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2024,
43(3):
373-379. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220213
摘要
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摘要:
为减小车辆在前轮转向系统失效的负面影响，保证转向系统的瞬态控制性能，本文提出差动转向控制与横向稳定性控制相结合的控制方法，通过调节左右轮毂电机转矩形成横摆力矩，实现对系统完全失效车辆的转向控制与横向稳定性控制。首先设计基于LQR差动转向控制器跟踪参考前轮转角与参考横摆角速度，保证车辆轨迹跟踪能力，然后设计基于模糊PID横向稳定性控制器跟踪参考质心侧偏角，保证车辆横摆稳定性，两者构成双闭环控制系统将控制量最终转化为横摆力矩，实现车辆的集成控制。最后通过Simulink-Carsim联合仿真验证，仿真结果表明差动转向系统能够在前轮转向系统失效情况下实现车辆转向控制，并在横向稳定性控制系统的作用下有效地提高了车辆瞬态控制性能。
为减小车辆在前轮转向系统失效的负面影响，保证转向系统的瞬态控制性能，本文提出差动转向控制与横向稳定性控制相结合的控制方法，通过调节左右轮毂电机转矩形成横摆力矩，实现对系统完全失效车辆的转向控制与横向稳定性控制。首先设计基于LQR差动转向控制器跟踪参考前轮转角与参考横摆角速度，保证车辆轨迹跟踪能力，然后设计基于模糊PID横向稳定性控制器跟踪参考质心侧偏角，保证车辆横摆稳定性，两者构成双闭环控制系统将控制量最终转化为横摆力矩，实现车辆的集成控制。最后通过Simulink-Carsim联合仿真验证，仿真结果表明差动转向系统能够在前轮转向系统失效情况下实现车辆转向控制，并在横向稳定性控制系统的作用下有效地提高了车辆瞬态控制性能。
2024,
43(3):
380-393. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220268
摘要:
采用大涡模拟并结合K-FWH声比拟方法对两种具有相同阻塞率的方柱布置（规则布置和分形布置）流场进行数值模拟研究。首先利用前人的单方柱绕流实验和数值结果对本文所使用的大涡模拟方法进行验证，结果表明本文所采用的数值方法能较好的预测绕流问题的湍流特性。研究发现在雷诺数为104，两类布置方柱尾流场平均阻力系数大致相等。规则布置方柱尾流场旋涡脱落呈现明显的“相位锁定”现象，而分形布置方柱尾流场旋涡脱落杂乱无序。与此同时，声学仿真结果表明两类流场的远场声压级指向分布大致相同。规则布置方柱流场中的噪声呈现“相位锁定”现象，分形布置方柱流场能够改变噪声频谱特性，使低频噪声向高频噪声转移。
采用大涡模拟并结合K-FWH声比拟方法对两种具有相同阻塞率的方柱布置（规则布置和分形布置）流场进行数值模拟研究。首先利用前人的单方柱绕流实验和数值结果对本文所使用的大涡模拟方法进行验证，结果表明本文所采用的数值方法能较好的预测绕流问题的湍流特性。研究发现在雷诺数为104，两类布置方柱尾流场平均阻力系数大致相等。规则布置方柱尾流场旋涡脱落呈现明显的“相位锁定”现象，而分形布置方柱尾流场旋涡脱落杂乱无序。与此同时，声学仿真结果表明两类流场的远场声压级指向分布大致相同。规则布置方柱流场中的噪声呈现“相位锁定”现象，分形布置方柱流场能够改变噪声频谱特性，使低频噪声向高频噪声转移。
2024,
43(3):
394-401. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220286
摘要:
为提高托盘式搬运机器人的运行稳定性，提出一种基于改进灰狼算法的机器人加速度最优轨迹规划方法。针对灰狼算法局部收敛、寻优性能不足等问题，引入Logistic-Tent混沌映射，优化初始种群；引入差分优化算法，提高全局搜索能力；引入淘汰进化机制，优化种群结构，从而全面提升优化性能。仿真结果表明，对比标准灰狼算法和粒子群算法，改进灰狼算法在不同类型的测试函数中具有更好的收敛速度和算法精度；在搬运机器人轨迹规划的应用中，经过该算法优化后的机器人最大关节角加速度下降了44.11%，大幅提高了运行稳定性。
为提高托盘式搬运机器人的运行稳定性，提出一种基于改进灰狼算法的机器人加速度最优轨迹规划方法。针对灰狼算法局部收敛、寻优性能不足等问题，引入Logistic-Tent混沌映射，优化初始种群；引入差分优化算法，提高全局搜索能力；引入淘汰进化机制，优化种群结构，从而全面提升优化性能。仿真结果表明，对比标准灰狼算法和粒子群算法，改进灰狼算法在不同类型的测试函数中具有更好的收敛速度和算法精度；在搬运机器人轨迹规划的应用中，经过该算法优化后的机器人最大关节角加速度下降了44.11%，大幅提高了运行稳定性。
