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2015年 34卷 第1期
2015, 34(1): 1-7.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0101
摘要
PDF 4476KB
摘要:
针对一种应用于微创手术的同心管连续型机器人运动学算法展开研究，通过几种不同运动学算法比较，在兼顾精度以及计算复杂程度的前提下，选用最小能量法建立其运动学数学模型，并选择利用粒子群优化算法强大的寻优能力对相关能量函数寻求最优解。建立了从驱动空间参数到关节空间所有参数的映射关系，通过坐标变换和参数拟合，得到同心管连续型机器人从基点到末端点空间姿态的表达式。通过运动学算例和三维模型的运动学仿真获得的运动轨迹进行对比验证，说明了算法模型的可行性和准确性。
针对一种应用于微创手术的同心管连续型机器人运动学算法展开研究，通过几种不同运动学算法比较，在兼顾精度以及计算复杂程度的前提下，选用最小能量法建立其运动学数学模型，并选择利用粒子群优化算法强大的寻优能力对相关能量函数寻求最优解。建立了从驱动空间参数到关节空间所有参数的映射关系，通过坐标变换和参数拟合，得到同心管连续型机器人从基点到末端点空间姿态的表达式。通过运动学算例和三维模型的运动学仿真获得的运动轨迹进行对比验证，说明了算法模型的可行性和准确性。
2015, 34(1): 8-12.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0102
摘要:
潜水器的质量大小直接影响其性能，设计时要求潜水器在满足强度、刚度等要求的前提下，要尽可能减小其质量。应用正交试验的方法来实现潜水器耐压壳体结构的优化，但用正交试验方法处理约束问题比较复杂。因此将以质量最小化为目标和以强度要求为约束条件的优化设计问题转化为无约束多目标的优化设计问题。得出各个参数对壳体的强度和质量的影响规律，最后运用综合平衡法得出最优的设计方案。
潜水器的质量大小直接影响其性能，设计时要求潜水器在满足强度、刚度等要求的前提下，要尽可能减小其质量。应用正交试验的方法来实现潜水器耐压壳体结构的优化，但用正交试验方法处理约束问题比较复杂。因此将以质量最小化为目标和以强度要求为约束条件的优化设计问题转化为无约束多目标的优化设计问题。得出各个参数对壳体的强度和质量的影响规律，最后运用综合平衡法得出最优的设计方案。
2015, 34(1): 13-17.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0103
摘要:
使用复模态法和Galerkin模态截断法分别计算了Pasternak地基上两端铰支输流管道的临界流速，并通过与复模态法计算得到的精确解的比较，证明了Galerkin模态截断法对临界流速计算结果具有一定的影响。研究了Pasternak地基剪切刚度和弹簧刚度对截断误差的影响。计算结果表明：地基剪切刚度对管道系统临界流速的影响比弹簧刚度要大，且前者的增加可以减小Galerkin法的截断误差，但后者的增加则会增大这一误差。在此基础上，提出了分区域系数确定方法，并针对不同管道地基刚度，通过合理选取Galerkin法阶数，提高了输流管道临界流速计算效率。
使用复模态法和Galerkin模态截断法分别计算了Pasternak地基上两端铰支输流管道的临界流速，并通过与复模态法计算得到的精确解的比较，证明了Galerkin模态截断法对临界流速计算结果具有一定的影响。研究了Pasternak地基剪切刚度和弹簧刚度对截断误差的影响。计算结果表明：地基剪切刚度对管道系统临界流速的影响比弹簧刚度要大，且前者的增加可以减小Galerkin法的截断误差，但后者的增加则会增大这一误差。在此基础上，提出了分区域系数确定方法，并针对不同管道地基刚度，通过合理选取Galerkin法阶数，提高了输流管道临界流速计算效率。
2015, 34(1): 18-22.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0104
摘要:
以斜盘式柱塞泵为例，利用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）仿真分析计算了其在同一转速下不同直径比的情况下气穴发生情况，给出在保证泵流量情况下柱塞及吸油孔极限直径比的计算公式。并比较了在同一工况同一直径比不同进油口结构的气穴情况。通过计算结果的分析知道柱塞直径与吸油孔直径的直径比对缸体的气穴影响较大，不同的吸油孔结构对气穴的影响较大。从气穴产生的原因分析柱塞泵的气穴，对于柱塞泵缸体及柱塞的设计提供了理论依据及设计指导。
以斜盘式柱塞泵为例，利用计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）仿真分析计算了其在同一转速下不同直径比的情况下气穴发生情况，给出在保证泵流量情况下柱塞及吸油孔极限直径比的计算公式。并比较了在同一工况同一直径比不同进油口结构的气穴情况。通过计算结果的分析知道柱塞直径与吸油孔直径的直径比对缸体的气穴影响较大，不同的吸油孔结构对气穴的影响较大。从气穴产生的原因分析柱塞泵的气穴，对于柱塞泵缸体及柱塞的设计提供了理论依据及设计指导。
