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2018年 37卷 第3期
2018, 37(3): 329-336.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0301
摘要
PDF 943KB
摘要:
基于虚功原理建立了机械手的完备刚体动力学模型，并对机械手动力学模型的各组成部分（惯性力矩项、惯性力项和重力项）进行了分类；在分析从动臂的运动对机械手力矩各组成部分贡献的基础上，提出了一种基于组合分配系数的刚体动力学模型简化策略；以简化刚体动力学模型与完备刚体动力学模型逼近度为优化目标，提出一种基于运动过程力矩偏差最小的优化指标，从而确定组合分配系数；基于以上刚体动力学简化方法，从机械手尺度参数与运动轨迹参数两方面因素出发，结合机械手典型运动轨迹，采用多因素分析方法，通过仿真分析了各因素对简化刚体动力学模型准确性的影响，结果表明该刚体动力学模型简化方法针对不同机械手尺度参数与运动轨迹参数均具有较高的计算速度和精度。
基于虚功原理建立了机械手的完备刚体动力学模型，并对机械手动力学模型的各组成部分（惯性力矩项、惯性力项和重力项）进行了分类；在分析从动臂的运动对机械手力矩各组成部分贡献的基础上，提出了一种基于组合分配系数的刚体动力学模型简化策略；以简化刚体动力学模型与完备刚体动力学模型逼近度为优化目标，提出一种基于运动过程力矩偏差最小的优化指标，从而确定组合分配系数；基于以上刚体动力学简化方法，从机械手尺度参数与运动轨迹参数两方面因素出发，结合机械手典型运动轨迹，采用多因素分析方法，通过仿真分析了各因素对简化刚体动力学模型准确性的影响，结果表明该刚体动力学模型简化方法针对不同机械手尺度参数与运动轨迹参数均具有较高的计算速度和精度。
2018, 37(3): 337-343.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0302
摘要:
随着低风速风场的不断开发，低风速型风电机组面临叶轮尺寸不断增加和风况更加多变的情况。叶轮尺寸的不断增大带来了叶片柔性的增加，需要更加准确的仿真模型。而风况的多变导致机组长期处于偏航状态，进而导致叶片载荷波动的加剧，对机组寿命产生较大的影响。基于非线性耦合模型，提出了一种独立变桨载荷控制方法。非线性耦合模型采用了几何精确梁和自由涡尾迹方法，更适用于大尺寸叶轮的流固耦合效应的仿真。结果显示，提出的独立变桨控制方法不需要复杂的控制系统和额外的传感系统，即可以获得较好的降载效果。
随着低风速风场的不断开发，低风速型风电机组面临叶轮尺寸不断增加和风况更加多变的情况。叶轮尺寸的不断增大带来了叶片柔性的增加，需要更加准确的仿真模型。而风况的多变导致机组长期处于偏航状态，进而导致叶片载荷波动的加剧，对机组寿命产生较大的影响。基于非线性耦合模型，提出了一种独立变桨载荷控制方法。非线性耦合模型采用了几何精确梁和自由涡尾迹方法，更适用于大尺寸叶轮的流固耦合效应的仿真。结果显示，提出的独立变桨控制方法不需要复杂的控制系统和额外的传感系统，即可以获得较好的降载效果。
2018, 37(3): 344-351.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0303
摘要:
为研究发动机缸盖在热机耦合作用下的热状态，利用流固耦合方法对缸盖的温度、耦合应力、热疲劳进行分析。然后，基于最优拉丁超立方法以及椭球基（EBF）神经网络模型建立燃烧强度、冷却液流动参数、机械载荷及火力面最高温度、最大耦合应力、低周热疲劳可用因子的近似模型，进行其影响因素的研究。分析结果表明：在燃烧强度的变量中，缸内温度和缸内换热系数对缸盖最大耦合应力以及热疲劳可用因子影响最大；提高冷却液进口温度，虽然降低了缸盖热疲劳可用因子但也升高了火力面最高温度，增大冷却液进口流速虽然降低了火力面最高温度但也升高了缸盖热疲劳可用因子；缸内最大爆发力对缸盖热疲劳可用因子、螺栓预紧力对缸盖最大耦合应力影响效果显著。
为研究发动机缸盖在热机耦合作用下的热状态，利用流固耦合方法对缸盖的温度、耦合应力、热疲劳进行分析。然后，基于最优拉丁超立方法以及椭球基（EBF）神经网络模型建立燃烧强度、冷却液流动参数、机械载荷及火力面最高温度、最大耦合应力、低周热疲劳可用因子的近似模型，进行其影响因素的研究。分析结果表明：在燃烧强度的变量中，缸内温度和缸内换热系数对缸盖最大耦合应力以及热疲劳可用因子影响最大；提高冷却液进口温度，虽然降低了缸盖热疲劳可用因子但也升高了火力面最高温度，增大冷却液进口流速虽然降低了火力面最高温度但也升高了缸盖热疲劳可用因子；缸内最大爆发力对缸盖热疲劳可用因子、螺栓预紧力对缸盖最大耦合应力影响效果显著。
