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2015年 34卷 第7期
2015, 34(7): 985-988.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0701
摘要
PDF 2530KB
摘要:
针对传统压电陶瓷器件应用于微位移技术中难以实现高精度的问题，提出了一种柔性铰链微位移机构，对该机构的运动特性进行了理论分析，并利用有限元方法进行了仿真验证。研究了铰链间距及其关键几何参数对微位移机构性能的影响。结果表明：有限元仿真结果和理论分析结果相一致，利用ANSYS仿真可以确定几何参数对微位移机构性能的影响，结合理论分析可以提高微位移机构的设计效率和准确性，避免纯粹理论计算在结构设计上缺少仿真分析支撑的问题。实验结果验证了本文设计的微位移机构应用于超精密加工中具有很高的精度。
针对传统压电陶瓷器件应用于微位移技术中难以实现高精度的问题，提出了一种柔性铰链微位移机构，对该机构的运动特性进行了理论分析，并利用有限元方法进行了仿真验证。研究了铰链间距及其关键几何参数对微位移机构性能的影响。结果表明：有限元仿真结果和理论分析结果相一致，利用ANSYS仿真可以确定几何参数对微位移机构性能的影响，结合理论分析可以提高微位移机构的设计效率和准确性，避免纯粹理论计算在结构设计上缺少仿真分析支撑的问题。实验结果验证了本文设计的微位移机构应用于超精密加工中具有很高的精度。
2015, 34(7): 989-992.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0702
摘要:
通过对非对称渐开线斜齿轮啮合面的分析，得到了啮合面摩擦热流量的分布规律。基于APDL建立了非对称渐开线斜齿轮的有限元温度场分析模型。考虑温度对接触压力的影响，对非对称渐开线斜齿轮进行了热力耦合分析。结果表明：达到热平衡时，非对称齿轮本体温度最大值比对称齿轮低约18%，因而非对称齿轮能有效提高轮齿齿面抗胶合能力；由于本体温度的影响，接触应力增大了约16%，温度引起的热弹变形对齿轮载荷分布和应力产生了较大影响。
通过对非对称渐开线斜齿轮啮合面的分析，得到了啮合面摩擦热流量的分布规律。基于APDL建立了非对称渐开线斜齿轮的有限元温度场分析模型。考虑温度对接触压力的影响，对非对称渐开线斜齿轮进行了热力耦合分析。结果表明：达到热平衡时，非对称齿轮本体温度最大值比对称齿轮低约18%，因而非对称齿轮能有效提高轮齿齿面抗胶合能力；由于本体温度的影响，接触应力增大了约16%，温度引起的热弹变形对齿轮载荷分布和应力产生了较大影响。
2015, 34(7): 993-996.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0703
摘要:
为了在使用ABAQUS进行齿轮接触分析时，减少手动工作量，提高结果文件的可读性，提出采用inp文件进行前处理的方法进行建模、装配和条件设置，并利用ABAQUS脚本文件对计算结果进行提取。采用Matlab等软件编写生成inp文件，并对提取的结果进行数据处理。使前处理避免了手动操作，并能在计算完成后提取齿轮重要性能参数接触印痕和应力曲线。
为了在使用ABAQUS进行齿轮接触分析时，减少手动工作量，提高结果文件的可读性，提出采用inp文件进行前处理的方法进行建模、装配和条件设置，并利用ABAQUS脚本文件对计算结果进行提取。采用Matlab等软件编写生成inp文件，并对提取的结果进行数据处理。使前处理避免了手动操作，并能在计算完成后提取齿轮重要性能参数接触印痕和应力曲线。
2015, 34(7): 997-1001.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0704
摘要:
针对并联机构各原始误差对位姿误差的影响程度不同，使用穷举法在整个工作空间中进行精度综合计算量太大的问题，提出一种原始误差影响因子加权法与正交设计法相结合的精度综合方法。以2UPS-RPU并联机构为对象进行精度综合，并对综合结果进行验证。验证结果表明：该方法能够快速地得到22项误差源的公差值，且在整个工作空间内，末端位姿误差δy、δz、δα、δβ超出给定范围的概率仅分别为4.5%、2.08%、0.25%、2.16%，分析结果也验证了此方法的可行性与正确性。
针对并联机构各原始误差对位姿误差的影响程度不同，使用穷举法在整个工作空间中进行精度综合计算量太大的问题，提出一种原始误差影响因子加权法与正交设计法相结合的精度综合方法。以2UPS-RPU并联机构为对象进行精度综合，并对综合结果进行验证。验证结果表明：该方法能够快速地得到22项误差源的公差值，且在整个工作空间内，末端位姿误差δy、δz、δα、δβ超出给定范围的概率仅分别为4.5%、2.08%、0.25%、2.16%，分析结果也验证了此方法的可行性与正确性。
2015, 34(7): 1002-1005.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0705
摘要:
以克林根贝格Cyclo-palloid制准双曲面齿轮为研究对象，提出了其边缘接触的几何分析方法，确定了边缘接触点，并采用数值方法进行搜索，确定了边缘接触位置接触椭圆长轴的方向和长度，即该位置两齿面间的相对主曲率方向和所有可能接触点。建立了包括边缘接触的承载接触分析数学模型，采用基于有限元柔度矩阵的非线性规划法精确求解了边缘承载接触问题，通过与已有算例的对比分析，验证了本方法的可行性，并给出了仿真示例。
以克林根贝格Cyclo-palloid制准双曲面齿轮为研究对象，提出了其边缘接触的几何分析方法，确定了边缘接触点，并采用数值方法进行搜索，确定了边缘接触位置接触椭圆长轴的方向和长度，即该位置两齿面间的相对主曲率方向和所有可能接触点。建立了包括边缘接触的承载接触分析数学模型，采用基于有限元柔度矩阵的非线性规划法精确求解了边缘承载接触问题，通过与已有算例的对比分析，验证了本方法的可行性，并给出了仿真示例。
2015, 34(7): 1006-1010.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0706
摘要:
基于平面两自由度并联机构微分运动学矢量连续映射关系，建立整体式平面两自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化模型-各向同性材料插值模型（SIMP模型），运用优化准则（OC）算法对所建模型进行求解，并采用Heaviside过滤技术处理优化过程中棋盘格和网格依赖问题。基于曲线拟合方法对优化后整体构型轮廓进行拟合，在SolidWorks软件中建立其三维模型，进而应用有限元软件对其进行静力学仿真分析与对比。结果表明：以微分运动学矢量连续映射关系为拓扑优化设计条件，所得出的平面两自由度全柔顺并联机构与传统同构型并联机构具有相同的微分运动特性。
基于平面两自由度并联机构微分运动学矢量连续映射关系，建立整体式平面两自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化模型-各向同性材料插值模型（SIMP模型），运用优化准则（OC）算法对所建模型进行求解，并采用Heaviside过滤技术处理优化过程中棋盘格和网格依赖问题。基于曲线拟合方法对优化后整体构型轮廓进行拟合，在SolidWorks软件中建立其三维模型，进而应用有限元软件对其进行静力学仿真分析与对比。结果表明：以微分运动学矢量连续映射关系为拓扑优化设计条件，所得出的平面两自由度全柔顺并联机构与传统同构型并联机构具有相同的微分运动特性。
2015, 34(7): 1011-1015.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0707
摘要:
基于齿轮系统动力学及非线性系统动力学理论，建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等因素的叶片辊轧机传动系统的非线性动力学模型。采用数值积分方法对含间隙非线性微分方程组进行了求解，研究了齿侧间隙对辊轧机传动系统的动态特性影响。研究表明：齿侧间隙增大使系统由简谐振动进入混沌振动；传动系统啮合状态由双边冲击转为单边冲击，且间隙的增加对上轧辊一级齿轮-齿条以及二级齿轮-齿条啮合动态响应影响较大，对下轧辊齿轮-齿条啮合动态响应影响较小。
基于齿轮系统动力学及非线性系统动力学理论，建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等因素的叶片辊轧机传动系统的非线性动力学模型。采用数值积分方法对含间隙非线性微分方程组进行了求解，研究了齿侧间隙对辊轧机传动系统的动态特性影响。研究表明：齿侧间隙增大使系统由简谐振动进入混沌振动；传动系统啮合状态由双边冲击转为单边冲击，且间隙的增加对上轧辊一级齿轮-齿条以及二级齿轮-齿条啮合动态响应影响较大，对下轧辊齿轮-齿条啮合动态响应影响较小。
2015, 34(7): 1016-1018.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0708
摘要:
以用于金属结合剂砂轮电火花修整的CuW70铜钨电极为研究对象，通过正交实验研究一些放电参数对电极损耗速度的影响；通过加工不同个数的孔来探讨在加工过程中电极侧面和底部的电极损耗大小、电极底面和碳层厚度变化。结果表明：小的峰值电流和大的脉冲持续时间可降低电极损耗率；尽管电极表面的碳层很容易被擦除，但铜钨电极的电极损耗速度随着初始加工阶段电极底面碳层的增加而有所减小。
以用于金属结合剂砂轮电火花修整的CuW70铜钨电极为研究对象，通过正交实验研究一些放电参数对电极损耗速度的影响；通过加工不同个数的孔来探讨在加工过程中电极侧面和底部的电极损耗大小、电极底面和碳层厚度变化。结果表明：小的峰值电流和大的脉冲持续时间可降低电极损耗率；尽管电极表面的碳层很容易被擦除，但铜钨电极的电极损耗速度随着初始加工阶段电极底面碳层的增加而有所减小。
2015, 34(7): 1019-1023.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0709
摘要:
给出机床关键几何误差和影响因子的定义，基于多体系统理论建立机床综合误差与几何误差的映射关系模型，通过计算和比较影响因子实现对关键几何误差项的识别，提出了机床关键几何误差的辨识方法。以磨齿机床为例，运用上述方法进行研究，最终识别出15项影响机床精度的关键几何误差。该方法可以有效地辨识出对机床综合空间误差有较大影响的几何误差因素。
给出机床关键几何误差和影响因子的定义，基于多体系统理论建立机床综合误差与几何误差的映射关系模型，通过计算和比较影响因子实现对关键几何误差项的识别，提出了机床关键几何误差的辨识方法。以磨齿机床为例，运用上述方法进行研究，最终识别出15项影响机床精度的关键几何误差。该方法可以有效地辨识出对机床综合空间误差有较大影响的几何误差因素。
2015, 34(7): 1024-1030.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0710
摘要:
提出采用一种7段式非对称S曲线加减速控制方法，根据轨迹段的特征推导和规划实际应用中可能出现的8种类型加速度曲线。考虑到工程应用中离散实现上述算法时存在精度损失，提出插补时间圆整和插补点参数内部整数计算方法的精度控制策略以满足高精度的控制要求。基于浮点双精度型TI DSP67系列芯片的控制器硬件平台，对所提出的加减速控制方法和精度控制策略进行实验验证。实验结果表明：该算法能够有效规划8种类型的加减速曲线，并且根据精度控制策略得到的轨迹位置计算精度能达到0.01 μm。
提出采用一种7段式非对称S曲线加减速控制方法，根据轨迹段的特征推导和规划实际应用中可能出现的8种类型加速度曲线。考虑到工程应用中离散实现上述算法时存在精度损失，提出插补时间圆整和插补点参数内部整数计算方法的精度控制策略以满足高精度的控制要求。基于浮点双精度型TI DSP67系列芯片的控制器硬件平台，对所提出的加减速控制方法和精度控制策略进行实验验证。实验结果表明：该算法能够有效规划8种类型的加减速曲线，并且根据精度控制策略得到的轨迹位置计算精度能达到0.01 μm。
2015, 34(7): 1031-1034.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0711
摘要:
在所构建的激光电化学复合加工系统中，加入透光导电的氧化铟锡（indium tin oxide，ITO）导电玻璃作为工具阴极，使电场分布更加均匀，有利于工件表面形成均匀的钝化膜，保证了激光电化学的高效复合。采用该复合方法在浓度为0.5 mol/L的NaNO3溶液中对铝合金进行了加工试验，研究了不同的工艺参数对激光电化学定域性的影响。应用扫描电子显微镜、光学显微镜对工件的加工形貌进行检测。结果表明：随着激光的能量、频率、加工电流的增大，槽的宽度变大；随着进给速度的增大，槽的宽度变小。
在所构建的激光电化学复合加工系统中，加入透光导电的氧化铟锡（indium tin oxide，ITO）导电玻璃作为工具阴极，使电场分布更加均匀，有利于工件表面形成均匀的钝化膜，保证了激光电化学的高效复合。采用该复合方法在浓度为0.5 mol/L的NaNO3溶液中对铝合金进行了加工试验，研究了不同的工艺参数对激光电化学定域性的影响。应用扫描电子显微镜、光学显微镜对工件的加工形貌进行检测。结果表明：随着激光的能量、频率、加工电流的增大，槽的宽度变大；随着进给速度的增大，槽的宽度变小。
2015, 34(7): 1035-1039.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0712
摘要:
以向量计算作为研究工具，针对单一型线设计不利于实际多性能需求的柔性化设计，利用Taylor级数思想和微分几何理论推导出基于泛函的通用涡旋型线方程。通过平面曲线啮合理论和泛函通用型线方程，得出型线向量在其啮合点处的法线和切线方向分解后的向量大小的关系，并证明其沿啮合点法线方向分解的向量大小可以用泛函通用型线方程表示。这种向量表示方法在型线生成时省去求积分的繁琐，有助于系数变化时生成的型线特性的研究。用向量计算的方式推导出涡旋型线啮合条件，便于在MATLAB上生成涡旋型线及共轭型线，因为向量矩阵的表示在运算中更符合MATLAB的计算规则，加快了运算速度，有助于通用涡旋型线的研究设计。
以向量计算作为研究工具，针对单一型线设计不利于实际多性能需求的柔性化设计，利用Taylor级数思想和微分几何理论推导出基于泛函的通用涡旋型线方程。通过平面曲线啮合理论和泛函通用型线方程，得出型线向量在其啮合点处的法线和切线方向分解后的向量大小的关系，并证明其沿啮合点法线方向分解的向量大小可以用泛函通用型线方程表示。这种向量表示方法在型线生成时省去求积分的繁琐，有助于系数变化时生成的型线特性的研究。用向量计算的方式推导出涡旋型线啮合条件，便于在MATLAB上生成涡旋型线及共轭型线，因为向量矩阵的表示在运算中更符合MATLAB的计算规则，加快了运算速度，有助于通用涡旋型线的研究设计。
2015, 34(7): 1040-1043.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0713
摘要:
针对激光微织构技术在工件表面附带形成重铸层，影响工件表面质量的问题，基于激光脉冲功率分布曲线分析了重铸层的形成机理及特性；采用“单脉冲同点间隔多次”优化工艺抑制了重铸层的形成。确定了针对发动机缸孔的后处理工艺：第一阶段中软砂条去除重铸层余量15 s，第二阶段超软砂条修复织构表面的抛光工艺20 s。珩磨头定压进给约1.5 MPa。结果表明：该工艺能高效、稳定的去除灰铸铁缸孔表面凹腔激光微织构的重铸层，表面Rpk值显著降低，对微织构形貌及未织构化区域均无破坏。
针对激光微织构技术在工件表面附带形成重铸层，影响工件表面质量的问题，基于激光脉冲功率分布曲线分析了重铸层的形成机理及特性；采用“单脉冲同点间隔多次”优化工艺抑制了重铸层的形成。确定了针对发动机缸孔的后处理工艺：第一阶段中软砂条去除重铸层余量15 s，第二阶段超软砂条修复织构表面的抛光工艺20 s。珩磨头定压进给约1.5 MPa。结果表明：该工艺能高效、稳定的去除灰铸铁缸孔表面凹腔激光微织构的重铸层，表面Rpk值显著降低，对微织构形貌及未织构化区域均无破坏。
2015, 34(7): 1044-1047.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0714
摘要:
针对45°圆锥台件的单点增量成形过程，分别通过理论解析、实验验证、ABAQUS/Explicit有限元仿真对成形过程中成形力的变化规律进行研究。在验证有限元模型正确的基础上，进一步得到轴向进给和走等高线这两部分的成形力，并对其大小和变化规律进行研究。结果表明，轴向进给时的轴向力明显大于走等高线时的轴向力，因此成形设备和成形工具的设计应充分考虑轴向进给时的轴向力。
针对45°圆锥台件的单点增量成形过程，分别通过理论解析、实验验证、ABAQUS/Explicit有限元仿真对成形过程中成形力的变化规律进行研究。在验证有限元模型正确的基础上，进一步得到轴向进给和走等高线这两部分的成形力，并对其大小和变化规律进行研究。结果表明，轴向进给时的轴向力明显大于走等高线时的轴向力，因此成形设备和成形工具的设计应充分考虑轴向进给时的轴向力。
2015, 34(7): 1048-1053.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0715
摘要:
针对汽车冲压件因回弹因素的影响，使定位孔位置关系变化而无法装配的问题，提出了一种在冲压件自由曲面上检测圆孔轴向、半径及孔位关系的方法。对曲面上圆孔边缘的三维点进行最小二乘平面拟合以获取投影的初始平面；将边缘点投影到该平面上，并进行坐标系转换获得投影二维点，以便求取其最小二乘圆半径。当圆半径不满足判定条件时，对最小二乘平面进行空间旋转，重新投影迭代计算直到满足判定条件为止。此时最小二乘平面的法向即为圆孔轴向，投影二维点的最小二乘圆半径即为圆孔半径。在获取曲面圆孔轴向及半径的情况下进一步对孔位关系进行检测。结果表明：圆孔轴向精度为0.093 1°、半径检测精度为0.002 775 mm，并可对孔位进行精确检测。
针对汽车冲压件因回弹因素的影响，使定位孔位置关系变化而无法装配的问题，提出了一种在冲压件自由曲面上检测圆孔轴向、半径及孔位关系的方法。对曲面上圆孔边缘的三维点进行最小二乘平面拟合以获取投影的初始平面；将边缘点投影到该平面上，并进行坐标系转换获得投影二维点，以便求取其最小二乘圆半径。当圆半径不满足判定条件时，对最小二乘平面进行空间旋转，重新投影迭代计算直到满足判定条件为止。此时最小二乘平面的法向即为圆孔轴向，投影二维点的最小二乘圆半径即为圆孔半径。在获取曲面圆孔轴向及半径的情况下进一步对孔位关系进行检测。结果表明：圆孔轴向精度为0.093 1°、半径检测精度为0.002 775 mm，并可对孔位进行精确检测。
2015, 34(7): 1054-1058.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0716
摘要:
从厚度减薄和厚度分布角度出发，结合Taguchi实验设计方法，建立了镍涂层薄板的数值仿真模型，分析研究了凹模圆角半径、压边力、摩擦系数等工艺参数对镍涂层薄板冲压成形性能的影响，最终确定了各个工艺参数对成形质量（厚度变化）的影响及其相对影响程度。同时，通过对比仿真数据与实验结果，验证了该仿真模型的有效性。
从厚度减薄和厚度分布角度出发，结合Taguchi实验设计方法，建立了镍涂层薄板的数值仿真模型，分析研究了凹模圆角半径、压边力、摩擦系数等工艺参数对镍涂层薄板冲压成形性能的影响，最终确定了各个工艺参数对成形质量（厚度变化）的影响及其相对影响程度。同时，通过对比仿真数据与实验结果，验证了该仿真模型的有效性。
2015, 34(7): 1059-1062.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0717
摘要:
为解决高速卷绕机锭轴夹头筒管位移难以实测的难题，根据高速卷绕机锭轴夹头的结构和工况，提出了一种利用新型激光传感器测量锭轴夹头筒管振动位移的方法。结果表明：该方法的测量数据精确、可靠，可有效防止高频特性的丢失。采用此方法实地测试了高速卷绕机空管时锭轴夹头的稳态响应，验证了此方法用于高速卷绕机锭轴夹头动态特性测试的可行性。
为解决高速卷绕机锭轴夹头筒管位移难以实测的难题，根据高速卷绕机锭轴夹头的结构和工况，提出了一种利用新型激光传感器测量锭轴夹头筒管振动位移的方法。结果表明：该方法的测量数据精确、可靠，可有效防止高频特性的丢失。采用此方法实地测试了高速卷绕机空管时锭轴夹头的稳态响应，验证了此方法用于高速卷绕机锭轴夹头动态特性测试的可行性。