2015, 34(1): 23-26.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0105
摘要:
应用有限元方法对混凝土输送臂基座进行静强度分析和模态分析，得出其静强度和固有频率满足轻量化设计基本条件。采用密度拓扑优化方法，以单元材料密度为设计变量，以静强度和固有频率为设计约束，以体积最小化为设计目标，对混凝土输送臂基座进行轻量化设计，引入对称约束和最小成员控制约束，保证优化后的可制造性。结果表明：在满足静强度和固有频率约束的前提下，基座质量可减轻18.3 kg。
应用有限元方法对混凝土输送臂基座进行静强度分析和模态分析，得出其静强度和固有频率满足轻量化设计基本条件。采用密度拓扑优化方法，以单元材料密度为设计变量，以静强度和固有频率为设计约束，以体积最小化为设计目标，对混凝土输送臂基座进行轻量化设计，引入对称约束和最小成员控制约束，保证优化后的可制造性。结果表明：在满足静强度和固有频率约束的前提下，基座质量可减轻18.3 kg。
2015, 34(1): 27-31.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0106
摘要:
很多结构优化问题的数学模型并不存在或难以求解，传统优化方法难以对这类问题进行准确寻优，需要使用交互式结构优化方法。针对基本遗传算法的缺陷，提出了一种改进型遗传算法。以700T铸造式液压机上梁（简称上梁）为例，建立结构优化模型和遗传算法模型。以上梁的最大变形和最大等效应力为约束条件，以重量为目标函数，基于有限元法和改进遗传算法对上梁进行了交互式结构优化设计。优化结果使上梁变形基本保持不变，最大等效应力降低5.87%，同时使上梁减重12.09%。
很多结构优化问题的数学模型并不存在或难以求解，传统优化方法难以对这类问题进行准确寻优，需要使用交互式结构优化方法。针对基本遗传算法的缺陷，提出了一种改进型遗传算法。以700T铸造式液压机上梁（简称上梁）为例，建立结构优化模型和遗传算法模型。以上梁的最大变形和最大等效应力为约束条件，以重量为目标函数，基于有限元法和改进遗传算法对上梁进行了交互式结构优化设计。优化结果使上梁变形基本保持不变，最大等效应力降低5.87%，同时使上梁减重12.09%。
2015, 34(1): 32-36.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0107
摘要:
建立了某四缸汽油机气缸盖、缸体、主轴承盖等零件的三维有限元组合模型。使用有限元分析软件Abaqus，在考虑各组件非线性接触关系的基础上，计算了该组合体在标定工况下的振动响应。对该发动机进行了表面振动测量，通过振动测点处实验数据与该点处计算数据的对比验证了有限元模型建立的合理性。分析了爆发工况下缸体、缸盖火力面及缸孔的振动变形。结果表明：缸体裙部刚度较弱容易产生变形；缸盖火力面鼻梁区变形较大，缸盖火力面与气缸盖连接处容易产生较大的应力；缸孔的变形量较小在工程允许的范围之内。
建立了某四缸汽油机气缸盖、缸体、主轴承盖等零件的三维有限元组合模型。使用有限元分析软件Abaqus，在考虑各组件非线性接触关系的基础上，计算了该组合体在标定工况下的振动响应。对该发动机进行了表面振动测量，通过振动测点处实验数据与该点处计算数据的对比验证了有限元模型建立的合理性。分析了爆发工况下缸体、缸盖火力面及缸孔的振动变形。结果表明：缸体裙部刚度较弱容易产生变形；缸盖火力面鼻梁区变形较大，缸盖火力面与气缸盖连接处容易产生较大的应力；缸孔的变形量较小在工程允许的范围之内。
2015, 34(1): 37-41.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0108
摘要:
针对对数修形的高铁圆锥滚子轴承在运行时滚子产生的歪斜现象，根据弹性接触理论，建立了圆锥滚子轴承滚子与内/外滚道在歪斜状况下的接触几何模型。利用切片法对单个滚子/滚道进行数值计算，分析了歪斜对滚子接触应力分布的影响，计算了歪斜状况下滚子的最佳凸度量。通过MATLAB仿真得出，歪斜角较小时，增加凸度量可降低歪斜效应引起的应力集中，歪斜角较大时，修形的方法不能改善滚子的应力集中，应避免滚子大角度歪斜。
针对对数修形的高铁圆锥滚子轴承在运行时滚子产生的歪斜现象，根据弹性接触理论，建立了圆锥滚子轴承滚子与内/外滚道在歪斜状况下的接触几何模型。利用切片法对单个滚子/滚道进行数值计算，分析了歪斜对滚子接触应力分布的影响，计算了歪斜状况下滚子的最佳凸度量。通过MATLAB仿真得出，歪斜角较小时，增加凸度量可降低歪斜效应引起的应力集中，歪斜角较大时，修形的方法不能改善滚子的应力集中，应避免滚子大角度歪斜。
2015, 34(1): 42-46.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0109
摘要:
根据柔性基础结构振动声辐射的控制需求，提出了柔性基础上应用金属橡胶隔振器的被动隔振方法。运用 ADAMS软件与有限元软件结合，仿真了基础材料、隔振器一次线性刚度、三次非线性刚度、粘性阻尼等参数改变时隔振系统的频域特性，得到了设备与基础的幅频响应曲线和系统的振级落差曲线，通过结果曲线的对比，分析了不同参数对系统隔振性能的影响，并提出了提高隔振效果、优化系统参数的一般方法。
