中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(23): 0.

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基于字典相干性优化的稀疏分类在发动机空燃比故障识别中的应用

吴士力1;唐振民1;刘奇2

中国机械工程. 2017, 28(23): 2773-2778,2784.

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稀疏分类直接把故障样本作为原子会造成分类字典相干性较高,进而影响稀疏分类精度,为此提出一种通过有效降低分类字典相干性来提高稀疏分类效果的优化算法。该方法首先通过传播聚类算法获取分类子字典的代表原子,然后基于极分解和子空间旋转法对子字典进行相干性优化。在某型发动机上的实验结果表明,该算法在低相干性字典上能够对怠速和2000r/min工况下的5种常见空燃比故障进行高精度识别。

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管道内压力对纵模导波传播特性的影响

蔡海潮1;徐春广2;王东峰3;尚振东1

中国机械工程. 2017, 28(23): 2779-2784.

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工程应用中的管道内部往往存在一定的介质,这些介质会对管内壁产生一定的压力,研究超声导波技术对管道进行检测时,介质产生的压力对超声导波传播特性的影响非常重要。采用数值模拟方法研究了管道内液体介质压力对超声导波传播的影响,分析了不同激励频率和不同介质压力时的导波衰减特性,并搭建了压力管道实验系统。实验结果表明,超声导波在管道内传播时传播速度不随管内压力的变化而变化。

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桨-毂轴承材料扭动微动磨损行为研究

周明琢1;张耕培2;卢文龙1;张坡1;刘晓军1;彭和平3

中国机械工程. 2017, 28(23): 2785-2791.

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采用面接触扭动微动形式,以动力定位系统可调距螺旋桨桨-毂轴承摩擦副材料(CuNiAl-42CrMo4)为对象,以不同的角位移幅值模拟海水波动影响下的微动磨损行为,并结合扫描电子显微镜和超景深三维显微镜对磨痕形貌进行分析,探究桨-毂轴承摩擦副材料扭动微动磨损规律。结果表明,随着角位移幅值的增加,扭动微动依次运行于部分滑移区、混合区、滑移区,摩擦因数减小,同时磨损量增加,微动损伤中剥层机制所占的比例逐渐增加,且由于疲劳裂纹扩展的不利影响,实际运行过程中要尽量避开混合区。

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轻型操作臂结合部弹性约束动力学特性及实验研究

刘玉飞1,3;张席2,3;李威3;许德章1

中国机械工程. 2017, 28(23): 2792-2799.

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对结合部弹性约束下轻型操作臂系统的动力学特性进行了研究。首先,基于结合部的线约束刚度,建立了轻型操作臂的弹性约束模型,得到系统的频率特性方程;其次,基于建立的弹性约束模型,采用哈密顿变分原理推导了系统的振动位移方程;最后,采用理论仿真和实验方法对轻型操作臂弹性约束系统的动力学特性进行分析,探讨了结合部弹性约束对系统动态特性的影响机理。研究结果表明：所建弹性约束模型能够表征结合部的弹性约束作用,尤其对高阶模态的分析具有较高精度;在弹性约束区域内,频率与约束刚度之间具有幂函数关系特征,前两阶频率拟合误差分别小于0.08%和0.45%;振动位移分析误差为2.38%,通过实验验证了系统弹性约束模型和动力学分析结果的正确性。

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3-RSR/SP并联车载天线机构运动及力学特性分析

侯雨雷;赵亚杰;周治宇;曾达幸;杨彦东

中国机械工程. 2017, 28(23): 2799-2808.

