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2017年 36卷 第12期
2017, 36(12): 1805-1809.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1201
摘要
PDF 963KB
摘要:
针对单体电池不一致性对电池成组性能影响问题，在对可互充模式锂电池并联成组模型分析基础上，推导建立了不可互充模式锂电池并联成组数学模型，给出了仿真计算流程，并对其成组特性进行了分析研究。通过对比可互充与不可互充模式并联电池组的仿真结果，可以得出：当考虑单体电池不一致性时，从电池安全性与利用效率角度出发，不可互充电池组优于可互充电池组。
针对单体电池不一致性对电池成组性能影响问题，在对可互充模式锂电池并联成组模型分析基础上，推导建立了不可互充模式锂电池并联成组数学模型，给出了仿真计算流程，并对其成组特性进行了分析研究。通过对比可互充与不可互充模式并联电池组的仿真结果，可以得出：当考虑单体电池不一致性时，从电池安全性与利用效率角度出发，不可互充电池组优于可互充电池组。
2017, 36(12): 1810-1815.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1202
摘要:
硬岩隧道掘进机（Tunnel boring machine，TBM）是用于隧道一次成型的大型装备。为分析地质条件、掘进状态等关键工程因素对装备掘进功率的影响规律并建立预估模型，首先对装备掘进过程的力学特征进行分析，抓住影响装备掘进过程的主要因素，推导出掘进推力和刀盘驱动扭矩表达式。基于输入能耗与载荷间的依存关系，建立了装备掘进功率的近似预估模型，并结合工程数据识别反映具体工况等因素的模型系数。进一步利用未参与建模过程的独立检验数据对所建立模型的有效性和适用性进行讨论。模型预测值与工程实测值的对比结果表明，建立的掘进功率近似力学模型能够综合反映操作参数、地质参数等关键因素的影响规律。
硬岩隧道掘进机（Tunnel boring machine，TBM）是用于隧道一次成型的大型装备。为分析地质条件、掘进状态等关键工程因素对装备掘进功率的影响规律并建立预估模型，首先对装备掘进过程的力学特征进行分析，抓住影响装备掘进过程的主要因素，推导出掘进推力和刀盘驱动扭矩表达式。基于输入能耗与载荷间的依存关系，建立了装备掘进功率的近似预估模型，并结合工程数据识别反映具体工况等因素的模型系数。进一步利用未参与建模过程的独立检验数据对所建立模型的有效性和适用性进行讨论。模型预测值与工程实测值的对比结果表明，建立的掘进功率近似力学模型能够综合反映操作参数、地质参数等关键因素的影响规律。
2017, 36(12): 1816-1822.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1203
摘要:
基于水声学原理和瞬变流理论，并结合标准的κ-ε模型，以双腔室自振脉冲喷嘴为研究对象，通过改变第二级腔室结构，应用FLUENT软件对该喷嘴进行内外流场数值模拟，得到了打击力最强的腔室结构，并将其与单腔室自振脉冲喷嘴打击力进行对比。研究结果表明，存在最佳腔长、腔径和下游碰撞壁形状时该喷嘴打击力最大且双腔室自振脉冲喷嘴打击力较单腔室大13.2%。构建实验装置进行冲蚀实验，通过分析不同结构的喷嘴对岩石的冲蚀规律以及统计冲蚀体积和深度。结果表明，冲蚀实验的喷嘴最佳结构与数值模拟相一致，与单腔的Helmholtz自激振荡喷嘴相比冲蚀体积和冲蚀深度提高了14.5%和12.6%。
基于水声学原理和瞬变流理论，并结合标准的κ-ε模型，以双腔室自振脉冲喷嘴为研究对象，通过改变第二级腔室结构，应用FLUENT软件对该喷嘴进行内外流场数值模拟，得到了打击力最强的腔室结构，并将其与单腔室自振脉冲喷嘴打击力进行对比。研究结果表明，存在最佳腔长、腔径和下游碰撞壁形状时该喷嘴打击力最大且双腔室自振脉冲喷嘴打击力较单腔室大13.2%。构建实验装置进行冲蚀实验，通过分析不同结构的喷嘴对岩石的冲蚀规律以及统计冲蚀体积和深度。结果表明，冲蚀实验的喷嘴最佳结构与数值模拟相一致，与单腔的Helmholtz自激振荡喷嘴相比冲蚀体积和冲蚀深度提高了14.5%和12.6%。
2017, 36(12): 1823-1829.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1204
摘要:
以织构化间隙密封液压缸为研究背景，利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模，采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散，分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟，获得最优微织构形貌，同时探讨了表面粗糙度，表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明：六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果，圆柱形微织构表面动压润滑性能最好；粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力，圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加，微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小，随着面积占有率的增加而减小。
以织构化间隙密封液压缸为研究背景，利用平均雷诺方程对缸筒与活塞的配合处微织构流场进行数学建模，采用有限差分法对平均雷诺方程进行离散，分别对织构形貌为球缺面、圆柱面、圆锥面、抛物面、六面体和正方体进行数值模拟，获得最优微织构形貌，同时探讨了表面粗糙度，表面方向参数和面积占有率对表面摩擦因数的影响。结果表明：六种不同形貌的微织构均能在活塞表面产生动压润滑效果，圆柱形微织构表面动压润滑性能最好；粗糙表面的粗糙峰在运动过程中能够形成动压承载力，圆柱形表面的摩擦因数随粗糙度的增加而增加，微织构的摩擦因数随表面方向参数的增加而减小，随着面积占有率的增加而减小。
2017, 36(12): 1830-1833.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1205
摘要:
金属橡胶隔振器作为军用装备上的悬置元件，具有很好的缓冲减振作用。首先根据等效阻尼理论及傅里叶级数展开式来近似表示金属橡胶元件在隔振系统中所产生的阻尼力和弹性恢复力，而后由所建立的数学模型出发，推导出其参数线性辨识方程，利用遗传算法得到金属橡胶材料的线性刚度、三次刚度及滑移刚度，最终通过对比得到了其在不同激励条件下所形成的变化趋势。
金属橡胶隔振器作为军用装备上的悬置元件，具有很好的缓冲减振作用。首先根据等效阻尼理论及傅里叶级数展开式来近似表示金属橡胶元件在隔振系统中所产生的阻尼力和弹性恢复力，而后由所建立的数学模型出发，推导出其参数线性辨识方程，利用遗传算法得到金属橡胶材料的线性刚度、三次刚度及滑移刚度，最终通过对比得到了其在不同激励条件下所形成的变化趋势。
2017, 36(12): 1834-1837.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1206
摘要:
在非惯性坐标系中，本文推导出具有大范围运动和非线性变形的平面柔性梁的动力学方程。通过研究和分析，本文精确模型新增加了两种耦合项：变形耦合项与基点速度耦合项。经过计算和仿真，发现这两种耦合导致了附加刚度项，动力刚度项的变化。
在非惯性坐标系中，本文推导出具有大范围运动和非线性变形的平面柔性梁的动力学方程。通过研究和分析，本文精确模型新增加了两种耦合项：变形耦合项与基点速度耦合项。经过计算和仿真，发现这两种耦合导致了附加刚度项，动力刚度项的变化。
2017, 36(12): 1838-1842.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1207
摘要:
在叙述振动疲劳寿命频域法中的Dirlik方法的基础上，根据模态试验修正有限元模型，采用有限元方法对点焊结构进行随机振动疲劳寿命预测。分析了不同PSD谱型对随机振动疲劳寿命的影响。结果表明：同一振动量级下，处于第1阶固有频率段的PSD幅值增加，随机振动疲劳寿命呈现明显下降趋势；在白噪声加速度功率谱作用下，功率谱密度幅值保持不变的条件下，随着带宽的增加，随机振动寿命呈现减小趋势，第1阶模态频率与第2阶模态频率间的非共振区频率段对随机振动疲劳寿命的影响是不可忽略。
