中国机械工程

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J4. 2011, 22(22): 0.

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基于内流场的能量回收透平的结构优化

李仁年1, 蒋敦军1, 2, 韩伟1, 刘玉莹1

中国机械工程. 2011, 22(22): 2647-2650.

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基于叶片式水力机械工作原理,设计出一种卧式双流道混流式水力透平机。为了对其结构进行优化,保证性能,使水能回收效率最大化,基于Navier-Stokes方程和标准的κ-ε双方程紊流模型,采用贴体坐标、非结构化四面体网格和SIMPLEC算法,对无导叶和有导叶的透平机在清水介质下的内部流场进行三维湍流数值模拟计算。研究结果表明：有导叶的水力透平机转轮叶片进口处速度环量、压力分布、叶片上的速度与压力分布以及吸出管内的流动状态都要优于无导叶的水力透平机,从而增加了转轮的能量转换指数。模拟结果为进一步研究能量回收透平机的结构提供了理论依据和实际应用参考。

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管道周向磁化漏磁检测有限元分析

宋小春1, 2, 杨林1, 2, 许正望1

中国机械工程. 2011, 22(22): 2651-2653,2706.

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为优化管道轴向缺陷漏磁检测磁化器设计,运用三维有限元方法,仿真研究了周向励磁作用下钢管管壁磁化场的分布特征,分析了管道直径、壁厚等结构参数变化对管壁磁化场的影响,研究了不同周向励磁场与管壁磁化场、缺陷漏磁场及背景磁场间的作用关系。仿真研究结果表明：管径越大,管壁周向有效检测区域越大;而壁厚增加,管壁周向有效检测区域也增大,但其磁化强度急剧降低;同时,增加外加励磁强度有利于管壁轴向缺陷检测,但必须研究相应的信号处理算法,以消除背景磁场对缺陷漏磁检测信号的影响。

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基于标准粒子群算法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究

刘维伟, 李锋, 任军学, 尉渊

中国机械工程. 2011, 22(22): 2654-2657,2771.

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采用单因素和正交实验法,研究了整体硬质合金刀具高速铣削GH4169高温合金时切削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明,每齿进给量对表面粗糙度的影响十分显著,铣削速度和铣削深度对表面粗糙度的影响较小;基于标准粒子群算法建立了表面粗糙度与切削参数之间的经验公式,并对经验公式进行了实验验证,结果显示,基于标准粒子群算法建立的经验公式能有效预测GH4169高温合金高速铣削过程中的表面粗糙度,为铣削参数优化、铣削表面质量控制提供了依据。

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ITER极向场过渡馈线结构设计及稳态热分析

陈科1, 蒋新鹏1, 宋云涛2, 刘素梅2, 陆坤2, 陈永华2, 张善文3

中国机械工程. 2011, 22(22): 2658-2661.

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根据国际热核聚变实验堆(ITER)装置对馈线的设计要求,同时考虑过渡馈线的结构复杂性,利用三维设计软件CATIA对过渡馈线系统各部件进行了结构设计,并运用有限元分析软件ANSYS建立了典型的过渡馈线有限元模型,模拟了系统所在的真空和低温环境下馈线的稳态传热情况,得到了内部零部件的温度分布和低温管路的热负荷情况,为进一步结构优化及试制奠定了重要基础。

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一种新构型3-RRRRR并联微动机构的研究

李仕华, 句彦儒, 王志松, 孙龙庆, 李富娟

中国机械工程. 2011, 22(22): 2662-2666.

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基于3-RRRRR并联机构提出了一种由压电陶瓷驱动的新构型并联微动机构,推导出了单个柔性转动副的转角公式和驱动力公式,得到了输入驱动力和机构末端输出位移之间为线性关系,进而得到机构最大驱动力和工作空间;同时得到输入电压与输出位移之间也为线性关系,制作了3-RRRRR并联微动机构实验样机,并进行了实验测试,研究结果为该并联微动机构的应用奠定了基础。

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电梯制动器性能检测方法的研究

谢小鹏1, 牛高产1, 浦汉军1, 张怀继2, 曾梓峰2

中国机械工程. 2011, 22(22): 2667-2671.

