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2024年 43卷 第6期
2024, 43(6): 917-924.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230031
摘要
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摘要:
传统稀疏表示方法因其在冲击类信号特征提取中的独特优势而在故障诊断领域被广泛研究。然而，传统稀疏表示理论基于对干扰噪声的高斯分布假设，导致其难以适用于多种噪声分布混合的实际现场。针对上述问题，提出一种混合高斯噪声条件下的冲击类故障特征稀疏表示方法。基于传统稀疏表示理论的贝叶斯框架，借助混合高斯分布的万有逼近性质，建立了基于db4小波字典的混合高斯噪声稀疏分解模型，并推导了基于EM（Expectation-maximum, EM）和ADMM（Alternating direction method of multipliers, ADMM）的优化求解算法用于模型求解。仿真和实验结果表明，所提出的方法能够有效提取混合噪声干扰下的冲击类微弱故障特征信号。
传统稀疏表示方法因其在冲击类信号特征提取中的独特优势而在故障诊断领域被广泛研究。然而，传统稀疏表示理论基于对干扰噪声的高斯分布假设，导致其难以适用于多种噪声分布混合的实际现场。针对上述问题，提出一种混合高斯噪声条件下的冲击类故障特征稀疏表示方法。基于传统稀疏表示理论的贝叶斯框架，借助混合高斯分布的万有逼近性质，建立了基于db4小波字典的混合高斯噪声稀疏分解模型，并推导了基于EM（Expectation-maximum, EM）和ADMM（Alternating direction method of multipliers, ADMM）的优化求解算法用于模型求解。仿真和实验结果表明，所提出的方法能够有效提取混合噪声干扰下的冲击类微弱故障特征信号。
2024, 43(6): 925-933.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230020
摘要:
齿轮传动系统作为舰船推进装置的重要组成部分，其在舰船运行模式切换过程中能否保持良好的动态特性对舰船结构安全性及机动性有着重要的影响。本文以某舰船中柴燃联合驱动斜齿轮传动系统为研究对象，建立系统纯扭动力学模型，采用MASTA软件验证该模型的正确性，基于该模型对燃气轮机单机驱动向柴燃联合驱动模式切换时的动力学特性进行分析，寻找模式切换的最佳转速和输入扭矩，探究啮合刚度和双联轴扭转刚度对模式切换过程动态特性的影响。计算结果表明，模式切换时齿轮1的最佳转速为2250 r/min，齿轮7的最佳输入扭矩为3100 Nm；啮合刚度的增大范围在基础值的1 ~ 1.2倍时，可以减弱不同切换阶段各齿轮副的振动程度；只要保证双联轴的扭转刚度超过0.8倍的基础值，系统中各齿轮副的振动程度将不再发生明显变化。
齿轮传动系统作为舰船推进装置的重要组成部分，其在舰船运行模式切换过程中能否保持良好的动态特性对舰船结构安全性及机动性有着重要的影响。本文以某舰船中柴燃联合驱动斜齿轮传动系统为研究对象，建立系统纯扭动力学模型，采用MASTA软件验证该模型的正确性，基于该模型对燃气轮机单机驱动向柴燃联合驱动模式切换时的动力学特性进行分析，寻找模式切换的最佳转速和输入扭矩，探究啮合刚度和双联轴扭转刚度对模式切换过程动态特性的影响。计算结果表明，模式切换时齿轮1的最佳转速为2250 r/min，齿轮7的最佳输入扭矩为3100 Nm；啮合刚度的增大范围在基础值的1 ~ 1.2倍时，可以减弱不同切换阶段各齿轮副的振动程度；只要保证双联轴的扭转刚度超过0.8倍的基础值，系统中各齿轮副的振动程度将不再发生明显变化。
2024, 43(6): 934-942.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220296
摘要:
为实现工程机械的多自由度臂架智能运动控制，本文结合参数化关节方法，改进MOEA/D形成：IM-IK算法(Improved MOEA/D-inverse kinematics)，来解决冗余机械臂逆运动学问题，该算法在MOEA/D算法框架中加入自适应区间搜索策略以提升算法局部搜索能力，提高求解速度。本文将IM-IK算法应用到8自由度冗余机械臂上，与NSGA-II、MOEA/D及T-IK算法进行了试验对比，各项试验指标均证明了IM-IK算法在处理冗余机械臂的逆运动学问题上具有优于其他算法的综合性能，可在满足机械臂末端执行器位姿精度要求的前提下，同时保障机械臂关节运动连续性和有效避开关节极限。
