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2015年 34卷 第4期
2015, 34(4): 493-497.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0401
摘要
PDF 2897KB
摘要:
针对周转斜盘发动机结构复杂，有限元模型规模大且分析效率较低等问题，引入子结构模态综合法用于发动机振动特性分析和减振设计。基于Ansys软件建立了发动机模态综合法分析模型，计算了发动机模态。分析了发动机振动激励源和振动传递路径，讨论了发动机结构减振措施，提出了发动机关键轴承处采用柔性支撑的减振方案，拟定了柔性支撑减振器可行结构形式。基于模态综合法计算模型，将减振器作为子结构建立采取减振措施的动力学分析模型。谐响分析表明：减振方案在低频段很好的效果。
针对周转斜盘发动机结构复杂，有限元模型规模大且分析效率较低等问题，引入子结构模态综合法用于发动机振动特性分析和减振设计。基于Ansys软件建立了发动机模态综合法分析模型，计算了发动机模态。分析了发动机振动激励源和振动传递路径，讨论了发动机结构减振措施，提出了发动机关键轴承处采用柔性支撑的减振方案，拟定了柔性支撑减振器可行结构形式。基于模态综合法计算模型，将减振器作为子结构建立采取减振措施的动力学分析模型。谐响分析表明：减振方案在低频段很好的效果。
2015, 34(4): 498-501.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0402
摘要:
为了研究4缸直列汽油机停缸工作的曲轴轴系扭振特性，采用多体动力学软件AVL-EXCITE Designer建立曲轴系统模型，并通过实验数据校核了模型。开展了20%~40%负荷下不同停缸方案的曲轴扭振特性仿真研究。结果表明：停缸后曲轴系统扭转角位移显著增加，角位移以低阶滚振为主；对于4缸直列汽油机而言，曲轴两端两缸停缸方案的扭振特性优于中间两缸停缸方案。
为了研究4缸直列汽油机停缸工作的曲轴轴系扭振特性，采用多体动力学软件AVL-EXCITE Designer建立曲轴系统模型，并通过实验数据校核了模型。开展了20%~40%负荷下不同停缸方案的曲轴扭振特性仿真研究。结果表明：停缸后曲轴系统扭转角位移显著增加，角位移以低阶滚振为主；对于4缸直列汽油机而言，曲轴两端两缸停缸方案的扭振特性优于中间两缸停缸方案。
2015, 34(4): 502-506.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0403
摘要:
提出了一种基于优化理论的相似常数确定方法，即以相似常数为优化变量，以模型的某些功能相似指标为优化目标，采用合适的优化算法寻找出最优解，从而确定相似常数。继而将该方法应用于某转子系统缩比模型相似常数的确定，对方法的可行性进行了验证。根据该方法建立的缩比模型与原型满足特定相似，两者既可能完全相似也可能不完全相似，而根据相似理论建立的缩比模型仅仅是根据本文方法建立的所有缩比模型中的一个特例。该方法较好解决了不完全相似模型相似常数的合理取值问题。
提出了一种基于优化理论的相似常数确定方法，即以相似常数为优化变量，以模型的某些功能相似指标为优化目标，采用合适的优化算法寻找出最优解，从而确定相似常数。继而将该方法应用于某转子系统缩比模型相似常数的确定，对方法的可行性进行了验证。根据该方法建立的缩比模型与原型满足特定相似，两者既可能完全相似也可能不完全相似，而根据相似理论建立的缩比模型仅仅是根据本文方法建立的所有缩比模型中的一个特例。该方法较好解决了不完全相似模型相似常数的合理取值问题。
2015, 34(4): 507-511.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0404
摘要:
针对大范围运动已知的平面柔性梁结构建立了动力学方程。经过分析，提出了非线性精确模型，采用有限元方法对梁结构进行离散，利用Lagrange方法建立了系统的精确动力学方程。与原有一次耦合模型相比，该模型中各项矩阵新增了两类耦合项：基点速度和角速度耦合项和变形耦合项。通过仿真计算，比较其动力学特性与零次、一次耦合模型的差异，确定各种耦合项的作用，并进行了定性分析。
针对大范围运动已知的平面柔性梁结构建立了动力学方程。经过分析，提出了非线性精确模型，采用有限元方法对梁结构进行离散，利用Lagrange方法建立了系统的精确动力学方程。与原有一次耦合模型相比，该模型中各项矩阵新增了两类耦合项：基点速度和角速度耦合项和变形耦合项。通过仿真计算，比较其动力学特性与零次、一次耦合模型的差异，确定各种耦合项的作用，并进行了定性分析。
2015, 34(4): 512-517.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0405
摘要:
指出纳米化的储氢材料将会被广泛用于燃料电池的汽车之中，介绍了纳米粉的其它典型应用领域。分别论述了实验室中物理与化学方法制备纳米粉的基本原理，分析了物理法制备纳米粉中的机械球磨方法的基本原理、系统组成。重点对实验室中制备微纳米粉的强力球磨机的驱动电动机不同类型、搅拌主轴转动一周内的瞬时变角速度方式，以及其机械结构中的搅拌齿的曲面形状、搅拌主轴上紧固的径向搅拌杆的层数、每层杆的个数、搅拌主轴的断面形状、横向搅拌杆断面形状等优化问题进行了探讨。获得了交流伺服电动机驱动方式以及球磨机的不同机械结构形式对钢球的动力学特性和流场特性、以及物料研磨效果的影响规律，优化出了相应的驱动方式及机械结构方案。
