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2017年 36卷 第2期
2017, 36(2): 165-171.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0201
摘要
PDF 1043KB
摘要:
针对弹跳机器人存在的欠驱动问题以及轨迹跟踪控制问题，提出了电机和液压混合驱动的欠驱动仿生柔性弹跳机器人系统。首先建立欠驱动柔性弹跳机器人的运动学模型，通过5次多项式规划、主动关节和被动关节的动力学耦合关系得出各关节转角的变化规律，然后比较了考虑驱动器特性和不考虑驱动器特性时质心的运动规律。其次，建立考虑驱动器特性的机器人完整动力学模型，采用部分反馈线性化和极点配置相结合的方法对其进行运动控制。最后，仿真证明柔性关节能提高机器人弹跳性能，提出的控制方法是可行的。
针对弹跳机器人存在的欠驱动问题以及轨迹跟踪控制问题，提出了电机和液压混合驱动的欠驱动仿生柔性弹跳机器人系统。首先建立欠驱动柔性弹跳机器人的运动学模型，通过5次多项式规划、主动关节和被动关节的动力学耦合关系得出各关节转角的变化规律，然后比较了考虑驱动器特性和不考虑驱动器特性时质心的运动规律。其次，建立考虑驱动器特性的机器人完整动力学模型，采用部分反馈线性化和极点配置相结合的方法对其进行运动控制。最后，仿真证明柔性关节能提高机器人弹跳性能，提出的控制方法是可行的。
2017, 36(2): 172-177.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0202
摘要:
为了研究端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构在循环荷载下的疲劳性能，通过试验，对比了焊接和栓焊两种不同连接结构疲劳寿命和疲劳失效机理的差异，分析了高强度螺栓对栓焊结构疲劳寿命的影响。结果表明，高强度螺栓能够减小焊缝处的受力，抑制裂纹扩展，提高结构连接刚度，有效延长结构的疲劳寿命。同时利用等效结构应力法对栓焊结构进行了寿命估算。估算结果与试验结果吻合良好，误差在10%以内，验证了等效结构应力法对端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构寿命估算的适用性。
为了研究端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构在循环荷载下的疲劳性能，通过试验，对比了焊接和栓焊两种不同连接结构疲劳寿命和疲劳失效机理的差异，分析了高强度螺栓对栓焊结构疲劳寿命的影响。结果表明，高强度螺栓能够减小焊缝处的受力，抑制裂纹扩展，提高结构连接刚度，有效延长结构的疲劳寿命。同时利用等效结构应力法对栓焊结构进行了寿命估算。估算结果与试验结果吻合良好，误差在10%以内，验证了等效结构应力法对端部角焊缝与高强度螺栓并用连接结构寿命估算的适用性。
2017, 36(2): 178-183.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0203
摘要:
设计了一种结构紧凑的双腔射击式气动冲击锤，建立了该冲击锤工作过程的动力学模型，通过数值求解得到了气动冲击锤冲击速度、位移随时间的变化规律，以及气动冲击锤结构和气动参数对芯锤运动特性的影响。结果表明：芯锤冲击速度随通气小孔的直径增大而增大，当直径增大到一定值后，冲击速度增大不再明显；背压腔排气孔直径的大小在一定范围内会改变芯锤速度的变化趋势，当排气孔直径较小时，芯锤速度先增后减，当排气孔直径增大到一定值后，芯锤速度始终增加；预压气腔的初始体积对芯锤的冲击速度没有影响。同时，采用有限元方法对冲击锤冲击碰撞过程进行了仿真，得到了冲击时间及冲击力的大小。研究表明，所设计的双腔射击式气动冲击锤具有结构轻、冲击力大的特点。
设计了一种结构紧凑的双腔射击式气动冲击锤，建立了该冲击锤工作过程的动力学模型，通过数值求解得到了气动冲击锤冲击速度、位移随时间的变化规律，以及气动冲击锤结构和气动参数对芯锤运动特性的影响。结果表明：芯锤冲击速度随通气小孔的直径增大而增大，当直径增大到一定值后，冲击速度增大不再明显；背压腔排气孔直径的大小在一定范围内会改变芯锤速度的变化趋势，当排气孔直径较小时，芯锤速度先增后减，当排气孔直径增大到一定值后，芯锤速度始终增加；预压气腔的初始体积对芯锤的冲击速度没有影响。同时，采用有限元方法对冲击锤冲击碰撞过程进行了仿真，得到了冲击时间及冲击力的大小。研究表明，所设计的双腔射击式气动冲击锤具有结构轻、冲击力大的特点。
2017, 36(2): 184-189.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0204
摘要:
针对轧机主传动系统振动研究往往忽略电机自身因素影响这一问题，考虑三相异步交流电机中漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数和空气摩擦系数等电机内部参数，并融入电机内部转子空气摩擦这一非线性因素，建立了交流电机-轧机主传动系统机电耦合数学模型。利用数值方法分析了漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数、空气摩擦系数对于轧机主传动系统振幅与调节时间的影响。
针对轧机主传动系统振动研究往往忽略电机自身因素影响这一问题，考虑三相异步交流电机中漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数和空气摩擦系数等电机内部参数，并融入电机内部转子空气摩擦这一非线性因素，建立了交流电机-轧机主传动系统机电耦合数学模型。利用数值方法分析了漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数、空气摩擦系数对于轧机主传动系统振幅与调节时间的影响。
2017, 36(2): 190-195.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0205
摘要:
在参数随机性影响下，借助Charlier正交多项式逼近，实现了Duffing映射系统的动力学行为和随机分岔研究。为了明确系统的随机特性，首先，对确定性Duffing映射的复杂动力学行为进行分析，明确其动力学行为的发生、发展和变化规律；其次，针对系统随机参数的类型，选取相应的Charlier正交多项式实现对随机Duffing映射的逼近，得到扩阶等价确定性系统，进而运用集合平均响应实现随机分岔行为分析。数值结果表明，受随机因素的影响，倍周期分岔点发生前移；且系统的收敛区域随着随机变量强度的增加而缩小。
在参数随机性影响下，借助Charlier正交多项式逼近，实现了Duffing映射系统的动力学行为和随机分岔研究。为了明确系统的随机特性，首先，对确定性Duffing映射的复杂动力学行为进行分析，明确其动力学行为的发生、发展和变化规律；其次，针对系统随机参数的类型，选取相应的Charlier正交多项式实现对随机Duffing映射的逼近，得到扩阶等价确定性系统，进而运用集合平均响应实现随机分岔行为分析。数值结果表明，受随机因素的影响，倍周期分岔点发生前移；且系统的收敛区域随着随机变量强度的增加而缩小。
2017, 36(2): 196-201.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0206
摘要:
力感主手的手腕对主手的动态性能影响很大。为提高主手的动态性能，在通用型力感主手的基础上，采用将捏持点从手腕腕心移出的方法对主手手腕结构进行改进。确定由于捏持点与手腕腕心不重合而产生的额外力矩不会对人的力感觉产生干扰的最大移出距离。在力感主手处于完全重力平衡的条件下，根据人机工程学提出手腕结构的改进方案，降低手腕质量，并提高了手腕结构的刚度，使主手末端的惯性力降低了57%，显著提升了主手的动态性能。
力感主手的手腕对主手的动态性能影响很大。为提高主手的动态性能，在通用型力感主手的基础上，采用将捏持点从手腕腕心移出的方法对主手手腕结构进行改进。确定由于捏持点与手腕腕心不重合而产生的额外力矩不会对人的力感觉产生干扰的最大移出距离。在力感主手处于完全重力平衡的条件下，根据人机工程学提出手腕结构的改进方案，降低手腕质量，并提高了手腕结构的刚度，使主手末端的惯性力降低了57%，显著提升了主手的动态性能。
2017, 36(2): 202-206.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0207
摘要:
以感应电场作用下的Morris-Lecar（ML）神经元模型为研究对象，研究了ML神经元的平衡态及稳定性。首先基于感应电场引起的膜极化电压ΔV的变化，给出了三类神经元的平衡态及其分岔行为。通过引入转换相图与平衡曲线，揭示了感应电场作用下神经元的放电机制。结果发现：分岔可引起神经元膜电压V绕平衡曲线运动，并产生簇发放电、峰放电、阈下放电现象。同时，在周期性正弦感应电场的激励下，神经元模型可产生不同的周期放电模式。极低频电磁场激励下的神元放电机制可为电磁场治疗神经疾病提供一定的理论参考，对大脑认知有潜在的应用价值。
以感应电场作用下的Morris-Lecar（ML）神经元模型为研究对象，研究了ML神经元的平衡态及稳定性。首先基于感应电场引起的膜极化电压ΔV的变化，给出了三类神经元的平衡态及其分岔行为。通过引入转换相图与平衡曲线，揭示了感应电场作用下神经元的放电机制。结果发现：分岔可引起神经元膜电压V绕平衡曲线运动，并产生簇发放电、峰放电、阈下放电现象。同时，在周期性正弦感应电场的激励下，神经元模型可产生不同的周期放电模式。极低频电磁场激励下的神元放电机制可为电磁场治疗神经疾病提供一定的理论参考，对大脑认知有潜在的应用价值。