根据柔性基础结构振动声辐射的控制需求，提出了柔性基础上应用金属橡胶隔振器的被动隔振方法。运用 ADAMS软件与有限元软件结合，仿真了基础材料、隔振器一次线性刚度、三次非线性刚度、粘性阻尼等参数改变时隔振系统的频域特性，得到了设备与基础的幅频响应曲线和系统的振级落差曲线，通过结果曲线的对比，分析了不同参数对系统隔振性能的影响，并提出了提高隔振效果、优化系统参数的一般方法。
2015, 34(1): 47-50.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0110
摘要:
为保证桥式起重机的提升作业安全性，以32t×42 m双梁桥式起重机用钢丝绳为研究对象，采用局部应力应变法估算其承载从自由状态到额定载荷的两个载荷步时的疲劳寿命。通过有限元数值算法得到钢丝绳的应力分布，由此确定可能发生疲劳破坏的危险部位在钢丝绳与绳芯接触处，应力大小为1 060.3 MPa，寿命为7 233.6次。根据Manson-Coffin公式，通过平均应力修正，得到基于局部应力应变法的疲劳寿命计算模型，计算得到疲劳寿命为7 937.4次，与有限元数值算法得到的寿命相差8.87%，阐明了局部应力应变法估算钢丝绳疲劳寿命的可行性。
为保证桥式起重机的提升作业安全性，以32t×42 m双梁桥式起重机用钢丝绳为研究对象，采用局部应力应变法估算其承载从自由状态到额定载荷的两个载荷步时的疲劳寿命。通过有限元数值算法得到钢丝绳的应力分布，由此确定可能发生疲劳破坏的危险部位在钢丝绳与绳芯接触处，应力大小为1 060.3 MPa，寿命为7 233.6次。根据Manson-Coffin公式，通过平均应力修正，得到基于局部应力应变法的疲劳寿命计算模型，计算得到疲劳寿命为7 937.4次，与有限元数值算法得到的寿命相差8.87%，阐明了局部应力应变法估算钢丝绳疲劳寿命的可行性。
2015, 34(1): 51-55.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0111
摘要:
基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析，通过动平台二球副重合的方法，使之结构降耦演变为0耦合度球面机构，并得到其位置正解的解析解；而对于k=1的一般结构的S+3-SPS，虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构，再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程，并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法，易于实现计算机自动生成，并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。
基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析，通过动平台二球副重合的方法，使之结构降耦演变为0耦合度球面机构，并得到其位置正解的解析解；而对于k=1的一般结构的S+3-SPS，虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构，再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程，并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法，易于实现计算机自动生成，并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。
2015, 34(1): 56-59.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0112
摘要:
姿态迹规划在机械臂控制中占有重要的地位，插值姿态的平滑性将直接影响到机械臂末端动作的柔和度。对姿态规划的等效性进行研究，给出角加速度与角速度可控的转角规划曲线。为减小计算复杂度，采用四元数代替姿态矩阵描述末端姿态。此外，还研究了等效转角与四元数球面线性插值的关系。最后，针对自行研制的六轴机械臂模型，以LabVIEW为仿真平台，对姿态轨迹进行了仿真与讨论。仿真结果表明：所规划的姿态具有C2连续的特点，实现了平滑变化。
姿态迹规划在机械臂控制中占有重要的地位，插值姿态的平滑性将直接影响到机械臂末端动作的柔和度。对姿态规划的等效性进行研究，给出角加速度与角速度可控的转角规划曲线。为减小计算复杂度，采用四元数代替姿态矩阵描述末端姿态。此外，还研究了等效转角与四元数球面线性插值的关系。最后，针对自行研制的六轴机械臂模型，以LabVIEW为仿真平台，对姿态轨迹进行了仿真与讨论。仿真结果表明：所规划的姿态具有C2连续的特点，实现了平滑变化。
2015, 34(1): 60-64.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0113