为实现工程机械的多自由度臂架智能运动控制，本文结合参数化关节方法，改进MOEA/D形成：IM-IK算法(Improved MOEA/D-inverse kinematics)，来解决冗余机械臂逆运动学问题，该算法在MOEA/D算法框架中加入自适应区间搜索策略以提升算法局部搜索能力，提高求解速度。本文将IM-IK算法应用到8自由度冗余机械臂上，与NSGA-II、MOEA/D及T-IK算法进行了试验对比，各项试验指标均证明了IM-IK算法在处理冗余机械臂的逆运动学问题上具有优于其他算法的综合性能，可在满足机械臂末端执行器位姿精度要求的前提下，同时保障机械臂关节运动连续性和有效避开关节极限。
2024, 43(6): 943-949.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230003
摘要:
针对行星摆线针轮减速器的故障特征在摆动疲劳实验中难以提取的问题，本文提出了一种经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）与阶次跟踪分析结合的方法对疲劳实验中的减速器进行故障诊断。通过对采集到的时域信号进行等角域重采样、经验模态分解、计算固有模态分量（Intrinsic mode function, IMF）的峭度值、选取固有模态分量重构、快速傅里叶变换（Fast fourier transform，FFT）后得到阶次图进行验证。结果表明：该方法能够准确的提取包含故障信息的固有模态分量，实现了行星摆线针轮减速器在非平稳状态下的故障特征识别。
针对行星摆线针轮减速器的故障特征在摆动疲劳实验中难以提取的问题，本文提出了一种经验模态分解（Empirical mode decomposition，EMD）与阶次跟踪分析结合的方法对疲劳实验中的减速器进行故障诊断。通过对采集到的时域信号进行等角域重采样、经验模态分解、计算固有模态分量（Intrinsic mode function, IMF）的峭度值、选取固有模态分量重构、快速傅里叶变换（Fast fourier transform，FFT）后得到阶次图进行验证。结果表明：该方法能够准确的提取包含故障信息的固有模态分量，实现了行星摆线针轮减速器在非平稳状态下的故障特征识别。
2024, 43(6): 950-956.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220295
摘要:
基于非线性疲劳累积损伤演化模型和连续损伤理论，考虑损伤产生的阈值应变，建立了疲劳累积损伤是由当前应变状态和加载次数共同影响的损伤模型，通过实验数据确定疲劳累积损伤演化模型参数，验证了模型的合理性。利用ABAQUS软件实现了与加载次数和变形相关的疲劳累积的损伤演化模拟，并且对简支梁进行了三点弯曲疲劳仿真计算；考虑损伤沿着损伤层厚度方向线性分布的情况下，分别对含有单边损伤和双边损伤梁的弯曲刚度进行了研究。
基于非线性疲劳累积损伤演化模型和连续损伤理论，考虑损伤产生的阈值应变，建立了疲劳累积损伤是由当前应变状态和加载次数共同影响的损伤模型，通过实验数据确定疲劳累积损伤演化模型参数，验证了模型的合理性。利用ABAQUS软件实现了与加载次数和变形相关的疲劳累积的损伤演化模拟，并且对简支梁进行了三点弯曲疲劳仿真计算；考虑损伤沿着损伤层厚度方向线性分布的情况下，分别对含有单边损伤和双边损伤梁的弯曲刚度进行了研究。
2024, 43(6): 957-961.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220301
摘要:
为简化传统汽车制动系统结构，更好地满足智能网联汽车对制动力快速调节的需求，提出了一种泵控直驱式线控制动单元，采用泵控直驱容积伺服技术，通过伺服电机直接驱动双向齿轮泵，实现对制动轮缸压力的控制和快速调节，消除阀控系统的节流损失，有效提升系统效率。在泵控直驱式线控制动单元参数设计及数学建模的基础上，试制了制动单元样机与性能测试平台，分析了轮缸压力变化的响应曲线以及跟随特性。仿真和试验结果证明了泵控直驱式线控制动单元的可行性，12 MPa压力阶跃响应时间为200 ms，系统具有良好的响应速度和稳定性，为线控制动技术提供了一种新的实施方案。
