机械工程学报

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王志学, 刘献礼, 李茂月, LIANG S Y, 王力翚, 李玉强, 孟博洋

机械工程学报. 2020, 56(24): 1-23. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.001

摘要 ( 452 ) PDF全文 ( 1219 )

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切削加工颤振智能监控技术是智能机床中不可或缺的一部分，是智能加工的一个重要发展方向。它对于提高零件的加工精度与效率，增加企业的运营绩效具有重要的意义。以传感器的选择、特征提取、颤振识别和颤振抑制为主线，系统的综述了切削加工过程中颤振智能监控的研究进展。分析颤振信号的选择和时域、频域、时频域以及特征自适应智能提取的特征提取方法；分析神经网络、支持向量机、隐马尔科夫模型、混合模型和在线智能进化模型在颤振识别中的应用；着重分析基于主轴转速调整的颤振智能控制方法。在此基础上，对切削加工颤振智能监控的研究难点进行了分析，并总结了目前存在的问题。最后，对切削加工颤振智能监控技术今后的发展趋势进行了展望。

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板中超声导波弧形合成孔径阵列多帧满秩成像检测

朱新杰, 邓明晰, 蔡淑娟, 蒋亮, 王睿鹏

机械工程学报. 2020, 56(24): 24-30. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.024

摘要 ( 293 ) PDF全文 ( 24 )

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超声导波合成孔径阵列作为一种基本的成像方式，其"一发多收"阵列多帧满秩成像具有重要意义。针对板中超声导波弧形合成孔径阵列，运用波幅矩阵和渡时矩阵对弧形阵列接收孔径进行分析讨论，在依次变换发射阵元情况下，研究弧形合成孔径阵列多帧满秩成像和全帧满秩成像。研究结果显示，弧形合成孔径阵列多帧满秩成像可用以表征成像检测区域内散射体信息，弧形阵列自然焦点处多帧满秩图像灰度值基本一致，全帧满秩图像信噪比得到了不同程度增大。由于阵列阵元"边缘效应"，阵列边缘阵元所对应的满秩图像背景灰度值增大约50%，全帧满秩图像对比度增大约200%。成像检测试验验证了成像原理的可行性，表明板中超声导波弧形合成孔径阵列多帧满秩成像可有效表征待检区域声场散射信息，研究工作可为深入开展超声导波非规则阵列成像检测研究与应用提供重要基础。

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基于超声复解析信号的碳纤维层压复合材料检测方法研究

刘雨生, 李洋, 滕利臣, 周正干

机械工程学报. 2020, 56(24): 31-39. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.031

摘要 ( 409 ) PDF全文 ( 27 )

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采用超声波检测碳纤维层压复合材料时，换能器将接收到层间产生的反射信号。为了有效利用层间反射信号表征碳纤维层压复合材料内部树脂及纤维铺层的几何状态，开展基于超声复解析信号的检测方法研究。介绍超声复解析信号的基本理论，阐述其相对原始A型信号的优势；定义用于成像的复解析信号表征参量，设计基于表征参量的检测成像算法，采用简化声学模型分析碳纤维层压复合材料微观结构超声响应对表征参量的影响；针对包含冲击损伤的碳纤维增强复合材料层压板开展阵列超声检测试验，试验结果表明基于超声复解析信号的检测成像方法可清晰观测出碳纤维层压复合材料微观结构内部的纤维铺层几何形态，基于原始A型信号的检测成像方法无法有效观测，超声复解析信号具有用于表征评价复合材料脱层、褶皱等缺陷的巨大潜力。

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高温蠕变条件下表面裂纹扩展行为分析

胡华彦, 温建锋, 吴蔚峰, 谈建平, 涂善东

机械工程学报. 2020, 56(24): 40-50. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.040

摘要 ( 494 ) PDF全文 ( 856 )