2015, 34(7): 1063-1067.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0718
摘要:
针对强干扰条件下，超磁致伸缩致动器位移动态控制存在的不足，建立了强干扰下超磁致伸缩致动器动态线性化模型，设计了基于模糊切换增益调节的滑模控制器，实现了致动器的动态跟踪控制。提出的模糊滑模控制器能有效实现了致动器的动态控制，位移跟踪误差在5%以内，取得了良好的控制效果。
针对强干扰条件下，超磁致伸缩致动器位移动态控制存在的不足，建立了强干扰下超磁致伸缩致动器动态线性化模型，设计了基于模糊切换增益调节的滑模控制器，实现了致动器的动态跟踪控制。提出的模糊滑模控制器能有效实现了致动器的动态控制，位移跟踪误差在5%以内，取得了良好的控制效果。
2015, 34(7): 1068-1071.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0719
摘要:
针对变频器对风电系统的影响，提出一种用于并网型风电机组恒频输出的无级调速系统。该调速装置由可连续调速电动机和差动轮系组成，通过调节电动机的输出转速，电动机调速传动系统可以实现在不同的风速下的恒转速输出，从而实现发电机恒频输出。建立所设计的电动机调速传动系统SIMULINK模型，并采用美国国家可再生能源实验室开发的FAST（fatigue， aerodynamics， structures and turbulence） 软件模拟不同风速下1.5 MW风力发电机的工作情况。通过FAST和SIMULINK仿真试验，在不同风速条件下，验证了设计的电动机调速传动系统。以上研究工作为并网型风电机组的无级调速传动系统设计奠定了一定的理论基础。
针对变频器对风电系统的影响，提出一种用于并网型风电机组恒频输出的无级调速系统。该调速装置由可连续调速电动机和差动轮系组成，通过调节电动机的输出转速，电动机调速传动系统可以实现在不同的风速下的恒转速输出，从而实现发电机恒频输出。建立所设计的电动机调速传动系统SIMULINK模型，并采用美国国家可再生能源实验室开发的FAST（fatigue， aerodynamics， structures and turbulence） 软件模拟不同风速下1.5 MW风力发电机的工作情况。通过FAST和SIMULINK仿真试验，在不同风速条件下，验证了设计的电动机调速传动系统。以上研究工作为并网型风电机组的无级调速传动系统设计奠定了一定的理论基础。
2015, 34(7): 1072-1075.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0720
摘要:
为了解决视觉AGV路径跟踪存在较严重的抖振问题，提出了一种免疫粒子群算法，通过其对滑模控制律参数进行优化，以达到更加精确、稳定地运动控制要求。介绍了基本粒子群算法，并引入免疫机理对其进行改进；分析了视觉AGV运动学模型，并设计了离散滑模控制律；在MATLAB软件中分别对直线、圆周两种轨迹进行了仿真。仿真试验证明：优化后的滑模控制器性能得到明显地提高，最大侧向偏差可以控制在0.038 m以内。
为了解决视觉AGV路径跟踪存在较严重的抖振问题，提出了一种免疫粒子群算法，通过其对滑模控制律参数进行优化，以达到更加精确、稳定地运动控制要求。介绍了基本粒子群算法，并引入免疫机理对其进行改进；分析了视觉AGV运动学模型，并设计了离散滑模控制律；在MATLAB软件中分别对直线、圆周两种轨迹进行了仿真。仿真试验证明：优化后的滑模控制器性能得到明显地提高，最大侧向偏差可以控制在0.038 m以内。
2015, 34(7): 1076-1079.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0721
摘要:
选用GHM多小波，对其进行平衡处理后，采用基于平衡正交多小波变换常模盲均衡算法（MWTCMA），对汽车信息总线中的受干扰的倒车影像信号进行自适应恢复实验，并将实验结果与常模盲均衡算法（CMA）和正交小波盲均衡算法（WTCMA）等方法进行对比。结果表明：采用MWTCMA方法可以提高仿真计算收敛速度，降低计算误差。
选用GHM多小波，对其进行平衡处理后，采用基于平衡正交多小波变换常模盲均衡算法（MWTCMA），对汽车信息总线中的受干扰的倒车影像信号进行自适应恢复实验，并将实验结果与常模盲均衡算法（CMA）和正交小波盲均衡算法（WTCMA）等方法进行对比。结果表明：采用MWTCMA方法可以提高仿真计算收敛速度，降低计算误差。
2015, 34(7): 1080-1084.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0722
摘要:
在汽车车身概念设计阶段，针对轻量化设计及优化白车身刚度问题，建立了某款纯电动铝合金汽车车身骨架基于真实接头的简化力学模型。运用灵敏度分析筛选出灵敏度较大部件，然后利用元模型的优化方法（hybrid and adaptive meta-modeling method，HAM）对灵敏度较大部件进行截面厚度优化，使优化目标车身质量得到了降低，同时改善了车身的模态和刚度，根据研究的数据制造了电动车车身。
