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2017年 36卷 第6期
2017, 36(6): 821-826.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0601
摘要
PDF 994KB
摘要:
针对目前缺乏有效的数学模型来表述由于多边形效应对链传动的实时影响，建立了从动链轮实时运动状态数学模型。通过4阶R-K法求解方程，得出从动链轮的实时运动状态。根据求解结果可知，链传动过程中除了链轮链节接触产生碰撞载荷外，还存在固有的动载荷冲击。通过分析链条的姿态，链传动实际上是"蠕动向前"的过程。分析了传动比、初始相位角对于传动过程平稳性的影响。最后，通过分析理论计算值与Adams仿真值之间的差距，发现理论值与仿真值之间的平均差值为0.34%，证明所建方程能够比较好地反应传动过程。
针对目前缺乏有效的数学模型来表述由于多边形效应对链传动的实时影响，建立了从动链轮实时运动状态数学模型。通过4阶R-K法求解方程，得出从动链轮的实时运动状态。根据求解结果可知，链传动过程中除了链轮链节接触产生碰撞载荷外，还存在固有的动载荷冲击。通过分析链条的姿态，链传动实际上是"蠕动向前"的过程。分析了传动比、初始相位角对于传动过程平稳性的影响。最后，通过分析理论计算值与Adams仿真值之间的差距，发现理论值与仿真值之间的平均差值为0.34%，证明所建方程能够比较好地反应传动过程。
2017, 36(6): 827-833.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0602
摘要:
为了从包含多种未知属性值的不完备故障诊断信息中获取决策规则，提出一种量化特征关系用于不完备故障诊断的知识获取方法。首先，结合不完备故障诊断信息产生的原因，确定未知属性值的类型；然后，利用量化特征关系对不完备故障诊断信息进行分析；最后，利用量化特征关系下属性约简算法获取故障诊断决策规则。结合故障齿轮箱的诊断实例验证了该方法的有效性，结果表明此方法可以从包含三种未知属性值的不完备故障诊断决策表中直接获取准确的故障诊断决策规则。
为了从包含多种未知属性值的不完备故障诊断信息中获取决策规则，提出一种量化特征关系用于不完备故障诊断的知识获取方法。首先，结合不完备故障诊断信息产生的原因，确定未知属性值的类型；然后，利用量化特征关系对不完备故障诊断信息进行分析；最后，利用量化特征关系下属性约简算法获取故障诊断决策规则。结合故障齿轮箱的诊断实例验证了该方法的有效性，结果表明此方法可以从包含三种未知属性值的不完备故障诊断决策表中直接获取准确的故障诊断决策规则。
2017, 36(6): 834-840.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0603
摘要:
考虑间隙的影响建立了变排量叶片式机油泵的内流场模型，基于RNG k-ε湍流模型，应用流体动力学软件模拟变排量叶片式机油泵稳定工况下的湍流流动，得到了流量和压力随时间变化的规律，并进行了空化现象预测。将仿真分析得到的流量特性曲线与性能试验结果进行对比，验证了模型的准确性。考虑卸荷槽的影响，对内流场监测点的压力脉动进行了时域和频域分析，发现容腔逐渐减小的困油区压力脉动最大，且泵的压力脉动主要影响频率为基频。对机油泵进行了噪声试验分析，得到噪声与压力脉动的主频相同。研究结果表明，变排量叶片式机油泵的噪声主要是由压力脉动引起的，通过开卸荷槽可以有效降低困油区的压力脉动。
考虑间隙的影响建立了变排量叶片式机油泵的内流场模型，基于RNG k-ε湍流模型，应用流体动力学软件模拟变排量叶片式机油泵稳定工况下的湍流流动，得到了流量和压力随时间变化的规律，并进行了空化现象预测。将仿真分析得到的流量特性曲线与性能试验结果进行对比，验证了模型的准确性。考虑卸荷槽的影响，对内流场监测点的压力脉动进行了时域和频域分析，发现容腔逐渐减小的困油区压力脉动最大，且泵的压力脉动主要影响频率为基频。对机油泵进行了噪声试验分析，得到噪声与压力脉动的主频相同。研究结果表明，变排量叶片式机油泵的噪声主要是由压力脉动引起的，通过开卸荷槽可以有效降低困油区的压力脉动。
2017, 36(6): 841-847.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0604
摘要:
配气机构的冲击作用会对柴油机气缸盖的应力场分布产生较大的影响。首先建立了某柴油机配气机构的多体动力学仿真模型，获得气门底座对于气缸盖的气门座圈的循环冲击载荷。在此基础上，综合考虑热应力及循环机械应力和冲击压力作用，对含气缸盖、机体、冷却水套等的组合结构模型进行瞬态动力学响应分析，对比分析了配气机构循环冲击对气缸盖的结构强度的影响大小。结果表明：相比于恒定等效的配气底座冲击作用力的加载，采用瞬态动力学并考虑变化配气机构底座冲击作用影响下得到的气缸盖应力场分布，气缸盖进排气门座圈处的应力值明显增加，应力值增幅可达到10%左右；火力面处的应力值也会增加，局部应力增幅可以达到30 MPa；同时，气缸盖的整体应力场也出现了不同程度的增加。
配气机构的冲击作用会对柴油机气缸盖的应力场分布产生较大的影响。首先建立了某柴油机配气机构的多体动力学仿真模型，获得气门底座对于气缸盖的气门座圈的循环冲击载荷。在此基础上，综合考虑热应力及循环机械应力和冲击压力作用，对含气缸盖、机体、冷却水套等的组合结构模型进行瞬态动力学响应分析，对比分析了配气机构循环冲击对气缸盖的结构强度的影响大小。结果表明：相比于恒定等效的配气底座冲击作用力的加载，采用瞬态动力学并考虑变化配气机构底座冲击作用影响下得到的气缸盖应力场分布，气缸盖进排气门座圈处的应力值明显增加，应力值增幅可达到10%左右；火力面处的应力值也会增加，局部应力增幅可以达到30 MPa；同时，气缸盖的整体应力场也出现了不同程度的增加。
2017, 36(6): 848-854.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0605
摘要:
针对已有电动助力转向（EPS）系统高速回正超调，低速回正不足的问题，提出了基于控制方向盘转速的回正控制策略。建立了齿条式电动助力转向系统动力学模型；阐述了回正特性曲线的获取方法；通过Adams/Simulink对控制策略进行了仿真试验。在控制策略方面跳出了以往的基于方向盘转角的模糊PID控制的局限，仿真分析表明基于方向盘转速控制的回正控制策略实现了理想的回正效果，较已有的回正控制不存在回正不足或超调现象，且回正过程无方向盘震荡现象，达到了迅速、准确的回正效果。
针对已有电动助力转向（EPS）系统高速回正超调，低速回正不足的问题，提出了基于控制方向盘转速的回正控制策略。建立了齿条式电动助力转向系统动力学模型；阐述了回正特性曲线的获取方法；通过Adams/Simulink对控制策略进行了仿真试验。在控制策略方面跳出了以往的基于方向盘转角的模糊PID控制的局限，仿真分析表明基于方向盘转速控制的回正控制策略实现了理想的回正效果，较已有的回正控制不存在回正不足或超调现象，且回正过程无方向盘震荡现象，达到了迅速、准确的回正效果。
2017, 36(6): 855-862.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0606
摘要:
在随机不确定性和认知不确定性信息混合并存的产品稳健设计中，现有的基于概率理论、模糊集理论、区间理论等建立的质量稳健性度量指标适用性受到限制。针对此问题，将各类不确定性在证据理论的统一框架下表征和处理，构建了产品质量指标的证据理论模型和不确定性量化传递方法，从随机不确定性和认知不确定性两个维度提出了产品质量稳健性的评价指标和评价方法。实例仿真表明，该方法可克服现有方法的不足，对产品质量稳健性的评价更加全面、合理。
在随机不确定性和认知不确定性信息混合并存的产品稳健设计中，现有的基于概率理论、模糊集理论、区间理论等建立的质量稳健性度量指标适用性受到限制。针对此问题，将各类不确定性在证据理论的统一框架下表征和处理，构建了产品质量指标的证据理论模型和不确定性量化传递方法，从随机不确定性和认知不确定性两个维度提出了产品质量稳健性的评价指标和评价方法。实例仿真表明，该方法可克服现有方法的不足，对产品质量稳健性的评价更加全面、合理。
2017, 36(6): 863-868.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0607
摘要:
针对平面轨迹机构，提出一种同时考虑尺寸公差和运动副间隙的机构可靠性设计方法。首先应用截尾降维方法处理机构运动误差函数中的运动副间隙变量，以此建立机构各输出分量的误差概率模型，并以各运动分量误差的联合概率密度函数求解机构运动的综合可靠度。在此基础上，建立以机构结构误差最小为目标和机构运动的综合可靠度为约束的机构可靠性设计模型。最后给出数值实例对所提方法的有效性进行验证。