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裂纹的存在及其扩展严重限制着高温承压部件的使用寿命，而目前对结构三维蠕变裂纹扩展行为的认识及其预测仍比较有限。以典型耐热钢P91为例，在650℃下对其开展了不同应力和不同初始裂纹尺寸的表面裂纹蠕变扩展试验，通过断面观察获得了蠕变裂纹扩展形貌演化，并采用基于多轴蠕变损伤模型的有限元法、基于蠕变裂纹尖端参量C^*的有限元法以及英国标准BS7910推荐的简化计算方法进行表面裂纹蠕变扩展分析。结果表明，基于多轴蠕变损伤模型的有限元法能够合理地描述裂纹最终轮廓并准确地预测裂纹扩展时间。相比之下，基于C^*的有限元法和BS7910简化计算方法计算的裂纹形貌预测有明显偏差，并且较依赖于紧凑拉伸试样的蠕变裂纹扩展试验数据及其拟合的参数C和q，易导致过于保守的裂纹扩展时间预测。评估了不同计算方法对于表面裂纹蠕变扩展行为的预测能力。

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基于连续介质损伤力学的7075铝合金高温成形极限理论预测与数值仿真

荣海, 盈亮, 胡平, 侯文彬

机械工程学报. 2020, 56(24): 51-60. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.051

摘要 ( 436 ) PDF全文 ( 92 )

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开展7075铝合金高温单向拉伸试验和成形极限试验，获得了不同温度和应变率的应力-应变曲线和成形极限曲线。结果表明，在较高的温度和应变率时7075铝合金的强度减小、成形性提高。为描述7075铝合金高温损伤演化过程，提出一种改进的连续介质损伤模型，并建立了耦合损伤的多轴统一黏塑性本构模型。基于试验结果，运用NSGAII遗传算法标定了模型中的参数，标定后的本构模型可以很好地预测7075铝合金的高温热力行为和极限应变。通过有限元软件Abaqus的用户材料子程序VUMAT，该本构模型被编入到Abaqus软件中进行数值仿真计算。结果表明，仿真获得的成形极限曲线和应变场分布与试验和理论结果吻合度好，进一步证明了所建立的耦合损伤的多轴本构模型的正确性及其在高温成形极限有限元仿真中的适用性。

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基于SPH的平面曲线铝合金薄板滚压成形数值仿真与试验研究

李建军, 朱文峰

机械工程学报. 2020, 56(24): 61-71. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.061

摘要 ( 226 ) PDF全文 ( 300 )

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滚边压合是实现车身门盖件内外板高质量连接的装配工艺，其成形机理及质量预测一直是关注的重点。为定量揭示胶黏剂对轻质薄板成形的影响机理，引入光滑粒子法（Smoothed particle hydrodynamics，SPH）模拟胶黏剂，建立能满足工程实际的预测模型，并与传统欧拉法（Euler）进行了对比，验证了方法的可行性。以典型曲线轮廓结构为研究对象，采用有限元法（Finite element method，FEM）模拟铝合金薄板，建立SPH-FEM耦合的数值模型，对含胶滚压过程进行仿真，并通过试验进行了验证。然后，采用响应面法建立了胶层黏度、挤压速度和胶层厚度参数对成形质量交互影响的数学模型。研究表明，与无胶层相对比，有胶层的外板缩进值和最大塑性变形降低。胶层厚度对成形质量的影响显著，胶层黏度次之，滚压速度相对较小。基于SPH的建模方法解决了含胶滚压成形难以量化的问题，为工艺优化和提升制造精度提供了重要的理论依据。

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不同应力状态下的高强钢板断裂机理及预测

钱凌云, 纪婉婷, 王小灿, 孙朝阳, 马腾云

机械工程学报. 2020, 56(24): 72-80. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.072

摘要 ( 293 ) PDF全文 ( 397 )

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板料成形过程的宏观断裂行为依赖于其微观断裂机理，因此成形过程模拟中的断裂准则的准确选择对于断裂预测具有重要意义。以高强钢TRIP780板料为研究对象，设计从剪切到拉伸应力状态的五种断裂试验，结合宏观拉伸试验和扫描电子显微镜（Scanning electron microscope，SEM）分析研究不同应力状态下TRIP780板料的断裂机理，得到不同应力状态下正应力和切应力与断裂机理的关联关系，引入正应力与切应力的影响构建MMC断裂准则，应用于板料压剪应力区间的断裂行为预测。结果表明，反映断裂机理的MMC准则能适用于板料压剪和拉剪变形应力状态下断裂失效的准确预测。