摘要:
基于应变能释放原理和线性断裂力学原理，推导了裂纹尖端方向与管道轴线方向成任意角度的横向裂纹的等效刚度的计算方程，得到了裂纹与管道固有频率的定量关系。进而研究了不同裂纹位置、深度和角度工况下结构的前3阶固有频率变化规律；通过对含裂纹管道进行实验，验证了含横向裂纹管道固有频率计算方法的有效性。
基于应变能释放原理和线性断裂力学原理，推导了裂纹尖端方向与管道轴线方向成任意角度的横向裂纹的等效刚度的计算方程，得到了裂纹与管道固有频率的定量关系。进而研究了不同裂纹位置、深度和角度工况下结构的前3阶固有频率变化规律；通过对含裂纹管道进行实验，验证了含横向裂纹管道固有频率计算方法的有效性。
2015, 34(1): 65-68.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0114
摘要:
基于粘弹性材料标准固体模型给出了一种求解刚性滚筒以给定速度滚过粘弹性体问题的数值解法。在这一方法中，问题的解被展开成付立叶级数的形式，以标准固体模型描述粘弹性材料的力学性能，借助标准固体模型三维微分形式的本构方程来建立付立叶级数各阶系数之间的函数关系，从而在粘弹性体的边界上建立边界元方程实现问题的求解。最后，以一个移动载荷作用在粘弹性半空间上的算例验证了方法的正确性。
基于粘弹性材料标准固体模型给出了一种求解刚性滚筒以给定速度滚过粘弹性体问题的数值解法。在这一方法中，问题的解被展开成付立叶级数的形式，以标准固体模型描述粘弹性材料的力学性能，借助标准固体模型三维微分形式的本构方程来建立付立叶级数各阶系数之间的函数关系，从而在粘弹性体的边界上建立边界元方程实现问题的求解。最后，以一个移动载荷作用在粘弹性半空间上的算例验证了方法的正确性。
2015, 34(1): 69-74.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0115
摘要:
基于U型线的物流运输特性，提出一种新的位置编码及解析方式，来建构起能满足优先约束关系的工位与位置间的关系；基于该编码表示决策变量，描述出在装配生产过程存在的学习效应和加强约束；以工位最小化为目标，建立基于混合整型非线性规划的U型装配线平衡模型；把学习效应表达式离散化、将非线性模型线性化，降低了模型的计算复杂度，以快速有效求解。算例结果表明，所建模型可有效解决融合了学习效应和加强约束的第一类、混合模型U型装配线平衡问题。
基于U型线的物流运输特性，提出一种新的位置编码及解析方式，来建构起能满足优先约束关系的工位与位置间的关系；基于该编码表示决策变量，描述出在装配生产过程存在的学习效应和加强约束；以工位最小化为目标，建立基于混合整型非线性规划的U型装配线平衡模型；把学习效应表达式离散化、将非线性模型线性化，降低了模型的计算复杂度，以快速有效求解。算例结果表明，所建模型可有效解决融合了学习效应和加强约束的第一类、混合模型U型装配线平衡问题。
2015, 34(1): 75-80.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0116
摘要:
针对产品设计过程中CAD装配模型向动力学模型转化难题，提出了面向动力学仿真的自动装配技术。面向动力学仿真的自动装配技术由面向动力学仿真的满足自动装配要求的装配关系表达方法和基于CAD的自动装配技术两部分构成。应用该技术生成了某型减速器的装配模型。最后在Inventor中应用装配关系向运动学约束自动转化功能，生成了该减速器的基础动力学模型，在此基础上生成完整的动力学模型，该模型的分析结果与理论计算的结果相符，从而证明了该技术的可行性。
针对产品设计过程中CAD装配模型向动力学模型转化难题，提出了面向动力学仿真的自动装配技术。面向动力学仿真的自动装配技术由面向动力学仿真的满足自动装配要求的装配关系表达方法和基于CAD的自动装配技术两部分构成。应用该技术生成了某型减速器的装配模型。最后在Inventor中应用装配关系向运动学约束自动转化功能，生成了该减速器的基础动力学模型，在此基础上生成完整的动力学模型，该模型的分析结果与理论计算的结果相符，从而证明了该技术的可行性。
2015, 34(1): 81-85.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0117
摘要:
针对刀具磨损状态先验样本少和常规神经网络识别模型收敛速度慢、易陷入局部极小值等问题，提出了基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的刀具磨损量识别技术，并针对模型输出存在系统误差而降低刀具磨损量识别精度的问题，引入卡尔曼滤波算法对时序监测结果进行修正，实现小样本下的刀具磨损量的精确识别。以车削加工为研究对象，采集加工过程中的切削力信号，应用小波包分析技术提取反映刀具磨损状态的特征信息，作为LS-SVM的输入样本，并对模型进行学习训练，完成对刀具磨损状态的识别，最后采用卡尔曼滤波修正其时序监测结果。实验结果表明：LS-SVM模型能高效地实现刀具磨损量识别，需样本数较少，训练速度快，通过卡尔曼滤波修正后的磨损量识别结果精度更高。