2017, 36(2): 207-212.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0208
摘要:
基于有限元精确应力结果运用循环系数修正的疲劳积累理论对膜片弹簧寿命分析，并讨论工作位置对寿命影响。对膜片弹簧大端加载有限元分析，验证有限元算法精确性；对膜片弹簧疲劳测试工况应力分析，剔除预紧与松紧过程应力，运用基于应力控制的疲劳损伤理论，并用循环系数修法正对其修，对膜片弹簧疲劳寿命分析。借助Ncode Designlife平台Time Step模块，通过计算方法获得零件疲劳危险点位置，与以往实验一致，且与疲劳测试相符。精度较以往计算有较大提高，且该方法可用于所有周期性工作零件疲劳寿命预测。讨论了工作位置对膜片弹簧影响，当工作位置位于极大值点与拐点之间并尽量远离拐点时，膜片弹簧既能发挥其非线性弹性特性，又能保持较高的疲劳寿命。
基于有限元精确应力结果运用循环系数修正的疲劳积累理论对膜片弹簧寿命分析，并讨论工作位置对寿命影响。对膜片弹簧大端加载有限元分析，验证有限元算法精确性；对膜片弹簧疲劳测试工况应力分析，剔除预紧与松紧过程应力，运用基于应力控制的疲劳损伤理论，并用循环系数修法正对其修，对膜片弹簧疲劳寿命分析。借助Ncode Designlife平台Time Step模块，通过计算方法获得零件疲劳危险点位置，与以往实验一致，且与疲劳测试相符。精度较以往计算有较大提高，且该方法可用于所有周期性工作零件疲劳寿命预测。讨论了工作位置对膜片弹簧影响，当工作位置位于极大值点与拐点之间并尽量远离拐点时，膜片弹簧既能发挥其非线性弹性特性，又能保持较高的疲劳寿命。
2017, 36(2): 213-218.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0209
摘要:
为研究时滞对天棚阻尼半主动悬架动态特性及稳定性的影响，建立含时滞的二自由度半主动悬架模型，运用稳定性判据对该悬架系统进行时滞稳定性分析，提出悬架失稳临界时滞及其稳定裕度求取的分析理论及其计算方法；利用数值解法求出悬架系统临界时滞，得到不同基值阻尼和天棚阻尼增益下悬架系统失稳的临界时滞量及全（非全）时滞稳定域；通过建立含时滞半主动悬架系统仿真模型，分析得到时滞对悬架系统动特性及稳定性的影响规律。
为研究时滞对天棚阻尼半主动悬架动态特性及稳定性的影响，建立含时滞的二自由度半主动悬架模型，运用稳定性判据对该悬架系统进行时滞稳定性分析，提出悬架失稳临界时滞及其稳定裕度求取的分析理论及其计算方法；利用数值解法求出悬架系统临界时滞，得到不同基值阻尼和天棚阻尼增益下悬架系统失稳的临界时滞量及全（非全）时滞稳定域；通过建立含时滞半主动悬架系统仿真模型，分析得到时滞对悬架系统动特性及稳定性的影响规律。
2017, 36(2): 219-224.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0210
摘要:
多转子系统在运行过程中，往往需要保持各个转子的运动同步，以达到最佳的性能与输出效果。对于转子系统，设计了一种以支承响应作为输入的控制方法，实现了两个转子系统之间的完全同步。这种同步，在支承受到随机干扰和故障产生的脉冲干扰下，仍然能够保持很好的稳健性。首先对同步控制方法进行了理论分析与证明，然后以弹性支承悬臂转子为对象，进行了仿真验证。模拟实际基础激励，在支承处施加随机与脉冲载荷，仿真结果证明了同步的稳定性，并且达到了很高的精度。
多转子系统在运行过程中，往往需要保持各个转子的运动同步，以达到最佳的性能与输出效果。对于转子系统，设计了一种以支承响应作为输入的控制方法，实现了两个转子系统之间的完全同步。这种同步，在支承受到随机干扰和故障产生的脉冲干扰下，仍然能够保持很好的稳健性。首先对同步控制方法进行了理论分析与证明，然后以弹性支承悬臂转子为对象，进行了仿真验证。模拟实际基础激励，在支承处施加随机与脉冲载荷，仿真结果证明了同步的稳定性，并且达到了很高的精度。
2017, 36(2): 225-231.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0211
摘要:
由于海洋非成岩水合物藏没有封闭盖层，常规的开采方法不能直接应用，为此周守为院士提出了固态流化开采的新方法。固体流化开采技术的关键在于设计出一种能够全方位破碎并收集水合物的采掘工具。为此，参照现有的海底破岩工具，设计了一种全新的海底天然气水合物采掘钻头，该钻头既可沿竖向破碎水合物，又能沿横向破碎水合物，还能够实现快速聚碴、高效排屑的效果；其次建立了该钻头的有限元仿真模型，并利用Fluent软件对其进行流场分析。研究得出该钻头内部流体在不同工况下的速度分布规律，证明该钻头具有很好的可使用性。