指出纳米化的储氢材料将会被广泛用于燃料电池的汽车之中，介绍了纳米粉的其它典型应用领域。分别论述了实验室中物理与化学方法制备纳米粉的基本原理，分析了物理法制备纳米粉中的机械球磨方法的基本原理、系统组成。重点对实验室中制备微纳米粉的强力球磨机的驱动电动机不同类型、搅拌主轴转动一周内的瞬时变角速度方式，以及其机械结构中的搅拌齿的曲面形状、搅拌主轴上紧固的径向搅拌杆的层数、每层杆的个数、搅拌主轴的断面形状、横向搅拌杆断面形状等优化问题进行了探讨。获得了交流伺服电动机驱动方式以及球磨机的不同机械结构形式对钢球的动力学特性和流场特性、以及物料研磨效果的影响规律，优化出了相应的驱动方式及机械结构方案。
2015, 34(4): 518-521.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0406
摘要:
以对称3-PRR平面并联机构为研究对象，通过矢量分析建立了3-PRR并联机构的运动学模型。采用坐标变换法建立了机构的运动学方程，并对机构的位置正逆解进行了理论求解和Matlab求解，在理论求解机构位置正解时使用了半角公式法。运用Pro/E的Mechanism模块对机构进行了运动学仿真，并将动平台中心点的仿真轨迹与规划的路径进行了比较，验证了建模方法的正确性及机构的可行性。
以对称3-PRR平面并联机构为研究对象，通过矢量分析建立了3-PRR并联机构的运动学模型。采用坐标变换法建立了机构的运动学方程，并对机构的位置正逆解进行了理论求解和Matlab求解，在理论求解机构位置正解时使用了半角公式法。运用Pro/E的Mechanism模块对机构进行了运动学仿真，并将动平台中心点的仿真轨迹与规划的路径进行了比较，验证了建模方法的正确性及机构的可行性。
2015, 34(4): 522-525.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0407
摘要:
摩擦表面的表面织构具有改善摩擦副表面接触方式和润滑状态的作用。采用格子Boltzmann方法对表面织构进行数值模拟分析，采用D2Q9二维速度模型，非平衡外推边界处理格式，编写了模拟的计算程序，模拟出二维方槽、三角形槽及梯形槽织构表面的流动。针对上述流动，计算出雷诺数不同时的流线图，并分析了不同形状凹槽流动的变化，计算了不同形状、深度条件下阻力系数的变化并概括了影响规律。通过对表面阻力的比较发现：梯形凹槽是最优的表面织构；由方形槽的模拟可知，织构形状的深径比也存在最优值，从而证明了Boltzmann方法是模拟复杂流体运动的有效方法。
摩擦表面的表面织构具有改善摩擦副表面接触方式和润滑状态的作用。采用格子Boltzmann方法对表面织构进行数值模拟分析，采用D2Q9二维速度模型，非平衡外推边界处理格式，编写了模拟的计算程序，模拟出二维方槽、三角形槽及梯形槽织构表面的流动。针对上述流动，计算出雷诺数不同时的流线图，并分析了不同形状凹槽流动的变化，计算了不同形状、深度条件下阻力系数的变化并概括了影响规律。通过对表面阻力的比较发现：梯形凹槽是最优的表面织构；由方形槽的模拟可知，织构形状的深径比也存在最优值，从而证明了Boltzmann方法是模拟复杂流体运动的有效方法。
2015, 34(4): 526-532.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0408
摘要:
为获得平衡状态下带钢变形、气垫区压力以及带钢-气垫耦合系统的动特性，将带钢近似为恒张力作用下的轴向运动Euler-Bernoulli梁，根据描述气垫区气体动力学特性的经典附壁边界理论，建立带钢和气垫区气体压力的控制方程及耦合条件。引入轴向运动带钢变形的格林函数，以压力卷积的形式显式表达带钢位移，采用Newton-Raphson法对气垫区的平衡压力和带钢平衡变形进行数值求解。将带钢和气垫区气体压力控制方程分别在其平衡位置处线性化，得到描述系统线性响应的变系数偏微分方程组。通过Galerkin法对模型进行全局离散，用广义矩阵特征值问题的数值解法得到带钢的固有频率。研究结果表明：适当减小带钢运行速度并增大带钢张力有利于带钢的稳定运行，而气垫箱供应压力对带钢动特性的影响极为有限。
为获得平衡状态下带钢变形、气垫区压力以及带钢-气垫耦合系统的动特性，将带钢近似为恒张力作用下的轴向运动Euler-Bernoulli梁，根据描述气垫区气体动力学特性的经典附壁边界理论，建立带钢和气垫区气体压力的控制方程及耦合条件。引入轴向运动带钢变形的格林函数，以压力卷积的形式显式表达带钢位移，采用Newton-Raphson法对气垫区的平衡压力和带钢平衡变形进行数值求解。将带钢和气垫区气体压力控制方程分别在其平衡位置处线性化，得到描述系统线性响应的变系数偏微分方程组。通过Galerkin法对模型进行全局离散，用广义矩阵特征值问题的数值解法得到带钢的固有频率。研究结果表明：适当减小带钢运行速度并增大带钢张力有利于带钢的稳定运行，而气垫箱供应压力对带钢动特性的影响极为有限。