为简化传统汽车制动系统结构，更好地满足智能网联汽车对制动力快速调节的需求，提出了一种泵控直驱式线控制动单元，采用泵控直驱容积伺服技术，通过伺服电机直接驱动双向齿轮泵，实现对制动轮缸压力的控制和快速调节，消除阀控系统的节流损失，有效提升系统效率。在泵控直驱式线控制动单元参数设计及数学建模的基础上，试制了制动单元样机与性能测试平台，分析了轮缸压力变化的响应曲线以及跟随特性。仿真和试验结果证明了泵控直驱式线控制动单元的可行性，12 MPa压力阶跃响应时间为200 ms，系统具有良好的响应速度和稳定性，为线控制动技术提供了一种新的实施方案。
2024, 43(6): 962-966.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220312
摘要:
由于风机的运行环境恶劣，当轴承发生故障时，其振动信号往往受到环境噪声的干扰，导致对于振动信号的故障信息提取困难。针对这一问题，本文提出了一种基于互补集合经验模态分解（CEEMD）和样本熵（SE）结合的特征提取方法，并将天鹰优化算法（AO）与支持向量机（SVM）结合进行故障分类，实现对风机轴承的故障诊断。本文采用凯斯西储大学轴承数据进行实验，并采用真实风机轴承数据进行进一步的验证。实验结果表明本文所提出方法具有很高的故障识别准确率。
由于风机的运行环境恶劣，当轴承发生故障时，其振动信号往往受到环境噪声的干扰，导致对于振动信号的故障信息提取困难。针对这一问题，本文提出了一种基于互补集合经验模态分解（CEEMD）和样本熵（SE）结合的特征提取方法，并将天鹰优化算法（AO）与支持向量机（SVM）结合进行故障分类，实现对风机轴承的故障诊断。本文采用凯斯西储大学轴承数据进行实验，并采用真实风机轴承数据进行进一步的验证。实验结果表明本文所提出方法具有很高的故障识别准确率。
2024, 43(6): 967-974.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230065
摘要:
针对固有时间尺度分解(Intrinsic time scale decomposition, ITD)方法在强背景噪声影响下难以提取轴承故障特征的问题，提出了一种ITD与参数优化的多点最优最小熵解卷积(Multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted, MOMEDA)相结合的滚动轴承故障特征提取方法。首先根据包络谱峰值因子最大原则提取包含丰富故障信息的ITD分量，其次对该分量进行MOMEDA降噪处理。对影响MOMEDA滤波效果的两个参数——故障周期T与滤波器长度L分别以多点峭度和平方包络谱的基尼指数进行优化，最后进行包络谱分析提取故障特征频率。通过仿真信号与实测信号分析表明该方法能在强噪声干扰下有效提取故障特征。
针对固有时间尺度分解(Intrinsic time scale decomposition, ITD)方法在强背景噪声影响下难以提取轴承故障特征的问题，提出了一种ITD与参数优化的多点最优最小熵解卷积(Multipoint optimal minimum entropy deconvolution adjusted, MOMEDA)相结合的滚动轴承故障特征提取方法。首先根据包络谱峰值因子最大原则提取包含丰富故障信息的ITD分量，其次对该分量进行MOMEDA降噪处理。对影响MOMEDA滤波效果的两个参数——故障周期T与滤波器长度L分别以多点峭度和平方包络谱的基尼指数进行优化，最后进行包络谱分析提取故障特征频率。通过仿真信号与实测信号分析表明该方法能在强噪声干扰下有效提取故障特征。
2024, 43(6): 975-983.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230024
摘要:
冲蚀破坏是气固两相流弯管中的常见问题，其直接关系到管路系统的正常运行及管道寿命。针对此问题，提出一种内壁具有花瓣形的弯管结构，以提高弯管的抗冲蚀特性。采用CFD-DPM方法对该弯管结构气固流动特性进行了分析。分析结果表明：不同位置花瓣形结构具有与普通弯管相同的“V”形冲蚀分布;当位于颗粒壁面第一次碰撞之前，可以改变颗粒轨迹并在背部形成循环区，一定程度上抑制冲蚀;花瓣形结构最佳抗冲蚀位置为θ = 20°且该位置不随流速和颗粒质量流量的变化而变化，相比于不具有花瓣结构的普通弯管，抗冲蚀性能提高17.27%。这种结构可提高弯管的抗冲蚀性能，延长管道寿命。
