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2012年  31卷  第2期

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研究论文
Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工温度场模拟
田欣利, 林克凌, 薛春芳, 张保国, 郭昉
2012, 31(2): 173-177.
摘要:
建立Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工过程中温度场的数学模型,进一步明确了该新型加工技术的加工机理。基于有限元理论,利用工程数值模拟软件Patran和Nastran对Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工的温度场分布进行了模拟,对加工后冲击凹坑的深度和宽度进行了预测,得到了不同加工参数对冲击凹坑形状的影响规律。仿真结果表明:Si3N4陶瓷引弧微爆炸加工的最高温度达到12 000℃以上,但高温影响区范围很小;其温度分布在加工区内随着脉冲持续时间的增加和加工电流的增大而增加,在加工区外温度保持室温不变。模拟结果为Si3N4陶瓷表面形貌的预测、引弧微爆炸加工机理的揭示、加工参数的合理选择等提供了理论依据。试验验证了仿真结果的正确性。
固-液掺杂声子晶体中弹性波的全反射遂穿特性
刘启能
2012, 31(2): 178-181.
摘要:
为了研究固-液掺杂声子晶体中弹性波的全反射遂穿特性,利用转移矩阵法计算了弹性波在大于全反射角入射固-液掺杂声子晶体的透射率。在透射波中发现了全反射遂穿效应。得出了固-液掺杂声子晶体的全反射遂穿效应随入射角的变化特性、随杂质厚度的变化特性、随周期数的变化特性。
数控机床基于状态监测的视情维修决策研究
张根保, 唐贤进, 许智, 崔有志
2012, 31(2): 182-185.
摘要:
从机床维修角度入手,提出基于状态监测的机床视情维修方式。研究了包含早期故障期和偶然故障期的两重威布尔比例风险模型的建立方法与过程。以机床可用度最大为目标函数对机床维修时机决策进行了论述。结合转台实例对维修时机决策进行分析,应用结果验证了分析方法与所建模型的正确性,表明了该维修方式能够有效避免机床过维修和欠维修同时存在的现象。
应力松弛成形二维温度场仿真研究
甘忠, 张旭生, 张海燕, 袁胜
2012, 31(2): 186-190.
摘要:
热压罐应力松弛成形的过程中,一个重要的工艺控制是使罐内的空气温度与模具场温度均匀一致。以流体力学经典理论算法为依据,应用软件Fluent对热压罐内的热空气流动进行二维简化模拟,研究送风速度、模具长度、模具开孔大小等因素对应力松弛成形温度场的影响。结果表明:送风速度对温度场影响较小,模具长度,模具开孔大小对温度场影响较大。
屈服点的不稳定性对超高周疲劳的影响研究
黄志勇, 陈伟, D.Wagner, C.Bathias
2012, 31(2): 191-195.
摘要:
核电站的蒸汽发生器管道采用碳锰钢制成,设计寿命40年,长期受循环温度载荷和高频振动载荷作用后,在管道连接处出现裂纹。实际工作中,循环温度载荷作用后的材料产生循环塑性变形,屈服点这一重要力学性能发生变化。材料在单向拉伸载荷作用下超过Lüders带后,出现硬化效应,屈服强度提高。研究屈服应力点的变化对材料的超高周疲劳性能的影响。试验采用压电陶瓷超声疲劳试验机,考察并比较单向拉伸、低周疲劳载荷作用后,材料超高周疲劳性能的变化。实验结果表明:单向拉伸(5%)提高了材料的屈服点,同时也提高了超高周疲劳强度;而低周疲劳载荷作用后,随着屈服应力点的降低,超高周疲劳性能下降。
涡轴发动机总体改型的方法研究
吴学辉, 蔡元虎, 成本林, 张锦纶
2012, 31(2): 196-200.
摘要:
以组合压气机轴流部分为主要改进对象,对涡轴发动机改进发展方案的确定方法展开研究。依据最小改动原则,给出了改进后轴流压气机参数及涡轮前温度的确定方法。以某涡轴发动机为例,计算并分析了相应设计参数和性能随轴流增压比的变化及轴流压气机效率对它们的影响,为改进方案的参数调整提供方向,同时给出功率提高10%和20%的技术发展方案。
基于改进的模态应变能法的复合材料层合板损伤模式诊断
惠嘉, 万小朋, 赵美英
2012, 31(2): 201-205.