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疲劳门槛值统一理论模型的比较及验证

沈学成, 黄毓晖, 朱明亮, 轩福贞

机械工程学报. 2020, 56(24): 81-87. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.081

摘要 ( 432 ) PDF全文 ( 510 )

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针对应力比对疲劳裂纹扩展及门槛值的影响，依据裂纹闭合与裂纹扩展驱动力机制的统一思想，阐述了Zhu-Xuan模型与Kwofie-Zhu模型的建立过程，并基于25Cr2Ni2MoV转子钢焊接接头的疲劳裂纹扩展试验数据对模型进行验证。结果表明，两种模型在近门槛值区和Paris区均有良好的预测效果，其中Zhu-Xuan模型形式简单，对CrMoV钢具有普适性，预测门槛值的误差在10%以内，而Kwofie-Zhu模型预测结果更准确，但应用过程涉及参数求解，过程较复杂。研究认为，裂纹闭合与扩展驱动力机制的统一模型描述疲劳裂纹扩展行为的应力比相关性是合理可行的，且具有较好精度。

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NiTi形状记忆合金超声波焊接温度场数值计算与分析

王帅, 敖三三, 何思贤, 李春节, 王玉欣, 曾志, 罗震

机械工程学报. 2020, 56(24): 88-95. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.088

摘要 ( 338 ) PDF全文 ( 177 )

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NiTi形状记忆合金因具有优异的超弹性、形状记忆效应而被广泛应用。超声波焊接作为一种固相连接技术，在NiTi合金薄片材料的连接方面具有一定的优势，由于超声波焊接方法具有瞬时性且焊接过程十分复杂，所以难以通过试验观察的手段来研究其连接机理。针对NiTi形状记忆合金超声波焊接过程中温度难以监测的问题，采用ANSYS有限元分析软件建立NiTi合金的超声波焊接二维有限元分析模型，探究了超声波振幅对焊接温度场分布的影响规律，搭建热电偶测温平台采集焊接试验过程的温度数据对模型进行验证，结合数值模拟结果，分析了NiTi合金超声波焊接的连接机理。结果表明，焊接温度场与振幅呈正相关，在固定焊接条件下，振幅每增加5 μm，焊接最高温度约提高45℃。经试验测定，模拟结果与试验数据吻合较好，最高温度仅相差4℃，误差不超过最高温度的3%。将试验结果与模拟结果相结合，NiTi合金的超声波过程中铝没有熔化，接头为固相连接。

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能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金缺陷及力学性能的影响

闫泰起, 唐鹏钧, 陈冰清, 高祥熙, 楚瑞坤, 熊华平

机械工程学报. 2020, 56(24): 96-105. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.096

摘要 ( 265 ) PDF全文 ( 91 )

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分析了能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度的影响规律，并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法，统计了试样内部缺陷的类型和尺寸，分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因，得出了影响激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明，合适的激光能量输入是获得高致密度的关键，当激光能量密度处于47.62~50.00 J/mm³区间时，试样致密度最高，此时试样中夹杂缺陷消失，孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的AlSi10Mg合金试样，其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上，优于铸造AlSi10Mg合金。

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基于RBF网络滑模的电动助力制动系统液压力控制

赵健, 邓志辉, 朱冰, 常婷婷, 陈志成

机械工程学报. 2020, 56(24): 106-114. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.106

摘要 ( 323 ) PDF全文 ( 732 )

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针对汽车电动助力制动系统（Electro-booster，EBooster）的液压力控制中液压负载的非线性和不一致性问题，提出一种基于径向基函数（Radial based function，RBF）神经网络的滑模变结构控制方法。设计EBooster系统压力控制架构，建立液压制动系统等效结构简化模型，据此设计基于RBF网络滑模变结构的液压力控制方法，通过设计RBF网络的自适应律来实现系统滑模控制参数的自适应调整，并利用李雅普诺夫函数方法分析算法的稳定性。最后搭建电动助力制动系统的快速原型试验平台来验证算法的有效性。试验结果表明，采用RBF神经网络滑模变结构的控制策略对电动助力制动系统液压力的控制误差在2%以内，具有良好的控制效果。研究成果为EBooster系统的压力控制提出一种具有良好自适应性的算法设计思路。