冲蚀破坏是气固两相流弯管中的常见问题，其直接关系到管路系统的正常运行及管道寿命。针对此问题，提出一种内壁具有花瓣形的弯管结构，以提高弯管的抗冲蚀特性。采用CFD-DPM方法对该弯管结构气固流动特性进行了分析。分析结果表明：不同位置花瓣形结构具有与普通弯管相同的“V”形冲蚀分布;当位于颗粒壁面第一次碰撞之前，可以改变颗粒轨迹并在背部形成循环区，一定程度上抑制冲蚀;花瓣形结构最佳抗冲蚀位置为θ = 20°且该位置不随流速和颗粒质量流量的变化而变化，相比于不具有花瓣结构的普通弯管，抗冲蚀性能提高17.27%。这种结构可提高弯管的抗冲蚀性能，延长管道寿命。
2024, 43(6): 984-990.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220309
摘要:
随着我国老龄化程度日益加剧，面向越来越多的老年人辅助行走需求设计了一种骑乘式下肢助行装置并进行了运动学仿真。通过对人体下肢运动特征分析进行助行器自由度分配，建立助行器减负模型并验证其可行性；建立助行装置实体建模；利用标准D-H法对助行器摆动相进行运动学分析；基于OpenSim开源软件编写人体下肢角位移驱动函数，利用虚拟样机技术进行运动学仿真得到助行器关节角位移曲线。仿真结果表明，该骑乘式下肢助行器与人体具有较好的物理耦合性。
随着我国老龄化程度日益加剧，面向越来越多的老年人辅助行走需求设计了一种骑乘式下肢助行装置并进行了运动学仿真。通过对人体下肢运动特征分析进行助行器自由度分配，建立助行器减负模型并验证其可行性；建立助行装置实体建模；利用标准D-H法对助行器摆动相进行运动学分析；基于OpenSim开源软件编写人体下肢角位移驱动函数，利用虚拟样机技术进行运动学仿真得到助行器关节角位移曲线。仿真结果表明，该骑乘式下肢助行器与人体具有较好的物理耦合性。
2024, 43(6): 991-999.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220300
摘要:
针对燃气与管道工程等领域的高空作业，设计了一种永磁铁辅助式具有可调步距的蠕动和翻转两种步态的双夹持器仿生攀爬机器人。为防止机器人出现滑移和翻转倾覆失稳情况，对其进行了力学分析；根据机器人构型对其进行了运动学与攀爬步态分析；对蠕动攀爬步态进行直线路径规划，并在SOLIDWORKS MOTION环境下对其两种步态进行了运动仿真。样机试验说明了机器人在蠕动和翻转两种步态下均具有良好的稳定性，两种步态配合可实现障碍物的翻越。该机器人在高空管道领域作业方面具有较好的应用价值。
针对燃气与管道工程等领域的高空作业，设计了一种永磁铁辅助式具有可调步距的蠕动和翻转两种步态的双夹持器仿生攀爬机器人。为防止机器人出现滑移和翻转倾覆失稳情况，对其进行了力学分析；根据机器人构型对其进行了运动学与攀爬步态分析；对蠕动攀爬步态进行直线路径规划，并在SOLIDWORKS MOTION环境下对其两种步态进行了运动仿真。样机试验说明了机器人在蠕动和翻转两种步态下均具有良好的稳定性，两种步态配合可实现障碍物的翻越。该机器人在高空管道领域作业方面具有较好的应用价值。
2024, 43(6): 1000-1005.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230005
摘要:
在一台单缸汽油机上，进行了燃烧室壁面抛光前后燃烧相位、燃烧持续期与平均指示热效率相互影响变化规律的试验研究。结果表明：单缸汽油机以化学计量空燃比、低负荷、低圧缩比运行时，抛光后的燃烧室传热损失减少、经济性改善，平均指示热效率从40.8%上升到了42.2%，而随着负荷的增大、压缩比的提高，抛光后燃烧室传热损失减小带来的爆震效果增强，燃烧相位推迟和燃烧持续期延长，最终导致平均指示热效率下降；当汽油机以稀薄燃烧模式运行时，平均指示热效率上升，最高热效率超过45%；当汽油机进入爆震区域以10.5 bar负荷运行时，抛光后燃烧室传热损失减少增强了爆震效果，导致平均指示热效率相比于抛光前总体下降。
在一台单缸汽油机上，进行了燃烧室壁面抛光前后燃烧相位、燃烧持续期与平均指示热效率相互影响变化规律的试验研究。结果表明：单缸汽油机以化学计量空燃比、低负荷、低圧缩比运行时，抛光后的燃烧室传热损失减少、经济性改善，平均指示热效率从40.8%上升到了42.2%，而随着负荷的增大、压缩比的提高，抛光后燃烧室传热损失减小带来的爆震效果增强，燃烧相位推迟和燃烧持续期延长，最终导致平均指示热效率下降；当汽油机以稀薄燃烧模式运行时，平均指示热效率上升，最高热效率超过45%；当汽油机进入爆震区域以10.5 bar负荷运行时，抛光后燃烧室传热损失减少增强了爆震效果，导致平均指示热效率相比于抛光前总体下降。
2024, 43(6): 1006-1015.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230033
