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2013年  32卷  第4期

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研究论文
基于Kriging插值和遗传算法钛合金车削加工参数优化
刘春景, 唐敦兵, 何华, 陈兴强
2013, 32(4): 469-473.
摘要:
钛合金较差的切削加工性不利于保证好的表面完整性,影响钛合金零件的使用性能。基于田口方法建立钛合金车削试验模型,考察切削用量对表面粗糙度、刀具寿命、切削力和材料去除率的影响规律,以材料去除率为目标函数,以表面粗糙度、刀具寿命和切削力为约束函数,基于Krig-ing插值的响应曲面法和遗传算法构建了钛合金车削参数优化模型。研究结果表明:钛合金车削过程参数最优的水平组合为v3f1ap1r1E3,优化结果与初始试验相比,表面粗糙度、刀具寿命、切削力和材料去除率分别改善了75.86%、65.16%、36.41%和557.91%。
双转子系统的振动
廖明夫, 于潇, 王四季, 王俨剀, 吕品
2013, 32(4): 474-480.
摘要:
双转子结构广泛应用于现代航空发动机中。为了提高推重比,常将高压转子的后支点设计成轴间轴承(或称中介轴承)形式。常将转子设计成柔性转子,即在工作范围内,转子要越过一阶、二阶甚至三阶临界转速。这就使得发动机转子成为耦合很强的双转子系统,传统的单转子理论不能完全描述其振动特性。建立采用中介轴承的双转子模型,考虑支承刚度和阻尼的影响,运用解析方法分析双转子的振动特性,以揭示双转子的振动规律,解释实际运行中出现的现象。
基于GPS与AHRS的四轴飞行器悬停算法研究
孙骅
2013, 32(4): 481-487.
摘要:
通过对国外四轴飞行器控制系统设计思路的研究及其存在问题的分析,就飞行器控制系统悬停部分的算法进行了研究与探索,并对该系统的设计做了总结与展望。其中电子航向系统(AHRS)与全球卫星定位系统(GPS)为关键参数获取的传感器,该系统实现了飞行器悬停的全自动外环控制。
基于误差可靠性分布的航空管道动力学响应实验与分析
鲁华平, 贾普荣, 张峰, 刘永寿, 陈柏松
2013, 32(4): 488-492.
摘要:
通过管道稳态正弦基础激励动态响应实验,得到管道特定位置在不同激励频率下动力学响应实验数据;通过考虑了加速度传感器引起附加质量的航空管道模态特性及响应计算,并分别与管道实验数据进行对比分析;将计算值和实验值之间的误差作为分布变量,进行可靠性分布拟合和优良性检验;基于变量分布特性,结合发动机工作频率范围和数值计算结果,得到某型复杂航空管道在不同可靠度下的等效应力和位移响应值,并对其进行安全评估。结果表明:管道约束状态对模态测试和动态响应结果影响较大,数值计算结果和实验测试结果之间的误差服从正态分布,该分布可用于评估复杂管道的动力学特性。
采用碟形砂轮的斜齿面齿轮磨齿技术研究
彭先龙, 李建华, 方宗德, 苏进展
2013, 32(4): 493-498.
摘要:
为了制造出高精度硬齿面斜齿面齿轮和获得抛物线传动误差并改善啮合性能,对采用碟形砂轮加工双向修形的斜齿面齿轮的磨齿方法进行了研究。设计了渐开线失配的碟形砂轮齿面,分析了碟形砂轮磨削斜齿面齿轮的展成原理,根据展成原理和用渐开线失配的碟形砂轮并改变砂轮的运动,推导出双向修形斜齿面齿轮的齿面方程。给出了双向修形斜齿面齿轮的齿面计算和接触分析实例,结果表明:理论齿面的最大齿面误差为5.98×10-4μm,采用碟形砂轮加工双向修形斜齿面齿轮的磨齿方法是可行的,获得了斜齿面齿轮抛物线传动误差,避免了边缘接触并改善了斜齿面齿轮的啮合性能。
挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统的非线性响应分析
周海仑, 罗贵火, 陈果, 王飞
2013, 32(4): 499-505.
