结果表明，提出方法的平均预测精度为91.99%，可以实现通过少量试验信息完成结构健康状态评估的目的，从而为结构健康的精确评估提供了一种思路。

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一种全站仪免置平实现的刚体六自由度测量方法

赵祚喜, 宋俊文, 谈婷, 黎源鸿, 马昆鹏

机械工程学报. 2019, 55(24): 28-36. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.028

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刚体六自由度是机械系统重要参数，其测量既可应用于运动学与动力学理论模型的验证，也可作为已知条件求解系统的约束反力等动力学分析。针对目前六自由度测量对仪器需求高、操作复杂的问题，提出一种基于常规测绘仪器全站仪实现的世界坐标系下刚体六自由度的测量方法，特点是通过全站仪测量分别设置在世界坐标系（World coordinate system，W系）和刚体的体坐标系（Body coordinate system，B系）一组已知控制点，即可实现刚体六自由度的测量，而且测量过程中全站仪无须置平操作。论文基于矩阵分析法分析了本全站仪免置平测量六自由度方法的原理，提出了数学模型并通过最小二乘法和奇异值分解相结合，实现模型的解算，在此基础上提出了本方法完整的应用步骤。利用SGT320E型三轴多功能转台与KTS460RM全站仪对本文方法进行了试验验证，并进行了相关误差分析。结果表明，全站仪免置平实现的刚体六自由度测量所得欧拉角精度（按Z-Y-X旋转顺序）分别为2.738°、3.424°、2.344°；刚体质心位置精度（按X-Y-Z顺序）分别为0.006 m、0.013 m、0.009 m，证明全站仪免置平测量方法理论和实践应用的可行性，可以满足多体机械系统中刚体六自由度的测量需求。

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胶层缺陷对胶接-拉铆搭接剪切接头力学性能影响研究

侯文彬, 刘璟琳, 陈广义, 韩啸, 徐翔, 郑文献

机械工程学报. 2019, 55(24): 37-44. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.037

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近年来胶接-拉铆技术在载运工具和航空航天等领域得到了广泛应用，而大型结构连接部件的制备过程会不可避免地在胶层内部产生局部缺陷，进而影响接头服役性能。以胶接-拉铆单/双搭接接头为研究对象，通过在胶层区域设置不同形式的人工缺陷，模拟胶层制备过程中产生的胶层内部缺陷，研究其对胶铆接头搭接剪切力学性能的影响规律。以6061-T6铝合金为基底制备胶接-拉铆接头试件，考虑单、双搭接试件形式，胶层内部预先放置不同厚度、面积、形状、位置的聚四氟乙烯缺陷片，对固化后的接头进行准静态拉伸破坏试验，并采用宏观观测和扫描电镜分析胶层失效表面宏观和微观样貌，从而对胶层内部缺陷对其失效模式影响机理进行评价。试验结果表明，接头主要失效模式为内聚失效，胶层中缺陷的位置、面积、厚度会对接头失效载荷以及失效强度产生不同程度影响，而缺陷的形状对接头力学性能影响不大。无缺陷的双搭接试件胶层失效载荷是单搭接试件1.62倍，单搭接试件胶层失效强度是双搭接试件1.24倍。有圆形缺陷的双搭接试件失效载荷是单搭接试件2倍，而失效强度没有受较大影响。基于现有试验结果，可以为实际结构设计中含胶层缺陷胶铆复合接头失效强度提供有效评估方法。

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基于一阶剪切变形理论的CNTRC板的自由振动分析

薛婷, 秦现生, 张顺琦, 王战玺, 白晶

机械工程学报. 2019, 55(24): 45-50. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.045