摘要:
针对选煤厂煤泥水处理中的水力分级旋流器存在工艺参数匹配不合理所导致设备分离性能偏低的问题。本文以选煤厂常用的YD350-14水力分级旋流器为研究对象，以分离效率和压力降作为旋流器分离性能的评价指标，基于响应面法与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)模型开展对旋流器工艺参数（入料浓度、入料流量、安装角度）间的匹配关系研究。最终根据Perato前沿确定旋流器最佳工艺参数如下：在旋流器入料浓度12 g/L，安装角度80°，入料流量80 m3/h时，可达到分离效率86.07%，压力降1 155.62 Pa。对分离效率匹配模型进行现场验证，得出经过匹配后分离效率提高了5.07%，验证了该匹配模型能够有效提高旋流器的分离效率。本文研究为选煤厂中旋流器工艺参数的合理匹配提供理论依据，并为提高旋流器的分离效率开拓一个新的方向。
针对选煤厂煤泥水处理中的水力分级旋流器存在工艺参数匹配不合理所导致设备分离性能偏低的问题。本文以选煤厂常用的YD350-14水力分级旋流器为研究对象，以分离效率和压力降作为旋流器分离性能的评价指标，基于响应面法与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)模型开展对旋流器工艺参数（入料浓度、入料流量、安装角度）间的匹配关系研究。最终根据Perato前沿确定旋流器最佳工艺参数如下：在旋流器入料浓度12 g/L，安装角度80°，入料流量80 m3/h时，可达到分离效率86.07%，压力降1 155.62 Pa。对分离效率匹配模型进行现场验证，得出经过匹配后分离效率提高了5.07%，验证了该匹配模型能够有效提高旋流器的分离效率。本文研究为选煤厂中旋流器工艺参数的合理匹配提供理论依据，并为提高旋流器的分离效率开拓一个新的方向。
2024, 43(6): 1016-1023.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220308
摘要:
泵轴振动特性是影响设备稳定安全运行的重要因素同时也是衡量泵性能的重要指标，本文通过CFD计算流体激振力进行等效动力学特性求解，同时建立了Ansys Workbench转子系统振动模型分析转子时序效应对振动响应的影响。研究表明：各级叶轮所受流体激振力规律相同，其中首级叶轮所受激振力最大；各级叶轮的刚度、阻尼系数呈逐级增加的趋势，末级叶轮相较首级叶轮增大约2倍；时序效应可以显著降低转子系统径向力，主频7APF(414 Hz)、次主频8APF(473 Hz)峰值降低约35%及41%，但对轴向力影响较小，基本忽略轴向振动。
泵轴振动特性是影响设备稳定安全运行的重要因素同时也是衡量泵性能的重要指标，本文通过CFD计算流体激振力进行等效动力学特性求解，同时建立了Ansys Workbench转子系统振动模型分析转子时序效应对振动响应的影响。研究表明：各级叶轮所受流体激振力规律相同，其中首级叶轮所受激振力最大；各级叶轮的刚度、阻尼系数呈逐级增加的趋势，末级叶轮相较首级叶轮增大约2倍；时序效应可以显著降低转子系统径向力，主频7APF(414 Hz)、次主频8APF(473 Hz)峰值降低约35%及41%，但对轴向力影响较小，基本忽略轴向振动。
2024, 43(6): 1024-1030.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220297
摘要:
以某型号重型卡车十二挡变速器斜齿轮为研究对象，研究了滚磨光整加工对齿轮表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和残余应力的影响，获得了滚磨光整前后变速器传动效率和整箱噪声。试验结果表明，滚磨光整后齿面表面粗糙度Ra从0.815 μm下降到0.317 μm，由喷丸强化加工产生的表面弹坑痕迹消失，表面形貌均匀一致。齿面显微硬度和残余压应力显著提升，表面残余压应力均超过1 000 MPa，滚磨光整对齿面下深度大于0.02 mm的残余压应力无强化作用。滚磨光整后变速器综合传动效率提升约0.54%，平均噪声下降1~ 3 dB(A)。
以某型号重型卡车十二挡变速器斜齿轮为研究对象，研究了滚磨光整加工对齿轮表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和残余应力的影响，获得了滚磨光整前后变速器传动效率和整箱噪声。试验结果表明，滚磨光整后齿面表面粗糙度Ra从0.815 μm下降到0.317 μm，由喷丸强化加工产生的表面弹坑痕迹消失，表面形貌均匀一致。齿面显微硬度和残余压应力显著提升，表面残余压应力均超过1 000 MPa，滚磨光整对齿面下深度大于0.02 mm的残余压应力无强化作用。滚磨光整后变速器综合传动效率提升约0.54%，平均噪声下降1~ 3 dB(A)。
