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2020年 39卷 第7期
2020, 39(7): 985-991.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190231
摘要
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摘要:
为研究双卧轴振动搅拌机搅拌筒内流场振动搅拌过程中固液混合流体瞬态流动情况，基于计算流体力学（CFD）提供的计算方法，结合动网格技术、欧拉多相流模型、Realizable k-ε湍流模型及离散相模型，采用C语言编写用户自定义程序（UDF），并将其动态链接到CFD中，在非稳态条件下数值模拟双卧轴振动搅拌机搅拌质量受振动轴转速、固相颗粒体积分数的影响规律，并在此基础上，进行了振动搅拌试验研究。结果表明：当搅拌轴转速为35 r/min、混合料颗粒体积分数为20%、颗粒直径分别为10 mm、20 mm和30 mm时，振动轴转速分别为960 r/min、1 460 r/min和1 800 r/min时其搅拌质量最佳；数值分析结果与试验结论基本一致，说明了数值计算结果的准确性和计算方法的可行性。
为研究双卧轴振动搅拌机搅拌筒内流场振动搅拌过程中固液混合流体瞬态流动情况，基于计算流体力学（CFD）提供的计算方法，结合动网格技术、欧拉多相流模型、Realizable k-ε湍流模型及离散相模型，采用C语言编写用户自定义程序（UDF），并将其动态链接到CFD中，在非稳态条件下数值模拟双卧轴振动搅拌机搅拌质量受振动轴转速、固相颗粒体积分数的影响规律，并在此基础上，进行了振动搅拌试验研究。结果表明：当搅拌轴转速为35 r/min、混合料颗粒体积分数为20%、颗粒直径分别为10 mm、20 mm和30 mm时，振动轴转速分别为960 r/min、1 460 r/min和1 800 r/min时其搅拌质量最佳；数值分析结果与试验结论基本一致，说明了数值计算结果的准确性和计算方法的可行性。
2020, 39(7): 992-999.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200108
摘要:
提出应用于有源噪声控制的改良自适应滤波算法，然后搭建管道噪声有源控制实验装置，并分别以可控式薄板振动和扬声器作为次级声源进行管道有源噪声控制实验研究。结果表明：在低频段时，以可控式薄板振动为次级声源的有源噪声控制效果小于传统的扬声器，但在中、高频时降噪效果较为明显；在1 200 Hz以后管道截止频率之前，次级声源为平板时，控制前后管道下游的衰减量可达50 dB，相较于传统的次级声源扬声器高出了约10 dB。在管道有源消声中，由于平板声源具有较好的指向性，因此可从管道噪声主动控制扩展到空间噪声主动控制，以此来弥补平板在低频声辐射能力不足的缺点。
提出应用于有源噪声控制的改良自适应滤波算法，然后搭建管道噪声有源控制实验装置，并分别以可控式薄板振动和扬声器作为次级声源进行管道有源噪声控制实验研究。结果表明：在低频段时，以可控式薄板振动为次级声源的有源噪声控制效果小于传统的扬声器，但在中、高频时降噪效果较为明显；在1 200 Hz以后管道截止频率之前，次级声源为平板时，控制前后管道下游的衰减量可达50 dB，相较于传统的次级声源扬声器高出了约10 dB。在管道有源消声中，由于平板声源具有较好的指向性，因此可从管道噪声主动控制扩展到空间噪声主动控制，以此来弥补平板在低频声辐射能力不足的缺点。
2020, 39(7): 1000-1004.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200046
摘要:
行星轮齿面磨损故障信号具有特征薄弱、特征量少等缺点，对其进行故障特征识别较为困难。本文中提出一种新的方法：首先，将原始振动加速度信号幅值作为像素点构造灰度图像，检测灰度图像的特征点并对检测出的特征点向量描述；然后将灰度图像的特征描述向量聚类，构建词袋模型；最后用直方图相交核支持向量机算法对其进行分类。该方法不但不需要对原始信号模态分解和降噪处理，还可以提取出大量的信号特征，提高了故障特征识别的效率和准确率。对正常轮齿、2个齿面磨损和3个齿面磨损故障进行了诊断实验，准确率高达98.55%，实验结果验证了所提方法的有效性。