2024,
43(3):
402-408. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220290
摘要:
针对托辊轴承工作环境复杂、提取故障特征困难等问题，提出一种基于互补集合经验模态分解（Complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD）和变分模态分解（Variational modal decomposition, VMD）相结合的降噪方法。首先，利用CEEMD将采集到的信号进行分解，依据相关系数和峭度筛选分量并进行重构，生成新的信号；然后，利用VMD将新的信号进行再分解，并基于包络熵和包络谱峭度组合的复合指标优选本征模态分量(Intrinsic mode functions, IMF)；最后，提取相应的特征输入樽海鞘群优化支持向量机 (Salp swarm optimization support vector machine, SSO-SVM)模型完成故障诊断。实验结果表明：对于正常轴承、轴承内圈故障、轴承外圈故障三种情况，诊断准确率达97.78%。与单一降噪方法相比，该方法可以有效提高故障信号的信噪比，降噪效果明显。
针对托辊轴承工作环境复杂、提取故障特征困难等问题，提出一种基于互补集合经验模态分解（Complementary ensemble empirical mode decomposition, CEEMD）和变分模态分解（Variational modal decomposition, VMD）相结合的降噪方法。首先，利用CEEMD将采集到的信号进行分解，依据相关系数和峭度筛选分量并进行重构，生成新的信号；然后，利用VMD将新的信号进行再分解，并基于包络熵和包络谱峭度组合的复合指标优选本征模态分量(Intrinsic mode functions, IMF)；最后，提取相应的特征输入樽海鞘群优化支持向量机 (Salp swarm optimization support vector machine, SSO-SVM)模型完成故障诊断。实验结果表明：对于正常轴承、轴承内圈故障、轴承外圈故障三种情况，诊断准确率达97.78%。与单一降噪方法相比，该方法可以有效提高故障信号的信噪比，降噪效果明显。
2024,
43(3):
409-415. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220266
摘要:
根据纳米材料表面残余应力和弹性板小挠度理论，建立旋转凸凹型纳米圆板横向振动微分方程，采用微分求积法得到不同条件下凸凹型纳米圆板的无量纲复频率随无量纲角速度和无量纲表面残余应力参数变化情况。研究结果显示：在周边固支和简支条件下，旋转凸凹型纳米圆板均发生第1阶发散失稳现象。在其他条件一定的情况下，周边固支凹型纳米圆板的临界失稳角速度小于凸型纳米圆板，周边简支凹型纳米圆板的临界失稳角速度大于凸型纳米圆板。临界失稳角速度随着表面残余应力的增加而增大，临界表面残余应力随着无量纲角速度的增加而增大。
根据纳米材料表面残余应力和弹性板小挠度理论，建立旋转凸凹型纳米圆板横向振动微分方程，采用微分求积法得到不同条件下凸凹型纳米圆板的无量纲复频率随无量纲角速度和无量纲表面残余应力参数变化情况。研究结果显示：在周边固支和简支条件下，旋转凸凹型纳米圆板均发生第1阶发散失稳现象。在其他条件一定的情况下，周边固支凹型纳米圆板的临界失稳角速度小于凸型纳米圆板，周边简支凹型纳米圆板的临界失稳角速度大于凸型纳米圆板。临界失稳角速度随着表面残余应力的增加而增大，临界表面残余应力随着无量纲角速度的增加而增大。
2024,
43(3):
416-422. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220219
摘要:
针对滚动轴承可靠性低、缺乏设计依据等问题，提出一种应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法。考虑滚动轴承实际承载当量动载荷和规定当量动载荷的随机特性，假设两者为服从对数正态分布的随机变量，建立滚动轴承可靠性评估与设计模型。其次，对多型号多工况下的深沟球轴承和角接触球轴承进行仿真验证，结果表明：本文提出的滚动轴承可靠性评估与设计方法，通过分析当量动载荷的许用范围，结合轴承设计公式可以使优化后的轴承满足在该工况下的目标可靠性寿命，准确有效的实现滚动轴承的可靠性评估与设计。