针对平面轨迹机构，提出一种同时考虑尺寸公差和运动副间隙的机构可靠性设计方法。首先应用截尾降维方法处理机构运动误差函数中的运动副间隙变量，以此建立机构各输出分量的误差概率模型，并以各运动分量误差的联合概率密度函数求解机构运动的综合可靠度。在此基础上，建立以机构结构误差最小为目标和机构运动的综合可靠度为约束的机构可靠性设计模型。最后给出数值实例对所提方法的有效性进行验证。
2017, 36(6): 869-876.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0608
摘要:
针对某大型断路器机构系统磨损试验成本高的特点，通过建立磨损预测模型，对其传动机构危险关节的磨损量进行了预测分析。基于2种典型的预测模型建立方法，采用销盘磨损实验数据，分别建立磨损预测模型。对比分析表明Elman网络模型的预测精度较高，可准确的反映磨损率与接触压力、相对滑动速度和材料硬度之间的规律。考虑运动副间隙的存在，基于非线性弹簧阻尼模型，利用ADAMS软件仿真获得传动机构危险关节的动力学参数。基于Hertz接触理论对动力学参数进行变换，并将其作为预测模型的输入信息，对关节的磨损进行预测计算。通过迭代分析，发现随着断路器开断次数的增加，轴套表面一些特定位置的磨损越来越严重。对比采用固定系数下的Archard模型，表明预测模型计算的结果对磨损失效判定更具参考价值。
针对某大型断路器机构系统磨损试验成本高的特点，通过建立磨损预测模型，对其传动机构危险关节的磨损量进行了预测分析。基于2种典型的预测模型建立方法，采用销盘磨损实验数据，分别建立磨损预测模型。对比分析表明Elman网络模型的预测精度较高，可准确的反映磨损率与接触压力、相对滑动速度和材料硬度之间的规律。考虑运动副间隙的存在，基于非线性弹簧阻尼模型，利用ADAMS软件仿真获得传动机构危险关节的动力学参数。基于Hertz接触理论对动力学参数进行变换，并将其作为预测模型的输入信息，对关节的磨损进行预测计算。通过迭代分析，发现随着断路器开断次数的增加，轴套表面一些特定位置的磨损越来越严重。对比采用固定系数下的Archard模型，表明预测模型计算的结果对磨损失效判定更具参考价值。
2017, 36(6): 877-882.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0609
摘要:
基于2K-H直齿行星齿轮传动的平移-扭转耦合模型，建立了行星齿轮传动系统的振动能量公式，分析得出了行星轮系参数灵敏度与振动能量的关系；以包含4个行星轮的行星轮系为例，在内齿圈固定的工作情况下，对行星齿轮传动的振动动能与振动势能进行了计算。经分析得知，行星齿轮传动的振动能量主要以振动势能为主，从各构件振动能量随振动阶次的变化情况可得出行星齿轮传动参数对特征值的影响规律。
基于2K-H直齿行星齿轮传动的平移-扭转耦合模型，建立了行星齿轮传动系统的振动能量公式，分析得出了行星轮系参数灵敏度与振动能量的关系；以包含4个行星轮的行星轮系为例，在内齿圈固定的工作情况下，对行星齿轮传动的振动动能与振动势能进行了计算。经分析得知，行星齿轮传动的振动能量主要以振动势能为主，从各构件振动能量随振动阶次的变化情况可得出行星齿轮传动参数对特征值的影响规律。
2017, 36(6): 883-889.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0610
摘要:
在分析Mecanum轮结构及其工作原理的基础上，基于矢量分析法建立了四轮全向移动平台一般形式的运动学模型；针对常规PID控制无法在线自整定及其响应实时性有待提高等问题，采用CMAC（Cerebellar model articulation controller）+PID联合控制策略，设计了全向移动平台嵌入式自适应控制器；进行了直流电机调速MATLAB仿真及实验对比分析，并通过多组典型实验对样机运动性能进行了测试。结果表明，该Mecanum轮全向移动平台运动学模型是合理的，CMAC+PID自适应控制器动态响应速度快、控制精度高、鲁棒性好，样机能在平面内较好地实现横/纵向平移、原地旋转及全方位运动，总体性能可满足工程应用要求。
在分析Mecanum轮结构及其工作原理的基础上，基于矢量分析法建立了四轮全向移动平台一般形式的运动学模型；针对常规PID控制无法在线自整定及其响应实时性有待提高等问题，采用CMAC（Cerebellar model articulation controller）+PID联合控制策略，设计了全向移动平台嵌入式自适应控制器；进行了直流电机调速MATLAB仿真及实验对比分析，并通过多组典型实验对样机运动性能进行了测试。结果表明，该Mecanum轮全向移动平台运动学模型是合理的，CMAC+PID自适应控制器动态响应速度快、控制精度高、鲁棒性好，样机能在平面内较好地实现横/纵向平移、原地旋转及全方位运动，总体性能可满足工程应用要求。