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提出了一种新型3-RSR/SP并联式车载天线机构,基于螺旋理论分析机构自由度,发现在不同状态下机构自由度可变;建立机构的静力平衡方程和变形协调方程,并绘制不同工况下机构各构件所受力与机构位姿之间关系曲线;与3-RSR并联机构进行对比,所提出的机构驱动力矩较小,验证了其中间支链具有静力卸载作用。考虑车载天线的实际工况,通过拉格朗日方程法分别建立机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,并绘制与之相应的机构驱动力矩变化曲线,表明基座运动对驱动力矩影响较大。所提出的构型有助于拓宽并联机构在天线领域的应用,特性分析对后续样机研制具有一定参考价值。

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基于混沌混合的分合式微混合器研究

史冬冬;李金贝奇;王瑞金;朱泽飞

中国机械工程. 2017, 28(23): 2809-2816.

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按照混沌混合理论构建了Smale、Helical和Baker三种微混合器,为研究其混合机理与混合效果,对不同雷诺数下的对流扩散和混合进行了数值模拟,并用实验结果进行了验证。结果发现：实验结果与数值模拟结果吻合得很好。在低雷诺数下,由于Baker微混合器中流体的分层作用强,明显增大了流体的接触面积,也加快了流体混合速度,其混合效果要明显优于另外两种混合器;然而,在较大的雷诺数下,Smale微混合器中流体混合效果则优于Baker微混合器,其原因是Smale微混合器的分层效果虽然不如Baker微混合器,但其对流作用明显强于Baker微混合器;Helical微混合器因没有分层作用,其混合主要依赖于对流,所以在低雷诺数下混合性能较差,而高雷诺数下混合性能有所提高。

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声表面波相关叉指换能器的半物理仿真

陈智军;钟悦芸;陈涛;彭福强;陈赵兴

中国机械工程. 2017, 28(23): 2816-2820.

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为方便、灵活地研究相关叉指换能器实物的相关性能,提出了一种基于ADS软件的可对声表面波相关叉指换能器性能进行验证的半物理仿真方法。该方法利用实际器件实测的S参数,在ADS中构建其物理抽象模型,并通过虚拟构建激励信号产生电路,利用ADS瞬态仿真功能,研究实际器件在不同激励信号下的响应,由此分析相关叉指换能器的相关性能。将半物理仿真结果分别与MATLAB理论仿真及阅读器实验结果进行对比,验证了该方法的可行性。

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UN R129侧碰数值模拟的3岁儿童损伤风险研究

韩勇1,2,3;潘迪1;田丰翼1;王方1; 黄红武1,2;水野幸治4

中国机械工程. 2017, 28(23): 2821-2828.

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根据联合国欧洲经济委员会制定的UN R129法规儿童约束系统（CRS）台车侧面碰撞条件,提出了2种台车侧面碰撞仿真试验方法,并验证了其可行性。基于该试验方法,采用Q3儿童假人,建立3种不同CRS（五点式-成人安全带固定（三点式CRS）,五点式-ISOFIX固定,前护板型-成人安全带固定）的侧面碰撞数值分析模型。分析了儿童乘员的运动学响应和头、颈部及胸部的损伤物理参数。结果显示：儿童乘员在不同类型的CRS中的运动学响应不同。ISOFIX固定条件下儿童头部损伤风险较大,除三点式CRS约束条件下的儿童乘员损伤物理参数接近耐受极限值外,其他2种工况下的儿童乘员的胸部合成加速度（3ms）和上颈部弯矩值均超过儿童乘员耐受极限值,可见在侧面碰撞中儿童乘员的胸部和颈部损伤风险较大。

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基于多维度空间耦合的六足机器人步态规划

艾青林;阮惠祥;陈教料;应申舜

中国机械工程. 2017, 28(23): 2829-2838.

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针对现有机身工作空间求解算法不适用于非平坦地形下六足机器人步态规划的问题,提出一种基于多维度空间耦合算法的机身工作空间求解方法,并将其应用于机器人在非平坦地面运动的步态规划中。将机身工作空间分为三个子空间,解析三个子空间边界方程,耦合得出机身工作空间,在此基础上,解析机身位姿与站立腿关节转角之间的映射关系,完成机身运动规划。仿真和样机实验结果对比表明：与采用传统机身运动规划算法的步态相比,所提方法能够减小摆动腿足端偏移量和机身姿态角变化幅度,并且能够保证机器人具有更高的步态稳定裕度,使机器人获得更好的步态稳定性。

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基于空间填充法的刀具路径生成算法及其仿真

隋秀凛;陈晓奇;焦艳;廉冲

中国机械工程. 2017, 28(23): 2839-2845,2852.

