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2018年 37卷 第5期
2018, 37(5): 657-662.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0501
摘要
PDF 914KB
摘要:
针对机构综合和优化的同构判定问题，分析含复合铰链的运动链的构成元素，提出一种区分运动链元素的加值矩阵的方法，从而有效描述运动链中的复铰和构件等信息。结果表明：加值矩阵对单铰和复铰的运动链有着相同的构建思路，相较于传统的顶点邻接矩阵和转化邻接矩阵有着信息多和简易构建等特点；利用计算机计算加值矩阵的特征值及特征向量就可以进行运动链的同构判定，这种方法具有准确简单的特点；加值矩阵为描述各种类型的运动链提供了一种快速高效的途径。
针对机构综合和优化的同构判定问题，分析含复合铰链的运动链的构成元素，提出一种区分运动链元素的加值矩阵的方法，从而有效描述运动链中的复铰和构件等信息。结果表明：加值矩阵对单铰和复铰的运动链有着相同的构建思路，相较于传统的顶点邻接矩阵和转化邻接矩阵有着信息多和简易构建等特点；利用计算机计算加值矩阵的特征值及特征向量就可以进行运动链的同构判定，这种方法具有准确简单的特点；加值矩阵为描述各种类型的运动链提供了一种快速高效的途径。
2018, 37(5): 663-668.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0502
摘要:
为提高涡轮叶片效率和涡轮发电机的输出功率，提出一种叶片改型与优化设计的方法。分别对导轮型线和涡轮翼型进行改型，通过不同叶型的导轮和涡轮组合的CFD流场分析，研究不同结构的导轮对涡轮性能的影响，从中选择出高效率、大扭矩的叶轮组合，基于BP神经网络和Fmincon函数与遗传算法结合的方法对叶片进行优化分析，并对比试验数据验证了此方法的可行性。优化结果表明单级涡轮的效率增加了4.74%，最大工作效率由初始的64.824%提高至79.4%，提升了约14.6%，理想输出功率增加了274.7 W。
为提高涡轮叶片效率和涡轮发电机的输出功率，提出一种叶片改型与优化设计的方法。分别对导轮型线和涡轮翼型进行改型，通过不同叶型的导轮和涡轮组合的CFD流场分析，研究不同结构的导轮对涡轮性能的影响，从中选择出高效率、大扭矩的叶轮组合，基于BP神经网络和Fmincon函数与遗传算法结合的方法对叶片进行优化分析，并对比试验数据验证了此方法的可行性。优化结果表明单级涡轮的效率增加了4.74%，最大工作效率由初始的64.824%提高至79.4%，提升了约14.6%，理想输出功率增加了274.7 W。
2018, 37(5): 669-674.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0503
摘要:
针对多连杆机械臂模型系统信息不完整、存在外界干扰等问题，设计了一种新型的GA-RBF神经网络闭环自适应控制系统。该系统利用径向基函数（RBF）神经网络来逼近并补偿系统的模型误差和外界扰动，在基于计算力矩法的基础上实现对机械臂的轨迹跟踪控制，并采用遗传算法（GA）对RBF神经网络权值进行在线优化，确保机械臂控制系统能在更短时间内获得稳定，实现了高精度的轨迹跟踪，提高了轨迹跟踪的性能。MATLAB数值仿真的结果验证了该方法的有效性。
针对多连杆机械臂模型系统信息不完整、存在外界干扰等问题，设计了一种新型的GA-RBF神经网络闭环自适应控制系统。该系统利用径向基函数（RBF）神经网络来逼近并补偿系统的模型误差和外界扰动，在基于计算力矩法的基础上实现对机械臂的轨迹跟踪控制，并采用遗传算法（GA）对RBF神经网络权值进行在线优化，确保机械臂控制系统能在更短时间内获得稳定，实现了高精度的轨迹跟踪，提高了轨迹跟踪的性能。MATLAB数值仿真的结果验证了该方法的有效性。
2018, 37(5): 675-682.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0504
摘要:
针对二维桁架结构拓扑优化结果面向工程制造的问题，提出了一种桁架拓扑优化结果的特征线（桁架杆件轴线）提取方法。基于渐进结构优化方法（ESO）对连续体结构进行拓扑优化，获得桁架结构的拓扑结构。根据桁架拓扑优化结果提取各拓扑区域的中心点坐标，基于桁架杆件的直线特征对拓扑区域进行区域划分，而后建立各拓扑区域的特征线数学模型。结合各特征线数学模型确定桁架杆件的节点，并引入节点合并的半径区域，建立了桁架各杆件连接节点位置的二次优化数学模型。最终，根据最优的节点位置得到了面向制造的桁架拓扑优化结果-特征线。采用3个经典算例，验证了该桁架拓扑优化结果特征线提取方法的有效性，为后续桁架结构的杆件截面优化提供了基础。
