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2016年 35卷 第12期
2016, 35(12): 1805-1810.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1201
摘要
PDF 1036KB
摘要:
对机匣振动加速度信号进行采集与分析是航空发动机振动故障诊断的重要方法。对振动信号进行处理与特征提取后，可以利用神经网络非线性映射的能力，对振动故障实现分类。利用转子-轴承-机匣耦合振动实验台模拟了5种风扇机匣的振动故障，从频谱的初步分析中并未能够实现对故障的准确判断。对振动数据进行了处理，提取了振动波形的频域与幅域参数，采用概率神经网络的方法实现单一故障的分类，并对不同参数所训练的网络进行了比较，检验了该诊断方法对于机匣振动故障的可行性。
对机匣振动加速度信号进行采集与分析是航空发动机振动故障诊断的重要方法。对振动信号进行处理与特征提取后，可以利用神经网络非线性映射的能力，对振动故障实现分类。利用转子-轴承-机匣耦合振动实验台模拟了5种风扇机匣的振动故障，从频谱的初步分析中并未能够实现对故障的准确判断。对振动数据进行了处理，提取了振动波形的频域与幅域参数，采用概率神经网络的方法实现单一故障的分类，并对不同参数所训练的网络进行了比较，检验了该诊断方法对于机匣振动故障的可行性。
2016, 35(12): 1811-1816.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1202
摘要:
为研究电机加工误差和装配误差对轴承寿命的影响规律，建立一种考虑电机形位公差引起轴承套圈倾斜的计算模型，定量计算不同套圈倾斜角引起的接触角度、接触载荷、接触应力、旋滚比和轴承温度的分布。在接触角最高位置，轴承温度、旋滚比和最大接触应力均取得最大值。分析了不同套圈倾斜角度对轴承寿命的影响规律。结果表明，径向游隙为零时，电机形位公差引起的轴承倾斜角在3'以内，深沟球轴承寿命缩减不超过10%。
为研究电机加工误差和装配误差对轴承寿命的影响规律，建立一种考虑电机形位公差引起轴承套圈倾斜的计算模型，定量计算不同套圈倾斜角引起的接触角度、接触载荷、接触应力、旋滚比和轴承温度的分布。在接触角最高位置，轴承温度、旋滚比和最大接触应力均取得最大值。分析了不同套圈倾斜角度对轴承寿命的影响规律。结果表明，径向游隙为零时，电机形位公差引起的轴承倾斜角在3'以内，深沟球轴承寿命缩减不超过10%。
2016, 35(12): 1817-1823.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1203
摘要:
通过建立力螺旋在关节空间与操作空间之间的映射关系，对3PUS-S（P）变胞并联机构进行静力学分析。3PUS-S（P）变胞并联机构由动平台、静平台、3条PUS无约束支链以及1条S（P）变胞恰约束支链组成。机构具有2个构态，构态1时动平台具有3个空间转动自由度；构态2时新增一个垂直于动平台的移动自由度。首先，基于螺旋理论构造机构在不同构态下的6阶完整雅可比矩阵；其次，基于虚功原理得到少自由度变胞并联机构输入与输出之间完整的力映射模型，建立力传递性能评价指标；最后，对力传递性能评价指标与机构几何参数之间的映射关系进行了研究，为机构进一步的应用奠定基础。
通过建立力螺旋在关节空间与操作空间之间的映射关系，对3PUS-S（P）变胞并联机构进行静力学分析。3PUS-S（P）变胞并联机构由动平台、静平台、3条PUS无约束支链以及1条S（P）变胞恰约束支链组成。机构具有2个构态，构态1时动平台具有3个空间转动自由度；构态2时新增一个垂直于动平台的移动自由度。首先，基于螺旋理论构造机构在不同构态下的6阶完整雅可比矩阵；其次，基于虚功原理得到少自由度变胞并联机构输入与输出之间完整的力映射模型，建立力传递性能评价指标；最后，对力传递性能评价指标与机构几何参数之间的映射关系进行了研究，为机构进一步的应用奠定基础。
2016, 35(12): 1824-1828.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1204
摘要:
轨迹型机构的运动综合误差具有强非线性，采用泰勒级数线性化处理难以高精度求解其均值与方差。为此，提出采用变量降维算法对轨迹机构的运动综合误差进行概率建模。以平面四杆轨迹机构为例，考虑机构构件尺寸的随机性，基于运动学分析提出机构的运动综合误差模型，采用双变量降维方法将机构运动误差函数近似为系列双变量函数与单变量函数之和，并应用Gauss-Hermite积分公式对误差函数进行矩估计，由此导出机构运动综合误差的均值和方差。该方法处理实现了计算效率与精度的综合平衡。最后给出数值算例对所提方法的有效性进行验证。
轨迹型机构的运动综合误差具有强非线性，采用泰勒级数线性化处理难以高精度求解其均值与方差。为此，提出采用变量降维算法对轨迹机构的运动综合误差进行概率建模。以平面四杆轨迹机构为例，考虑机构构件尺寸的随机性，基于运动学分析提出机构的运动综合误差模型，采用双变量降维方法将机构运动误差函数近似为系列双变量函数与单变量函数之和，并应用Gauss-Hermite积分公式对误差函数进行矩估计，由此导出机构运动综合误差的均值和方差。该方法处理实现了计算效率与精度的综合平衡。最后给出数值算例对所提方法的有效性进行验证。
2016, 35(12): 1829-1833.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1205
摘要:
以水液压滑阀的阀芯摩擦副为研究对象，通过在阀芯表面设计微造型结构以改善其动压承载和润滑性能。采用基于N-S方程的CFD方法分析微造型阀芯摩擦副的流场，得到微造型阀芯表面的压力分布曲线、承载力曲线以及摩擦力曲线，研究阀芯叠合量大于2.5 mm时，叠合量的大小对微造型阀芯摩擦副动压承载及润滑性能的影响。研究结果表明：光滑阀芯的表面无动压润滑效果，而微造型阀芯的表面可产生油膜动压支撑；且随着阀芯叠合量的减小，微造型阀芯表面的承载力值呈上升趋势，从而使阀芯和阀套间摩擦副的接触摩擦力减小。
以水液压滑阀的阀芯摩擦副为研究对象，通过在阀芯表面设计微造型结构以改善其动压承载和润滑性能。采用基于N-S方程的CFD方法分析微造型阀芯摩擦副的流场，得到微造型阀芯表面的压力分布曲线、承载力曲线以及摩擦力曲线，研究阀芯叠合量大于2.5 mm时，叠合量的大小对微造型阀芯摩擦副动压承载及润滑性能的影响。研究结果表明：光滑阀芯的表面无动压润滑效果，而微造型阀芯的表面可产生油膜动压支撑；且随着阀芯叠合量的减小，微造型阀芯表面的承载力值呈上升趋势，从而使阀芯和阀套间摩擦副的接触摩擦力减小。
2016, 35(12): 1834-1841.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1206
摘要:
为减少旋挖钻机在作业时由负载波动所引起的功率匹配损失，提出了旋挖钻机动力头液压系统全局功率匹配节能控制方法。以220型旋挖钻机为研究对象，基于AMESim软件，建立了传统恒功率控制系统模型和全局功率匹配控制系统模型，并对比分析了不同的负载下的经济指标和性能指标。研究结果表明，全局功率匹配节能控制系统相比传统的恒功率系统节省燃油约6%，提高了能源利用率，延长了设备使用寿命。
为减少旋挖钻机在作业时由负载波动所引起的功率匹配损失，提出了旋挖钻机动力头液压系统全局功率匹配节能控制方法。以220型旋挖钻机为研究对象，基于AMESim软件，建立了传统恒功率控制系统模型和全局功率匹配控制系统模型，并对比分析了不同的负载下的经济指标和性能指标。研究结果表明，全局功率匹配节能控制系统相比传统的恒功率系统节省燃油约6%，提高了能源利用率，延长了设备使用寿命。
2016, 35(12): 1842-1847.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1207
摘要:
针对切削力旧有时域特征易受切削参数变动影响而不适用于变参数铣削刀具磨损状态监测的缺陷，采用了一组新的无量纲切削力时域特征（归一化切削力指标NCF、变异系数Cv和峰值力比MFR）。并以难加工材料TC4钛合金变参数铣削实验来验证新特征在变参数铣削刀具磨损状态监测上的有效性，分别以新旧特征作为SVM分类器的输入，分析和比较结果表明本文提出的无量纲切削力时域特征对切削参数变化不敏感，而仅对刀具磨损状态变化敏感，因此能够实现变参数铣削刀具磨损状态监测。
针对切削力旧有时域特征易受切削参数变动影响而不适用于变参数铣削刀具磨损状态监测的缺陷，采用了一组新的无量纲切削力时域特征（归一化切削力指标NCF、变异系数Cv和峰值力比MFR）。并以难加工材料TC4钛合金变参数铣削实验来验证新特征在变参数铣削刀具磨损状态监测上的有效性，分别以新旧特征作为SVM分类器的输入，分析和比较结果表明本文提出的无量纲切削力时域特征对切削参数变化不敏感，而仅对刀具磨损状态变化敏感，因此能够实现变参数铣削刀具磨损状态监测。