2017, 36(6): 890-894.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0611
摘要:
对处于闭合状态的簧片式触点开关进行了接触模态分析，确定固有频率和振型；保证最大加速度响应、伪速度响应、最大位移响应中两者不变，设计不同正负双波时域冲击载荷，对簧片式触点开关进行有限元冲击模拟。动、静触头之间的接触力以及簧片根部应力在自由振动时呈现出周期性，接近一阶固有频率；最大加速度响应只影响触头间的接触压力，对于簧片的根部应力不能产生影响；伪速度响应只影响簧片根部的应力，而不能影响触头间的接触压力；最大位移响应的改变不能影响簧片的抗冲击性能。
对处于闭合状态的簧片式触点开关进行了接触模态分析，确定固有频率和振型；保证最大加速度响应、伪速度响应、最大位移响应中两者不变，设计不同正负双波时域冲击载荷，对簧片式触点开关进行有限元冲击模拟。动、静触头之间的接触力以及簧片根部应力在自由振动时呈现出周期性，接近一阶固有频率；最大加速度响应只影响触头间的接触压力，对于簧片的根部应力不能产生影响；伪速度响应只影响簧片根部的应力，而不能影响触头间的接触压力；最大位移响应的改变不能影响簧片的抗冲击性能。
2017, 36(6): 895-902.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0612
摘要:
提出一种基于数字化设计方法，应用二次开发语言C#.NET、APDL及编程建立了系统参数化设计方法，包含三维模型设计及其非几何信息参数化方法，基于表视图的APDL参数化分析方法及基于有限元方法参数化模型基础上的结构优化设计方法。并将此方法应用于某型斗轮堆取料机固定式单尾车参数化设计与分析中。算例表明，此先进的数字化设计方法大大提高了非标产品设计效率，增加了模型的重用性并减少了设计差错，解决了数字化开发中的关键问题。
提出一种基于数字化设计方法，应用二次开发语言C#.NET、APDL及编程建立了系统参数化设计方法，包含三维模型设计及其非几何信息参数化方法，基于表视图的APDL参数化分析方法及基于有限元方法参数化模型基础上的结构优化设计方法。并将此方法应用于某型斗轮堆取料机固定式单尾车参数化设计与分析中。算例表明，此先进的数字化设计方法大大提高了非标产品设计效率，增加了模型的重用性并减少了设计差错，解决了数字化开发中的关键问题。
2017, 36(6): 903-908.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0613
摘要:
针对多元稳健设计中如何确定权重和建立优化模型的问题，提出了考虑主客观权重和质量损失函数的多元稳健设计模型。在利用质量损失度量多质量特性稳健性的基础上，利用Kendall协同系数检验的方法对专家打分的分数进行一致性检验，其次根据通过检验的分数计算各质量特性的主观权重；同时，利用熵权理论确定不同质量特性的客观权重；然后将主观权重与客观权重线性加权得到综合权重。另外，在拟合回归模型时充分考虑了拟合模型的有效性及回归系数的显著程度。通过实例说明该方法可以突破试验范围的限制，寻找全局最优解。
针对多元稳健设计中如何确定权重和建立优化模型的问题，提出了考虑主客观权重和质量损失函数的多元稳健设计模型。在利用质量损失度量多质量特性稳健性的基础上，利用Kendall协同系数检验的方法对专家打分的分数进行一致性检验，其次根据通过检验的分数计算各质量特性的主观权重；同时，利用熵权理论确定不同质量特性的客观权重；然后将主观权重与客观权重线性加权得到综合权重。另外，在拟合回归模型时充分考虑了拟合模型的有效性及回归系数的显著程度。通过实例说明该方法可以突破试验范围的限制，寻找全局最优解。
2017, 36(6): 909-914.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0614
摘要:
非接触电磁加载实现了高速电主轴的动态加载。在动态加载过程中，由于实心加载盘的高速旋转，其内部产生的涡流以及集肤效应会对电磁铁产生的磁场造成影响，而且随着转速的提高，影响更加明显，会导致径向力逐渐减小，并且产生切向力。本文旨在研究电主轴在动态加载时切向力在不同条件下的变化关系，主要利用解析法与有限元法分析计算加载过程中的切向力，其计算结果较吻合。通过分析不同条件下的动态加载过程，发现切向力的变化具有一定规律，切向力会随着转速、电流以及气隙的变化而产生增加或减小的趋势，最终得出了切向力的加载特性规律。
非接触电磁加载实现了高速电主轴的动态加载。在动态加载过程中，由于实心加载盘的高速旋转，其内部产生的涡流以及集肤效应会对电磁铁产生的磁场造成影响，而且随着转速的提高，影响更加明显，会导致径向力逐渐减小，并且产生切向力。本文旨在研究电主轴在动态加载时切向力在不同条件下的变化关系，主要利用解析法与有限元法分析计算加载过程中的切向力，其计算结果较吻合。通过分析不同条件下的动态加载过程，发现切向力的变化具有一定规律，切向力会随着转速、电流以及气隙的变化而产生增加或减小的趋势，最终得出了切向力的加载特性规律。
2017, 36(6): 915-918.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0615
摘要:
为实现小样本情况下对滚动轴承进行故障检测和分析，提出了基于局部均值分解（LMD）的能量熵和支持向量机（SVM）相结合的滚动轴承故障诊断方法。利用LMD信号处理方法将滚动轴承振动信号分解成有限个乘积函数（PF）分量，通过计算PF分量的能量熵进行故障特征提取，然后将提取的特征输入到SVM分类器中进行训练及测试，最终实现对滚动轴承的故障诊断。实验数据显示，在仅有少量样本条件下，LMD能量熵和SVM相结合的方法能够精确地对滚动轴承的故障类型进行识别和分类，这表明该方法对滚动轴承故障诊断的有效性。
为实现小样本情况下对滚动轴承进行故障检测和分析，提出了基于局部均值分解（LMD）的能量熵和支持向量机（SVM）相结合的滚动轴承故障诊断方法。利用LMD信号处理方法将滚动轴承振动信号分解成有限个乘积函数（PF）分量，通过计算PF分量的能量熵进行故障特征提取，然后将提取的特征输入到SVM分类器中进行训练及测试，最终实现对滚动轴承的故障诊断。实验数据显示，在仅有少量样本条件下，LMD能量熵和SVM相结合的方法能够精确地对滚动轴承的故障类型进行识别和分类，这表明该方法对滚动轴承故障诊断的有效性。
2017, 36(6): 919-924.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0616
摘要:
要实现下肢助力外骨骼机械腿对穿戴者的运动跟随及有效助力，通过检测穿戴者脚底力变化信息进行运动意图识别是非常关键的环节。针对下肢助力外骨骼机器人的控制需求，提出了一种鞋垫式脚底测力系统。进行了脚底测力系统本体设计及传感器信号调理电路的设计，并进行了脚底测力系统的实验研究。设计出的脚底测力系统应用于下肢助力外骨骼机械腿控制中，实验结果表明，脚底测力系统检测出的足底压力变化信息能很好的实现外骨骼机械腿的控制。
要实现下肢助力外骨骼机械腿对穿戴者的运动跟随及有效助力，通过检测穿戴者脚底力变化信息进行运动意图识别是非常关键的环节。针对下肢助力外骨骼机器人的控制需求，提出了一种鞋垫式脚底测力系统。进行了脚底测力系统本体设计及传感器信号调理电路的设计，并进行了脚底测力系统的实验研究。设计出的脚底测力系统应用于下肢助力外骨骼机械腿控制中，实验结果表明，脚底测力系统检测出的足底压力变化信息能很好的实现外骨骼机械腿的控制。
2017, 36(6): 925-932.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0617
摘要:
为了找到针对齿轮传动系统多类故障分类的有效方法，对行星齿轮传动系统进行故障实验，获取振动信号。采用EMD方法对该振动信号进行预处理，得到若干个IMF分量之和，对前4个有效的IMF分量分别建立AR模型，得到对应的自回归参数序列φ，进而对其分别计算关联维数、最大Lyapunov指数、样本熵这3个混沌特征参数，并将其作为辨识特征量。将不同测点对应的φ的不同混沌特征参数信息融合作为支持向量机的输入向量，建立6种不同故障状态的训练集，实现对故障类型进行分类。结果表明：对实验获取的振动信号进行EMD和AR模型处理后，能在很大程度上提高故障分类准确率。
为了找到针对齿轮传动系统多类故障分类的有效方法，对行星齿轮传动系统进行故障实验，获取振动信号。采用EMD方法对该振动信号进行预处理，得到若干个IMF分量之和，对前4个有效的IMF分量分别建立AR模型，得到对应的自回归参数序列φ，进而对其分别计算关联维数、最大Lyapunov指数、样本熵这3个混沌特征参数，并将其作为辨识特征量。将不同测点对应的φ的不同混沌特征参数信息融合作为支持向量机的输入向量，建立6种不同故障状态的训练集，实现对故障类型进行分类。结果表明：对实验获取的振动信号进行EMD和AR模型处理后，能在很大程度上提高故障分类准确率。