摘要:
为了研究转子系统非线性动力学响应,建立了挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。在转子系统模型中,考虑了转子、滚动轴承及挤压油膜阻尼器之间的相互耦合作用,并充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触和挤压油膜阻尼器非线性油膜力等。运用数值积分方法分析了转子转速、支承刚度以及挤压油膜阻尼器油膜间隙对系统动力响应的影响,并结合分岔图、频谱图、Poincaré映射图和轴心轨迹图分析了转子系统的非线性动力学响应。结果表明:转子系统当转速较高、支承刚度较大或挤压油膜阻尼器油膜间隙较大时,转子系统容易出现拟周期运动。
SUS304不锈钢ELID镜面磨削正交化实验研究
刘林枝
2013, 32(4): 506-509.
摘要:
SUS304不锈钢具有高耐腐耐磨性和良好的综合性能而被广泛应用,但其高韧性和低导热性使传统的SUS304不锈钢磨削或车削工艺存在一定困难。在线电解修整ELID(Electrolytic in-process dressing)磨削技术能有效地用于SUS304不锈钢镜面磨削加工。本文主要对SUS304不锈钢进行ELID镜面磨削正交化实验研究以获得合理的工艺参数。首先利用#325砂轮进行7个影响因素2水平的正交磨削实验,获得初步的优化参数,然后利用#1200砂轮进行3个影响因素2水平的正交镜面磨削实验。通过改变削件砂轮转速、X和Y平台移动速度、进给率和ELID电源件等各种磨削条件,获得优化后的磨削工艺参数,进行了相应的磨削验证,并讨论了工艺参数对磨削特性的影响。研究了不同砂轮磨粒对表面粗糙度的影响,使用#8000金刚石砂轮对SUS304不锈钢镜面磨削,获得表面粗糙度Ra=3.6 nm。
基于径向基函数的动网格技术应用研究
贾欢, 孙秦
2013, 32(4): 510-513.
摘要:
综合分析了基于径向基函数的动网格技术,利用紧支径向基函数构造位移插值函数,推导了位移传递矩阵,使得流场空间节点的位移插值只依赖于物面节点运动。通过一种基于贪婪算法的节点缩减算法与并行技术解决了该方法计算时间长、占用存储空间大的缺点。针对物面变形较大和构型复杂的情况,该技术可很好的完成网格变形。数值算例表明:应用该技术同时适用于结构以及非结构网格,且网格变形前后质量变化不大。
基于模糊辨识的设备彩色特征化模型的研究
智川, 李志健, 冷彩凤, 梁巧萍, 石毅
2013, 32(4): 514-517.
摘要:
基于颜色自然语言描述的模糊性,以RGB颜色空间与CIEL*a*b*颜色空间转换为例,建立了以模糊控制方法为基础的彩色设备特征化模型,并对照基于三维查找表与插值算法的彩色设备特征化方法,对该模型进行了讨论。研究结果显示,该模型设计简单,便于应用,可以适用于设备彩色的特征化非线性描述。当采样空间点数量为125个时,模型对于检验样本点转换的平均色差达到2.65,而要达到相同水平的平均色差值,三维查找表与插值算法至少需要512个采样空间量,即该模型具有在较少样本点情况下可以获得较高精度的优点。
参数自适应选择的局部投影滤波算法研究
许悦, 赵荣珍
2013, 32(4): 518-522.
摘要:
针对常规局部投影滤波算法中对邻域半径及噪声子空间维数的选取问题,提出了一种参数自适应选择的局部投影改进算法。利用相点与其近邻点形成的空间矢量方向随邻域半径的变化趋势,自适应地选取最优邻域半径;并采用MInka Beyasian模型选择(MInka Beyasian Selection,MI-BS)准则确定该邻域内噪声空间维数的大小。对Henon映射序列及实际采集的碰摩转子振动信号序列进行的仿真实验结果说明,该自适应滤波算法能够更精确地识别出噪声中的混沌数据,从而具有更强的混沌信号恢复及非线性降噪能力。
考虑运动副摩擦时平面闭链五杆机构逆动力学分析
李仁军
2013, 32(4): 523-527.
摘要:
提出一种修正的指数摩擦模型,给出了摩擦系数与速度的关系式,避免了速度零点的多值问题,建立了机构运动副摩擦的数学模型。建立了包含运动副摩擦的平面闭链五杆机构的逆动力学模型,并给出了一种迭代求解方法,可得到运动副的约束力、驱动力和运动副摩擦力矩。在相同运动规律下,对计入和不计入运动副摩擦两种情形进行驱动力矩的比较。仿真结果表明:两种情形下的驱动力矩有较明显的差异,在速度反向区,运动副摩擦力矩的变化剧烈,对机构驱动力矩的影响最大,在机构运行速度较低时,这种现象更为明显。
复合材料风机导流罩的结构强度分析
何玉林, 王梓, 杨豆思
2013, 32(4): 528-532.