针对滚动轴承可靠性低、缺乏设计依据等问题，提出一种应力-强度干涉模型下的滚动轴承可靠性评估与设计方法。考虑滚动轴承实际承载当量动载荷和规定当量动载荷的随机特性，假设两者为服从对数正态分布的随机变量，建立滚动轴承可靠性评估与设计模型。其次，对多型号多工况下的深沟球轴承和角接触球轴承进行仿真验证，结果表明：本文提出的滚动轴承可靠性评估与设计方法，通过分析当量动载荷的许用范围，结合轴承设计公式可以使优化后的轴承满足在该工况下的目标可靠性寿命，准确有效的实现滚动轴承的可靠性评估与设计。
2024,
43(3):
423-429. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220271
摘要:
针对桁架充电机械臂关节空间轨迹规划的时间优化问题，提出了一种非线性动态学习因子的粒子群算法。通过运动学分析获取工作空间，引入3-5-3多项式插值进行轨迹规划。结合运动过程中的速度与加速度约束，寻求运动过程中的最短时间。对比改进粒子群算法和基本粒子群算法的收敛速度，分析各关节优化前后运动时间的变化情况，并进行仿真实验验证。结果表明：改进粒子群算法的收敛性能较基本粒子群算法更快，整体运动时间缩短约33%，证实改进粒子群算法的可行性。
针对桁架充电机械臂关节空间轨迹规划的时间优化问题，提出了一种非线性动态学习因子的粒子群算法。通过运动学分析获取工作空间，引入3-5-3多项式插值进行轨迹规划。结合运动过程中的速度与加速度约束，寻求运动过程中的最短时间。对比改进粒子群算法和基本粒子群算法的收敛速度，分析各关节优化前后运动时间的变化情况，并进行仿真实验验证。结果表明：改进粒子群算法的收敛性能较基本粒子群算法更快，整体运动时间缩短约33%，证实改进粒子群算法的可行性。
2024,
43(3):
430-437. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230391
摘要:
以具有柔性关节和柔性构件的空间机器人作为研究对象，提出了一种双重柔性作用下的空间机器人动力学建模方法。首先，柔性关节简化为具有恒定刚度的线性扭转弹簧；其次，通过有限元法与浮动坐标系法相结合，描述含高阶模态信息的柔性空间构件位移场矢量。然后，将柔性关节和柔性空间构件简化为具有单向弹性约束的两个柔性构件和一个简支梁，再根据边界条件建立两者的约束方程。最后，根据协调矩阵建立含位移变化较小的末端执行器动力学模型。结果表明：新方法考虑了柔性关节和柔性空间构件之间的弹性影响，使得末端执行器运动轨迹在双重柔性变形抵消状态下，绝对变形量减小，轨迹精度提高。其中，z方向的偏差范围为0 ~ 0.31 mm，x方向的偏差范围为0 ~ 2.68 mm，y方向的偏差为0 ~ 3.02 mm。因此，所提出的构建双重柔性空间机器人的动力学方法正确，可为下一步控制策略及振动性能分析提供精确模型。
以具有柔性关节和柔性构件的空间机器人作为研究对象，提出了一种双重柔性作用下的空间机器人动力学建模方法。首先，柔性关节简化为具有恒定刚度的线性扭转弹簧；其次，通过有限元法与浮动坐标系法相结合，描述含高阶模态信息的柔性空间构件位移场矢量。然后，将柔性关节和柔性空间构件简化为具有单向弹性约束的两个柔性构件和一个简支梁，再根据边界条件建立两者的约束方程。最后，根据协调矩阵建立含位移变化较小的末端执行器动力学模型。结果表明：新方法考虑了柔性关节和柔性空间构件之间的弹性影响，使得末端执行器运动轨迹在双重柔性变形抵消状态下，绝对变形量减小，轨迹精度提高。其中，z方向的偏差范围为0 ~ 0.31 mm，x方向的偏差范围为0 ~ 2.68 mm，y方向的偏差为0 ~ 3.02 mm。因此，所提出的构建双重柔性空间机器人的动力学方法正确，可为下一步控制策略及振动性能分析提供精确模型。
2024,
43(3):
438-445. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220274
摘要:
考虑到某涡桨发动机中附件传动系统动力学建模困难的问题，本文基于子结构总体耦合矩阵法，将同轴多转子耦合系统和斜交弧齿锥齿轮耦合多转子子系统的动力学模型加以综合和扩展，建立了主转子与附件传动系统耦合系统的动力学模型，并推导了动力学方程，使用变阶次Adams-Bashforth-MoutlonPECE算法对动力学方程进行求解，获得不同循环冲击载荷谱下，系统的动态响应，研究了该型航空发动机主转子与附件耦合系统的振动特性。结果表明：该下斜附件传动系统由于第三级齿轮副传递扭矩较大，同时斜齿轮副相较于弧齿锥齿轮副运转平稳性差，故两种交变载荷下各级齿轮副的最大法向相对位移、最大动载系数均值及最大法向振动加速度均方根均发生在斜传下斜齿轮副上；各级齿轮副沿法线方向的振动均为周期振动，且一个负载周期中同时包含有多个啮合周期。