在汽车车身概念设计阶段，针对轻量化设计及优化白车身刚度问题，建立了某款纯电动铝合金汽车车身骨架基于真实接头的简化力学模型。运用灵敏度分析筛选出灵敏度较大部件，然后利用元模型的优化方法（hybrid and adaptive meta-modeling method，HAM）对灵敏度较大部件进行截面厚度优化，使优化目标车身质量得到了降低，同时改善了车身的模态和刚度，根据研究的数据制造了电动车车身。
2015, 34(7): 1085-1088.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0723
摘要:
应用AMESim软件并结合AMESet二次开发平台，建立了某重型汽车变速器润滑系统流动与传热耦合仿真模型，并在变速器专用试验台上进行了模型的实验验证。应用所建模型完成了不同工况条件下润滑系统的流动与传热仿真，对典型润滑节点的润滑状况进行了分析评价及改进。结果表明：变速器在低速大负荷及高速小负荷工况下工作时，除中间轴左轴承润滑不足外，其余轴承均润滑良好；采取加大轴承润滑油道直径使节点流量率增大来改善中间轴左轴承润滑状况的措施是可行的。
应用AMESim软件并结合AMESet二次开发平台，建立了某重型汽车变速器润滑系统流动与传热耦合仿真模型，并在变速器专用试验台上进行了模型的实验验证。应用所建模型完成了不同工况条件下润滑系统的流动与传热仿真，对典型润滑节点的润滑状况进行了分析评价及改进。结果表明：变速器在低速大负荷及高速小负荷工况下工作时，除中间轴左轴承润滑不足外，其余轴承均润滑良好；采取加大轴承润滑油道直径使节点流量率增大来改善中间轴左轴承润滑状况的措施是可行的。
2015, 34(7): 1089-1093.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0724
摘要:
建立了考虑构架及弹性车体的车辆系统简化模型，分析了车下设备采用弹性悬吊和刚性悬吊两种方式对车体振动的影响。研究表明：车下设备弹性悬吊方式能够在一定的频率范围内有效降低车体的弹性振动。采用传递函数理论，推导了车下设备最优悬吊刚度的数学表达式，分析表明，车下设备最优悬吊刚度对应的频率应接近车体的一阶弯曲频率。结合有限元和Simpack软件建立了高速试验列车的三维刚柔耦合动力学模型，并对试验车辆进行了滚动台试验测试，仿真结果与试验结果能够很好的吻合。
建立了考虑构架及弹性车体的车辆系统简化模型，分析了车下设备采用弹性悬吊和刚性悬吊两种方式对车体振动的影响。研究表明：车下设备弹性悬吊方式能够在一定的频率范围内有效降低车体的弹性振动。采用传递函数理论，推导了车下设备最优悬吊刚度的数学表达式，分析表明，车下设备最优悬吊刚度对应的频率应接近车体的一阶弯曲频率。结合有限元和Simpack软件建立了高速试验列车的三维刚柔耦合动力学模型，并对试验车辆进行了滚动台试验测试，仿真结果与试验结果能够很好的吻合。
2015, 34(7): 1094-1098.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0725
摘要:
研究了铁路机车车辆运行过程中车轮辐板机械应力场的两种数值计算方法，将机械力进行傅立叶级数展开构建二维模型，通过对比二维轴对称模型和三维实体模型的计算结果，验证了二维轴对称模型的可行性。分析了车轮在运行过程中三种典型工况下辐板中机械应力场的分布情况及变化规律，通过对比车轮辐板的Von-Mises等效应力和径向应力，发现轮毂内圆角区域最为薄弱，承受较大的交变载荷。
研究了铁路机车车辆运行过程中车轮辐板机械应力场的两种数值计算方法，将机械力进行傅立叶级数展开构建二维模型，通过对比二维轴对称模型和三维实体模型的计算结果，验证了二维轴对称模型的可行性。分析了车轮在运行过程中三种典型工况下辐板中机械应力场的分布情况及变化规律，通过对比车轮辐板的Von-Mises等效应力和径向应力，发现轮毂内圆角区域最为薄弱，承受较大的交变载荷。
2015, 34(7): 1099-1103.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0726
摘要:
通过分析方向盘摆振的产生机理，提出了一种试验与仿真相结合的高效解决方法。通过试验对方向盘摆振现象进行诊断，找出方向盘摆振主要的激励源与传递路径；通过控制轮胎动平衡参数，降低轮胎激励；建立包括转向节-方向盘的完整转向系统有限元模型，并在转向节处加载实测加速度频谱对摆振进行仿真，将板件厚度与衬套刚度设置为离散优化变量，方向盘12点钟Y向加速度为目标函数，应用序列二次规划法优化转向系统的结构与隔振性能。通过工程实例证明：该方法能够快速、有效的解决方向盘摆振问题。
通过分析方向盘摆振的产生机理，提出了一种试验与仿真相结合的高效解决方法。通过试验对方向盘摆振现象进行诊断，找出方向盘摆振主要的激励源与传递路径；通过控制轮胎动平衡参数，降低轮胎激励；建立包括转向节-方向盘的完整转向系统有限元模型，并在转向节处加载实测加速度频谱对摆振进行仿真，将板件厚度与衬套刚度设置为离散优化变量，方向盘12点钟Y向加速度为目标函数，应用序列二次规划法优化转向系统的结构与隔振性能。通过工程实例证明：该方法能够快速、有效的解决方向盘摆振问题。