针对二维桁架结构拓扑优化结果面向工程制造的问题，提出了一种桁架拓扑优化结果的特征线（桁架杆件轴线）提取方法。基于渐进结构优化方法（ESO）对连续体结构进行拓扑优化，获得桁架结构的拓扑结构。根据桁架拓扑优化结果提取各拓扑区域的中心点坐标，基于桁架杆件的直线特征对拓扑区域进行区域划分，而后建立各拓扑区域的特征线数学模型。结合各特征线数学模型确定桁架杆件的节点，并引入节点合并的半径区域，建立了桁架各杆件连接节点位置的二次优化数学模型。最终，根据最优的节点位置得到了面向制造的桁架拓扑优化结果-特征线。采用3个经典算例，验证了该桁架拓扑优化结果特征线提取方法的有效性，为后续桁架结构的杆件截面优化提供了基础。
2018, 37(5): 683-689.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0505
摘要:
为实现机器代替人工解决市政管道堵塞引发的内涝问题，提高机器人在非结构环境下的智能化程度，基于共融理论，设计了一种具有管径自适应能力的径向辐射轮式管道疏通机器人，提出一种面向管道疏通机器人的多模态感知模型，求解视觉、接近觉和触觉三大感知系统，实现管道疏通机器人末端执行器在工作时段内，以最佳移动速度完成自适应路径规划，提高了管道疏通效率。仿真试验结果表明：管道疏通机器人的多模态感知模型具有一定的可行性和实用性。
为实现机器代替人工解决市政管道堵塞引发的内涝问题，提高机器人在非结构环境下的智能化程度，基于共融理论，设计了一种具有管径自适应能力的径向辐射轮式管道疏通机器人，提出一种面向管道疏通机器人的多模态感知模型，求解视觉、接近觉和触觉三大感知系统，实现管道疏通机器人末端执行器在工作时段内，以最佳移动速度完成自适应路径规划，提高了管道疏通效率。仿真试验结果表明：管道疏通机器人的多模态感知模型具有一定的可行性和实用性。
2018, 37(5): 690-697.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0506
摘要:
针对汽车自适应巡航控制系统的多性能指标不协调及不完善的问题，综合考虑汽车的多性能指标和汽车自身的驱动和制动能力，提出一种基于模型预测控制和最优控制的汽车自适应巡航控制算法。根据本车与前车之间的相互纵向运动学特性，建立离散状态空间表达式，引入饱和函数，并以输出变量的加权平方和作为协调多性能指标的目标函数，最后将目标函数的求解问题转化为一维极值问题进行求解。仿真结果验证了算法对安全车距保持的有效性和协调多性能指标的可行性。
针对汽车自适应巡航控制系统的多性能指标不协调及不完善的问题，综合考虑汽车的多性能指标和汽车自身的驱动和制动能力，提出一种基于模型预测控制和最优控制的汽车自适应巡航控制算法。根据本车与前车之间的相互纵向运动学特性，建立离散状态空间表达式，引入饱和函数，并以输出变量的加权平方和作为协调多性能指标的目标函数，最后将目标函数的求解问题转化为一维极值问题进行求解。仿真结果验证了算法对安全车距保持的有效性和协调多性能指标的可行性。
2018, 37(5): 698-703.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0507
摘要:
为了提高采煤机滚筒的装煤性能和工作效率，基于PRO/E、EDEM、MATLAB联合构建了新型薄煤层采煤机截割部离散元仿真模型，模拟了采煤机截割、破碎煤岩的复杂过程，并获得了相应的装煤率；基于单因素分析法，研究了牵引速度、滚筒转速及截深对采煤机装煤率的影响规律；利用多因素分析法研究了各因素对采煤机装煤率影响的显著程度，并得到了使其装煤性能最优的设计参数。研究结果表明：基于实际工况，新型薄煤层采煤机装煤性能最优的设计方案为：滚筒截深为700 mm，牵引速度为9 m/min，滚筒转速为58 r/min，为采煤机滚筒装煤性能的研究及优化提供了一种新方法。
为了提高采煤机滚筒的装煤性能和工作效率，基于PRO/E、EDEM、MATLAB联合构建了新型薄煤层采煤机截割部离散元仿真模型，模拟了采煤机截割、破碎煤岩的复杂过程，并获得了相应的装煤率；基于单因素分析法，研究了牵引速度、滚筒转速及截深对采煤机装煤率的影响规律；利用多因素分析法研究了各因素对采煤机装煤率影响的显著程度，并得到了使其装煤性能最优的设计参数。研究结果表明：基于实际工况，新型薄煤层采煤机装煤性能最优的设计方案为：滚筒截深为700 mm，牵引速度为9 m/min，滚筒转速为58 r/min，为采煤机滚筒装煤性能的研究及优化提供了一种新方法。
