留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

在线生产系统

主管:中华人民共和国工业和信息化部

主办:西北工业大学主办

收录: 中国科学引文数据库(CSCD) 中文核心期刊要目总览(北大核心) 中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊)

联系:029-88493054mst@nwpu.edu.cn

优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。本栏目内容尚未正式出版,未经编辑部许可,不得转载。
显示方式:
EWT-多尺度模糊熵-VPMCD融合算法的轴承故障识别分类应用
车守全, 江伟, 包从望, 朱广勇
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200230
摘要(418) HTML(15) PDF 2546KB(131)
摘要:
针对振动信号提取轴承故障特征及识别分类的研究方式,提出了一种结合EWT-多尺度模糊熵-VPMCD的方法。首先,运用经验小波变换提取振动信号的模态分量。其次,引入信息论中的模糊熵算法,并加以多尺度粗粒度划分得到多尺度模糊熵特征描述。然后,用VPMCD对特征向量进行自适应选择预测模型训练。最终通过实验表明:模态分量多尺度模糊熵能够有效描述故障特征;VPMCD在少训练样本情况下获得了最低90%的分类准确率,相较一些常用的分类方法有着更好的性能表现。
超声雾化辅助切削钛合金的表面质量和刀具磨损
黄丙琪, 孟建兵, 胡益忠, 栾晓声, 董小娟, 徐汝锋
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200222
摘要(25) HTML(16) PDF 16433KB(46)
摘要:
为了减轻钛合金干式切削时的刀具磨损,提高试件表面质量,提出了一种水基切削液超声雾化辅助切削的方法。首先,以TC4钛合金为切削对象,进行了钛合金干式切削试验。然后,以纳米级水溶性油基切削液与去离子水混合后形成的乳化液为雾化介质,由超声雾化器转化为微小液滴并作用于刀工界面,进行了超声雾化辅助切削试验。最后,对比分析了超声雾化辅助前后,TC4工件表面粗糙度、刀具磨损、元素扩散和切屑形貌等情况。实验结果表明:与干式切削相比,超声雾化辅助切削后的钛合金表面粗糙度降低47.6%、后刀面刀具磨损值最大降低36 μm、刀具表面Ti、O元素含量分别从78.72%、6.32%减少到75.49%、1.85%。
转子式高压供油泵凸轮轴全周期扭矩计算方法
杨显锋, 王敏, 武文佳, 姜伟, 李汝宁
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200221
摘要(36) HTML(13) PDF 1270KB(8)
摘要:
为提高高压共轨系统常用的转子式高压供油泵峰值扭矩的计算准确性,提出一种凸轮轴全周期扭矩计算方法。计算包含柱塞的液压力、摩擦力、弹簧力和惯性力,根据座圈所受的合力方向,在偏心轮坐标系中确定座圈与偏心轮接触点的位置,并通过坐标变换,得到凸轮轴坐标系下该接触点的坐标,进而计算出不同转角下的凸轮轴扭矩。当只考虑柱塞所受的液压力时,该方法与常用的流量倒推法计算结果相同。计算结果表明,高压供油泵的峰值扭矩可按流量倒推法结果的1.3倍计算;当理论排量和供油压力一定时,峰值扭矩随柱塞直径的增大小幅增大、随着柱塞个数的增多而降低,但柱塞数超过3时,数量增多对峰值扭矩降低的效果减弱。
先进高强钢DP780板料温成形本构参数识别
王凯迪, 李迪, 冷杨松, 付秋涛, 徐家川, 姜宁
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200232
摘要(44) HTML(18) PDF 742KB(2)
摘要:
先进高强双相钢板料温成形的本构模型参数识别,是提高塑性变形行为仿真准确度的关键。通过建立基于拉丁超立方抽样法和Spearman秩相关性分析法的本构模型参数敏感度分析方法,进而实现了参数敏感度的整体性分析。然后结合敏感度分析结果、DP780钢单向拉伸试验以及拉伸过程有限元模拟,构建了不同温度下的距离函数和材料本构参数之间的响应面模型。将本构参数识别问题归结为求解最小距离函数问题,利用遗传算法进行优化计算,最终获得了不同温度下的DP780钢井上胜郎本构模型参数。结果表明,建立的本构参数识别方法较好地满足本构模型精度要求。
降低制动摩擦振动的制动器结构拓扑优化设计
袁琼, 唐鹏, 李仕生
当前状态:  doi: 110.13433/j.cnki.1003-8728.20200227
摘要(29) HTML(10) PDF 4854KB(3)
摘要:
本文建立起某车型盘式制动系统三维有限元模型,分析了该制动系统的摩擦振动噪声特性,并基于ABAQUS/Optimization模块对该制动系统进行结构拓扑优化设计,在满足轻量化的目标要求下改善摩擦振动噪声问题。结果表明:制动系统在摩擦力作用下可能出现四种振动模态,且产生频率为3 632.4 Hz的振动噪声的倾向和强度最大。产生该频率摩擦振动噪声的原因是由于制动钳的第4阶模态频率与制动盘的第11阶模态频率非常接近,在摩擦力作用下容易产生共振。通过对制动钳进行结构拓扑优化设计,移除制动钳两侧区域的材料,使其在满足重量最小的目标前提下将第4阶模态频率降低到2 804 Hz,从而避免与制动盘发生共振,且制动钳的重量减轻了17.1%。进一步采用复特征值分析对结构优化后的制动系统进行摩擦振动噪声特性预测,结果表明制动系统仅有两组相邻模态出现模态耦合现象,且原始制动系统出现的3 632.4 Hz的振动噪声频率已经消失,制动系统摩擦振动噪声问题得到显著改善。
