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2018年 37卷 第7期
2018, 37(7): 985-991.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180002
摘要
PDF 961KB
摘要:
从瑞利阻尼的基本概念出发，推导了瑞利阻尼的基本表达式，提出利用最小二乘法求解构件的瑞利阻尼系数，并验证其可行性。以变压器用层压木和层压纸板为例，对二者进行锤击试验，在优势频段之内，得到其主要模态，采用前人已有的三种瑞利阻尼系数确定方法及最小二乘法分别求得二者的瑞利阻尼系数，与最为经典的方法所得值进行对比。此外，利用有限元软件ABAQUS对层压木和层压纸板进行同一边界条件、不同阻尼系数的谐响应分析。结果表明：所有方法求得的瑞利阻尼系数，构件谐响应分析中位移响应曲线的趋势几乎一致，且最小二乘法中所取模态越多，误差越小。证明利用最小二乘法求解构件的瑞利阻尼系数是可行的。
从瑞利阻尼的基本概念出发，推导了瑞利阻尼的基本表达式，提出利用最小二乘法求解构件的瑞利阻尼系数，并验证其可行性。以变压器用层压木和层压纸板为例，对二者进行锤击试验，在优势频段之内，得到其主要模态，采用前人已有的三种瑞利阻尼系数确定方法及最小二乘法分别求得二者的瑞利阻尼系数，与最为经典的方法所得值进行对比。此外，利用有限元软件ABAQUS对层压木和层压纸板进行同一边界条件、不同阻尼系数的谐响应分析。结果表明：所有方法求得的瑞利阻尼系数，构件谐响应分析中位移响应曲线的趋势几乎一致，且最小二乘法中所取模态越多，误差越小。证明利用最小二乘法求解构件的瑞利阻尼系数是可行的。
2018, 37(7): 992-997.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180003
摘要:
根据电弧放电加工过程利用高速冲液流场对电弧进行有效控制的工作原理，设计了一套用于实现高速内冲液功能的旋转冲液夹具。旋转冲液夹具的动态特性对电弧放电加工的加工性能具有明显影响，因此，采用ANSYS有限元分析软件对冲液夹具进行模态仿真分析。仿真结果表明，冲液夹具在工作时会出现沿某些方向的剧烈振动，导致弹性部件发生较大的变形。分析仿真结果可知，通过改进材料属性和几何模型，可以减小弹性部件的振动变形，最终实现旋转冲液夹具的结构优化。
根据电弧放电加工过程利用高速冲液流场对电弧进行有效控制的工作原理，设计了一套用于实现高速内冲液功能的旋转冲液夹具。旋转冲液夹具的动态特性对电弧放电加工的加工性能具有明显影响，因此，采用ANSYS有限元分析软件对冲液夹具进行模态仿真分析。仿真结果表明，冲液夹具在工作时会出现沿某些方向的剧烈振动，导致弹性部件发生较大的变形。分析仿真结果可知，通过改进材料属性和几何模型，可以减小弹性部件的振动变形，最终实现旋转冲液夹具的结构优化。
2018, 37(7): 998-1004.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0701
摘要:
针对甲醇燃料不同于汽油的物化特性以及甲醇发动机冷启动困难等问题，以甲醇发动机喷油嘴喷孔为研究对象，采用Fluent软件的气液两相VOF湍流模型对喷嘴进行了数值模拟。研究发现了喷嘴入口处曲率半径变化以及喷嘴倒锥角度变化对喷嘴流量和雾化效果有一定的影响。结果表明：在压力不变的条件下，随着入口处曲率半径增大负压层的厚度逐渐变薄，喷孔内部气相体积分数减小，质量流量增大，雾化性能变差，但是喷孔的流速随着曲率半径的增大而增加；增大喷孔的倒锥角，喷嘴出口处的流速及质量流量均减小，但是负压层变厚有利于甲醇燃料的雾化。
针对甲醇燃料不同于汽油的物化特性以及甲醇发动机冷启动困难等问题，以甲醇发动机喷油嘴喷孔为研究对象，采用Fluent软件的气液两相VOF湍流模型对喷嘴进行了数值模拟。研究发现了喷嘴入口处曲率半径变化以及喷嘴倒锥角度变化对喷嘴流量和雾化效果有一定的影响。结果表明：在压力不变的条件下，随着入口处曲率半径增大负压层的厚度逐渐变薄，喷孔内部气相体积分数减小，质量流量增大，雾化性能变差，但是喷孔的流速随着曲率半径的增大而增加；增大喷孔的倒锥角，喷嘴出口处的流速及质量流量均减小，但是负压层变厚有利于甲醇燃料的雾化。