摘要:
利用有限元分析理论和MSC.Patran/Nastran软件对MW级风力发电机组的复合材料导流罩进行结构强度分析。通过分析壳单元特点,选择shell单元为导流罩的建模单元;对流线型导流罩的风载分布系数进行研究,根据第3类风区的特点和导流罩各部分的曲率半径划分区域并计算相关载荷;综合考虑风载、雪载、冰载等因素的影响,设计出相应的工况;对复合材料导流罩进行强度分析,得到最大应力和变形。计算结果表明:复合材料导流罩不会发生分层破坏。
基于FSI的U型节流阀油流粘性热效应分析
晏静江, 刘桓龙, 柯坚
2013, 32(4): 533-537.
摘要:
在中高压液压系统的使用过程中,液压滑阀经常出现阀芯移动操作困难和阀芯磨损,甚至造成阀芯和阀套间卡死的现象,这是因为液压滑阀因节流产生的粘性加热使油流温升显著,阀芯阀套受热膨胀不同,从而减小了阀套与阀芯间的配合间隙。针对这一现象建立了计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)三维模型和稳态传热有限元模型(Finite element analysis,FEA),并利用流固耦合(Fluid-solid interaction,FSI)计算了U型节流阀在不同工作压力下,不同节流槽口宽度和深度,以及不同开口度的速度场和阀芯表面温度场,并对计算结果进行了分析,得出阀芯在各种情况下的最高温度和最大变形量的变化趋势。
基于故障树的汽车起重机液压故障诊断专家系统
罗天洪, 杨彩霞, 孙冬梅
2013, 32(4): 538-544.
摘要:
根据汽车起重机液压系统故障诊断的特点,建立了汽车起重机液压故障诊断专家系统。该系统提出将故障树和模糊神经网络相融合,并以汽车起重机常见故障为例建立了相应的故障树模型,完成了基于专家规则表示与模糊表示下知识数据库的构建与推理机的实现。解决了传统专家系统知识获取困难的问题;运用模糊神经网络的自学机制,保证知识库的完整性和正确性;实现了对汽车起重机液压系统的故障诊断内容的不断的更新和扩充,并及时将已发生及预测到的的故障写入数据库中,提高了查找故障的准确率及效率,有利于预防和控制汽车起重机液压系统的故障。
某车架结构基于灵敏度分析的优化设计
王铁, 赵震, 陈峙, 王景新
2013, 32(4): 545-550.
摘要:
建立了某自卸车车架有限元模型,通过模态试验和模态有限元分析得出了车架固有频率,并且验证了该模型的准确性和合理性。依据车架结构的灵敏度分析结果来选择设计变量,在保证车架低阶模态频率和强度的前提下,以车架轻量化为目标优化车架构件厚度,实现了车架质量8.0%的降低幅度;在控制车架质量和强度的条件下,以提高车架低阶模态频率为目标,实现了车架结构的低阶模态频率和动态性能的提高。
基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化
万波, 李淑娟
2013, 32(4): 551-557.
摘要:
通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。
基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究
龙江启, 李毅, 俞平, 周斯加
2013, 32(4): 558-563.
摘要:
建立了某大型客车车身骨架FE模型,获取了自由模态参数以及静态弯曲和扭转工况下的刚度和强度特性。基于分析结果,对车身骨架结构形式进行了改进。利用优化设计方法,建立了以客车薄壁梁厚度为设计变量,车身总体积和表征车身刚度的状态量为响应的优化模型。通过对影响车身轻量化和力学性能指标构件的灵敏度分析,筛选了设计变量,重新建立了以车身骨架总体积最小为目标的优化模型,得到了轻量化效果明显的优化方案。最后对轻量化模型进行典型工况分析,与初始模型进行了对比,验证了优化方案的可行性。
基于摇瓶机理和极小势能原理的异形件排样
钟相强, 梁利东
2013, 32(4): 564-567.