行星轮齿面磨损故障信号具有特征薄弱、特征量少等缺点，对其进行故障特征识别较为困难。本文中提出一种新的方法：首先，将原始振动加速度信号幅值作为像素点构造灰度图像，检测灰度图像的特征点并对检测出的特征点向量描述；然后将灰度图像的特征描述向量聚类，构建词袋模型；最后用直方图相交核支持向量机算法对其进行分类。该方法不但不需要对原始信号模态分解和降噪处理，还可以提取出大量的信号特征，提高了故障特征识别的效率和准确率。对正常轮齿、2个齿面磨损和3个齿面磨损故障进行了诊断实验，准确率高达98.55%，实验结果验证了所提方法的有效性。
2020, 39(7): 1005-1013.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190249
摘要:
自由挤出成形（Extrusion free-forming，EFF）是对封装在料筒内的浆料施加外部载荷，迫使其通过微小流道挤出，并在X、Y平面上进行逐层堆积的3D打印增材制造技术。利用挤出成形技术可实现陶瓷制件的直接打印制造，打印过程中，成形平台在路径拐点处的光滑过渡、材料挤出速度与成形平台扫描速度的实时匹配是提高制件成形精度的重要方法之一。本文通过对依据扫描路径信息进行实时速度匹配算法的研究，建立了以STM32为核心，可以实现扫描速度预规划、挤出速度与扫描速度实时匹配的控制系统，从而为提高陶瓷制件成形精度提供一定借鉴价值。
自由挤出成形（Extrusion free-forming，EFF）是对封装在料筒内的浆料施加外部载荷，迫使其通过微小流道挤出，并在X、Y平面上进行逐层堆积的3D打印增材制造技术。利用挤出成形技术可实现陶瓷制件的直接打印制造，打印过程中，成形平台在路径拐点处的光滑过渡、材料挤出速度与成形平台扫描速度的实时匹配是提高制件成形精度的重要方法之一。本文通过对依据扫描路径信息进行实时速度匹配算法的研究，建立了以STM32为核心，可以实现扫描速度预规划、挤出速度与扫描速度实时匹配的控制系统，从而为提高陶瓷制件成形精度提供一定借鉴价值。
2020, 39(7): 1014-1021.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190246
摘要:
基于LAMMPS分子动力学模拟石墨烯润滑油在超声环境中的分子运动轨迹，通过分子均方根位移方程，计算石墨烯分子扩散系数，从微观角度揭示了超声分散机理。实验通过调节超声分散机功能参数，改变超声时间和超声功率，将所得石墨烯润滑油混合液进行Zeta电位测量，通过Zeta电位表征石墨烯在润滑油中的分散稳定性。结果显示，石墨烯润滑油的分散稳定性与超声时间和超声功率在一定程度上呈正相关曲线，但当超声时间超过105 min，超声功率超过600 W后，分散稳定性有所下降。
基于LAMMPS分子动力学模拟石墨烯润滑油在超声环境中的分子运动轨迹，通过分子均方根位移方程，计算石墨烯分子扩散系数，从微观角度揭示了超声分散机理。实验通过调节超声分散机功能参数，改变超声时间和超声功率，将所得石墨烯润滑油混合液进行Zeta电位测量，通过Zeta电位表征石墨烯在润滑油中的分散稳定性。结果显示，石墨烯润滑油的分散稳定性与超声时间和超声功率在一定程度上呈正相关曲线，但当超声时间超过105 min，超声功率超过600 W后，分散稳定性有所下降。
2020, 39(7): 1022-1027.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190233
摘要:
为了解决变分模态分解（VMD）的分解层数K选定困难的问题，提出了利用归一化香农熵对变分模态分解进行参数优化，从而可以自适应地确定分解层数K，可以避免信号过分解与欠分解。首先在程序中预先设定分解层数，让程序进行预分解；计算分解后各本征模态函数（IMF）频带的香农熵，再将香农熵归一化处理，以归一化熵值大小作为循环停止条件来进行自适应确定分解层数K；最后对各IMF分量进行包络分析，提取信号中的故障特征频率。将该方法利用仿真信号和实际故障数据进行分析验证，结果表明该方法既能够自适应地确定K值，同时其分解出的各IMF分量均出现规律性故障振动信号或转频的倍频，证明了这种故障特征提取方法是有效的。