入口结构对粒径重构旋流器分离性能影响分析
马骏, 何亚其, 白健华, 孙超, 赵宇, 杨磊, 张爽, 宋民航
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200231
摘要(88) HTML(10) PDF 14820KB(1)
摘要:
为提高水力旋流器对细小油滴的分离效率,对旋流器入口结构进行分析,发现弯管形式入口对不同粒径油滴具有重构和聚结的功能,即不同粒径油滴经弯管入口后分布在入口截面的不同位置,结合弯管入口结构设计了一种可实现油滴粒径重构的油水分离旋流器。采用群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟油滴破碎与聚结,对粒径重构旋流器内部流场特性进行数值模拟。对比分析了旋流器在不同角度弯管下的油滴粒度、湍动能、速度、油相体积分数及分离效率变化情况,并开展了室内试验。结果表明:粒径重构旋流器能够提高对细小油滴的分离效率,且180°弯管下分离性能最佳,旋流器总体效率达到97.31%,相对于优化前的旋流器提高了2.85%,内外层入口处油滴粒径分别达到0.36 mm和0.33 mm,呈现出较好的聚结效果。数值模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数值模拟的准确性及优化结构的高效性。
接触载荷对铝合金隔水管摩擦学性能的影响
毛良杰, 何鑫, 蔡明杰, 王国荣
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200228
摘要(26) HTML(4) PDF 10962KB(0)
摘要:
通过用7075铝合金销盘和G105钢销钉在UTM摩擦试验机上研究了的实验接触载荷对铝合金隔水管摩擦学性能的影响机理。结果表明:随着接触载荷增加,摩擦系数先大幅减小后略有增大;磨损率先缓慢下降再急剧上升;在10~30 N接触载荷下,主要磨损机制为磨料磨损;在50 N接触载荷下,主要磨损机制为氧化磨损;在70 N接触载荷下,主要磨损机制为分层磨损;50 N为由轻微磨损向严重磨损转变的临界载荷。研究证明了在铝合金隔水管的运用过程中,应该避免高载接触引发严重磨损而导致材料失效。
主动悬架的二阶滑模容错控制研究
孙晋伟, 刘秋, 顾亮
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200219
摘要(82) HTML(23) PDF 4597KB(3)
摘要:
针对主动悬架执行器故障,基于终端滑模和二阶超螺旋滑模算法,研究不同路面激励及不同执行器故障下悬架系统特性,实现主动悬架容错控制的目的。首先建立了七自由度悬架模型和非线性液压执行器模型,将悬架系统分为簧载质量运动的内部动力学和含有执行器子系统的外部动力学;然后引入非奇异快速终端滑模控制器来抑制簧载质量运动加速度,并利用超螺旋滑模控制器来跟踪终端滑模产生的期望控制力,使主动悬架在外部干扰及执行器故障工况下仍能保持期望性能;最后利用Lyapunov方程证明了超螺旋滑模控制器的稳定性。仿真结果表明:控制算法能有效提升车辆振动系统的性能;相比于传统的H控制,二阶滑模能更有效地提升系统的可靠性。
均匀T网格样条曲面的半规范局部细分算法
胡海涛, 纪小刚, 张溪溪, 栾宇豪, 张建安
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200229
摘要(30) HTML(8) PDF 2081KB(1)
摘要:
为解决T样条曲面造型中控制点插入的半规范问题,提出了一种基于均匀T网格样条曲面的半规范局部细分算法。首先根据T样条曲面定义,将B样条曲面转换为均匀T网格样条曲面;然后在任意单一网格上进行控制点插入,或将网格进行嵌套细分。为满足曲面局部特征细分要求,建立超定方程组,用神经网络求解额外系数,添加于特定控制点上,以保证T样条曲面的半规范性;最后,通过额外系数计算新的混合函数,并构造最终曲面。并通过实例证明该算法的可行性,与现有的T样条的相比,曲面在达到相同精度时,该算法减少了多余控制点。
10支链Stewart衍生型并联机构的位置正解及工作空间
叶鹏达, 尤晶晶, 仇鑫, 王林康, 茹煜
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200220
摘要(44) HTML(16) PDF 3231KB(2)
摘要:
冗余驱动具有刚度大、承载能力强和运动特性好等优点,设计了10-6、10-5两类构型的10支链Stewart衍生构型,构建了一种数值法和解析法相结合的位置正解半解析算法,并分析了两类构型的工作空间。通过引入虚拟支链,两类构型可进一步衍生为同一种12支链台体型拓扑构型。推导了12支链构型的协调方程,并运用Newton-Raphson法得到虚拟支链的数值解;构建了12支链构型位置正解的全解析数学模型。进一步的,运用区间分析法研究了两类构型的位置工作空间和姿态工作空间,结果表明,10-5构型的工作空间较规则,且具有良好的对称性。研究结论为后续的奇异位形分析和结构参数优化奠定了理论基础。
几何参数对微型压缩机柔性板弹簧性能影响
周伟楠, 朱海峰, 陈雷, 丁磊, 刘少帅, 蒋珍华
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200217
摘要(74) HTML(11) PDF 921KB(4)
摘要:
板弹簧技术是线性压缩机驱动的微型斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。本文中设计了3款不同形式的微型压缩机用柔性板弹簧,并基于有限元法展开了不同板簧厚度、涡旋槽宽度、涡旋臂数目这3个几何参数对板弹簧性能的影响分析,最后总结出几何参数对板弹簧性能影响规律。
轴套长度对被连接件压缩变形体形状影响的研究
车承牮, 阳光武, 肖守讷, 朱涛, 杨冰, 柯新
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200215
摘要(35) HTML(14) PDF 3933KB(5)
摘要:
螺栓连接结构在其夹紧区域内压缩变形量的计算会受到压缩变形体形状的影响。为了探究更适宜的压缩变形体等效方式,基于压应力4次分布理论修正了与轴套接触的被连接件内压缩变形体的最小外径,得到被连接件轴向压缩变形量的修正解析式。对有限元仿真的节点应力进行曲线拟合和数值积分计算,得到螺栓的轴向压缩变形量。结果表明:螺栓连接结构夹紧区域内压缩变形体为平头圆锥、圆柱与双平头圆锥的组合形式更为恰当,与轴套接触的被连接件内压缩变形体的最小外径修正为轴套外径与螺栓头支承面直径平均值的1.4倍时,其相对误差不超过7.49%;采取正确的压缩变形体等效方式并引入被连接件压缩变形体最小外径的修正有利于计算含有轴套的螺栓连接结构的轴向压缩变形量。
超临界CO2透平机主轴冷却装置静动态特性分析
郑培培, 李伦, 李济顺, GurgenciHal, 李俊, 陈稳, 许世钰
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213
摘要(62) HTML(11) PDF 2329KB(1)
摘要:
以超临界二氧化碳(SCO2)透平机主轴冷却装置为研究对象,基于流体域圆柱曲面展开法建立了流体域压力分布的数学模型,推导出压力分布及承载力的函数表达式;采用CFD分析方法,针对进气压力、主轴转速、偏心率等不同条件下的流场压力、承载力、刚度进行了分析研究。研究结果表明:主轴低速对气膜压力影响极小,轴向压力以冷却装置轴向中心截面呈对称分布;相同偏心率下,承载力随进气压力的提高而增大;进气压力恒定条件下,气膜承载力随偏心率的增大逐渐增大;冷却装置刚度与偏心率呈非线性关系,随偏心率的增大,冷却装置刚度增大,到达极值点后开始减小,极值点出现在偏心率0.35位置。
全激励FE-SEA法在驾驶室噪声预测中的应用
王洪龙, 高云凯
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200224
摘要(66) HTML(9) PDF 2977KB(3)
摘要:
根据某型挖掘机驾驶室噪声的频谱特性,确定其主要噪声成分为中频噪声。为了准确模拟该噪声水平,采用有限元-统计能量混合分析方法,建立FE-SEA仿真模型;通过计算,获取子系统的模态密度、内损耗因子及耦合损耗因子。利用试验方法测量驾驶室外声场的声压数据及悬置振动数据,作为激励施加在混合模型的相应子系统上。仿真计算驾驶室内部噪声,在200 ~ 1000 Hz中频范围内仿真误差仅为2.38%,验证了混合模型的准确性以及FE-SEA方法对中频噪声问题的适用性。据此结果,进一步分析驾驶室板件的噪声贡献度,找到驾驶室的声学薄弱部位,为优化改进指明方向。
海底电缆张力弯曲试验装置结构受力有限元分析
乐彦杰, 郑新龙, 黄崇武, 吕安强, 卢正通, 敬强
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200226
摘要(49) HTML(15) PDF 4255KB(3)
摘要:
为了测试在大拉力载荷下,海底电缆张力弯曲试验装置是否能正常工作,本文利用有限元分析方法对鼓轮与海缆进行了建模与仿真,并对整个有限元模型进行了应力、应变和位移分析。结果表明,该张力弯曲试验装置在2×106 N的拉力载荷下,应力最大值达到1.05×108 Pa,并未超过碳钢的屈服强度,没有发生大变形,能够正常工作,装置设计方案合理。
OpenSim环境下人体下肢行走生物力学特性研究
郭超, 何育民, 孙朝阳, 汪朝晖
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200225
摘要(76) HTML(35) PDF 2528KB(10)
摘要:
为了分析人体以不同速度和不同负重行走工况下的下肢生物力学特性,基于生物力学分析软件OpenSim建立一种人体下肢肌肉骨骼模型。利用逆向动力学,以地面支反力和运动控制点坐标为驱动,完成了人体以不同速度和负重工况下的步态行走仿真。得到人体以相同速度不同负重和相同负重不同速度行走工况下,踝关节、膝关节和髋关节的力矩变化曲线,分析了行走速度和负重与关节力矩之间的变化关系,得出行走速度和负重与关节力矩的变化呈正相关关系;给出了比目鱼肌、腓肠肌和胫骨前肌的肌肉活性变化曲线,讨论了行走速度和负重与肌肉活性之间的联系,得出肌肉活性随着行走速度和负重的增加而增加。
纳米粉体连续高压分散装置的特性研究
袁方洋, 崔政伟
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190270
摘要(950) HTML(15) PDF 1230KB(6)
摘要:
搭建了一种超微颗粒连续分散装置,实验发现纳米颗粒经连续喷射分散可被分散至初级粒径范围。为探讨该装置的机理及高压分散特性,数值模拟了纳米粉体的二级喷射分散过程。结果表明,数值与实验结果的压力动态曲线相符,颗粒数密度沿流动方向降低,实验数据较模拟结果更低。颗粒高压分散的喷嘴不宜过长,以避免颗粒在喷嘴内流动过程中再次团聚,喷嘴长径比在2.5左右可在射流出口产生最大的剪切率,获得最佳的颗粒分散效果。
改进的交互式卡尔曼滤波对雷达数据处理技术研究