考虑到某涡桨发动机中附件传动系统动力学建模困难的问题，本文基于子结构总体耦合矩阵法，将同轴多转子耦合系统和斜交弧齿锥齿轮耦合多转子子系统的动力学模型加以综合和扩展，建立了主转子与附件传动系统耦合系统的动力学模型，并推导了动力学方程，使用变阶次Adams-Bashforth-MoutlonPECE算法对动力学方程进行求解，获得不同循环冲击载荷谱下，系统的动态响应，研究了该型航空发动机主转子与附件耦合系统的振动特性。结果表明：该下斜附件传动系统由于第三级齿轮副传递扭矩较大，同时斜齿轮副相较于弧齿锥齿轮副运转平稳性差，故两种交变载荷下各级齿轮副的最大法向相对位移、最大动载系数均值及最大法向振动加速度均方根均发生在斜传下斜齿轮副上；各级齿轮副沿法线方向的振动均为周期振动，且一个负载周期中同时包含有多个啮合周期。
2024,
43(3):
446-456. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220169
摘要:
对盘式制动器在拖曳制动、紧急制动和缓慢制动这3种不同制动模式下的热-机耦合行为进行分析。结果表明，在拖曳制动模式下，制动盘两侧摩擦片的变形形式各不相同，因此制动盘两侧摩擦片的温度分布不一致。此外，钳指侧和活塞侧摩擦片的振动信号和接触力信号差异明显，钳指侧对摩擦副的摩擦振动逐渐加剧，并产生新的振动频率；活塞侧对摩擦副的振动趋于稳定，原有的振动频率逐渐消失；在紧急制动模式下，制动盘两侧摩擦片的温度分布特征类似，均是从进摩擦区向出摩擦区扩散，但是由于作用时间较短，温度上升不明显。但两侧摩擦片的振动信号有所区别，尤其是活塞侧摩擦片出现持续自激振动，并且产生新的振动频率。在缓慢制动模式下，虽然制动盘两侧的摩擦片外径均为表面高温区，但在制动后期，活塞侧摩擦片表面高温排布呈现出“点状分布式”特点。钳指侧摩擦片和活塞侧摩擦片的振动信号存在差异，钳指侧摩擦片振动持续时间较长，但其振动强度较活塞侧则更加微弱。界面力学信号分析结果很好地验证了该结论。
对盘式制动器在拖曳制动、紧急制动和缓慢制动这3种不同制动模式下的热-机耦合行为进行分析。结果表明，在拖曳制动模式下，制动盘两侧摩擦片的变形形式各不相同，因此制动盘两侧摩擦片的温度分布不一致。此外，钳指侧和活塞侧摩擦片的振动信号和接触力信号差异明显，钳指侧对摩擦副的摩擦振动逐渐加剧，并产生新的振动频率；活塞侧对摩擦副的振动趋于稳定，原有的振动频率逐渐消失；在紧急制动模式下，制动盘两侧摩擦片的温度分布特征类似，均是从进摩擦区向出摩擦区扩散，但是由于作用时间较短，温度上升不明显。但两侧摩擦片的振动信号有所区别，尤其是活塞侧摩擦片出现持续自激振动，并且产生新的振动频率。在缓慢制动模式下，虽然制动盘两侧的摩擦片外径均为表面高温区，但在制动后期，活塞侧摩擦片表面高温排布呈现出“点状分布式”特点。钳指侧摩擦片和活塞侧摩擦片的振动信号存在差异，钳指侧摩擦片振动持续时间较长，但其振动强度较活塞侧则更加微弱。界面力学信号分析结果很好地验证了该结论。
2024,
43(3):
457-465. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220225
摘要:
为解决弧焊机器人面向中厚板V形坡口的焊接变形难题，通过分析传统逐层逐道堆积焊接容易引起热量聚集而导致焊接变形的特性，采用V形截面投影轨迹、空间平行往复轨迹及空间轮廓偏置轨迹相结合的方法建立V形焊层，实现焊接过程热量的快速散发。同时，在建立各轨迹方程解析式的基础上，应用Simufact Welding和MATLAB仿真软件对比分析了空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹与传统逐层逐道焊的优缺点。为了进一步验证可行性，采用FANUC工业机器人进行试验。仿真和试验结果表明：以零件y、z轴方向的变形量为依据，空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹都优于传统的逐层逐道焊接方法，且后者更优于前者。但空间平行往复轨迹在轨道变换过程中机器人末端执行器的空间位姿调整相对简单、引入误差少、控制精度高，更适合于坡口较窄、长度较短的情况；而空间轮廓偏置轨迹更适用于坡口较宽，长度较长的情况。