2018, 37(3): 352-357.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0304
摘要:
针对目前滚动轴承故障诊断主要采用监督式学习提取故障特征的现状，提出了一种基于稀疏自编码的深度神经网络，实现非监督学习自动提取滚动轴承振动信号的内在特征用于滚动轴承故障诊断。首先，将轴承故障振动信号的频谱训练稀疏自编码获得参数；然后用稀疏自编码获得的参数和轴承振动信号频谱的频谱训练深度神经网络，并结合反向传播算法对深度神经网络进行整体微调提高分类准确度；最后用训练好的深度神经网络来识别滚动轴承故障。对正常轴承、外圈点蚀故障、内圈点蚀故障和滚动体裂纹故障振动信号的分析结果表明：相比反向传播神经网络，提出的深度神经网络更能准确的识别滚动轴承故障类型。
针对目前滚动轴承故障诊断主要采用监督式学习提取故障特征的现状，提出了一种基于稀疏自编码的深度神经网络，实现非监督学习自动提取滚动轴承振动信号的内在特征用于滚动轴承故障诊断。首先，将轴承故障振动信号的频谱训练稀疏自编码获得参数；然后用稀疏自编码获得的参数和轴承振动信号频谱的频谱训练深度神经网络，并结合反向传播算法对深度神经网络进行整体微调提高分类准确度；最后用训练好的深度神经网络来识别滚动轴承故障。对正常轴承、外圈点蚀故障、内圈点蚀故障和滚动体裂纹故障振动信号的分析结果表明：相比反向传播神经网络，提出的深度神经网络更能准确的识别滚动轴承故障类型。
2018, 37(3): 358-363.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0305
摘要:
以某型飞机起落架收放机构为研究对象，考虑载荷与抗力的随机性和时变性，采用时变全局可靠性灵敏度分析理论，研究了各输入随机因素对起落架收放机构时变可靠性的影响大小和作用机理。首先利用MATLAB与ADAMS的联合仿真得到各输入变量样本值对应的输出响应值，结合神经网络与自适应Kriging模型构建极限状态函数的代理模型，在此基础上采用抽样方法实现收放机构的时变可靠度及其时变全局可靠性灵敏度的计算。
以某型飞机起落架收放机构为研究对象，考虑载荷与抗力的随机性和时变性，采用时变全局可靠性灵敏度分析理论，研究了各输入随机因素对起落架收放机构时变可靠性的影响大小和作用机理。首先利用MATLAB与ADAMS的联合仿真得到各输入变量样本值对应的输出响应值，结合神经网络与自适应Kriging模型构建极限状态函数的代理模型，在此基础上采用抽样方法实现收放机构的时变可靠度及其时变全局可靠性灵敏度的计算。
2018, 37(3): 364-371.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0306
摘要:
为预控双重螺旋法加工螺旋锥齿轮的啮合性能，研究了相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响。根据螺旋锥齿轮副啮合接触原理，通过数值计算得到齿面离散啮合点分布位置，采用有限元法对不同相对位置误差条件下的齿轮副进行齿面啮合加载接触分析，得到了在不同相对位置误差条件下齿轮副传动误差、接触区位置及形状、法向接触力。结果表明，螺旋锥齿轮的传动误差和法向接触力均对小轮安装距误差较为敏感。通过滚检实验得到了齿面接触区位置和接触压力，验证了有限元分析结果。
为预控双重螺旋法加工螺旋锥齿轮的啮合性能，研究了相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响。根据螺旋锥齿轮副啮合接触原理，通过数值计算得到齿面离散啮合点分布位置，采用有限元法对不同相对位置误差条件下的齿轮副进行齿面啮合加载接触分析，得到了在不同相对位置误差条件下齿轮副传动误差、接触区位置及形状、法向接触力。结果表明，螺旋锥齿轮的传动误差和法向接触力均对小轮安装距误差较为敏感。通过滚检实验得到了齿面接触区位置和接触压力，验证了有限元分析结果。
2018, 37(3): 372-379.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0307
摘要:
提出了一种新型弹性足式机器人腿部结构设计方法。设计了一种结构简单、响应速度快、抗冲击性强的新型足式机器人腿LCS-Leg（Linkage cable-drive spring leg）。该机器人腿采用弹性连杆机构和线驱动系统，有效降低了腿部惯量和着地冲击力，提高了机器腿的响应速度和减振抗冲能力。使用复数矢量法和D-H方法建立该机器腿运动学模型，基于此模型求解足端运动工作空间，分析了LCS-Leg的越障能力。设计单腿仿真试验平台，对两种不同结构的机器腿进行仿真，对比两者的质心高度、前进速度和足端接触力，验证了所设计机器腿的运动性能。试制弹性足式机器人腿及其试验平台，通过实物样机单腿行走试验，验证了设计方法的有效性，并完成了四足机器人整体结构设计。
提出了一种新型弹性足式机器人腿部结构设计方法。设计了一种结构简单、响应速度快、抗冲击性强的新型足式机器人腿LCS-Leg（Linkage cable-drive spring leg）。该机器人腿采用弹性连杆机构和线驱动系统，有效降低了腿部惯量和着地冲击力，提高了机器腿的响应速度和减振抗冲能力。使用复数矢量法和D-H方法建立该机器腿运动学模型，基于此模型求解足端运动工作空间，分析了LCS-Leg的越障能力。设计单腿仿真试验平台，对两种不同结构的机器腿进行仿真，对比两者的质心高度、前进速度和足端接触力，验证了所设计机器腿的运动性能。试制弹性足式机器人腿及其试验平台，通过实物样机单腿行走试验，验证了设计方法的有效性，并完成了四足机器人整体结构设计。
2018, 37(3): 380-385.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0308
摘要:
为综合得到含复铰的6杆Assur杆组构型综合，提出了一种含复铰杆组特征值的构型方法。分析此杆组特征值，得到了杆组中构件数、复铰数、环路数以及外接运动副之间的关系，在上述分析基础上运用C语言编程得到含复铰6杆Assur组的数综合。进一步的给出了含复铰杆组拓扑图的绘图原则和方法。结合含复铰杆组特征值和拓扑图绘制规则、方法，可快速、准确地进行含复铰6杆Assur杆组构型综合分析。列表给出了含复铰的6杆Assur杆组的型综合，丰富了含复铰杆组的构型综合。同时为实现计算机的自动绘制奠定了基础。
为综合得到含复铰的6杆Assur杆组构型综合，提出了一种含复铰杆组特征值的构型方法。分析此杆组特征值，得到了杆组中构件数、复铰数、环路数以及外接运动副之间的关系，在上述分析基础上运用C语言编程得到含复铰6杆Assur组的数综合。进一步的给出了含复铰杆组拓扑图的绘图原则和方法。结合含复铰杆组特征值和拓扑图绘制规则、方法，可快速、准确地进行含复铰6杆Assur杆组构型综合分析。列表给出了含复铰的6杆Assur杆组的型综合，丰富了含复铰杆组的构型综合。同时为实现计算机的自动绘制奠定了基础。
2018, 37(3): 386-390.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0309
摘要:
为有效识别曳引机减速器的故障特征频率，提出基于改进固有时间尺度分解（ITD）和切片双谱的故障诊断方法，采用分段三次Hermit插值求取信号的包络线，将减速器故障信号分解为若干个固有分量，选取相关分量并求取切片双谱，通过对比正常状态下频谱图与切片双谱，在剔除非二次相位耦合信息的基础上找到故障特征频率。通过仿真验证和诊断实例证明改进ITD和切片双谱能够有效剔除非二次相位耦合信息，实现对故障特征的准确提取。
为有效识别曳引机减速器的故障特征频率，提出基于改进固有时间尺度分解（ITD）和切片双谱的故障诊断方法，采用分段三次Hermit插值求取信号的包络线，将减速器故障信号分解为若干个固有分量，选取相关分量并求取切片双谱，通过对比正常状态下频谱图与切片双谱，在剔除非二次相位耦合信息的基础上找到故障特征频率。通过仿真验证和诊断实例证明改进ITD和切片双谱能够有效剔除非二次相位耦合信息，实现对故障特征的准确提取。
2018, 37(3): 391-395.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0310
摘要:
针对传统内燃机振动诊断方法在参数选择和特征提取方面的难题，提出一种将S变换和模块二维主成分分析（M-2DPCA）相结合的内燃机故障诊断方法。该方法首先利用S变换将采集到的内燃机缸盖表面振动信号生成振动谱图像；然后通过M-2DPCA对图像矩阵进行模块化处理，利用所有样本子图像构建总体散布矩阵，计算最优投影向量，进行图像特征参数提取；最后，利用最近邻分类器进行分类识别，完成诊断。将该方法应用于内燃机气阀机构8种工况下振动信号的诊断实例中，识别率可达到94.17%，证明了该方法的有效性。
