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2017年 36卷 第3期
2017, 36(3): 329-334.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0301
摘要
PDF 1017KB
摘要:
为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响，应用欧拉模型，RNG κ-ε（Renormalization-group κ-ε）湍流模型及SIMPLEC算法，对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟，研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明：随着转速n的增大，叶轮流道区域内的边界层更易分离，过流能力减弱，在叶轮出口处，射流-尾迹结构越强，水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈，此区域流动愈加混乱，在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大，混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了，增大了过流能力，减弱了水力损失。
为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响，应用欧拉模型，RNG κ-ε（Renormalization-group κ-ε）湍流模型及SIMPLEC算法，对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟，研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明：随着转速n的增大，叶轮流道区域内的边界层更易分离，过流能力减弱，在叶轮出口处，射流-尾迹结构越强，水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈，此区域流动愈加混乱，在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大，混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了，增大了过流能力，减弱了水力损失。
2017, 36(3): 335-340.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0302
摘要:
为了探究连杆的弹性变形对机体表面振动的影响，运用AVL-EXCITE Designer软件对某六缸柴油机进行多体动力学分析，建立了缸体、曲轴、连杆的有限元模型，并对缸体、曲轴的有限元模型进行模态分析及实验验证，确保了模型的准确性。通过发动机表面不同位置处选取点的振动加速度来评价连杆分别采用刚性体和柔性体对机体表面振动的影响。结果显示，对比连杆为刚性情况，弹性因素存在的情况下，缸体上各个分析点的加速度值都有一定的下降，并且在峰值处波动程度明显下降。于此同时，连杆柔性化处理使得主轴承方向受力变小，并且最小油膜厚度在峰值处也会变小。所以，在仿真中连杆的柔性化使得仿真更符合真实情况，探究其对机体表面振动的影响将有助于低噪声柴油机的研发。
为了探究连杆的弹性变形对机体表面振动的影响，运用AVL-EXCITE Designer软件对某六缸柴油机进行多体动力学分析，建立了缸体、曲轴、连杆的有限元模型，并对缸体、曲轴的有限元模型进行模态分析及实验验证，确保了模型的准确性。通过发动机表面不同位置处选取点的振动加速度来评价连杆分别采用刚性体和柔性体对机体表面振动的影响。结果显示，对比连杆为刚性情况，弹性因素存在的情况下，缸体上各个分析点的加速度值都有一定的下降，并且在峰值处波动程度明显下降。于此同时，连杆柔性化处理使得主轴承方向受力变小，并且最小油膜厚度在峰值处也会变小。所以，在仿真中连杆的柔性化使得仿真更符合真实情况，探究其对机体表面振动的影响将有助于低噪声柴油机的研发。
2017, 36(3): 341-346.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0303
摘要:
放射性粒子植入治疗术是目前治疗颅颌面肿瘤的一种有效手段，但存在手动植入精度低、手术时间长、医生遭受辐射等问题。为此结合手术特点和需求，设计了一种新型的颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人，以实现机器人自动植入粒子辅助治疗颅颌面肿瘤的目的。本文设计了颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人系统，完成了机器人本体和粒子植入装置的机构设计，建立了运动学方程并给出了机器人到达目标点的各关节运动学解。最后，设计了机器人连续自动植入粒子手术模式下的控制系统，完成了基于标记点的空间配准，实现了机器人自动植入粒子。实验表明，该机器人定位精度高，可安全有效的自动植入粒子，满足颅颌面肿瘤手术要求。
放射性粒子植入治疗术是目前治疗颅颌面肿瘤的一种有效手段，但存在手动植入精度低、手术时间长、医生遭受辐射等问题。为此结合手术特点和需求，设计了一种新型的颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人，以实现机器人自动植入粒子辅助治疗颅颌面肿瘤的目的。本文设计了颅颌面肿瘤粒子植入手术机器人系统，完成了机器人本体和粒子植入装置的机构设计，建立了运动学方程并给出了机器人到达目标点的各关节运动学解。最后，设计了机器人连续自动植入粒子手术模式下的控制系统，完成了基于标记点的空间配准，实现了机器人自动植入粒子。实验表明，该机器人定位精度高，可安全有效的自动植入粒子，满足颅颌面肿瘤手术要求。
2017, 36(3): 347-353.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0304
摘要:
PDC-牙轮复合钻头是一种综合了PDC钻头与牙轮钻头结构特点和工作原理的新型钻头，能更高效地钻进硬地层。但由于对其破岩机理认识不足，使得PDC-牙轮复合钻头的研发具有盲目性，推广受限。基于弹塑性力学和岩石破碎学，采用Drucker-Prager准则描述岩石本构关系，塑形应变作为破岩判据，通过有限元法建立全尺寸复合钻头和PDC钻头动态破岩的非线性动力学模型，分析了复合钻头作用下硬地层岩石的破坏机制，对比了硬地层中两种钻头的动态破岩过程。结果表明：复合钻头钻井能满足井壁稳定性的要求，然而一旦井壁失稳，井壁岩石将大块脱落；以拉应力破岩为主是复合钻头在硬地层中大幅提高机械钻速的原因之一；硬地层中复合钻头扭转振动低于PDC钻头，破岩效率更高；由于牙轮滚动的多边形效应，复合钻头沿钻进方向对岩石的冲击较PDC钻头更大，能更快钻进硬地层。
PDC-牙轮复合钻头是一种综合了PDC钻头与牙轮钻头结构特点和工作原理的新型钻头，能更高效地钻进硬地层。但由于对其破岩机理认识不足，使得PDC-牙轮复合钻头的研发具有盲目性，推广受限。基于弹塑性力学和岩石破碎学，采用Drucker-Prager准则描述岩石本构关系，塑形应变作为破岩判据，通过有限元法建立全尺寸复合钻头和PDC钻头动态破岩的非线性动力学模型，分析了复合钻头作用下硬地层岩石的破坏机制，对比了硬地层中两种钻头的动态破岩过程。结果表明：复合钻头钻井能满足井壁稳定性的要求，然而一旦井壁失稳，井壁岩石将大块脱落；以拉应力破岩为主是复合钻头在硬地层中大幅提高机械钻速的原因之一；硬地层中复合钻头扭转振动低于PDC钻头，破岩效率更高；由于牙轮滚动的多边形效应，复合钻头沿钻进方向对岩石的冲击较PDC钻头更大，能更快钻进硬地层。
2017, 36(3): 354-358.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0305
摘要:
基于Assur杆组理论，分析平面单自由度多环机构的结构特征，根据Assur杆组与机构输入和输出构件之间的拓扑关系给出平面单自由度多环机构的一般化描述方法。在此基础上，采用螺旋理论的虚系数概念，定义Assur杆组的传递特性，根据杆组之间连接方式构建出平面单自由度多环机构的整体传递特性指标。以一种凸轮连杆机构为例进行传递特性分析，该种方法与机构的实际工作状态密切相关，验证了传递特性指标的有效性。
基于Assur杆组理论，分析平面单自由度多环机构的结构特征，根据Assur杆组与机构输入和输出构件之间的拓扑关系给出平面单自由度多环机构的一般化描述方法。在此基础上，采用螺旋理论的虚系数概念，定义Assur杆组的传递特性，根据杆组之间连接方式构建出平面单自由度多环机构的整体传递特性指标。以一种凸轮连杆机构为例进行传递特性分析，该种方法与机构的实际工作状态密切相关，验证了传递特性指标的有效性。
2017, 36(3): 359-364.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0306
