中国机械工程

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中国机械工程. 2016, 27(07): 0.

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面向可靠性设计优化的响应面偏差修正方法

詹振飞1;杨俊祺1;舒雅静1;杨仁杰2

中国机械工程. 2016, 27(07): 853-858.

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在基于仿真的汽车设计中,针对响应面模型普遍存在的精度不高的问题,研究了基于贝叶斯推断的模型外推预测方法,提出了模型不确定性下基于偏差修正的模型外推及可靠性设计优化方法,并通过一个汽车轻量化设计实例验证了所提方法的有效性。

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无模型机械臂BP神经网络状态观测及反演跟踪控制

李光;符浩

中国机械工程. 2016, 27(07): 859-865.

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针对摩擦阻尼及模型参数不确定的情况,运用反演控制设计策略,针对多连杆机械臂提出了一种基于神经网络观测器的无模型轨迹跟踪控制方法。运用带有修正项的自适应BP神经网络观测器对不可测状态量进行观测,同时对系统模型进行在线逼近。在此基础上设计了基于观测状态和逼近模型的反演跟踪控制器, Lyapunov稳定性理论证明了该控制器能够保证跟踪误差的有界和闭环系统中所有信号的有界。跟踪给定轨迹的仿真实验证明了该方法的有效性。

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一种消防六足机器人及其腿部机构运动学分析

金振林1,2; 张金柱1;高峰2

中国机械工程. 2016, 27(07): 865-871.

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提出了一种六足并联消防机器人,并进行了整机概念设计；经过对2UPS+UP机构进行变异,提出了一种新型三自由度易防护腿部机构；对该腿部机构进行了运动学分析,推导了位置反解方程和速度映射关系,分析了工作空间,绘制了工作空间三维图,揭示了其驱动机构几何参数对该机器人越障能力和行走速度的影响规律,设计了一组合理的几何参数。所提出的六足机器人防护性好,在消防、核电泄漏及地震等救灾场合有很好的应用前景。

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一种基于位姿反馈的工业机器人定位补偿方法

何庆稀1;游震洲1;孔向东2

中国机械工程. 2016, 27(07): 872-876.

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为了提高工业机器人的绝对定位精度,提出了一种基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法。该方法通过激光跟踪仪测量实时跟踪机器人末端靶标点的位置来监测机器人末端的位姿,并通过对靶标点的实际位置和理论位置进行匹配获得机器人末端的位姿偏差。工业机器人系统与激光跟踪测量系统通过局域网进行数据通信,并根据位姿偏差数据对机器人末端的位姿进行修正。最后通过实验对基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法进行验证,实验表明,经过位姿闭环反馈补偿后机器人末端位置误差最大幅度可以降低到0.05mm,姿态误差最大幅度可以降低到0.012°。

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电子齿轮箱同步耦合控制方法

韩江;吴路路;田晓青;夏链

中国机械工程. 2016, 27(07): 877-881,887.

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结合齿轮加工电子齿轮箱运动控制模型,从几何角度推导了电子齿轮箱展成控制误差的计算公式,分析了电子齿轮箱展成误差的产生原因。提出了电子齿轮箱同步耦合控制方法,建立了同步耦合控制模型,并对控制模型进行仿真分析,对比了采用同步耦合控制方式和非同步方式的控制效果。最后将该控制模型应用到自主开发的齿轮加工数控系统中,仿真和实验结果表明,该方法能够有效提升电子齿轮箱的展成控制精度。

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基于HELS方法的噪声诊断技术研究

刘丛志;王铃燕;任冰禹;马卢平;刘伟群;胡广地

中国机械工程. 2016, 27(07): 882-887.

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基于赫姆霍兹方程最小二乘法（HELS）的噪声诊断技术,将赫姆霍兹方程应用于噪声诊断技术中,把声场中声压转化为一组线性无关的独立函数的叠加,使用最小二乘法根据已知的较少噪声信号准确高效地重建声源表面的声压。建立基于非线性优化理论的新型HELS-PSO模型进行噪声源识别和声场重建研究,在实验室中以音箱作为模拟噪声源,通过实验进行验证。实验结果验证了该算法的有效性和高效性,表明新算法的求解精度较高。

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新型并联柔性铰链微动精密平台的研究#br#

李仕华;韩雪艳;马琦翔;李富娟

中国机械工程. 2016, 27(07): 888-893.

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基于3-PRC并联机构提出一种由压电陶瓷驱动的新型3-PRC并联微动平台,并进行了构型优化设计；采用矢量法对该平台的位置进行分析,并给出了该平台的理论耦合性误差；采用有限元对其运动解耦性进行了研究。最后制作了实验样机,并进行了实验测试。研究结果表明,该并联微动平台可以实现微米级三维移动,具有较高的精度和良好的运动解耦特性。

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一种改进的永磁同步主轴电机速度估算方法

黄科元;蒋智;黄守道;杨卫星

中国机械工程. 2016, 27(07): 893-898,938.