刘全周, 贾鹏飞, 李占旗, 王启配, 王述勇
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200111
摘要(141) HTML(13) PDF 5156KB(13)
摘要:
为了减少车载毫米波雷达数据中的噪声影响,本文采用了改进的交互式卡尔曼滤波算法对采集数据进行了处理,得到了目标运动状态的最优值。依据目标车辆的运行轨迹构建了运动状态方程,确定了不同状态下的状态矩阵和观测矩阵,同时设计了交互式多模型滤波器,借助于dSPACE场景仿真软件建立了虚拟交通场景,利用硬件在环技术实现了运动目标的数据采集,分析计算了雷达数据噪声,在滤波过程中,利用遗传算法对过程噪声和量测噪声进行在线优化,得到噪声的最优组合。通过激光雷达对目标的探测结果对算法的滤波性能进行了验证,滤波算法求得的数据平均误差小于0.1 m,对数据的噪声起到一定的抑制作用,提高了对目标车辆的定位与追踪能力。
缝纫机器人工作空间分析
王晓华, 王育合, 王文杰, 王进, 陶庆
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190260
摘要(86) HTML(26) PDF 1176KB(9)
摘要:
为确定符合缝纫机结构条件的缝纫机器人工作空间,提高机器人缝纫作业前的规划效率,应用旋量法建立运动学模型,并使用Adams软件验证了所建运动学模型的正确性。采用蒙特卡洛法结合控制变量法分析具有区域限制性的工作空间,确定出机器人各关节在实际工作环境中最佳的转角范围。利用MATLAB仿真得到机器人自由与受限情况下的工作空间云图,对比结果表明所确定的关节转角范围满足机器人实际的工作空间要求。
4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化
张春燕, 谢明娟, 卢晨晖
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
摘要(79) HTML(17) PDF 1944KB(9)
摘要:
为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和“全姿态”滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。
改进狼群算法的SCARA机械臂自适应迭代学习控制
张长胜, 马泽楠, 李宽, 陈标发, 李伟, 杨俊
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190227
摘要(96) HTML(58) PDF 1508KB(3)
摘要:
针对减小机器人重复运动的位置、速度跟踪误差的问题,给出一种基于狼群算法优化的机械臂自适应迭代学习控制策略。根据SCARA(Selective compliance assembly robot arm)机械臂驱动方程,设计动力学系统的迭代学习控制律。引入自适应步长的狼群算法,使狼群能够根据猎物气味浓度动态调整移动步长,提高了算法的收敛速度和精度。该策略对机械臂控制器参数KPKD进行寻优时,得到了良好的控制效果,实现了对期望轨迹的有效跟踪。实验结果表明,该算法灵活性好,对系统期望轨迹具有较高的跟踪精度,有效降低了双关节机械臂的位置、速度跟踪误差,具有较强的可行性与有效性。
转子调磁式磁力齿轮设计与分析
李开元, 朱姿娜, 吴鹏, 吴迪
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
摘要(137) HTML(15) PDF 1496KB(8)
摘要:
针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。
机械动力学
计及接触线脉动风激励的受电弓主动控制研究
王英, 焦玉伟, 陈小强
2021, 40(8): 1149-1157.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200192
摘要(0) HTML(2) PDF 3418KB(1)
摘要:
针对外部环境脉动风激励对弓网耦合系统动态耦合性能造成的影响,提出了一种受电弓变论域模糊分数阶PID主动控制方法。修正了脉动风激励下的简化弓网模型,分析了脉动风激励在接触线产生的抖振力,得到了不同风攻角和风速下的弓网系统接触压力。将接触压力误差及误差变化率作为变论域模糊分数阶PID控制的输入,实时调整PID参数。利用论域伸缩因子调整模糊控制论域,提高了模糊控制精确性。利用Oustafod滤波器有理化了分数阶微积分算子,提高了PID控制器灵活性。仿真结果表明,设计的控制器在脉动风环境下能有效减小接触压力波动,降低弓网离线率,提高了系统的鲁棒性。
改进三次样条插值在机械臂轨迹规划中的应用
刘宝, 狄鑫, 韩丽华
2021, 40(8): 1158-1163.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200196
摘要(0) HTML(1) PDF 2198KB(0)
摘要:
针对传统三次样条插值在机械臂轨迹规划过程中关节轴易产生残余振动的问题,提出了一种三阶导数连续的改进三次样条轨迹规划方法。该方法在每一个三次样条插值的分段区间内都加入了一个修正因子,在第一个分段区间内的修正因子是五次修正函数,使关节轴起始加速度为零,其余分段区间均为六次修正函数,使关节轴运动轨迹的三阶导数连续和终止位置的加速度为零。本文对六关节轴机械臂选取了20个节点进行轨迹规划仿真,结果表明改进的样条插值方法在机械臂轨迹规划中得到了连续的三阶导数轨迹,有效减小了关节轴的残余振动。