为解决弧焊机器人面向中厚板V形坡口的焊接变形难题，通过分析传统逐层逐道堆积焊接容易引起热量聚集而导致焊接变形的特性，采用V形截面投影轨迹、空间平行往复轨迹及空间轮廓偏置轨迹相结合的方法建立V形焊层，实现焊接过程热量的快速散发。同时，在建立各轨迹方程解析式的基础上，应用Simufact Welding和MATLAB仿真软件对比分析了空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹与传统逐层逐道焊的优缺点。为了进一步验证可行性，采用FANUC工业机器人进行试验。仿真和试验结果表明：以零件y、z轴方向的变形量为依据，空间平行往复轨迹和空间轮廓偏置轨迹都优于传统的逐层逐道焊接方法，且后者更优于前者。但空间平行往复轨迹在轨道变换过程中机器人末端执行器的空间位姿调整相对简单、引入误差少、控制精度高，更适合于坡口较窄、长度较短的情况；而空间轮廓偏置轨迹更适用于坡口较宽，长度较长的情况。
2024,
43(3):
466-473. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220277
摘要:
为探究7075铝合金喷丸加工过程中不同喷丸参数对于喷丸结果的影响，本文基于Abaqus软件对相应的喷丸过程进行了有限元仿真，观察不同喷丸参数对于表面残余应力分布、表面粗糙度以及表面三维形貌的影响，同时基于实验过程对相应的喷丸过程进行研究，并对仿真和实验所得到的结果进行对比，最终发现，虽然在具体数值上两者之间存在一定的差距，但在变化趋势上两者呈现较为明显的一致性。因此，可以认为两者的分析结果是较为可信的，同时得出在单纯调整弹丸尺寸和弹丸速度的条件下，表面残余应力和表面粗糙度两者难以同时兼顾，但是喷丸覆盖率的提高可以用降低生产效率为成本较好的兼顾这两方面。
为探究7075铝合金喷丸加工过程中不同喷丸参数对于喷丸结果的影响，本文基于Abaqus软件对相应的喷丸过程进行了有限元仿真，观察不同喷丸参数对于表面残余应力分布、表面粗糙度以及表面三维形貌的影响，同时基于实验过程对相应的喷丸过程进行研究，并对仿真和实验所得到的结果进行对比，最终发现，虽然在具体数值上两者之间存在一定的差距，但在变化趋势上两者呈现较为明显的一致性。因此，可以认为两者的分析结果是较为可信的，同时得出在单纯调整弹丸尺寸和弹丸速度的条件下，表面残余应力和表面粗糙度两者难以同时兼顾，但是喷丸覆盖率的提高可以用降低生产效率为成本较好的兼顾这两方面。
2024,
43(3):
474-482. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220221
摘要:
钻削轴向力的大小和碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiberrein-forced plastic, CFRP）制孔质量的好坏密切相关，为合理调控轴向力来减少制孔缺陷，开展了CFRP制孔过程中轴向力的自适应控制仿真及实验研究。首先，开展CFRP钻削试验，对轴向力及制孔质量进行了定量研究。其次，根据CFRP钻入、稳定钻削及钻出阶段不同加工特性建立了轴向力三阶段模型。最后，基于模糊逻辑及所建模型进行了轴向力自适应控制仿真及实验研究。结果表明：利用模糊逻辑控制算法结合CFRP加工特性，对制孔过程中轴向力进行智能调控是可行的；此外，根据仿真信息调控轴向力可有效降低制孔缺陷、提升孔壁质量。该研究为大厚度碳纤维复合材料制孔过程中轴向力的智能调控提供了新的思路。
钻削轴向力的大小和碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiberrein-forced plastic, CFRP）制孔质量的好坏密切相关，为合理调控轴向力来减少制孔缺陷，开展了CFRP制孔过程中轴向力的自适应控制仿真及实验研究。首先，开展CFRP钻削试验，对轴向力及制孔质量进行了定量研究。其次，根据CFRP钻入、稳定钻削及钻出阶段不同加工特性建立了轴向力三阶段模型。最后，基于模糊逻辑及所建模型进行了轴向力自适应控制仿真及实验研究。结果表明：利用模糊逻辑控制算法结合CFRP加工特性，对制孔过程中轴向力进行智能调控是可行的；此外，根据仿真信息调控轴向力可有效降低制孔缺陷、提升孔壁质量。该研究为大厚度碳纤维复合材料制孔过程中轴向力的智能调控提供了新的思路。
2024,
43(3):
483-489. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220279
摘要:
针对电主轴轴体的热变形以及重要零部件轴承在加工中心上的常见故障，提出基于收集电主轴温度变化的热误差实时补偿计算方法与轴承常见故障的诊断方法。热误差补偿方法可以通过对轴体上测温点数据的处理对电主轴单元进行实时的热误差补偿提高加工精度。故障诊断方法是对不同的温度节点设置不同的阈值，阈值对应着电主轴单元内部某些重要零件的故障特征，当节点温度变化超出阈值即进行报警以诊断具体零件的故障。促进了电主轴的智能化进程，为接下来的研究打下基础。