在叙述振动疲劳寿命频域法中的Dirlik方法的基础上，根据模态试验修正有限元模型，采用有限元方法对点焊结构进行随机振动疲劳寿命预测。分析了不同PSD谱型对随机振动疲劳寿命的影响。结果表明：同一振动量级下，处于第1阶固有频率段的PSD幅值增加，随机振动疲劳寿命呈现明显下降趋势；在白噪声加速度功率谱作用下，功率谱密度幅值保持不变的条件下，随着带宽的增加，随机振动寿命呈现减小趋势，第1阶模态频率与第2阶模态频率间的非共振区频率段对随机振动疲劳寿命的影响是不可忽略。
2017, 36(12): 1843-1851.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1208
摘要:
大头瓦磨损故障是往复式机械严重故障之一，故障激励响应复杂，导致其难以早期预警。基于多体动力学理论，依据非线性碰撞模型和非线性摩擦模型，建立了大头瓦磨损故障的动力学模型；通过改变曲轴与大头瓦的间隙大小模拟大头瓦磨损故障的劣化过程；分析大头瓦磨损故障劣化过程接触碰撞力的变化规律及往复式机械的响应特征，提出了对应的早期预警和诊断方法。
大头瓦磨损故障是往复式机械严重故障之一，故障激励响应复杂，导致其难以早期预警。基于多体动力学理论，依据非线性碰撞模型和非线性摩擦模型，建立了大头瓦磨损故障的动力学模型；通过改变曲轴与大头瓦的间隙大小模拟大头瓦磨损故障的劣化过程；分析大头瓦磨损故障劣化过程接触碰撞力的变化规律及往复式机械的响应特征，提出了对应的早期预警和诊断方法。
2017, 36(12): 1852-1858.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1209
摘要:
传统的大功率三缸钻井泵的曲轴传动结构采用单侧啮合人字齿轮传递动力，由于齿轮位于曲轴的一端，当另一端的两个曲柄受力时，曲轴的应力和形变最大。为减轻这种状况，部分大功率钻井泵的曲轴传动结构采用了双侧啮合斜齿轮来传递动力。针对这种曲轴传动结构推导出曲轴上两个斜齿轮的啮合力、轴承的支反力以及曲轴各个截面突变处的扭矩和弯矩公式，对该曲轴进行强度校核，应用ANSYS workbench进行有限元法强度分析。分析结果表明，双侧斜齿轮传动曲轴在中间曲柄两侧最危险截面上最大应力比传统传动曲轴分别降低21.3%和11.5%，且最大变形量比传统传动曲轴降低45.3%，强度和刚度得到提高，同时适当增加曲轴上各圆角值，可提高曲轴的强度。
传统的大功率三缸钻井泵的曲轴传动结构采用单侧啮合人字齿轮传递动力，由于齿轮位于曲轴的一端，当另一端的两个曲柄受力时，曲轴的应力和形变最大。为减轻这种状况，部分大功率钻井泵的曲轴传动结构采用了双侧啮合斜齿轮来传递动力。针对这种曲轴传动结构推导出曲轴上两个斜齿轮的啮合力、轴承的支反力以及曲轴各个截面突变处的扭矩和弯矩公式，对该曲轴进行强度校核，应用ANSYS workbench进行有限元法强度分析。分析结果表明，双侧斜齿轮传动曲轴在中间曲柄两侧最危险截面上最大应力比传统传动曲轴分别降低21.3%和11.5%，且最大变形量比传统传动曲轴降低45.3%，强度和刚度得到提高，同时适当增加曲轴上各圆角值，可提高曲轴的强度。
2017, 36(12): 1859-1865.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1210
摘要:
针对传统PID在四旋翼飞行器轨迹跟踪控制方面存在的精度不高、鲁棒性差等不足，提出了一种滑模PID算法。并根据建立的四旋翼欧拉-庞卡莱动力学模型，设计滑模PID轨迹跟踪控制器。与传统PID算法相比，该算法通过选取PID滑模面，有效地提高系统的响应速度以及抗干扰的能力。通过MATLAB/Simulink，在不同条件下，分别对滑模PID和传统PID算法设计的控制系统进行仿真。仿真结果表明，该算法能够更为精确地跟踪期望轨迹，同时具有响应时间短，超调量小，鲁棒性强等优点。
针对传统PID在四旋翼飞行器轨迹跟踪控制方面存在的精度不高、鲁棒性差等不足，提出了一种滑模PID算法。并根据建立的四旋翼欧拉-庞卡莱动力学模型，设计滑模PID轨迹跟踪控制器。与传统PID算法相比，该算法通过选取PID滑模面，有效地提高系统的响应速度以及抗干扰的能力。通过MATLAB/Simulink，在不同条件下，分别对滑模PID和传统PID算法设计的控制系统进行仿真。仿真结果表明，该算法能够更为精确地跟踪期望轨迹，同时具有响应时间短，超调量小，鲁棒性强等优点。
2017, 36(12): 1866-1872.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1211
摘要:
典型3-RRR平面并联机构是一种具有两平移一转动输出的平面定位、传送装置，其应用较广。首先计算出该机构的耦合度k=1；其次，基于结构降耦原理，设计出一种零耦合度（k=0）的平面定位传送降耦机构，从而极易求得其位置正解解析式，且使得动平台的输入-输出具有运动解耦性；进一步，对该降耦机构的工作空间、奇异位形进行了分析。比较表明：降耦机构比原始机构的综合性能更为优越，结构降耦是机构拓扑结构优化的一种有效方法。
典型3-RRR平面并联机构是一种具有两平移一转动输出的平面定位、传送装置，其应用较广。首先计算出该机构的耦合度k=1；其次，基于结构降耦原理，设计出一种零耦合度（k=0）的平面定位传送降耦机构，从而极易求得其位置正解解析式，且使得动平台的输入-输出具有运动解耦性；进一步，对该降耦机构的工作空间、奇异位形进行了分析。比较表明：降耦机构比原始机构的综合性能更为优越，结构降耦是机构拓扑结构优化的一种有效方法。
2017, 36(12): 1873-1876.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1212
摘要:
针对风力发电机组传动链时变工况下振动信号非平稳和调制特点，提出了一种基于阶次跟踪和Hilbert包络解调的滚动轴承故障诊断的新方法。使用阶次跟踪把时间域采样转换成角度域进行等角度重采样，把时间域非平稳信号变换成角度域平稳信号，可消除"频谱模糊"现象，进一步应用Hilbert包络解调把低频故障信号从高频载波信号中解调出来。结果表明，阶次跟踪和Hilbert包络解调联合能够有效地提取时变工况下非平稳振动信号的故障特征频率并判断故障类型。
针对风力发电机组传动链时变工况下振动信号非平稳和调制特点，提出了一种基于阶次跟踪和Hilbert包络解调的滚动轴承故障诊断的新方法。使用阶次跟踪把时间域采样转换成角度域进行等角度重采样，把时间域非平稳信号变换成角度域平稳信号，可消除"频谱模糊"现象，进一步应用Hilbert包络解调把低频故障信号从高频载波信号中解调出来。结果表明，阶次跟踪和Hilbert包络解调联合能够有效地提取时变工况下非平稳振动信号的故障特征频率并判断故障类型。
2017, 36(12): 1877-1884.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1213
摘要:
针对目前剐齿加工生产中加工工件表面质量差，左右齿面加工精度不一致的问题，提出了一种等前角剐齿刀的设计计算方法。根据待加工工件齿面的几何特征和剐齿加工的运动关系，基于曲面共轭原理，求取工件齿面共轭面；选择球面作为初始前刀面，以无理论刃形误差为目标，采用齿面共轭面与初始前刀面的交线作为切削刃；根据切削前角一致性原则对初始前刀面进行再设计，沿切削刃构造前刀面；通过模拟刃磨，求取一系列无理论刃形误差的切削刃，依次构造后刀面，最终获得完整的具有相等切削前角的剐齿刀具；通过计算实例验证该设计计算方法的可行性和有效性。
针对目前剐齿加工生产中加工工件表面质量差，左右齿面加工精度不一致的问题，提出了一种等前角剐齿刀的设计计算方法。根据待加工工件齿面的几何特征和剐齿加工的运动关系，基于曲面共轭原理，求取工件齿面共轭面；选择球面作为初始前刀面，以无理论刃形误差为目标，采用齿面共轭面与初始前刀面的交线作为切削刃；根据切削前角一致性原则对初始前刀面进行再设计，沿切削刃构造前刀面；通过模拟刃磨，求取一系列无理论刃形误差的切削刃，依次构造后刀面，最终获得完整的具有相等切削前角的剐齿刀具；通过计算实例验证该设计计算方法的可行性和有效性。
2017, 36(12): 1885-1890.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1214
摘要:
曲面精密磨抛加工中，由于弹性磨具与曲面接触特征的多样性，弹性磨具呈现不规律的磨损，磨抛效果差且废品率高。为了从理论上得到磨抛效率与接触特征的关系，以M300钢为研究对象，在分析微观磨抛接触特征的基础上建立了残留峰的数学模型，通过数学推导和实验确定了残留峰移除面积与影响磨削精度的主要因素的精确表达式，利用田口法确定各个因素对磨抛效果的影响程度和最佳参数组合，并通过实验验证了该参数组合的正确性。
曲面精密磨抛加工中，由于弹性磨具与曲面接触特征的多样性，弹性磨具呈现不规律的磨损，磨抛效果差且废品率高。为了从理论上得到磨抛效率与接触特征的关系，以M300钢为研究对象，在分析微观磨抛接触特征的基础上建立了残留峰的数学模型，通过数学推导和实验确定了残留峰移除面积与影响磨削精度的主要因素的精确表达式，利用田口法确定各个因素对磨抛效果的影响程度和最佳参数组合，并通过实验验证了该参数组合的正确性。