摘要:
引入了一种联合的材料性能退化准则模拟复合材料层合板不同的损伤模式,分析了现有单元模态应变能变化率作为损伤标识量的有效性,提出了一种称之为改进的单元模态应变能变化率的标识量,利用神经网络技术进行了复合材料层合板的损伤模式诊断。研究表明:基于材料性能退化准则的改进的单元模态应变能变化率,可更清晰准确地诊断复合材料层合板损伤位置和损伤模式。
主元分析和重构贡献在变压器故障检测与诊断中的应用
唐勇波, 桂卫华, 欧阳伟
2012, 31(2): 206-212.
摘要:
针对常规DGA诊断方法对故障数据不敏感和诊断能力不足等问题,提出了基于主元分析和重构贡献的变压器故障检测与诊断方法。该方法在建立PCA模型后,基于故障重构的思想,定义重构贡献统计量并应用于变压器故障检测,分析了重构贡献法的故障诊断性能并利用重构贡献法进行诊断。实例研究结果表明:该方法的检测正确率超过95%且对检测DGA含量小的故障有一定的效果,同时,也验证了重构贡献法故障诊断的有效性。
含复铰有移动副平面机构运动分析数学模型的自动建立方法
宋黎, 廖爱红, 聂松辉
2012, 31(2): 213-218.
摘要:
提出了一种含复铰有移动副平面机构运动分析数学模型自动建立和求解的方法。以构件邻接矩阵为基础,得到其广度(或深度)优先生成树,进而得到运动链(或机构)的基本回路。根据这些基本回路自动建立运动分析数学模型并求解。将运动链结构分析和机构运动分析联系了起来,从而为给定机构的运动分析之自动建模和求解提供了一种有效方法。
轻型飞机全机水平撞击试验装置设计研究
魏榕祥, 陈国平, 何欢, 苏开鑫
2012, 31(2): 219-223.
摘要:
研究了轻型飞机全机水平撞击试验装置设计技术。首先,文章总结了水平轨道弹射、斜坡下滑和单摆下落这几类水平撞击试验实现方案的优缺点,确定了试验撞击方案和试验步骤。其次,根据飞机结构耐撞性评估的要求,设计了飞机悬吊/释放装置、测力平台,并给出了传感器的选择与布置方法。最后,以某轻型飞机为研究对象,完成了全机水平撞击试验,测得了乘员过载、撞击载荷等反应飞机结构耐撞性能的重要参数指标,并在此基础上评价了该型飞机的耐撞性能。
翼型俯仰控制的腹部扰流板研究
沈冬, 张彬乾
2012, 31(2): 224-228.
摘要:
采用CFD方法探讨了腹部扰流板用于无尾布局俯仰控制的可行性。选择无尾布局机体中部翼型作为研究对象,在高速飞行状态,研究了扰流板位置、高度、偏度等参数对翼型俯仰和升阻性能的影响及其流动机理。结果表明:腹部扰流板产生的泡状分离及其影响通过改变翼型压力分布和激波位置,产生板前加载、板后卸载效果。通过对扰流板几何参数的合理选择,可在较大迎角范围内提供用于俯仰控制的抬头力矩增量,可作为改善无尾布局高速俯仰操纵特性措施深入研究。扰流板带来的附加阻力增量使翼型升阻性能变差问题,需在后续研究中进一步考察。
液压机主机有限元分析模型建立及实验验证
李艳聪, 张连洪, 喻宏波, 张淳
2012, 31(2): 229-233.