2015, 34(4): 533-537.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0409
摘要:
油罐清洗机器人是一种针对油罐罐底油泥实施自动化清洗而研发的特殊机器人。在分析其罐底工作环境及工作流程的基础上，运用动态能量稳定锥方法分析了罐壁和罐底：“盲区”油泥清洗的工作稳定性。通过ADAMS环境下的仿真实验，该机器人运动速度在v=0.5 m/s 以内时，机器人不发生倾覆，在机体倾斜角度Ø=30°时，脉冲水射流出口速度宜控制在u=100 m/s以内，保证机器人倾覆稳定性，实现油罐“盲区”油泥清洗。仿真结果与该机器人设计参数基本相符，能够实现对油罐罐底油泥的清洗。
油罐清洗机器人是一种针对油罐罐底油泥实施自动化清洗而研发的特殊机器人。在分析其罐底工作环境及工作流程的基础上，运用动态能量稳定锥方法分析了罐壁和罐底：“盲区”油泥清洗的工作稳定性。通过ADAMS环境下的仿真实验，该机器人运动速度在v=0.5 m/s 以内时，机器人不发生倾覆，在机体倾斜角度Ø=30°时，脉冲水射流出口速度宜控制在u=100 m/s以内，保证机器人倾覆稳定性，实现油罐“盲区”油泥清洗。仿真结果与该机器人设计参数基本相符，能够实现对油罐罐底油泥的清洗。
2015, 34(4): 538-543.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0410
摘要:
针对行星齿轮传动系统振动信号的非线性、非平稳性和故障特征微弱等特点，基于混沌理论对行星齿轮传动系统的正常、单一和多类耦合故障特性进行了综合分析与研究。用小波包算法对所采集的振动信号进行预处理；恰当选取最佳时延和最小嵌入维数重构相空间。在此基础上，用相图定性描述不同故障状态的故障类型；用关联维数和最大Lyapunov指数量化其各故障状态的特性和程度。研究结果表明：5种不同状态下的相图有一定的差异性；且故障越严重、故障耦合的越多，其关联维数和最大Lyapunov指数越大，混沌特性越强。因此，利用混沌的定性和定量方法可以有效识别行星齿轮传动系统的单一故障以及故障特征频率不重叠和故障特征频率重叠的两类耦合故障。
针对行星齿轮传动系统振动信号的非线性、非平稳性和故障特征微弱等特点，基于混沌理论对行星齿轮传动系统的正常、单一和多类耦合故障特性进行了综合分析与研究。用小波包算法对所采集的振动信号进行预处理；恰当选取最佳时延和最小嵌入维数重构相空间。在此基础上，用相图定性描述不同故障状态的故障类型；用关联维数和最大Lyapunov指数量化其各故障状态的特性和程度。研究结果表明：5种不同状态下的相图有一定的差异性；且故障越严重、故障耦合的越多，其关联维数和最大Lyapunov指数越大，混沌特性越强。因此，利用混沌的定性和定量方法可以有效识别行星齿轮传动系统的单一故障以及故障特征频率不重叠和故障特征频率重叠的两类耦合故障。
2015, 34(4): 544-548.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0411
摘要:
提出基于曲线弧函数s的曲线切向角θ的多项式方程，来表示满足指尖梁成形要求的任意可能的凸、凹型线。利用Taylor级数获得一般型线的通用表达式和特征参数，建立了以低泄漏率和低磨损率为目标的优化模型，从而实现指尖梁形状优化与其他几何结构尺寸的同步优化。优化算例结果表明：经双目标优化设计可以获得综合性能良好的一般型线指尖密封结构形式；与现有圆弧型线和渐开线型线指尖密封优化结果相比，一般上凸型线指尖密封综合性能与圆弧型线和渐开线型线指尖密封相当，一般上凹型线指尖密封在满足低泄漏性能上具有明显优势。
提出基于曲线弧函数s的曲线切向角θ的多项式方程，来表示满足指尖梁成形要求的任意可能的凸、凹型线。利用Taylor级数获得一般型线的通用表达式和特征参数，建立了以低泄漏率和低磨损率为目标的优化模型，从而实现指尖梁形状优化与其他几何结构尺寸的同步优化。优化算例结果表明：经双目标优化设计可以获得综合性能良好的一般型线指尖密封结构形式；与现有圆弧型线和渐开线型线指尖密封优化结果相比，一般上凸型线指尖密封综合性能与圆弧型线和渐开线型线指尖密封相当，一般上凹型线指尖密封在满足低泄漏性能上具有明显优势。
2015, 34(4): 549-554.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0412
摘要:
针对传统的基于“相似零件结构有相似工艺”准则的知识检索方法所造成的知识重用精度低等缺点，提出了一种基于“相似加工特征环境有相似工艺”的三维机加工艺知识复用方法。首先，利用属性邻接图建立工序模型的数学表达，使用改进的子图同构匹配方法进行加工特征提取。然后使用加工特征邻接图将提取出的加工特征进行重构。通过定义裁剪规则，得到基于特征的加工特征环境结构。将特征的环境结构作为输入条件与工序模型进行相似匹配，匹配参数包括特征类型、依附面类型以及特征间拓扑关系等信息，使加工工艺知识得以复用。实例验证表明，该方法有效地匹配了相似的加工特征环境并通过加工特征环境的检索，实现相似工艺的匹配。