2018, 37(7): 1005-1012.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0702
摘要:
为提高凿岩机器人钻臂末端（钎头）的定位精度，在利用粒子群优化（PSO）算法对关节变量误差进行补偿时，存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题，为此，提出一种交叉精英反向粒子群优化算法（CEOPSO）并给出算法流程。针对影响误差的两个主要因素，采用五参数D-H方法建立钻臂的参数误差模型，在形变关节后引入一个虚拟关节，推导出钻臂的形变误差模型。将交叉算子引入到EOPSO算法中，同时进行自适应惯性权重和交叉概率参数控制，不仅维持了粒子个体与最优解之间的信息交换，而且增加了粒子个体之间的信息交换。对比仿真结果表明，在误差补偿控制过程中，CEOPSO算法具有更优越的最优关节补偿值搜索收敛速度和求解稳定性，提高了凿岩机器人钻臂的定位控制性能。
为提高凿岩机器人钻臂末端（钎头）的定位精度，在利用粒子群优化（PSO）算法对关节变量误差进行补偿时，存在收敛速度慢、容易过早陷入局部最优解等问题，为此，提出一种交叉精英反向粒子群优化算法（CEOPSO）并给出算法流程。针对影响误差的两个主要因素，采用五参数D-H方法建立钻臂的参数误差模型，在形变关节后引入一个虚拟关节，推导出钻臂的形变误差模型。将交叉算子引入到EOPSO算法中，同时进行自适应惯性权重和交叉概率参数控制，不仅维持了粒子个体与最优解之间的信息交换，而且增加了粒子个体之间的信息交换。对比仿真结果表明，在误差补偿控制过程中，CEOPSO算法具有更优越的最优关节补偿值搜索收敛速度和求解稳定性，提高了凿岩机器人钻臂的定位控制性能。
2018, 37(7): 1013-1021.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0703
摘要:
在经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）中，综合考虑信号内部的规律性，在深入研究最近相似距离延拓法和平行延拓法的基础上，对EMD端点延拓方法进行了改进，通过计算信号内部波段与端点波段的相似距离，确定信号内部规律性的强弱。在信号内部规律性较强的情况下，采用最近相似距离延拓法，使信号两端最大程度地反应信号内在信息；在信号内部规律较弱的情况下，考虑到端点信号发生异常的情况，采用平行延拓法在信号端点进行预测延拓。为验证该方法，本研究通过仿真分析和滚动轴承故障进行研究，研究结果表明，改进后的EMD分解得到的IMF分量与原模拟信号分量的匹配距离分别为3.378 7、7.240 4、7.390 7，波形相似系数分别为0.999 9、0.997 7、0.903 4，边际谱频率在f1=5 Hz的误差为6.2%，与直接延拓法、平行延拓法相比更准确，能有效地抑制EMD端点效应。该方法能提高信号分解精度，实现对故障特征的有效提取，为机械故障诊断提供参考依据。
在经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）中，综合考虑信号内部的规律性，在深入研究最近相似距离延拓法和平行延拓法的基础上，对EMD端点延拓方法进行了改进，通过计算信号内部波段与端点波段的相似距离，确定信号内部规律性的强弱。在信号内部规律性较强的情况下，采用最近相似距离延拓法，使信号两端最大程度地反应信号内在信息；在信号内部规律较弱的情况下，考虑到端点信号发生异常的情况，采用平行延拓法在信号端点进行预测延拓。为验证该方法，本研究通过仿真分析和滚动轴承故障进行研究，研究结果表明，改进后的EMD分解得到的IMF分量与原模拟信号分量的匹配距离分别为3.378 7、7.240 4、7.390 7，波形相似系数分别为0.999 9、0.997 7、0.903 4，边际谱频率在f1=5 Hz的误差为6.2%，与直接延拓法、平行延拓法相比更准确，能有效地抑制EMD端点效应。该方法能提高信号分解精度，实现对故障特征的有效提取，为机械故障诊断提供参考依据。
2018, 37(7): 1022-1026.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0704
摘要:
构建了一类基于音圈直线电机的振动驱动机械系统，其振动驱动器是一个分段线性系统，整体构成一个非光滑动力系统，根据不同运动状态建立了系统的碰撞振动方程。基于非光滑动力学的理论对系统周期运动与参数间的分布规律进行研究，并分析了系统平均驱动速度与对应系统参数域（电流频率、幅值和质量比）之间的匹配规律。通过数值模拟表明：当系统运动为周期1/1运动，并且具有较大的冲击速度时，系统的平均驱动速度达到最大值。电流幅值对平均驱动速度的大小有较大影响，对频率带分布没有影响；间隙对系统平均驱动速度大小及频率带分布的影响较小；质量比对平均驱动速度的大小及其频率带分布的影响较为显著。
构建了一类基于音圈直线电机的振动驱动机械系统，其振动驱动器是一个分段线性系统，整体构成一个非光滑动力系统，根据不同运动状态建立了系统的碰撞振动方程。基于非光滑动力学的理论对系统周期运动与参数间的分布规律进行研究，并分析了系统平均驱动速度与对应系统参数域（电流频率、幅值和质量比）之间的匹配规律。通过数值模拟表明：当系统运动为周期1/1运动，并且具有较大的冲击速度时，系统的平均驱动速度达到最大值。电流幅值对平均驱动速度的大小有较大影响，对频率带分布没有影响；间隙对系统平均驱动速度大小及频率带分布的影响较小；质量比对平均驱动速度的大小及其频率带分布的影响较为显著。
2018, 37(7): 1027-1033.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0705
摘要:
提出一种基于非线性状态观测器的输入输出控制策略，实现了平面运动多连杆柔性机械臂的关节角跟踪控制和弹性振动的抑制。应用拉格朗日法建立柔性机械臂的动力学模型。基于欧拉-伯努利梁理论，采用有限维度的假设模态描述机械臂的弹性振动。通过重新定义机械臂末端处的输出变量，运用输入输出线性化方法，设计反馈控制器实现了对关节角的控制；以非线性观测器获得弹性振动幅值的变化率，以此构建了振动抑制控制器。通过李雅普诺夫定理证明了设计的非线性观测器的稳定性和误差一致收敛性，引入遗传算法对振动抑制控制器的增益实现了整定，仿真结果证明了提出的控制方法的有效性。
提出一种基于非线性状态观测器的输入输出控制策略，实现了平面运动多连杆柔性机械臂的关节角跟踪控制和弹性振动的抑制。应用拉格朗日法建立柔性机械臂的动力学模型。基于欧拉-伯努利梁理论，采用有限维度的假设模态描述机械臂的弹性振动。通过重新定义机械臂末端处的输出变量，运用输入输出线性化方法，设计反馈控制器实现了对关节角的控制；以非线性观测器获得弹性振动幅值的变化率，以此构建了振动抑制控制器。通过李雅普诺夫定理证明了设计的非线性观测器的稳定性和误差一致收敛性，引入遗传算法对振动抑制控制器的增益实现了整定，仿真结果证明了提出的控制方法的有效性。
2018, 37(7): 1034-1040.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0706
摘要:
为提高机床基础件静、动态性能和轻质性，以某数控车床斜床身为原型，初步设计玄武岩纤维树脂混凝土（Basalt fiber polymer concrete，BFPC）斜床身，分析典型工况下该床身的受力情况，并对两种床身的静态、动态特性和质量进行仿真分析和计算；对BFPC床身进行拓扑优化设计，根据拓扑优化设计结果和BFPC床身的制造工艺性，重构BFPC床身结构，以其减重孔尺寸参数为因素，以其前六阶模态的固有频率和质量为试验指标，进行单因素轮换试验研究，最终确定其数值；对优化后的BFPC床身的静、动态性能和轻质性进行仿真分析和计算，再与原型和优化前的BFPC床身的相应性能进行对比分析。结果表明，拓扑优化设计后的BFPC床身在静、动态性能和轻质性方面都明显优于后两种床身。
为提高机床基础件静、动态性能和轻质性，以某数控车床斜床身为原型，初步设计玄武岩纤维树脂混凝土（Basalt fiber polymer concrete，BFPC）斜床身，分析典型工况下该床身的受力情况，并对两种床身的静态、动态特性和质量进行仿真分析和计算；对BFPC床身进行拓扑优化设计，根据拓扑优化设计结果和BFPC床身的制造工艺性，重构BFPC床身结构，以其减重孔尺寸参数为因素，以其前六阶模态的固有频率和质量为试验指标，进行单因素轮换试验研究，最终确定其数值；对优化后的BFPC床身的静、动态性能和轻质性进行仿真分析和计算，再与原型和优化前的BFPC床身的相应性能进行对比分析。结果表明，拓扑优化设计后的BFPC床身在静、动态性能和轻质性方面都明显优于后两种床身。