2015, 34(7): 1104-1108.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0727
摘要:
针对某电动轿车的铝合金车门，建立了有限元模型，对车门进行了模态分析以及4种较恶劣工况下的刚度分析，提出了一种基于拓扑优化、尺寸优化及多工况同步优化的综合优化方法。以车门重量最小化为目标，建立了优化模型，并对车门结构进行了轻量化设计。结果表明：该方法能准确寻找车门结构性能的薄弱区域，优化后4种工况下车门刚度提高67%~73%，重量仅增加5%。
针对某电动轿车的铝合金车门，建立了有限元模型，对车门进行了模态分析以及4种较恶劣工况下的刚度分析，提出了一种基于拓扑优化、尺寸优化及多工况同步优化的综合优化方法。以车门重量最小化为目标，建立了优化模型，并对车门结构进行了轻量化设计。结果表明：该方法能准确寻找车门结构性能的薄弱区域，优化后4种工况下车门刚度提高67%~73%，重量仅增加5%。
2015, 34(7): 1109-1113.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0728
摘要:
以某款车型前罩为研究对象，基于静态刚度与前罩外板弹性变形能力，通过材料替换与结构尺寸拓扑优化对前罩进行轻量化设计与分析，并通过与试验结果的对比，验证了前罩有限元仿真方法的准确性。轻量化设计的铝合金前罩满足了静态刚度以及外板弹性变形能力要求，减重效果达到47%。
以某款车型前罩为研究对象，基于静态刚度与前罩外板弹性变形能力，通过材料替换与结构尺寸拓扑优化对前罩进行轻量化设计与分析，并通过与试验结果的对比，验证了前罩有限元仿真方法的准确性。轻量化设计的铝合金前罩满足了静态刚度以及外板弹性变形能力要求，减重效果达到47%。
2015, 34(7): 1114-1116.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0729
摘要:
采用射频磁控溅射法在ITO基底上制备了HfO2和HfO2：Au薄膜，并对Cu/HfO2/ITO和Cu/HfO2：Au/ITO 三明治结构进行了电阻转变性能测试。结果表明：两者均展现出可逆双极电阻转变性能，但Cu/HfO2：Au/ITO器件的SET电压较小，电压分布更加集中并且性能更稳定。通过对器件双对数I-V曲线拟合分析，发现其电阻转变机制为空间电荷限制电流效应。金的掺入增加了薄膜中的缺陷，提高了基于氧空位的导电通道的均一性，从而优化了器件的电阻转变性能。
采用射频磁控溅射法在ITO基底上制备了HfO2和HfO2：Au薄膜，并对Cu/HfO2/ITO和Cu/HfO2：Au/ITO 三明治结构进行了电阻转变性能测试。结果表明：两者均展现出可逆双极电阻转变性能，但Cu/HfO2：Au/ITO器件的SET电压较小，电压分布更加集中并且性能更稳定。通过对器件双对数I-V曲线拟合分析，发现其电阻转变机制为空间电荷限制电流效应。金的掺入增加了薄膜中的缺陷，提高了基于氧空位的导电通道的均一性，从而优化了器件的电阻转变性能。
2015, 34(7): 1117-1122.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0730
摘要:
采用数值方法，研究了服从正态分布的总体在不同样本容量时其样本标准差的分布特征及变化规律，结果表明小子样条件下样本标准差呈偏态分布，具有Weibull分布的特征。利用三参数Weibull分布归纳出分布参数的数学模型，进而提出了一种具有更高精度的小子样总体标准差区间估计方法，并得到试验数据的验证。
采用数值方法，研究了服从正态分布的总体在不同样本容量时其样本标准差的分布特征及变化规律，结果表明小子样条件下样本标准差呈偏态分布，具有Weibull分布的特征。利用三参数Weibull分布归纳出分布参数的数学模型，进而提出了一种具有更高精度的小子样总体标准差区间估计方法，并得到试验数据的验证。
2015, 34(7): 1123-1126.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0731
摘要:
通过全面实验进行了金刚石涂层钻头钻削T300和T800碳纤维增强复合材料的研究，并用测力仪系统和超景深显微镜对钻削力和出口撕裂进行了测试与观察。运用指数公式模型对钻削力实验结果进行了回归分析，得到了T300和T800钻削力与转速以及进给量的之间关系式，并对该方程进行了检验，验证误差值均小于6%；建立了出口撕裂因子与钻削力的关系；T800碳纤维增强复合材料的轴向力与撕裂因子呈负线性关系，T300的轴向力与撕裂因子呈正线性关系。
通过全面实验进行了金刚石涂层钻头钻削T300和T800碳纤维增强复合材料的研究，并用测力仪系统和超景深显微镜对钻削力和出口撕裂进行了测试与观察。运用指数公式模型对钻削力实验结果进行了回归分析，得到了T300和T800钻削力与转速以及进给量的之间关系式，并对该方程进行了检验，验证误差值均小于6%；建立了出口撕裂因子与钻削力的关系；T800碳纤维增强复合材料的轴向力与撕裂因子呈负线性关系，T300的轴向力与撕裂因子呈正线性关系。