针对传统的基于“相似零件结构有相似工艺”准则的知识检索方法所造成的知识重用精度低等缺点，提出了一种基于“相似加工特征环境有相似工艺”的三维机加工艺知识复用方法。首先，利用属性邻接图建立工序模型的数学表达，使用改进的子图同构匹配方法进行加工特征提取。然后使用加工特征邻接图将提取出的加工特征进行重构。通过定义裁剪规则，得到基于特征的加工特征环境结构。将特征的环境结构作为输入条件与工序模型进行相似匹配，匹配参数包括特征类型、依附面类型以及特征间拓扑关系等信息，使加工工艺知识得以复用。实例验证表明，该方法有效地匹配了相似的加工特征环境并通过加工特征环境的检索，实现相似工艺的匹配。
2015, 34(4): 555-559.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0413
摘要:
五坐标加工中心的主轴摆长是实现五坐标机床自动跟踪的关键参数，其确定值的精度直接影响加工中心的加工精度。提出一种主轴摆动式五坐标加工中心摆长的测定方法，其原理是机床坐标值的实际变动量应与通过摆长、主轴摆动角度之间几何关系计算出的坐标值变动量相符。与传统测量方法进行了比较，证明所提方法精度高于传统方法，并且实用、可靠。
五坐标加工中心的主轴摆长是实现五坐标机床自动跟踪的关键参数，其确定值的精度直接影响加工中心的加工精度。提出一种主轴摆动式五坐标加工中心摆长的测定方法，其原理是机床坐标值的实际变动量应与通过摆长、主轴摆动角度之间几何关系计算出的坐标值变动量相符。与传统测量方法进行了比较，证明所提方法精度高于传统方法，并且实用、可靠。
2015, 34(4): 560-564.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0414
摘要:
提出了一种通电加热铣削方法，介绍了其基本原理与实验装置。通过试验及分析用小波变换处理采集到的振动信号来证明这种方法能够大幅降低切削过程的振动，提高刀具寿命，降低表面粗糙度，并且成本低、实验装置简单实用。提出了一种基于通电加热的新型高温硬度测量方法，用该方法分析淬火钢在高温下的硬度变化情况，发现常温57HRC的淬火T10A工具钢在300 ℃左右，硬度就急剧降低至30HRC，这也证明了加热切削的有效性。
提出了一种通电加热铣削方法，介绍了其基本原理与实验装置。通过试验及分析用小波变换处理采集到的振动信号来证明这种方法能够大幅降低切削过程的振动，提高刀具寿命，降低表面粗糙度，并且成本低、实验装置简单实用。提出了一种基于通电加热的新型高温硬度测量方法，用该方法分析淬火钢在高温下的硬度变化情况，发现常温57HRC的淬火T10A工具钢在300 ℃左右，硬度就急剧降低至30HRC，这也证明了加热切削的有效性。
2015, 34(4): 565-569.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0415
摘要:
旨在研究复杂曲面类汽车精密制品的翘曲变形情况，在试验设计初期，根据模流分析设计原则，初步确定了影响变形的主要因素的参数值（包括注射时间、模具温度、熔体温度、保压压力曲线和冷却液温度等）。以Z方向的最大变形值作为优化指标，采用CCD（Central Composite Design）二阶响应面设计法，选取熔体温度、保压压力曲线和冷却液温度为试验变量，将响应受多个变量影响的问题进行建模并进行模流分析获得试验结果，采用F检验法检验回归方程的显著性，得出可用的响应面方程，并以此来优化响应，获得最优工艺参数组合，并进行CAE（Computer Aided Engineering）分析检验优化方案的可靠性。对汽车门拉手进行现场跟踪测量，结果表明，与无试验优化的注射成型相比，最优方案可使翘曲变形量减少16%左右，满足精密制品外观功能要求。
旨在研究复杂曲面类汽车精密制品的翘曲变形情况，在试验设计初期，根据模流分析设计原则，初步确定了影响变形的主要因素的参数值（包括注射时间、模具温度、熔体温度、保压压力曲线和冷却液温度等）。以Z方向的最大变形值作为优化指标，采用CCD（Central Composite Design）二阶响应面设计法，选取熔体温度、保压压力曲线和冷却液温度为试验变量，将响应受多个变量影响的问题进行建模并进行模流分析获得试验结果，采用F检验法检验回归方程的显著性，得出可用的响应面方程，并以此来优化响应，获得最优工艺参数组合，并进行CAE（Computer Aided Engineering）分析检验优化方案的可靠性。对汽车门拉手进行现场跟踪测量，结果表明，与无试验优化的注射成型相比，最优方案可使翘曲变形量减少16%左右，满足精密制品外观功能要求。
2015, 34(4): 570-576.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0416
摘要:
在分析改模知识的基础上，提出了一种基于本体的聚类分析法来获得典型的改模方案，建立了注塑模改模知识领域本体，确立了用矩阵方法表达改模方案数据的数学模型。通过基于改模知识领域本体之间概念相似度的计算获得改模概念间的语义相似度、用归一化公式计算改模方案间的相似度和簇间相似度，用相似度矩阵表示改模方案间的相似度，并应用凝聚的层次聚类法进行改模方案的聚类，通过改模方案聚类粒度的确定方法获得聚类结果。以企业的改模方案数据为例，验证了该方法的有效性。