摘要:
为研究行星轮系的故障特性，分别建立了含行星轮断齿和磨损故障的行星轮系量纲一非线性动力学方程。利用数值方法对建立的非线性微分方程进行求解，获得系统的分岔图、相图及Poincaré截面，研究行星轮断齿故障、行星轮全齿磨损故障随激励频率变化的分岔特性及故障特性，并分析了啮合阻尼比及外部激励对系统的影响。研究发现，含断齿故障的行星轮系运动状态的变化规律；行星轮全齿磨损故障对系统分岔特性的影响；啮合阻尼比与外部激励对系统混沌特性的影响。
为研究行星轮系的故障特性，分别建立了含行星轮断齿和磨损故障的行星轮系量纲一非线性动力学方程。利用数值方法对建立的非线性微分方程进行求解，获得系统的分岔图、相图及Poincaré截面，研究行星轮断齿故障、行星轮全齿磨损故障随激励频率变化的分岔特性及故障特性，并分析了啮合阻尼比及外部激励对系统的影响。研究发现，含断齿故障的行星轮系运动状态的变化规律；行星轮全齿磨损故障对系统分岔特性的影响；啮合阻尼比与外部激励对系统混沌特性的影响。
2017, 36(3): 365-371.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0307
摘要:
三自由度支链嵌套机构是一种视觉上各支链间存嵌套的新型机构，该机构活动空间大，安装空间小。但由于各支链存嵌套，彼此之间并不是完全分离，使得其支链划分方式不唯一，其中的不合理的支链划分方式会导致自由度计算错误，无法正确识别机构的主螺旋等问题。针对这一问题提出了一种判断支链划分合理性的方法。该方法以欠秩空间并联机构输入选取理论作为判断依据，首先求取各个不同支链划分方式的结构约束反螺旋的最大线性无关组，然后计算机构自由度，最后求刚化机构主动副后映射到动平台的反螺旋系，并判断其线性相关性，从而确定支链划分的输入选取的合理性，其中满足输入选取理论的支链划分方式即为合理的支链划分方式。
三自由度支链嵌套机构是一种视觉上各支链间存嵌套的新型机构，该机构活动空间大，安装空间小。但由于各支链存嵌套，彼此之间并不是完全分离，使得其支链划分方式不唯一，其中的不合理的支链划分方式会导致自由度计算错误，无法正确识别机构的主螺旋等问题。针对这一问题提出了一种判断支链划分合理性的方法。该方法以欠秩空间并联机构输入选取理论作为判断依据，首先求取各个不同支链划分方式的结构约束反螺旋的最大线性无关组，然后计算机构自由度，最后求刚化机构主动副后映射到动平台的反螺旋系，并判断其线性相关性，从而确定支链划分的输入选取的合理性，其中满足输入选取理论的支链划分方式即为合理的支链划分方式。
2017, 36(3): 372-377.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0308
摘要:
为了达到关节机器人轨迹跟踪控制的目的，针对由于机器人结构参数、作业环境干扰及结构共振模式等不确定性因素造成的机器人不确定性动力学模型，将该模型分解为名义模型和建模误差两部分，其中的建模误差采用RBF神经网络进行补偿和估计，得到其估计信息。RBF神经网络的权值通过Lyapunov稳定性分析和自适应算法进行调节。机器人的神经网络补偿自适应控制解决了机器人这类不确定模型的轨迹跟踪控制问题。对3关节机器人实验验证结果表明，3关节均在约4 s时跟踪期望轨迹，并且跟踪误差渐近趋近于0，并且RBF神经网络能很好地逼近由不确定性因素引起的建模部分。
为了达到关节机器人轨迹跟踪控制的目的，针对由于机器人结构参数、作业环境干扰及结构共振模式等不确定性因素造成的机器人不确定性动力学模型，将该模型分解为名义模型和建模误差两部分，其中的建模误差采用RBF神经网络进行补偿和估计，得到其估计信息。RBF神经网络的权值通过Lyapunov稳定性分析和自适应算法进行调节。机器人的神经网络补偿自适应控制解决了机器人这类不确定模型的轨迹跟踪控制问题。对3关节机器人实验验证结果表明，3关节均在约4 s时跟踪期望轨迹，并且跟踪误差渐近趋近于0，并且RBF神经网络能很好地逼近由不确定性因素引起的建模部分。
2017, 36(3): 378-385.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0309
摘要:
探讨了工业机器人误差模型及位姿误差补偿的现有方法；对基于空间插值的补偿方法进行研究，提出机器人位置和机器人位姿误差两者之间的高度相关性是插值补偿法有效的先决条件；对利用微分法建立的机器人位姿误差模型进行研究，得到在机器人末端姿态不变时任意两点的位置误差的差值和姿态误差的差值分别与该两点位置差值呈高度线性关系；提出一种基于均匀数据场的空间IDSW（反距离平方加权）插值算法的机器人位姿误差补偿方法，并设计对比实验，仿真验证了本文所提出方法的有效性。