一种表面微观形貌的主动重构方法
周炜, 肖罡, 唐进元
2021, 40(8): 1164-1170.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200200
摘要(0) HTML(1) PDF 3450KB(2)
摘要:
基于随机过程理论对机械零件表面微观形貌重构,所得形貌在全局上满足高度与自相关两统计分布,但不能对局部形貌进行预测与控制,给界面性能有效预测带来了困难。针对此难题,提出基于高度与自相关分布等效原理,以兴趣点作为目标点、兴趣点相邻点作为普通点,以目标表面斜率、曲率等为约束条件,通过交换目标点高度、对普通点进行高度重排,实现对随机形貌样本的主动重构。研究了两种具体实施算法及其效果,展示了所提方法在接触分析中的潜在应用。
机械臂的改进固定时间滑模控制方法设计
吴定会, 肖仁, 欧阳洪才, 张秀丽
2021, 40(8): 1171-1176.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200247
摘要(0) HTML(0) PDF 1987KB(0)
摘要:
当机械臂末端对给定轨迹进行跟踪控制时,跟踪误差收敛速度容易受初始跟踪误差大小的影响,针对这一问题设计了一种适用于机械臂模型的改进固定时间滑模轨迹跟踪控制策略。在快速终端滑模面的基础上,设计了一种固定时间滑模面,从而使得控制器具有固定时间收敛特性并给与证明;针对滑模控制伴随抖震的特性,对滑模控制器的趋近律进行了抑制抖振的改进,使得趋近律具有一定的自适应性。通过对二自由度机械臂的仿真实验,验证了在系统含有未知扰动的情况下,设计的改进固定时间滑模控制器能够在固定时间内使得机械臂末端轨迹跟踪误差快速收敛,且通过控制器参数的调整能够达到更快的收敛速率。通过仿真对比,验证了论文设计方法的收敛速率要快于快速终端滑模控制方法。
2-SPR/RCU并联机构的运动性能与灵巧度分析
王庆峰, 李虹, 王新宇, 路伟笑, 马春生
2021, 40(8): 1177-1185.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200321
摘要(0) HTML(0) PDF 2929KB(0)
摘要:
对一种自由度为2R1T的新型非对称并联机构2-SPR/RCU进行性能分析,判断其能否应用于医疗康复领域。首先采用闭环矢量法算出该机构的运动学反解,并利用粒子群算法验证了结果的正确性;接着利用一阶影响系数法求出其速度关系式及速度雅可比矩阵,并应用ADAMS软件进行了运动性能仿真分析,其仿真出的位移、速度、加速度变化曲线光滑平稳;最后以局部条件数LCI为评价指标对灵巧度进行了分析,得到了该机构关于局部条件数LCI的灵巧度性能图谱。结果表明,该机构的运动性能与传递性能优良,在精度要求高、位置累计误差要求小的医疗康复领域具有一定的应用前景,具体为一种人体颈椎康复机构。
动力稳定装置道床耦合系统动态特性理论模拟与试验研究
李佳奇, 王立华, 严波
2021, 40(8): 1186-1192.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200195
摘要(0) HTML(0) PDF 2349KB(0)
摘要:
针对动力稳定装置与轨道复杂的耦合特性,基于键合图理论建立动力稳定装置-轨道耦合系统。为更加贴切动力稳定装置的实际工作状态,对动力稳定装置持续作业期间的自由度问题,轮轨间Hertz非线性接触特性与轮轨接触角度问题以及轮轨间间隙传动问题做出具体分析。并结合键合图理论与Euler梁理论建立动力稳定装置与轨道耦合系统完整的键合图模型。经动力稳定车现场作业试验数据计算机仿真结果在时域与频域上对比分析,验证理论模型的正确性,可以被应用于不同激振频率的动力稳定装置动态特性分析。
单闭链全R副多模式全向地面移动机器人
蒋新星, 张春燕, 刘香玉, 卢晨晖
2021, 40(8): 1193-1203.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200201
摘要(0) HTML(0) PDF 5939KB(0)
摘要:
为解决移动机器人运动过程中因翻倒、失稳而失去运动能力的问题,提出一种具有可变形结构的多模式全向地面移动机器人。以单环全R闭链为单元,通过分时控制其转动副可实现三方向几何变形,使两闭链正交形成的4-RRRRRR并联移动机器人具有四种不同滚动模式,且各模式可相互切换,机器人运动过程中一旦翻倒、失稳,可变形为其他模式继续移动。通过对机构进行自由度、步态规划、运动可行性分析及各模式虚拟样机仿真,结果表明,机器人可实现各运动模式且能在各模式间相互切换,并具有良好的越障能力。
柴油机抗结晶短距螺旋混合结构设计与研究
侯晓澄, 张超锋, 卢凯
2021, 40(8): 1204-1209.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200208
摘要(0) HTML(1) PDF 3671KB(0)
摘要:
以尿素为还原剂的选择性催化还原技术在处理柴油机尾气中的氮氧化物有较好的应用,但结晶问题始终存在。为有效解决尿素结晶问题,设计了一款新型短距螺旋混合结构。首先通过仿真来对新旧混合器结构的尿素分解能力和抗结晶性能进行分析。其次,进一步对新型混合器结构的结晶性能进行实验验证。结果表明新型混合结构能有效提高抗结晶性能,同时还具有较高的无结晶风险尿素临界喷射量。
碟形弹簧低温特性曲线测试与研究
邹大军, 马斌, 马东平, 孟礼成