在分析改模知识的基础上，提出了一种基于本体的聚类分析法来获得典型的改模方案，建立了注塑模改模知识领域本体，确立了用矩阵方法表达改模方案数据的数学模型。通过基于改模知识领域本体之间概念相似度的计算获得改模概念间的语义相似度、用归一化公式计算改模方案间的相似度和簇间相似度，用相似度矩阵表示改模方案间的相似度，并应用凝聚的层次聚类法进行改模方案的聚类，通过改模方案聚类粒度的确定方法获得聚类结果。以企业的改模方案数据为例，验证了该方法的有效性。
2015, 34(4): 577-581.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0417
摘要:
针对数控机床进给平台存在的摩擦问题，提出一种基于混合励磁直线同步电机的新型磁悬浮进给平台的结构及运行原理。该磁悬浮进给平台推进系统和悬浮系统共用一个气隙磁场，电磁推力和法向力存在磁力耦合现象。对混合励磁直线同步电机的电磁推力和法向力进行了数值分析及有限元验证；建立了系统相应的状态方程和输出方程，并对系统进行了解耦控制。仿真结果证明：采用输入变换结合状态反馈可以实现电磁推力和法向力的完全解耦，有利于提高进给平台运动的平稳性及定位精度。
针对数控机床进给平台存在的摩擦问题，提出一种基于混合励磁直线同步电机的新型磁悬浮进给平台的结构及运行原理。该磁悬浮进给平台推进系统和悬浮系统共用一个气隙磁场，电磁推力和法向力存在磁力耦合现象。对混合励磁直线同步电机的电磁推力和法向力进行了数值分析及有限元验证；建立了系统相应的状态方程和输出方程，并对系统进行了解耦控制。仿真结果证明：采用输入变换结合状态反馈可以实现电磁推力和法向力的完全解耦，有利于提高进给平台运动的平稳性及定位精度。
2015, 34(4): 582-585.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0418
摘要:
针对螺纹联接时轴线位置的不确定导致的工件互换性不佳、可靠性降低、制造成本增加等不良后果，基于螺纹综合测量，提出一种全新的螺纹作用轴线测量方法。采用灵活的切片式刚性牙型测头，让其环绕螺纹测量并与之紧密旋合。TESA电感测头用于采集测头姿态数据，该数据反映被测螺纹的作用中径的变化。经过数据处理获得被测螺纹的作用中径线，结合已有螺纹轴线理论，拟合被测螺纹的作用轴线。实验结果验证了该测量方法实现的可能性，测量精度在10 μm内。介绍的测量方法弥补了现阶段螺纹测量领域内对螺纹轴线研究的不足。
针对螺纹联接时轴线位置的不确定导致的工件互换性不佳、可靠性降低、制造成本增加等不良后果，基于螺纹综合测量，提出一种全新的螺纹作用轴线测量方法。采用灵活的切片式刚性牙型测头，让其环绕螺纹测量并与之紧密旋合。TESA电感测头用于采集测头姿态数据，该数据反映被测螺纹的作用中径的变化。经过数据处理获得被测螺纹的作用中径线，结合已有螺纹轴线理论，拟合被测螺纹的作用轴线。实验结果验证了该测量方法实现的可能性，测量精度在10 μm内。介绍的测量方法弥补了现阶段螺纹测量领域内对螺纹轴线研究的不足。
2015, 34(4): 586-589.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0419
摘要:
提出一种基于双眼模型的三维视线估计方法，以期克服二维视线跟踪方法固有的两个缺点，即对于使用者头部运动限制以及个体参数标定过程繁琐。该方法首先利用两个安装有红外灯组的摄像机组成立体视觉系统，实现人脸双眼图像的采集，之后，基于眼睛角膜球状假设，建立了一个适用于三维视线估计的三维眼模型，在此基础上，推导出人眼三维光轴的估计方法。用左右眼光轴与屏幕交点连线的中点估计方法，计算出注视点。该方法可在使用者头部运动的情况下，完成视线估计，且只需进行一次系统校准即可使用，无需其它标定过程，视线估计精度较高。
提出一种基于双眼模型的三维视线估计方法，以期克服二维视线跟踪方法固有的两个缺点，即对于使用者头部运动限制以及个体参数标定过程繁琐。该方法首先利用两个安装有红外灯组的摄像机组成立体视觉系统，实现人脸双眼图像的采集，之后，基于眼睛角膜球状假设，建立了一个适用于三维视线估计的三维眼模型，在此基础上，推导出人眼三维光轴的估计方法。用左右眼光轴与屏幕交点连线的中点估计方法，计算出注视点。该方法可在使用者头部运动的情况下，完成视线估计，且只需进行一次系统校准即可使用，无需其它标定过程，视线估计精度较高。
2015, 34(4): 590-594.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0420
摘要:
对Labview建立的挖掘机器人视觉控制系统在目标物发生旋转、比例发生缩放以及光照条件发生改变时无法始终对目标物进行识别与定位的问题，提出了SIFT图像匹配算法。将其特征描述子通过高斯核函数映射到了更高维的特征空间上去，然后在该空间上对其数据进行降维等改进处理。通过Labview中的Matlab script和Read From Spreadsheet File VI节点调用改进后的SIFT M文件，实现了Labview与Matlab的无缝联接。实验表明：Labview 与Matlab混合编程的挖掘机器人视觉控制系统解决了原先系统所存在的问题，其功能更加完善和强大。