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基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设（First-order shear deformation theory，FSDT），考虑碳纳米管（Carbon nanotube，CNT）功能梯度材料的不均匀性，建立CNT梯度增强复合薄板结构的自由振动分析模型，模型中考虑了CNT增强体的分布形式、体积率、边界条件及结构的边厚比等因素对该复合薄板结构自由振动响应的影响。克服了经典板理论中不考虑剪切应力的缺陷，通过四边简支（Simply supported，SSSS）板的振动响应特征验证模型的准确性，利用所建模型对CNT梯度增强薄板结构进行了自由振动分析及模态分析。研究表明：CNT增强复合薄板结构的自振频率随着CNT体积率的增加发生几乎线性化的增长；不同的CNT分布形式对振动频率的影响：X型分布的功能梯度板的自振频率最大，O型分布的功能梯度板的自振频率最小，均一及V型分布的固有频率大小介于两者之间。边界条件对板振动形态的影响：由于四边固支（Clamped，CCCC）的边界条件比SSSS约束性更强，其对于边厚比的变化更灵敏，并且随着宽厚比值的增大，边界条件产生的影响越来越大。CNT增强体分布形式、体积率、结构边厚比及边界条件对复合薄板结构自由振动的频率及振动模态有显著的影响。

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纳米铜银核壳焊膏脉冲电流快速烧结连接铜基板研究

黄圆, 杭春进, 田艳红, 王晨曦, 张贺

机械工程学报. 2019, 55(24): 51-56. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.051

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一种温和的两步液相法制备的纳米铜银核壳颗粒，实现了均径为6.9 nm的小尺寸纳米银颗粒包覆在均径为57.5 nm的纳米铜颗粒的表面，采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和高分辨率射像对其结构进行了表征。采用模板印刷法制备铜基板/纳米铜银核壳焊膏/铜基板三明治结构，研究了脉冲电流对三明治结构的剪切强度大小和微结构特征的影响。试验结果表明脉冲电流烧结纳米铜银核壳焊膏连接Cu-Cu基板可在短时间（小于200 ms）内快速获得高致密度且实现冶金连接的高强度焊点结构。三明治结构的剪切强度随脉冲电流的增加而增大，在1.0 kA的脉冲电流下，可获得高达80 MPa的剪切强度。经研究脉冲电流烧结后的纳米铜银核壳焊膏内部显微组织结构，提出双脉冲电流下纳米铜银核壳焊膏烧结连接的机理。

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焊接顺序对横向止挡焊接残余应力及变形的影响

刘阳, 姜斌, 王卉子, 安博, 杨鑫华

机械工程学报. 2019, 55(24): 57-65. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.057

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采用数值模拟及试验手段相结合的方式研究焊接顺序对横向焊接止挡焊接残余应力及焊接变形情况的影响。基于Sysweld软件平台，对横向止挡焊接温度场及应力应变情况进行计算，并设置两种定位焊顺序及两种组焊顺序，通过排列组合方式得出四种焊接方案。通过数值模拟及试验对比发现，对于应力情况，定位焊接顺序对焊接残余应力的分布影响很小，而组焊接的焊接顺序对横向止挡最大残余应力的影响起主要作用。从变形情况来看，横向止挡X、Z方向的变形量最大，变形量1.2 mm左右，横向止挡Y方向的变形最小，变形量0.5 mm左右。采用方案四的焊接方法能够有效控制焊接残余应力及焊接变形。

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Mg97Zn1Y2镁合金的高温磨损行为

冯昌青, 赵伟, 孙元, 安健

机械工程学报. 2019, 55(24): 66-71. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.066

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对Mg97Zn1Y2合金的室温磨损行为已有研究，但是缺乏高温磨损研究，探究该合金高温磨损行为是非常必要的。采用MG-2000型销-盘磨损试验机对Mg97Zn1Y2合金进行磨损试验，试验温度范围为20~200℃，加载范围为20~320 N，探究不同温度以及载荷对Mg97Zn1Y2合金磨损行为的影响。根据试验数据绘制不同温度下的磨损率曲线；应用SEM观察磨损表面形貌，应用EDS分析磨损表面的化学成分，划分磨损区间。结果表明：随着温度的升高，Mg97Zn1Y2合金的磨损率随载荷的增加而上升得更加显著，磨损行为可以分为轻微磨损和严重磨损两个阶段：轻微磨损阶段的磨损机制为：磨粒磨损、剥层磨损、氧化磨损；严重磨损阶段为严重的塑性变形和表面熔化。绘制了磨损机制转变图，划分该合金的安全工作区间，为该合金在高温下的摩擦学应用提供有益参考。