2015, 34(7): 1127-1130.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0732
摘要:
分析现有偏转驱动机构缺点，总结了弹头偏转机构的设计要求，并针对该要求设计出一种锥齿轮推杆式偏转机构；接着推导了锥齿轮推杆式偏转机构弹头偏角和电动机转动参数的关系。建立虚拟样机并结合ADAMS与MATLAB/Simulink开展联合仿真，证明锥齿轮推杆式驱动机构具有精度高、响应速度快、可实现较大角度偏转等优点，能够满足偏转弹头控制的要求。
分析现有偏转驱动机构缺点，总结了弹头偏转机构的设计要求，并针对该要求设计出一种锥齿轮推杆式偏转机构；接着推导了锥齿轮推杆式偏转机构弹头偏角和电动机转动参数的关系。建立虚拟样机并结合ADAMS与MATLAB/Simulink开展联合仿真，证明锥齿轮推杆式驱动机构具有精度高、响应速度快、可实现较大角度偏转等优点，能够满足偏转弹头控制的要求。
2015, 34(7): 1131-1134.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0733
摘要:
以空间弱撞击对接机构（LIDS）的对接精度为研究对象，参考并联空间六自由度机构的反解方程，推导了LIDS对接过程的精度分析模型。通过Matlab软件对机构对接过程中对接环的位置和姿态偏差特性进行了仿真分析，讨论了对接环铰点圆半径对机构精度的影响。以LIDS的初步设计仿真模型为例，得出了工作空间内位姿精度偏差最大值及其所处位置，验证了模型满足精度设计要求。
以空间弱撞击对接机构（LIDS）的对接精度为研究对象，参考并联空间六自由度机构的反解方程，推导了LIDS对接过程的精度分析模型。通过Matlab软件对机构对接过程中对接环的位置和姿态偏差特性进行了仿真分析，讨论了对接环铰点圆半径对机构精度的影响。以LIDS的初步设计仿真模型为例，得出了工作空间内位姿精度偏差最大值及其所处位置，验证了模型满足精度设计要求。
2015, 34(7): 1135-1139.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0734
摘要:
基于Volume of Fluid（VOF）方法建立了运动油滴/固体壁面斜碰撞及油膜铺展的数值计算模型，分析了运动油滴/固体壁面斜碰撞后的油膜铺展特征，讨论了油滴入射角、碰撞速度和油滴直径等对油膜铺展特征的影响规律。研究结果表明，前铺展因子随着入射角的减小而增大，随着碰撞速度和油滴直径的增大而增大；后铺展因子绝对值随着入射角和油滴直径的减小而减小，而碰撞速度对其几近没有影响，同时在入射角和油滴直径较小的情况下较易观察到铺展油膜的滑移现象；数值模拟结果与试验结果较好的吻合性证明了该数值模拟方法的正确性。
基于Volume of Fluid（VOF）方法建立了运动油滴/固体壁面斜碰撞及油膜铺展的数值计算模型，分析了运动油滴/固体壁面斜碰撞后的油膜铺展特征，讨论了油滴入射角、碰撞速度和油滴直径等对油膜铺展特征的影响规律。研究结果表明，前铺展因子随着入射角的减小而增大，随着碰撞速度和油滴直径的增大而增大；后铺展因子绝对值随着入射角和油滴直径的减小而减小，而碰撞速度对其几近没有影响，同时在入射角和油滴直径较小的情况下较易观察到铺展油膜的滑移现象；数值模拟结果与试验结果较好的吻合性证明了该数值模拟方法的正确性。
2015, 34(7): 1140-1143.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0735
摘要:
A320飞机尾翼的活动面（方向舵、升降舵）采用碳纤维复合材料蜂窝夹芯结构。阐述了A320飞机尾翼活动面在服役后的几次设计变更，针对几次改进设计构型通过FEM及CFD方法进行了数值模拟，研究了不同构型方案的特点，分析其改进的原因。
A320飞机尾翼的活动面（方向舵、升降舵）采用碳纤维复合材料蜂窝夹芯结构。阐述了A320飞机尾翼活动面在服役后的几次设计变更，针对几次改进设计构型通过FEM及CFD方法进行了数值模拟，研究了不同构型方案的特点，分析其改进的原因。
2015, 34(7): 1144-1148.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0736
摘要:
针对机身大开口结构的受力特点，采用工程方法分别研究了开口区结构在垂向载荷、侧向载荷及扭转载荷下的应力分布规律。通过对开口区的应力分析并与对应封闭机身圆筒结构的最大应力和剪流的对比，总结了边梁相对面积以及开口角度对开口区结构强度的影响规律。通过理论计算与试验数据的对比，对所采用的工程设计分析方法进行了验证，表明本文所用的工程方法可用于大型运输机开口结构的强度设计。
针对机身大开口结构的受力特点，采用工程方法分别研究了开口区结构在垂向载荷、侧向载荷及扭转载荷下的应力分布规律。通过对开口区的应力分析并与对应封闭机身圆筒结构的最大应力和剪流的对比，总结了边梁相对面积以及开口角度对开口区结构强度的影响规律。通过理论计算与试验数据的对比，对所采用的工程设计分析方法进行了验证，表明本文所用的工程方法可用于大型运输机开口结构的强度设计。