对Labview建立的挖掘机器人视觉控制系统在目标物发生旋转、比例发生缩放以及光照条件发生改变时无法始终对目标物进行识别与定位的问题，提出了SIFT图像匹配算法。将其特征描述子通过高斯核函数映射到了更高维的特征空间上去，然后在该空间上对其数据进行降维等改进处理。通过Labview中的Matlab script和Read From Spreadsheet File VI节点调用改进后的SIFT M文件，实现了Labview与Matlab的无缝联接。实验表明：Labview 与Matlab混合编程的挖掘机器人视觉控制系统解决了原先系统所存在的问题，其功能更加完善和强大。
2015, 34(4): 595-598.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0421
摘要:
以某跑车模型为研究对象，探讨尾部小型扩散器对于车身气动性能的影响。在初始模型的基础上，进行CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟计算，并对比风洞试验数据，验证仿真的可靠性。对初始模型的扩散器进行改进设计，加大扩散器的工作区域，研究其对于气动力的影响，并将改进后的扩散器与带有仿生凹坑型非光滑扰流器结合起来，通过数值模拟方法，得出压力和速度等流场参数，比较不同形式的扩散器对于气动性能的改进效果，分析气动力改善的原因。结果表明：通过对扩散器与非光滑扰流器的优化组合，能有效地提高气动负升力，减小气动阻力，达到了调谐车辆气动升力与气动阻力之间的耦合关系的目的。
以某跑车模型为研究对象，探讨尾部小型扩散器对于车身气动性能的影响。在初始模型的基础上，进行CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟计算，并对比风洞试验数据，验证仿真的可靠性。对初始模型的扩散器进行改进设计，加大扩散器的工作区域，研究其对于气动力的影响，并将改进后的扩散器与带有仿生凹坑型非光滑扰流器结合起来，通过数值模拟方法，得出压力和速度等流场参数，比较不同形式的扩散器对于气动性能的改进效果，分析气动力改善的原因。结果表明：通过对扩散器与非光滑扰流器的优化组合，能有效地提高气动负升力，减小气动阻力，达到了调谐车辆气动升力与气动阻力之间的耦合关系的目的。
2015, 34(4): 599-602.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0422
摘要:
针对车身覆盖件抗凹性优化问题，在现有工程中使用有限元数值模拟方法及相应工程经验基础上，开发基于可变工况的车身覆盖件抗凹性全流程优化方法。以某车型翼子板为例，采用Tcl/Tk语言编制脚本，快速建立了考虑材料非线性和接触非线性的仿真模型，经Abaqus软件计算得到抗凹性结果，再利用简化了的脚本定制优化参数，对工况变动的结构进行优化。结果表明，此套全流程优化方法解决变工况抗凹性问题快速，高效，准确。
针对车身覆盖件抗凹性优化问题，在现有工程中使用有限元数值模拟方法及相应工程经验基础上，开发基于可变工况的车身覆盖件抗凹性全流程优化方法。以某车型翼子板为例，采用Tcl/Tk语言编制脚本，快速建立了考虑材料非线性和接触非线性的仿真模型，经Abaqus软件计算得到抗凹性结果，再利用简化了的脚本定制优化参数，对工况变动的结构进行优化。结果表明，此套全流程优化方法解决变工况抗凹性问题快速，高效，准确。
2015, 34(4): 603-606.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0423
摘要:
为解决传统离合器性能试验系统中机械惯性飞轮组重量大、调整困难及存在惯量级差等问题，将机械惯量电模拟技术引入离合器试验系统。通过分析汽车行驶过程中受力情况，建立了离合器动力学模型，并结合离合器试验系统特点，提出了转矩反馈转速闭环控制的机械惯量电模拟控制方法，并在离合器试验系统中实现，与传统机械惯性飞轮组模拟的不同路况条件下离合器起步对比试验。试验结果表明：该控制方法能够较为准确地模拟离合器起步过程中转速、转矩变化特点。
为解决传统离合器性能试验系统中机械惯性飞轮组重量大、调整困难及存在惯量级差等问题，将机械惯量电模拟技术引入离合器试验系统。通过分析汽车行驶过程中受力情况，建立了离合器动力学模型，并结合离合器试验系统特点，提出了转矩反馈转速闭环控制的机械惯量电模拟控制方法，并在离合器试验系统中实现，与传统机械惯性飞轮组模拟的不同路况条件下离合器起步对比试验。试验结果表明：该控制方法能够较为准确地模拟离合器起步过程中转速、转矩变化特点。
2015, 34(4): 607-612.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0424
摘要:
基于牛顿第二定律和传递矩阵法，建立装有抗侧翻液压互联悬架校车全车模型的机液耦合系统动力学方程。完成该非线性系统特征值辨识及模态分析，并对比分析校车安装液压互联悬架前后的动态特性。分析了阻尼阀参数对校车主要模态动态特性关系的影响，结合整车模态匹配策略及阻尼特性需求，提出基于搜索法的阻尼阀参数设计方法，并通过校车动态特性分析验证了该方法的有效性。分析结果表明，抗侧翻液压互联悬架可显著提高车辆的抗侧翻性能，通过合理设计阻尼阀参数可极大改善该耦合系统的阻尼特性。