2017, 36(12): 1891-1895.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1215
摘要:
为实现金属表面微结构高精度、高效率、稳定加工，结合微细电解加工技术和气膜保护原理，提出了一种新的加工方法——气膜屏蔽微细电解加工。对气膜屏蔽微细电解加工时气泡产生的分布规律、保护气膜对水跃现象的影响、微凹坑成形形貌进行分析。结果表明，采用相同加工参数下，气膜屏蔽微细电解加工方法相对电化学射流加工方法，加工出的微凹坑表面粗糙度降低了29.4%、深径比增加了85%、杂散腐蚀减少，进一步验证了所提出加工方法的优越性。
为实现金属表面微结构高精度、高效率、稳定加工，结合微细电解加工技术和气膜保护原理，提出了一种新的加工方法——气膜屏蔽微细电解加工。对气膜屏蔽微细电解加工时气泡产生的分布规律、保护气膜对水跃现象的影响、微凹坑成形形貌进行分析。结果表明，采用相同加工参数下，气膜屏蔽微细电解加工方法相对电化学射流加工方法，加工出的微凹坑表面粗糙度降低了29.4%、深径比增加了85%、杂散腐蚀减少，进一步验证了所提出加工方法的优越性。
2017, 36(12): 1896-1905.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1216
摘要:
以45°方锥台为研究对象，通过响应曲面分析法（RSM），利用Design-Export 8.0数学统计软件对SPIF的成形参数进行分析，采用Box-Behnken Design （BBD）实验方法，设计四因素三水平实验方案考察工具头直径D、层进给量Z、进给速度F和主轴转速S这四个因素对SPIF表面粗糙度值的影响，分别建立了SPIF纵向表面粗糙度和横向表面粗糙度的响应模型；进一步分析实际成形条件对成形参数的约束，以纵向和横向表面粗糙度整体最优，提高SPIF表面的成形质量为目标建立成形参数多目标优化模型；设计遗传算法程序并借助Matlab遗传算法工具箱进行优化问题求解。通过实验验证，该算法可以有效快速的获得满足多约束条件下的最佳成形参数。
以45°方锥台为研究对象，通过响应曲面分析法（RSM），利用Design-Export 8.0数学统计软件对SPIF的成形参数进行分析，采用Box-Behnken Design （BBD）实验方法，设计四因素三水平实验方案考察工具头直径D、层进给量Z、进给速度F和主轴转速S这四个因素对SPIF表面粗糙度值的影响，分别建立了SPIF纵向表面粗糙度和横向表面粗糙度的响应模型；进一步分析实际成形条件对成形参数的约束，以纵向和横向表面粗糙度整体最优，提高SPIF表面的成形质量为目标建立成形参数多目标优化模型；设计遗传算法程序并借助Matlab遗传算法工具箱进行优化问题求解。通过实验验证，该算法可以有效快速的获得满足多约束条件下的最佳成形参数。
2017, 36(12): 1906-1913.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1217
摘要:
为了解决车刀刀片的几何参数优选问题，提高加工质量和加工效率，提出了基于熵权逼近理想解排序（Technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS）的车刀刀片几何参数优选方法。该方法利用TOPSIS决策模型，结合有限元数值分析技术，综合考虑车削加工过程中的刀片磨损、切削力、刀屑接触温度及接触应力等多个结果指标，对刀片形状、后角、刀尖半径进行正交试验方案设计，采用DEFORM-3D分析得到不同方案下的指标值；利用熵权确定加权因子，构建加权归一化矩阵，确定各方案序列到理想解的距离，获得各方案的相对接近度。最后，根据各因子各水平对排序结果的影响程度，确定优化的刀片几何参数组合。通过实例对硬质合金刀片几何参数进行了优化选择。计算结果表明了该方法的可行性和有效性。
