中国机械工程

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李拓, 白鸿柏, 薛新, 吴乙万

中国机械工程. 2019, 30(9): 1009-1017. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.001

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采用拉-压式组合试验工装，以位移控制的加载方式对编织-嵌槽型金属橡胶进行了疲劳试验，研究了常温（25℃）及高温（300℃）环境下编织-嵌槽型金属橡胶在不同加载振幅下的疲劳特性，并通过平均刚度、等效黏性阻尼系数及其损伤因子对构件的损伤演化过程进行了表征。结果表明：编织-嵌槽型金属橡胶构件的疲劳损伤形式表现为磨损、断丝以及塑性变形；构件在各种试验条件下的疲劳过程均可分为刚度强化期和刚度衰减期，而构件力学性能的衰减主要发生在刚度衰减期；温度的升高或振幅的增大均会显著增大构件的积累损伤，进而缩短其使用寿命。

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低附着系数路面车道保持模型预测控制及汽车稳定性控制

汪选要, 程义, 程煜, 叶友东

中国机械工程. 2019, 30(9): 1018-1025. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.002

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提出了车道保持模型预测控制算法。在低附着系数路面上分析了双移线工况下转向角和侧向加速度二次低通滤波之差的峰值与汽车失稳程度之间的关系，基于可测信号（转向角、侧向加速度、横摆角速度和车速）提出了模糊控制算法，设计了汽车稳定性控制器。为了阻止低速和不严重失稳工况下汽车稳定性控制器的误启动，提出了不稳定指标模糊控制算法；为了避免汽车稳定性系数急速减小，设计了稳定性系数保持器。CarSim/Simulink仿真结果表明，在低附着系数路面上所设计的转向控制器和汽车稳定性控制器具有更好的车道保持能力和稳定性。

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基于仿射算术和区间运算的直线与NURBS曲线/曲面求交

池宝涛, 张见明, 鞠传明

中国机械工程. 2019, 30(9): 1026-1033. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.003

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针对直线与参数空间NURBS曲线、直线与NURBS曲面求交问题，提出了一种改进的基于仿射算术和区间运算的直线与NURBS曲线/曲面求交的有效方法。该方法将基于边曲率或面曲率的子域分解方法应用到求交算法中，快速定位预迭代区间，减少不必要的迭代求交判断。与传统区间迭代算法相比，该求交算法为超线性收敛的快速迭代算法，在一定程度上解决了传统区间运算的"保守性"。另外，该方法放宽了对初始区间的要求，减少迭代次数，提高了迭代算法效率。通过计算区间算子判断给定直线与NURBS曲线/曲面有无交点和存在交点时的交点数目，保证了求解交点精度，为解决直线与曲线/曲面多交点判断及内外环或内外域判断等问题提供了有利条件。数值算例验证了该方法的有效性、计算精度和效率。

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差动调速的风电机组传动特性研究

芮晓明, 尹文良

中国机械工程. 2019, 30(9): 1034-1040. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.004

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对差动调速的新型风电机组的传动系统调速原理、总体功率流向及传动效率进行研究。在完成机组传动系统三轴动力学模型的基础上，建立了1.5 MW差动调速风电机组仿真模型，并通过实验验证了仿真模型的准确性。利用1.5 MW仿真模型，对该机组的传动特性进行仿真研究，结果表明：在不同风速条件下，该机组的整体传动效率高，最高可达0.951；调速端功率消耗占同步发电机输出功率的比值小于15.47%，且输出转速稳态最大误差小于1.23%。所研究风电机组的传动性能可以很好地满足实际应用要求。

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腹板-翼缘搭接连接结构钉载分配特性研究

李斌斌, 赵友坤, 刘杰

中国机械工程. 2019, 30(9): 1041-1048. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.005

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以腹板-翼缘搭接连接结构为研究对象，分析了四点弯曲、三点弯曲两种简支形式的钉载分配特性以及不同简支形式对钉传载荷的影响。利用应变电测法测量了平板及上翼缘螺栓连接区的应力分布；采用ABAQUS软件建立了三维有限元实体模型，对螺栓群的钉载分配行为进行了仿真分析。结果表明，四点弯曲试件的钉载分配特性与三点弯曲的钉载分配特性相比存在明显差异：对于四点弯曲试件，平板以及上翼缘处螺栓群的钉载几乎是对称分布的；而对于三点弯曲试件，结构的不对称造成了钉载分布的不对称。此外，无论四点弯曲试件还是三点弯曲试件，对于平板上单侧的螺栓群，钉载分配均呈两边高、中间低的"浴盆状"分布；对于上翼缘连接区的螺栓群，越靠近两工字梁对接面，钉传载荷越小，反之亦然。