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四辊卷板机侧辊位移线性自抗扰控制

金坤善, 宋建丽, 李永堂, 仉志强

机械工程学报. 2019, 55(24): 72-82. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.072

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侧辊位移的精确控制对实现四辊卷板机高效加工至关重要，其核心问题是提高阀控非对称缸电液伺服系统的抗扰能力。由于电液伺服系统具有高度非线性和时变不确定性，传统非线性控制方法很难有效处理包含未知动态、外部扰动以及参数变化等的多源不确定扰动。提出一种四辊卷板机侧辊位移线性自抗扰控制方法。综合考虑各种不确定扰动因素的影响，设计了线性扩张状态观测器进行实时估计，采用状态误差反馈控制律给予主动补偿，并消除跟踪误差，证明了线性扩张状态观测器状态观测误差的收敛性和电液伺服系统的闭环稳定性。试验结果表明，所设计的线性自抗扰控制器能有效抑制电液伺服系统中多源不确定性扰动，实现侧辊位移的快速、精确轨迹跟踪。

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基于响应曲面法的大型锥形件缩口成形工艺设计及多几何参数优化

吴昂, 吴莹, 李国俊, 李旭斌, 张治民

机械工程学报. 2019, 55(24): 83-92. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.083

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提出一种适用于大型锥形件的缩口成形方法，通过主应力法对该缩口成形时的轴向缩口力与标准直壁锥形件的缩口力进行对比，得出了最佳成形方案。并基于Deform和响应曲面法讨论了该成形模具中缩口凹模母线弦高χ、内壁直空比l/h和毛坯壁厚S₀、变壁厚尺寸λ分别对缩口件高度和缩口成形力的影响，得到了两个响应变量分别关于四个自变量的回归预测模型，优化出凹模内直空结构和毛坯的最佳几何结构参数，最后通过物理试验得到验证。结果表明：当χ=6.9 mm、l/h=0.3、S₀=29.5 mm、λ=4.8 mm时，毛坯在缩口过程中未发生失稳，实时最大缩口力为1 920 kN，测量缩口件高度为1 108 mm，与模型预测结果误差均小于10%，说明了该工艺方案中缩口凹模和毛坯结构参数的可行性，其成形工艺及模具结构形式将为大型锥形产品的缩口成形提供理论指导。

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电动汽车电池安全事故分析与研究现状

陈泽宇, 熊瑞, 孙逢春

机械工程学报. 2019, 55(24): 93-104,116. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.093

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电池安全问题严重影响了电动汽车的普及与推广，近年来电动汽车电池起火事件频发，引起了极高的社会关注度。本文对近五年的主要电动汽车安全事故进行统计分析，归纳电动汽车起火事件的历年起因分布及规律，对几种主要的事故起因背后的电池故障特性及其对热失控触发机理进行了描述，进而综述了国内外主要团队在电池过充电、外部短路、内部短路、过放电以及挤压碰撞等电池安全问题的研究现状，讨论现有主要研究成果及不足之处，最后对电池安全及热失控的诊断、预警的研究趋势及思路进行几点探讨。

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一种非充气机械弹性安全车轮的研究进展

赵又群

机械工程学报. 2019, 55(24): 105-116. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.105