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间隙配合变轨距轮对与轨道间瞬态滚滑接触模拟研究

么超凡, 于子良, 齐洪峰, 赵鑫, 温泽峰, 梁树林

机械工程学报. 2020, 56(24): 115-124. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.115

摘要 ( 366 ) PDF全文 ( 485 )

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变轨距技术是实现不同轨距铁路联运的重要手段，我国相关研究仍在起步阶段。基于显式有限元法，建立包含渐开线花键副的三维变轨距轮对-轨道耦合瞬态分析模型，于时域内模拟速度高至400 km/h下的瞬态轮轨滚滑和花键间动态接触行为及其相互影响。模型充分考虑轮轨和花键副三维几何、系统高频结构振动等，引入时变牵引/制动转矩，采用集成库仑摩擦定律的"面-面"接触算法求解轮轨接触和花键接触。假设圆柱直齿渐开线花键，齿数取32，齿侧间隙恒0.1 mm，无激励下模拟结果表明，花键副的存在使得轮轨力波动范围大于传统轮对，例如，400 km/h下法向轮轨力波动幅值增加静载的3.7%。时速400 km/h和牵引系数0.05下，内外花键的径向和角向偏置使得花键左、右两侧各存在1个位置相对固定的承载区，各涉及5~6个键齿，承载面分别为II和I键齿工作面。瞬态法、切向接触应力极值发生在靠近一系悬挂侧的齿根或齿顶部，典型值分别为102 MPa和4.6 MPa，任一键齿的应力极值因不断有键齿进出承载区而波动上升和下降。牵引系数0.3时，左侧承载区消失，右侧承载区扩至18个键齿，相同时刻下的法、切向接触应力极值因承载齿数和总接触面积增加变为89 MPa和5.2 MPa。为变轨距机构中花键的强度和动力学分析及相关设计提供精确模拟手段。

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四轮轮毂电机驱动电动汽车电液复合制动平顺性控制策略

张雷, 刘青松, 王震坡

机械工程学报. 2020, 56(24): 125-134. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.125

摘要 ( 451 ) PDF全文 ( 1232 )

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液压制动与电机再生制动的时域响应差异导致电动汽车在制动模式切换时产生冲击感，影响驾驶员驾驶感受和乘坐舒适性。以四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，提出一种基于分层架构的电液复合制动平顺性控制策略。针对"高压蓄能器+电机泵"式电子液压制动系统（EHB），上层控制器提出基于模糊控制的轮缸压力控制策略；针对制动模式切换过程中产生的冲击，下层控制器提出包括液压介入预测模块和电机制动补偿模块的电液复合制动平顺性控制策略。通过Simulink-AMESim联合仿真平台进行仿真试验验证。结果表明，轮缸压力控制策略能够保证轮缸液压力较好地追随目标压力，且稳态误差不超过2%；电液复合制动平顺性控制策略能够有效提高制动系统的响应速度，同时显著降低制动模式切换时的冲击，能提升车辆制动平顺性和乘坐舒适性。

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跨坐式单轨车辆辅助导向装置的输出特性

季元进, 黄有培, 任利惠, 冷涵, 葛方顺, 孙泽良

机械工程学报. 2020, 56(24): 135-146. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.135

摘要 ( 417 ) PDF全文 ( 227 )

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单轨车辆的走行部径向通过曲线时可以减小走行轮的磨耗和导向轮的载荷。以跨坐式单轨车辆辅助导向装置的几何关系和油气弹簧的力学特性为出发点，推导辅助导向装置产生力矩与转向架和车体之间摇头角度的解析关系。建立有辅助导向装置时车辆稳态曲线通过的力学模型，分析辅助导向装置能够使转向架在圆曲线上处于径向位置的条件，并利用多刚体动力学软件建立跨坐式单轨车辆的稳态曲线通过验证模型。通过理论分析和模型仿真计算发现，当合理油压弹簧预压力选择合适的数值时，辅助导向装置的输出力矩与二系悬挂的回转力矩相互抵消，走行部的摇头角接近零，能够使转向架在圆曲线上处于径向位置，并有效缓解走行轮与导向轮的磨耗。