为了解决车刀刀片的几何参数优选问题，提高加工质量和加工效率，提出了基于熵权逼近理想解排序（Technique for order preference by similarity to ideal solution，TOPSIS）的车刀刀片几何参数优选方法。该方法利用TOPSIS决策模型，结合有限元数值分析技术，综合考虑车削加工过程中的刀片磨损、切削力、刀屑接触温度及接触应力等多个结果指标，对刀片形状、后角、刀尖半径进行正交试验方案设计，采用DEFORM-3D分析得到不同方案下的指标值；利用熵权确定加权因子，构建加权归一化矩阵，确定各方案序列到理想解的距离，获得各方案的相对接近度。最后，根据各因子各水平对排序结果的影响程度，确定优化的刀片几何参数组合。通过实例对硬质合金刀片几何参数进行了优化选择。计算结果表明了该方法的可行性和有效性。
2017, 36(12): 1914-1920.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1218
摘要:
利用田氏正交试验（L27）进行磨料水射流切割06Cr19Ni10钢板实验，将切割后工件断面表面粗糙度作为评测加工后工件表面质量的标准，选取的过程参数变量为：射流压力、喷嘴横移速度、靶距、磨料粒径和磨料流量。对实验数据进行回归分析，得到表面粗糙度关于5个过程参数变量的回归模型，通过响应面分析法对过程参数进行优化，得到最小表面粗糙度值对应的参数值。再利用人工神经网络对实验样本数据进行训练学习，得到表面粗糙度的最小预测值。分别通过人工智能算法（遗传模式搜索算法和模拟退火法）对过程参数优化，然后通过整合的人工神经网络-遗传模式搜索算法-模拟退火法技术对过程参数进行进一步优化，得到最小表面粗糙度值对应的最佳工艺参数值。通过实验验证了寻优结果的可靠性，通过对比，该整合技术相比单一的遗传模式搜索算法或模拟退火法，大大降低了表面粗糙度值和缩短了寻优时间。
利用田氏正交试验（L27）进行磨料水射流切割06Cr19Ni10钢板实验，将切割后工件断面表面粗糙度作为评测加工后工件表面质量的标准，选取的过程参数变量为：射流压力、喷嘴横移速度、靶距、磨料粒径和磨料流量。对实验数据进行回归分析，得到表面粗糙度关于5个过程参数变量的回归模型，通过响应面分析法对过程参数进行优化，得到最小表面粗糙度值对应的参数值。再利用人工神经网络对实验样本数据进行训练学习，得到表面粗糙度的最小预测值。分别通过人工智能算法（遗传模式搜索算法和模拟退火法）对过程参数优化，然后通过整合的人工神经网络-遗传模式搜索算法-模拟退火法技术对过程参数进行进一步优化，得到最小表面粗糙度值对应的最佳工艺参数值。通过实验验证了寻优结果的可靠性，通过对比，该整合技术相比单一的遗传模式搜索算法或模拟退火法，大大降低了表面粗糙度值和缩短了寻优时间。
2017, 36(12): 1921-1925.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1219
摘要:
为了设计一款成本低、效率高的中频感应加热器样机，利用ANSYS软件对感应加热立式氮化镓MOCVD反应室建立2D模型。首先分别通过改变加热线圈与石墨基座下表面距离及线圈之间的间距，研究分析其改变对石墨盘表面温度均匀性分布的影响，热-电耦合分析结果表明减小线圈和石墨之间的垂直距离及线圈之间的距离可以提高加热效率，并根据仿真结果对感应加热器的结构进行优化设计，确定加热效果较好的加热器结构。结合仿真与分析结果，制作出一台感应加热器样机。实验验证可知，石墨盘表面温度浮动在0.2%，温度分布均匀性较好，符合工艺的要求，满足生产条件。
为了设计一款成本低、效率高的中频感应加热器样机，利用ANSYS软件对感应加热立式氮化镓MOCVD反应室建立2D模型。首先分别通过改变加热线圈与石墨基座下表面距离及线圈之间的间距，研究分析其改变对石墨盘表面温度均匀性分布的影响，热-电耦合分析结果表明减小线圈和石墨之间的垂直距离及线圈之间的距离可以提高加热效率，并根据仿真结果对感应加热器的结构进行优化设计，确定加热效果较好的加热器结构。结合仿真与分析结果，制作出一台感应加热器样机。实验验证可知，石墨盘表面温度浮动在0.2%，温度分布均匀性较好，符合工艺的要求，满足生产条件。
2017, 36(12): 1926-1934.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1220
摘要:
为了简化机器人单目视觉-激光测距定位系统的标定过程，提出一种机器人定位系统快速标定方法。通过一次标定实验即可同时完成相机参数、相机畸变参数以及手眼关系的标定，并利用手眼关系对激光测距传感器进行标定。同时，为了提高系统的标定和定位精度，提出一种基于激光测距传感器的机器人定位系统姿态校正方法，通过建立姿态校正模型求解姿态修正角，并在此基础上对深度方向的测量误差进行补偿。实验结果表明，提出的标定方法和姿态校正方法具有简单、准确和可靠的特点，满足机器人脱模系统的定位精度要求。