2016, 35(12): 1848-1856.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1208
摘要:
针对热压罐升温速率波动导致的成形质量问题，提出基于容差模型和稳健ε-支持向量机的应力松弛成形工艺稳健设计方法，并给出一种改进的容差计算方法。该方法首先建立工艺参数优化数学模型，以塑性应变的导数为优化目标，以材料性能提升率为优化约束；建立优化目标响应曲面、优化约束响应曲面以及优化约束容差响应曲面，计算得优化约束容差并将其引入优化模型中；利用更新后的优化约束可以计算得到稳健的工艺可行域，最终在可行域内求解得到最佳工艺参数。分别采用原始工艺参数和优化工艺参数进行试验，在升温速率波动的影响下，采用优化工艺参数的试验件全部满足约束条件，而采用原始工艺参数的试验件中有30%不满足要求，验证了本文提出的工艺稳健设计方法的有效性和可靠性。
针对热压罐升温速率波动导致的成形质量问题，提出基于容差模型和稳健ε-支持向量机的应力松弛成形工艺稳健设计方法，并给出一种改进的容差计算方法。该方法首先建立工艺参数优化数学模型，以塑性应变的导数为优化目标，以材料性能提升率为优化约束；建立优化目标响应曲面、优化约束响应曲面以及优化约束容差响应曲面，计算得优化约束容差并将其引入优化模型中；利用更新后的优化约束可以计算得到稳健的工艺可行域，最终在可行域内求解得到最佳工艺参数。分别采用原始工艺参数和优化工艺参数进行试验，在升温速率波动的影响下，采用优化工艺参数的试验件全部满足约束条件，而采用原始工艺参数的试验件中有30%不满足要求，验证了本文提出的工艺稳健设计方法的有效性和可靠性。
2016, 35(12): 1857-1864.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1209
摘要:
针对拆卸过程稳定性问题，以及复杂产品拆卸图模型构建困难和效率低等不足，提出一种面向拆卸稳定性的拆卸序列规划方法。充分分析面向绿色制造和循环经济的拆卸的特点和原则；通过分析产品的CAD模型，构建一种集零部件类型、零部件可行拆卸方向集、零部件拆卸空间制约矩阵、零部件接触矩阵、零部件自由度约束矩阵等于一体的产品拆卸信息分析模型；提出相关拆卸优先原则和稳定性原则；给出基于拆卸过程稳定性的产品拆卸序列规划算法；通过一个完全拆卸和目标零件拆卸实例验证该算法的可行性、实用性。
针对拆卸过程稳定性问题，以及复杂产品拆卸图模型构建困难和效率低等不足，提出一种面向拆卸稳定性的拆卸序列规划方法。充分分析面向绿色制造和循环经济的拆卸的特点和原则；通过分析产品的CAD模型，构建一种集零部件类型、零部件可行拆卸方向集、零部件拆卸空间制约矩阵、零部件接触矩阵、零部件自由度约束矩阵等于一体的产品拆卸信息分析模型；提出相关拆卸优先原则和稳定性原则；给出基于拆卸过程稳定性的产品拆卸序列规划算法；通过一个完全拆卸和目标零件拆卸实例验证该算法的可行性、实用性。
2016, 35(12): 1865-1870.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1210
摘要:
研究设计BGA/CSP植球机的供球机构，采用翻转预埋方式供球，锡球直径0.15~0.76 mm，解决市场上常见植球机振动盘供球方式易造成锡球缺失和粘连问题。针对该供球方式水平定位精度要求高，对真空植球头和供球机构之间的定位误差进行分析，得出供球机构传动链回程误差对植球头吸球效果影响较大，设计了气缸夹紧机构进行位置补正。对气缸夹紧机构进行受力分析和力矩分析来选用合适的气缸。最后通过设备调试，供球机构铺球效果良好，植球头能够完全吸取锡球，为高植球精度打下基础。
研究设计BGA/CSP植球机的供球机构，采用翻转预埋方式供球，锡球直径0.15~0.76 mm，解决市场上常见植球机振动盘供球方式易造成锡球缺失和粘连问题。针对该供球方式水平定位精度要求高，对真空植球头和供球机构之间的定位误差进行分析，得出供球机构传动链回程误差对植球头吸球效果影响较大，设计了气缸夹紧机构进行位置补正。对气缸夹紧机构进行受力分析和力矩分析来选用合适的气缸。最后通过设备调试，供球机构铺球效果良好，植球头能够完全吸取锡球，为高植球精度打下基础。
2016, 35(12): 1871-1876.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1211
摘要:
通过理论计算、有限元仿真和实验分别研究圆锥形件和方锥形件不同区域的应变状态，并对工具头直径对应变分布的影响以及方锥形件不同拐角半径的应变分布进行研究，结果表明圆锥形件存在平面应变、拉-拉和拉-压这3个区域；方锥形件在4个拐角处处于拉-拉区域，发生双向拉伸变形；工具头直径越大，板料发生双向拉伸的程度越明显；方锥形件拐角越大，拐角处越接近平面应变状态。
通过理论计算、有限元仿真和实验分别研究圆锥形件和方锥形件不同区域的应变状态，并对工具头直径对应变分布的影响以及方锥形件不同拐角半径的应变分布进行研究，结果表明圆锥形件存在平面应变、拉-拉和拉-压这3个区域；方锥形件在4个拐角处处于拉-拉区域，发生双向拉伸变形；工具头直径越大，板料发生双向拉伸的程度越明显；方锥形件拐角越大，拐角处越接近平面应变状态。
2016, 35(12): 1877-1881.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1212
摘要:
为了准确判断和预测硬质合金激光加热辅助切削过程中刀具的磨损状态，通过常规切削及激光加热辅助切削条件下的刀具后刀面磨损对比试验，研究了刀具的磨损形态及磨损规律。根据试验得到的刀具后刀面磨损量，基于灰色-马尔可夫理论建立了硬质合金激光加热辅助切削刀具磨损量灰色预测模型及灰色-马尔可夫预测模型，并对特定切削条件下的刀具磨损量进行了预测。结果表明，两种模型预测值与实测值误差较小，特别是灰色-马尔可夫模型拟合精度更高，结果更可靠，能更好地满足工程需要。
为了准确判断和预测硬质合金激光加热辅助切削过程中刀具的磨损状态，通过常规切削及激光加热辅助切削条件下的刀具后刀面磨损对比试验，研究了刀具的磨损形态及磨损规律。根据试验得到的刀具后刀面磨损量，基于灰色-马尔可夫理论建立了硬质合金激光加热辅助切削刀具磨损量灰色预测模型及灰色-马尔可夫预测模型，并对特定切削条件下的刀具磨损量进行了预测。结果表明，两种模型预测值与实测值误差较小，特别是灰色-马尔可夫模型拟合精度更高，结果更可靠，能更好地满足工程需要。
2016, 35(12): 1882-1887.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1213
摘要:
针对设备的视情维修，提出一种将小波包奇异谱熵和支持向量数据描述（SVDD）相结合的滚动轴承性能退化评估方法。先提取轴承全寿命周期内振动信号的小波包奇异谱熵作为轴承状态的特征矢量，然后以轴承正常状态下的特征矢量训练SVDD，得到正常状态下的基准超球体，再计算轴承全寿命周期内的特征矢量与基准超球体之间的相对距离，作为性能退化过程的定量评估指标，并对失效阈值和早期故障阈值进行设定。结果表明，与基于小波包和SVDD的性能退化评估方法相比，该方法的早期故障检测能力更强，对轴承性能退化各个阶段的描述更加准确。最后，利用基于EMD的Hilbert包络解调方法对评估结果的正确性进行了验证。
针对设备的视情维修，提出一种将小波包奇异谱熵和支持向量数据描述（SVDD）相结合的滚动轴承性能退化评估方法。先提取轴承全寿命周期内振动信号的小波包奇异谱熵作为轴承状态的特征矢量，然后以轴承正常状态下的特征矢量训练SVDD，得到正常状态下的基准超球体，再计算轴承全寿命周期内的特征矢量与基准超球体之间的相对距离，作为性能退化过程的定量评估指标，并对失效阈值和早期故障阈值进行设定。结果表明，与基于小波包和SVDD的性能退化评估方法相比，该方法的早期故障检测能力更强，对轴承性能退化各个阶段的描述更加准确。最后，利用基于EMD的Hilbert包络解调方法对评估结果的正确性进行了验证。
2016, 35(12): 1888-1893.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1214
摘要:
介绍了一种钢丝绳驱动的串联弯曲结构，并对其进行结构优化和工作空间仿真。通过理论分析及数值仿真，避免传统结构弯曲时发生的钢丝绳松弛现象，提高控制精度。建立手术器械的运动模型，用D-H法进行正向运动学求解，得到器械末端位置，采用数值仿真法模拟多自由度器械与传统直器械的工作空间，并进行对比分析。结果表明多自由度器械相比传统直器械工作空间更大，具有更好的灵活性。
介绍了一种钢丝绳驱动的串联弯曲结构，并对其进行结构优化和工作空间仿真。通过理论分析及数值仿真，避免传统结构弯曲时发生的钢丝绳松弛现象，提高控制精度。建立手术器械的运动模型，用D-H法进行正向运动学求解，得到器械末端位置，采用数值仿真法模拟多自由度器械与传统直器械的工作空间，并进行对比分析。结果表明多自由度器械相比传统直器械工作空间更大，具有更好的灵活性。