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高功率密度液力变矩器空化特性研究

刘城, 闫清东, 李娟, 李晋, 邹波

机械工程学报. 2020, 56(24): 147-155. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.147

摘要 ( 237 ) PDF全文 ( 114 )

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高功率密度液力变矩器由于其内部流速高、局部压力低而易出现空化现象，导致其液力性能恶化。针对液力变矩器内空化现象进行试验及数值研究，通过对不同转速、不同速比及不同补偿油压力下液力变矩器性能测试，获得空化随工况及供油条件变化规律。构建基于Rayleigh-Plesset的全流道瞬态空化仿真模型对不同工况下液力变矩器内部两相空化流动进行预测，利用应力混合涡模拟湍流模型精确捕捉涡流状态，实现对有/无空化下液力变矩器内部流场及液力特性的计算。结果表明，液力变矩器在高泵轮转速、低速比及低补偿压力下容易发生空化，空化程度随着速比的下降而升高，在起动工况时达到最大。在空化工况下，液力变矩器导轮流道内产生大量空泡，空泡阻碍油液流动，导致循环流量降低，进而使液力变矩器传递功率的能力下降，起动工况下能容系数降低高达31%。全流道瞬态空化模型能够实现液力变矩器空化特性的精确预测，对变矩比、能容系数及效率的最大预测误差由无空化的30%降低至5%。

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基于铰接角度稳定域与可行域的半挂汽车列车直线倒车控制研究

夏光, 赵名卓, 唐希雯, 魏振亚, 陈无畏

机械工程学报. 2020, 56(24): 156-172. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.156

摘要 ( 395 ) PDF全文 ( 352 )

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针对半挂汽车列车在倒车行驶时的不稳定开环工况造成的跟随期望直线倒车困难问题，提出基于铰接角度稳定域与可行域的半挂汽车列车直线倒车控制策略；在倒车过程中分析铰接角度、半挂车位姿角和轴线偏移距等参数的相互耦合关系以及上述参数对半挂汽车列车倒车稳定性与可行性的影响；确定半挂汽车列车随期望直线倒车时的铰接角度稳定性区域与可行性区域，并基于半挂汽车列车铰接角度稳定性区域与可行性区域制定半挂汽车列车直线倒车控制策略；采用变论域模糊控制进行直线倒车路径跟踪控制，并基于ADAMS和Matlab/Simulink进行联合仿真以及实车试验。仿真与试验结果表明，所提出的基于铰接角度稳定域与可行域的半挂汽车列车直线倒车控制策略可使半挂汽车列车精准实现对于期望直线倒车的路径跟踪，有效地避免在倒车过程中出现折叠、碰撞等问题、从而大大降低直线倒车操作难度。

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地铁列车-嵌入式轨道系统动力学性能II：轨道参数对动力学性能影响

韩健, 肖新标, 杨刚, 温泽峰, 金学松

机械工程学报. 2020, 56(24): 173-180. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.173

摘要 ( 362 ) PDF全文 ( 271 )

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嵌入式轨道在地铁减振降噪方面具有广阔的应用前景，但仍然需要保证嵌入式轨道具备较好的动力学性能，因此开展其结构和材料参数对地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学性能影响研究具有重要意义。基于建立的地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学模型，分析承轨槽内填充材料特性、轨道板几何尺寸、轨道板下支承材料特性对系统动力学性能的影响，确定基于动力学性能的轨道参数优选范围。结果表明：填充材料垂向刚度的合理取值范围是每米80~110 kN/mm，填充材料横向刚度的合理取值范围是每米30~50 kN/mm，轨道板下支承刚度的合理取值范围是每平方米1~5 MN/mm。还分析了轨道板几何尺寸的合理取值范围。研究成果为地铁嵌入式轨道设计和参数选取提供了依据，从动力学角度为嵌入式轨道在地铁中应用提供了理论支撑。