摘要:
考虑部件之间接触耦合与液压机主机结构拉杆预紧,制定了组合框架式液压机主机结构有限元分析模型的建模流程;建立了YT27-2400B型组合框架式液压机主机结构有限元分析模型;采用激光追踪方法对YT27-2400B型液压机主机在额定载荷下的结构变形进行了测量;有限元分析结果与实验结果的对比,验证了该类液压机主机结构有限元模型建模规程和模型的合理性。
整体叶盘叶栅通道电解加工的工具结构设计及试验
施耘, 徐正扬, 朱荻
2012, 31(2): 234-238.
摘要:
针对航空发动机整体叶盘叶栅通道电解加工的工具阴极开展结构设计和试验研究,分析了叶栅通道电解加工的流场特点,设计了阴极的不同电解液出液口布局,并通过有限元方法对不同结构阴极的流场进行了仿真计算。计算结果表明:采用三排孔、孔间距变化的管状阴极结构,可使电解液流场更加均匀稳定,最后通过试验对计算结果进行了验证。
间隙旋转铰接触碰撞模型固有特性分析
张慧博, 潘冬, 陈军, 王兴贵, 李甘霖, 张磊
2012, 31(2): 239-243.
摘要:
旋转铰链是机械系统中应用最广泛的一种可动连接形式,针对旋转铰中的间隙对机械系统动力学行为的影响。采用非线性等效弹簧阻尼模型建立间隙旋转铰处的接触碰撞模型,并在模型中用非线性弹簧阻尼模型描述两物体的碰撞特性。然后,通过分段线性化处理给出非线性等效弹簧阻尼模型固有频率的解析表达式。结合理论分析和ADAMS动力学仿真,确定了接触模型固有频率的主要影响因素为等效弹簧刚度、间隙和转速,并给出了其影响规律。
基于两轴数控转台的多视测量数据拼合
冯杭, 张丽艳, 王兴, 王宏涛
2012, 31(2): 244-249.
摘要:
设计了一种以两轴数控转台为载体的双目立体视觉测量系统。讨论了系统多视角测量数据的拼合原理和实现方法,提出了一种对数控转台两个旋转轴准确标定的方法。该方法首先在转台上粘贴3个以上的圆形标记点并让转台的待标定轴正向旋转,从多个位置测量圆形标记点,获取标记点中心的三维坐标。根据任意两个位置获取的标记点中心坐标点集就能计算出待标定轴的位置,利用多个位置的冗余约束优化确定轴线在世界坐标系下的最终位置从而进一步提高标定精度。在对转台的两个转轴做出精确标定的基础上,实现对转台上放置的被测物体的多视角自动拼合测量。该系统能快速、有效地完成产品表面点云测量,解决了在产品上粘贴标记点实现多视角点云数据拼合时导致的表面数据丢失及多次测量之间数据重叠率不易控制等问题。
三滚子结构夹持的直线型超声电机
于会民, 王寅, 陈乾伟, 黄卫清
2012, 31(2): 250-254.
摘要:
针对目前直线超声电机夹持装置存在的问题,提出了合理的夹持装置应满足的条件,并针对V型定子设计了新的夹持结构,基于三滚子结构的夹持方案。通过电机的机械特性的测试及对比分析可以得出,新的夹持结构下电机的输出力得到显著提高,最大输出力由原来的20 N增至26.8 N。提出将电机的速度波动作为衡量其性能稳定性的指标,通过对比试验分析了影响电机性能稳定性的因素,并提出了改善电机稳定性的方法。
一种变结构四自由度并联机构及其奇异性分析
季晔, 刘宏昭, 原大宁
2012, 31(2): 255-259.
摘要:
研究了一种变结构并联机构,这类机构的上、下平台通过4条结构相似的支链连接,各支链上均有一移动副,根据输入选取原则,该运动副适合作为驱动副。机构动平台可具备4个空间自由度。连接支链与上、下平台的运动副采用万向节(U副),由于其拓扑结构的多样性,不同构型下动平台可具有多种空间自由度组合形态。考虑机构的实用性,运用螺旋理论并采用增加约束支链的方法,系统的综合了机构的2T2R和3T1R构型。建立了机构的位置关系方程,利用求导法得到了机构的雅克比矩阵,研究了不同构型下机构的奇异位形,并提出了免初始奇异和全局奇异的措施。
玻璃烫钻多头研磨机床的结构优化设计
王腾龙, 秦宝荣, 金少波
2012, 31(2): 260-264.