2021, 40(8): 1210-1213.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200203
摘要(0) HTML(0) PDF 2074KB(0)
摘要:
为满足低温风洞设计与选型需要,研究了温度为110 K条件下碟形弹簧的特性曲线。通过有限元分析,确定了试验方案;以电子万能试验机为基础,设计构建了具有保温功能的低温测控试验平台;测量获得了几种碟形弹簧在常温与低温条件下的特性曲线。试验结果表明,加载时碟形弹簧的低温负荷较常温负荷更大,卸载时碟形弹簧的低温负荷先高于后低于其常温负荷。为碟形弹簧在低温风洞及其它低温环境中的应用提供了依据。
应用卡尔曼滤波的激振力时域识别方法研究
马也驰, 刘晓昂, 周志革
2021, 40(8): 1214-1224.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200211
摘要(0) HTML(0) PDF 2544KB(0)
摘要:
激振力识别属于结构动力学中的第二类反问题,为识别振动系统的激励力,本文基于卡尔曼滤波器和最小方差估计的方法,分别建立了以系统位移和加速度为输入参数的激振力时域识别方法。推导了两种方法的识别公式,并对两种方法的识别结果和识别结果的稳健性进行了仿真分析。仿真结果表明,两种方法对噪声方差初值的设定均不敏感;以加速度幅值为输入的方法识别精度优于以位移幅值为输入的方法;以位移幅值为输入的方法识别结果稳健性较好。最后采用力锤敲击试验验证了识别方法的有效性和精度。
保险杠动态谐振机理分析和怠速抖动控制研究
展新, 许恩永, 何水龙
2021, 40(8): 1225-1232.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200198
摘要(0) HTML(0) PDF 4021KB(0)
摘要:
针对某型商用车保险杠怠速异常振动问题,研究了保险杠结构特性和动态谐振响应机理, 通过拆除试验和关联振动传递路径上的振动数据提取分析,确定了保险杠异常抖动原因。基于偏频隔振和减振设计指标分析,对保险杠结构进行适应性改进设计,以增强保险杠结构的避频解耦和振动能量损耗能力。开展保险杠结构模态分析和实车试验,结果表明改进后共振频率偏移显著且保险杠各测点振动响应衰减明显,验证了方案的有效性和模型准确性。
精密制造与加工
多传感器信息融合的滚动轴承振动性能研究
米月花, 霍国涛
2021, 40(8): 1233-1239.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200197
摘要(0) HTML(0) PDF 3574KB(0)
摘要:
在变工况和多传感器条件下,分析滚动轴承振动性能的主要影响因素并进行排序。对采集到的数据样本进行均值归一化处理,运用最大熵法计算归一化样本的概率密度函数;基于概率密度函数交集法,求解载荷、转速等数据样本与振动数据样本的概率密度函数的重合面积;融合灰自助法和最大熵法,分析4个工位温度数据样本对轴承振动性能的综合影响度,最终求解出滚动轴承振动性能的主要影响因素。试验研究结果表明,滚动轴承C276909NK2W1在服役过程中,径向载荷、轴向载荷、转速和温度对其振动性能的影响度分别为0.744 6、0.291 0、0.290 3、0.243 6,即该轴承的振动性能的主要影响因素为径向载荷,然后依次为轴向载荷、转速和温度。
慢走丝电火花线切割加工钨钢刀具实验研究
杨盼盼, 王燕青, 马虎亮, 贾建宇, 杨胜强
2021, 40(8): 1240-1246.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200202
摘要(0) HTML(0) PDF 7508KB(0)
摘要:
在慢走丝机床加工平台上搭建了由伺服控制系统控制的主轴系统,进行了刀具的制作研究。通过实验研究了三种不同加工路径、加工路径不同分段进给速度对刀具制作效率的影响,研究不同平移距离对刀具球头形状的影响,通过实验研究刀具削边加工路径对球头直径的影响并分析了原因。分析了加工过程中效率和精度优化的原因。通过本文的研究所搭建的加工平台和加工策略为加工微小型刀具提供了一种方法,加工效率和加工精度的改善为此类刀具制造提供了方法借鉴。
双排孔静压止推气体轴承的静动态特性研究
刘锐, 吴星宇, 刘鑫莲, 钟良
2021, 40(8): 1247-1256.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200204
摘要(0) HTML(0) PDF 5927KB(0)
摘要:
针对双排孔供气的静压止推气体轴承,设计周向环形均压槽以提高轴承的承载力和静刚度,建立气膜模型并对其进行Fluent仿真,研究其结构参数对静态特性的影响规律。仿真结果表明:当气膜厚度h=10 μm时,供气孔数n=16,孔排间距△d=25 mm,外、内径比值C=4.0,均压槽槽宽d1=6 mm,槽深h1=0.02 mm,节流孔孔径d2=0.11 mm,孔深h2=1.4 mm时能保证轴承获得较好的静特性。采用稳态与瞬态仿真结合的方法,分析承载面做谐振动时,得到不同过渡尺寸下的承载力响应曲线和对振幅的影响规律。仿真结果表明:在相同的载荷变化下,增大d1、减小h1、减小d2、增大h2均能在一定程度上抑制微振动的振幅,从而提高轴承的稳定性。
SPA散布熵和GK聚类相结合的滚动轴承故障诊断
葛红平, 刘晓波, 熊小明
2021, 40(8): 1257-1263.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200199
摘要(0) HTML(0) PDF 2825KB(0)
摘要:
为充分利用振动信号的特征信息进行故障辨识, 提出一种平滑先验分析(SPA)散布熵和GK聚类相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先对滚动轴承振动信号进行SPA分解得到趋势项和波动项; 然后分别计算趋势项和波动项的散布熵值构建特征向量; 最后将特征向量输入至GK分类器中进行聚类识别。将该方法应用到不同工况下的滚动轴承实验数据中, 分析结果表明, 与传统的基于经验模态分解(EMD)散布熵和GK聚类的故障诊断方法相比, 所提方法能够更加准确地实现轴承的故障判别。
仪器、仪表科学与技术
一种四稳态数字执行器阵列的基因遗传优化设计
呼延鹏飞, 代海风, 黄雨霖, 李鹏超
2021, 40(8): 1264-1271.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200440
摘要(0) HTML(0) PDF 2327KB(0)
摘要:
为了满足四稳态数字电磁执行器阵列具有稳定、独立性及均一性的紧凑化设计需求, 提出了一种基于基因遗传算法的多目标优化设计方法。应用MATLAB建立了执行器阵列的静态磁场分析模型, 并将其用于优化阵列, 使用单目标遗传算法和多目标遗传算法分别对执行器阵列进行了优化并进行优化数据对比, 最后确定了执行器阵列的最终优化设计参数。优化结果表明: 与现有的执行器阵列相比, SRZ目标值提高了38.33%, IF目标值将低了5.78%, VF目标值降低了1.08%。
运载工程
磁致伸缩材料驱动的电静液作动器设计方法及性能研究
李波, 张烨恒, 舒亮, 朱彦超, 邓宏碧
2021, 40(8): 1272-1278.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200206
摘要(0) HTML(0) PDF 3171KB(0)
摘要:
M-EHA(Magnetostrictive electro hydrostatic actuator)是以GMM材料为驱动元件的一种适用于多应用场合的电静液作动器, 其性能影响因素较多, 理论分析较复杂。为能够对时间域下作动器的动态输出位移进行研究, 提出了一种新型的M-EHA的设计方法并研制了原理样机; 针对作动器试验测试过程中所涉及的相关要求, 对作动器相关结构进行了优化设计, 搭建了实验平台; 提出了一种新型的簧片阀腔体结构, 能够有效提高整个阀门性能; 设计了一种球头螺栓式预应力施加装置, 既保护了驱动单元, 又能够测试M-EHA在不同预应力下的输出性能; 在不同工作频率下对M-EHA的输出位移特性进行了试验研究, 在不同的偏置压力下对作动器的输出速度特性进行了试验研究。
车轮扁疤状态下的铁路货车动力学表征研究
丁春嵘, 彭莘宇, 汪群生
2021, 40(8): 1279-1284.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200205
摘要(0) HTML(0) PDF 2083KB(0)
摘要:
为研究货车车轮扁疤状态下的动力学表征, 为车轮扁疤的间接识别提供理论支撑, 建立了配置有转K6转向架的C80铁路货车动力学模型, 并推导了扁疤对钢轨的垂向冲击力公式及振动加速度公式, 研究了车轮扁疤故障状态下的车轮轮轨力响应、承载鞍振动响应情况, 并分析了故障状态下车轮扁疤长度与轮轨垂向力对应关系, 为扁疤的故障检测和识别提供基础支撑。结果表明: 扁疤故障状态下, 轮轨垂向力与扁疤长度呈正比例关系, 且轮轨力最大值随车辆运行速度增大而呈现先增大后缓慢减小的趋势, 承载鞍振动加速度变化趋势与轮轨垂向力基本保持一致。
多种代理模型在汽车座椅轻量化设计中的应用研究
龙江启, 胡俊
2021, 40(8): 1285-1292.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200194
摘要(0) HTML(0) PDF 2625KB(0)
摘要:
针对汽车座椅传统轻量化方法存在计算周期长, 提出一种基于多种代理模型的汽车座椅轻量化设计方法。首先, 建立某乘用车座椅子系统碰撞台车试验的仿真模型, 并经台车试验验证。然后, 结合优化拉丁超立方试验设计, 以6个座椅部件厚度和3种材料类型为设计变量, 通过多种代理模型对样本点进行近似拟合。最后, 以质量最小、1阶频率最大为目标, 以假人最大下潜量、靠背转角为约束, 采用粒子群算法进行多目标优化。结果表明: 相比Kriging代理模型优化结果, 基于多种代理模型优化, 汽车座椅多减重0.74 kg, 提高了36%, 1阶模态频率提高1.39 Hz, 计算周期缩短80%。
材料科学
壁面开孔蜂窝结构异面压缩的力学性能研究
龚曙光, 肖前程, 谢桂兰
2021, 40(8): 1293-1298.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200193
摘要(0) HTML(0) PDF 2256KB(0)
摘要:
为探讨壁面开孔蜂窝在准静态异面压缩下的平均压缩应力, 基于简化的超折叠单元理论, 以开孔"Y"型单胞为研究对象, 推导了壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力计算式。通过建立不同孔边比的有限元模型, 研究了平均压缩应力计算式中延展面积的影响因子, 在尺度因子为1的情况下, 延展面积影响因子与孔边比成线性关系。通过对具有不同厚边比的壁面开孔蜂窝平均压缩应力的数值计算, 验证了理论计算式的准确性, 并探讨了孔形状和尺度因子对平均压缩应力的影响。结果表明, 壁面开孔蜂窝结构的平均压缩应力主要受绞线的变化及延展面积的影响, 平均压缩应力随孔边比的增大而减小, 当尺度因子增大时, 其延展面积会减小, 与尺度因子为1时相比, 当尺度因子增大到使压缩过程较稳定时, 平均压缩应力下降40%左右。