为了简化机器人单目视觉-激光测距定位系统的标定过程，提出一种机器人定位系统快速标定方法。通过一次标定实验即可同时完成相机参数、相机畸变参数以及手眼关系的标定，并利用手眼关系对激光测距传感器进行标定。同时，为了提高系统的标定和定位精度，提出一种基于激光测距传感器的机器人定位系统姿态校正方法，通过建立姿态校正模型求解姿态修正角，并在此基础上对深度方向的测量误差进行补偿。实验结果表明，提出的标定方法和姿态校正方法具有简单、准确和可靠的特点，满足机器人脱模系统的定位精度要求。
2017, 36(12): 1935-1940.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1221
摘要:
汽车半主动悬置是中高级轿车和SUV提高舒适性的关键技术。针对两种不同类型的结构参数控制式半主动悬置，分别建立了集总参数模型，综合使用试验法和遗传算法对相关集总参数进行了辨识，分析了两种不同半主动悬置的动特性，试验验证了集总参数建模及辨识方法的正确性，为半主动悬置的选型设计、优化及性能预测分析提供设计方法和手段。
汽车半主动悬置是中高级轿车和SUV提高舒适性的关键技术。针对两种不同类型的结构参数控制式半主动悬置，分别建立了集总参数模型，综合使用试验法和遗传算法对相关集总参数进行了辨识，分析了两种不同半主动悬置的动特性，试验验证了集总参数建模及辨识方法的正确性，为半主动悬置的选型设计、优化及性能预测分析提供设计方法和手段。
2017, 36(12): 1941-1948.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1222
摘要:
随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展，使得活塞销座由于应力集中而引起疲劳裂纹。为此，设计了一种新型弧面衬套活塞销座，对衬套进行了运动分析和装配条件分析。通过有限元方法分析了活塞在机械载荷、热-机耦合载荷条件下的应力分布状态。研究结果表明：在机械载荷作用下，新型活塞-衬套的Mises应力比原活塞降低了25.3%，新型活塞销座最大Mises应力比原活塞降低了27.9%，新型活塞销座的接触应力比原活塞降低了35.4%。活塞在热-机耦合载荷作用下的应力状态与在机械载荷作用下的结果相似，活塞应力状态都有很大改善。装配有衬套的活塞销座的应力分布更加的均匀，更容易形成润滑油膜。因此，该结构具有降低活塞销座应力、提高润滑能力和提高活塞销座的疲劳寿命的优点。
随着CNG发动机不断地向着高速化、大功率的方向发展，使得活塞销座由于应力集中而引起疲劳裂纹。为此，设计了一种新型弧面衬套活塞销座，对衬套进行了运动分析和装配条件分析。通过有限元方法分析了活塞在机械载荷、热-机耦合载荷条件下的应力分布状态。研究结果表明：在机械载荷作用下，新型活塞-衬套的Mises应力比原活塞降低了25.3%，新型活塞销座最大Mises应力比原活塞降低了27.9%，新型活塞销座的接触应力比原活塞降低了35.4%。活塞在热-机耦合载荷作用下的应力状态与在机械载荷作用下的结果相似，活塞应力状态都有很大改善。装配有衬套的活塞销座的应力分布更加的均匀，更容易形成润滑油膜。因此，该结构具有降低活塞销座应力、提高润滑能力和提高活塞销座的疲劳寿命的优点。
2017, 36(12): 1949-1955.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1223
摘要:
为提高车辆行驶舒适性和减小轮胎对路面动载荷，建立二自由度天棚阻尼控制的半主动汽车悬架模型，将分数阶微积分理论应用到天棚阻尼控制的半主动汽车悬架上，采用Oustaloup数字滤波器模拟分数阶微积分，进而通过遗传算法寻找出分数阶天棚控制的最优参数。最后，建立分数阶天棚阻尼悬架系统的仿真模型，并对其进行时频域仿真分析。仿真结果表明：分数阶天棚阻尼半主动悬架在保持整数阶控制性能的前提下，在各个方面均有一定的提高和改善。
为提高车辆行驶舒适性和减小轮胎对路面动载荷，建立二自由度天棚阻尼控制的半主动汽车悬架模型，将分数阶微积分理论应用到天棚阻尼控制的半主动汽车悬架上，采用Oustaloup数字滤波器模拟分数阶微积分，进而通过遗传算法寻找出分数阶天棚控制的最优参数。最后，建立分数阶天棚阻尼悬架系统的仿真模型，并对其进行时频域仿真分析。仿真结果表明：分数阶天棚阻尼半主动悬架在保持整数阶控制性能的前提下，在各个方面均有一定的提高和改善。