基于牛顿第二定律和传递矩阵法，建立装有抗侧翻液压互联悬架校车全车模型的机液耦合系统动力学方程。完成该非线性系统特征值辨识及模态分析，并对比分析校车安装液压互联悬架前后的动态特性。分析了阻尼阀参数对校车主要模态动态特性关系的影响，结合整车模态匹配策略及阻尼特性需求，提出基于搜索法的阻尼阀参数设计方法，并通过校车动态特性分析验证了该方法的有效性。分析结果表明，抗侧翻液压互联悬架可显著提高车辆的抗侧翻性能，通过合理设计阻尼阀参数可极大改善该耦合系统的阻尼特性。
2015, 34(4): 613-617.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0425
摘要:
建立了碳纤维增强复合材料（CFRP）的单搭接螺栓连接结构三维模型，在充分考虑材料属性及接触关系的基础上，进行了干涉配合状态下孔周应力状态和夹紧力分布的数值模拟与分析。结果表明：在预紧力沿模型板厚方向的传递过程中，螺栓与孔壁接触界面的摩擦力会直接抵消部分作用力，导致自螺母端至螺栓钉头端夹紧力逐渐降低，降低的幅度与速率受到预紧力大小和孔周应力状态的影响。
建立了碳纤维增强复合材料（CFRP）的单搭接螺栓连接结构三维模型，在充分考虑材料属性及接触关系的基础上，进行了干涉配合状态下孔周应力状态和夹紧力分布的数值模拟与分析。结果表明：在预紧力沿模型板厚方向的传递过程中，螺栓与孔壁接触界面的摩擦力会直接抵消部分作用力，导致自螺母端至螺栓钉头端夹紧力逐渐降低，降低的幅度与速率受到预紧力大小和孔周应力状态的影响。
2015, 34(4): 618-622.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0426
摘要:
通过材料性能试验和复合材料波纹板准静态压溃试验，获得了T700/3234复合材料的力学性能参数及波纹板的压溃吸能结果。应用LS-DYNA进行复合材料波纹板压溃仿真分析，仿真结果与试验结果吻合较好，验证了复合材料波纹板有限元模型和材料模型的正确性。对材料模型参数进行变量分析，基于正交试验数据拟合得到了试件比吸能与其材料参数之间的非线性映射关系，构造出了相应的响应表面，对材料参数的选取方案进行了优化。结果表明，优化方法能够有效辅助有限元建模，大大减少模型试算次数。
通过材料性能试验和复合材料波纹板准静态压溃试验，获得了T700/3234复合材料的力学性能参数及波纹板的压溃吸能结果。应用LS-DYNA进行复合材料波纹板压溃仿真分析，仿真结果与试验结果吻合较好，验证了复合材料波纹板有限元模型和材料模型的正确性。对材料模型参数进行变量分析，基于正交试验数据拟合得到了试件比吸能与其材料参数之间的非线性映射关系，构造出了相应的响应表面，对材料参数的选取方案进行了优化。结果表明，优化方法能够有效辅助有限元建模，大大减少模型试算次数。
2015, 34(4): 623-628.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0427
摘要:
利用基础运动的航空发动机双转子模型实验台，分别对飞机在俯冲运动、偏航运动、横滚运动和俯冲-偏航耦合运动时双转子系统的振动进行测试，研究了机动飞行对反向旋转双转子系统动力特性的影响。实验结果表明：机动飞行在转子上产生的瞬态附加离心力和附加陀螺力矩将对转子的轴心运动轨迹和振动响应产生明显的影响。
利用基础运动的航空发动机双转子模型实验台，分别对飞机在俯冲运动、偏航运动、横滚运动和俯冲-偏航耦合运动时双转子系统的振动进行测试，研究了机动飞行对反向旋转双转子系统动力特性的影响。实验结果表明：机动飞行在转子上产生的瞬态附加离心力和附加陀螺力矩将对转子的轴心运动轨迹和振动响应产生明显的影响。
2015, 34(4): 629-635.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0428
摘要:
针对星上微振动主动隔离/抑制的要求，以VCM（voice coil motor）作动器Stewart平台为控制装置，通过对其动力学模型解耦将控制转化为SISO（single input single output）问题；分析了Skyhook控制方法的隔振效果及其对抑振的局限性，在控制系统中加入了PFF（positive force feedback）控制回路，并引入加速度反馈环节以提高系统的鲁棒稳定性，形成一种振动主动隔离/抑制控制方法；利用Stewart平台的单杆开展了基础扫频激励和负载单频直接干扰共同作用下的S-DOF（single degree of freedom）微振动主动隔离/抑振控制实验，建立了Stewart平台刚/柔混合动力学模型并通过仿真研究了6-DOF振动主动隔离/抑振控制效果。实验和仿真结果表明：该方法可实现良好的振动主动隔离/抑制效果且性能稳定。
针对星上微振动主动隔离/抑制的要求，以VCM（voice coil motor）作动器Stewart平台为控制装置，通过对其动力学模型解耦将控制转化为SISO（single input single output）问题；分析了Skyhook控制方法的隔振效果及其对抑振的局限性，在控制系统中加入了PFF（positive force feedback）控制回路，并引入加速度反馈环节以提高系统的鲁棒稳定性，形成一种振动主动隔离/抑制控制方法；利用Stewart平台的单杆开展了基础扫频激励和负载单频直接干扰共同作用下的S-DOF（single degree of freedom）微振动主动隔离/抑振控制实验，建立了Stewart平台刚/柔混合动力学模型并通过仿真研究了6-DOF振动主动隔离/抑振控制效果。实验和仿真结果表明：该方法可实现良好的振动主动隔离/抑制效果且性能稳定。