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研究了电梯行业的安全标准和电梯制动器型式试验细则,总结出了电梯制动器的试验工况,并建立了试验工况下制动器的动力学模型。针对在电梯整机上进行电梯制动器的型式试验存在的缺陷,基于对试验工况下制动器动力学模型的分析,提出了实施电梯制动器性能检测的新方法,并设计了性能检测试验样机。建立了试验样机中电机转矩加载的数学模型,基于能量补偿的方法建立了电机的加载算法,从而保证了电梯制动器在试验样机上和在电梯整机系统上的制动规律相一致。

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蜂窝纸板的黏弹性建模与动态参数识别

朱大鹏1, 2, 周世生1

中国机械工程. 2011, 22(22): 2672-2677.

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对蜂窝纸板的黏弹性进行了建模,将松弛核表示为指数函数叠加的形式,并对蜂窝纸板-质量系统在冲击激励下的动态特性进行了建模。采用改进的Prony方法识别出自由响应数据的极点和留数,并建立了识别蜂窝纸板-质量系统动态参数的方法。设计了蜂窝纸板-质量系统冲击响应实验系统,并根据实验数据对蜂窝纸板动态参数进行了识别。

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基于FBG的磁力轴承气隙磁通密度动态测量及分析

丁国平, 周祖德, 胡业发

中国机械工程. 2011, 22(22): 2677-2681.

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在磁力轴承转子3种转速（1080r/min、1320r／min和1500r/min）以及6种线圈电流（0.5A、1A、1.5A、2.0A、2.5A和2.95A）的条件下,通过光纤布喇格光栅传感装置对磁力轴承定子与转子之间的气隙磁通密度进行了动态测量,并对测量结果进行了FFT分析,测量结果与有限元计算结果达到一定的一致性,验证了FBG传感装置对旋转状态下气隙磁通密度的测量具有可行性。

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二冲程发动机初始喷油脉谱图的仿真及验证

许善珍1, 2, 魏民祥1, 陈林林3

中国机械工程. 2011, 22(22): 2682-2685.

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以提高某小型二冲程发动机的动力性、经济性和稳定性为研究目标,运用发动机热力学数值计算软件建立原型机数学模型,通过全负荷条件下的缸内压力示功图、总功率和燃油消耗率对模型进行验证。在此基础上计算得到进气空气质量流量,确定各工况空燃比条件下的发动机初始喷油量,获得初始喷油脉谱图,由此开发了电控燃油喷射系统。经台架试验验证,发动机运转正常。

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NX100型控制器的动态连续轨迹控制方法

杨德伟, 冯祖仁, 郭文涛

中国机械工程. 2011, 22(22): 2686-2690.

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NX100型控制器提供的控制方法适用于轨迹固定情况下的机械臂控制,对于目标轨迹动态变化的情况,现有控制方法存在运行不连贯和延时长等问题。利用NX100型控制器提供的控制接口功能,提出了一种基于在线预更新JOB的控制方法,实现了机械臂的动态连续轨迹控制。该方法控制下的机械臂运行平滑,具有一定的实时性能,理论最小延时为375ms。该方法具有很好的通用性,在MOTOMAN IA20七自由度机械臂和FANUC 2000i机械臂上均成功实现了在线跟踪。该方法适用于要求目标轨迹可在线大范围改变、机械臂运行平滑以及有一定实时性要求的场合。

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通过压电分流阻尼技术抑制结构振动的实验研究

毛崎波

中国机械工程. 2011, 22(22): 2690-2693.

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以一四边固定矩形板为例,通过实验方法对三种不同的压电分流阻尼技术(RL串联压电分流电路、RL并联压电分流电路以及RL-C并联压电分流电路）的振动控制效果进行分析和比较。实验结果表明,当压电分流电路的参数调节到最优值时,能够有效降低结构振动;RL串联压电分流电路和RL并联压电分流电路的控制效果基本相等;RL-C并联压电分流电路能够降低分流电路中的最优电感值,但是控制效果也随之变差。实验结果还表明压电分流电路对电感值相当敏感,如果电感值偏离最优值,有可能会使得控制效果大幅下降。

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基于邻域多边形特征和能量优化的网格参数化

彭威, 陈文亮

中国机械工程. 2011, 22(22): 2694-2699.