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对永磁同步主轴电机的模型进行分析,提出一种改进的永磁同步主轴电机速度估算方法。该方法根据估算电流与实际电流的误差修正估算速度值,并结合所提出的修正参数选取原则,能准确估算出电机转速。实验表明电机快速加速性能好,能在1s时间内从静止加速到额定转速（6000r/min）,高速运行时控制精度高,抗负载冲击能力强,鲁棒性好,适用速度范围宽,低速运行时在低于2%额定转速时仍能满载稳定运行,从而验证了该方法的可行性和有效性。

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结构多目标拓扑优化目标函数构建方法的研究

张璟鑫;梁伟;夏洋

中国机械工程. 2016, 27(07): 899-903.

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为实现结构材料的多目标拓扑优化设计,基于数学规划法提出一种广义的平均距离法,用以研究多目标拓扑优化目标函数的构建方法。介绍了运用平均距离法演变的将多目标转化为单目标的多种方法,并以汽车悬架控制臂为实例,应用演变的多种方法进行拓扑优化仿真研究。研究表明：运用平均距离法演变的多种方法可以灵活地构建多目标优化目标函数,基于所构建的目标函数可以寻找较优的构建方法,更好地将平均距离理念应用于多目标结构优化设计。

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LMD-ICA联合降噪方法在滚动轴承故障诊断中的应用

卞家磊;朱春梅;蒋章雷;吕俊燕

中国机械工程. 2016, 27(07): 904-910.

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针对经典独立分量分析（ICA）只能应用于观测源数不少于信号源数的超定盲源分离问题,提出局部均值分解和ICA相结合的欠定盲源分离新方法。该方法将采集的单通道振动信号进行局部均值分解,基于互相关准则对分解的分量进行重组,构建虚拟噪声通道；将虚拟噪声通道与振动信号作为盲源分离的信号输入,采用基于负熵的FastICA算法实现信号源和噪声的分离,从而达到降噪目的。将该方法应用于滚动轴承故障信号,频谱分析结果表明,该方法处理后的信号中噪声得到一定程度滤除,频谱中毛刺更少,故障特征频率更加明显,有利于故障特征的提取,实验分析证明了该方法的有效性。

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基于表面肌电信号的人体步态事件快速识别方法

陈江城;张小栋;尹贵

中国机械工程. 2016, 27(07): 911-916,924.

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针对下肢康复训练机器人主动训练阶段患者运动检测实时性、准确性的需求,提出一种基于动态表面肌电信号的人体步态事件快速识别方法。首先,通过表面肌电信号产生过程数学建模及步态过程中肌肉活动规律分析,给出了基于表面肌电信号强度及其变化特征的步态事件感知原理；其次,以双腿股外侧肌动态表面肌电信号强度及其变化为特征,构建了用于识别支撑和摆动两个步态事件的自适应模糊神经网络模型。实验结果表明：该方法识别结果正确率达95.3%,对足跟触地和脚尖离地事件发生时刻进行识别的平均时间误差分别为21.4ms和24.5ms,同时证明,该方法对步态之间表面肌电信号的差异具有较强的鲁棒性。

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基于图像处理的疲劳裂纹扩展长度在线测量方法

高红俐1;郑欢斌1;姜;伟1;齐子诚1，2

中国机械工程. 2016, 27(07): 917-924.

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为了在金属疲劳裂纹扩展试验中采用直观、准确、可靠的方法获得高精度裂纹长度尺寸,提出了基于图像处理技术的疲劳裂纹扩展长度在线测量方法。首先,采用大尺寸黑白全帧面阵CCD和微距显微镜头对疲劳裂纹扩展过程中的图像进行采集,分析疲劳裂纹的图像形态特征,采用亚像素边缘定位方法对预制裂纹边缘进行检测,求出疲劳裂纹起点位置。然后,对裂纹扩展区域进行图像子区划分,对图像子区采用基于灰度统计数据的自适应分割方法进行裂纹分割,采用单区域增长算法进行二值化裂纹图像连接得到裂纹主干。最后,进行了系统标定和疲劳裂纹长度在线测量试验。试验结果表明：本方法测量精度高、抗干扰能力强、数据稳定可靠,裂纹长度测量精度为0.03mm,满足裂纹扩展试验国际标准的要求。

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随机-认知不确定性的相关性分析模型及可靠性计算方法

郑静;姜潮;倪冰雨;范松

中国机械工程. 2016, 27(07): 925-933.