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针对空间填充曲线法的网格只具有正则矩形,生成的刀具路径存在频繁转向、长度冗长、生成时间长等缺点,提出一种基于空间填充法的刀具路径生成算法。选用T样条曲面为造型曲面,生成具有非正则矩形的网格并进行回路的规划;用改进的Hamiltonian算法初步生成刀具路径;用改进的倒圆角算法进行拐角优化,获得最终的刀具路径。开发出了基于该算法的仿真系统,对算法进行了仿真验证和实际的加工实验,结果表明所提出算法有效可行,生成的刀具路径长度及生成时间都得到缩短。

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车身接头刚度测量原理与测量装置设计

陈少伟1;陈涛1;汤毅1;聂继全2;朱灯宏3

中国机械工程. 2017, 28(23): 2846-2852.

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阐述了车身接头刚度测量的必要性与测量原理,针对国内车身接头刚度实验测量装置还存在空白的现状,设计了一套适用于多平台车身的接头刚度测量装置,并分析了该设计装置的主要特点。最后基于该装置对车身某接头刚度进行了实际测量,并将有限元分析数值与测量值做了对比,分析了实验值与仿真分析值出现偏差的原因。

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准零刚度绝对位移传感器设计及运用

何剑锋;邓兆祥;妥吉英

中国机械工程. 2017, 28(23): 2853-2858.

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设计了一种准零刚度（QZS）绝对位移传感器。分析了QZS传感器的结构参数,得到了保证QZS传感器特性的参数要求。给定不同激励,对QZS传感器测量精度及响应速度进行了检测,并分析总结QZS传感器的一些不足及其使用范围。将QZS 传感器运用于Stewart平台的速度反馈,通过谐波平衡法得到平台z轴、绕x轴、绕y轴方向的幅频特性曲线。仿真结果表明,QZS传感器能够有效地测量平台z轴、绕x轴、绕y轴方向的绝对位移。

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混合动力船舶模式切换过程力矩协调控制

朱剑昀1,2;陈俐1,2;彭程1,2

中国机械工程. 2017, 28(23): 2859-2867.

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针对混合动力船舶的模式切换过程中可能出现的扭转波动,传动轴剧烈冲击和离合器过度磨损问题,提出基于模型参考控制(MRC)的力矩协调控制策略。首先建立动力传动系统动力学模型,基于此推导出电机单独推进模式的动力学模型,并作为参考模型;然后设计MRC力矩协调控制策略。仿真结果表明,与传统的模式切换方式相比,MRC控制可改善动力中断和轴系剧烈冲击,而且显著减小离合器滑摩功。敏感性分析给出了外部干扰和执行机构噪声对控制品质的影响。

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差动轮系动态跟随性能研究

徐琳;刘凯;崔亚辉;孟培媛

中国机械工程. 2017, 28(23): 2868-2874,2879.

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以差动轮系为研究对象,分析了三个基本构件之间的转速、转矩以及功率关系,在此基础上提出了相应的灵敏度与贡献度概念并获得对应的表达式。进一步研究了灵敏度与贡献度的影响参数以及影响规律并展开了相关的对比实验。研究结果表明：转速灵敏度和转矩贡献度只与差动轮系特性参数相关;转速贡献度和功率贡献度由特性参数以及轮系转速匹配关系共同决定。灵敏度与贡献度反映了差动轮系在运动中的动态跟随性能,对差动轮系的选型与设计有参考作用。

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基于多源信息的复杂装备测试性评估

张雷;梁德潜;查晨东

中国机械工程. 2017, 28(23): 2875-2879.