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针对复杂网格曲面提出了一种基于点邻域多边形特征和能量优化的网格曲面参数化方法。首先利用相邻两边夹角和长度比例建立节点邻域多边形特征方程组,通过求解一个约束优化问题将曲面网格展平到二维平面上;在网格曲面展平过程中不可避免会产生弹性变形能,然后采用能量优化方法释放曲面展平过程中的弹性变形能,最终得到网格曲面参数化结果。计算结果表明,该方法能得到较好的参数化结果,适用于复杂曲面的网格重划分等计算机辅助设计的应用。

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面向CAPP的零件装夹规划算法研究

黄伟军1, 胡于进1, 蔡力钢2

中国机械工程. 2011, 22(22): 2700-2706.

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针对计算机辅助工艺过程设计(CAPP)中的零件装夹规划问题,提出了一种基于模糊聚类分析的装夹规划方法。从定义特征加工元着手,建立了零件的装夹规划数学模型,给出了求解此模型的模糊聚类分析方法。从工艺决策的角度,分析了影响装夹规划中加工元聚类的加工设备、特征可进刀方向、工艺原理约束等相关因素,以此计算出了加工元间的模糊相似性。基于加工元同安装相近关系矩阵,应用编网法对加工元在不同层次上进行聚类,形成了安装实体;基于加工元优先关系图,遵循换刀次数最少原则对安装内的加工元进行了排序。最后以实例验证了该方法的可行性。

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基于样条链（环）的CAD模型过渡特征识别与抑制

陈志杨1, 喻谷鸣1, 张引2

中国机械工程. 2011, 22(22): 2707-2711.

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提出了一种基于样条链（环）的过渡特征识别与抑制算法。该算法首先识别出模型中所有过渡特征,然后构造过渡特征面边图,依次取出其中的连通子图,建立起样条链（环）,对样条链（环）依次抑制,对非样条链（环）的过渡特征按最小等半径连通子图方法抑制。研究表明,该算法能抑制变半径、等半径过渡特征且能很好地处理含有诸多样条面(非二次曲面)过渡特征的模型。

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圆锥破碎机虚拟样机参数化建模与仿真分析

岳双杰1, 范秀敏1, 2, 马彦军1, 董钢1

中国机械工程. 2011, 22(22): 2712-2716.

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为了在设计阶段提高破碎机机械结构运转性能和动力学表现,基于圆锥破碎机的主设计参数,结合ADAMS软件的建模语言,提出圆锥破碎机虚拟样机参数化建模的方法,该方法通过参数化类型和约束类型表达模型元素之间的关联关系。由仿真分析参数化模型得到不同工况的动锥自转转速信息以及关键运动副的动力学信息,为其工作性能评价提供依据并为下一步的有限元分析提供数据支持。以PYG1100型圆锥破碎机为例进行参数化建模和仿真结果分析,验证了模型的有效性和可靠性。

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文广1, 巩明德2, 张红彦2

中国机械工程. 2011, 22(22): 2717-2722.

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周期性冲击射流流动对传热特性的影响分析

耿丽萍1, 2, 周静伟2, 杨茉1

中国机械工程. 2011, 22(22): 2722-2726.

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采用经过实验验证的数值模型研究了周期性射流冲击下的流场对传热强化的影响。根据不同波形(正弦波、三角形波和矩形波)规律变化的射流对平板的冲击会产生不同的传热特性,研究得到了滞止点处的温度、传热系数和湍流强度随时间变化的规律。研究结果表明：当正弦波射流、三角形波射流的信号处于上升阶段时,湍流强度在稍有延迟后会产生一个瞬时的增强,可对强化传热起到促进作用,但在它们随后的波形变化中湍流强度仅有缓慢的升降,矩形波射流在信号发生阶跃变化时,会产生湍流强度的脉冲增强,尤其是在信号跃降时产生的瞬时脉冲增强比信号跃升时产生的脉冲增强更大,可有效强化传热;远离滞止点的流场的周期性波动仍然存在,但幅值大大减小,矩形波射流的平均速度大于其他波形射流的速度。

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航天电连接器绝缘电阻随真空度和温度变化规律的研究

陈文华1, 2, 高亮1, 李星军1, 刘娟1, 卢献彪3

中国机械工程. 2011, 22(22): 2727-2732.