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轮胎是汽车与路面之间接触并产生相互作用的唯一媒介，直接影响着汽车的操纵稳定性、行驶安全性及乘坐舒适性等。然而，传统充气轮胎往往存在爆鼓、爆胎、泄气以及胎压不稳等安全隐患，严重影响汽车行使的安全性。为此，提出安全车轮基本概念，概述安全车轮的发展现状，阐述机械弹性安全车轮的结构和原理；介绍机械弹性安全车轮的数值计算模型、简化解析模型，以及相应的机械弹性安全车轮的垂向力、纵向力、侧向力、侧偏特性、侧倾特性、动态特性、响应特性、牵引特性、包容特性等的计算，和台架或者装车试验验证；研究结果揭示了机械弹性安全车轮的基本特性，为机械弹性安全车轮的研发与推广应用奠定一定的理论基础，期望促进非充气安全车轮的发展。

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考虑关键非线性特征的集成式电子液压制动系统主缸液压力精确控制

熊璐, 韩伟, 余卓平, 李昊诚

机械工程学报. 2019, 55(24): 117-126. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.117

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针对具有"电动机+减速机构"形式的解耦式电子液压制动系统（Electro-hydraulic brake system，EHB）展开研究。针对主缸液压力控制过程中出现的爬行、死区和振荡等问题，设计一种考虑关键非线性特征（摩擦、PV特性）的主缸液压力精确控制算法。基于LuGre模型对摩擦非线性进行补偿，设计了压力自适应控制器。针对压力闭环控制在系统死区工作点处出现的问题，采用基于死区补偿的非线性控制方法。结合以上两种方法的优点，设计基于LuGre摩擦模型前馈补偿和死区补偿的联合控制方法，能够在考虑系统关键非线性特征的基础上，精确控制主缸液压力。通过联合仿真（AMESim&Simulink）和硬件在环测试对比验证各闭环控制系统的时频域响应特性，联合控制方法提高了系统的压力动态跟踪精度和响应速度。

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拖车系统车身摆振的非线性动力学分析

张宁, 李田, 马健, 殷国栋, 朱卫刚, 欧阳天成

机械工程学报. 2019, 55(24): 127-136. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.127

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考虑轮胎和悬架减振器的非线性特性，建立包含侧向、横摆、侧倾运动的5自由度拖车系统动力学模型。应用非线性动力学的相关理论，对拖车系统的多平衡点特性以及在各平衡点附近的时域响应进行分析。在此基础上结合不足转向梯度和系统阻尼比特性对系统失稳机制进行研究，并分析了拖车系统参数与路面附着系数对系统动态临界车速的影响。研究发现，由于轮胎和悬架减振器非线性特性的耦合，拖车系统存在多个平衡点。拖车系统的初始状态和各个平衡点共同决定了其失稳机制。结合拖车系统不足转向梯度的定义，当牵引车为过度转向时，牵引车的后轴侧滑导致的车辆折叠失稳是系统车身失稳的一种形式。此时通过对牵引车的横摆角速度进行控制，可以有效地避免系统出现折叠失稳。此外，增大拖车轴距、拖车前轴距离牵引点的距离可以有效地提高系统的动态临界车速，从而提高拖车系统的动态稳定性。

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履带车辆传动机构实现转向再生功率传递的构型特征研究

高明飞, 胡纪滨, 李学良, 孙钦鹏

机械工程学报. 2019, 55(24): 137-144. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.137

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对于电驱动履带车辆传动机构，基于双独立式方案的中间功率耦合行星传动机构可以实现转向再生功率的高效传递。针对由两个行星排组成的功率耦合机构，研究了能实现转向再生功率传递的构型特征。为了进行一般性的研究，提出一种新的行星传动的图论模型，这种模型使得构件的属性能用其特征参数表达。对于具有两个运动自由度的功率耦合机构，其拓扑结构只有一种类型。根据输入和输出的构件的选择，可以分为两个子类。针对这两类构型进行理论分析，得出了实现转向再生功率传递的参数特征。根据参数特征，可以得到实际构型。仿真结果与理论分析吻合。分析方法可以进一步用来分析由多个行星排组成的功率耦合机构，为履带车辆传动机构的构型设计提供理论依据。