2018, 37(5): 704-708.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0508
摘要:
采用分子动力学方法研究AFM探针在铁铝合金表面划痕的形变特性。仔细分析了切屑的形成过程以及对沟槽形貌的影响。结果发现切屑的形成分为增长期和稳定期两个阶段，增长期切屑高度不断增加，稳定期切屑高度趋于稳定。探针后方出现粘连，随着探针的移动而分裂为两部分。另外，考察了划痕深度与划痕速度对切屑形成的影响。发现切屑高度随划痕深度的增加而增加，划痕速度的增加则不改变基底的形变特性，但会促使稳定期的提前到来。
采用分子动力学方法研究AFM探针在铁铝合金表面划痕的形变特性。仔细分析了切屑的形成过程以及对沟槽形貌的影响。结果发现切屑的形成分为增长期和稳定期两个阶段，增长期切屑高度不断增加，稳定期切屑高度趋于稳定。探针后方出现粘连，随着探针的移动而分裂为两部分。另外，考察了划痕深度与划痕速度对切屑形成的影响。发现切屑高度随划痕深度的增加而增加，划痕速度的增加则不改变基底的形变特性，但会促使稳定期的提前到来。
2018, 37(5): 709-714.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0509
摘要:
采用压电陶瓷作为驱动器设计了一种带有二级杠杆放大机构的3-PRC柔性并联微操作平台，该平台能实现空间三自由度的微小平移运动，放大机构的理论与有限元仿真分析放大倍数分别为8.772和8.245。首先采用矢量法建立了该机构的运动学模型，得到了其运动学正、逆解和雅克比矩阵。然后利用MATLAB软件分析并绘制了平台的工作空间，最后对机构的解耦性进行了理论分析并利用有限元软件进行了验证。结果表明该机构的耦合性误差小，可以实现空间三自由度微纳米级别的运动，具有较大的运动空间和良好的运动解耦性。
采用压电陶瓷作为驱动器设计了一种带有二级杠杆放大机构的3-PRC柔性并联微操作平台，该平台能实现空间三自由度的微小平移运动，放大机构的理论与有限元仿真分析放大倍数分别为8.772和8.245。首先采用矢量法建立了该机构的运动学模型，得到了其运动学正、逆解和雅克比矩阵。然后利用MATLAB软件分析并绘制了平台的工作空间，最后对机构的解耦性进行了理论分析并利用有限元软件进行了验证。结果表明该机构的耦合性误差小，可以实现空间三自由度微纳米级别的运动，具有较大的运动空间和良好的运动解耦性。
2018, 37(5): 715-720.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0510
摘要:
针对关节几何误差对重载机械手运动精度的影响，鉴于PID神经元具有多输入和多输出优化的特性，提出重载精密机械手误差的多目标优化方法，研究重载机械手误差的关键因子，分析重载精密机械手的映射及机械手多输出目标之间的关系，探究PID控制器与神经元网络之间的对应关系，求解重载机械手精密运动的传递关系，同时推导机械手位姿、速度和加速度与关节几何误差之间的数学模型，得出机械手关节误差对其运动精度的影响趋势，以SCARA机器人为研究对象，采用PID神经元的多目标优化方法对其误差进行整合。结论表明：PID神经元的多目标优化方法有效地减小了关节几何误差对重载机械手的影响，其合理性得到了验证。
针对关节几何误差对重载机械手运动精度的影响，鉴于PID神经元具有多输入和多输出优化的特性，提出重载精密机械手误差的多目标优化方法，研究重载机械手误差的关键因子，分析重载精密机械手的映射及机械手多输出目标之间的关系，探究PID控制器与神经元网络之间的对应关系，求解重载机械手精密运动的传递关系，同时推导机械手位姿、速度和加速度与关节几何误差之间的数学模型，得出机械手关节误差对其运动精度的影响趋势，以SCARA机器人为研究对象，采用PID神经元的多目标优化方法对其误差进行整合。结论表明：PID神经元的多目标优化方法有效地减小了关节几何误差对重载机械手的影响，其合理性得到了验证。
2018, 37(5): 721-728.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0511
摘要:
为解决离散曲面加工的难题，进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划，研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法，对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真，验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验，表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。