为了解决变分模态分解（VMD）的分解层数K选定困难的问题，提出了利用归一化香农熵对变分模态分解进行参数优化，从而可以自适应地确定分解层数K，可以避免信号过分解与欠分解。首先在程序中预先设定分解层数，让程序进行预分解；计算分解后各本征模态函数（IMF）频带的香农熵，再将香农熵归一化处理，以归一化熵值大小作为循环停止条件来进行自适应确定分解层数K；最后对各IMF分量进行包络分析，提取信号中的故障特征频率。将该方法利用仿真信号和实际故障数据进行分析验证，结果表明该方法既能够自适应地确定K值，同时其分解出的各IMF分量均出现规律性故障振动信号或转频的倍频，证明了这种故障特征提取方法是有效的。
2020, 39(7): 1028-1034.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200107
摘要:
考虑多场耦合作用，为实现双动式断路器机-液-控联合仿真，首先利用C、C#语言分别为液压系统模型、流体仿真模型开发TCP通信的服务端和客户端，利用Fortran语言对瞬态动力学模型进行二次开发，并通过共享内存实现了软件间实时数据交互，成功搭建了整机联合仿真系统。其次，建立液压控制系统、操动机构、灭弧室等仿真模型开展整机联合仿真，对操动机构分闸过程速度特性进行了分析，探讨了蓄能器初始油压对操动机构运动特性的影响。结果表明，联合仿真系统实现了断路器机-液-控联合仿真。
考虑多场耦合作用，为实现双动式断路器机-液-控联合仿真，首先利用C、C#语言分别为液压系统模型、流体仿真模型开发TCP通信的服务端和客户端，利用Fortran语言对瞬态动力学模型进行二次开发，并通过共享内存实现了软件间实时数据交互，成功搭建了整机联合仿真系统。其次，建立液压控制系统、操动机构、灭弧室等仿真模型开展整机联合仿真，对操动机构分闸过程速度特性进行了分析，探讨了蓄能器初始油压对操动机构运动特性的影响。结果表明，联合仿真系统实现了断路器机-液-控联合仿真。
2020, 39(7): 1035-1039.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190271
摘要:
龙门铣床广泛应用于航空航天领域大型零件的精密加工，其几何与热误差均对加工精度有显著影响。本文基于西门子840D数控系统内置的补偿接口，以及作者提出的大型机床的关键误差分析、辨识及建模方法，在建立好的主轴热误差及主进给轴的几何与热综合误差数学模型的基础上，提出了一种大型龙门铣床主轴及进给轴多项主要变形的补偿方法，开发了相应的补偿系统，并实现了主轴热误差和主进给轴（x轴）综合误差的实时控制补偿，验证了该方法的有效性。
龙门铣床广泛应用于航空航天领域大型零件的精密加工，其几何与热误差均对加工精度有显著影响。本文基于西门子840D数控系统内置的补偿接口，以及作者提出的大型机床的关键误差分析、辨识及建模方法，在建立好的主轴热误差及主进给轴的几何与热综合误差数学模型的基础上，提出了一种大型龙门铣床主轴及进给轴多项主要变形的补偿方法，开发了相应的补偿系统，并实现了主轴热误差和主进给轴（x轴）综合误差的实时控制补偿，验证了该方法的有效性。
2020, 39(7): 1040-1047.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190237
摘要:
由热效应引起的精密直线进给系统直线度变化会显著影响机床精度稳定性。针对这一问题，对精密直线进给系统直线度的热变效应进行了仿真研究。首先，利用有限元热-流-固耦合仿真技术建立进给系统温度特性仿真模型，并在此基础上构建了进给系统热变形特性仿真模型；然后，分析热变形仿真结果得出进给系统直线度误差热增量及其测试基准线热漂移量的预估模型；最后，通过实验验证了精密直线进给系统直线度热变化分析模型的准确性。研究表明：综合热源对精密直线进给系统直线度误差测试基准线的热漂移具有明显影响，但对直线度误差热增量影响相对较小；而造成直线度热变效应的主要因素是机床床身热变形引起的床身-导轨装配面热漂移。
由热效应引起的精密直线进给系统直线度变化会显著影响机床精度稳定性。针对这一问题，对精密直线进给系统直线度的热变效应进行了仿真研究。首先，利用有限元热-流-固耦合仿真技术建立进给系统温度特性仿真模型，并在此基础上构建了进给系统热变形特性仿真模型；然后，分析热变形仿真结果得出进给系统直线度误差热增量及其测试基准线热漂移量的预估模型；最后，通过实验验证了精密直线进给系统直线度热变化分析模型的准确性。研究表明：综合热源对精密直线进给系统直线度误差测试基准线的热漂移具有明显影响，但对直线度误差热增量影响相对较小；而造成直线度热变效应的主要因素是机床床身热变形引起的床身-导轨装配面热漂移。