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磁流变半主动横向稳定杆对汽车侧倾的影响

白先旭, 徐时旭, 沈升, 杜浩, 邓学才

机械工程学报. 2019, 55(24): 145-152. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.145

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由于智能材料磁流变液具有响应时间短、可控范围大等特性，基于磁流变液的半主动执行器件的应用越来越广泛。为同时保证车辆在高速转向时的行驶安全性（抗侧倾性能）和在通过不平路面时的行驶平顺性，提出一种磁流变半主动横向稳定杆。装有旋转式磁流变阻尼器的横向稳定杆可在车辆低速转向时提供较小的扭转力矩以提高平顺性，而在高速转向时提供大扭转力矩以提高安全性。为验证提出的半主动横向稳定杆的可行性和有效性，建立装有磁流变横向稳定杆的车辆侧倾数学模型，并基于整车动力学仿真软件CarSim对某型汽车整车模型进行半被动控制下的动力学仿真。以一种基于车身侧倾角速度的分段控制策略对磁流变横向稳定杆进行了初步的控制仿真，并与传统被动横向稳定杆对车辆侧倾的性能影响进行了对比、分析和评价。

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动车组牵引变压器冷却风机气动噪声特性的试验和仿真分析

刘健炜, 张亚东, 张淑敏, 柳明, 圣小珍

机械工程学报. 2019, 55(24): 153-161,171. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.153

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为研究动车组牵引变压器冷却风机的气动噪声特性，针对某型冷却风机进行气动噪声试验，得到在不同测点处的声压级和频谱特性。同时，针对该型风机建立仿真模型，模型中考虑电动机、支架等实际结构，结合计算流体力学方法和Lighthill声学比拟理论，对冷却风机的非定常流动特性和远场声场进行数值仿真，与试验数据进行对比。结果表明，通过大涡模拟得到的冷却风机噪声主要阶次与试验具有较好的一致性；在基于风机侧面评价点声压功率谱密度所估算声功率贡献量中，宽频带噪声占比为74.76%，是后续减振降噪的重点；阶次噪声占比为25.24%，结合仿真分析发现，阶次的主要来源为进风口动叶轮和出风口动叶轮处气流脉动压力所形成的偶极子声源，其中进风口第33阶次和出风口第10阶次最为重要。所得分析结果可为该型风机的气动性能和气动噪声的改进提供切实可行的参考依据。

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液压防折弯系统对有轨电车曲线通过性能影响研究

黄有培, 季元进, 宫岛, 冷涵, 任利惠, 李晶

机械工程学报. 2019, 55(24): 162-171. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.162

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依据有轨电车液压防折弯系统工作原理，基于流量连续性方程和力平衡方程，并详细考虑缓冲阀工作状态判断依据，建立有轨电车液压防折弯系统动态模型，分析液压防折弯系统的动态响应特性。基于液压防折弯系统动态模型，建立考虑液压防折弯系统的四模块单车型独立轮对低地板有轨电车协同仿真动力学模型，研究液压防折弯系统对有轨电车曲线通过性能的影响。结果表明，与传统无液压防折弯系统的有轨电车相比，安装液压防折弯系统可使车辆同一单元内前、后模块车体的摇头角趋于一致，同时有效减小车辆最大摇头角及横向偏移量；防折弯系统控制液压缸作用力不同，前车靠近导向轮一侧控制液压缸作用力最大；液压防折弯系统改善车辆曲线通过性能，提高整个车辆的安全性。

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高速列车转向架构架疲劳试验载荷谱研究

王建斌, 李大地, 屈升

机械工程学报. 2019, 55(24): 172-177. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.172