探讨了工业机器人误差模型及位姿误差补偿的现有方法；对基于空间插值的补偿方法进行研究，提出机器人位置和机器人位姿误差两者之间的高度相关性是插值补偿法有效的先决条件；对利用微分法建立的机器人位姿误差模型进行研究，得到在机器人末端姿态不变时任意两点的位置误差的差值和姿态误差的差值分别与该两点位置差值呈高度线性关系；提出一种基于均匀数据场的空间IDSW（反距离平方加权）插值算法的机器人位姿误差补偿方法，并设计对比实验，仿真验证了本文所提出方法的有效性。
2017, 36(3): 386-390.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0310
摘要:
为了解决慢走丝线切割加工中难以同时获得较快加工速度和较优表面质量的问题，从其加工参数与加工指标之间的高度非线性关系入手；选取水压（WP）、脉冲时间（Ton）、脉冲间隔（Toff）、电极丝张力（WT）、丝速（WS）和伺服参考电压（SV）作为优化参数，以表面粗糙度（Ra）、材料去除率（MRR）作为优化指标，设计正交实验；创新运用支持向量机回归（SVMR）结合粒子群优化算法（PSO）建立其多目标预测优化模型，得到最优加工参数；实验结果表明，所建立的多目标预测优化模型预测精度高、优化效果显著。
为了解决慢走丝线切割加工中难以同时获得较快加工速度和较优表面质量的问题，从其加工参数与加工指标之间的高度非线性关系入手；选取水压（WP）、脉冲时间（Ton）、脉冲间隔（Toff）、电极丝张力（WT）、丝速（WS）和伺服参考电压（SV）作为优化参数，以表面粗糙度（Ra）、材料去除率（MRR）作为优化指标，设计正交实验；创新运用支持向量机回归（SVMR）结合粒子群优化算法（PSO）建立其多目标预测优化模型，得到最优加工参数；实验结果表明，所建立的多目标预测优化模型预测精度高、优化效果显著。
2017, 36(3): 391-396.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0311
摘要:
错齿BTA钻头刀体结构复杂，在钻削过程中既要承受较大的钻削力，又要具有足够大的排屑空间，解决刀体强度与排屑能力之间的矛盾是实现错齿BTA钻头优化设计的关键。采用有限元模拟分析与实验相结合的方法，对核电管板加工用错齿BTA钻头在扭转载荷作用下刀体强度及其应力应变分布特征进行了研究。结果表明：现有的错齿BTA钻头刀体在外齿根部与刀体中心两个排屑通道之间的横筋处为薄弱环节，存在较为严重的应力集中现象，扭矩实验中裂纹的产生部位与有限元模拟分析结果一致。通过采用形状优化及拓扑结构优化的方法对刀体薄弱环节进行优化改进，实现了刀体强度与排屑能力的综合优化，提高了错齿BTA钻头管板深孔加工效率。
错齿BTA钻头刀体结构复杂，在钻削过程中既要承受较大的钻削力，又要具有足够大的排屑空间，解决刀体强度与排屑能力之间的矛盾是实现错齿BTA钻头优化设计的关键。采用有限元模拟分析与实验相结合的方法，对核电管板加工用错齿BTA钻头在扭转载荷作用下刀体强度及其应力应变分布特征进行了研究。结果表明：现有的错齿BTA钻头刀体在外齿根部与刀体中心两个排屑通道之间的横筋处为薄弱环节，存在较为严重的应力集中现象，扭矩实验中裂纹的产生部位与有限元模拟分析结果一致。通过采用形状优化及拓扑结构优化的方法对刀体薄弱环节进行优化改进，实现了刀体强度与排屑能力的综合优化，提高了错齿BTA钻头管板深孔加工效率。
2017, 36(3): 397-401.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0312
摘要:
针对传统的轴承沟道参数测量方法易受异常点影响的问题，提出了一种利用Hough变换曲线拟合的轴承沟道测量方法。首先利用最小二乘拟合算法快速计算圆弧的参数，然后根据最小二乘算法所得的结果确定Hough变换中参数的遍历范围，以此提高Hough变换的计算效率，同时利用Hough变换结果滤除原始测量数据中的异常点，并将处理后的数据重新用于最小二乘圆弧曲线拟合，以此来消除异常点对圆弧参数精确估计的影响。分别使用仿真和实测实验对算法的有效性进行了验证。实验结果表明，与传统的最小二乘曲线拟合算法相比，具有精度高、鲁棒性好等优点。