2017, 36(6): 933-937.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0618
摘要:
为控制发动机噪声，在发动机开发设计阶段对燃烧噪声进行预测，提出通过计算某发动机燃烧噪声传递函数，并将该传递函数用于发动机设计阶段燃烧噪声预测的方法。利用声级的叠加原理及发动机气缸压力分离方法，提取发动机的燃烧噪声以及引起燃烧噪声的燃烧压力，建立燃烧噪声传递函数求解模型，计算得到了该发动机的燃烧噪声传递函数。结合传递函数与同平台新机型的模拟缸压信号，获得新机型的燃烧噪声，并通过实验进行验证。实验证明本文提出的方法可以用于同平台新机型开发过程中燃烧噪声的预测与评估，对汽油机燃烧噪声控制及提高声品质具有非常重要的意义。
为控制发动机噪声，在发动机开发设计阶段对燃烧噪声进行预测，提出通过计算某发动机燃烧噪声传递函数，并将该传递函数用于发动机设计阶段燃烧噪声预测的方法。利用声级的叠加原理及发动机气缸压力分离方法，提取发动机的燃烧噪声以及引起燃烧噪声的燃烧压力，建立燃烧噪声传递函数求解模型，计算得到了该发动机的燃烧噪声传递函数。结合传递函数与同平台新机型的模拟缸压信号，获得新机型的燃烧噪声，并通过实验进行验证。实验证明本文提出的方法可以用于同平台新机型开发过程中燃烧噪声的预测与评估，对汽油机燃烧噪声控制及提高声品质具有非常重要的意义。
2017, 36(6): 938-942.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0619
摘要:
分析了车用电池包（Pack）在多次冲击载荷作用下的累积损伤。应用Hypermesh建立了Pack的有限元模型，使用LS_DYNA显式求解器求解了冲击载荷作用下Pack结构的动态响应，得到冲击载荷作用下Pack结构的von Mises应力和塑性应变分布情况及最大值，然后采用LS_DYNA重起动技术实现损伤状态参量传递，进而实现考虑初始损伤结构在多次冲击载荷作用下的应力状态及塑性应变累积分析，最后采用Johnson-Cook失效模型评估了结构损伤，得到Pack结构损伤的分布。
分析了车用电池包（Pack）在多次冲击载荷作用下的累积损伤。应用Hypermesh建立了Pack的有限元模型，使用LS_DYNA显式求解器求解了冲击载荷作用下Pack结构的动态响应，得到冲击载荷作用下Pack结构的von Mises应力和塑性应变分布情况及最大值，然后采用LS_DYNA重起动技术实现损伤状态参量传递，进而实现考虑初始损伤结构在多次冲击载荷作用下的应力状态及塑性应变累积分析，最后采用Johnson-Cook失效模型评估了结构损伤，得到Pack结构损伤的分布。
2017, 36(6): 943-949.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0620
摘要:
在汽车保险杠碰撞问题研究中，完全压溃可以反映出保险杠碰撞中吸收的最大能量。本文建立了碰撞过程中保险杠吸收能量最大化、质量比吸能最大化、X方向最大形变量最小化以及初速度衰减时间最小化的多目标优化问题。以保险杆横梁厚度，左右加强板厚度，吸能块内外壁厚为设计变量，利用有限元软件LS-DYNA软件得到不同设计变量的压溃信息，通过响应面法构造近似目标函数，在各自响应面上寻找最优值，并利用理想点法求解多目标优化问题的有效解，最终完成了轿车前保险杠的碰撞多目标优化设计。
在汽车保险杠碰撞问题研究中，完全压溃可以反映出保险杠碰撞中吸收的最大能量。本文建立了碰撞过程中保险杠吸收能量最大化、质量比吸能最大化、X方向最大形变量最小化以及初速度衰减时间最小化的多目标优化问题。以保险杆横梁厚度，左右加强板厚度，吸能块内外壁厚为设计变量，利用有限元软件LS-DYNA软件得到不同设计变量的压溃信息，通过响应面法构造近似目标函数，在各自响应面上寻找最优值，并利用理想点法求解多目标优化问题的有效解，最终完成了轿车前保险杠的碰撞多目标优化设计。
2017, 36(6): 950-954.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0621
摘要:
为提高大功率柴油发动机动力输出，改善现有废气涡轮增压器存在的增压迟滞现象，在不改变原有增压器机构的前提下开发了一种新型补偿装置，该装置只需在原增压器进气管增加一高速电磁阀、一独立高压储气罐和控制系统。将该装置安装到车辆上进行了实车验证，动力性试验结果表明，该补偿器可以将发动机达到最大转矩点的时间由原来的8 s缩短到3 s，可以明显提升车辆起步时的动力性能；燃油经济性试验表明，在某企业油耗测试工况条件下，使用增压补偿器时百公里油耗可降低3.4%，明显改善车辆的燃油经济性。
为提高大功率柴油发动机动力输出，改善现有废气涡轮增压器存在的增压迟滞现象，在不改变原有增压器机构的前提下开发了一种新型补偿装置，该装置只需在原增压器进气管增加一高速电磁阀、一独立高压储气罐和控制系统。将该装置安装到车辆上进行了实车验证，动力性试验结果表明，该补偿器可以将发动机达到最大转矩点的时间由原来的8 s缩短到3 s，可以明显提升车辆起步时的动力性能；燃油经济性试验表明，在某企业油耗测试工况条件下，使用增压补偿器时百公里油耗可降低3.4%，明显改善车辆的燃油经济性。
2017, 36(6): 955-959.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0622
摘要:
先进高强度钢在冲压成形过程中由于剪切和颈缩竞争导致出现独有的断裂现象，困扰着车身板的成形工艺设计，阻碍着双相钢零件的尺寸精度与成形质量的进一步提高。修正的摩尔库伦准则可以预测双相钢的韧性断裂，但其参数的确定需要较多的试验，本文中采用一个既方便工程应用又统一拉伸和剪切这两种现象的韧性断裂准则，并编写基于Hill'48各向异性屈服准则的Abaqus Vumat子程序，模拟DP780拉弯成形实验，通过比较这两种韧性断裂准则，发现该韧性断裂准则可以用于双相钢的冲压成形的断裂预测，误差满足工程要求。
先进高强度钢在冲压成形过程中由于剪切和颈缩竞争导致出现独有的断裂现象，困扰着车身板的成形工艺设计，阻碍着双相钢零件的尺寸精度与成形质量的进一步提高。修正的摩尔库伦准则可以预测双相钢的韧性断裂，但其参数的确定需要较多的试验，本文中采用一个既方便工程应用又统一拉伸和剪切这两种现象的韧性断裂准则，并编写基于Hill'48各向异性屈服准则的Abaqus Vumat子程序，模拟DP780拉弯成形实验，通过比较这两种韧性断裂准则，发现该韧性断裂准则可以用于双相钢的冲压成形的断裂预测，误差满足工程要求。
2017, 36(6): 960-964.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0623
摘要:
针对熔融沉积成形（Fused deposition modeling，FDM）最常用的成形材料聚乳酸（Polylactic acid，PLA），选用氯仿溶液进行表面雾化抛光，以提高FDM成形件的表面质量。研究抛光温度、抛光时间和抛光液浓度对FDM成形件表面抛光效果的影响。实验结果表明抛光表面的粗糙度随着抛光温度升高和抛光时间增加而减小，但当抛光温度和抛光时间达到一定程度后，抛光表面粗糙度并没有明显的减小。随着抛光液浓度的增大，抛光表面的粗糙度减小。采用抛光温度为60℃、抛光时间为7 min和抛光液浓度为100%时的抛光效果较好，抛光后成形件的表面粗糙度大幅减小，表面形貌得到显著改善，且对成形件的尺寸和质量影响很小。
针对熔融沉积成形（Fused deposition modeling，FDM）最常用的成形材料聚乳酸（Polylactic acid，PLA），选用氯仿溶液进行表面雾化抛光，以提高FDM成形件的表面质量。研究抛光温度、抛光时间和抛光液浓度对FDM成形件表面抛光效果的影响。实验结果表明抛光表面的粗糙度随着抛光温度升高和抛光时间增加而减小，但当抛光温度和抛光时间达到一定程度后，抛光表面粗糙度并没有明显的减小。随着抛光液浓度的增大，抛光表面的粗糙度减小。采用抛光温度为60℃、抛光时间为7 min和抛光液浓度为100%时的抛光效果较好，抛光后成形件的表面粗糙度大幅减小，表面形貌得到显著改善，且对成形件的尺寸和质量影响很小。
2017, 36(6): 965-970.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0624
摘要:
三维打印过程中，粘结剂的性能及动态行为对打印过程的质量有重要影响。本文中分析了单液滴对多孔介质的冲击、扩展、渗透动态过程，建立了液滴动态变化的数学模型。为了准确描述液滴流动的动态效果，采用VOF（Volume of fluid）模型来跟踪液滴形状，采用PISO（Pressure implicit split operator）算法计算压力速度耦合。分析了液滴特性、冲击速度和多孔介质孔隙率对液滴扩展特性的影响。试验结果表明，提出的模型可以进行良好的预测，同时发现液滴最大扩展半径随液滴初始速度的增加而增加，随粘度的增加而减小；孔隙率越小，液滴在多孔介质外部的扩展明显，扩展半径变大，渗透厚度变小。
三维打印过程中，粘结剂的性能及动态行为对打印过程的质量有重要影响。本文中分析了单液滴对多孔介质的冲击、扩展、渗透动态过程，建立了液滴动态变化的数学模型。为了准确描述液滴流动的动态效果，采用VOF（Volume of fluid）模型来跟踪液滴形状，采用PISO（Pressure implicit split operator）算法计算压力速度耦合。分析了液滴特性、冲击速度和多孔介质孔隙率对液滴扩展特性的影响。试验结果表明，提出的模型可以进行良好的预测，同时发现液滴最大扩展半径随液滴初始速度的增加而增加，随粘度的增加而减小；孔隙率越小，液滴在多孔介质外部的扩展明显，扩展半径变大，渗透厚度变小。
2017, 36(6): 971-977.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0625
摘要:
研究阻尼结构的阻尼材料最优布局问题。基于虚功原理，构建约束阻尼板振动微分方程，从约束阻尼板若干基本假设出发，并根据阻尼板自由振动微分方程，推导了结构模态阻尼比表达式。建立了以阻尼单元相对密度为拓扑设计变量，模态阻尼比最大为优化目标，阻尼材料用量为约束的阻尼结构拓扑优化数学模型。以阻尼单元模态阻尼比敏度为寻优方向的依据，采用增材式渐进法（AESO）求解优化模型，并依据拓扑优化准则在结构上不断敷设阻尼材料。编程实现了AESO优化算法，仿真计算表明：采用AESO优化时，阻尼材料主要敷设于结构的模态应变较大位置，且不会产生棋盘格现象，并且优化后的结构一阶模态阻尼比较优化前可增加83.6%，而常规渐进法带来的增幅仅72.13%。为进一步验证优化效果，还对结构进行了谐响应分析，结果表明采用增材式渐进法优化时，结构可获得更佳减振效果。
研究阻尼结构的阻尼材料最优布局问题。基于虚功原理，构建约束阻尼板振动微分方程，从约束阻尼板若干基本假设出发，并根据阻尼板自由振动微分方程，推导了结构模态阻尼比表达式。建立了以阻尼单元相对密度为拓扑设计变量，模态阻尼比最大为优化目标，阻尼材料用量为约束的阻尼结构拓扑优化数学模型。以阻尼单元模态阻尼比敏度为寻优方向的依据，采用增材式渐进法（AESO）求解优化模型，并依据拓扑优化准则在结构上不断敷设阻尼材料。编程实现了AESO优化算法，仿真计算表明：采用AESO优化时，阻尼材料主要敷设于结构的模态应变较大位置，且不会产生棋盘格现象，并且优化后的结构一阶模态阻尼比较优化前可增加83.6%，而常规渐进法带来的增幅仅72.13%。为进一步验证优化效果，还对结构进行了谐响应分析，结果表明采用增材式渐进法优化时，结构可获得更佳减振效果。
2017, 36(6): 978-984.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0626
摘要:
半转翼是一种以转动式拍动替代摆动式拍动的新型类扑翼系统，针对传统半转机构传动复杂、重量大不适合飞行的缺点，提出一种采用局部约束的简约化半转机构作为半转翼驱动机构。给出了局部约束的形成过程和作用特点，根据运动构件间的接触状态将局部约束作用过程分成4个阶段，分别建立了不同阶段下的驱动机构半转杆转角偏差理论分析模型。在以上模型基础上，对驱动机构关键构件的结构进行优化设计。实例验证了半转杆转角偏差理论模型具有较好的可靠性，优化结果降低了转角偏差从而提高了驱动机构运行的平稳性。以上研究结果表明局部约束及其在简约化半转机构中的应用可为半转翼驱动机构设计提供新途径、新方法。
半转翼是一种以转动式拍动替代摆动式拍动的新型类扑翼系统，针对传统半转机构传动复杂、重量大不适合飞行的缺点，提出一种采用局部约束的简约化半转机构作为半转翼驱动机构。给出了局部约束的形成过程和作用特点，根据运动构件间的接触状态将局部约束作用过程分成4个阶段，分别建立了不同阶段下的驱动机构半转杆转角偏差理论分析模型。在以上模型基础上，对驱动机构关键构件的结构进行优化设计。实例验证了半转杆转角偏差理论模型具有较好的可靠性，优化结果降低了转角偏差从而提高了驱动机构运行的平稳性。以上研究结果表明局部约束及其在简约化半转机构中的应用可为半转翼驱动机构设计提供新途径、新方法。