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针对工程中同时存在随机和认知不确定性的问题,提出了一种考虑相关性的概率-证据混合不确定性模型及相应的结构可靠性分析方法。首先引入样本相关系数来描述概率变量之间、证据变量之间以及概率和证据变量之间的相关性,通过一个转换矩阵将原问题中相关的变量转换为相互独立的变量,并构建了一个等效的概率-证据混合可靠性模型。然后将其转化为一系列概率-区间混合可靠性分析模型,并总结了嵌套优化分析迭代格式来求解失效概率区间。最后提供了三个数值算例验证该方法的有效性。

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基于响应曲面法的煤油发动机气门正时优化

张伟;毛建国;魏特特;何小明

中国机械工程. 2016, 27(07): 933-938.

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利用基于仿真的响应曲面优化方法,对改型的煤油活塞发动机气门正时多目标优化问题进行了研究。建立了发动机性能仿真模型,以进气/排气正时、点火提前角为优化变量,以提高有效功率和降低燃油消耗率为设计目标进行了响应曲面优化。分析结果表明：相对于原汽油机,改型的煤油机进气门开启时刻要推迟,排气门关闭时刻要迟后,并且要提前一定的点火提前角,以得到最佳的发动机性能；同时,应用响应曲面法可以提升仿真优化的效率。

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基于CFD的磁流体轴承润滑膜特性分析

李婷;马吉恩;章禹;方攸同

中国机械工程. 2016, 27(07): 939-944.

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磁流体轴承具有转速高、密封性好、承载力强等优点,符合高速铁路中的应用需求。提出一种磁流体轴承结构,并运用CFD方法对轴承润滑区的承载性能以及热效应问题进行了仿真计算,在此基础上进一步分析了偏心率对轴承承载力及温升的影响规律,为之后磁流体轴承的进一步设计提供帮助。

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基于Fluent的橡胶挤出机流道设计

林丽红1;贾晓艳1;马铁军1,2

中国机械工程. 2016, 27(07): 944-950.

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为满足胎面胶挤出质量的要求并解决传统试差法的缺点,采用经验设计与数值分析相结合的方法,对挤出机流道进行了设计。根据经验及理论改进流道的阻尼结构,运用Fluent分析胶料在流道内的流动状态,证明改进阻尼比简单阻尼分流效果好；设定改进阻尼的三个重要结构参数,分析各参数对流道内胶料的流动状态的影响,并根据影响规律选定最终结构参数；进行挤出实验,分析误差原因并指出后续的研究方向。

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液压型风力发电机组的转速和转矩解耦控制

张寅1,2;孔祥东1;陈立娟1;艾超1;李昊1

中国机械工程. 2016, 27(07): 951-956.

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以液压型风力发电机组为研究对象,输出高质量电能为研究目标,针对机组存在的转速和转矩解耦问题展开研究。建立定量泵-变量马达液压传动系统数学模型。从液压传动系统出发,探究影响机组电能输出质量的关键因素,分析该多输入-多输出系统存在的耦合问题,并采用前馈解耦补偿控制方法解耦。分析变量马达和比例节流阀对液压系统输出转速与转矩的控制规律,得到基于高电能质量控制的转速和转矩解耦控制器。以30kVA液压型风力发电机组半物理仿真实验台为基础,针对提出的控制方法展开研究。仿真和实验结果表明：液压型风力发电机组输出的转速和转矩实现了解耦控制,有效地实现了液压传动系统的稳速控制和传输功率波动的平滑控制。研究结果为液压型风力发电机组高质量电能输出控制和电网友好性能提高奠定了基础。

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海上浮式风电机半潜式平台二阶水动力计算与响应特性分析

彭春江1,2;胡燕平2;程军圣1;沈意平2

中国机械工程. 2016, 27(07): 957-964.

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提出了基于二次脉冲响应函数法的海上浮式风电机浮式平台二阶水动力计算方法,该方法基于三维势流理论用直接积分法求浮式平台的二次传递函数,并结合波高时程,将二次脉冲响应函数法应用于浮式平台二阶水动力的计算。把计算所得二阶水动力施加到海上浮式风电机整机时域动力学计算模型,计算二阶水动力的激励响应。以DeepCwind半潜式平台为算例,其上支撑美国可再生能源实验室5MW参考风机。先对所提出的二阶水动力计算方法进行验证,再分别在无风和有风条件下,计算一阶水动力单独激励响应和一阶二阶水动力共同激励响应,通过对比响应幅值谱、响应统计值,分析二阶水动力的激励特性。结果表明,对于半潜式平台,慢漂力和平均漂移力有明显的激励作用,和频二阶水动力的激励作用可以忽略。

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等离子喷涂ZrO2-8%Y2O3热障涂层的组织与性能研究

钟颖虹1;陆辛1;计亚平2;冯泽舟3;王林3;冯艳玲3;于浩3;李飞3

中国机械工程. 2016, 27(07): 965-969,993.