针对传统内燃机振动诊断方法在参数选择和特征提取方面的难题，提出一种将S变换和模块二维主成分分析（M-2DPCA）相结合的内燃机故障诊断方法。该方法首先利用S变换将采集到的内燃机缸盖表面振动信号生成振动谱图像；然后通过M-2DPCA对图像矩阵进行模块化处理，利用所有样本子图像构建总体散布矩阵，计算最优投影向量，进行图像特征参数提取；最后，利用最近邻分类器进行分类识别，完成诊断。将该方法应用于内燃机气阀机构8种工况下振动信号的诊断实例中，识别率可达到94.17%，证明了该方法的有效性。
2018, 37(3): 396-401.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0311
摘要:
提出环形自激振荡水射流概念，使用Realizable k-ε湍流模型对环形射流泵和环形自激振荡射流泵内部流动进行了仿真计算，结果表明：环形自激振荡射流泵提高了10%左右的吸气量；对两种射流泵内部流场进行了稳态计算，分析了面积比与吸气量之间的关系；通过瞬态计算阐述了下喷嘴处水气相间不稳定边界层的周期性运动发展过程。根据稳态和瞬态的模拟计算结果，总结出环形自激振荡射流提高对气体的卷吸效果的原因。这为提高射流泵传能效率，研制新型环形自激振荡水气射流泵奠定了理论和应用基础。
提出环形自激振荡水射流概念，使用Realizable k-ε湍流模型对环形射流泵和环形自激振荡射流泵内部流动进行了仿真计算，结果表明：环形自激振荡射流泵提高了10%左右的吸气量；对两种射流泵内部流场进行了稳态计算，分析了面积比与吸气量之间的关系；通过瞬态计算阐述了下喷嘴处水气相间不稳定边界层的周期性运动发展过程。根据稳态和瞬态的模拟计算结果，总结出环形自激振荡射流提高对气体的卷吸效果的原因。这为提高射流泵传能效率，研制新型环形自激振荡水气射流泵奠定了理论和应用基础。
2018, 37(3): 402-408.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0312
摘要:
为提高平面多体系统动力学计算机仿真的效率及可靠性，提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系，推导出便于计算机自动建立的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式。根据运动约束关系，将平面运动构件及旋转铰的向量键合图模型组合起来，建立了3-RRR型平面并联机器人机构的向量键合图模型。通过有效的解耦方法，解决了微分因果关系及非线性结型结构给该类机构动力学计算机仿真所带来的代数困难。在此基础上，实现了3-RRR型平面并联机器人机构的计算机自动建模与仿真，验证了所述方法的可靠性及有效性。
为提高平面多体系统动力学计算机仿真的效率及可靠性，提出了相应的向量键合图法。由系统向量键合图模型基本场及结型结构的输入、输出向量间的代数关系，推导出便于计算机自动建立的系统状态方程及运动副约束反力方程的统一公式。根据运动约束关系，将平面运动构件及旋转铰的向量键合图模型组合起来，建立了3-RRR型平面并联机器人机构的向量键合图模型。通过有效的解耦方法，解决了微分因果关系及非线性结型结构给该类机构动力学计算机仿真所带来的代数困难。在此基础上，实现了3-RRR型平面并联机器人机构的计算机自动建模与仿真，验证了所述方法的可靠性及有效性。
2018, 37(3): 409-417.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0313
摘要:
为了设计穿戴舒适和防滑落的耳机，采集和扫描了310位年龄为18~28岁中国年轻人耳印（男性169只，女性141只）；集合曲面曲率理论，通过对RhinoScript的二次开发，完成耳甲腔复杂曲面5个特征点三维坐标的自动和准确提取；利用SPSS对耳甲腔10个特征距离统计分析，结果显示耳甲腔的形状及尺寸存在显著性差异，且男性特征距离的均值均大于女性；基于特征距离及特征点分布情况将耳甲腔的形状划分为27组，并计算出每一组针对耳机设计的耳甲腔基本形状；同时求得每一组人数占比，为耳机的人机工效学设计和生产提供了6组优先组；最终基于分类的结果对耳机进行设计、3D打印及穿戴试验，验证了该分类方法的可行性。