为解决离散曲面加工的难题，进行了离散曲面慢刀伺服车削刀具路径规划，研究了离散曲面的刀触点生成算法和刀位点生成算法，对比了两种刀位点速度插补算法。提出了基于Zernike多项式局部数据点拟合的刀触点生成方法和Z向刀具形状补偿方法。使用MATLAB软件以环曲面为例进行仿真，验证了该方法的正确性。通过对环曲面和渐进多焦点曲面进行刀具路径规划和加工实验，表明该刀具路径规划方法能够在避免对整个曲面进行拟合的基础上实现离散曲面的高精度加工。
2018, 37(5): 729-735.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0512
摘要:
对于散乱点云模型上的大面积、跨面孔洞，逆向软件往往难以修补。为了提高孔洞修补精度、获得完整的点云模型，提出了对手受惩罚竞争学习算法（Rival penalized competitive learning，RPCL）和模糊C均值聚类算法（Fuzzy C-means，FCM）相结合的综合改进径向基函数神经网络（RBF）算法，建立了基于改进算法的点云孔洞修补模型，并以挖掘机斗齿和汽车模型为研究对象，利用RPCL-FCM-RBF联合算法对不同特征的点云孔洞进行了修补研究。结果表明，该算法在很大程度上提高了点云孔洞的修补精度，其补洞效果远优于逆向软件。而且，较之传统的RBF神经网络，该方法所建模型具有更高的预测精度、能够有效地调整洞口缺失数据、实现点云孔洞的精确修复，实用性强。
对于散乱点云模型上的大面积、跨面孔洞，逆向软件往往难以修补。为了提高孔洞修补精度、获得完整的点云模型，提出了对手受惩罚竞争学习算法（Rival penalized competitive learning，RPCL）和模糊C均值聚类算法（Fuzzy C-means，FCM）相结合的综合改进径向基函数神经网络（RBF）算法，建立了基于改进算法的点云孔洞修补模型，并以挖掘机斗齿和汽车模型为研究对象，利用RPCL-FCM-RBF联合算法对不同特征的点云孔洞进行了修补研究。结果表明，该算法在很大程度上提高了点云孔洞的修补精度，其补洞效果远优于逆向软件。而且，较之传统的RBF神经网络，该方法所建模型具有更高的预测精度、能够有效地调整洞口缺失数据、实现点云孔洞的精确修复，实用性强。
2018, 37(5): 736-741.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0513
摘要:
针对深水恶劣环境中对耐压性和抗海水腐蚀能力的需求，提出一种新型的可用于深水力载荷监测、具有悬臂梁结构的光纤传感器。该传感器将光纤布拉格光栅封装于悬臂梁元件内部，利用悬臂梁材料的抗压和抗海水腐蚀能力对光纤形成保护，既保持了此类传感器结构简单、力学性能优异的特点，又具备了耐压抗腐蚀能力。实验研究表明：该传感器能在30 MPa （3 000 m水深）的水压环境中正常工作，水压灵敏度为-3.79 pm/MPa，力载荷灵敏度为2.79 pm/N，温度灵敏度为30.93 pm/℃。传感器对温度和水压环境因素的响应线性良好，相关系数均在0.99以上，便于补偿。此外，通过对照仿真计算与实验结果，分析了封装工艺和实验条件对传感器误差的影响。
针对深水恶劣环境中对耐压性和抗海水腐蚀能力的需求，提出一种新型的可用于深水力载荷监测、具有悬臂梁结构的光纤传感器。该传感器将光纤布拉格光栅封装于悬臂梁元件内部，利用悬臂梁材料的抗压和抗海水腐蚀能力对光纤形成保护，既保持了此类传感器结构简单、力学性能优异的特点，又具备了耐压抗腐蚀能力。实验研究表明：该传感器能在30 MPa （3 000 m水深）的水压环境中正常工作，水压灵敏度为-3.79 pm/MPa，力载荷灵敏度为2.79 pm/N，温度灵敏度为30.93 pm/℃。传感器对温度和水压环境因素的响应线性良好，相关系数均在0.99以上，便于补偿。此外，通过对照仿真计算与实验结果，分析了封装工艺和实验条件对传感器误差的影响。
2018, 37(5): 742-746.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0514
摘要:
针对侵彻引信电路在受到过靶大过载冲击时的电路振动噪声问题，建立了侵彻冲击振动激励与电路振动噪声响应之间的数学模型；提出了一种基于小波分析的噪声消除方法。该方法通过对侵彻引信冲击激励信号进行小波分析，对输出电路振动噪声响应信号进行高斯函数拟合，建立了冲击振动激励信号与输出振动噪声响应信号之间的关联函数，在此基础上设计了针对于侵彻引信冲击振动激励的输出电路噪声信号处理算法。仿真结果表明，该算法对冲击振动引起的侵彻引信电路噪声有明显消噪效果。
针对侵彻引信电路在受到过靶大过载冲击时的电路振动噪声问题，建立了侵彻冲击振动激励与电路振动噪声响应之间的数学模型；提出了一种基于小波分析的噪声消除方法。该方法通过对侵彻引信冲击激励信号进行小波分析，对输出电路振动噪声响应信号进行高斯函数拟合，建立了冲击振动激励信号与输出振动噪声响应信号之间的关联函数，在此基础上设计了针对于侵彻引信冲击振动激励的输出电路噪声信号处理算法。仿真结果表明，该算法对冲击振动引起的侵彻引信电路噪声有明显消噪效果。
2018, 37(5): 747-752.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0515
摘要:
以优化飞机驾驶舱布局设计为目的，对人体的手部操作进行了研究。首先，对驾驶舱显控装置的关联性进行分析；其次，以减小人体的手部操作路线总长为目的，对驾驶舱人机界面进行了布局优化分析；接着，以人手部几何模型和人手部Kane动力学模型为依据，建立了基于人手部操作舒适性的驾驶舱布局优化模型；最后，通过实际案例对人机界面上的操作路线进行了仿真分析；利用CATIA仿真人在驾驶舱中的手部操作姿态，计算出人手的操作舒适性，并通过舒适性评价模块进行了结果验证。理论分析和仿真结果表明，在飞机驾驶舱中相对重要的设备应布置在手部操作舒适性较高的区域，并且在布局设计过程要尽量缩短人体手部操作设备的路线，该模型提高了驾驶人员的操作效率，可作为驾驶舱布局优化设计的参考依据。
以优化飞机驾驶舱布局设计为目的，对人体的手部操作进行了研究。首先，对驾驶舱显控装置的关联性进行分析；其次，以减小人体的手部操作路线总长为目的，对驾驶舱人机界面进行了布局优化分析；接着，以人手部几何模型和人手部Kane动力学模型为依据，建立了基于人手部操作舒适性的驾驶舱布局优化模型；最后，通过实际案例对人机界面上的操作路线进行了仿真分析；利用CATIA仿真人在驾驶舱中的手部操作姿态，计算出人手的操作舒适性，并通过舒适性评价模块进行了结果验证。理论分析和仿真结果表明，在飞机驾驶舱中相对重要的设备应布置在手部操作舒适性较高的区域，并且在布局设计过程要尽量缩短人体手部操作设备的路线，该模型提高了驾驶人员的操作效率，可作为驾驶舱布局优化设计的参考依据。
2018, 37(5): 753-759.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180032
摘要:
在真空状态下，为将混合时间尺度小、粘度较高的不同液体快速均匀混合，提出了一种带有挤压槽轮和搅拌叶轮的动态混合器，介绍了这种动态混合器的结构原理和混合机理。基于FLUENT中的动网格模型、Mixture多相流模型、RNG κ-ε湍流模型及PISO算法，对混合器预混合管道不同出口位置、叶片数量、叶轮转速等不同条件下的两相流混合效果进行了数值模拟，结果表明：预混合管道出口位置不同时，混合效果不同；当叶片数量为16时，混合效果最理想；模拟还表明，增加叶轮旋转速度对混合效果作用明显，但是达到一定转速后，混合效果趋于稳定。在此基础上，通过液体质点运动矢量图、速度流线图和湍动强度分布云图，分析了加速溶液混合均匀的是叶轮二次剪切和混合器中运动部件对流场的湍动作用，选用环氧树脂（E51）与对应的固化剂进行混合并浇注成型，并对制品的硬度进行了测试，实验结果表明该混合器混合性能可靠。
在真空状态下，为将混合时间尺度小、粘度较高的不同液体快速均匀混合，提出了一种带有挤压槽轮和搅拌叶轮的动态混合器，介绍了这种动态混合器的结构原理和混合机理。基于FLUENT中的动网格模型、Mixture多相流模型、RNG κ-ε湍流模型及PISO算法，对混合器预混合管道不同出口位置、叶片数量、叶轮转速等不同条件下的两相流混合效果进行了数值模拟，结果表明：预混合管道出口位置不同时，混合效果不同；当叶片数量为16时，混合效果最理想；模拟还表明，增加叶轮旋转速度对混合效果作用明显，但是达到一定转速后，混合效果趋于稳定。在此基础上，通过液体质点运动矢量图、速度流线图和湍动强度分布云图，分析了加速溶液混合均匀的是叶轮二次剪切和混合器中运动部件对流场的湍动作用，选用环氧树脂（E51）与对应的固化剂进行混合并浇注成型，并对制品的硬度进行了测试，实验结果表明该混合器混合性能可靠。
2018, 37(5): 760-766.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180073