2018, 37(7): 1041-1047.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0707
摘要:
为控制非线性刚度转子系统振幅突变，将具有非线性变刚度功能的电磁支撑引入转子系统，建立了转子系统动力学模型。利用平均法导出了转子系统主共振频率响应方程。基于突变理论和奇点稳定性理论分别得到了转子系统的振幅突变区域和不稳定区域。借助数值仿真算例分析了非线性电磁支撑刚度参数对突变区域、不稳定区域以及振幅特性曲线的影响。结果表明：当激振力幅值在控制后的渐变区域内取值时，振幅突变得到完全控制；当激振力幅值在控制后的突变区域内取值时，振幅特性曲线仍存在多值特征，振幅突变仅仅得到部分控制。
为控制非线性刚度转子系统振幅突变，将具有非线性变刚度功能的电磁支撑引入转子系统，建立了转子系统动力学模型。利用平均法导出了转子系统主共振频率响应方程。基于突变理论和奇点稳定性理论分别得到了转子系统的振幅突变区域和不稳定区域。借助数值仿真算例分析了非线性电磁支撑刚度参数对突变区域、不稳定区域以及振幅特性曲线的影响。结果表明：当激振力幅值在控制后的渐变区域内取值时，振幅突变得到完全控制；当激振力幅值在控制后的突变区域内取值时，振幅特性曲线仍存在多值特征，振幅突变仅仅得到部分控制。
2018, 37(7): 1048-1054.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0708
摘要:
为了提高磁轴承的承载力，同时考虑损耗、临界转速、控制刚度等问题，应对磁轴承的结构尺寸进行最优设计。本文将果蝇优化算法引进到飞轮储能用径向磁悬浮轴承的优化设计中，以尺寸参数为优化变量，以承载力、体积和轴向长度为优化目标，对径向磁悬浮轴承进行多目标优化。通过优化，径向磁悬浮轴承的承载力提高了50%，轴向长度和体积分别减小了30.6%和19.3%。结果表明，本文设计的优化算法简单有效，减小了优化工作量，具有普遍适用性。
为了提高磁轴承的承载力，同时考虑损耗、临界转速、控制刚度等问题，应对磁轴承的结构尺寸进行最优设计。本文将果蝇优化算法引进到飞轮储能用径向磁悬浮轴承的优化设计中，以尺寸参数为优化变量，以承载力、体积和轴向长度为优化目标，对径向磁悬浮轴承进行多目标优化。通过优化，径向磁悬浮轴承的承载力提高了50%，轴向长度和体积分别减小了30.6%和19.3%。结果表明，本文设计的优化算法简单有效，减小了优化工作量，具有普遍适用性。
2018, 37(7): 1055-1060.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0709
摘要:
针对TiAl基合金塑性低、脆性大、表面可加工性差等问题，采用正交试验对TiAl基合金的砂带磨削表面完整性进行研究。总结归纳TiAl基合金砂带磨削材料去除率和表面质量的影响因素，通过灰色关联法得到正交试验的最优工艺参数为A3B3C2D2。采用最优工艺参数对TiAl基合金进行砂带磨削，分析TiAl基合金砂带磨削磨粒磨损过程，对磨削前后工件的表面形貌进行分析。结果表明砂带磨削对TiAl基合金的磨削加工效果好，可用于TiAl基合金表面的精密加工。本文研究为TiAl基合金表面精密加工提供了新的加工方法。
针对TiAl基合金塑性低、脆性大、表面可加工性差等问题，采用正交试验对TiAl基合金的砂带磨削表面完整性进行研究。总结归纳TiAl基合金砂带磨削材料去除率和表面质量的影响因素，通过灰色关联法得到正交试验的最优工艺参数为A3B3C2D2。采用最优工艺参数对TiAl基合金进行砂带磨削，分析TiAl基合金砂带磨削磨粒磨损过程，对磨削前后工件的表面形貌进行分析。结果表明砂带磨削对TiAl基合金的磨削加工效果好，可用于TiAl基合金表面的精密加工。本文研究为TiAl基合金表面精密加工提供了新的加工方法。
2018, 37(7): 1061-1067.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0710
摘要:
螺栓连接形式多样，尤其是当对某些部位有密封、消噪等要求时，会在螺栓连接中夹入非金属垫片。由于非金属垫片硬度范围广，在使用的过程中选择空间大，但实际应用时对垫片的硬度的选取并没有统一的规范造成产品质量参差不齐，存在安全隐患。为了探究非金属垫片的硬度对螺栓连接松动寿命的影响，选取了厚度为20 mm，邵尔D硬度分7、10、15的3种硬度进行探究性试验，并与不含非金属垫片的螺栓试验进行了对比，结果表明：硬度高的非金属垫片对螺栓预紧力保持效果更好。