为了设计穿戴舒适和防滑落的耳机，采集和扫描了310位年龄为18~28岁中国年轻人耳印（男性169只，女性141只）；集合曲面曲率理论，通过对RhinoScript的二次开发，完成耳甲腔复杂曲面5个特征点三维坐标的自动和准确提取；利用SPSS对耳甲腔10个特征距离统计分析，结果显示耳甲腔的形状及尺寸存在显著性差异，且男性特征距离的均值均大于女性；基于特征距离及特征点分布情况将耳甲腔的形状划分为27组，并计算出每一组针对耳机设计的耳甲腔基本形状；同时求得每一组人数占比，为耳机的人机工效学设计和生产提供了6组优先组；最终基于分类的结果对耳机进行设计、3D打印及穿戴试验，验证了该分类方法的可行性。
2018, 37(3): 418-423.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0314
摘要:
共形3D打印是利用3D打印的方式在紧贴承载曲面上完成共形结构制造的技术。应用3D直写技术和六自由度机械手控制技术，完成共形3D打印平台的搭建。对曲面共形3D打印轨迹路径生成的数据流结构进行分析，论述了轨迹路径的生成方法。以CAM中曲面上轨迹路径的刀位轨迹点信息为媒介，由代码转换程序将机械手系统与CAD/CAM系统连接，根据机械手的控制要求，通过坐标变换和机床旋转角求解，实现从刀具轨迹路径的刀位信息到机械手运动的位置点信息的转换，解决了曲面共形3D打印轨迹路径生成的问题。实验完成了曲面共形结构的较高精度打印，证实了这种轨迹路径生成方法的可行性。
共形3D打印是利用3D打印的方式在紧贴承载曲面上完成共形结构制造的技术。应用3D直写技术和六自由度机械手控制技术，完成共形3D打印平台的搭建。对曲面共形3D打印轨迹路径生成的数据流结构进行分析，论述了轨迹路径的生成方法。以CAM中曲面上轨迹路径的刀位轨迹点信息为媒介，由代码转换程序将机械手系统与CAD/CAM系统连接，根据机械手的控制要求，通过坐标变换和机床旋转角求解，实现从刀具轨迹路径的刀位信息到机械手运动的位置点信息的转换，解决了曲面共形3D打印轨迹路径生成的问题。实验完成了曲面共形结构的较高精度打印，证实了这种轨迹路径生成方法的可行性。
2018, 37(3): 424-429.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0315
摘要:
为了研究不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削加工的稳定性，建立了不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削系统的动力学模型。对该动力学模型采用了非线性周期函数的线性化理论、全离散法进行了研究。讨论了不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削的刀齿运动轨迹的特点，建立了瞬时切厚的模型，利用非线性方程的线性化理论建立了时滞微分方程。运用全离散法求解时滞微分方程，应用MATLAB7.1软件得出铣削系统的稳定性预测叶瓣图。通过加工钛合金Ti6Al4V进行不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削颤振实验并与普通铣削做了对比。结果表明：系统稳定性预测曲线与实验结果基本吻合；相同铣削参数下，不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削比普通铣削能提高系统稳定性，轴向切深最大增幅80%。
为了研究不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削加工的稳定性，建立了不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削系统的动力学模型。对该动力学模型采用了非线性周期函数的线性化理论、全离散法进行了研究。讨论了不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削的刀齿运动轨迹的特点，建立了瞬时切厚的模型，利用非线性方程的线性化理论建立了时滞微分方程。运用全离散法求解时滞微分方程，应用MATLAB7.1软件得出铣削系统的稳定性预测叶瓣图。通过加工钛合金Ti6Al4V进行不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削颤振实验并与普通铣削做了对比。结果表明：系统稳定性预测曲线与实验结果基本吻合；相同铣削参数下，不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削比普通铣削能提高系统稳定性，轴向切深最大增幅80%。