摘要:
针对工业机器人控制系统存在封闭性高，二次开发难度大、结构复杂、技术升级困难等弊端，在保证机器人稳定运行的前提下，基于LinuxCNC设计构建一套可配置工业机器人运动控制系统，通过集成RTAI实时补丁，编写机器人控制算法，对机器人进行实时运动规划。为了验证模块化的系统架构设计可以适应不同机器人系统的运行要求，对工业机器人原型系统样机上进行了验证，根据驱动设备和系统需求，完成NC配置文件和通讯配置文件。通过对实验数据分析和处理，验证了运动控制系统的可行性。
针对工业机器人控制系统存在封闭性高，二次开发难度大、结构复杂、技术升级困难等弊端，在保证机器人稳定运行的前提下，基于LinuxCNC设计构建一套可配置工业机器人运动控制系统，通过集成RTAI实时补丁，编写机器人控制算法，对机器人进行实时运动规划。为了验证模块化的系统架构设计可以适应不同机器人系统的运行要求，对工业机器人原型系统样机上进行了验证，根据驱动设备和系统需求，完成NC配置文件和通讯配置文件。通过对实验数据分析和处理，验证了运动控制系统的可行性。
2018, 37(5): 767-773.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0516
摘要:
以衔铁组件过盈联接压装过程为例，采用有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行弹塑性分析，获得衔铁组件过盈联接的最大等效应力和最大压装力，并进一步研究了过盈量、摩擦系数和形状误差对衔铁组件过盈联接的最大压装力和最大等效应力的影响规律，从而确定过盈量的合理范围，进而确定压力-位移曲线的合理范围。随机抽取18套零件在已研制的压装设备进行压装实验。将有限元分析结果与实验结果进行对比，验证了有限元分析结果的可靠性，为衔铁组件过盈联接压装质量判断提供了一定的理论基础。
以衔铁组件过盈联接压装过程为例，采用有限元分析软件ANSYS Workbench对其进行弹塑性分析，获得衔铁组件过盈联接的最大等效应力和最大压装力，并进一步研究了过盈量、摩擦系数和形状误差对衔铁组件过盈联接的最大压装力和最大等效应力的影响规律，从而确定过盈量的合理范围，进而确定压力-位移曲线的合理范围。随机抽取18套零件在已研制的压装设备进行压装实验。将有限元分析结果与实验结果进行对比，验证了有限元分析结果的可靠性，为衔铁组件过盈联接压装质量判断提供了一定的理论基础。
2018, 37(5): 774-780.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0517
摘要:
针对质量指标Y的影响因素同时具有随机不确定性和认知不确定性的情况，提出一种质量稳健性分析的随机模拟方法。用证据理论认知对不确定性因素进行表征，进而提出一种基于随机集理论的认知不确定性因素随机采样方法，该方法可根据认知不确定性的mass函数对其进行随机采样。随机不确定性因素不必进行分布类型的转换，直接按其概率分布规律进行采样。通过不确定性分析和计算机模拟，对质量指标Y的不确定性分布进行定量计算，进而提出了3个质量稳健性的评价指标，包括Y的期望值区间宽度、期望值中点值以及区间中点分布的标准差。根据质量指标的不同特性对三个稳健性评价指标进行优化，提出了3种不同类型的稳健设计准则。通过两个典型实例，说明了所提出的稳健性评价指标以及稳健设计准则的合理性和实用性。
针对质量指标Y的影响因素同时具有随机不确定性和认知不确定性的情况，提出一种质量稳健性分析的随机模拟方法。用证据理论认知对不确定性因素进行表征，进而提出一种基于随机集理论的认知不确定性因素随机采样方法，该方法可根据认知不确定性的mass函数对其进行随机采样。随机不确定性因素不必进行分布类型的转换，直接按其概率分布规律进行采样。通过不确定性分析和计算机模拟，对质量指标Y的不确定性分布进行定量计算，进而提出了3个质量稳健性的评价指标，包括Y的期望值区间宽度、期望值中点值以及区间中点分布的标准差。根据质量指标的不同特性对三个稳健性评价指标进行优化，提出了3种不同类型的稳健设计准则。通过两个典型实例，说明了所提出的稳健性评价指标以及稳健设计准则的合理性和实用性。
2018, 37(5): 781-786.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0518
摘要:
研究了汽车传动系的动平衡测试和控制方法，并建立了动平衡的测试流程。通过阶次分离方法来确定汽车变速箱的档位，用相位稳定方法确定平衡转速，然后对试重块大小和位置的选择进行分析，并通过实测数据验证了该方法的准确性及可靠性。对系统等效面的动平衡构成因素进行了深入分析和计算，指出等效面的动平衡主要由部件不平衡、装配和其交叉影响因素构成。通过矢量叠加理论分析出采用等直径螺栓孔的连接法兰，部件控制综合跳动，装配时采用标记对点匹配方法，可以有效改善传动系动平衡引发的NVH问题，最后通过实车测试进行了效果验证。
研究了汽车传动系的动平衡测试和控制方法，并建立了动平衡的测试流程。通过阶次分离方法来确定汽车变速箱的档位，用相位稳定方法确定平衡转速，然后对试重块大小和位置的选择进行分析，并通过实测数据验证了该方法的准确性及可靠性。对系统等效面的动平衡构成因素进行了深入分析和计算，指出等效面的动平衡主要由部件不平衡、装配和其交叉影响因素构成。通过矢量叠加理论分析出采用等直径螺栓孔的连接法兰，部件控制综合跳动，装配时采用标记对点匹配方法，可以有效改善传动系动平衡引发的NVH问题，最后通过实车测试进行了效果验证。
2018, 37(5): 787-791.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0519
摘要:
为了模拟C/C复合材料高温烧蚀环境下的形貌演变规律，基于水平集算法，耦合扩散方程建立了C/C复合材料在微观尺度烧蚀模型，计算了C/C复合材料的微观形貌演变过程，并将计算过程中发现的圆柱形凸起形貌与C/C复合材料烧蚀后的微观形貌进行了对比，二者吻合较好。在此基础上，分析了气体扩散和非均匀氧化反应对纤维和基体烧蚀形貌演变的影响规律，为研究C/C复合材料微观烧蚀机理奠定基础。
为了模拟C/C复合材料高温烧蚀环境下的形貌演变规律，基于水平集算法，耦合扩散方程建立了C/C复合材料在微观尺度烧蚀模型，计算了C/C复合材料的微观形貌演变过程，并将计算过程中发现的圆柱形凸起形貌与C/C复合材料烧蚀后的微观形貌进行了对比，二者吻合较好。在此基础上，分析了气体扩散和非均匀氧化反应对纤维和基体烧蚀形貌演变的影响规律，为研究C/C复合材料微观烧蚀机理奠定基础。
2018, 37(5): 792-796.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0520
摘要:
为探究聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体在等离子法下以不同工艺参数处理及处理后在不同键合时间，键合加载压力下的PDMS-PDMS键合效果，设计进行了3因素4水平正交试验及对比试验。试验结果表明：因素影响从主到次的顺序为空气流量、改性时间、射频功率，得到快速不可逆键合（键合5 min）工艺参数：400 W，2.5 L/min，2 min；中、高射频功率（300 W以上）键合10 h键合效果达到实验要求，低射频功率（200 W以下）键合超过24 h仍未达到试验要求；当键合加载压力超过0.4 MPa时，键合效果显著提升。
为探究聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体在等离子法下以不同工艺参数处理及处理后在不同键合时间，键合加载压力下的PDMS-PDMS键合效果，设计进行了3因素4水平正交试验及对比试验。试验结果表明：因素影响从主到次的顺序为空气流量、改性时间、射频功率，得到快速不可逆键合（键合5 min）工艺参数：400 W，2.5 L/min，2 min；中、高射频功率（300 W以上）键合10 h键合效果达到实验要求，低射频功率（200 W以下）键合超过24 h仍未达到试验要求；当键合加载压力超过0.4 MPa时，键合效果显著提升。
2018, 37(5): 797-803.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0521
摘要:
为提高航发叶片前后缘加工精度和加工效率，通过对当前航发叶片前后缘磨削加工中存在的问题进行分析，结合当前叶片前后缘加工工艺要求及数控砂带磨床各轴运动控制算法，考虑到磨料粒度、接触力、砂带线速度及进给速度等磨削要素的影响，优化了刀具轨迹，提出了叶片前后缘磨削工艺方法。最后，对某公司生产的航发叶片进行了磨削加工实验，实验结果表明，此磨削加工方法可使得航发叶片前后缘的加工精度和表面粗糙度得到明显的改善。
为提高航发叶片前后缘加工精度和加工效率，通过对当前航发叶片前后缘磨削加工中存在的问题进行分析，结合当前叶片前后缘加工工艺要求及数控砂带磨床各轴运动控制算法，考虑到磨料粒度、接触力、砂带线速度及进给速度等磨削要素的影响，优化了刀具轨迹，提出了叶片前后缘磨削工艺方法。最后，对某公司生产的航发叶片进行了磨削加工实验，实验结果表明，此磨削加工方法可使得航发叶片前后缘的加工精度和表面粗糙度得到明显的改善。