螺栓连接形式多样，尤其是当对某些部位有密封、消噪等要求时，会在螺栓连接中夹入非金属垫片。由于非金属垫片硬度范围广，在使用的过程中选择空间大，但实际应用时对垫片的硬度的选取并没有统一的规范造成产品质量参差不齐，存在安全隐患。为了探究非金属垫片的硬度对螺栓连接松动寿命的影响，选取了厚度为20 mm，邵尔D硬度分7、10、15的3种硬度进行探究性试验，并与不含非金属垫片的螺栓试验进行了对比，结果表明：硬度高的非金属垫片对螺栓预紧力保持效果更好。
2018, 37(7): 1068-1075.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180124
摘要:
为了揭示外加静态磁场对焊接电弧形态及传热传质的影响规律，建立了焊接电弧的数值模型，对比分析了普通熔积、外加纵向磁场作用以及横向磁场作用下的电弧传热传质过程。结果显示：相比普通熔积，外加纵向磁场作用下，靠近基板的位置电流密度和温度减小，电弧的温度和压强峰值减小，中心处出现负压；外加横向磁场作用下，电弧整体偏向一侧，电弧中心的电流密度、温度和电弧压强都小于未施加外加磁场情况。外加磁场对电弧形态及传热传质的改变，将导致电弧和金属之间的热和力相互作用改变，从而使得熔池的传热传质过程相应的发生改变。
为了揭示外加静态磁场对焊接电弧形态及传热传质的影响规律，建立了焊接电弧的数值模型，对比分析了普通熔积、外加纵向磁场作用以及横向磁场作用下的电弧传热传质过程。结果显示：相比普通熔积，外加纵向磁场作用下，靠近基板的位置电流密度和温度减小，电弧的温度和压强峰值减小，中心处出现负压；外加横向磁场作用下，电弧整体偏向一侧，电弧中心的电流密度、温度和电弧压强都小于未施加外加磁场情况。外加磁场对电弧形态及传热传质的改变，将导致电弧和金属之间的热和力相互作用改变，从而使得熔池的传热传质过程相应的发生改变。
2018, 37(7): 1076-1081.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180084
摘要:
针对在采用增减材复合制造技术加工复杂零件时存在的欠工艺规划问题以及工艺规划优化问题，重点提出了一个基于增减材制造的复合加工工艺规划算法，通过执行零件分割、建造方向确定、增减材操作序列建立和操作序列优化4个步骤，最终生成一个时间最优的可行操作序列，能够实现复杂零件的精确加工。并进行了实验案例研究，其结果验证了提出算法的可行性和先进性。
针对在采用增减材复合制造技术加工复杂零件时存在的欠工艺规划问题以及工艺规划优化问题，重点提出了一个基于增减材制造的复合加工工艺规划算法，通过执行零件分割、建造方向确定、增减材操作序列建立和操作序列优化4个步骤，最终生成一个时间最优的可行操作序列，能够实现复杂零件的精确加工。并进行了实验案例研究，其结果验证了提出算法的可行性和先进性。
2018, 37(7): 1082-1088.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0711
摘要:
为提高汽车防碰撞预警的准确性，拓宽预警系统的适用范围，提出一种基于改进Berkeley模型的汽车防碰撞安全预警算法。该算法采用ZigBee无线通信采集车辆运行状态信息，利用切比雪夫大数定律对反应时间、制动起效时间、前车车速进行预处理，分析前后车辆运动参数状态，推导出安全预警距离计算公式，从而实现汽车的防碰撞预警。为验证算法的有效性，基于MATLAB对改进的预警算法进行了仿真，结果表明：改进的算法能够提高预警准确性，满足不同制动减速度情况下的预警需求。
为提高汽车防碰撞预警的准确性，拓宽预警系统的适用范围，提出一种基于改进Berkeley模型的汽车防碰撞安全预警算法。该算法采用ZigBee无线通信采集车辆运行状态信息，利用切比雪夫大数定律对反应时间、制动起效时间、前车车速进行预处理，分析前后车辆运动参数状态，推导出安全预警距离计算公式，从而实现汽车的防碰撞预警。为验证算法的有效性，基于MATLAB对改进的预警算法进行了仿真，结果表明：改进的算法能够提高预警准确性，满足不同制动减速度情况下的预警需求。