2018, 37(3): 430-436.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0316
摘要:
本文研究高速电主轴在不同转速下的温度变化，由于电主轴属于内装式电机，电主轴所产生的热量不容易散出。为了防止电主轴温度过高而引起的精度降低，研究了发热部位以及传热方式、深入剖析了影响电主轴温度的相关冷却参数，通过大量实验数据与传热的理论基础拟合出电主轴温度与冷却参数的函数关系，建立了电主轴冷却的参数模型。实验证明这种方法建立的模型准确，为以后完善温度控制模型提供了重要根据。
本文研究高速电主轴在不同转速下的温度变化，由于电主轴属于内装式电机，电主轴所产生的热量不容易散出。为了防止电主轴温度过高而引起的精度降低，研究了发热部位以及传热方式、深入剖析了影响电主轴温度的相关冷却参数，通过大量实验数据与传热的理论基础拟合出电主轴温度与冷却参数的函数关系，建立了电主轴冷却的参数模型。实验证明这种方法建立的模型准确，为以后完善温度控制模型提供了重要根据。
2018, 37(3): 437-442.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0317
摘要:
本文旨在进一步提高电火花线切割的材料去除率、表面精度和形位精度，提出外界磁场辅助方法来改善电火花线切割加工的加工性能，并对该方法进行理论和实验分析。首先，理论分析了外界磁场辅助下放电通道内的单个粒子运动轨迹，运动轨迹方程表明，外界磁场能够有效地促进蚀除残渣的排出。其次，采用不同吸力的磁力表座作为磁场源，通过COMSOL仿真软件数值计算得到加工区域的磁感应强度分布；最后，从实验角度出发，分别分析了外界辅助磁场对于不同加工参数情况下的加工速度、表面粗糙度和切缝宽度的影响规律。实验结果表明，增加辅助磁场能够有效提高电火花线切割的加工性能；此外，磁感应强度与加工参数存在最佳组合关系。本次研究提出的磁场辅助加工方法和加工规律可以为实际加工提供重要的指导价值。
本文旨在进一步提高电火花线切割的材料去除率、表面精度和形位精度，提出外界磁场辅助方法来改善电火花线切割加工的加工性能，并对该方法进行理论和实验分析。首先，理论分析了外界磁场辅助下放电通道内的单个粒子运动轨迹，运动轨迹方程表明，外界磁场能够有效地促进蚀除残渣的排出。其次，采用不同吸力的磁力表座作为磁场源，通过COMSOL仿真软件数值计算得到加工区域的磁感应强度分布；最后，从实验角度出发，分别分析了外界辅助磁场对于不同加工参数情况下的加工速度、表面粗糙度和切缝宽度的影响规律。实验结果表明，增加辅助磁场能够有效提高电火花线切割的加工性能；此外，磁感应强度与加工参数存在最佳组合关系。本次研究提出的磁场辅助加工方法和加工规律可以为实际加工提供重要的指导价值。
2018, 37(3): 443-450.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0318
摘要:
针对半主动隔振器存在精度不高、频带较窄等问题，设计了一种由永磁铁和电磁铁组成的混合磁悬浮隔振器结构，建立了动力学数学模型。根据控制精度和要求，提出一种改进型的双闭环控制策略，即采用改进型遗传算法对外环的自抗扰控制器（ADRC）参数进行优化，采用模糊神经网络对内环的PID控制器参数进行实时整定。通过MATLAB仿真比较，结果表明，采用优化控制算法后，系统超调量将小于1%，隔振器各参数稳定时间缩短了1.5 s左右。可见，改进后的控制算法具有较快的收敛速度，从而使混合磁悬浮隔振器具有更好的隔振性能。
针对半主动隔振器存在精度不高、频带较窄等问题，设计了一种由永磁铁和电磁铁组成的混合磁悬浮隔振器结构，建立了动力学数学模型。根据控制精度和要求，提出一种改进型的双闭环控制策略，即采用改进型遗传算法对外环的自抗扰控制器（ADRC）参数进行优化，采用模糊神经网络对内环的PID控制器参数进行实时整定。通过MATLAB仿真比较，结果表明，采用优化控制算法后，系统超调量将小于1%，隔振器各参数稳定时间缩短了1.5 s左右。可见，改进后的控制算法具有较快的收敛速度，从而使混合磁悬浮隔振器具有更好的隔振性能。
2018, 37(3): 451-455.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0319
摘要:
基于假人腰椎在台车试验中的弯曲响应曲线，设计了针对单独假人腰椎部件的动态冲击弯曲试验装置，并进行了多次动态冲击试验，得到了腰椎橡胶邵氏硬度对腰椎力学特性的影响规律。研究结果表明，自行设计的动态冲击试验装置可较好地反映腰椎在台车碰撞中的动态冲击特性，试验装置具有操作简单，重复性好的特点；在同等动态冲击试验下，假人腰椎橡胶硬度和腰椎冲击弯角峰值呈负相关的线性关系，橡胶硬度每升高一度，腰椎弯角峰值约下降0.56°。
基于假人腰椎在台车试验中的弯曲响应曲线，设计了针对单独假人腰椎部件的动态冲击弯曲试验装置，并进行了多次动态冲击试验，得到了腰椎橡胶邵氏硬度对腰椎力学特性的影响规律。研究结果表明，自行设计的动态冲击试验装置可较好地反映腰椎在台车碰撞中的动态冲击特性，试验装置具有操作简单，重复性好的特点；在同等动态冲击试验下，假人腰椎橡胶硬度和腰椎冲击弯角峰值呈负相关的线性关系，橡胶硬度每升高一度，腰椎弯角峰值约下降0.56°。
2018, 37(3): 456-460.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0320
摘要:
搭接接头焊缝在实际工况中存在受拉力和剪切力两种受力状态，其力学性能的差异对工程应用中选取焊缝形式有重要意义。对不锈钢304及304L进行钨极惰性气体保护焊（TIG焊），研究了两种样件焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能和疲劳特性。结果表明：两种搭接形式下的焊接接头从母材到焊核，可根据晶粒类型和大小分为7个区域。焊缝受拉力样件的断裂延伸率为19.3%，在接头区域两种组织过渡处断裂；受剪切力样件的断裂延伸率为12.7%，在材料尺寸变化、应力集中处断裂。焊缝受拉力样件断裂韧性、抗拉强度和疲劳性能更强，结构尺寸变化和应力集中对受剪切力样件力学性能的影响较大。
搭接接头焊缝在实际工况中存在受拉力和剪切力两种受力状态，其力学性能的差异对工程应用中选取焊缝形式有重要意义。对不锈钢304及304L进行钨极惰性气体保护焊（TIG焊），研究了两种样件焊接接头的显微组织、硬度、拉伸性能和疲劳特性。结果表明：两种搭接形式下的焊接接头从母材到焊核，可根据晶粒类型和大小分为7个区域。焊缝受拉力样件的断裂延伸率为19.3%，在接头区域两种组织过渡处断裂；受剪切力样件的断裂延伸率为12.7%，在材料尺寸变化、应力集中处断裂。焊缝受拉力样件断裂韧性、抗拉强度和疲劳性能更强，结构尺寸变化和应力集中对受剪切力样件力学性能的影响较大。
2018, 37(3): 461-465.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0321
摘要:
奥氏体不锈钢通常比铁素体和马氏体钢具有更好的抗氢损伤性能，因此广泛地用于核能、化工等临氢环境中，但是仍然会发生可逆塑性损失和滞后开裂等相关的失效。宏观裂纹形成前，氢原子分布在金属的近表层中，而表面波在介质表层传播，且包含了超声波的大部分能量，所以表面波特别适用于早期氢损伤的检测。由于氢原子会降低了金属原子的结合力从而导致金属弹性模量的减小，因此通过检测表面波波传播时间的滞后可以检测出金属的氢损伤。本文采用ABAQUS有限元分析软件模拟了表面波在早期氢损伤以及未损伤试样中的传播过程，研究了表面波第一个波峰抵达试样上表面中间节点的时刻与氢损伤的关系。早期氢损伤造成的表面波传播时间的滞后为10-7 s数量级，对仪器精度、分辨率提出很高的要求。频率越低，对仪器的要求越高。
奥氏体不锈钢通常比铁素体和马氏体钢具有更好的抗氢损伤性能，因此广泛地用于核能、化工等临氢环境中，但是仍然会发生可逆塑性损失和滞后开裂等相关的失效。宏观裂纹形成前，氢原子分布在金属的近表层中，而表面波在介质表层传播，且包含了超声波的大部分能量，所以表面波特别适用于早期氢损伤的检测。由于氢原子会降低了金属原子的结合力从而导致金属弹性模量的减小，因此通过检测表面波波传播时间的滞后可以检测出金属的氢损伤。本文采用ABAQUS有限元分析软件模拟了表面波在早期氢损伤以及未损伤试样中的传播过程，研究了表面波第一个波峰抵达试样上表面中间节点的时刻与氢损伤的关系。早期氢损伤造成的表面波传播时间的滞后为10-7 s数量级，对仪器精度、分辨率提出很高的要求。频率越低，对仪器的要求越高。
2018, 37(3): 466-474.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0322
摘要:
复合材料波纹梁因具有极佳的比吸能特性得到了广泛的应用，然而复合材料的结构参数及材料特性离散性较大，有些不确定参数对波纹梁抗撞性产生很大的影响，因此考虑对抗撞性影响较大的不确定性参数对波纹梁进行抗撞可靠性分析具有重要的工程意义。本文以复合材料波纹梁为研究对象，针对结构中非概率参数的不确定性问题，引入多维椭球凸模型技术，并结合显式有限元技术和多项式响应面模型技术，进行不确定性传播分析，从而找出影响波纹梁抗撞性较大的不确定性参数，对波纹梁的抗撞性可靠性进行分析。结果表明，基于多维椭球凸模型的复合材料抗撞可靠性分析方法具有较高的精度和较强的工程实用性。
复合材料波纹梁因具有极佳的比吸能特性得到了广泛的应用，然而复合材料的结构参数及材料特性离散性较大，有些不确定参数对波纹梁抗撞性产生很大的影响，因此考虑对抗撞性影响较大的不确定性参数对波纹梁进行抗撞可靠性分析具有重要的工程意义。本文以复合材料波纹梁为研究对象，针对结构中非概率参数的不确定性问题，引入多维椭球凸模型技术，并结合显式有限元技术和多项式响应面模型技术，进行不确定性传播分析，从而找出影响波纹梁抗撞性较大的不确定性参数，对波纹梁的抗撞性可靠性进行分析。结果表明，基于多维椭球凸模型的复合材料抗撞可靠性分析方法具有较高的精度和较强的工程实用性。
2018, 37(3): 475-480.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0323
摘要:
提出一种基于ABS轮速传感器定距离脉冲数的间接式胎压检测与拖胎磨损预警新方法。在MATLAB中建立主机轮系统仿真模型，通过机轮标定、定距离脉冲数修正、平均值比较法、同异侧机轮比较法、定距离最小脉冲数设定、定距离阈值标定以及小样本数据统计等方法，成功检测出了飞机两侧主轮胎压力，同时对4个主机轮的拖胎磨损进行了预警。通过仿真计算，验证了间接测量方法的可行性。
提出一种基于ABS轮速传感器定距离脉冲数的间接式胎压检测与拖胎磨损预警新方法。在MATLAB中建立主机轮系统仿真模型，通过机轮标定、定距离脉冲数修正、平均值比较法、同异侧机轮比较法、定距离最小脉冲数设定、定距离阈值标定以及小样本数据统计等方法，成功检测出了飞机两侧主轮胎压力，同时对4个主机轮的拖胎磨损进行了预警。通过仿真计算，验证了间接测量方法的可行性。
2018, 37(3): 481-486.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0324
摘要:
为解决经典洗出算法无法在三自由度模拟运动平台上得到很好应用的问题，提出了一种适用于两转一移并联运动平台的新洗出算法。首先建立3-PRS并联机构的运动学模型，其次通过引入牵连运动线速度与欧拉角角速度转换矩阵设计一种新的洗出算法，最后在MATLAB/Simulink中建立人体前庭系统模型和新洗出算法的仿真模型，并进行仿真分析。结果表明，本文提出的三自由度平台洗出算法行之有效，并具有与经典六自由度平台洗出算法相近的动感模拟逼真度。
为解决经典洗出算法无法在三自由度模拟运动平台上得到很好应用的问题，提出了一种适用于两转一移并联运动平台的新洗出算法。首先建立3-PRS并联机构的运动学模型，其次通过引入牵连运动线速度与欧拉角角速度转换矩阵设计一种新的洗出算法，最后在MATLAB/Simulink中建立人体前庭系统模型和新洗出算法的仿真模型，并进行仿真分析。结果表明，本文提出的三自由度平台洗出算法行之有效，并具有与经典六自由度平台洗出算法相近的动感模拟逼真度。
2018, 37(3): 487-492.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0325
摘要:
为对发动机单元体送修等级提供决策支持，在对状态参数与单元体送修等级间的模糊关系进行特征提取的基础上，从性能衰退角度提出通过状态参数组合变化确定单元体送修等级的决策方法。针对现有的数据规则有限的问题，建立模糊综合评价模型，采用BP神经网络训练各参数对不同送修等级的隶属函数，采用熵权法衡量状态参数在单元体送修等级确定中的权重。最后以高压涡轮单元体送修的仿真结果证明了该决策方法的有效性，能够为更多状态参数组合提供一种便捷高效确定送修等级的方法。
为对发动机单元体送修等级提供决策支持，在对状态参数与单元体送修等级间的模糊关系进行特征提取的基础上，从性能衰退角度提出通过状态参数组合变化确定单元体送修等级的决策方法。针对现有的数据规则有限的问题，建立模糊综合评价模型，采用BP神经网络训练各参数对不同送修等级的隶属函数，采用熵权法衡量状态参数在单元体送修等级确定中的权重。最后以高压涡轮单元体送修的仿真结果证明了该决策方法的有效性，能够为更多状态参数组合提供一种便捷高效确定送修等级的方法。