针对电主轴轴体的热变形以及重要零部件轴承在加工中心上的常见故障，提出基于收集电主轴温度变化的热误差实时补偿计算方法与轴承常见故障的诊断方法。热误差补偿方法可以通过对轴体上测温点数据的处理对电主轴单元进行实时的热误差补偿提高加工精度。故障诊断方法是对不同的温度节点设置不同的阈值，阈值对应着电主轴单元内部某些重要零件的故障特征，当节点温度变化超出阈值即进行报警以诊断具体零件的故障。促进了电主轴的智能化进程，为接下来的研究打下基础。
2024,
43(3):
490-496. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220214
摘要:
在多孔质静压轴承设计中，轴承设计参数是影响其静动态特性的关键因素之一，通常情况下，要得到合适的轴承设计参数，需要多次重复建模和仿真，且由于轴承结构复杂，建模难度大，仿真时间长，严重影响了轴承的设计效率。本文构建了一种基于遗传算法（Genetic algorithm，GA）优化反向传播（Back propagation, BP）神经网络的轴承静态特性预测模型，采用拉丁超立方抽样方法在轴承参数设计空间内采样，并进行Fluent流体仿真，将仿真数据用于GA-BP神经网络模型的训练与测试，实现了对设计空间内任意设计参数下的多孔质静压轴承静态特性的预测。研究结果表明，训练出的GA-BP神经网络模型能够准确预测多孔质静压轴承的静态特性，预测精度在95%以上，对多孔质静压轴承的快速设计和参数优化具有重要意义。
在多孔质静压轴承设计中，轴承设计参数是影响其静动态特性的关键因素之一，通常情况下，要得到合适的轴承设计参数，需要多次重复建模和仿真，且由于轴承结构复杂，建模难度大，仿真时间长，严重影响了轴承的设计效率。本文构建了一种基于遗传算法（Genetic algorithm，GA）优化反向传播（Back propagation, BP）神经网络的轴承静态特性预测模型，采用拉丁超立方抽样方法在轴承参数设计空间内采样，并进行Fluent流体仿真，将仿真数据用于GA-BP神经网络模型的训练与测试，实现了对设计空间内任意设计参数下的多孔质静压轴承静态特性的预测。研究结果表明，训练出的GA-BP神经网络模型能够准确预测多孔质静压轴承的静态特性，预测精度在95%以上，对多孔质静压轴承的快速设计和参数优化具有重要意义。
2024,
43(3):
497-503. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220248
摘要:
针对钴铬钼合金的难加工性，采用超声振动辅助抛光的加工方法改善其加工效果。根据超声振动装置的运动特性，分析了单磨粒运动速度、单磨粒与工件接触轨迹坐标和单磨粒受力，建立了抛光系统的抛光力预测模型，讨论了主轴转速、进给速度和抛光深度对钴铬钼合金表面质量的影响并用实验验证了预测模型的合理性。结果表明：抛光力预测模型和实验的变化趋势一致，抛光力随着主轴转速和抛光深度的增大而增大，随着进给速度的增大而减小。本研究将为超声振动辅助抛光工艺提供理论基础。
针对钴铬钼合金的难加工性，采用超声振动辅助抛光的加工方法改善其加工效果。根据超声振动装置的运动特性，分析了单磨粒运动速度、单磨粒与工件接触轨迹坐标和单磨粒受力，建立了抛光系统的抛光力预测模型，讨论了主轴转速、进给速度和抛光深度对钴铬钼合金表面质量的影响并用实验验证了预测模型的合理性。结果表明：抛光力预测模型和实验的变化趋势一致，抛光力随着主轴转速和抛光深度的增大而增大，随着进给速度的增大而减小。本研究将为超声振动辅助抛光工艺提供理论基础。
2024,
43(3):
504-512. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220270
摘要:
针对可调品质因子小波变换( Tunable Q-factor wavelet trans-form，TQWT)采用网格搜索和优化算法调参存在评估计算代价高的问题，提出基于贝叶斯优化TQWT参数的故障诊断算法。通过贝叶斯优化算法在TQWT参数空间内求取熵-峭综合目标函数最优解，据此设置TQWT参数分解轴承故障信号，选择熵-峭指标最小值对应子带信号，经TQWT逆变换后进行包络解调分析，最终由重构信号包络谱判别轴承故障类型。仿真实验和实测轴承信号分析表明，该算法可以准确提取轴承故障特征频率信息，实现早期故障诊断。