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通过转向架构架平衡方程，确定车体加速度为构架主体载荷的计算输入参数，对典型镟修周期内振动数据进行统计分析，得到该参数随运营里程的演变规律。基于线性累积损伤和超越累积频次扩展法则，提出特定车轮磨耗状态下的长程谱拓展及特征加速度计算方法。随着车轮等效锥度和踏面粗糙度的增长，车辆的振动水平随之加剧，提出劣化函数描述构架载荷在镟修周期内的恶化过程，曲线由长期服役跟踪试验累积的车体特征加速度拟合得到。根据广义Basquin公式提出全寿命周期内劣化曲线的等效特征加速度计算方法，获得台架试验载荷谱。试验载荷谱设计考虑了频次压缩、损伤扩展、载荷周期劣化特征，满足构架实际运用状态的损伤一致性。

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基于近似模型的高速列车头型多目标优化设计

于梦阁, 潘振宽, 蒋荣超, 张继业

机械工程学报. 2019, 55(24): 178-186. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.178

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为改善高速列车气动性能，建立一套高效的多目标气动优化设计方法，对流线型头型进行多目标气动优化设计。建立高速列车流线型头型三维参数化模型，并提取5个优化设计变量；为减少优化设计时间，利用最优拉丁超立方设计方法在优化设计空间中进行均匀采样，利用计算流体力学方法获得对应于各个采样点的气动载荷，利用Kriging代理模型构建优化设计变量和气动载荷之间的近似模型；利用多体系统动力学方法计算气动载荷作用下的高速列车轮重减载率；以气动阻力和轮重减载率为优化目标，利用多目标遗传算法NSGA-II对高速列车流线型头型进行多目标优化。优化设计变量和优化目标均呈现收敛的趋势，采用Kriging近似模型优化计算的Pareto前沿与采用CFD（Computational fluid dynamics，CFD）优化计算的Pareto前沿较为接近。优化后高速列车的气动阻力最多可降低3.27%，轮重减载率最多可降低1.44%，气动阻力最优的头型与轮重减载率最优的头型的主要差异在于中部辅助控制线的变化，前者向内凹，后者则向外凸。

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基于激光跟踪仪和机器视觉的飞机翼身对接装配偏差动态综合修正

朱永国, 张文博, 邓正平, 刘春锋

机械工程学报. 2019, 55(24): 187-196. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.187

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提出一种基于激光跟踪仪和机器视觉的飞机翼身对接装配偏差动态综合修正方法。在对合前机翼调姿阶段，利用人工鱼群粒子滤波算法对机翼调姿控制点坐标进行跟踪与估值，结合多项式轨迹规划与定位器运动学逆解，建立翼身对合前机翼位姿的修正数学模型。在翼身对合阶段，利用加权最小二乘异质传感器信息融合方法，将机器视觉和激光跟踪仪的检测数据进行融合滤波，建立翼身对合质量动态监控和对合偏差综合修正数学模型。试验表明，该方法能显著提升飞机翼身对接装配准确度，实现飞机大部件对接装配偏差的动态修正。

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双螺杆制冷压缩机工作过程的数值模拟

黄浩, 吴华根, 应雯, 张倍毓, 林侃隆, 熊保顺

机械工程学报. 2019, 55(24): 197-202. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.197

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双螺杆制冷压缩机由于其独特的优势已被广泛应用，但由于其复杂的转子结构及型线设计，对该类压缩机的整体性能的预测一般采用一维数值模拟或经验方式得到，但是该类方法无法获得压缩机内部流体压力场和温度场的分布情况。根据试验用螺杆压缩机建立了三维模型，利用结构化动网格技术，通过CFD软件对双螺杆压缩机的内部流场进行了三维数值模拟，分析了流体在压缩机内部的流动及热力学参数分布状况，得到了压缩机内部压力场、温度场和速度场的分布规律。将三维数值模拟得到的P-V指示图及压缩机宏观性能参数与试验结果进行对比分析，发现模拟结果与试验数据基本一致，部分负荷时误差较大，误差最大的是绝热效率，为2.58%。数值模拟能够准确预测双螺杆压缩机的性能，并为压缩机设计提供了新的方法。

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涡流发生器对动态失速影响的模拟研究

赵振宙, 苏德程, 王同光, 吴昊, 孟令玉, 许波峰, 郑源

机械工程学报. 2019, 55(24): 203-209. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.203