2016, 35(12): 1894-1899.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1215
摘要:
针对小型反馈射流振动器在低雷诺数下的流场的动态特性，利用粒子图形测速法（PIV）对其进行了二维测量实验，得到了不同流量下内部流场在振动稳定状态时的速度分布，流量范围为100~300 ml/min。通过实验监测上下反馈通道出口处的Y方向分速度并分析射流的振动过程和原理。数据分析方法包括快速傅里叶变换和小波变换，得到不同流量时的振动频率，进而得出振动频率特性和斯特罗哈数特性。结果表明：该小型反馈射流振动器内部流场呈周期振动，快速傅里叶变换和小波变换得到的振动频率接近，频率特性和斯特罗哈数特性均为非线性。
针对小型反馈射流振动器在低雷诺数下的流场的动态特性，利用粒子图形测速法（PIV）对其进行了二维测量实验，得到了不同流量下内部流场在振动稳定状态时的速度分布，流量范围为100~300 ml/min。通过实验监测上下反馈通道出口处的Y方向分速度并分析射流的振动过程和原理。数据分析方法包括快速傅里叶变换和小波变换，得到不同流量时的振动频率，进而得出振动频率特性和斯特罗哈数特性。结果表明：该小型反馈射流振动器内部流场呈周期振动，快速傅里叶变换和小波变换得到的振动频率接近，频率特性和斯特罗哈数特性均为非线性。
2016, 35(12): 1900-1905.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1216
摘要:
将t分布随机近邻嵌入（t-SNE）流形学习方法应用于机械振动信号的故障特征提取，实现高维特征信息降维处理。通过小波包分解算法将原始振动信号分解为多层小波子空间，通过计算各层的小波阈值熵构造高维特征数据，然后采用t-SNE方法对构造的高维特征数据进行数据降维，获取低维故障特征信息。采用本特利转子试验台进行故障仿真实验，对采集获得的几种典型故障状态下的振动数据分别基于小波包阈值熵及统计特征构造2组高维数据，并对2组高维特征数据分别采用t-SNE方法进行数据降维处理获得其二维特征数据，通过对比验证了基于小波包阈值熵法构造高维数据后进行t-SNE数据降维的特征提取方法能够更有效的区分故障特征。
将t分布随机近邻嵌入（t-SNE）流形学习方法应用于机械振动信号的故障特征提取，实现高维特征信息降维处理。通过小波包分解算法将原始振动信号分解为多层小波子空间，通过计算各层的小波阈值熵构造高维特征数据，然后采用t-SNE方法对构造的高维特征数据进行数据降维，获取低维故障特征信息。采用本特利转子试验台进行故障仿真实验，对采集获得的几种典型故障状态下的振动数据分别基于小波包阈值熵及统计特征构造2组高维数据，并对2组高维特征数据分别采用t-SNE方法进行数据降维处理获得其二维特征数据，通过对比验证了基于小波包阈值熵法构造高维数据后进行t-SNE数据降维的特征提取方法能够更有效的区分故障特征。
2016, 35(12): 1906-1913.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1217
摘要:
针对商用车驾驶室等复杂结构的轻量化设计，建立有限元模型。为避免优化的盲目性，提高设计效率，本文对模型进行灵敏度分析，建立各部件对驾驶室整体性能及总质量的贡献度；并进一步提出用相对灵敏度评价方法选择优化变量，简化变量选择过程。最后，提出3种基于不同优化方向的驾驶室结构设计方案：轻质量方案、高刚度方案及综合方案；根据不同优化结果的对比分析，综合优化方案快速实现了总体轻量化设计目标。
针对商用车驾驶室等复杂结构的轻量化设计，建立有限元模型。为避免优化的盲目性，提高设计效率，本文对模型进行灵敏度分析，建立各部件对驾驶室整体性能及总质量的贡献度；并进一步提出用相对灵敏度评价方法选择优化变量，简化变量选择过程。最后，提出3种基于不同优化方向的驾驶室结构设计方案：轻质量方案、高刚度方案及综合方案；根据不同优化结果的对比分析，综合优化方案快速实现了总体轻量化设计目标。
2016, 35(12): 1914-1918.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1218
摘要:
为了提高帽形截面梁在轴向冲击载荷作用下的吸能特性，利用超单元理论，结合动态落锤试验，对加强板设计进行研究，从变形形式、压溃力曲线和压溃结果特征值三方面，对多胞结构进行了优势验证和对加强板的结构进行了探讨，对受到轴向冲击载荷的帽形截面梁中加强板的设计提出了一系列的建议。加强板的设计应适量在帽型梁截面较为薄弱的地方增加方形胞元的个数，可以使截面超单元的数量增加，超单元边长缩小，从而减小褶皱半波长。本文提出的方法有利于提高帽形截面梁吸能效率，有效改善结构的变形稳定性。
为了提高帽形截面梁在轴向冲击载荷作用下的吸能特性，利用超单元理论，结合动态落锤试验，对加强板设计进行研究，从变形形式、压溃力曲线和压溃结果特征值三方面，对多胞结构进行了优势验证和对加强板的结构进行了探讨，对受到轴向冲击载荷的帽形截面梁中加强板的设计提出了一系列的建议。加强板的设计应适量在帽型梁截面较为薄弱的地方增加方形胞元的个数，可以使截面超单元的数量增加，超单元边长缩小，从而减小褶皱半波长。本文提出的方法有利于提高帽形截面梁吸能效率，有效改善结构的变形稳定性。
2016, 35(12): 1919-1924.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1219
摘要:
为有效隔离汽车发动机的振动，提出一种基于挤压模式的磁流变悬置的结构与工作原理。并对磁流变悬置的磁路进行了理论计算。针对磁路的轴对称特性，采用Matlab/PDEtool建立磁路二维有限元仿真模型，并进行静态磁场仿真分析，确定磁路的主要结构参数。基于磁流变液Bingham模型和流体动力学理论，建立磁流变悬置力学模型。对磁流变悬置进行动态特性试验，并与理论计算值进行对比分析。结果表明试验值与计算值基本吻合，所提出的基于挤压模式的磁流变悬置设计方法是可行的。
为有效隔离汽车发动机的振动，提出一种基于挤压模式的磁流变悬置的结构与工作原理。并对磁流变悬置的磁路进行了理论计算。针对磁路的轴对称特性，采用Matlab/PDEtool建立磁路二维有限元仿真模型，并进行静态磁场仿真分析，确定磁路的主要结构参数。基于磁流变液Bingham模型和流体动力学理论，建立磁流变悬置力学模型。对磁流变悬置进行动态特性试验，并与理论计算值进行对比分析。结果表明试验值与计算值基本吻合，所提出的基于挤压模式的磁流变悬置设计方法是可行的。
2016, 35(12): 1925-1929.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1220
摘要:
建立了一种基于经验的剪切阀式磁流变（MR：magnetorheological）阻尼器简化设计方法，在阻尼器磁路设计中先参考已有设计预设阻尼通道长度和修正系数，并将结构设计的基本方程与各磁场通道同时饱和原则相结合确定阻尼器结构的基本参数。分析了MR阻尼器各主要性能指标和设计参数间的关系，提出一种针对剪切阀式MR阻尼器的体积最优的3变量优化模型，并对设计的阻尼器进行了数值模拟和试验研究。结果表明，此简化设计方法简便、有效，可作为剪切阀式磁流变阻尼器工程设计的一种实用方法。
建立了一种基于经验的剪切阀式磁流变（MR：magnetorheological）阻尼器简化设计方法，在阻尼器磁路设计中先参考已有设计预设阻尼通道长度和修正系数，并将结构设计的基本方程与各磁场通道同时饱和原则相结合确定阻尼器结构的基本参数。分析了MR阻尼器各主要性能指标和设计参数间的关系，提出一种针对剪切阀式MR阻尼器的体积最优的3变量优化模型，并对设计的阻尼器进行了数值模拟和试验研究。结果表明，此简化设计方法简便、有效，可作为剪切阀式磁流变阻尼器工程设计的一种实用方法。
2016, 35(12): 1930-1936.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1221
摘要:
本文利用ABAQUS软件建立机器人脚-土壤的相互作用模型，采用任意拉格朗日-欧拉（arbitrary lagrangian-eulerian）方法，结合物质点追踪技术，分析机器人脚沉陷过程中脚底土壤的流动情况，通过讨论机器人脚在不同沉陷量下脚底内外侧土壤追踪点的位移和密度场分布，阐述脚底内外侧土壤的挤土效应。另外，通过分析主应力矢量变化、径向应力和竖向应力分布规律，发现了沉陷过程中脚底土壤形成主应力拱，局部区域内发生应力的传递和转移，作用于拱脚处的土体竖向压应力转化为拱内土体的径向压应力；第三主应力的偏转导致局部土体在沿竖向和径向上的应力发生叠加，中轴线上分别形成了竖向和径向应力峰值。