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针对目前复杂装备测试性评估中的小子样问题,在对经典评估方法和传统Bayes评估方法进行分析的基础上,提出了一种基于多源信息融合的测试性评估方法。该方法综合考虑了多源信息的可靠度和可信度,较为合理地解决了多源信息对复杂装备测试性水平反映的可靠程度问题,以及融合求解后验分布时,因多源信息和现场试验信息的异总体特性而导致的小子样现场试验信息被淹没的问题。以某型火控系统测试性评估为例进行了研究,并与经典评估方法、传统Bayes评估方法进行了比较。结果表明,基于多源信息融合的测试性评估方法所得到的结果更为合理,在处理现场试验信息为小子样的问题时,更具优势。

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搅拌摩擦焊和热处理复合工艺对2219铝合金组织性能的影响

李小霞1，2;黄亮1，2;李建军1，2;王泽宇1，2

中国机械工程. 2017, 28(23): 2880-2888.

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研究了不同时效温度和时间对2219铝合金组织性能的影响,对比了搅拌摩擦焊-固溶-时效、固溶-搅拌摩擦焊-时效、固溶-时效-搅拌摩擦焊这三种复合工艺所得2219铝合金的力学性能。结果表明,2219铝合金最佳时效工艺是180℃/6h,其抗拉强度为386MPa,断后延伸率为24.8%,该工艺所得微观组织中晶界上没有位错和第二相粒子,晶内弥散着细小的θ″相。最佳复合工艺方案为搅拌摩擦焊-固溶-时效,所得2219铝合金抗拉强度为380MPa,断后延伸率为15.4%。该工艺所得焊缝组织晶粒异常长大,薄弱区为热影响区,单向拉伸所得断口的韧窝较大较深,底部存在着第二相粒子。

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TC17钛合金在高温与高应变率下的动态压缩力学行为研究

牛秋林1,3;陈明2;明伟伟2

中国机械工程. 2017, 28(23): 2888-2892,2897.

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采用微型分离式霍普金森压杆实验系统对TC17钛合金在高温、高应变率条件下的动态力学行为进行研究,测试材料的应力应变行为,分析实验温度、应变率和应变对其动态力学性能的影响规律。实验结果表明：当应变率为3000s-1时,TC17钛合金表现出明显的应变硬化效应,但在高温、高应变率条件下其应变硬化效应明显减弱;TC17钛合金具有应变率强化效应,但在温度升高过程中其应变率敏感性随着实验温度的升高而先减小后增大;实验温度对TC17钛合金的动态压缩力学行为的影响非常明显,温度敏感性因子随温度的升高大幅度增大。

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激光烧蚀铝合金表面对其胶接接头耐腐蚀性能的影响

朱传敏1,2;吕珊珊1,2;梅雨1,2;林建平1,2

中国机械工程. 2017, 28(23): 2893-2897.

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采用激光对5052铝合金进行表面烧蚀处理,对其表面物化特性进行观察分析,并测试了其胶接接头在盐雾环境腐蚀后的剪切强度与失效模式。实验结果发现,经激光表面处理后,接头的剩余强度在盐雾环境腐蚀后强度增大了40%,并且失效模式由几乎完全界面失效变成内聚失效。经分析测量,处理后的铝合金表面粗糙度从0.09μm增大到1.77μm,并且在其表面形成了凹凸不平的多孔结构,胶接时发现胶粘剂渗入其中增强了胶接界面的粘接;同时,经过表面元素能谱分析,发现氧元素含量增加,铝合金表面生成氧化铝,也有利于增强铝合金基体的抗腐蚀性能,证明激光表面处理可以提高胶接接头的耐腐蚀性能。

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中国机械工程. 2017, 28(23): 2898.

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2017年, 第28卷, 第23期　
刊出日期：2017-12-10

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