摘要:
一阶固有频率是衡量结构动态特性的重要指标,而磨床大件部件本身的固有频率对整机的动态特性起着决定性作用。设计开发出一种专门用于对玻璃烫钻进行表面加工的研磨机-玻璃烫钻多头研磨机床,并利用有限元方法对研磨机床整机进行了动态性能特性分析。通过改进立柱和床身这两个磨床大件部件结构的一阶固有频率以提高整机的动态性能,避免整机在工作过程中出现共振现象。最后对改进后的整机结构动态性能进行了分析,结果显示改进后的整机固有频率得到了提高,为较合适有效的改进方案。
船用起重机升沉补偿系统分析
张大兵, 乌建中, 卢飞平, 来鑫
2012, 31(2): 265-269.
摘要:
为了减少船用起重机在海上作业时风浪对吊装的影响,延长海上作业时间,介绍了一种船用起重机的升沉补偿系统。在LMS.AMESim软件平台上建立了系统的仿真模型,通过仿真对比分析了4种模式下系统的动态性能,同时运用Design Exploration优化工具箱对PID控制器参数进行了自动优化,结果表明:被动升沉补偿模式下钢丝绳张力变化最小,主动-被动升沉补偿模式下比例阀有死区补偿时能够消除94%的船体升沉运动对载荷的影响,而无死区补偿只能达到84%。最后将仿真得到的优化控制参数应用于试验装置的控制之中,减少了试验装置的调整时间,得到了比较好的试验结果。
开式整体导叶轮的多轴联动高效数控加工工艺技术研究
吴家奎, 段昌德, 吴勤, 吴伟, 丁国富
2012, 31(2): 270-273.
摘要:
针对开式整体导叶轮的结构特点,提出了一套高效的多轴联动数控加工工艺技术。该技术将导叶轮的加工规划为粗加工和精加工两个阶段:首先利用型腔铣高效去除毛坯的大余量,然后利用基于加工过程中的工件的3+2轴的加工方式进行半精加工,该方法有效地解决了曲面局部余量分布不均的现象;重新规整驱动参数面的u、v参数,结合参数线加工路径规划方法的特点,利用边界点插补来控制刀轴矢量的方式进行精加工。实践表明:该工艺技术除了提高加工质量外,还能有效缩短导叶轮生产周期。
一种新型的机械式整体卫浴设计
张建卓, 高猛, 李康康, 祝天姿
2012, 31(2): 274-278.
摘要:
针对当前世界严重缺水的现实及低碳生活的要求,根据按需设计的指导思想,设计出一套无功耗节水式家庭整体卫浴系统。打破了常规节水方式,实现了无功耗二次水利用,充分挖掘了家庭二次水节水的潜在利益。详细介绍了系统核心部分的设计思路及过程,并用Fluent仿真软件,真实模拟出系统核心部分水流的三维流动及压力分布。模拟结果表明该系统满足设计要求,从而验证该设计的可行性和实用性。
新型压电行走机构振动模态的有限元分析
杨松华, 刘元林
2012, 31(2): 279-283.
摘要:
压电行走机构上的压电片在交流电信号激励下产生振动,使与地面接触的机构足部能产生微小的局部椭圆运动。为了分析激励信号的频率与机构出现的前进、倒走、左转、右转等运动姿态之间的关系,以便对机构运动姿态进行精确控制,从机构的结构和工作机理出发,提出了一种新型的压电行走机构,利用有限元分析软件ANSYS对机构的振动元件以及机构本身进行了模态分析和谐响应分析。研究了该机构振动模态与运动姿态之间的关系,初步对机构出现的"倒走"等新现象给出了合理的解释。
高炉煤气余压回收透平叶片断裂分析
白静, 石虎山
2012, 31(2): 284-290.