针对传统的轴承沟道参数测量方法易受异常点影响的问题，提出了一种利用Hough变换曲线拟合的轴承沟道测量方法。首先利用最小二乘拟合算法快速计算圆弧的参数，然后根据最小二乘算法所得的结果确定Hough变换中参数的遍历范围，以此提高Hough变换的计算效率，同时利用Hough变换结果滤除原始测量数据中的异常点，并将处理后的数据重新用于最小二乘圆弧曲线拟合，以此来消除异常点对圆弧参数精确估计的影响。分别使用仿真和实测实验对算法的有效性进行了验证。实验结果表明，与传统的最小二乘曲线拟合算法相比，具有精度高、鲁棒性好等优点。
2017, 36(3): 402-408.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0313
摘要:
为了解决直线插补和圆弧插补的不足，以三次NURBS参数样条为基础对五轴加工的NURBS插补的进行研究；基于UG前置输出刀位数据点，分别对刀尖点和刀轴矢量参数化，反算求出控制顶点，实现NURBS插补，同时通过对插补点的曲率计算，推导出插补误差与进给速度的关系，进而用进给速度控制插补误差；基于IMSpost和HEIDENHAIN iTNC530数控系统，进行NURBS插补功能的后置处理器的研究，实现高效NC程序的输出；基于MATLAB，以叶轮的NURBS插补刀具轨迹进行仿真验证，实现了NURBS刀具轨迹的NC输出。
为了解决直线插补和圆弧插补的不足，以三次NURBS参数样条为基础对五轴加工的NURBS插补的进行研究；基于UG前置输出刀位数据点，分别对刀尖点和刀轴矢量参数化，反算求出控制顶点，实现NURBS插补，同时通过对插补点的曲率计算，推导出插补误差与进给速度的关系，进而用进给速度控制插补误差；基于IMSpost和HEIDENHAIN iTNC530数控系统，进行NURBS插补功能的后置处理器的研究，实现高效NC程序的输出；基于MATLAB，以叶轮的NURBS插补刀具轨迹进行仿真验证，实现了NURBS刀具轨迹的NC输出。
2017, 36(3): 409-416.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0314
摘要:
成形质量差是制约单点增量成形技术发展和商业化的主要因素之一，成形质量包括成形件的表面质量和几何误差。以典型圆锥形制件为研究对象，采用Box-Behnken Design实验方法，设计四因素三水平实验方案，利用响应面法研究工具头直径、层间距、板厚和成形角对表面粗糙度和几何误差的影响，并分别建立表面粗糙度和几何误差的二阶响应模型，最后利用响应模型分别对表面粗糙度和几何误差进行独立和同步优化。结果表明，层间距和板厚分别是影响表面粗糙度和几何误差最显著的因素。使表面粗糙度和几何误差同步最优的工艺参数组合为工具头直径16.0 mm、层间距0.5 mm、板厚0.57 mm、成形角65°，此时表面粗糙度和几何误差分别为0.97 μm和1.939 mm。
成形质量差是制约单点增量成形技术发展和商业化的主要因素之一，成形质量包括成形件的表面质量和几何误差。以典型圆锥形制件为研究对象，采用Box-Behnken Design实验方法，设计四因素三水平实验方案，利用响应面法研究工具头直径、层间距、板厚和成形角对表面粗糙度和几何误差的影响，并分别建立表面粗糙度和几何误差的二阶响应模型，最后利用响应模型分别对表面粗糙度和几何误差进行独立和同步优化。结果表明，层间距和板厚分别是影响表面粗糙度和几何误差最显著的因素。使表面粗糙度和几何误差同步最优的工艺参数组合为工具头直径16.0 mm、层间距0.5 mm、板厚0.57 mm、成形角65°，此时表面粗糙度和几何误差分别为0.97 μm和1.939 mm。
2017, 36(3): 417-421.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0315
摘要:
反射线法目前在曲面品质分析领域广泛应用。针对现有反射线算法效率低下，反射线易失真和基准光源相关性太强等缺陷，通过优化距离函数模型，提出以入射光线与光源平面交点至基准光源线距离作为构建距离曲面的基础，确保了反射线法的准确性和基准光源无关性，根据等值线算法，优化了网格曲面上反射点分类追踪算法，并通过计算机编程实现了反射线的高效生成，通过若干分析实例验证了新算法的优越性，说明了该反射线优化算法可作为分析曲面品质的有效工具。
反射线法目前在曲面品质分析领域广泛应用。针对现有反射线算法效率低下，反射线易失真和基准光源相关性太强等缺陷，通过优化距离函数模型，提出以入射光线与光源平面交点至基准光源线距离作为构建距离曲面的基础，确保了反射线法的准确性和基准光源无关性，根据等值线算法，优化了网格曲面上反射点分类追踪算法，并通过计算机编程实现了反射线的高效生成，通过若干分析实例验证了新算法的优越性，说明了该反射线优化算法可作为分析曲面品质的有效工具。