2018, 37(7): 1089-1095.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0712
摘要:
为实现电动汽车制动防抱死控制，设计了电动汽车复合制动防抱死系统。首先建立了液压与电机制动防抱死模型；然后根据路面附着系数大小设计出复合制动防抱死控制模式；最后基于模糊PID控制设计了复合制动防抱死系统。在MATLAB/Simulink环境下同时建立复合制动与液压制动防抱死仿真模型，进行对比分析，结果表明：在不同附着系数路面，复合制动均能够有效控制滑移率，缩短制动时间和距离，回收制动能量；在对接路面，复合制动的控制效果更加理想，系统反应迅速、鲁棒性好。
为实现电动汽车制动防抱死控制，设计了电动汽车复合制动防抱死系统。首先建立了液压与电机制动防抱死模型；然后根据路面附着系数大小设计出复合制动防抱死控制模式；最后基于模糊PID控制设计了复合制动防抱死系统。在MATLAB/Simulink环境下同时建立复合制动与液压制动防抱死仿真模型，进行对比分析，结果表明：在不同附着系数路面，复合制动均能够有效控制滑移率，缩短制动时间和距离，回收制动能量；在对接路面，复合制动的控制效果更加理想，系统反应迅速、鲁棒性好。
2018, 37(7): 1096-1101.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0713
摘要:
雷达图法可以对材料切削加工性进行定性评判和定量评价，但尚有指标赋权和有效评价这两个关键问题未得到很好解决。运用数理统计原理对主、客观赋权法得到的指标权值分别处理，基于组合权值与原主、客观值之间的偏差综合最小的优化思想，得到各项指标的组合权值，解决了雷达图中指标赋权问题。定义了包含雷达图周长与面积特征向量的综合评价指数K，对材料切削加工性进行有效的定量评价。最后给出了Ti6Al4V钛合金、AISI316L不锈钢、P20塑模钢、20钢和正火45钢的材料切削加工性评价实例。应用实例验证了本文方法的可行性、合理性和有效性。
雷达图法可以对材料切削加工性进行定性评判和定量评价，但尚有指标赋权和有效评价这两个关键问题未得到很好解决。运用数理统计原理对主、客观赋权法得到的指标权值分别处理，基于组合权值与原主、客观值之间的偏差综合最小的优化思想，得到各项指标的组合权值，解决了雷达图中指标赋权问题。定义了包含雷达图周长与面积特征向量的综合评价指数K，对材料切削加工性进行有效的定量评价。最后给出了Ti6Al4V钛合金、AISI316L不锈钢、P20塑模钢、20钢和正火45钢的材料切削加工性评价实例。应用实例验证了本文方法的可行性、合理性和有效性。
2018, 37(7): 1102-1106.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0714
摘要:
回弹缺陷是高强钢板料冲压时的一大难题，尤其对于多工序成形的零件，内应力作用引起的回弹问题更加复杂。在准确预测回弹的基础上修改模具型面的回弹补偿方案是解决这一问题的关键。为此，采用一种多工序混合硬化模型，结合有限元分析工具Ls-Dyna以及Ls-Opt，对模具型面迭代补偿。在自行改装的实验平台上，一项对高强钢DP600的循环拉伸压缩实验表明，与其他材料硬化模型相比，多工序混合硬化模型在多轴向的拉伸压缩实验中应力应变曲线的预测精度更高。某汽车A柱的多工序成形的回弹补偿结果证明该方法方便实用且精度高。
回弹缺陷是高强钢板料冲压时的一大难题，尤其对于多工序成形的零件，内应力作用引起的回弹问题更加复杂。在准确预测回弹的基础上修改模具型面的回弹补偿方案是解决这一问题的关键。为此，采用一种多工序混合硬化模型，结合有限元分析工具Ls-Dyna以及Ls-Opt，对模具型面迭代补偿。在自行改装的实验平台上，一项对高强钢DP600的循环拉伸压缩实验表明，与其他材料硬化模型相比，多工序混合硬化模型在多轴向的拉伸压缩实验中应力应变曲线的预测精度更高。某汽车A柱的多工序成形的回弹补偿结果证明该方法方便实用且精度高。
2018, 37(7): 1107-1114.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0715
摘要:
采用半圆形表征焊趾初始表面裂纹，以应力强度因子幅值作为裂纹扩展的驱动力，基于NASGRO裂纹扩展速率模型，考虑应力强度因子幅值门槛值和断裂韧性的影响，研究了整个裂纹前沿的动态演变过程。揭示了复杂焊趾形貌处初始裂纹的位置对裂纹扩展模式的影响规律，得出不同扩展模式下的疲劳寿命分布；分析了裂纹前沿应力强度因子的分布状况以及其在不同方向上的分布特点。开展了十字焊接接头的疲劳对比试验，试验结果与仿真结果具有较好的一致性。
采用半圆形表征焊趾初始表面裂纹，以应力强度因子幅值作为裂纹扩展的驱动力，基于NASGRO裂纹扩展速率模型，考虑应力强度因子幅值门槛值和断裂韧性的影响，研究了整个裂纹前沿的动态演变过程。揭示了复杂焊趾形貌处初始裂纹的位置对裂纹扩展模式的影响规律，得出不同扩展模式下的疲劳寿命分布；分析了裂纹前沿应力强度因子的分布状况以及其在不同方向上的分布特点。开展了十字焊接接头的疲劳对比试验，试验结果与仿真结果具有较好的一致性。
2018, 37(7): 1115-1119.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0716
摘要:
制备SPCC板材电阻点焊胶接接头，并开展拉伸-剪切试验；建立胶接点焊接头的Euler-Lagrange分析模型，提取胶层界面各个检测点压力时程曲线，分析焊接过程中胶层受热气化过程对熔池产生的冲击；同时，采用超声波水浸聚焦入射法对SPCC板材胶接点焊接头进行超声C扫描成像检测，借助焊点区A扫信号和C扫图像分析接头焊核区的形貌特征。结果表明：胶接接头和点焊接头的抗拉强度均值分别为10 518.325 N和10 164.421 N，胶层的加入提高了点焊接头的强度；胶接点焊过程中胶层气化后的高压气体从上下板之间的空隙排出，并在焊核区周围留下气体排出后的空腔区；基于超声C扫图像特征，将胶接接头分为导电胶层区、胶层气化后的气体排出的空腔区以及熔核区，检测分析结果与仿真分析相吻合。
制备SPCC板材电阻点焊胶接接头，并开展拉伸-剪切试验；建立胶接点焊接头的Euler-Lagrange分析模型，提取胶层界面各个检测点压力时程曲线，分析焊接过程中胶层受热气化过程对熔池产生的冲击；同时，采用超声波水浸聚焦入射法对SPCC板材胶接点焊接头进行超声C扫描成像检测，借助焊点区A扫信号和C扫图像分析接头焊核区的形貌特征。结果表明：胶接接头和点焊接头的抗拉强度均值分别为10 518.325 N和10 164.421 N，胶层的加入提高了点焊接头的强度；胶接点焊过程中胶层气化后的高压气体从上下板之间的空隙排出，并在焊核区周围留下气体排出后的空腔区；基于超声C扫图像特征，将胶接接头分为导电胶层区、胶层气化后的气体排出的空腔区以及熔核区，检测分析结果与仿真分析相吻合。
2018, 37(7): 1120-1124.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0717
摘要:
测试了不锈钢螺纹连接在慢速预紧与拆卸、快速预紧与拆卸、涂胶后快速预紧与拆卸3种条件下的抗咬死能力，分析不锈钢螺纹连接的咬死机理，提出了螺纹连接咬死的预防措施。研究表明，快速预紧和拆卸引起的螺牙间高温导致不锈钢螺牙表面发生严重黏着磨损。黏着磨损产生的磨屑在螺牙间堆积，阻碍了螺牙的旋合过程并最终引起咬死现象。涂胶和减小预紧和拆卸速度均可降低螺牙间温度，从而减轻黏着磨损，降低不锈钢螺纹连接发生咬死的概率。
测试了不锈钢螺纹连接在慢速预紧与拆卸、快速预紧与拆卸、涂胶后快速预紧与拆卸3种条件下的抗咬死能力，分析不锈钢螺纹连接的咬死机理，提出了螺纹连接咬死的预防措施。研究表明，快速预紧和拆卸引起的螺牙间高温导致不锈钢螺牙表面发生严重黏着磨损。黏着磨损产生的磨屑在螺牙间堆积，阻碍了螺牙的旋合过程并最终引起咬死现象。涂胶和减小预紧和拆卸速度均可降低螺牙间温度，从而减轻黏着磨损，降低不锈钢螺纹连接发生咬死的概率。
2018, 37(7): 1125-1131.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180120
摘要:
为研究微尺度下爆震波经过突扩管的二次起爆特性，采用恰当比的乙烯（C2H4）与氧气（O2）（或恰当比的氢气（H2）与氧气（O2））的混合气，在不同突扩比的管道内进行了爆震数值研究。结果表明，燃料与突扩比都会对二次起爆产生影响，在一定突扩比范围内，突扩比越大，起爆距离与时间越长。对于相同突扩比，C2H4/O2混合气相比较于H2/O2混合气缓燃转爆震的时间短，但H2/O2混合气比C2H4/O2混合气二次起爆的突扩比范围宽广；H2/O2混合气突扩比超过7、C2H4/O2混合气突扩比超过5时化学反应区与激波将不能够再次耦合形成爆震波。