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基于状态空间模型的数控机床热误差建模

苗恩铭, 吕玄玄, 魏新园, 宋先进, 董云飞

中国机械工程. 2019, 30(9): 1049-1055,1064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.006

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为了减小机床运行参数变化导致的机床热误差变化对模型预测精度的影响，提出了状态空间建模算法，该算法可根据机床运行参数的变化而自动调整模型，从而使模型对机床运行参数的变化具有良好的自适应性。通过实验比较了模型对机床处于不同条件下的热误差预测精度，并基于状态空间模型在Leaderway V-450型数控机床上进行了平面切削的热误差补偿实验。实验结果表明：与传统热误差建模算法相比较，所提算法的预测精度提高了58.12%，稳健性也得到了有效提升，且实际热误差补偿效果显著。

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超低温微铣削芳纶纤维复合材料表面质量

石文天, 韩冬, 刘玉德, 侯岩军

中国机械工程. 2019, 30(9): 1056-1064. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.007

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在常温与液氮超低温环境下对芳纶纤维增强复合材料进行微铣削对比加工试验，获取不同参数环境下的加工表面质量和铣削力数据。结果表明：超低温铣削加工环境能够对加工材料进行改性，降低强度、韧性等属性，使其易于切削，减少抽丝拉毛缺陷的产生，纤维断屑彻底，有助于获得更加优异的表面形貌。超低温环境充分抑制了烧蚀缺陷的产生，提高了加工表面质量，铣削表面粗糙度可达到2 μm以下。与常温环境相比，超低温加工环境具有以下优势：在较高的进给速度下仍能保持良好的铣削表面质量，可以在保证加工质量的同时，一定程度上提高加工效率；铣削力减小明显，刀具表面磨损较小；改善了芳纶纤维复合材料的铣削加工性能，提高了铣削加工表面质量。

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20CrMn钢双辊薄带振动铸轧第二相粒子析出行为研究

王海军, 孙明翰, 朱志旺, 杜凤山, 许志强

中国机械工程. 2019, 30(9): 1065-1071. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.008

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在自主研发的双辊薄带振动铸轧机上进行了20CrMn钢的振动、非振动铸轧对比实验。对所得铸轧板坯进行了拉伸测试、断口形貌观察、粒子能谱分析，结果显示振动能抑制大尺寸粒子的形成从而促进小尺寸粒子的均匀析出，进而提升铸轧板坯的力学性能。结合初步的第二相粒子动力学分析，提出振动对铸轧板坯中第二相粒子析出的影响机理为：振动对熔池区钢液的扰动作用使合金元素分布均匀，从而抑制其在钢液凝固阶段因局部富集而以大颗粒结晶相析出，并促进其在轧制阶段脱溶析出为小尺寸第二相粒子；合金元素分布于对基体有明显强化效果的小尺寸第二相粒子中，提高了合金元素的使用效率，极大地强化了铸轧板坯的综合力学性能。

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车用轴流风机离散噪声与叶片分布特性研究

钟银辉, 李以农, 高峰

中国机械工程. 2019, 30(9): 1072-1080,1089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.009

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针对轴流风机离散噪声偏大影响汽车总声压级及声品质问题，采用谐波法相关理论，建立了离散噪声与叶片分布特性关系的理论及仿真模型，结合数值计算、仿真分析分别得到了叶片数量和非等间距的分布特性与噪声、流量、效率的关系。研究表明：7叶片风机在噪声、流量、效率方面的综合性能最佳；利用非等间距理论得出的最大调整角为2.406 rad的方案对于不同数量等间距叶片均可达到最优降噪的效果，并且对流量及效率无明显影响，仿真模拟与实验结果验证了这一结论。基于以上研究提出了一种在满足风机流量及效率前提下有效降低离散噪声的新方法，为叶片分布特性的研究提供了参考。

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基于接触应力均化的摆线轮修形方法

丁国龙, 秦园, 明廷伯, 赵大兴, 余运清

中国机械工程. 2019, 30(9): 1081-1089. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.010