2017, 36(3): 422-425.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0316
摘要:
针对使用在SMA分离装置中的分离螺栓，在设计载荷下进行了结构脆性断裂分离的可靠度设计和试验验证。通过材料拉伸性能试验获取材料的强度性能分布，确定了材料的脆性特征。考虑应力集中系数的影响，应用一次二阶矩法对脆性断裂螺栓的结构进行了可靠度设计，并通过Monte Carlo随机抽样和可靠性试验验证了断裂螺栓结构设计的可靠性。结果表明：脆性断裂材料的抗拉强度服从正态分布，表现出沿晶断裂的准脆性力学特征；结构可靠性设计中切口的应力集中系数和加工粗糙度对分离载荷影响偏大；可靠性试验验证了脆性断裂螺栓的可靠性设计方法。
针对使用在SMA分离装置中的分离螺栓，在设计载荷下进行了结构脆性断裂分离的可靠度设计和试验验证。通过材料拉伸性能试验获取材料的强度性能分布，确定了材料的脆性特征。考虑应力集中系数的影响，应用一次二阶矩法对脆性断裂螺栓的结构进行了可靠度设计，并通过Monte Carlo随机抽样和可靠性试验验证了断裂螺栓结构设计的可靠性。结果表明：脆性断裂材料的抗拉强度服从正态分布，表现出沿晶断裂的准脆性力学特征；结构可靠性设计中切口的应力集中系数和加工粗糙度对分离载荷影响偏大；可靠性试验验证了脆性断裂螺栓的可靠性设计方法。
2017, 36(3): 426-435.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0317
摘要:
工艺规划与调度是制造系统的两个重要组成环节，二者的集成是制造系统发展的关键技术之一。针对工艺规划与调度集成问题在批量方面考虑的不足，考虑将批量划分问题集成到工艺规划与调度集成问题中。为避免等批分批可能导致调度过程中生产能力与负载不均衡，采用柔性分批策略。同时考虑准备时间和加工时间，以最大完工时间最小为目标，对该问题进行建模。针对该问题，提出一种粒子群算法进行求解。最后，以实例验证了该数学模型的正确性及算法的有效性。
工艺规划与调度是制造系统的两个重要组成环节，二者的集成是制造系统发展的关键技术之一。针对工艺规划与调度集成问题在批量方面考虑的不足，考虑将批量划分问题集成到工艺规划与调度集成问题中。为避免等批分批可能导致调度过程中生产能力与负载不均衡，采用柔性分批策略。同时考虑准备时间和加工时间，以最大完工时间最小为目标，对该问题进行建模。针对该问题，提出一种粒子群算法进行求解。最后，以实例验证了该数学模型的正确性及算法的有效性。
2017, 36(3): 436-441.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0318
摘要:
针对典型矿冶零部件在恶劣工况背景下其可靠性寿命难以准确预测的难题，提出了一种改进的威布尔分布模型可靠性寿命预测新方法。首先结合矿冶设备典型零部件的特征与传统的平均秩法在计算经验分布函数中存在不足，建立了二参数威布尔分布矿冶零部件预测模型，然后采用改进的平均秩法与最小二乘法对模型的形状参数与尺寸参数进行估计，并利用改进的新方法对典型零部件可靠性寿命进行了预测。以某具体型号的鄂式破碎机曲轴的失效数据和截尾数据为例，验证了提出的新方法比传统方法预测精度更有效。
针对典型矿冶零部件在恶劣工况背景下其可靠性寿命难以准确预测的难题，提出了一种改进的威布尔分布模型可靠性寿命预测新方法。首先结合矿冶设备典型零部件的特征与传统的平均秩法在计算经验分布函数中存在不足，建立了二参数威布尔分布矿冶零部件预测模型，然后采用改进的平均秩法与最小二乘法对模型的形状参数与尺寸参数进行估计，并利用改进的新方法对典型零部件可靠性寿命进行了预测。以某具体型号的鄂式破碎机曲轴的失效数据和截尾数据为例，验证了提出的新方法比传统方法预测精度更有效。
2017, 36(3): 442-447.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0319
摘要:
针对正弦表面粗糙元对微通道内幂律流体电渗流（EOF）流动特性的影响，建立了二维平板粗糙微通道内幂律流体EOF的Poisson-Nernst-Planck（PNP）数学模型，采用有限元法耦合求解双电层（EDL）电势的Poisson方程、离子输运的Nernst-Planck方程、幂律流体流动的Cauchy动量方程以及本构方程。在对PNP模型验证之后，研究了正弦粗糙元高度、频率对幂律流体壁面EDL电势分布以及EOF流量的影响。模拟结果表明：正弦粗糙元对近壁面EDL电势、外加电场电势、EOF速度矢量分布有较大影响；粗糙元波谷处EDL电势随着粗糙元相对高度或频率的增加而增大，波峰处反之；幂律流体EOF流量随着粗糙元相对高度的增加而单调减小，随粗糙元频率的增加先减小后增大，且在粗糙元频率为2.2时EOF流量最小；特别地，流体幂律指数越小，其受粗糙元高度或频率的影响越大。