针对可调品质因子小波变换( Tunable Q-factor wavelet trans-form，TQWT)采用网格搜索和优化算法调参存在评估计算代价高的问题，提出基于贝叶斯优化TQWT参数的故障诊断算法。通过贝叶斯优化算法在TQWT参数空间内求取熵-峭综合目标函数最优解，据此设置TQWT参数分解轴承故障信号，选择熵-峭指标最小值对应子带信号，经TQWT逆变换后进行包络解调分析，最终由重构信号包络谱判别轴承故障类型。仿真实验和实测轴承信号分析表明，该算法可以准确提取轴承故障特征频率信息，实现早期故障诊断。
2024,
43(3):
513-519. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220196
摘要:
针对缺乏数据导致卷积神经网络（Convolutional neural networks，CNN）训练不佳的问题，以三相异步电机故障诊断为研究对象，提出了基于迁移学习和CNN结合的电机故障诊断方法。首先搭建了电机故障诊断实验平台，通过加速度传感器获取CNN模型带标签数据，通过训练获取预训练模型；然后结合迁移学习得到的预训练模型迁移到目标域，并通过对目标域的带标签数据进行训练以优化CNN参数；最终获得可以对目标域数据有着良好分类能力的新模型，从而实现目标域带标签数据稀少情况下的电机故障诊断工作。通过将该方法与传统CNN、变分模态分解（Variational modal decomposition，VMD）-支持向量机（Support vector machine，SVM）、VMD-K近邻（K nearest neighbor，KNN）以及VMD-BP神经网络等识别模型进行对比验证，结果显示本文提出的迁移CNN模型模式识别方法有更好的识别效果。
针对缺乏数据导致卷积神经网络（Convolutional neural networks，CNN）训练不佳的问题，以三相异步电机故障诊断为研究对象，提出了基于迁移学习和CNN结合的电机故障诊断方法。首先搭建了电机故障诊断实验平台，通过加速度传感器获取CNN模型带标签数据，通过训练获取预训练模型；然后结合迁移学习得到的预训练模型迁移到目标域，并通过对目标域的带标签数据进行训练以优化CNN参数；最终获得可以对目标域数据有着良好分类能力的新模型，从而实现目标域带标签数据稀少情况下的电机故障诊断工作。通过将该方法与传统CNN、变分模态分解（Variational modal decomposition，VMD）-支持向量机（Support vector machine，SVM）、VMD-K近邻（K nearest neighbor，KNN）以及VMD-BP神经网络等识别模型进行对比验证，结果显示本文提出的迁移CNN模型模式识别方法有更好的识别效果。
2024,
43(3):
520-525. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220242
摘要:
为了掌握光学玻璃材料杯型砂轮研磨与表面粗糙度(SR)和亚表面损伤(SSD)机理，本文建立BK7光学玻璃杯型砂轮研磨表面粗糙度的预测模型，通过改变磨削参数来研究对表面粗糙度的影响。设计DOE试验，研究影响SR与SSD的显著性特征因子，并分析了各因子的交互作用。实验结果表明预测模型的可靠性，得到表面粗糙度的预测模型数据与实验数据的平均误差为5.47%。采用角抛光法，通过电子显微镜观测表面裂纹，并测量裂纹的深度。 最后，基于Li的模型，建立基于磨削工艺参数的亚表面损伤的新预测模型。实验结果表明：实验和预测模型结果具有很好的一致性，模型数据与实验数据的平均误差为6.19%，并且新预测模型结果要优于Li的模型。
为了掌握光学玻璃材料杯型砂轮研磨与表面粗糙度(SR)和亚表面损伤(SSD)机理，本文建立BK7光学玻璃杯型砂轮研磨表面粗糙度的预测模型，通过改变磨削参数来研究对表面粗糙度的影响。设计DOE试验，研究影响SR与SSD的显著性特征因子，并分析了各因子的交互作用。实验结果表明预测模型的可靠性，得到表面粗糙度的预测模型数据与实验数据的平均误差为5.47%。采用角抛光法，通过电子显微镜观测表面裂纹，并测量裂纹的深度。 最后，基于Li的模型，建立基于磨削工艺参数的亚表面损伤的新预测模型。实验结果表明：实验和预测模型结果具有很好的一致性，模型数据与实验数据的平均误差为6.19%，并且新预测模型结果要优于Li的模型。
2024,
43(3):
526-532. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220222
摘要:
PBO绳索具有优良的性能，被广泛应用于航空、航天等诸多领域。本文以PBO绳索的绳结为研究对象，通过打结绳索和未打结绳索拉伸实验对比，发现绳索打结极大地降低了绳索的抗拉性能。为了深入探究打结使绳索抗拉性能降低的原因，利用 UG软件建立了绳结模型，从绳结涡旋和等效长度的角度进行研究。经过对多种绳结的拉伸实验研究，提出了一种评估打结对绳索抗拉性能影响的方法，并用实验验证。结果表明：该评估方法能根据绳结等效长度和涡旋总边数的比值，实现对绳结的抗拉性能评估；为新绳结的设计及评估提供参考。
PBO绳索具有优良的性能，被广泛应用于航空、航天等诸多领域。本文以PBO绳索的绳结为研究对象，通过打结绳索和未打结绳索拉伸实验对比，发现绳索打结极大地降低了绳索的抗拉性能。为了深入探究打结使绳索抗拉性能降低的原因，利用 UG软件建立了绳结模型，从绳结涡旋和等效长度的角度进行研究。经过对多种绳结的拉伸实验研究，提出了一种评估打结对绳索抗拉性能影响的方法，并用实验验证。结果表明：该评估方法能根据绳结等效长度和涡旋总边数的比值，实现对绳结的抗拉性能评估；为新绳结的设计及评估提供参考。
2024,
43(3):
533-539. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220276
摘要:
研究制造工艺（铣圆转速、孔边倒角、干涉量等）对飞机铝锂合金结构细节疲劳性能DFR的影响。结果表明：在一定铣圆转速范围内，存在最优铣圆转速；孔边倒角可以有效减轻应力集中现象，提高疲劳性能；干涉配合铆接在孔壁引入残余压应力，对孔连接具有一定强化作用，通过增加干涉量可使连接达到与整体材料相当的疲劳寿命，不再是铆接件中最薄弱“环节”。
研究制造工艺（铣圆转速、孔边倒角、干涉量等）对飞机铝锂合金结构细节疲劳性能DFR的影响。结果表明：在一定铣圆转速范围内，存在最优铣圆转速；孔边倒角可以有效减轻应力集中现象，提高疲劳性能；干涉配合铆接在孔壁引入残余压应力，对孔连接具有一定强化作用，通过增加干涉量可使连接达到与整体材料相当的疲劳寿命，不再是铆接件中最薄弱“环节”。
2024,
43(3):
540-545. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220250
摘要:
为了优化飞行器气动特性，提升飞行效率，研究用于连续变弯度机翼的多级连杆驱动机构。采用ANSYS流体分析功能研究最大弯曲角度下变弯度机翼的气动特性；采用ANSYS静力学分析功能研究极限载荷条件下驱动机构的结构强度；并通过仿真分析与样机测试对驱动机构的运动情况进行研究。研究结果表明：变形机翼获得升力系数为1.4，所受最大气流动压1 078 Pa，小于下表面屈服气流动压4 916 Pa；驱动机构所受最大应力37.3 MPa，小于结构屈服强度55.2 MPa；机翼弯曲变形角度可达±25°，满足了飞行器对改善飞行特性方面的需要。
为了优化飞行器气动特性，提升飞行效率，研究用于连续变弯度机翼的多级连杆驱动机构。采用ANSYS流体分析功能研究最大弯曲角度下变弯度机翼的气动特性；采用ANSYS静力学分析功能研究极限载荷条件下驱动机构的结构强度；并通过仿真分析与样机测试对驱动机构的运动情况进行研究。研究结果表明：变形机翼获得升力系数为1.4，所受最大气流动压1 078 Pa，小于下表面屈服气流动压4 916 Pa；驱动机构所受最大应力37.3 MPa，小于结构屈服强度55.2 MPa；机翼弯曲变形角度可达±25°，满足了飞行器对改善飞行特性方面的需要。
2024,
43(3):
546-552. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220278
摘要:
起落架是飞机重要的部件之一，为降低结构重量和应力集中现象，结合3D打印技术的发展，在总质量不增加和外形尺寸不突破的前提下，将原十字结构改为空心圆柱结构，并参考竹结构，给出了两种起落架上刹车杆仿生结构，采用响应面法进行了进一步的参数寻优。仿真分析结果表明：采用仿竹结构后，两种仿竹结构质量分别降低了17%和14.98%，最大等效应力值分别降低了57.34%和57.90%。说明仿竹结构对降低最大等效应力具有非常好的作用。本优化方法对杆件轻量化设计具有实际意义，并可推广使用。
起落架是飞机重要的部件之一，为降低结构重量和应力集中现象，结合3D打印技术的发展，在总质量不增加和外形尺寸不突破的前提下，将原十字结构改为空心圆柱结构，并参考竹结构，给出了两种起落架上刹车杆仿生结构，采用响应面法进行了进一步的参数寻优。仿真分析结果表明：采用仿竹结构后，两种仿竹结构质量分别降低了17%和14.98%，最大等效应力值分别降低了57.34%和57.90%。说明仿竹结构对降低最大等效应力具有非常好的作用。本优化方法对杆件轻量化设计具有实际意义，并可推广使用。