简支梁金属橡胶本构模型
侯军伟, 原霞, 杨伟, 马艺霖, 徐少男
2021, 40(8): 1299-1304.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200460
摘要(0) HTML(0) PDF 2639KB(0)
摘要:
依据金属橡胶细观接触作用特点及受力变形特征为基础, 对金属橡胶准静态压缩情况进行分析。从金属橡胶的微单元体出发, 以单匝螺旋卷为基本受力单元, 根据单匝螺旋卷与简支梁的几何关系, 及单元体内螺旋卷的串并联关系, 提出了简支梁金属橡胶本构模型, 并用不同工艺参数的金属橡胶试件对所建模型进行试验验证, 同时与悬臂梁模型、多孔模型作误差对比分析。结果表明: 与悬臂梁模型和多孔模型相比, 简支梁模型与实验数据拟合误差更小, 所以简支梁本构模型可以更好的反映金属橡胶的静态力学性能, 同时该模型可以反映丝径、丝材、螺旋卷直径、相对密度等因素对金属橡胶非线性力学性能的的影响。
BFPC固定结合面虚拟材料参数识别
徐平, 曹泉, 于英华, 沈佳兴, 郑思贤
2021, 40(8): 1305-1312.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200207
摘要(0) HTML(0) PDF 2290KB(0)
摘要:
为了准确识别玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber folymer concrete, BFPC)固定结合面虚拟材料参数, 基于两自由度弹簧-阻尼动力学模型建立了BFPC固定结合面动态模型, 在此基础上辅以实验测试方法确定了9组不同表面粗糙度和结合面压下的BFPC结合面动态特性参数。基于横观各向同性、赫兹接触理论和分形理论建立了BFPC结合面虚拟材料的动态特性参数数学模型, 结合实验结果识别不同表面粗糙度和结合面压下的虚拟材料参数。通过对比含有BFPC结合面的组件模态振型和固有频率理论分析和有限元仿真分析结果, 证明了BFPC结合面虚拟材料参数识别方法的正确性。
六自由度工业机械臂运动学仿真研究
云洋, 宋华, 徐炳吉
摘要(2736) PDF 0KB(968)
摘要:
为了解决传统插补方法机械臂运行缓慢的问题,采用一种构造雅可比函数的方式来对目标曲线进行插补,根据目标曲线计算出曲线上每个点的雅可比矩阵,形成雅可比矩阵函数,再将目标曲线拟合成末端速度函数,进而求得机械臂每个关节的角速度函数。实时计算机械臂的雅可比矩阵,根据机械臂末端需要的速度,计算出每个关节的速度,这样就能保证机械臂末端在工作空间每个位置的速度可控,同时使用KUKA KR30-3工业机器人模型对其进行仿真验证并就其在头盔加工方面进行仿真分析。仿真结果表明,在避开机械臂奇异位姿的情况下,根据末端位置函数能够计算出机械臂每个关节角的速度函数,并且能够保证速度的连续性。
Vine Copula模型的失效动态相关机械系统可靠性分析
胡启国, 周松
摘要(1968) PDF 0KB(761)
摘要:
提出机械系统的失效动态相关可靠性可采用动态Vine Copula模型进行描述。采用Vine Copula函数将复杂多失效相关的机械系统可靠性问题转换为对多个二维动态Copula函数进行分析。利用非参数估计算法,提出经验分布函数-局部极大似然两步法估计动态Copula函数中的时变参数,从而建立动态Vine Copula 模型来描述多失效动态相关机械系统的可靠性;并重点对机械系统的串联体系可靠性进行建模与分析,进而对机械系统的可靠度进行求解。最后通过单级减速器系统的算例验证了所述方法的合理性及有效性。
仿蚕机器人的运动特性分析和仿真研究
孟令森, 吴胜, 王永娟
摘要(1817) PDF 0KB(751)
摘要:
以蚕为典型生物进行观察分析,采用拍摄测量的方法,对蚕的身体做了静态测量,对蚕的运动进行了动态测量,对蚕运动速度进行定量分析,获得了蚕的形态规律特点。采用连杆机构建立了蚕的运动模型,提出了仿生机器人模块化结构方案,在ADAMS软件中建立了其虚拟样机模型。通过仿真计算,实现了仿蚕机器人的运动形态,分析了仿蚕机器人运动过程中关节扭矩的变化情况,制作了二维蠕动样机,并进行了试验。
双驱进给系统同步误差建模与分析
韩兴, 胡小秋, 胡雨伸, 周义成
摘要(1854) PDF 0KB(745)
摘要:
以数控铣床工作台进给系统为研究对象,通过分析双丝杠进给结构机械特性,并考虑工作台所受摩擦力,建立了同步误差理论模型。利用MATLAB/Simulink模块求解,分析结构参数等因素对同步误差的影响趋势。通过实验测得工作台分别在匀速运动和S形曲线运动下的同步误差,并与理论计算相比较。结果表明:进给系统同步误差是由几何误差导致的扭转角和运动过程中工作台两侧结构参数的不同共同作用产生的,所建的模型对同步误差有较准确的预测。
杆长误差对水下扩展机构的位置精度影响分析
安徽, 杜向党
摘要(1636) PDF 0KB(743)
摘要:
由于杆长制造误差等因素的影响,水下探测基阵的扩展机构在扩展运动时会产生位置误差,导致换能器描点轨迹的偏差,影响探测性能。以某水下扩展机构为研究对象,基于封闭矢量法和误差独立作用原理建立了杆长误差下的水下扩展机构位置精度分析模型,研究了实际扩展过程中8个杆长误差及输入角度误差对水下扩展机构输出位置的误差影响,探索了一种杆长误差下的机构运动学分析方法,提出一种在不同加工精度下换能器描点运动轨迹的描述方法。