针对刀具磨损状态先验样本少和常规神经网络识别模型收敛速度慢、易陷入局部极小值等问题，提出了基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的刀具磨损量识别技术，并针对模型输出存在系统误差而降低刀具磨损量识别精度的问题，引入卡尔曼滤波算法对时序监测结果进行修正，实现小样本下的刀具磨损量的精确识别。以车削加工为研究对象，采集加工过程中的切削力信号，应用小波包分析技术提取反映刀具磨损状态的特征信息，作为LS-SVM的输入样本，并对模型进行学习训练，完成对刀具磨损状态的识别，最后采用卡尔曼滤波修正其时序监测结果。实验结果表明：LS-SVM模型能高效地实现刀具磨损量识别，需样本数较少，训练速度快，通过卡尔曼滤波修正后的磨损量识别结果精度更高。
2015, 34(1): 86-89.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0118
摘要:
针对齿轮早期故障特征不明显，提出了一种基于总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）和进化支持向量机相结合的齿轮故障智能诊断方法。利用EEMD能对齿轮振动信号进行自适应的分解成若干本征模式分量（intrinsic mode function，IMFs），并能有效抑制经典经验模式分解可能出现的模式混叠现象。以所得的IMF分量中提取出来的能量特征为输入建立进化支持向量机，判断齿轮的故障状态。结果表明：建立的混合智能诊断方法的分类正确率最高，能有效诊断齿轮早期故障。
针对齿轮早期故障特征不明显，提出了一种基于总体平均经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）和进化支持向量机相结合的齿轮故障智能诊断方法。利用EEMD能对齿轮振动信号进行自适应的分解成若干本征模式分量（intrinsic mode function，IMFs），并能有效抑制经典经验模式分解可能出现的模式混叠现象。以所得的IMF分量中提取出来的能量特征为输入建立进化支持向量机，判断齿轮的故障状态。结果表明：建立的混合智能诊断方法的分类正确率最高，能有效诊断齿轮早期故障。
2015, 34(1): 90-93.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0119
摘要:
以试切工件的方式研究大型数控机床导轨的直线度误差。用安捷伦激光干涉仪分别测量机床和工件的导轨直线度误差，提出一种混合建模方法。并针对FANUC CNC系统的外部坐标原点偏移功能研制了一种直线度误差实时补偿器。结果表明：通过补偿，直线度误差减少60％以上。不过为保证补偿方案的有效性，机床后续的补偿加工行程需要与误差建模行程一致。
以试切工件的方式研究大型数控机床导轨的直线度误差。用安捷伦激光干涉仪分别测量机床和工件的导轨直线度误差，提出一种混合建模方法。并针对FANUC CNC系统的外部坐标原点偏移功能研制了一种直线度误差实时补偿器。结果表明：通过补偿，直线度误差减少60％以上。不过为保证补偿方案的有效性，机床后续的补偿加工行程需要与误差建模行程一致。
2015, 34(1): 94-98.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0120
摘要:
针对客户定制需求中普遍存在的冲突问题，提出了一种系统的集成化冲突消解方法。通过建立企业产品模型库和客户需求表达模板，对需求冲突进行早期预防；利用冲突耦合度和需求重要度，联合确定冲突消解的优先顺序；结合并行处理、动态反馈的思想，依次试用基于实例、TRIZ及协商的冲突消解策略，最终实现了客户需求冲突的高效消解。最后，以隧道用挖掘机产品的定制为例说明了该方法的应用性。
针对客户定制需求中普遍存在的冲突问题，提出了一种系统的集成化冲突消解方法。通过建立企业产品模型库和客户需求表达模板，对需求冲突进行早期预防；利用冲突耦合度和需求重要度，联合确定冲突消解的优先顺序；结合并行处理、动态反馈的思想，依次试用基于实例、TRIZ及协商的冲突消解策略，最终实现了客户需求冲突的高效消解。最后，以隧道用挖掘机产品的定制为例说明了该方法的应用性。
2015, 34(1): 99-102.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0121
摘要:
为提高自由曲面测量速度和重构精度，基于三坐标测量机CMM，提出自适应测量的曲面重构方法。测量过程中，通过不断拟合样件上已测点，预算待测点及其测量矢量，指导CMM自动采集曲面上数据。由点云拟合自由曲面模型后，检验拟合模型上点与样件上相应点的误差；若误差偏大，则在测量点云中加入检测点后重新拟合曲面，进一步检测重拟合实体模型直至满足精度要求，得到精准数据点和精致的自由曲面模型。辅以计算机图形可视化实例验证本法，测量精度及其重构精度可达μ级，具有自由曲面特征的零部件整个逆向周期呈数量级下降，算法鲁棒性强。