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基于风力机专用翼型DU91-W2-250直叶片段，采用延迟分离涡模拟（Delayed detached-eddy simulation，DDES）与k-ω SST两种CFD模拟方法，研究了涡流发生器（Vortex generators，VGs）对动态失速的影响，并对两种模拟方法的表现进行了比较。结果表明：动态失速下，光滑叶片段的分离与重新附着均出现延迟；加VGs后，上仰阶段叶片段的气动分离更加延迟，下俯阶段叶片段上表面附着流动重建的更早，气动力的迟滞现象得到明显改善。VGs对DU91-W2-250叶片段增升减阻的效果明显，其中最大升力系数增加10%，周期平均升力系数增加17.9%，最大阻力系数减少56.3%，周期平均阻力系数减少40.3%。DDES模型能更细致地反映VGs对动态失速抑制作用下叶片段表面复杂流动分离现象，k-ω SST模型则难以捕捉小尺度涡结构，模拟得到的涡结构展向呈二维分布。

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炉底漏风对炉内燃烧及NO_x生成排放特性的影响

刘铭媛, 陈国庆, 戴维葆, 孙俊威

机械工程学报. 2019, 55(24): 210-215,226. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.210

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干式排渣系统的冷却风会影响炉内燃烧的组织，现有研究多采用现场试验的方法，研究对象多为排烟温度或锅炉效率。以一台湿渣机改干渣机的660 MW超临界机组为研究对象，采用数值模拟的方法，研究了干渣机漏风对炉内燃烧和NO_x生成排放特性的影响，对比分析了不同炉底漏风来源时，炉膛火焰中心、飞灰含碳量、NO_x排放浓度等关键参数的变化。研究结果表明，炉底漏风量为燃尽风减量的工况对于炉内燃烧影响不明显；炉底漏风量全部或部分为燃烧器二次风减量时，随着漏风量占二次风比例的增大，主燃区氧量水平、出口飞灰含碳量、NO_x排放浓度均随之增高。从冷却风量对炉内燃烧及NO_x排放特性的角度分析了干渣机不同冷却风来源对机组运行的影响，为干式排渣机设计、改造及运行提供理论指导。

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液压系统流体脉动主动控制方法研究现状

商夏, 周华, 杨华勇

机械工程学报. 2019, 55(24): 216-226. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.216

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液压系统的流量脉动和压力脉动始终以耦合关系存在于系统中，导致系统的控制精度下降和元件疲劳损失加快等问题。由于液压系统具有参数时变和负载多变等特点，相比于流体脉动的被动控制方法，主动控制能更好地满足复杂非线性系统对动态控制精度的要求。根据次级脉动源的不同，分析主动控制的工作原理和控制特点，列举四种在液压系统流体脉动主动控制中常用的控制算法及其应用场合。此外，以伺服作动筒控制、液压阀控制和非侵入式结构控制进行分类，分析国内外液压系统流体脉动主动控制方法的研究成果。总结流体脉动主动控制方法的研究现状与未来发展方向。

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新型变排量外啮合齿轮泵流量特性研究

赵斌, 何焱泳, 郭伟伟, 郝云晓, 权龙

机械工程学报. 2019, 55(24): 227-235,252. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.227

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齿轮泵具有结构紧凑、体积小、转速范围大和耐冲击性能强等优点，作为动力元件广泛应用于液压系统。然而，与柱塞泵和叶片泵相比，齿轮泵难以实现变量控制，限制了其应用范围。为此，提出一种变滑块位置-困油区域的齿轮泵变量方式。对变量齿轮泵进行理论分析，通过联合仿真和流场可视化仿真详细分析变量齿轮泵的特性；建立试验台对理论和仿真结果进行了验证。研究结果表明，通过改变变量模块位置，调整困油区域，齿轮泵排量可在88%~100%变化；研究工作将齿轮泵的变量设计提供帮助。