2015, 34(4): 636-640.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0429
摘要:
基于哈密顿原理推导建立大展弦比带外挂机翼的动力学方程。为了分析大展弦比机翼特性，考虑了大展弦比机翼的平面内弯曲效应，将传统机翼的弯扭动力学方程扩展到大展弦比机翼的弯弯扭方程；利用Dirac函数考虑外挂位置的影响；采用拉格朗日乘子的方法考虑梁模型轴向不可伸缩约束。引入无量纲化参数对动力学方程进行无量纲化处理。基于梁模型的边界条件，利用伽辽金方法及主振型的正交性将偏微分方程离散为常微分方程，并改写成矩阵和状态方程的形式。利用K方法进行颤振计算，分析外挂参数如外挂质量、位置和转动惯量对机翼外挂系统颤振速度的影响，并分析了各种速度条件下的响应历程。
基于哈密顿原理推导建立大展弦比带外挂机翼的动力学方程。为了分析大展弦比机翼特性，考虑了大展弦比机翼的平面内弯曲效应，将传统机翼的弯扭动力学方程扩展到大展弦比机翼的弯弯扭方程；利用Dirac函数考虑外挂位置的影响；采用拉格朗日乘子的方法考虑梁模型轴向不可伸缩约束。引入无量纲化参数对动力学方程进行无量纲化处理。基于梁模型的边界条件，利用伽辽金方法及主振型的正交性将偏微分方程离散为常微分方程，并改写成矩阵和状态方程的形式。利用K方法进行颤振计算，分析外挂参数如外挂质量、位置和转动惯量对机翼外挂系统颤振速度的影响，并分析了各种速度条件下的响应历程。
2015, 34(4): 641-646.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0430
摘要:
采用流线曲率法求解S2流面反问题，为了考虑由于流体粘性损失造成的熵增，将Galvas的一维管流损失模型修改后应用于二维通流计算中并与主方程耦合求解，并编制了一套离心叶轮“可控涡”通流设计程序。为了探讨加入同等的欧拉功条件下不同环量分布方式对叶轮流场及性能的影响，以某给定设计目标的离心叶轮为研究对象，在满足后加载的前提下针对叶片尾缘附近环量的导数采取两种不同的分布方式进行通流设计，并进行了全三维粘性流动分析比较。结果表明：气流环量及环量沿流向的导数分别对叶片通道内的速度分布和叶片表面的载荷分布有着显著地影响。
采用流线曲率法求解S2流面反问题，为了考虑由于流体粘性损失造成的熵增，将Galvas的一维管流损失模型修改后应用于二维通流计算中并与主方程耦合求解，并编制了一套离心叶轮“可控涡”通流设计程序。为了探讨加入同等的欧拉功条件下不同环量分布方式对叶轮流场及性能的影响，以某给定设计目标的离心叶轮为研究对象，在满足后加载的前提下针对叶片尾缘附近环量的导数采取两种不同的分布方式进行通流设计，并进行了全三维粘性流动分析比较。结果表明：气流环量及环量沿流向的导数分别对叶片通道内的速度分布和叶片表面的载荷分布有着显著地影响。
2015, 34(4): 647-652.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0431
摘要:
为提高飞机驾驶舱人机工效水平，缩短设计过程，以舒适性设计为例，采用遗传算法进行飞行员人体姿势预测。将关节空间坐标作为变量，并以确定性约束减少变量的数量，提高算法求解速度与精度；运用Jack软件对姿势预测结果进行检测，证明了算法的有效性。通过快速上肢评估算法对所得姿势进行评估，获得舒适性参数，最后以不同等级RGB值对舒适性参数进行可视化表示。
为提高飞机驾驶舱人机工效水平，缩短设计过程，以舒适性设计为例，采用遗传算法进行飞行员人体姿势预测。将关节空间坐标作为变量，并以确定性约束减少变量的数量，提高算法求解速度与精度；运用Jack软件对姿势预测结果进行检测，证明了算法的有效性。通过快速上肢评估算法对所得姿势进行评估，获得舒适性参数，最后以不同等级RGB值对舒适性参数进行可视化表示。
2015, 34(4): 653-656.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0432
摘要:
围绕广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究了广布疲劳损伤裂纹萌生寿命与广布疲劳损伤出现时间的关系，以及MSD对裂纹萌生寿命的影响。给出了根据疲劳开裂情况确定的裂纹萌生寿命和损伤累积的修正计算方法，解决了MSD结构中细节疲劳裂纹萌生寿命计算问题同时计及了MSD对裂纹萌生的促进加速效果。
围绕广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究了广布疲劳损伤裂纹萌生寿命与广布疲劳损伤出现时间的关系，以及MSD对裂纹萌生寿命的影响。给出了根据疲劳开裂情况确定的裂纹萌生寿命和损伤累积的修正计算方法，解决了MSD结构中细节疲劳裂纹萌生寿命计算问题同时计及了MSD对裂纹萌生的促进加速效果。