为提高自由曲面测量速度和重构精度，基于三坐标测量机CMM，提出自适应测量的曲面重构方法。测量过程中，通过不断拟合样件上已测点，预算待测点及其测量矢量，指导CMM自动采集曲面上数据。由点云拟合自由曲面模型后，检验拟合模型上点与样件上相应点的误差；若误差偏大，则在测量点云中加入检测点后重新拟合曲面，进一步检测重拟合实体模型直至满足精度要求，得到精准数据点和精致的自由曲面模型。辅以计算机图形可视化实例验证本法，测量精度及其重构精度可达μ级，具有自由曲面特征的零部件整个逆向周期呈数量级下降，算法鲁棒性强。
2015, 34(1): 103-106.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0122
摘要:
在机械式缠绕机的基础上，增加了吐丝头的伸缩、回转机构及张力控制机构，研发出一种新型的四轴联动的玻璃纤维缠绕机。通过计算机控制使该缠绕机四轴联动，结合相应芯模的缠绕方法，可方便快速的实现对矩形芯模、压力容器芯模等常用芯模的缠绕。为了减小缠绕过程中各层纤维之间张力的影响，采用阶梯式张力控制施加的方法；为了提高芯模的设计速度，基于Solidworks完成常用芯模的参数化设计，并构建了常用芯模的模型库，实现随时调用想要特征的芯模。
在机械式缠绕机的基础上，增加了吐丝头的伸缩、回转机构及张力控制机构，研发出一种新型的四轴联动的玻璃纤维缠绕机。通过计算机控制使该缠绕机四轴联动，结合相应芯模的缠绕方法，可方便快速的实现对矩形芯模、压力容器芯模等常用芯模的缠绕。为了减小缠绕过程中各层纤维之间张力的影响，采用阶梯式张力控制施加的方法；为了提高芯模的设计速度，基于Solidworks完成常用芯模的参数化设计，并构建了常用芯模的模型库，实现随时调用想要特征的芯模。
2015, 34(1): 107-112.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0123
摘要:
在变形设计理论的基础上，提出了将产品主体形态分解为子形态。研究了基于超椭圆方程和三次带参均匀B样条曲线构造技术提取影响产品艺术风格子形态横截面造型特征的方法，并结合曲面构造变形技术实现产品形态体特征的提取。以电动手工具为例研究了产品形态体特征提取与形态优化设计效果，得出超椭圆方程提取算法参数少，可较好地提取对称图形、非倒角图形的造型特征；基于三次带参均匀B样条曲线构造技术的算法参数较多，可较好地提取多种图形。
在变形设计理论的基础上，提出了将产品主体形态分解为子形态。研究了基于超椭圆方程和三次带参均匀B样条曲线构造技术提取影响产品艺术风格子形态横截面造型特征的方法，并结合曲面构造变形技术实现产品形态体特征的提取。以电动手工具为例研究了产品形态体特征提取与形态优化设计效果，得出超椭圆方程提取算法参数少，可较好地提取对称图形、非倒角图形的造型特征；基于三次带参均匀B样条曲线构造技术的算法参数较多，可较好地提取多种图形。
2015, 34(1): 113-117.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0124
摘要:
先通过模态分析与传递函数研究了某款消声器的动态性能，其次采用结构有限元与声学边界元耦合分析计算了消声器辐射噪声并与排气噪声进行比较，说明了辐射噪声对消声器声学性能的明显影响。在降低原消声器厚度情况下对消声器进行形貌优化，得到消声器辐射噪声更小的优化结果。
先通过模态分析与传递函数研究了某款消声器的动态性能，其次采用结构有限元与声学边界元耦合分析计算了消声器辐射噪声并与排气噪声进行比较，说明了辐射噪声对消声器声学性能的明显影响。在降低原消声器厚度情况下对消声器进行形貌优化，得到消声器辐射噪声更小的优化结果。
2015, 34(1): 118-123.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0125
摘要:
由于根据漏磁信号难以准确识别出油管内、外表面缺陷，为此提出了基于支持向量机（SVM）的油管内外表面缺陷识别方法。采用时频分析技术提取了用于区分油管内外表面缺陷的漏磁信号时域和频域特征量，然后将其作为油管内外表面缺陷识别SVM模型的样本数据，采用改进的云自适应粒子群（MACPSO）优化算法对SVM识别模型的参数进行优选，结合优选的模型参数和样本数据训练构建油管内外表面缺陷识别SVM模型。实验结果表明：该智能识别方法能够有效区分油管的内外表面缺陷，识别准确率高于90%。
由于根据漏磁信号难以准确识别出油管内、外表面缺陷，为此提出了基于支持向量机（SVM）的油管内外表面缺陷识别方法。采用时频分析技术提取了用于区分油管内外表面缺陷的漏磁信号时域和频域特征量，然后将其作为油管内外表面缺陷识别SVM模型的样本数据，采用改进的云自适应粒子群（MACPSO）优化算法对SVM识别模型的参数进行优选，结合优选的模型参数和样本数据训练构建油管内外表面缺陷识别SVM模型。实验结果表明：该智能识别方法能够有效区分油管的内外表面缺陷，识别准确率高于90%。
2015, 34(1): 124-130.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0126
摘要:
彩色显示器是传达信息的主要设备之一，但相同的RGB颜色值在不同的显示设备上视觉效果往往有差异，导致颜色传递不准确，因此有必要建立一个色度特征化方法，使RGB颜色转变到设备无关的CIELAB颜色空间，以提高颜色表现的准确性。为解决该难题，借助多项式描述RGB与CIELAB之间的非线性关系；建立了显示器设备的RGB到CIELAB的建模和精度测试色靶；建模过程中，引入混沌序列，对粒子群优化方法进行改善，基于混沌粒子群优化方法以均方误差为适应度函数估计出各个多项式的系数，从而完成建模过程。将所提方法与最小二乘和基于MCMC的贝叶斯估计方法进行了比较，精度基本接近，但耗时更少。结果表明：该模型针对测试色靶的平均色差较小，得到了较好的结果，是一种有效的显示设备色度特征化方法。
彩色显示器是传达信息的主要设备之一，但相同的RGB颜色值在不同的显示设备上视觉效果往往有差异，导致颜色传递不准确，因此有必要建立一个色度特征化方法，使RGB颜色转变到设备无关的CIELAB颜色空间，以提高颜色表现的准确性。为解决该难题，借助多项式描述RGB与CIELAB之间的非线性关系；建立了显示器设备的RGB到CIELAB的建模和精度测试色靶；建模过程中，引入混沌序列，对粒子群优化方法进行改善，基于混沌粒子群优化方法以均方误差为适应度函数估计出各个多项式的系数，从而完成建模过程。将所提方法与最小二乘和基于MCMC的贝叶斯估计方法进行了比较，精度基本接近，但耗时更少。结果表明：该模型针对测试色靶的平均色差较小，得到了较好的结果，是一种有效的显示设备色度特征化方法。
2015, 34(1): 131-135.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0127
摘要:
研究了7种不同壅塞管直径和背压对壅塞空化器空化效果的影响。结果表明：不同壅塞管直径的壅塞空化器在背压小于或等于临界压力值时出现壅塞流动现象，此时，壅塞截面上游壅塞管轴心线上的压力、气体体积分数、马赫数都不会受背压影响；当壅塞管中形成混合较均匀的气液两相流时，从壅塞管中段至壅塞截面气液两相流动的马赫数逐渐增加，在压力梯度最高点最大值为0.98；不同壅塞管直径的壅塞空化器要产生强烈的空化都有最佳的背压范围，随着壅塞管直径的增大，最佳的背压范围会逐渐缩小；在壅塞流动的条件下，增大背压或壅塞管直径，最大压力梯度值会增大，壅塞截面会向上游移动。
研究了7种不同壅塞管直径和背压对壅塞空化器空化效果的影响。结果表明：不同壅塞管直径的壅塞空化器在背压小于或等于临界压力值时出现壅塞流动现象，此时，壅塞截面上游壅塞管轴心线上的压力、气体体积分数、马赫数都不会受背压影响；当壅塞管中形成混合较均匀的气液两相流时，从壅塞管中段至壅塞截面气液两相流动的马赫数逐渐增加，在压力梯度最高点最大值为0.98；不同壅塞管直径的壅塞空化器要产生强烈的空化都有最佳的背压范围，随着壅塞管直径的增大，最佳的背压范围会逐渐缩小；在壅塞流动的条件下，增大背压或壅塞管直径，最大压力梯度值会增大，壅塞截面会向上游移动。
2015, 34(1): 136-139.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0128
摘要:
针对现有的燃油消耗量测量方法存在成本较高、结构复杂且难以实现车载实时测量油耗的问题，提出基于改进RBF径向基神经网络的汽车油耗软测量方法。依据油耗产生机理，选取影响油耗且容易直接测量的参数作为测量模型的输入部分，采用油耗试验实测数据作为测量模型的训练样本和测试样本，并结合主元分析方法改进径向基神经网络的训练速度，自学习得出油耗软测量模型。利用Matlab仿真并将计算机仿真结果与油耗仪测量数据对比分析，平均误差在5.0%以内，验证了上述油耗测量方法的有效性，降低了车载实时油耗测量的成本和复杂程度。
针对现有的燃油消耗量测量方法存在成本较高、结构复杂且难以实现车载实时测量油耗的问题，提出基于改进RBF径向基神经网络的汽车油耗软测量方法。依据油耗产生机理，选取影响油耗且容易直接测量的参数作为测量模型的输入部分，采用油耗试验实测数据作为测量模型的训练样本和测试样本，并结合主元分析方法改进径向基神经网络的训练速度，自学习得出油耗软测量模型。利用Matlab仿真并将计算机仿真结果与油耗仪测量数据对比分析，平均误差在5.0%以内，验证了上述油耗测量方法的有效性，降低了车载实时油耗测量的成本和复杂程度。
2015, 34(1): 140-145.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0129
摘要:
由于氧传感器反馈信号存在一定的延时，导致常规反馈空燃比控制存在时滞现象，造成汽油机加速瞬态工况燃烧性能、动力性能与排放性能恶化。为了使加速瞬态工况空燃比能快速稳定在理论空燃比，基于汽油机加速瞬态工况空燃比控制基本策略，提出一种基于BP神经网络控制器（预估NNI辨识器）和基于径向基函数神经网络控制器（RBF-NNC控制器）组成的采用混沌优化算法的复合神经网络空燃比控制系统，并进行计算机仿真验证。结果表明：该优化控制系统可增强汽油机加速瞬态工况空燃比实时性控制与精度，确保发动机实际空燃比稳定在理论空燃比控制范围内，有效解决氧传感器信号传输的迟滞性问题。