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带准备时间的柔性流水车间多序列有限缓冲区排产优化问题

韩忠华, 张权, 史海波, 张竞元

机械工程学报. 2019, 55(24): 236-252. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.236

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针对带准备时间的柔性流水车间多序列有限缓冲区排产优化问题，提出一种改进的紧致遗传算法（Improved compactgenetic algorithm，ICGA）与局部指派规则结合的方法来解决该问题。全局优化过程采用改进的紧致遗传算法，为了克服紧致遗传算法（Compact genetic algorithm，CGA）易早熟收敛的问题，提出一种基于高斯映射的概率模型更新方式，在保持紧致遗传算法快速收敛特性的前提下，扩展了种群中个体的多样性，增强了算法进化活力。为减少生产阻塞和降低准备时间对排产过程的影响，设计了多种局部启发式规则来指导工件进出多序列有限缓冲区的分配和选择过程。采用某客车制造企业中的实例数据进行测试，测试结果表明，改进的紧致遗传算法与局部指派规则配合使用，能够有效解决带准备时间的柔性流水车间多序列有限缓冲区排产优化问题。

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新型翻板网式过滤器排污性能试验研究

石凯, 刘贞姬, 孟定华, 宗全利, 李曼

机械工程学报. 2019, 55(24): 253-259. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.253

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网式过滤器排污性能决定着过滤器排污过程的耗水量以及下一个工作周期的工作效率，对网式过滤器的排污性能分析，发现排污流量和进水含沙量是其重要的影响因素。为探究网式过滤器的排污效果，本次试验重点展开一种新型翻板网式过滤器的排污洁净度、排污时间、排污流量和进水含沙量等关系的探究，结果表明：在最佳预设压差下，排污流量是翻板网式过滤器的核心影响因素，随着排污流量增加，排污时间减少，排污洁净度增大，排污效果显著。同时，根据质量守恒定律，建立了排污时间与排污流量以及排污洁净度与排污流量的数学模型，根据试验结果进行计算，结果表明：拟合计算结果与试验结果的拟合相关系数r可达到0.98以上。为保证过滤器在低排污耗水量情况下达到高效排污效果，建议实际工作将排污流量设为180 m³/h，排污时间为50 s，可使排污洁净度达到98%。

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结构失效概率计算的ASVR-MCS方法

史朝印, 吕震宙, 李璐祎, 王燕萍

机械工程学报. 2019, 55(24): 260-268. https://doi.org/10.3901/JME.2019.24.260

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为高效计算复杂极限状态函数或隐式函数（例如有限元模型）的失效概率，提出了一种支持矢量回归和蒙特卡洛数字模拟相结合的自适应代理模型方法。所提方法在综合考虑支持矢量回归模型的预测误差和预测值的基础上，构建学习函数，利用该学习函数逐步自适应地从蒙特卡罗样本池中筛选出对结构极限状态面拟合影响最大的点，并将其添加至支持矢量回归模型训练样本集，更新代理模型直至满足收敛条件。由于利用学习函数挑选出的训练点相较于样本池中的其他备选点具有更多信息，因此自适应代理模型方法可以提高支持矢量回归模型的构建效率。利用收敛的支持矢量回归模型即可在不需调用功能函数的条件下来高效估计结构失效概率。所提方法充分利用了支持向量机在小样本情况下良好的泛化能力、稀疏性、维度无关性以及蒙特卡洛数字模拟法的普遍适用性，并且通过自适应学习策略的构造，极大地提高了支持矢量回归模型在蒙特卡洛样本池中的训练效率和训练精度，四个算例的结果充分证明了所建立的自适应支持矢量回归算法对于非线性问题、高维问题以及实际复杂工程问题均具有高效性和适用性。

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《机械工程学报》2019年度1~24期总目次

机械工程学报. 2019, 55(24): 269-280.

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2019年, 第55卷, 第24期　
刊出日期：2019-12-20

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