摘要:
针对高炉煤气余压透平在工作过程中出现的叶片断裂情况,采用有限元分析方法,对该叶片的静态强度和刚度进行了计算分析。计算了叶片的固有频率和振型,对动态特性进行了分析;测试了叶片的固有频率。对计算结果、测试结果以及企业提供的设计数据进行了对比分析。分析结果表明:叶片的断裂不是由于叶片的静态强度和刚度不够造成的,不是由于单纯的某阶共振导致的,叶片的断裂可能是由于工作过程中的异常激励,各阶振动综合作用的结果。叶片固有频率的设计值、计算值和测试值吻合较好,叶片的动态特性设计较好。
飞机前风挡非对称结构的鸟撞数值模拟
王猛, 黄德武, 罗荣梅
2012, 31(2): 291-294.
摘要:
利用ANSYS/LS-DYNA非线性动力分析程序,对一种非对称结构飞机前风挡的鸟撞动态响应进行了三维数值模拟。计算得到非对称结构风挡内部单元的最大主应力、位移、应变等分布规律。与完整对称风挡相比,尽管撞击过程中非对称边缘处首先产生较高的应力值,接近0.8σmax,但持续时间短,并未造成材料破坏;这种非对称结构设计并不使鸟撞风挡临界速度产生明显的降低。另外,撞击点位置偏差对风挡鸟撞临界速度也有较大影响。
永磁型磁流变液极限转矩联轴器的设计分析
雷阳, 李友荣, 吕晶
2012, 31(2): 295-299.
摘要:
利用磁流变液这种智能材料设计制作的磁流变器件近年来在各领域广泛应用,但作为冶金设备传动部件的研究较少,提出采用永磁铁作为磁源的圆筒式磁流变液极限转矩联轴器,并进行设计分析。依据理论模型条件,讨论了新型联轴器的工作原理、结构设计、磁路设计、优化结构参数的方法;根据磁流变液的Bingham模型、动量方程,推导出永磁型磁流变液联轴器转矩的计算公式。
垂直主振系冲击消振系统非线性理论与仿真研究
张建生, 赵登峰
2012, 31(2): 300-305.
摘要:
为深入认识垂直主振系冲击消振系统的非线性运动本质,建立了该类系统的力学模型,并对其进行了理论研究。利用系统运动具有分段线性的特点,用传递函数的分部分式法结合段边界条件得到了系统响应的解析解;以文献[1]中的实验参数作为仿真程序的输入参数,对仿真结果进行了分析,得到了外部激励频率是影响系统非线性特性的主要因素,与文献[1]中的实验结果进行了比较,验证了理论计算的合理性与正确性。
一种混合的非线性强化模型M-NH研究
唐炳涛, 鹿晓阳
2012, 31(2): 306-309,316.
摘要:
基于Lemaitre and Chaboche非线性随动强化和等向强化理论,提出了一种有效的背应力修正方法,采用Mises屈服准则,建立了复杂加载模式下非线性混合强化材料模型(M-NH)的弹塑性应力应变本构关系,采用高效的Backward Euler切向预测径向返回算法给出应力应变增量的计算,引入最小二乘法根据单轴拉伸实验数据点获得材料的硬化模型参数。为了计算背应力及弹塑性刚度矩阵开发了Fortran程序,编制了M-NH模型的实现代码。针对采用本模型获得的单轴拉伸应力应变曲线,分析了材料相关硬化参数对曲线变化趋势的影响。本模型及Chaboche1991、Basu&Voyiadjis强化模型分别与Chaboche的实验数据对比表明,基于M-NH获得的计算数据与实验结果更为接近。
裂纹-碰摩耦合故障动力学建模及实验分析
曲秀秀, 陈果, 乔保栋
2012, 31(2): 310-316.
摘要:
建立了含裂纹-碰摩耦合故障的连续梁转子-轴承动力学模型。在模型中,转子考虑为两端无约束的等截面自由欧拉梁,两端由相同轴承支承,考虑了转静碰摩以及转轴疲劳裂纹故障,并运用模态截断法,结合数值积分方法获取转子系统的振动响应;并运用时域波形图、轴心轨迹图、频谱图、Poincare图、分岔图等研究了裂纹-碰摩耦合故障转子的非线性行为。最后,利用ZT-3转子试验台进行了裂纹-碰摩耦合故障实验,验证了含耦合故障的连续梁转子系统动力学模型的正确性。
基于ADAMS和ANSYS的围带滚柱-偏心圆弧式超越离合器动力学仿真
孔祥纯, 熊鹏俊, 聂松林
2012, 31(2): 317-322,329.