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基于NSGA-Ⅱ算法的储能式有轨电车复合电源参数优化设计

杨继斌, 徐晓惠, 彭忆强, 张继业, 宋鹏云

机械工程学报. 2020, 56(24): 181-189. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.181

摘要 ( 11 ) PDF全文 ( 106 )

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为研究一类以动力电池和超级电容为复合电源的有轨电车参数匹配问题，提出一种基于多目标优化的复合电源参数设计方法。根据有轨电车的动力性能需求，给出基于等效计算的复合电源参数设计方法。以有轨电车日均运行成本和动力电池的性能衰减率为评价指标，建立多目标优化函数，采用带精英策略的非支配排序的遗传算法（NSGA-Ⅱ），设计系统仿真模型在环的复合电源参数优化流程。以一次往返行程为运营要求，对比分析两个不同工况的Pareto解集和等效计算配置方案下的有轨电车系统仿真结果。结果表明，相比等效计算的配置方案，优化的配置方案使动力电池性能衰减率降低至少约31.1%；合理的配置方案可有效保证较高的再生制动能量回收率和有轨电车效率；长站间距的工况增加了对复合电源的配置需求。

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液压阻尼孔的宽温度范围流动特性试验研究

王文林, 樊友权, 戴谋军, 陈湘, 孔新, 吴永明

机械工程学报. 2020, 56(24): 190-197. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.190

摘要 ( 18 ) PDF全文 ( 33 )

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研制一种适合对各种液压孔口或缝隙进行高低温流体力学试验的新型试验装置，运用该装置对具有不同几何参数的液压阻尼孔进行在-50~80℃宽温度范围内的流动特性试验，研究以普通抗磨液压油HM46和低温抗凝减振器油TITAN SAF 5045为工质及其温度变化时对液压阻尼孔流量-压力特性曲线、幂指数和流量系数的影响，研究表明，在低温条件下，液压阻尼孔的流量系数均因油液黏度增大、流动性变差而呈线性下降的趋势，从宏观上看，HM46通过液压阻尼孔时的流动稳定性较差，其对应流量系数的下降幅度明显大于TITAN SAF 5045对应的下降幅度，厚壁小孔流量系数的下降幅度明显大于薄壁小孔对应的下降幅度。研究所获得的新型试验装置、试验数据分析方法和具体理论公式为深入研究和优化现代液压元件在宽温度范围内的动态性能提供新型试验平台与理论基础。

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初始制动时预测湿式制动器热对流特性的积分方法

赵波

机械工程学报. 2020, 56(24): 198-207. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.198

摘要 ( 18 ) PDF全文 ( 81 )

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湿式制动器对重型车辆安全具有关键影响，以湿式制动器摩擦副间隙的冷却液压油（Automotive transmission fluid，ATF）为研究对象，考虑车辆初始制动阶段流体的黏性摩擦和层流流动特征，利用积分方法建立了摩擦副流体的非稳态能量方程，并获得了能同时满足轴向和径向边界条件的三维温度和热流密度显式解析表达式，通过简化动量方程和多项式分布假设也获得了径向速度和压力的理论解，与以往试验对比表明，压力和温度解析解与试验结果具有较好的一致性，理论模型有望推广用于液黏离合器等其他HVD装置的ATF速度场、温度场和热流密度场的理论预测。

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空气分级炉膛煤粉燃烬模型及实炉试验对比

刘福国, 郭新根

机械工程学报. 2020, 56(24): 208-218. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.208

摘要 ( 26 ) PDF全文 ( 47 )

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传统的炉膛分区段传热设计模型忽略了煤粉燃烬计算，适用于非空气分级燃烧。随着空气分级低NOx燃烧技术的普遍应用，在炉膛分区段传热计算中引入煤粉燃烧模型以确定沿炉膛高度燃烬分布，对于提高炉膛上部屏式或辐射受热面蒸汽温度设计准确性有较为重要的意义。建立了改进型分区段传热计算和煤粉燃烧相耦合的空气分级炉膛燃烬和传热模型，对一台空气分级低NOx燃烧锅炉进行了全负荷工况试验，采用该模型对试验工况进行燃烬和传热模拟，得到空气分级锅炉炉膛煤粉燃烧过程的物理图景以及煤粉沿炉膛高度燃尽分布，并研究了燃烧模式和表面反应动力学参数等对燃烬度分布的影响。结果表明，炉膛出口煤粉颗粒燃烬度数值解与大部分测试数据吻合较好，煤粉颗粒燃烧后期灰分引起热退火抑制效应以及炉内局部烟气含氧量分布不均匀是引起模型误差的主要因素，所建立的燃烧和传热耦合模型与传统的炉膛分区段传热模型计算量相当，适合工程应用。