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以Y11P-1419型电连接器为对象,研究了Y11系列航天电连接器的绝缘电阻随环境真空度和温度变化的规律。分析了真空度和温度变化对电连接器绝缘电阻的影响;通过试验和对试验数据进行统计分析,揭示了电连接器的绝缘电阻随真空度和温度的变化规律;给出了对试验现象和统计结果的机理解释。研究表明,真空度和温度的变化都会对电连接器的绝缘电阻产生显著影响,且二者有交互作用：温度一定时,电连接器的绝缘电阻随气压降低(升高)而增大(减小);气压一定时,电连接器的绝缘电阻随温度升高(降低)而减小(增大)。

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不锈钢板激光切割速度预测方法研究

陈莹莹1, 2, 冯文杰1, 2, 秦丰栋2, 黄强2, 张明亮3

中国机械工程. 2011, 22(22): 2732-2734,2738.

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基于激光与材料相互作用的原理,分析了激光切割不锈钢板过程中的热量传导规律,建立了切割热量模型和热平衡方程,即材料所吸收的总热量等于熔化切缝材料吸收的热量与热传导损失的热量之和,推导出切割速度与其他工艺参数的函数关系。通过此关系,能够对切割速度进行预测。试验结果表明,预测得到的切割速度与试验得到的最佳切割速度十分吻合,切割速度的预测方法可以指导实际加工。

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基于指数分布的数控机床可靠性评估优化方案

戴怡

中国机械工程. 2011, 22(22): 2735-2738.

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研究了基于指数分布的数控机床可靠性评估试验方案。首先确定评估试验方案类型为有替换定时截尾试验,然后研究了为达到一定的置信区间所需要的最小失效数,并研究了试验机床数量与截尾时间乘积应满足的条件,以便获得最小失效数。最后,对最小截尾试验时间进行研究,给出了试验机床数量与截尾时间的优化方案。

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Hilbert填充曲线用于刀具路径生成的算法及改进研究

李德信, 焦俊鹏

中国机械工程. 2011, 22(22): 2739-2743.

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对Hilbert填充曲线的生成方法进行了研究,建立了平面Hilbert填充曲线与Bezier参数平面之间的映射关系,得到了平面Hilbert填充曲线到空间曲面的映射规则和相应算法。针对该方法用于刀具路径生成时存在转向过于频繁等缺点,为了减小加工过程中对刀具和工件的冲击,提出了用倒角或圆弧进行过渡来代替原来的直角过渡的方法生成加工刀具路径。针对改进后的生成刀具路径的方法编制了仿真程序,对改进前后的刀具路径的长度和生成时间进行对比分析。通过一具体曲面加工路径生成仿真,验证了该方法的有效性。

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82B盘条钢拉拔过程中显微组织及夹杂物的演变

于庆波1, 2, 孙莹1, 刘相华2, 喻海良3, 赵彦君4, 曹琦4

中国机械工程. 2011, 22(22): 2744-2748.

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将直径为12.5mm的82B盘条进行了9道次的拉拔实验,采用扫描电镜观察了不同应变量拉拔变形后82B盘条显微组织和夹杂物的演变情况,并研究了珠光体片层间距与拉拔应变量之间的关系。结果表明：82B钢显微组织中的珠光体片层间距随着应变量增大而逐渐减小;拉拔变形后的珠光体片层强烈扭曲,渗碳体片随着铁素体片的弯曲而变形,表现出良好的塑性变形能力;由于中心偏析形成的马氏体的塑性变形能力较差,在拉拔过程中发生碎化并最终与基体脱离;直径约为10μm的脆性夹杂物在拉拔过程中只是自身发生碎化,并未在夹杂物周围引起裂纹。

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一种风机转子用FV520(B)不锈钢碱性焊条的研制

张敏1, 李岩1, 2, 李继红1, 吕金波1

中国机械工程. 2011, 22(22): 2749-2753.