2020, 39(7): 1048-1052.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190250
摘要:
利用RD8000测绘管道路由，使用非接触式金属磁记忆检测仪在埋地铁磁管道正上方采集管段信号。通过Savitzky-Golay滤波器对数据进行滤波，发现当磁感应强度法向分量变化量梯度Kz过零点，且磁感应强度切向分量变化量梯度Ky出现极值时，可以判断该特征位置为环焊缝位置。通过对比磁信号图中相邻环焊缝的相对距离ΔL1与建设期管节长度ΔL2，可以匹配磁信号图中环焊缝所对应的建设期编号，且误差小于1 m。最终结合磁记忆检测仪采集的GPS信息，从而确定目标环焊缝地理位置。
利用RD8000测绘管道路由，使用非接触式金属磁记忆检测仪在埋地铁磁管道正上方采集管段信号。通过Savitzky-Golay滤波器对数据进行滤波，发现当磁感应强度法向分量变化量梯度Kz过零点，且磁感应强度切向分量变化量梯度Ky出现极值时，可以判断该特征位置为环焊缝位置。通过对比磁信号图中相邻环焊缝的相对距离ΔL1与建设期管节长度ΔL2，可以匹配磁信号图中环焊缝所对应的建设期编号，且误差小于1 m。最终结合磁记忆检测仪采集的GPS信息，从而确定目标环焊缝地理位置。
2020, 39(7): 1053-1059.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190238
摘要:
为了研究电化学放电钻削工艺中的材料去除机理，采用高速旋转的碳化钨螺旋工具电极对ANSI 304型不锈钢工件进行了一系列试验研究，并使用高速摄像机观察加工过程中气泡的产生、气膜的形成和电火花放电现象。通过分析加工电流的信号波形和不同转速下的电火花放电现象，从而进一步揭示了电化学放电加工中的材料去除机理。结果表明：当工具电极较高速旋转时，工件材料是通过EDM和ECM的协同作用被蚀除；当工具电极转速极低或静止时，工件材料是通过ECM被蚀除。
为了研究电化学放电钻削工艺中的材料去除机理，采用高速旋转的碳化钨螺旋工具电极对ANSI 304型不锈钢工件进行了一系列试验研究，并使用高速摄像机观察加工过程中气泡的产生、气膜的形成和电火花放电现象。通过分析加工电流的信号波形和不同转速下的电火花放电现象，从而进一步揭示了电化学放电加工中的材料去除机理。结果表明：当工具电极较高速旋转时，工件材料是通过EDM和ECM的协同作用被蚀除；当工具电极转速极低或静止时，工件材料是通过ECM被蚀除。
2020, 39(7): 1060-1065.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190245
摘要:
针对工业机器人气囊抛光工具参数标定困难的问题，提出一种简便有效、易于操作的工具坐标系参数标定新方法。首先介绍了工具坐标系的标定原理，建立了机器人抛光系统的各个坐标系，然后根据工件转台与机器人的位置关系，提出一种只依靠机器人系统本身的工具参数标定算法，采用姿态转换及简单几何数学的计算即可实现。最后，以ER20D-C10型机器人为试验平台，对气囊抛光工具的参数进行标定并与传统标定方法对比，结果表明该方法是一种易操作、高精度的工具参数标定方法，满足机器人气囊抛光的技术要求。
针对工业机器人气囊抛光工具参数标定困难的问题，提出一种简便有效、易于操作的工具坐标系参数标定新方法。首先介绍了工具坐标系的标定原理，建立了机器人抛光系统的各个坐标系，然后根据工件转台与机器人的位置关系，提出一种只依靠机器人系统本身的工具参数标定算法，采用姿态转换及简单几何数学的计算即可实现。最后，以ER20D-C10型机器人为试验平台，对气囊抛光工具的参数进行标定并与传统标定方法对比，结果表明该方法是一种易操作、高精度的工具参数标定方法，满足机器人气囊抛光的技术要求。
2020, 39(7): 1066-1070.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200106
摘要:
围绕海洋油气开发需要，提出了一种薄壁光纤气泡压力传感器及其制作方法。利用电弧放电法将单模光纤与空芯石英管相熔，并将乙醇锁在光纤气泡内，再利用不同强度的电弧放电使光纤气泡持续膨胀，制作出壁厚只有几百纳米的光纤气泡。与传统的光纤气泡相比，该光纤气泡具有更好的压力和温度传感特性。实验结果表明，所制备的薄壁光纤气泡具有较高的压力灵敏度，经测试得到的压力灵敏度为1 313 pm/MPa，同时温度交叉灵敏度为8.644 kPa/℃。