2018, 37(5): 804-809.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0522
摘要:
间隙配合是一种常见的机械结构连接方式，它常常引起不确定的连接刚度。针对这一问题，提出一种采用衬套单元的模型修正方法，确立了一组适用于含间隙特征气瓶支架组合体动力学分析的刚度系数。首先，以实际气瓶支架组合体为研究对象，分别采用多点约束单元和衬套单元模拟组合体中的螺栓连接与间隙配合特征；然后，在初始给定的衬套单元刚度系数条件下，修正组合体有限元建模方式，使其基频分析结果逼近试验结果；最后，采用自适应响应面优化方法进行衬套单元刚度系数修正，将修正参数代入分析模型并再次进行模态分析，验证修正方法与参数的合理性。应用修正参数至新型气瓶支架结构研制中，通过模态分析较好地预示了组合体的刚度性能，主要模态分析值与试验值最大偏差小于4.5%，验证了修正方法的通用性，为类似结构的研制提供了很好的技术支撑。
间隙配合是一种常见的机械结构连接方式，它常常引起不确定的连接刚度。针对这一问题，提出一种采用衬套单元的模型修正方法，确立了一组适用于含间隙特征气瓶支架组合体动力学分析的刚度系数。首先，以实际气瓶支架组合体为研究对象，分别采用多点约束单元和衬套单元模拟组合体中的螺栓连接与间隙配合特征；然后，在初始给定的衬套单元刚度系数条件下，修正组合体有限元建模方式，使其基频分析结果逼近试验结果；最后，采用自适应响应面优化方法进行衬套单元刚度系数修正，将修正参数代入分析模型并再次进行模态分析，验证修正方法与参数的合理性。应用修正参数至新型气瓶支架结构研制中，通过模态分析较好地预示了组合体的刚度性能，主要模态分析值与试验值最大偏差小于4.5%，验证了修正方法的通用性，为类似结构的研制提供了很好的技术支撑。
2018, 37(5): 810-815.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2018.0523
摘要:
为解决航空发动机高压涡轮转子叶尖外径测量时存在装配间隙、外表易磕碰、难以固定等问题，提出一种将相邻左右叶片的叶尖作为支反力作用点，对待测叶片进行径向外撑消隙的新型工艺方案。设计高涡叶片外撑测量装置，在高压涡轮不拆分后挡板的状态下，对转子叶片进行径向外撑和固定。进行高涡叶尖外径测量试验，对测量系统进行精确度分析，测量精度可达到0.04 mm，满足现有测量要求，为今后研制航空发动机高精密高涡叶尖外径测量仪器奠定重要基础。
为解决航空发动机高压涡轮转子叶尖外径测量时存在装配间隙、外表易磕碰、难以固定等问题，提出一种将相邻左右叶片的叶尖作为支反力作用点，对待测叶片进行径向外撑消隙的新型工艺方案。设计高涡叶片外撑测量装置，在高压涡轮不拆分后挡板的状态下，对转子叶片进行径向外撑和固定。进行高涡叶尖外径测量试验，对测量系统进行精确度分析，测量精度可达到0.04 mm，满足现有测量要求，为今后研制航空发动机高精密高涡叶尖外径测量仪器奠定重要基础。
2018, 37(5): 816-820.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180021
摘要:
利用试验数据，针对大型航空结构，系统地研究了"自然网格"模型和细节模型对结构分析的影响。采用"自然网格"方法建立翼身组合体有限元模型，计算得到机翼外端部变形误差7.46%（与试验比较），外翼上壁板试验与分析一致性评估误差带10%以内的应变片约占总数的80%，中央翼上壁板约占70%。采用以壳元模拟为主细化网格建模方法建立全机结构有限元模型，计算得到机翼外端部变形误差为1.87%，外翼和中央翼上壁板试验与分析一致性评估误差带10%以内的应变片均占总数80%以上，这表明细化模型能更精确地模拟结构的刚度和预估结构的传载分配和应力/应变响应，预判危险部位，为进一步有限元细节分析或破坏分析提供准确的边界。
利用试验数据，针对大型航空结构，系统地研究了"自然网格"模型和细节模型对结构分析的影响。采用"自然网格"方法建立翼身组合体有限元模型，计算得到机翼外端部变形误差7.46%（与试验比较），外翼上壁板试验与分析一致性评估误差带10%以内的应变片约占总数的80%，中央翼上壁板约占70%。采用以壳元模拟为主细化网格建模方法建立全机结构有限元模型，计算得到机翼外端部变形误差为1.87%，外翼和中央翼上壁板试验与分析一致性评估误差带10%以内的应变片均占总数80%以上，这表明细化模型能更精确地模拟结构的刚度和预估结构的传载分配和应力/应变响应，预判危险部位，为进一步有限元细节分析或破坏分析提供准确的边界。