由于海洋非成岩水合物藏没有封闭盖层，常规的开采方法不能直接应用，为此周守为院士提出了固态流化开采的新方法。固体流化开采技术的关键在于设计出一种能够全方位破碎并收集水合物的采掘工具。为此，参照现有的海底破岩工具，设计了一种全新的海底天然气水合物采掘钻头，该钻头既可沿竖向破碎水合物，又能沿横向破碎水合物，还能够实现快速聚碴、高效排屑的效果；其次建立了该钻头的有限元仿真模型，并利用Fluent软件对其进行流场分析。研究得出该钻头内部流体在不同工况下的速度分布规律，证明该钻头具有很好的可使用性。
2017, 36(2): 232-238.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0212
摘要:
为减少动力学模型不确定性（包括参数不确定和未知的负载干扰）对3-UPS/PU并联机构控制精度的影响，提出一种自适应滑模控制。首先在运动学反解基础上采用虚功原理建立该机构关于动平台工作空间的动力学模型。控制器结合了动力学名义模型和滑模控制理论，利用滑模面设计的自适应律可以对不确定性进行在线估计并补偿，从而提高系统鲁棒性。通过Lyapunov函数分析了系统稳定性。该控制器优点是：无需依赖不确定性上界，结构简单，易于工程应用，适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示，所采取的控制器能有效克服时变的模型不确定性，使动平台各自由度的平均跟踪误差相比传统滑模控制明显减少。
为减少动力学模型不确定性（包括参数不确定和未知的负载干扰）对3-UPS/PU并联机构控制精度的影响，提出一种自适应滑模控制。首先在运动学反解基础上采用虚功原理建立该机构关于动平台工作空间的动力学模型。控制器结合了动力学名义模型和滑模控制理论，利用滑模面设计的自适应律可以对不确定性进行在线估计并补偿，从而提高系统鲁棒性。通过Lyapunov函数分析了系统稳定性。该控制器优点是：无需依赖不确定性上界，结构简单，易于工程应用，适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示，所采取的控制器能有效克服时变的模型不确定性，使动平台各自由度的平均跟踪误差相比传统滑模控制明显减少。
2017, 36(2): 239-244.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0213
摘要:
为了更好地满足微创手术器械对运动灵活性和工作空间的要求，设计了一种六自由度丝传动微创手术器械。此手术器械的6个自由度包括：肩关节偏转自由度、肘关节俯仰自由度、腕关节俯仰自由度、自转自由度、指关节偏转自由度和手指的开合自由度。本微创手术器械在手指部分设计了快换手指，可以有效的节约在手术过程中更换手术器械的时间，同时减少了手术器械的成本。在手术器械结构设计的基础上对手术器械进行了运动学和工作空间分析。最后进行了运动学仿真，通过比较SolidWorks仿真和MATLAB运算中得到的三维空间手术器械末端运动轨迹，验证了手术器械结构的合理性和运动学的正确性。
为了更好地满足微创手术器械对运动灵活性和工作空间的要求，设计了一种六自由度丝传动微创手术器械。此手术器械的6个自由度包括：肩关节偏转自由度、肘关节俯仰自由度、腕关节俯仰自由度、自转自由度、指关节偏转自由度和手指的开合自由度。本微创手术器械在手指部分设计了快换手指，可以有效的节约在手术过程中更换手术器械的时间，同时减少了手术器械的成本。在手术器械结构设计的基础上对手术器械进行了运动学和工作空间分析。最后进行了运动学仿真，通过比较SolidWorks仿真和MATLAB运算中得到的三维空间手术器械末端运动轨迹，验证了手术器械结构的合理性和运动学的正确性。
2017, 36(2): 245-249.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0214
摘要:
为了研究直微通道中幂律流体的电黏性效应，建立了压力驱动微通道内流体流动的数学模型，其中双电层电势分布、流体流动及流动粒子输运特性分别由Poisson-Boltzmann（P-B）方程、Navier-Stokes（N-S）方程及Nernst-Plank（N-P）方程描述。讨论了微通道中有电黏性效应时溶液浓度；幂律指数对微通道内流体的速度分布、流动电场强度的影响。结果表明：对于nn的增大而减小，变化非常明显；而对于n>1的剪切变稠流体，黏度和流动速度几乎不受n的影响，在实际应用中可以忽略不计。
为了研究直微通道中幂律流体的电黏性效应，建立了压力驱动微通道内流体流动的数学模型，其中双电层电势分布、流体流动及流动粒子输运特性分别由Poisson-Boltzmann（P-B）方程、Navier-Stokes（N-S）方程及Nernst-Plank（N-P）方程描述。讨论了微通道中有电黏性效应时溶液浓度；幂律指数对微通道内流体的速度分布、流动电场强度的影响。结果表明：对于nn的增大而减小，变化非常明显；而对于n>1的剪切变稠流体，黏度和流动速度几乎不受n的影响，在实际应用中可以忽略不计。