围绕海洋油气开发需要，提出了一种薄壁光纤气泡压力传感器及其制作方法。利用电弧放电法将单模光纤与空芯石英管相熔，并将乙醇锁在光纤气泡内，再利用不同强度的电弧放电使光纤气泡持续膨胀，制作出壁厚只有几百纳米的光纤气泡。与传统的光纤气泡相比，该光纤气泡具有更好的压力和温度传感特性。实验结果表明，所制备的薄壁光纤气泡具有较高的压力灵敏度，经测试得到的压力灵敏度为1 313 pm/MPa，同时温度交叉灵敏度为8.644 kPa/℃。
2020, 39(7): 1071-1076.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190223
摘要:
对高压涡轮叶片中冷却气膜孔（下简称：气膜孔）视觉测量过程中遇到的气膜孔图像清晰度评价问题展开研究。利用光学成像系统分析了系统离焦对图像清晰度的影响，并提出了一种Sobel算子与阈值相结合的图像清晰度评价方法。针对气膜孔孔径小、单晶材料反光、焦平面的获取困难、气膜孔边缘难识别等问题，进行对比实验，设计了图像清晰度评价函数归一化与阈值选取相结合的测量方法，这确保了评价功能的真实性，同时滤除了高频噪声。实验结果表明，所提出的评价方法可以准确地评价气膜孔图像的清晰度。此方法具有很强的单峰性，无偏性和良好的抗噪性能。
对高压涡轮叶片中冷却气膜孔（下简称：气膜孔）视觉测量过程中遇到的气膜孔图像清晰度评价问题展开研究。利用光学成像系统分析了系统离焦对图像清晰度的影响，并提出了一种Sobel算子与阈值相结合的图像清晰度评价方法。针对气膜孔孔径小、单晶材料反光、焦平面的获取困难、气膜孔边缘难识别等问题，进行对比实验，设计了图像清晰度评价函数归一化与阈值选取相结合的测量方法，这确保了评价功能的真实性，同时滤除了高频噪声。实验结果表明，所提出的评价方法可以准确地评价气膜孔图像的清晰度。此方法具有很强的单峰性，无偏性和良好的抗噪性能。
2020, 39(7): 1077-1085.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190241
摘要:
针对球磨机振动信号非线性、非平稳性特点及总体平均经验模态分解方法（CEEMDAN），舍弃高频分量降噪方法和小波阈值降噪方法存在的不足，提出了一种基于CEEMDAN-小波阈值联合的球磨机筒体振动信号去噪方法。首先运用CEEMDAN算法将信号分解成一系列IMF分量；其次采用连续均方误差准则确定含噪声较多的高频IMF分量；然后采用小波阈值去噪方法对含噪声较多的高频IMF分量进行去噪处理；最后将去噪后的IMF分量和去噪的IMF分量进行重构，从而得到去噪后的信号。通过对实测球磨机筒体振动信号进行去噪分析，结果表明本研究提出的联合去噪方法去噪后信号的信噪比更高、均方根误差更低，证明该方法具有更高的去噪精度。
针对球磨机振动信号非线性、非平稳性特点及总体平均经验模态分解方法（CEEMDAN），舍弃高频分量降噪方法和小波阈值降噪方法存在的不足，提出了一种基于CEEMDAN-小波阈值联合的球磨机筒体振动信号去噪方法。首先运用CEEMDAN算法将信号分解成一系列IMF分量；其次采用连续均方误差准则确定含噪声较多的高频IMF分量；然后采用小波阈值去噪方法对含噪声较多的高频IMF分量进行去噪处理；最后将去噪后的IMF分量和去噪的IMF分量进行重构，从而得到去噪后的信号。通过对实测球磨机筒体振动信号进行去噪分析，结果表明本研究提出的联合去噪方法去噪后信号的信噪比更高、均方根误差更低，证明该方法具有更高的去噪精度。
2020, 39(7): 1086-1093.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190230
摘要:
为了优化人工心脏泵的水力性能和降低血液损伤，通过计算流体力学分析了人工心脏泵主要结构参数对效率、扬程和溶血值的影响规律，并使用单变量特征选择方法选取出口直径D2、叶片包角ψ、出口宽度b2为设计变量，以人工心脏泵的效率、扬程和溶血性能为目标函数，使用响应面法拟合设计变量与目标函数的多元回归模型，最后联合NSGA-Ⅱ遗传算法进行了多目标优化。确定最优叶轮出口尺寸：D2=41.68 mm，ψ=101.8°，b2=2.4 mm。心脏泵性能参数：效率为0.753 6，扬程为100.219 mmHg，溶血值为0.018 1 g/100L。与原始模型相比，在扬程满足设计要求的同时，水力效率和溶血性能均优于原始模型。