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在传统组合修形的基础上，综合分析摆线轮传动精度和齿面接触应力，提出一种基于接触应力均化的摆线轮修形方法。将摆线针轮齿廓传动压力角最小的工作段作为修形量优化的区间，分析所需齿侧间隙，选定合理的转角修形量范围；以转角修形齿廓为目标齿廓，用等距和移距组合修形逼近方法确定相应的等距和移距修形量，并将其代入摆线轮传动受力方程，得到优化区间内同时啮合各齿之间接触应力分布方差；以同时啮合各齿之间接触应力分布方差最小为优化目标，在转角修形量范围内，搜索出最佳的转角修形量以及对应的组合修形量。仿真和试验结果表明，相较于传统方法，该方法能够提高传动精度，并显著改善齿面受力状况，延长摆线轮使用寿命。

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基于可信度因子推理模型的电池组均衡方法

刘征宇, 王雪松, 汤伟, 严鹏

中国机械工程. 2019, 30(9): 1090-1096. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.011

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针对锂离子电池在成组使用过程中出现的电压、容量、内阻等不一致性问题，分析了传统电压均衡策略的优缺点，结合双向Cuk分组均衡器控制简单、均衡能量可双向传输及均衡电流易控制的特点，提出了一种基于可信度因子（C-F）推理模型的分组均衡方法。该方法定义了单体电池的荷电状态（SOC）和端电压的不均衡度，利用C-F推理模型得到了电池组整体不均衡度，通过控制拓扑电路的均衡电流大小和方向减小了电池组的不一致性。对比实验表明，该方法能够有效地减小单体电池端电压和SOC的不一致性，提高电池组的整体能量利用率。

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基于S变换的高速列车小幅蛇行识别方法

宁静, 冉伟, 种传杰, 陈春俊

中国机械工程. 2019, 30(9): 1097-1102,1110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.012

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针对现有的高速列车监测方法没有考虑高速列车振动信号的非平稳特性，从而使得列车出现蛇形失稳现象的问题，提出一种采用S变换的方法对高速列车转向架信号进行处理，进而提取高速列车运行特征。采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）对特征进行训练和识别，结果证明，基于S变换的特征提取方法的识别准确率达到了100%，优于基于小波变换的特征提取方法，从而可以及时预测高速列车的运行状态，保障列车的运行安全。

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基于局部特征的模具数控加工推荐系统

王玮, 王华昌, 陈松威, 李建军

中国机械工程. 2019, 30(9): 1103-1110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.013

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为了实现对已有数控工艺设计成果的有效重用，提出了一种基于局部特征匹配的数控工艺推荐系统模型，该模型利用局部特征级的三维极半径矩结合几何尺寸等其他几何语义信息建立加工几何特征，并对典型局部特征对应的数控工艺信息进行有效组织与表达，构建数控工艺案例库。设计了一种基于综合加权的加工几何特征的相似性度量方法，以此实现局部特征的检索与加工特征的准确匹配，并根据匹配程度定义数控工艺实例复用方法，结合用户加工需求，最终产生合适的数控工艺推荐方案。

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多级仿生建模及优化技术

喻长江, 戴宁, 李大伟, 程筱胜

中国机械工程. 2019, 30(9): 1111-1118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.014

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针对增材制造模型高硬度和高抗断裂韧性不可共存的问题，受自然界多级生物体结构的启发，提出了一种多级晶格结构建模方法。设计了具有一定力学特性的晶格模型族，对多级体空间进行分级填充，采用等值面几何建模算法实现了晶格间的过渡连接与梯度设计；通过图片映射的方法，利用有限元分析结果来驱动晶格结构的孔隙率、尺寸等参数，多次迭代获得满足生物力学特性的模型。试验验证了该方法可以较好地控制多级晶格的弹性模量及其抗断裂韧性。将该方法运用到牙齿的设计中，取得了良好的效果。

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内燃机增材再制造修复技术综述

李方义, 李振, 王黎明, 李剑峰, 李燕乐, 鹿海洋, 商建通

中国机械工程. 2019, 30(9): 1119-1127,1133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.015

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阐述了激光熔覆、冷焊、热喷涂与电刷镀等增材修复技术的原理，重点介绍了增材修复技术在内燃机关键零部件再制造修复方面的研究应用进展，总结了曲轴、连杆、缸体等关键零部件的再制造修复方法，指出了激光熔覆、冷焊、热喷涂及电刷镀技术未来研究的重点，展望了内燃机增材再制造修复技术未来的发展趋势。

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3D打印正在颠覆我们的时代——解读《大颠覆--从3D打印到3D制造》

邢泽华, 陈蓉, 单斌

中国机械工程. 2019, 30(9): 1128-1133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.09.016

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2019年, 第30卷, 第9期　
刊出日期：2019-05-10

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