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变可信度近似模型及其在复杂装备优化设计中的应用研究进展

周奇, 杨扬, 宋学官, 韩忠华, 程远胜, 胡杰翔, 舒乐时, 蒋平

机械工程学报. 2020, 56(24): 219-245. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.219

摘要 ( 44 ) PDF全文 ( 281 )

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变可信度近似模型通过融合不同精度分析模型的数据，可有效平衡近似模型预测性能和建模成本之间的矛盾，在复杂装备优化设计中受到广泛的关注。综述变可信度近似模型及其在复杂装备优化设计中的应用研究进展。概述三类常用变可信度近似建模方法的基本思想，并介绍变可信度近似建模方法研究的最新进展。回顾面向变可信度近似模型试验设计方法的发展现状，包括一次性试验设计方法和序贯试验设计方法。综述直接影响变可信度近似模型优化设计求解精度和效率的两类近似模型管理策略，探讨基于变可信度近似模型的智能优化和可靠性/稳健性优化这两个领域前沿问题。归纳总结变可信度近似模型应用于复杂装备优化设计的现状。针对变可信度近似建模及其优化设计给出了一些应用建议，并指出未来值得深入研究的方向。

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考虑客户收货顺序的“货到人”分拣系统的订单排序和客户分批优化

胡金昌, 马文凯, 杨栋, 吴耀华

机械工程学报. 2020, 56(24): 246-253. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.246

摘要 ( 21 ) PDF全文 ( 48 )

可视化

可以并行分拣多个客户订单的"货到人"分拣系统中，每个客户包含多个订单，客户要求按订单排序依次收货。为提高该系统的分拣效率，以最小化料箱出入库数量为目标，从订单排序和客户分批两方面进行优化。分别建立两个0-1整数规划模型解决多客户同时拣选时的订单排序优化和客户分批优化问题；针对客户分批问题，又提出种子算法和遗传算法来解决。设计试验检验了不同客户数量、客户订单数量、总品项数量时订单排序模型和客户分批算法的优化效果。试验结果表明，0-1整数规划模型优化订单排序，可提高效率约15%，具有有效性；客户分批优化方面，0-1整数规划模型、遗传算法和种子算法都可以不同程度地提高系统效率，分别适合不同问题规模和时间要求的场景。

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智能起重机的关键特征和控制系统总体架构

李国杰

机械工程学报. 2020, 56(24): 254-268. https://doi.org/10.3901/JME.2020.24.254

摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 391 )

可视化

起重机正在朝着智能化方向发展，起重机的智能化特征和控制系统架构决定了智能起重机的总体性能和技术方向，是起重机智能化研究的核心。简要回顾了我国起重机产品从传统起重机到智能起重机的发展历程，比较了传统起重机、自动化起重机、工业机器人和智能起重机的主要性能特征和关联性，分析了我国起重机智能化研究应重点关注的行业和起重机产品，对智能起重机的通用性和个性化关键特征进行了分析和总结。提出了智能起重机控制系统的总体架构，对系统架构中各关键功能模块和各子系统进行了详细分析阐述，讨论了各模块及子系统之间的关联性、主要数据流向及起重机智能化实现方法，强调了构建强大的内、外部信息互联、顺畅的数据交换和共享机制对智能起重机的重要性，定义起重机广域智能系统，包括智能起重机在内的广域智能系统的群体智能化是实现智能起重机系统智能化作业的关键，而且广域智能系统信息共享和数据互联互通的深度和广度决定了系统智能化的水平。

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2020年, 第56卷, 第24期　
刊出日期：2020-12-20
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