摘要:
针对异形件排样问题,提出一种基于摇瓶机理和极小势能原理的求解算法,从力学的角度解释排样问题的基本物理意义。首先,由摇瓶子现象得到启发,初步构建排样的摇瓶子算法;由弹性力学中的极小势能原理可知,零件总是通过平移和旋转变换找到最低的重心位置,利用多边形正负梯形投影法计算排样零件的形心坐标,碰靠过程采用OBB包围盒相交测试算法,最终实现自动排样。通过船舶件排样实例验证,该原理可行,物理意义明确,能够实现异形件排样。
负重外骨骼机器人的设计及其运动学动力学仿真
张学胜, 赖庆仁, 陈亚宁, 于芳芳, 刘昶
2013, 32(4): 568-572.
摘要:
介绍了人体下肢骨骼结构以及人体步态数据,并在此基础上创建了下肢外骨骼机器人的零件模型及其装配体模型,然后将装配体模型导入到MSC.ADAMS软件中,进行运动学和动力学仿真。仿真结果表明:该外骨骼机器人结构合理,能够保证机构运动的灵活性与穿着舒适性;其次是动力学仿真结果反映了外骨骼机器人各关节处所受载荷的变化规律。
基于可靠性的设备全寿命周期维修时刻决策建模研究
余然, 李建兰
2013, 32(4): 573-576.
摘要:
基于可靠性理论,研究了设备维修决策量化分析方法。阐述了预知性维修时刻对其设备安全性和经济性的影响,然后运用可靠性理论建立了以设备全寿命周期内单位时间维修费用支出最小为原则的最佳维修时刻优化模型。通过实例验证了该模型的正确性和实用性,可有效适用于设备最佳维修时刻的确定。
起重机臂架的电液控制系统设计
韩慧仙, 刘茂福, 李伟
2013, 32(4): 577-583.
摘要:
国内现有起重机在臂架的平顺性控制上存在缺陷,根源在于液压系统的主控制阀与执行元件的作业工况之间的匹配不合理、不能随外负载的变化情况及时改变,这会导致起重机臂架作业过程中速度不平稳、可靠性和节能性不高,存在一定的安全隐患等问题。针对这些问题提出将传统的比例方向阀的功能一分为二,分为开关方向阀和电比例节流阀。通过液压系统参数的在线检测和实时计算,对电比例节流阀的开度进行实时控制,使得液压系统的参数能够及时跟随外负载的变化和作业工况的要求而变化。实现起重机与作业对象的动态最优控制,提高了起重机的臂架速度平顺性、节能性和可靠性,消除了安全隐患。
空气悬架的MATLAB和ADAMS的联合仿真研究
孟杰, 张凯, 焦洪宇
2013, 32(4): 584-588.
摘要:
悬架作为现代车辆的关键部件之一,对车辆的平顺性有重要影响。基于ADAMS和MAT-LAB软件分别建立了装备主动空气悬架的1/4车体虚拟样机模型及1/4车体主动PID控制模型,并对PID参数进行了整定。通过联合两个模型对某装备可控悬架的车辆进行了仿真分析,结果表明:基于PID控制的主动空气悬架与被动悬架相比,能够减小车辆振动,改善车辆的平顺性。该方法避免了建立车辆系统动力学方程及状态方程,提高了悬架系统的设计效率,同时为复杂机械系统的控制与仿真提供了新方法。
一种基于广义协调理论的Layerwise层合壳单元构造方法
兰立芳, 文桂林, 王艳广
2013, 32(4): 589-596.
摘要:
将分层理论(Layerwise)与广义协调理论相结合,提出了一种新的层合壳单元构造方法,并详细推导了单元的构建过程。该单元能分层计算层合结构的位移,因采用Timoshenko厚粱理论计算各层剪应变场,当结构包含薄铺层时,该铺层力学模型将由厚板模型自动退化为薄板模型,避免了剪切闭锁问题。在退化过程中,通过广义协调元方法保证了相邻单元间积分意义的连续。数值算例表明,这种层合壳单元能准确描述层合结构力学特性,在厚、薄铺层并存的情况下能有效计算复合材料层合结构的力学问题,具有较高的精度。
机械自紧工艺控制参量的实验研究
袁人枢, 伍兵
2013, 32(4): 597-600,606.