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根据风机叶轮焊接接头强韧性对高性能焊条的要求,结合焊材设计的组织匹配原则,通过金相分析、力学性能测试、断口观察等方法,研制了一种力学性能和工艺性能都较为优异的焊条。结果表明,所研制焊条熔敷金属的合金系为Cr-Ni-Nb-Cu-Ti,其力学性能优于FV520(B)专用焊条;Mo、Nb、Ti、Cr等合金元素的富铬碳化物和合金碳化物Mo2C3、NbCrN、Ti(C,N)提高了熔敷金属的强韧性;焊缝区和HAZ的组织均为回火索氏体(SH)+板条马氏体（M）+残余奥氏体（A′）+二次析出相;1#、2#、4#焊条的断裂机理为准解理断裂,而3#焊条的断裂机理为韧窝加解理的复合型断裂。

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焊接钢管的模态参数目标建模及模型修正

李永军, 马立元, 李世龙, 王天辉

中国机械工程. 2011, 22(22): 2754-2757.

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焊接热影响区建模是动力学分析的一个难点问题,而模态参数的一致逼近是建模及修正的一个主要目标。主要研究了钢管焊接区建模及修正过程中的两个关键问题,即目标一致逼近模型的建立和模型修正的敏感参数分析。在研究过程中,以一个焊接管接头的缩尺试样为对象,利用试验提供的测试结果,研究了这类焊接结构的模态参数目标模拟过程,使建立的模型能够同时逼近两个测试目标,即结构的模态频率和主振型,并通过影响因素计算分析该模型修正过程中需要考虑的主要敏感参数。研究结果表明,钢管的焊缝厚度、焊缝弹性模量和焊接热影响区域的弹性模量是模型修正中应该考虑的主要参数。

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TiAlN/SiO2纳米多层刀具涂层的微观结构和超硬效应研究

王均涛, 刘平, 杨丽红, 李伟, 刘新宽, 马凤仓

中国机械工程. 2011, 22(22): 2757-2761.

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通过磁控溅射方法制取了一系列不同SiO2厚度的TiAlN/SiO2纳米多层涂层,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪分别对该涂层的微观结构和力学性能进行了表征和测量。研究表明：当非晶态的SiO2厚度约小于1nm时,SiO2在TiAlN模板作用下转变为晶体结构,并与TiAlN呈共格外延生长,出现超硬效应;当SiO2厚度为0.6nm时,其硬度和弹性模量分别高达37GPa和393GPa;当SiO2厚度超过1nm时,SiO2逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长,硬度随之降低。因此,可以利用该方法制备出机械性能好且耐高温氧化性的刀具涂层,以满足现代切削的需要。

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装甲车辆侧减速器齿轮接触疲劳寿命预测研究

唐东红, 崔玉莲, 张炳喜, 赵永东

中国机械工程. 2011, 22(22): 2762-2765.

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通过对根据典型路面实车试验获得的载荷数据进行雨流计数处理,编制了装甲车辆侧减速器齿轮所承受的扭矩谱和应力谱;充分考虑残余应力对齿轮接触疲劳极限的影响,通过强度和硬度之间的转换关系以及疲劳强度与残余应力的作用关系,得到了齿面沿深度方向的静强度以及接触疲劳强度分布;结合疲劳寿命分析技术,进行了齿轮疲劳寿命预测,其预测结果与实际规律相符合。

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胡金芳, 陈无畏

中国机械工程. 2011, 22(22): 2766-2771.

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为实现计及阻尼影响的动力总成悬置系统的解耦,建立了包含阻尼系统的动力总成悬置系统模型,计算了比例和非比例阻尼影响下的系统响应,根据悬置系统的响应特性和解耦优化原理,提出了响应解耦法。以怠速频率下100%扭矩轴响应解耦和固有频率的合理配置为优化目标,利用modeFRONTIER软件对悬置系统进行解耦优化,并在MATLAB中对优化后的解耦效果进行仿真验证,结果表明,在考虑非比例阻尼的情况下,所提出的解耦方法比能量解耦法的解耦效果更好。

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2011年, 第22卷, 第22期　
刊出日期：2011-11-25

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