2024, 43(6): 1031-1041.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230006
摘要:
针对现有刀具振动无线检测系统中传感装置的布置对刀柄改造较大、成本较高等问题，以传感装置低功耗、小型化为设计理念，采用低功耗蓝牙5.0、MEMS传感器及Python，设计了一种用于铣削加工中的刀具振动无线检测系统。传感装置测试及铣削实验结果：相较于已有同类传感装置，系统传感装置保证信号传输性能的同时，降低了功耗，实现了小型化；提出的基于融合指标的OVMD-双树复小波降噪方法的去噪效果优于小波阈值等其他常用降噪方法；与现有无线系统相比，设计的无线系统使用同一CNN模型进行刀具磨损状态识别的准确率更高。结果表明设计的无线系统更具实用性的同时，能有效地保留振动信号中的特征，为刀具磨损状态识别提供了一种获取振动信号的可靠方案。
针对现有刀具振动无线检测系统中传感装置的布置对刀柄改造较大、成本较高等问题，以传感装置低功耗、小型化为设计理念，采用低功耗蓝牙5.0、MEMS传感器及Python，设计了一种用于铣削加工中的刀具振动无线检测系统。传感装置测试及铣削实验结果：相较于已有同类传感装置，系统传感装置保证信号传输性能的同时，降低了功耗，实现了小型化；提出的基于融合指标的OVMD-双树复小波降噪方法的去噪效果优于小波阈值等其他常用降噪方法；与现有无线系统相比，设计的无线系统使用同一CNN模型进行刀具磨损状态识别的准确率更高。结果表明设计的无线系统更具实用性的同时，能有效地保留振动信号中的特征，为刀具磨损状态识别提供了一种获取振动信号的可靠方案。
2024, 43(6): 1042-1047.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230010
摘要:
针对原始DenseNet模型检测工件表面粗糙度时间长、准确率较低的问题，结合卷积层滤波器注意力机制和批归一化层缩放系数提出一种工件表面粗糙度检测的深度学习模型。首先，利用注意力重要性值判定模块内的冗余通道。其次，在Dense Block模块内引入批归一化层缩放系数判别特征通道的重要程度。最后联合卷积层滤波器的注意力重要性值和批归一化层缩放系数裁剪冗余通道,实现模型剪枝。实验结果表明，原始DenseNet模型检测工件表面粗糙度的准确率为91.875%，检测时间为483 s。当剪枝率为20%时，其检测效果最好，检测准确率为96.875%，检测时间为255 s。相比于原始DenseNet模型，改进后的DenseNet模型检测效果更好，在质量检测领域方面具有一定的应用前景。
针对原始DenseNet模型检测工件表面粗糙度时间长、准确率较低的问题，结合卷积层滤波器注意力机制和批归一化层缩放系数提出一种工件表面粗糙度检测的深度学习模型。首先，利用注意力重要性值判定模块内的冗余通道。其次，在Dense Block模块内引入批归一化层缩放系数判别特征通道的重要程度。最后联合卷积层滤波器的注意力重要性值和批归一化层缩放系数裁剪冗余通道,实现模型剪枝。实验结果表明，原始DenseNet模型检测工件表面粗糙度的准确率为91.875%，检测时间为483 s。当剪枝率为20%时，其检测效果最好，检测准确率为96.875%，检测时间为255 s。相比于原始DenseNet模型，改进后的DenseNet模型检测效果更好，在质量检测领域方面具有一定的应用前景。
2024, 43(6): 1048-1055.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20240080
摘要:
为实现单晶硅表面平坦化，提出双磁极磁力研磨法(DMAF)，并设计一套双磁极磁力研磨装置。探究双磁极磁力研磨法的加工机理，明确关键加工参数对单晶硅表面质量的影响，通过单因素对比实验对加工参数进行优化；利用ANSYS MAXWELL有限元软件，对传统平面磁力研磨法与双磁极磁力研磨法的磁场强度进行模拟仿真，对比两种方法在加工区域形成的磁感应强度，以实现定量分析磁性磨料粒子的研磨压力。基于单因素实验结果，确定了双磁极磁力研磨法对单晶硅片表面加工优化后的研磨参数：磨料组合为#200电解铁粉(Fe3O4) + #8000白刚玉(White abrasive, WA)，磁极间隙为12 mm，磁极转速为300 r/min，磨料质量比为3∶1。结果表明：在优化的研磨参数条件下，研磨60 min后的单晶硅片的平均表面粗糙度由初始的0.578 μm降至8 nm，在研磨区域基本实现了镜面加工效果。仿真结果表明：与传统平面磁力研磨法相比，双磁极磁力研磨法可显著提高加工区域的磁感应强度，该研磨法所产生的磁场强度约为传统磁力研磨法的1.5倍。