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采用超音速火焰喷涂粘结层、大气等离子喷涂陶瓷层制备了双层结构的热障涂层。利用扫描电镜对热障涂层进行了微观组织结构分析,主要对涂层的热导率及隔热性能进行了试验研究。结果表明：陶瓷层与粘结层、粘结层与基体的结合良好；陶瓷涂层在1100℃下的热导率为0.99W/（m·K）；在测试温度为1100℃、冷气流量为4m3/h的条件下,隔热效果可达到155℃。

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一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件摆辗成形数值模拟及实验研究

马俊林;高仕恒;李萍;薛克敏

中国机械工程. 2016, 27(07): 970-975.

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为了研究摆辗成形工艺对一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件力学性能的影响,对初始高径比分别为0.4、0.8和1.2的坯料摆辗成形进行数值模拟和实验研究。通过有限元法模拟摆辗成形过程中坯料的金属流动、等效应变分布和温度分布,并在此基础上进行摆辗成形实验,分别测试杯形件底盘弦向和径向的强度。有限元研究发现,与摆头接触的变形区域网格畸变量大,并且变形过程热效应明显。研究结果表明,当坯料高径比为0.8时,杯形件的底盘弦向强度可达到507MPa,比母材提高了64.4%；摆辗成形可以提高该新型Al-Zn-Mg-Cu合金杯形件的底盘强度,同时初始坯料的高径比对杯形件底盘的强度分布影响较大。

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考虑轴头驱动和侧倾力矩的轮胎接地性态建模

汪晨;黄海波;刘金朋;李洪宇

中国机械工程. 2016, 27(07): 975-981.

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采用欧拉梁和侧向分片的方法模拟轮胎侧向变形特性,利用二元傅里叶级数构造带束层单元的位移场,胎面横截面外轮廓设定为二次函数,建立了基于驱动力矩和侧倾力矩的轮胎三维接地性态解析计算模型。结合轮胎刷子模型计算了轮胎的纵向力和侧向力,并进行了验证。结果表明,模型具有较高的精度和效率。研究结果可为研究轮胎磨损和轮胎力学特性提供更为精确的三维接地压力分布解析模型,并为轮胎物理模型的解析研究提供新的思路和方法。

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基于非光滑表面与涡流干扰的车身气动减阻方法

杨易;郑萌;黄剑锋;聂云

中国机械工程. 2016, 27(07): 982-987.

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探讨了将表面非光滑形态结构减阻思想与流场主动控制相结合的车身气动减阻方法。将凹坑型非光滑表面布置在MIRA直背式模型的尾部,并在非光滑形态模型的基础上,在凹坑阵中加装喷射速度可变的涡流发生器来控制模型的尾部气流,改善尾涡结构。通过对光滑、非光滑、非光滑加涡流喷射三种模型的三维流场数值模拟,得到不同尾部形态模型的气流速度、压力以及湍动能等参数,对比不同风速下不同模型气动阻力系数的差异以及不同喷射速度下的减阻效果,分析模型尾部流场参数的变化,阐述了非光滑形态车身气动减阻机理以及涡流喷射扰动效应。研究结果表明：通过对非光滑形态被动减阻与涡流喷射主动减阻的优化组合,能有效地减少不同风速下直背式MIRA模型的气动阻力。

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车用液力变矩器混合流道CFD仿真方法

刘树成1;邢庆坤1;李为薇2;张静1

中国机械工程. 2016, 27(07): 989-993.

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针对车用液力变矩器复杂动态过程中工作相位随时发生转换,不能及时判断相应流场结构的改变,难以对瞬时流场特性进行准确仿真的问题,基于传统变矩器CFD流道模型和导轮空转无叶片模型,建立了液力变矩器混合流道CFD仿真模型。该仿真模型可以自动识别变矩器变矩、偶合和功率反传等工作相位及其相位转换过程,并根据导轮是否空转自动选择相应流道模型。对某变矩器进行了一系列稳态通用特性和动态特性的仿真与试验研究,对比结果表明,液力变矩器混合流道CFD仿真方法对变矩器稳态和动态特性仿真精度较高,有效解决了变矩器复杂动态过程难以快速实时仿真的问题,具有一定的工程实际意义。

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中国机械工程. 2016, 27(07): 994.

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2016年, 第27卷, 第07期　
刊出日期：2016-04-10

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