2017, 36(2): 250-256.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0215
摘要:
设计了一种新型飞机机翼支撑平台，其主要结构为并联机构。该并联机构由动平台、静平台和两者之间3条相同的PRS支链组成，具有适用飞机机型多的优点，并研究了其尺度综合方法。在建立并联机构的静力雅可比矩阵基础上，提出当动平台所受外力和外力矩变化时，支链驱动力和约束力变化量的最大全域均值最小的静力学性能评价指标。同时兼顾具体工作实际给出约束条件，利用单调性分析的方法，研究了并联机构静力学性能和各约束条件随尺度参数的变化规律，进而寻求满足约束条件的最优尺度参数。最后通过算例验证了该尺度综合方法的有效性。
设计了一种新型飞机机翼支撑平台，其主要结构为并联机构。该并联机构由动平台、静平台和两者之间3条相同的PRS支链组成，具有适用飞机机型多的优点，并研究了其尺度综合方法。在建立并联机构的静力雅可比矩阵基础上，提出当动平台所受外力和外力矩变化时，支链驱动力和约束力变化量的最大全域均值最小的静力学性能评价指标。同时兼顾具体工作实际给出约束条件，利用单调性分析的方法，研究了并联机构静力学性能和各约束条件随尺度参数的变化规律，进而寻求满足约束条件的最优尺度参数。最后通过算例验证了该尺度综合方法的有效性。
2017, 36(2): 257-261.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0216
摘要:
为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律，采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况，然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明：经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀，表面为压应力，压应力沿试件深度方向先增后减；试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大，随滚压速度的增大而减小，而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化；试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大，但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化；相位差对残余应力影响可忽略不计。
为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律，采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况，然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明：经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀，表面为压应力，压应力沿试件深度方向先增后减；试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大，随滚压速度的增大而减小，而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化；试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大，但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化；相位差对残余应力影响可忽略不计。
2017, 36(2): 262-268.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0217
摘要:
将翘曲度、平面度、尺寸精度作为超薄平板塑件质量管控目标，基于Kriging方法建立了各质量目标与工艺变量之间的数学模型，并采用NSGA-II（非支配排序遗传算法II）遗传算法获得质量多目标的Pareto解集，然后通过Vague评估方法，在Pareto解集寻求满足设计要求的最优解，实现了超薄塑件成形质量的多目标优化。将优化过程应用于超薄导光板生产实践，大幅度提高了产品成型精度，增强了生产过程的稳健性，证实了优化过程的正确性与有效性，为超薄塑件的生产实践提供了可靠的理论方法。
将翘曲度、平面度、尺寸精度作为超薄平板塑件质量管控目标，基于Kriging方法建立了各质量目标与工艺变量之间的数学模型，并采用NSGA-II（非支配排序遗传算法II）遗传算法获得质量多目标的Pareto解集，然后通过Vague评估方法，在Pareto解集寻求满足设计要求的最优解，实现了超薄塑件成形质量的多目标优化。将优化过程应用于超薄导光板生产实践，大幅度提高了产品成型精度，增强了生产过程的稳健性，证实了优化过程的正确性与有效性，为超薄塑件的生产实践提供了可靠的理论方法。