摘要:
介绍了一种新型的围带滚柱式超越离合器工作原理,运用运动学仿真软件MSC.ADAMS和有限元分析软件ANSYS对其进行动力学仿真和关键零件的强度仿真,定量分析了各因素对离合器性能的影响。结果表明:适当增大滚柱与内座圈和外座圈之间的摩擦系数,可以略微减小滚柱楔合时的瞬时挤压力和空转角;滚柱数量的增多对离合器的承载性能有明显的提高;弹簧力的大小对滚柱受力没有影响,弹簧力越大,空转角越小。
一种基于协同模式的飞机设计流程建模方法
周安宁, 刘毅
2012, 31(2): 323-329.
摘要:
针对飞机设计流程建模中遇到的建模过程复杂,主观性强等情况,提出了基于协同模式的建模方法。从某飞机设计实践出发,结合以往设计经验,调查设计组织、设计流程、设计工具等方面,归纳现有协同模式。结合各个模式的应用场合,分析其特点和优缺点。在此基础上,提出借助协同关联网络进行建模。协同关联网络由各模式协同行为和对应设计对象连接而成。使用Petrinet的网射分析寻找协同关联网络中的重复/迭代过程,辅助建立简化的流程骨架。以此骨架为基础,增加附属信息形成通用设计流程模型。用例证明,该建模方法分离飞机设计专业知识和流程建模知识需求,降低建模难度,交互验证的中间信息和形式化的分析方法增加了建模过程的客观性。
多体系统的集中动载荷识别技术研究
李欣, 张方, 邓军, 陈国平
2012, 31(2): 330-334,339.
摘要:
采用考虑刚柔耦合的混合坐标系法和传统的运动弹性动力学(KED)方法,对由悬臂梁和旋转梁组成的简单多体系统进行正问题建模,求旋转梁在集中动载荷作用下的正响应。基于这两种不同的建模方法,在时域内,采用一维切比雪夫正交多项式拟合,推导出多体系统的动态标定矩阵,对作用于旋转梁上的载荷进行识别。通过一仿真算例,对基于不同正问题建模方法的识别结果进行对比,分析出刚柔耦合对识别结果的影响,以及正交多项式拟合法,对此非线性系统进行动态识别的局限性。并且,对于变速工况,给出了滤除驱动力矩影响的方法,识别结果得到改善。
航空发动机中介轴承局部故障边带差值诊断法
邓巍, 廖明夫, 马振国
2012, 31(2): 335-339.
摘要:
针对航空发动机中介轴承局部故障难以诊断的问题,提出了航空发动机中介轴承局部故障边带差值诊断法。该方法利用中介轴承内外环均旋转的运转特点,将其故障振动信号的调制边频带分量作为故障信息,建立了一套完整的故障诊断步骤,在实验器上对具有外环剥落故障的某型中介轴承进行实验,准确判断了该轴承故障。理论分析和诊断实例表明,该方法可以识别中介轴承局部故障,是一种适合航空发动机中介轴承局部故障诊断的有效方法。
空降车着陆缓冲过程仿真研究
郝贵祥, 王红岩, 洪煌杰
2012, 31(2): 340-344.
摘要:
为获得某型空降车在空投着陆缓冲过程的冲击响应和检验气囊系统的缓冲性能,采用有限元方法建立了空降车-气囊有限元模型,结合罚函数法和Johnson Cook材料本构模型,对空降车着陆缓冲过程进行了仿真。仿真的最大加速度与试验数据的误差在5%以内,验证了模型的精度。在正常着陆工况和恶劣着陆工况下,得到了车体的冲击加速度数据和结构应力分布情况。结果表明:车体结构强度足够,气囊系统的性能良好,可满足空投需要。