摘要:
机械自紧技术在超高压容器和身管制造过程中得到广泛采用,但国内尚无完整的设计方法和工艺规范。采用实验方法来研究机械自紧问题,设计了自紧冲头,搭建由液压泵站提供动力的机械自紧实验装置,建立应变、冲头行程及推力测量系统。对厚壁圆筒试件进行机械自紧实验后,获得了冲头挤进过程中推力的变化数据,结合实验结果和经验公式归纳了机械自紧冲头推力计算公式,得到的推力与实验测量值的误差在±10%以内。测量了机械自紧过程中的重要工艺控制参量外表面应变、残余应变和冲头位移-外表面应变曲线。机械自紧后进行稳定化、机械加工对再屈服压力影响的实验。
含ACP的无烟改性双基推进剂燃烧特性研究
庞维强, 王国强, 石小兵, 李洋
2013, 32(4): 601-606.
摘要:
快燃物ACP作为一种有效含能助剂用来提高推进剂的燃速具有一定的效果。通过DSC和TG-DTG研究了ACP对无烟改性双基推进剂(CMDB)热分解特性的影响,采用靶线法研究了不同含量的ACP对无烟改性双基推进剂燃速和燃速压力指数的影响,用燃烧火焰单幅照相技术和微热电偶测温获得了含ACP无烟改性双基推进剂在稳态燃烧条件下的火焰结构和燃烧波温度分布,分析了该推进剂中主要组分对燃烧性能的影响。结果表明:含ACP推进剂的燃速随ACP含量的增加而增大,推进剂燃烧火焰结构随ACP含量增加而更加明亮。
考虑翼缘横向弯曲的波纹腹板梁弯曲特性研究
魏国前, 饶刚, 余震
2013, 32(4): 607-611.
摘要:
波纹腹板工字钢梁是一种新型的梁结构形式,在面内载荷作用下,这种结构的翼缘会产生横向弯曲作用,导致翼缘弯曲应力复杂化。根据Abbas的横向弯曲理论,求解了面内集中载荷作用下、正弦波纹腹板工字钢简支梁的翼缘横向弯曲应力的解析式,给出了相同条件下其它波形的波纹腹板梁结构的弯曲应力的求解策略,采用有限元技术验证了提出的公式和方法,之后讨论了载荷移动时翼缘总弯曲应力的特性,提出"弯曲强度计算时必须考虑翼缘横向弯曲的作用,但在结构疲劳性能分析时可以忽略其新增的循环载荷的影响"的结论。
基于小波变换的汽车节气门位置信号去噪
吴壮文, 石小利, 冯关明, 任海雷, 支文婷
2013, 32(4): 612-615.
摘要:
传统的汽车节气门位置信号(throttle position sensor,TPS)处理方法不易消除发动机舱内电磁信号及周边环境的干扰。根据TPS的特征,在MATLAB中选用Daubechies五阶正交小波(dB5)对TPS噪声信号进行4层小波分解,再对分解后得到的各层系数用软阈值法量化处理,最后利用小波重构,实现对信号去噪。最后将获得的去噪信号用于发动机控制,并将控制结果与采用未去噪信号的发动机进行实车对比试验。试验表明:发动机采用去噪的TPS信号运行更平稳,小波变换后的去噪TPS信号对发动机控制具有良好的效果。
基于GA-BP网络的多轴机床热误差建模
陈晨, 马术文, 丁国富
2013, 32(4): 616-619,624.
摘要:
为最大限度减少热误差对多轴联动机床加工精度的影响,综合遗传算法全局收敛性和人工神经网络局部搜索快速性的优点,提出一种基于遗传算法优化BP网络隐层节点数及初始值的机床热误差建模方法。运用Matlab-GUI工具开发了具有通用性的交互式多轴机床热误差建模仿真系统,通过与传统的BP神经网络进行对比分析及试验论证,证明该模型预测精度更高、通用性强。
基于可拓理论复杂型腔模具设计方案综合评价方法
任芸丹, 芮延年
2013, 32(4): 620-624.
摘要:
针对设计方案评审过程中存在着交错耦合关系如何确立等问题,运用可拓学理论,通过对模具设计方案物元模型、关联函数、权重和隶属度等关联关系的研究,构建了基于可拓理论复杂型腔模具设计方案综合评价模型。并通过设计实例,从成型工艺、模具结构、模具材料、模具成本等4个方面对其设计方案进行了综合评价。评价实例证明了该评价方法具有操作简单、实用性强等特点。