为实现单晶硅表面平坦化，提出双磁极磁力研磨法(DMAF)，并设计一套双磁极磁力研磨装置。探究双磁极磁力研磨法的加工机理，明确关键加工参数对单晶硅表面质量的影响，通过单因素对比实验对加工参数进行优化；利用ANSYS MAXWELL有限元软件，对传统平面磁力研磨法与双磁极磁力研磨法的磁场强度进行模拟仿真，对比两种方法在加工区域形成的磁感应强度，以实现定量分析磁性磨料粒子的研磨压力。基于单因素实验结果，确定了双磁极磁力研磨法对单晶硅片表面加工优化后的研磨参数：磨料组合为#200电解铁粉(Fe3O4) + #8000白刚玉(White abrasive, WA)，磁极间隙为12 mm，磁极转速为300 r/min，磨料质量比为3∶1。结果表明：在优化的研磨参数条件下，研磨60 min后的单晶硅片的平均表面粗糙度由初始的0.578 μm降至8 nm，在研磨区域基本实现了镜面加工效果。仿真结果表明：与传统平面磁力研磨法相比，双磁极磁力研磨法可显著提高加工区域的磁感应强度，该研磨法所产生的磁场强度约为传统磁力研磨法的1.5倍。
2024, 43(6): 1056-1062.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230022
摘要:
从数据采集与传输可靠性、抗扰能力、电磁兼容性、界面友好性角度出发，搭建了高压断路器声-振-行多信号联合监测实验平台，该平台包含声音、振动、行程传感器设计及选型、采集系统控制箱设计、上位机设计三部分。然后以SF6高压断路器的分闸弹簧故障为例，对故障进行模拟设置，通过搭建的实验平台，对故障信号的采集、传输、存储、呈现及波形对比分析，实现了高压断路器声-振-行多信号联合监测实验平台的应用，为后续高压断路器机械故障特征提取及故障诊断提供可靠的数据基础。
从数据采集与传输可靠性、抗扰能力、电磁兼容性、界面友好性角度出发，搭建了高压断路器声-振-行多信号联合监测实验平台，该平台包含声音、振动、行程传感器设计及选型、采集系统控制箱设计、上位机设计三部分。然后以SF6高压断路器的分闸弹簧故障为例，对故障进行模拟设置，通过搭建的实验平台，对故障信号的采集、传输、存储、呈现及波形对比分析，实现了高压断路器声-振-行多信号联合监测实验平台的应用，为后续高压断路器机械故障特征提取及故障诊断提供可靠的数据基础。
2024, 43(6): 1063-1071.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220310
摘要:
针对双向快速搜索随机树算法(Bi-RRT*)生成的泊车路径不满足车辆运动学约束、路径曲折和收敛速度慢等问题，提出了一种改进Bi-RRT*算法。基于车辆碰撞检测模型，对障碍物进行膨胀处理，确保为车辆留出安全的泊车距离；采用Reeds-Shepp(RS)曲线对节点进行扩展，使路径连接满足车辆运动学约束；为了提高算法的搜索效率和采样成功率，引入了避障和径向约束采样策略；对路径节点进行均匀插值，利用基于起点的RRT*树对冗余路径进行剔除，实现路径平滑优化。仿真结果表明，与原始Bi-RRT*算法相比，改进后的Bi-RRT*算法规划出的路径不仅满足避障要求和运动学约束，而且规划时间和路径质量更具有优越性。
针对双向快速搜索随机树算法(Bi-RRT*)生成的泊车路径不满足车辆运动学约束、路径曲折和收敛速度慢等问题，提出了一种改进Bi-RRT*算法。基于车辆碰撞检测模型，对障碍物进行膨胀处理，确保为车辆留出安全的泊车距离；采用Reeds-Shepp(RS)曲线对节点进行扩展，使路径连接满足车辆运动学约束；为了提高算法的搜索效率和采样成功率，引入了避障和径向约束采样策略；对路径节点进行均匀插值，利用基于起点的RRT*树对冗余路径进行剔除，实现路径平滑优化。仿真结果表明，与原始Bi-RRT*算法相比，改进后的Bi-RRT*算法规划出的路径不仅满足避障要求和运动学约束，而且规划时间和路径质量更具有优越性。
2024, 43(6): 1072-1077.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230018
摘要:
针对加速数据外推合理性瓶颈，在高温加速试验数据的基础上，提出加权外推的方法实现橡胶寿命的准确预测。首先，建立橡胶性能的非线性加速退化模型，并采用非线性最小二乘法实现对不同温度下的加速因子进行识别；其次，建立加速因子和加速温度的阿累尼乌斯模型，根据误差特性进行活化能的加权推算；最后，由活化能推算出使用温度下的寿命，通过已有数据的建模验证了方法的有效性。研究可为提升橡胶零部件的加速寿命预测的准确性提供支撑，同时也可为其他机械零部件的可靠性评估提供参考。
针对加速数据外推合理性瓶颈，在高温加速试验数据的基础上，提出加权外推的方法实现橡胶寿命的准确预测。首先，建立橡胶性能的非线性加速退化模型，并采用非线性最小二乘法实现对不同温度下的加速因子进行识别；其次，建立加速因子和加速温度的阿累尼乌斯模型，根据误差特性进行活化能的加权推算；最后，由活化能推算出使用温度下的寿命，通过已有数据的建模验证了方法的有效性。研究可为提升橡胶零部件的加速寿命预测的准确性提供支撑，同时也可为其他机械零部件的可靠性评估提供参考。
2024, 43(6): 1078-1083.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220307
摘要:
为研究优化后的BCC点阵结构在海上风力发电机单桩基础碰撞中的应用，设计了一种防撞装置模型。基于Workbench分析平台，对BCC点阵结构的单胞尺寸进行多目标优化，并将优化前后的仿真结果进行对比，验证了优化尺寸的可靠性；利用渐进均匀化理论，建立BCC点阵结构等效模型，对比分析海上风力发电机单桩基础防撞装置模型在碰撞中的仿真性能。研究表明，该防撞装置不仅具有缓冲性，还能有效减少单桩基础遭遇碰撞后的损伤程度。
为研究优化后的BCC点阵结构在海上风力发电机单桩基础碰撞中的应用，设计了一种防撞装置模型。基于Workbench分析平台，对BCC点阵结构的单胞尺寸进行多目标优化，并将优化前后的仿真结果进行对比，验证了优化尺寸的可靠性；利用渐进均匀化理论，建立BCC点阵结构等效模型，对比分析海上风力发电机单桩基础防撞装置模型在碰撞中的仿真性能。研究表明，该防撞装置不仅具有缓冲性，还能有效减少单桩基础遭遇碰撞后的损伤程度。
2024, 43(6): 1084-1091.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230001
摘要:
针对N元素对奥氏体不锈钢抗点蚀能力的影响与其机理尚不明确的现状，以控氮型不锈钢316LN为研究对象，对其进行力学性能测试和电化学阻抗谱等电化学测试。结果表明316LN在室温下的力学性能及抗腐蚀性能均比不含氮的316L优越，但随着温度与介质浓度的提升，316LN的抗腐蚀性能存在明显的劣化；在室温和低介质浓度下，316LN的钝化膜阻抗普遍高于316L，显示在N元素和Cr、Mo等合金元素的协同下，316LN的表层钝化膜稳定性高于316L；同时N元素的转化产物NH4 + 或NO3−可有效抑制点蚀内部二次点蚀坑的形成，避免点蚀坑向纵深快速扩展。
针对N元素对奥氏体不锈钢抗点蚀能力的影响与其机理尚不明确的现状，以控氮型不锈钢316LN为研究对象，对其进行力学性能测试和电化学阻抗谱等电化学测试。结果表明316LN在室温下的力学性能及抗腐蚀性能均比不含氮的316L优越，但随着温度与介质浓度的提升，316LN的抗腐蚀性能存在明显的劣化；在室温和低介质浓度下，316LN的钝化膜阻抗普遍高于316L，显示在N元素和Cr、Mo等合金元素的协同下，316LN的表层钝化膜稳定性高于316L；同时N元素的转化产物NH4 + 或NO3−可有效抑制点蚀内部二次点蚀坑的形成，避免点蚀坑向纵深快速扩展。
2024, 43(6): 1092-1100.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230237
摘要:
热-结构试验是高超声速飞行器研制过程中不可或缺的环节。本文在给出热-结构试验内涵与特征的基础上，结合热-结构试验典型科目介绍，呈现了热-结构试验体系总体架构，为全面了解热-结构试验提供参考；其次重点分析了当前热-结构试验中亟待突破的时变超高温热载实现、局部热载大梯度模拟以及时/频域载荷协同等7大关键技术。
热-结构试验是高超声速飞行器研制过程中不可或缺的环节。本文在给出热-结构试验内涵与特征的基础上，结合热-结构试验典型科目介绍，呈现了热-结构试验体系总体架构，为全面了解热-结构试验提供参考；其次重点分析了当前热-结构试验中亟待突破的时变超高温热载实现、局部热载大梯度模拟以及时/频域载荷协同等7大关键技术。