本文利用ABAQUS软件建立机器人脚-土壤的相互作用模型，采用任意拉格朗日-欧拉（arbitrary lagrangian-eulerian）方法，结合物质点追踪技术，分析机器人脚沉陷过程中脚底土壤的流动情况，通过讨论机器人脚在不同沉陷量下脚底内外侧土壤追踪点的位移和密度场分布，阐述脚底内外侧土壤的挤土效应。另外，通过分析主应力矢量变化、径向应力和竖向应力分布规律，发现了沉陷过程中脚底土壤形成主应力拱，局部区域内发生应力的传递和转移，作用于拱脚处的土体竖向压应力转化为拱内土体的径向压应力；第三主应力的偏转导致局部土体在沿竖向和径向上的应力发生叠加，中轴线上分别形成了竖向和径向应力峰值。
2016, 35(12): 1937-1943.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1222
摘要:
为了克服主动悬架耗能大的缺点，提出一种基于电动静液压作动器（electro-hydrostatic actuator，EHA）的自供能式主动悬架结构。分别建立了该系统主动模式和馈能模式下的数学模型，分析了EHA主动悬架系统实现自供能的能量平衡条件，设计了包含上层切换控制器和下层天棚控制器的分层协调切换控制策略，仿真分析了天棚阻尼系数对改善悬架性能和实现自供能的影响，并通过仿真分析设计了合理的天棚阻尼系数。结果表明，该EHA自供能式主动悬架系统改善了悬架动态性能，实现了能量自供能，有效克服了主动悬架耗能大的缺陷。
为了克服主动悬架耗能大的缺点，提出一种基于电动静液压作动器（electro-hydrostatic actuator，EHA）的自供能式主动悬架结构。分别建立了该系统主动模式和馈能模式下的数学模型，分析了EHA主动悬架系统实现自供能的能量平衡条件，设计了包含上层切换控制器和下层天棚控制器的分层协调切换控制策略，仿真分析了天棚阻尼系数对改善悬架性能和实现自供能的影响，并通过仿真分析设计了合理的天棚阻尼系数。结果表明，该EHA自供能式主动悬架系统改善了悬架动态性能，实现了能量自供能，有效克服了主动悬架耗能大的缺陷。
2016, 35(12): 1944-1949.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1223
摘要:
针对传统电测法在复合材料参数测定中易受环境干扰等问题，提出一种基于数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术的车用复合材料参数反演方法。首先通过DIC技术获得复合材料试样的全场位移场，结合有限元仿真，以测量值与仿真值之间的误差为目标函数，构建反问题模型。采用遗传算法和序列二次规划法相结合的策略对材料参数进行反求，获得能表征复合材料真实材料参数的最优值。试验表明，基于DIC技术的反演方法对未知参数在较大区间下具有较强的识别能力，且能一次性且完整地反演复合材料的本构参数，反演精度和计算效率都有一定优势。
针对传统电测法在复合材料参数测定中易受环境干扰等问题，提出一种基于数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术的车用复合材料参数反演方法。首先通过DIC技术获得复合材料试样的全场位移场，结合有限元仿真，以测量值与仿真值之间的误差为目标函数，构建反问题模型。采用遗传算法和序列二次规划法相结合的策略对材料参数进行反求，获得能表征复合材料真实材料参数的最优值。试验表明，基于DIC技术的反演方法对未知参数在较大区间下具有较强的识别能力，且能一次性且完整地反演复合材料的本构参数，反演精度和计算效率都有一定优势。
2016, 35(12): 1950-1955.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1224
摘要:
讨论了在飞行器半实物仿真中，三轴转台的指令姿态角与框架角的理论关系，使转台指令角速率与转台输出的框架角速率相匹配，达到真正的姿态运动相似性，实现飞行器的精确姿态模拟。首先，介绍了飞行器的坐标系和姿态角、转台的坐标系和姿态角、以及两种三轴转台（立式三轴转台和卧式三轴转台）的驱动方程和姿态微分方程。说明了姿态相似性的本质是转台框架输出角速率复现弹体理论角速率，进而使姿态矩阵相似。提出的姿态矩阵相似性方法，理顺了飞行器姿态角与转台框架角之间的关系，有效消除了转台环架结构的影响。数字仿真表明，在转台指令姿态角设置时，转台环架结构影响了理论角速率复现；提出的方法实现了两种三轴转台姿态运动的相似性。半实物仿真说明，研究的方法有效解决了高超声速飞行器飞控半实物仿真系统中姿态运动相似性问题。