2017, 36(12): 1956-1963.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1224
摘要:
在封严涂层弹性模量试验的基础上，建立封严涂层摩擦有限元模型，对民航发动机铝硅聚苯酯封严涂层的摩擦过程进行有限元分析。分析了摩擦系数、涂层厚度和粘结层厚度等参数对涂层/粘结层/基体系统应力分布的影响。分析结果表明：在切向载荷的作用下，随着摩擦系数的增大，涂层表面、涂层与粘结层的界面以及粘结层和基体界面处的应力峰值均增大；随着涂层厚度的增大，涂层表面及两界面处的应力峰值均减小，但当涂层厚度达到一定程度后，继续增加涂层厚度对降低应力峰值的效果不明显；粘结层厚度在一定范围内的变化对涂层表面和涂层与粘结层界面处的应力变化影响不大，但随着粘结层厚度的减小，粘结层与基体界面处的应力峰值均增大。
在封严涂层弹性模量试验的基础上，建立封严涂层摩擦有限元模型，对民航发动机铝硅聚苯酯封严涂层的摩擦过程进行有限元分析。分析了摩擦系数、涂层厚度和粘结层厚度等参数对涂层/粘结层/基体系统应力分布的影响。分析结果表明：在切向载荷的作用下，随着摩擦系数的增大，涂层表面、涂层与粘结层的界面以及粘结层和基体界面处的应力峰值均增大；随着涂层厚度的增大，涂层表面及两界面处的应力峰值均减小，但当涂层厚度达到一定程度后，继续增加涂层厚度对降低应力峰值的效果不明显；粘结层厚度在一定范围内的变化对涂层表面和涂层与粘结层界面处的应力变化影响不大，但随着粘结层厚度的减小，粘结层与基体界面处的应力峰值均增大。
2017, 36(12): 1964-1969.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1225
摘要:
由于航空发动机机匣的不连续性，机匣的力学传递特性将受到影响。对传统静子机匣部件振动特性进行分析时，常不考虑机匣螺栓连接结构的影响，从而导致仿真计算的结果产生较大的偏差。基于国内外研究现状，建立螺栓连接结构的有限元分析模型，在力学传递特性方面研究了螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数量对机匣抗弯刚度和振动频率的影响。结果表明：航空发动机机匣螺栓连接结构会导致其结构刚度下降；螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数量是影响航空发动机机匣抗弯刚度和振动频率的主要因素。
由于航空发动机机匣的不连续性，机匣的力学传递特性将受到影响。对传统静子机匣部件振动特性进行分析时，常不考虑机匣螺栓连接结构的影响，从而导致仿真计算的结果产生较大的偏差。基于国内外研究现状，建立螺栓连接结构的有限元分析模型，在力学传递特性方面研究了螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数量对机匣抗弯刚度和振动频率的影响。结果表明：航空发动机机匣螺栓连接结构会导致其结构刚度下降；螺栓预紧力、螺栓分布和螺栓数量是影响航空发动机机匣抗弯刚度和振动频率的主要因素。
2017, 36(12): 1970-1974.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.1226
摘要:
飞机液压管道系统存在大量用来连接两个轴向错位接头的Z型管道，不同布局的Z型管道具有不同的模态特性。Z型管道布局由弯头位置及弯管曲率半径这两个参数确定。通过模态试验结合数值仿真研究这两个布局参数对管道模态特性的影响规律。研究发现，Z型管道的1阶模态出现在垂直于管道平面方向上，2阶模态出现在管道平面。当弯头位置从靠近一端接头变化到与两端接头距离相等的位置时，管道的1阶固有频率增大，而2阶固有频率减小；当曲率半径增大时，管道的低阶固有频率都增大。
飞机液压管道系统存在大量用来连接两个轴向错位接头的Z型管道，不同布局的Z型管道具有不同的模态特性。Z型管道布局由弯头位置及弯管曲率半径这两个参数确定。通过模态试验结合数值仿真研究这两个布局参数对管道模态特性的影响规律。研究发现，Z型管道的1阶模态出现在垂直于管道平面方向上，2阶模态出现在管道平面。当弯头位置从靠近一端接头变化到与两端接头距离相等的位置时，管道的1阶固有频率增大，而2阶固有频率减小；当曲率半径增大时，管道的低阶固有频率都增大。