2017, 36(2): 269-272.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0218
摘要:
为解决磁瓦表面缺陷对比度低、整体亮度不均匀以及磁瓦图像中存在大量的冲击噪声干扰等难题，提出了一种基于下包络线灰度对比度的缺陷检测算法。首先定义扫描线灰度对比度，用下包络的方式来优化每一行扫描灰度曲线，然后计算下包络线上的最大灰度对比度并判断该点是否为缺陷区域中的点从而得到缺陷区域的“骨架”，最后通过8邻接方式对“骨架”进行扩展得到完整的缺陷区域。实验证明，该方法能够有效解决冲击噪声对图像分割的影响，克服光照不均、表面存在磨削条纹等干扰，对不同类型缺陷有较好的分割效果。
为解决磁瓦表面缺陷对比度低、整体亮度不均匀以及磁瓦图像中存在大量的冲击噪声干扰等难题，提出了一种基于下包络线灰度对比度的缺陷检测算法。首先定义扫描线灰度对比度，用下包络的方式来优化每一行扫描灰度曲线，然后计算下包络线上的最大灰度对比度并判断该点是否为缺陷区域中的点从而得到缺陷区域的“骨架”，最后通过8邻接方式对“骨架”进行扩展得到完整的缺陷区域。实验证明，该方法能够有效解决冲击噪声对图像分割的影响，克服光照不均、表面存在磨削条纹等干扰，对不同类型缺陷有较好的分割效果。
2017, 36(2): 273-278.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0219
摘要:
为精确、高效地识别出滚动轴承不同程度、不同类型的故障，提出一种基于局部费歇尔判别分值（Localized fisher discriminant score，LFDS）的故障诊断方法。该方法首先从时域、频域及时频域构造原始故障特征集；然后运用LFDS选择出其中最能反映故障本质的敏感特征子集；最后将选择出的特征子集输入到最小二乘支持向量机进行模式识别。用滚动轴承一组故障特征数据集进行验证。结果表明，经LFDS选择出的特征能显著表现出不同故障类别间的差异。
为精确、高效地识别出滚动轴承不同程度、不同类型的故障，提出一种基于局部费歇尔判别分值（Localized fisher discriminant score，LFDS）的故障诊断方法。该方法首先从时域、频域及时频域构造原始故障特征集；然后运用LFDS选择出其中最能反映故障本质的敏感特征子集；最后将选择出的特征子集输入到最小二乘支持向量机进行模式识别。用滚动轴承一组故障特征数据集进行验证。结果表明，经LFDS选择出的特征能显著表现出不同故障类别间的差异。
2017, 36(2): 279-285.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0220
摘要:
针对高速电主轴产品的退化过程具有多个退化特征量，以及退化过程平稳、缓慢的特点，采用二元Wiener过程对其进行可靠性建模，并将二元Wiener过程的漂移参数看作随机变量来体现电主轴的个体差异性。利用极大似然法结合虚拟增广样本法和Bootstrap法来估计模型中的未知参数，以解决被试电主轴的小样本问题，得到电主轴产品寿命的可靠度函数。最后，通过对2根磨削电主轴产品的退化数据进行比较分析，验证了所提方法的合理性与精确性。
针对高速电主轴产品的退化过程具有多个退化特征量，以及退化过程平稳、缓慢的特点，采用二元Wiener过程对其进行可靠性建模，并将二元Wiener过程的漂移参数看作随机变量来体现电主轴的个体差异性。利用极大似然法结合虚拟增广样本法和Bootstrap法来估计模型中的未知参数，以解决被试电主轴的小样本问题，得到电主轴产品寿命的可靠度函数。最后，通过对2根磨削电主轴产品的退化数据进行比较分析，验证了所提方法的合理性与精确性。
2017, 36(2): 286-291.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0221
摘要:
管片拼装机自身刚度以及管片转动惯量大，导致拼装机回转时存在着起步冲击现象，难以实现精准控制。针对这一问题，基于回转系统速度控制方案，提出了实现该方案的模糊控制算法；通过联合仿真技术模拟拼装机的起步工况，研究了模糊控制算法对系统动态响应的补偿作用。将所提出的模糊控制算法写入系统电子控制单元（ECU），并在合作单位进行了实车试验。模拟仿真和试验结果表明：采用模糊控制算法后，可有效改善拼装机的动态性能，能很好地抑制其起步冲击现象。