讨论了在飞行器半实物仿真中，三轴转台的指令姿态角与框架角的理论关系，使转台指令角速率与转台输出的框架角速率相匹配，达到真正的姿态运动相似性，实现飞行器的精确姿态模拟。首先，介绍了飞行器的坐标系和姿态角、转台的坐标系和姿态角、以及两种三轴转台（立式三轴转台和卧式三轴转台）的驱动方程和姿态微分方程。说明了姿态相似性的本质是转台框架输出角速率复现弹体理论角速率，进而使姿态矩阵相似。提出的姿态矩阵相似性方法，理顺了飞行器姿态角与转台框架角之间的关系，有效消除了转台环架结构的影响。数字仿真表明，在转台指令姿态角设置时，转台环架结构影响了理论角速率复现；提出的方法实现了两种三轴转台姿态运动的相似性。半实物仿真说明，研究的方法有效解决了高超声速飞行器飞控半实物仿真系统中姿态运动相似性问题。
2016, 35(12): 1956-1960.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1225
摘要:
针对某小型民机典型机身段，采用对货舱支柱结构预制缺口的措施实现支柱压缩刚度的改变。运用HyperMesh软件建立3种不同刚度支柱的3框段机身结构有限元模型，应用LS-Dyna有限元软件对模型进行了坠撞仿真，对比分析在垂直坠撞速度为7m/s时，3种机身段的变形模式、吸能模式、速度时间历程曲线和加速度时间历程曲线。结果表明，在坠撞过程中，支柱刚度过大或过小均会对乘员的生存带来严重威胁，对支柱进行合理的缺口预制可有效控制机身段变形模式，改善飞机抗坠撞性能。
针对某小型民机典型机身段，采用对货舱支柱结构预制缺口的措施实现支柱压缩刚度的改变。运用HyperMesh软件建立3种不同刚度支柱的3框段机身结构有限元模型，应用LS-Dyna有限元软件对模型进行了坠撞仿真，对比分析在垂直坠撞速度为7m/s时，3种机身段的变形模式、吸能模式、速度时间历程曲线和加速度时间历程曲线。结果表明，在坠撞过程中，支柱刚度过大或过小均会对乘员的生存带来严重威胁，对支柱进行合理的缺口预制可有效控制机身段变形模式，改善飞机抗坠撞性能。
2016, 35(12): 1961-1966.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1226
摘要:
为了提高飞机总体设计参数优化建模的效率和增强最优解选择的合理性，将可视化技术融入飞机总体参数优化。采用MATLAB编程技术开发了一个优化建模的图形界面，使得优化建模过程大为简化；以散点图形式监控优化计算过程，有助于判断优化模型定义和优化算法选择的合理性；由目标空间的散点图、反映所有参数的平行坐标图和反映约束边界的界限线图所组成的优化结果可视化，有助于直观了解目标空间、参数相关性、变量可行域及所确定的最优解与各约束边界的距离。
为了提高飞机总体设计参数优化建模的效率和增强最优解选择的合理性，将可视化技术融入飞机总体参数优化。采用MATLAB编程技术开发了一个优化建模的图形界面，使得优化建模过程大为简化；以散点图形式监控优化计算过程，有助于判断优化模型定义和优化算法选择的合理性；由目标空间的散点图、反映所有参数的平行坐标图和反映约束边界的界限线图所组成的优化结果可视化，有助于直观了解目标空间、参数相关性、变量可行域及所确定的最优解与各约束边界的距离。
2016, 35(12): 1967-1974.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.1227
摘要:
我国探月三期的主要目标之一是利用钻取采样装置获取不小于2 m深度的月壤样品并返回地球，钻进导向机构的合理设计是保证钻取采样装置顺利采样的关键。在充分分析钻进导向机构所要求的功能和性能的基础上，对钻进导向机构提出合理构型，并针对导轨副摩擦形式和接触类型的不同，提出8种设计方案。为综合评价各方案的优劣，给出评价指标集，基于层次分析法建立导轨副多方案的综合评价模型。通过对判断矩阵的计算和一致性检验，得出各方案权重，最后确定方案集中的最佳方案，为类似的多方案优选提供依据。
我国探月三期的主要目标之一是利用钻取采样装置获取不小于2 m深度的月壤样品并返回地球，钻进导向机构的合理设计是保证钻取采样装置顺利采样的关键。在充分分析钻进导向机构所要求的功能和性能的基础上，对钻进导向机构提出合理构型，并针对导轨副摩擦形式和接触类型的不同，提出8种设计方案。为综合评价各方案的优劣，给出评价指标集，基于层次分析法建立导轨副多方案的综合评价模型。通过对判断矩阵的计算和一致性检验，得出各方案权重，最后确定方案集中的最佳方案，为类似的多方案优选提供依据。