为研究微尺度下爆震波经过突扩管的二次起爆特性，采用恰当比的乙烯（C2H4）与氧气（O2）（或恰当比的氢气（H2）与氧气（O2））的混合气，在不同突扩比的管道内进行了爆震数值研究。结果表明，燃料与突扩比都会对二次起爆产生影响，在一定突扩比范围内，突扩比越大，起爆距离与时间越长。对于相同突扩比，C2H4/O2混合气相比较于H2/O2混合气缓燃转爆震的时间短，但H2/O2混合气比C2H4/O2混合气二次起爆的突扩比范围宽广；H2/O2混合气突扩比超过7、C2H4/O2混合气突扩比超过5时化学反应区与激波将不能够再次耦合形成爆震波。
2018, 37(7): 1132-1136.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0718
摘要:
针对民机结构环境损伤评定问题进行研究，基于国内研究的现有赋权方法或者偏重主观经验或者过分依赖客观数据的现状，提出基于组合赋权的评定模型方法。该模型采用层次分析法确定主观权重，采用粗糙集理论中决策表的信息熵知识确定客观权重，然后利用向量夹角公式，找到二者之间合理的权重分配系数，实现组合赋权，进而确定总等级，并根据等级间隔对应关系确定检查间隔。最后以某型飞机的重要结构项目为例进行验证分析，效果良好。
针对民机结构环境损伤评定问题进行研究，基于国内研究的现有赋权方法或者偏重主观经验或者过分依赖客观数据的现状，提出基于组合赋权的评定模型方法。该模型采用层次分析法确定主观权重，采用粗糙集理论中决策表的信息熵知识确定客观权重，然后利用向量夹角公式，找到二者之间合理的权重分配系数，实现组合赋权，进而确定总等级，并根据等级间隔对应关系确定检查间隔。最后以某型飞机的重要结构项目为例进行验证分析，效果良好。
2018, 37(7): 1137-1142.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180007
摘要:
研究运用控制补偿系统对轴对称推力矢量喷管喉道面积精度补偿的问题。建立喉道正逆运动学模型；考虑机构的加工误差、输入误差以及铰链间隙误差的影响，进行喉道的精度分析；依次运用开环逆模控制及单神经元PID加逆模前馈控制设计控制补偿系统，实现对喉道面积精度的补偿，运用仿真测试的方法验证了后者对喉道面积精度补偿效果更佳。经控制系统补偿后，喉道面积的偏差不大于1%，对轴对称推力矢量喷管的精确控制及补偿控制器的研发提供了一定的理论基础。
研究运用控制补偿系统对轴对称推力矢量喷管喉道面积精度补偿的问题。建立喉道正逆运动学模型；考虑机构的加工误差、输入误差以及铰链间隙误差的影响，进行喉道的精度分析；依次运用开环逆模控制及单神经元PID加逆模前馈控制设计控制补偿系统，实现对喉道面积精度的补偿，运用仿真测试的方法验证了后者对喉道面积精度补偿效果更佳。经控制系统补偿后，喉道面积的偏差不大于1%，对轴对称推力矢量喷管的精确控制及补偿控制器的研发提供了一定的理论基础。
2018, 37(7): 1143-1148.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0719
摘要:
针对无人机在飞行过程中经常受到外界扰动以及模型参数的不确定性，本文设计出一种鲁棒H∞/S面模型控制算法，其外环采用具有较强非线性的S面控制算法，内环采用具有较强鲁棒性的鲁棒控制。采用某型无人机标称模型分别仿真验证了在没有外界干扰、有外界干扰及参数摄动情况下H∞/S面模型控制算法对无人机高度控制的效果。结果表明：和H∞/PD模型控制算法相比，H∞/S面模型控制算法简单，具有良好的快速性、精确性、鲁棒性和动态性能，更适用于无人机的高度控制。
针对无人机在飞行过程中经常受到外界扰动以及模型参数的不确定性，本文设计出一种鲁棒H∞/S面模型控制算法，其外环采用具有较强非线性的S面控制算法，内环采用具有较强鲁棒性的鲁棒控制。采用某型无人机标称模型分别仿真验证了在没有外界干扰、有外界干扰及参数摄动情况下H∞/S面模型控制算法对无人机高度控制的效果。结果表明：和H∞/PD模型控制算法相比，H∞/S面模型控制算法简单，具有良好的快速性、精确性、鲁棒性和动态性能，更适用于无人机的高度控制。