为了优化人工心脏泵的水力性能和降低血液损伤，通过计算流体力学分析了人工心脏泵主要结构参数对效率、扬程和溶血值的影响规律，并使用单变量特征选择方法选取出口直径D2、叶片包角ψ、出口宽度b2为设计变量，以人工心脏泵的效率、扬程和溶血性能为目标函数，使用响应面法拟合设计变量与目标函数的多元回归模型，最后联合NSGA-Ⅱ遗传算法进行了多目标优化。确定最优叶轮出口尺寸：D2=41.68 mm，ψ=101.8°，b2=2.4 mm。心脏泵性能参数：效率为0.753 6，扬程为100.219 mmHg，溶血值为0.018 1 g/100L。与原始模型相比，在扬程满足设计要求的同时，水力效率和溶血性能均优于原始模型。
2020, 39(7): 1094-1099.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190247
摘要:
为了改善智能车辆轨迹跟踪过程中的行驶稳定性，针对四轮转向车辆提出了一种轨迹跟踪及稳定控制方法。首先建立了车辆三自由度动力学模型，然后应用模型预测控制算法设计轨迹跟踪控制器。考虑了四轮转向车辆的动力学特性和不同路面附着对轮胎侧偏角控制的影响，在跟踪算法中引入零质心侧偏角控制和动态轮胎侧偏角边界控制方法，实现车辆的稳定控制。最后，通过对接路面工况下的仿真，验证了所提出的控制方法能够保证车辆在轨迹跟踪过程中具有良好的稳定性。
为了改善智能车辆轨迹跟踪过程中的行驶稳定性，针对四轮转向车辆提出了一种轨迹跟踪及稳定控制方法。首先建立了车辆三自由度动力学模型，然后应用模型预测控制算法设计轨迹跟踪控制器。考虑了四轮转向车辆的动力学特性和不同路面附着对轮胎侧偏角控制的影响，在跟踪算法中引入零质心侧偏角控制和动态轮胎侧偏角边界控制方法，实现车辆的稳定控制。最后，通过对接路面工况下的仿真，验证了所提出的控制方法能够保证车辆在轨迹跟踪过程中具有良好的稳定性。
2020, 39(7): 1100-1106.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190225
摘要:
为了提高车辆在行驶过程中的安全性与舒适性，减轻驾驶员的负荷，提出一种定速巡航分层控制策略，该策略将巡航工况分为几种不同的巡航模式，通过调节发动机的转速实现车速的控制。在上层控制中研究巡航控制模式决策问题，检查所要进入的巡航模式是否被允许；在中层控制中研究巡航退出条件是否成立，如果成立，则退出巡航，如果不成立则继续按照原来的控制策略进行巡航；在下层控制器中研究车辆实际巡航控制，运用增量式PID调节来控制车辆巡航目标速度、车辆实际速度、发动机的转速等。在此基础上，对所搭建的定速巡航分层控制策略进行实车硬件在环验证，主要验证减速-保持模式、加速-保持模式、加速-减速-阶升模式。试验结果表明，所开发的定速巡航分层控制策略，可实现车辆按照驾驶员的意图进行巡航过程中加减速的目的，并且巡航控制子模式与主模式的实际切换符合策略要求，能够提高整车的安全性与舒适性。
为了提高车辆在行驶过程中的安全性与舒适性，减轻驾驶员的负荷，提出一种定速巡航分层控制策略，该策略将巡航工况分为几种不同的巡航模式，通过调节发动机的转速实现车速的控制。在上层控制中研究巡航控制模式决策问题，检查所要进入的巡航模式是否被允许；在中层控制中研究巡航退出条件是否成立，如果成立，则退出巡航，如果不成立则继续按照原来的控制策略进行巡航；在下层控制器中研究车辆实际巡航控制，运用增量式PID调节来控制车辆巡航目标速度、车辆实际速度、发动机的转速等。在此基础上，对所搭建的定速巡航分层控制策略进行实车硬件在环验证，主要验证减速-保持模式、加速-保持模式、加速-减速-阶升模式。试验结果表明，所开发的定速巡航分层控制策略，可实现车辆按照驾驶员的意图进行巡航过程中加减速的目的，并且巡航控制子模式与主模式的实际切换符合策略要求，能够提高整车的安全性与舒适性。
2020, 39(7): 1107-1113.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190248
摘要:
双梯度钻井技术可解决深海油气和浅层水合物开发面临的疏松表层安全钻进和地层漏失压力低等难题。为研究双梯度钻井套管内压力隔断封隔器胶筒的力学性能，利用有限元仿真软件，分析不同摩擦因数、胶筒厚度、工作压力、环空间隙等因素作用下对胶筒变形的影响。采用正交试验对四种因素作用下胶筒的最大Mises应力值与接触压力值进行极差分析。结果表明：摩擦因数为0.3时胶筒与套管间接触压力取得较大值，双梯度钻井封隔器胶筒厚度优选为15 mm；在有效封隔2 MPa工作压力前提下，得出封隔器胶筒随钻柱滑动的最小摩擦力33 845 N；影响胶筒最大Mises应力的主要因素为工作压力与环空间隙，影响胶筒与套管间最大接触压力的主要因素为工作压力与胶筒厚度。
双梯度钻井技术可解决深海油气和浅层水合物开发面临的疏松表层安全钻进和地层漏失压力低等难题。为研究双梯度钻井套管内压力隔断封隔器胶筒的力学性能，利用有限元仿真软件，分析不同摩擦因数、胶筒厚度、工作压力、环空间隙等因素作用下对胶筒变形的影响。采用正交试验对四种因素作用下胶筒的最大Mises应力值与接触压力值进行极差分析。结果表明：摩擦因数为0.3时胶筒与套管间接触压力取得较大值，双梯度钻井封隔器胶筒厚度优选为15 mm；在有效封隔2 MPa工作压力前提下，得出封隔器胶筒随钻柱滑动的最小摩擦力33 845 N；影响胶筒最大Mises应力的主要因素为工作压力与环空间隙，影响胶筒与套管间最大接触压力的主要因素为工作压力与胶筒厚度。
2020, 39(7): 1114-1120.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190235
摘要:
通过铸造镁合金AZ91D和变形镁合金AZ31B室温环境应力控制的低周疲劳试验，基于连续损伤力学，选取平均应变的变化作为损伤变量，将镁合金的低周疲劳损伤演化划分为损伤初始阶段、损伤稳定阶段和循环末期的快速损伤阶段，各阶段的损伤分别以形核损伤、微裂纹损伤和主裂纹损伤为主。在此基础上建立了三阶段损伤模型和两阶段损伤模型，并用上述损伤模型进行了镁合金的低周疲劳损伤演化分析。研究结果表明：相对于经典的低周疲劳损伤模型，采用三阶段损伤模型和两阶段损伤模型所得损伤曲线与试验结果符合较好，能较好地反映镁合金低周疲劳损伤的演化过程。
通过铸造镁合金AZ91D和变形镁合金AZ31B室温环境应力控制的低周疲劳试验，基于连续损伤力学，选取平均应变的变化作为损伤变量，将镁合金的低周疲劳损伤演化划分为损伤初始阶段、损伤稳定阶段和循环末期的快速损伤阶段，各阶段的损伤分别以形核损伤、微裂纹损伤和主裂纹损伤为主。在此基础上建立了三阶段损伤模型和两阶段损伤模型，并用上述损伤模型进行了镁合金的低周疲劳损伤演化分析。研究结果表明：相对于经典的低周疲劳损伤模型，采用三阶段损伤模型和两阶段损伤模型所得损伤曲线与试验结果符合较好，能较好地反映镁合金低周疲劳损伤的演化过程。
2020, 39(7): 1121-1127.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190243
摘要:
利用ANSYS有限元分析软件，对腐蚀管道模型在受内压及地磁场作用下的力-磁效应进行模拟，得出了管道模型在不同腐蚀间距及不同腐蚀深度下的应力分布和磁信号分布；同时利用管道弱磁检测仪对青海油田所辖管段的埋地小管道进行了检测，通过分析检测到的管道表面磁感应强度分量的梯度值dBX、dBY、dBZ的波形特征，确定了腐蚀缺陷位置，并将检测分析结果与模拟结果相比较，证明了两者有较好的一致性；结果表明利用管道磁信号的波形特征判断腐蚀缺陷的评价方法具有合理性，能够对埋地管道在非开挖状态下进行早期诊断，为弱磁检测技术提供理论依据。
利用ANSYS有限元分析软件，对腐蚀管道模型在受内压及地磁场作用下的力-磁效应进行模拟，得出了管道模型在不同腐蚀间距及不同腐蚀深度下的应力分布和磁信号分布；同时利用管道弱磁检测仪对青海油田所辖管段的埋地小管道进行了检测，通过分析检测到的管道表面磁感应强度分量的梯度值dBX、dBY、dBZ的波形特征，确定了腐蚀缺陷位置，并将检测分析结果与模拟结果相比较，证明了两者有较好的一致性；结果表明利用管道磁信号的波形特征判断腐蚀缺陷的评价方法具有合理性，能够对埋地管道在非开挖状态下进行早期诊断，为弱磁检测技术提供理论依据。
2020, 39(7): 1128-1132.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190232
摘要:
粉末冶金是一项节能、节材、高效、近净成形的先进制造技术，粉末冶金压制过程中的力学理论是决定压制毛坯的致密性和均匀性，并对最终形成产品的质量有决定性影响的关键问题。本文利用离散单元法建立了粉末冶金单轴压制的离散元数值模型，研究了粉末颗粒单轴压制过程中的力链演变规律、应力变化规律及配位数、滑动分数等力学参数的变化规律。研究结果表明，随着上模的逐步下压，粉末颗粒间的细观力链的强度逐渐增强，压制后期细观力链也呈现出明显的沿y轴走向的方向性特性；x、y向应力在压制初期较小，压制后期粉末颗粒系统的x、y向应力大小随着上模的逐步下压基本上呈线性增长的变化趋势；配位数在压制初期较小，在压制后期则随着上模的逐步下压而逐渐增大，滑动分数在压制初期和后期较小，在压制中期则较大。
粉末冶金是一项节能、节材、高效、近净成形的先进制造技术，粉末冶金压制过程中的力学理论是决定压制毛坯的致密性和均匀性，并对最终形成产品的质量有决定性影响的关键问题。本文利用离散单元法建立了粉末冶金单轴压制的离散元数值模型，研究了粉末颗粒单轴压制过程中的力链演变规律、应力变化规律及配位数、滑动分数等力学参数的变化规律。研究结果表明，随着上模的逐步下压，粉末颗粒间的细观力链的强度逐渐增强，压制后期细观力链也呈现出明显的沿y轴走向的方向性特性；x、y向应力在压制初期较小，压制后期粉末颗粒系统的x、y向应力大小随着上模的逐步下压基本上呈线性增长的变化趋势；配位数在压制初期较小，在压制后期则随着上模的逐步下压而逐渐增大，滑动分数在压制初期和后期较小，在压制中期则较大。
2020, 39(7): 1133-1138.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190242
摘要:
空间绳网是一种新型的在轨捕获技术，对解决日益紧张的空间环境问题具有重大意义。基于有限元法，将绳网离散为若干绳段单元，通过对单元的受力分析，推导得到了空间绳网的动力学模型。应用罚函数法建立了绳网与目标的碰撞动力学模型。采用ABAQUS有限元软件建立了空间绳网与捕获目标的仿真模型，并实现了捕获过程的动力学仿真，提出了空间绳网捕获效果评价指标，重点讨论了绳网对于不同目标捕获过程的差异。仿真结果表明：空间绳网与球体目标的碰撞力最大，对于正方体目标包裹性最好，并且碰撞后正方体目标的速度和位移增量最大。
空间绳网是一种新型的在轨捕获技术，对解决日益紧张的空间环境问题具有重大意义。基于有限元法，将绳网离散为若干绳段单元，通过对单元的受力分析，推导得到了空间绳网的动力学模型。应用罚函数法建立了绳网与目标的碰撞动力学模型。采用ABAQUS有限元软件建立了空间绳网与捕获目标的仿真模型，并实现了捕获过程的动力学仿真，提出了空间绳网捕获效果评价指标，重点讨论了绳网对于不同目标捕获过程的差异。仿真结果表明：空间绳网与球体目标的碰撞力最大，对于正方体目标包裹性最好，并且碰撞后正方体目标的速度和位移增量最大。
2020, 39(7): 1139-1148.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190236
摘要:
建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型，采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明：当系统存在碰摩故障时，一阶临界转速有所提高，动力学行为更为复杂；存在裂纹故障时，一阶临界转速有所降低；存在松动故障时，响应混沌区域变大；存在三种耦合故障时，超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大，响应趋向于混沌，松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。
建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型，采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明：当系统存在碰摩故障时，一阶临界转速有所提高，动力学行为更为复杂；存在裂纹故障时，一阶临界转速有所降低；存在松动故障时，响应混沌区域变大；存在三种耦合故障时，超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大，响应趋向于混沌，松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。