由于氧传感器反馈信号存在一定的延时，导致常规反馈空燃比控制存在时滞现象，造成汽油机加速瞬态工况燃烧性能、动力性能与排放性能恶化。为了使加速瞬态工况空燃比能快速稳定在理论空燃比，基于汽油机加速瞬态工况空燃比控制基本策略，提出一种基于BP神经网络控制器（预估NNI辨识器）和基于径向基函数神经网络控制器（RBF-NNC控制器）组成的采用混沌优化算法的复合神经网络空燃比控制系统，并进行计算机仿真验证。结果表明：该优化控制系统可增强汽油机加速瞬态工况空燃比实时性控制与精度，确保发动机实际空燃比稳定在理论空燃比控制范围内，有效解决氧传感器信号传输的迟滞性问题。
2015, 34(1): 146-150.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0130
摘要:
针对扭转梁悬架在侧向力作用下呈过多转向趋势，基于扭梁悬架上添加瓦特杆的方案，利用ADAMS软件，建立了带瓦特连杆的扭梁悬架模型。两悬架仿真分析表明：瓦特杆扭梁悬架在侧向力作用下呈不足转向趋势，较好地改善了扭转梁悬架的C特性。为获取更好的前束外倾特性，利用ADAMS/Insight软件，对瓦特扭梁悬架的结构参数进行了优化。
针对扭转梁悬架在侧向力作用下呈过多转向趋势，基于扭梁悬架上添加瓦特杆的方案，利用ADAMS软件，建立了带瓦特连杆的扭梁悬架模型。两悬架仿真分析表明：瓦特杆扭梁悬架在侧向力作用下呈不足转向趋势，较好地改善了扭转梁悬架的C特性。为获取更好的前束外倾特性，利用ADAMS/Insight软件，对瓦特扭梁悬架的结构参数进行了优化。
2015, 34(1): 151-154.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0131
摘要:
通过gt-power软件对发动机某一转速下排气系统尾管噪声进行仿真。提出几种消声器改进方案，选出最佳方案。在该方案基础上，分析几种因素变化对消声器性能影响，选出较为理想的参数。最终使功率损失、插入损失等指标达到较好的水平，解决了尾管噪声过高的问题。得出了穿孔管，插入管长度，扩张腔体积对消声性能影响较大的结论。
通过gt-power软件对发动机某一转速下排气系统尾管噪声进行仿真。提出几种消声器改进方案，选出最佳方案。在该方案基础上，分析几种因素变化对消声器性能影响，选出较为理想的参数。最终使功率损失、插入损失等指标达到较好的水平，解决了尾管噪声过高的问题。得出了穿孔管，插入管长度，扩张腔体积对消声性能影响较大的结论。
2015, 34(1): 155-159.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0132
摘要:
为了研究轮对扭转、弯曲和伞形特征模态对转向架稳定性的影响，将轮对分别视为刚性体和弹性体，建立了车辆-轨道系统动力学模型。根据UIC518，使用构架横向振动加速度和车轮导向力之和的均方根值来评定转向架横向稳定性。研究结果表明：影响转向架横向稳定性的特征模态主要为轮对1阶对称和反对称弯曲模态。当车辆运行速度为500 km/h时，弹性和刚性轮对模型构架横向振动加速度均方根值分别为4.69 m/s2和4.14 m/s2，车轮导向力之和均方根值分别为16.35 kN和14.79 kN。当车轴刚度降低时，轮对模态特征频率降低，构架横向振动加速度和车轮导向力之和的均方根值增大，故车辆运行临界速度随车轴刚度的降低而降低。因此，在轮对轻量化设计时，应同时兼顾车轴结构刚度。
为了研究轮对扭转、弯曲和伞形特征模态对转向架稳定性的影响，将轮对分别视为刚性体和弹性体，建立了车辆-轨道系统动力学模型。根据UIC518，使用构架横向振动加速度和车轮导向力之和的均方根值来评定转向架横向稳定性。研究结果表明：影响转向架横向稳定性的特征模态主要为轮对1阶对称和反对称弯曲模态。当车辆运行速度为500 km/h时，弹性和刚性轮对模型构架横向振动加速度均方根值分别为4.69 m/s2和4.14 m/s2，车轮导向力之和均方根值分别为16.35 kN和14.79 kN。当车轴刚度降低时，轮对模态特征频率降低，构架横向振动加速度和车轮导向力之和的均方根值增大，故车辆运行临界速度随车轴刚度的降低而降低。因此，在轮对轻量化设计时，应同时兼顾车轴结构刚度。
2015, 34(1): 160-164.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0133
摘要:
以汽车加速车内噪声为研究对象，采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）方法建立了声品质评价模型。分别以车辆噪声的客观评价结果和主观烦躁度作为模型的输入和输出，在相关分析和显著性检验的基础上，以响度、尖锐度、粗糙度、清晰度指数和A声级为变量建立了LS-SVM声品质评价模型。对未知噪声样本的预测检验表明：预测结果与主观烦躁度具有很高的相关性，预测精度高于多元线性回归方法。所建立的模型具有良好的泛化能力，可用于加速车内噪声品质的预测。
以汽车加速车内噪声为研究对象，采用最小二乘支持向量机（LS-SVM）方法建立了声品质评价模型。分别以车辆噪声的客观评价结果和主观烦躁度作为模型的输入和输出，在相关分析和显著性检验的基础上，以响度、尖锐度、粗糙度、清晰度指数和A声级为变量建立了LS-SVM声品质评价模型。对未知噪声样本的预测检验表明：预测结果与主观烦躁度具有很高的相关性，预测精度高于多元线性回归方法。所建立的模型具有良好的泛化能力，可用于加速车内噪声品质的预测。