管片拼装机自身刚度以及管片转动惯量大，导致拼装机回转时存在着起步冲击现象，难以实现精准控制。针对这一问题，基于回转系统速度控制方案，提出了实现该方案的模糊控制算法；通过联合仿真技术模拟拼装机的起步工况，研究了模糊控制算法对系统动态响应的补偿作用。将所提出的模糊控制算法写入系统电子控制单元（ECU），并在合作单位进行了实车试验。模拟仿真和试验结果表明：采用模糊控制算法后，可有效改善拼装机的动态性能，能很好地抑制其起步冲击现象。
2017, 36(2): 292-297.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0222
摘要:
建立了一种新型动力总成磁流变悬置的动力学模型，并对其进行动态特性试验。通过数值拟合方法对试验数据进行拟合，得到了电流与可控阻尼力的关系式，为磁流变悬置的控制应用提供了理论模型。考虑车辆悬架系统的等效刚度和阻尼，建立了磁流变半主动悬置系统模型。设计了磁流变半主动悬置Fuzzy-PID切换控制系统，对不同工况下磁流变半主动悬置系统的隔振特性进行了仿真研究，结果表明应用Fuzzy-PID切换控制的磁流变半主动悬置系统具有良好的隔振效果。
建立了一种新型动力总成磁流变悬置的动力学模型，并对其进行动态特性试验。通过数值拟合方法对试验数据进行拟合，得到了电流与可控阻尼力的关系式，为磁流变悬置的控制应用提供了理论模型。考虑车辆悬架系统的等效刚度和阻尼，建立了磁流变半主动悬置系统模型。设计了磁流变半主动悬置Fuzzy-PID切换控制系统，对不同工况下磁流变半主动悬置系统的隔振特性进行了仿真研究，结果表明应用Fuzzy-PID切换控制的磁流变半主动悬置系统具有良好的隔振效果。
2017, 36(2): 298-302.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0223
摘要:
复合材料结构受到冲击时会产生基体开裂、层脱等损伤，通常情况下损伤界面保持闭合接触。小幅值激励下应力波产生的应变极小，损伤界面仍处于闭合的线性状态，时间反转重构信号不能表明损伤的存在与否。针对该问题，采用不同幅值激励的时间反转方法进行损伤检测与识别，利用时间反转重构信号与激励信号的相关系数构造了损伤指数，开展了基于压电作动/传感阵列的复合材料板损伤识别与定位的实验研究。实验结果表明：小幅值激励下作动-传感的完整路径和损伤路径上的时间反转重构信号与原始激励信号相似程度均很高，不能表征结构中的损伤；而增大激励幅值至某一阈值后，损伤路径上的损伤指数明显增大，而完整路径上的损伤指数变化不明显；利用该方法准确地识别与定位了板中损伤。
复合材料结构受到冲击时会产生基体开裂、层脱等损伤，通常情况下损伤界面保持闭合接触。小幅值激励下应力波产生的应变极小，损伤界面仍处于闭合的线性状态，时间反转重构信号不能表明损伤的存在与否。针对该问题，采用不同幅值激励的时间反转方法进行损伤检测与识别，利用时间反转重构信号与激励信号的相关系数构造了损伤指数，开展了基于压电作动/传感阵列的复合材料板损伤识别与定位的实验研究。实验结果表明：小幅值激励下作动-传感的完整路径和损伤路径上的时间反转重构信号与原始激励信号相似程度均很高，不能表征结构中的损伤；而增大激励幅值至某一阈值后，损伤路径上的损伤指数明显增大，而完整路径上的损伤指数变化不明显；利用该方法准确地识别与定位了板中损伤。
2017, 36(2): 303-307.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0224
摘要:
为获得搅拌摩擦焊接（FSW）条件下单次加载断裂与循环加载断裂机制的演化规律，研究了FSW及标准基材2124-T851铝合金超低周疲劳（ELCF）特性。分析表明，FSW 试样S-N曲线在超低周疲劳寿命区符合幂函数关系但数据分散性大，且当指定寿命越大时，焊接试样相对于基材的定寿强度（SSFL）下降率越高。在极限寿命定义为1个循环的假设下，单次加载断裂与多次加载断裂具有统一的宏观变化规律，其微观断裂机制也具有连续演化的特征。超低周疲劳断口无明显的疲劳源区，FSW试样随着超低周疲劳寿命的增大，断裂特征由正断型向切断型转变。
为获得搅拌摩擦焊接（FSW）条件下单次加载断裂与循环加载断裂机制的演化规律，研究了FSW及标准基材2124-T851铝合金超低周疲劳（ELCF）特性。分析表明，FSW 试样S-N曲线在超低周疲劳寿命区符合幂函数关系但数据分散性大，且当指定寿命越大时，焊接试样相对于基材的定寿强度（SSFL）下降率越高。在极限寿命定义为1个循环的假设下，单次加载断裂与多次加载断裂具有统一的宏观变化规律，其微观断裂机制也具有连续演化的特征。超低周疲劳断口无明显的疲劳源区，FSW试样随着超低周疲劳寿命的增大，断裂特征由正断型向切断型转变。
2017, 36(2): 308-313.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0225
摘要:
为分割具有低对比度和噪声复杂的冷轧极薄带钢缺陷，在二维Otsu分割算法的基础上进行了改进。为了避免在一个很大的二维空间上搜索阈值，分解二维Otsu分割算法的二维直方图，分别在图像像素灰度直方图和像素邻域灰度直方图上进行阈值求解，并将获得的阈值作为最佳分割阈值。为改善分解过程中忽略的边缘和噪声影响，将平衡因子加入到像素邻域灰度分割阈值求解中。最后通过大量实验对二维Otsu分割算法、量子粒子群双阈值分割算法和改进分割算法的分割结果进行对比分析。实验表明，该算法能够快速高效地分割出冷轧极薄带钢表面的各种缺陷。
为分割具有低对比度和噪声复杂的冷轧极薄带钢缺陷，在二维Otsu分割算法的基础上进行了改进。为了避免在一个很大的二维空间上搜索阈值，分解二维Otsu分割算法的二维直方图，分别在图像像素灰度直方图和像素邻域灰度直方图上进行阈值求解，并将获得的阈值作为最佳分割阈值。为改善分解过程中忽略的边缘和噪声影响，将平衡因子加入到像素邻域灰度分割阈值求解中。最后通过大量实验对二维Otsu分割算法、量子粒子群双阈值分割算法和改进分割算法的分割结果进行对比分析。实验表明，该算法能够快速高效地分割出冷轧极薄带钢表面的各种缺陷。
2017, 36(2): 314-318.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0226
摘要:
对工业纯铝1060板料进行单点增量成形极限实验研究，比较了圆锥形件各部位厚度的分布情况。实验发现，当成形角增大时，成形件上部会出现厚度严重变薄的减薄带，并且破裂容易出现在减薄带上，影响板料成形极限。用最大成形角表征单点增量成形过程中的成形极限，分析了不同参数对板料最大成形角的-影响，发现层间距会影响板料的最大成形角，而工具头周向进给速度对最大成形角的影响不大，不同形状的成形件其最大成形角也不相同。最后通过实验获得了1 mm厚度铝板的成形极限曲线（FLC）。
对工业纯铝1060板料进行单点增量成形极限实验研究，比较了圆锥形件各部位厚度的分布情况。实验发现，当成形角增大时，成形件上部会出现厚度严重变薄的减薄带，并且破裂容易出现在减薄带上，影响板料成形极限。用最大成形角表征单点增量成形过程中的成形极限，分析了不同参数对板料最大成形角的-影响，发现层间距会影响板料的最大成形角，而工具头周向进给速度对最大成形角的影响不大，不同形状的成形件其最大成形角也不相同。最后通过实验获得了1 mm厚度铝板的成形极限曲线（FLC）。
2017, 36(2): 319-322.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0227
摘要:
针对某封闭空腔，研究了颗粒阻尼对其目标场点声压的影响。推导了声压与模态振型函数的关系式，揭示了声压随模态变化的规律。对某封闭空腔进行模态试验，研究了其主要模态振型的构成。通过在封闭空腔模态振型中相对位移较大的面上布置颗粒阻尼，降低了封闭空腔内目标场点的声压。结果显示，相比无颗粒阻尼，当颗粒阻尼布置于封闭空腔的第1阶模态振型中相对位移较大的面上时，封闭空腔内目标场点的声压总有效值降低程度最大，由107.99 dB降至104.08 dB，下降值达到了3.91 dB。
针对某封闭空腔，研究了颗粒阻尼对其目标场点声压的影响。推导了声压与模态振型函数的关系式，揭示了声压随模态变化的规律。对某封闭空腔进行模态试验，研究了其主要模态振型的构成。通过在封闭空腔模态振型中相对位移较大的面上布置颗粒阻尼，降低了封闭空腔内目标场点的声压。结果显示，相比无颗粒阻尼，当颗粒阻尼布置于封闭空腔的第1阶模态振型中相对位移较大的面上时，封闭空腔内目标场点的声压总有效值降低程度最大，由107.99 dB降至104.08 dB，下降值达到了3.91 dB。
2017, 36(2): 323-328.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0228
摘要:
以一等剖面均匀直机翼为研究对象建立一套基于概率颤振的定量风险评估和参数灵敏度分析方法，以降低颤振失效发生的概率。运用广义Hamilton原理建立结构运动方程，通过特征值分析得到结构的颤振速度。假设模型中的结构参数均满足正态分布，采用蒙特卡罗法得到在不同给定速度下发生颤振失效的概率分布，在此基础上选取颤振失效概率为0.1%时的颤振速度构造线抽样法进行参数灵敏度研究以得到影响颤振失效的重要影响参数。结果表明，减小展长和弦长的期望值和变异性，或者提高弯曲和扭转刚度的期望值，均可以降低颤振失效的概率。
以一等剖面均匀直机翼为研究对象建立一套基于概率颤振的定量风险评估和参数灵敏度分析方法，以降低颤振失效发生的概率。运用广义Hamilton原理建立结构运动方程，通过特征值分析得到结构的颤振速度。假设模型中的结构参数均满足正态分布，采用蒙特卡罗法得到在不同给定速度下发生颤振失效的概率分布，在此基础上选取颤振失效概率为0.1%时的颤振速度构造线抽样法进行参数灵敏度研究以得到影响颤振失效的重要影响参数。结果表明，减小展长和弦长的期望值和变异性，或者提高弯曲和扭转刚度的期望值，均可以降低颤振失效的概率。