针对正弦表面粗糙元对微通道内幂律流体电渗流（EOF）流动特性的影响，建立了二维平板粗糙微通道内幂律流体EOF的Poisson-Nernst-Planck（PNP）数学模型，采用有限元法耦合求解双电层（EDL）电势的Poisson方程、离子输运的Nernst-Planck方程、幂律流体流动的Cauchy动量方程以及本构方程。在对PNP模型验证之后，研究了正弦粗糙元高度、频率对幂律流体壁面EDL电势分布以及EOF流量的影响。模拟结果表明：正弦粗糙元对近壁面EDL电势、外加电场电势、EOF速度矢量分布有较大影响；粗糙元波谷处EDL电势随着粗糙元相对高度或频率的增加而增大，波峰处反之；幂律流体EOF流量随着粗糙元相对高度的增加而单调减小，随粗糙元频率的增加先减小后增大，且在粗糙元频率为2.2时EOF流量最小；特别地，流体幂律指数越小，其受粗糙元高度或频率的影响越大。
2017, 36(3): 448-454.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0320
摘要:
为了在较大范围内获取高精度的机械臂末端实际位姿数据进行机械臂运动学模型真实参数的辨识，提出一种基于球面编号靶点的串联机械臂测量方法，利用双目视觉实时跟踪与末端法兰刚性连接的标准靶球，设置在球体表面的标志点依靠特殊的排列分布进行区分编号，球心坐标和靶球方向分别由任意捕捉的至少4个点和已知的空间几何位置关系根据克莱姆法则计算求得，在工作空间内任意运动机械臂进行末端靶球位姿测量。建立位姿误差模型，采用最小二乘法辨识出准确的几何参数，实现机械臂的误差校准。试验结果表明，此法具有较高的精度，克服了传统视觉系统定位跟踪的视野狭小，降低了机械臂末端位姿测量的成本，简单可靠，同时有效的提高了机械臂的定位精度。
为了在较大范围内获取高精度的机械臂末端实际位姿数据进行机械臂运动学模型真实参数的辨识，提出一种基于球面编号靶点的串联机械臂测量方法，利用双目视觉实时跟踪与末端法兰刚性连接的标准靶球，设置在球体表面的标志点依靠特殊的排列分布进行区分编号，球心坐标和靶球方向分别由任意捕捉的至少4个点和已知的空间几何位置关系根据克莱姆法则计算求得，在工作空间内任意运动机械臂进行末端靶球位姿测量。建立位姿误差模型，采用最小二乘法辨识出准确的几何参数，实现机械臂的误差校准。试验结果表明，此法具有较高的精度，克服了传统视觉系统定位跟踪的视野狭小，降低了机械臂末端位姿测量的成本，简单可靠，同时有效的提高了机械臂的定位精度。
2017, 36(3): 455-461.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0321
摘要:
建立了轿车FE-SEA混合模型，把仿真值与试验结果进行对比，验证了模型的可靠性。以防火墙和地板各层声学包材料的种类和厚度为设计变量，驾驶员右耳旁声压级、声学包总重量和总价格为优化目标，采用正交试验和灰色关联分析相结合的方法确定了各层材料种类和厚度的最优水平。以各层材料的厚度为设计变量进行进一步研究，采用最优拉丁超立方设计抽取75组样本点并通过仿真计算其响应值，任选67组样本点建立Kring近似模型，其余8组样本点验证近似模型的可靠性。最后以该近似模型为基础执行多目标优化，与原始声学包相比，驾驶员头部声腔声压级降低了0.4 dB（A），重量减轻了33.21%，价格降低了14%。
建立了轿车FE-SEA混合模型，把仿真值与试验结果进行对比，验证了模型的可靠性。以防火墙和地板各层声学包材料的种类和厚度为设计变量，驾驶员右耳旁声压级、声学包总重量和总价格为优化目标，采用正交试验和灰色关联分析相结合的方法确定了各层材料种类和厚度的最优水平。以各层材料的厚度为设计变量进行进一步研究，采用最优拉丁超立方设计抽取75组样本点并通过仿真计算其响应值，任选67组样本点建立Kring近似模型，其余8组样本点验证近似模型的可靠性。最后以该近似模型为基础执行多目标优化，与原始声学包相比，驾驶员头部声腔声压级降低了0.4 dB（A），重量减轻了33.21%，价格降低了14%。
2017, 36(3): 462-468.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0322
摘要:
针对传统悬架将结构参数与控制参数分开设计，易造成系统失去全局最优的不足，本文以电子控制空气悬架为例提出一种对其结构/控制参数多目标优化的方法。首先建立了带附加气室空气弹簧和电磁阀式减振器空气悬架数学模型，运用台架试验的方法验证了所建模型的精度。设计了LQR控制器对减振器阻尼力控制，选取带附加气室空气弹簧节流孔尺寸作为优化结构参数，控制器与振动加速度有关的权系数作为优化的控制参数，运用多种群遗传算法分别对系统结构/控制参数多目标优化，控制参数优化，结构参数优化。优化结果显示，相对于系统结构参数与控制参数分开优化，悬架系统结构/控制参数多目标优化后系统性能得到进一步提升。
针对传统悬架将结构参数与控制参数分开设计，易造成系统失去全局最优的不足，本文以电子控制空气悬架为例提出一种对其结构/控制参数多目标优化的方法。首先建立了带附加气室空气弹簧和电磁阀式减振器空气悬架数学模型，运用台架试验的方法验证了所建模型的精度。设计了LQR控制器对减振器阻尼力控制，选取带附加气室空气弹簧节流孔尺寸作为优化结构参数，控制器与振动加速度有关的权系数作为优化的控制参数，运用多种群遗传算法分别对系统结构/控制参数多目标优化，控制参数优化，结构参数优化。优化结果显示，相对于系统结构参数与控制参数分开优化，悬架系统结构/控制参数多目标优化后系统性能得到进一步提升。
2017, 36(3): 469-474.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0323
摘要:
纳米压痕技术是一种新的材料特性测量方法，被广泛应用在研究微/纳零部件的力学性能和材料微纳区域内的局部特性。介绍了纳米压痕技术的基本理论方法；针对纳米压痕技术的理论建模、压痕形貌、微观组织以及测量精度等几个方面对现有的研究成果进行系统的分析和总结；分析了纳米压痕技术现存的研究难点及主要问题，并对其发展趋势进行了展望。
纳米压痕技术是一种新的材料特性测量方法，被广泛应用在研究微/纳零部件的力学性能和材料微纳区域内的局部特性。介绍了纳米压痕技术的基本理论方法；针对纳米压痕技术的理论建模、压痕形貌、微观组织以及测量精度等几个方面对现有的研究成果进行系统的分析和总结；分析了纳米压痕技术现存的研究难点及主要问题，并对其发展趋势进行了展望。
2017, 36(3): 475-480.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0324
摘要:
碳纳米管薄膜扬声器是近几年发展起来的一种基于热声效应的新型扬声器。以探究碳纳米管薄膜扬声器作为次级声源的可行性为目的，研究了碳纳米管薄膜远场声压及主要影响因素，进而设计出可调节的并联结构薄膜扬声器；首次提出将碳纳米管薄膜应用于有源噪声控制中，将其作为次级声源构建有源消声模型，以初、次级声源的总声功率最小为目标，推导出薄膜声源的最优控制电压；设计了5个不同的薄膜扬声器作为次级声源对单极子初级声源实施控制，计算有源控制效果，分析控制效果的主要影响因素。
碳纳米管薄膜扬声器是近几年发展起来的一种基于热声效应的新型扬声器。以探究碳纳米管薄膜扬声器作为次级声源的可行性为目的，研究了碳纳米管薄膜远场声压及主要影响因素，进而设计出可调节的并联结构薄膜扬声器；首次提出将碳纳米管薄膜应用于有源噪声控制中，将其作为次级声源构建有源消声模型，以初、次级声源的总声功率最小为目标，推导出薄膜声源的最优控制电压；设计了5个不同的薄膜扬声器作为次级声源对单极子初级声源实施控制，计算有源控制效果，分析控制效果的主要影响因素。
2017, 36(3): 481-486.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0325
摘要:
针对点阵夹芯结构换热性能影响因素问题，采用翅片法推导四面体型点阵结构等热流密度和等壁面温度边界条件下的努塞尔数，以此表征结构的换热性能，并与实验结果进行对比。进而讨论结构支杆长度、支杆直径、导热系数和流动方向单胞个数对结构换热性能的影响，并比较相同孔隙率下四面体型、金字塔型和Kagome型点阵结构的换热性能。结果表明，点阵结构支杆长度和流动方向单胞个数对结构换热性能影响较大，Kagome型结构换热性能明显优于其他两类。
针对点阵夹芯结构换热性能影响因素问题，采用翅片法推导四面体型点阵结构等热流密度和等壁面温度边界条件下的努塞尔数，以此表征结构的换热性能，并与实验结果进行对比。进而讨论结构支杆长度、支杆直径、导热系数和流动方向单胞个数对结构换热性能的影响，并比较相同孔隙率下四面体型、金字塔型和Kagome型点阵结构的换热性能。结果表明，点阵结构支杆长度和流动方向单胞个数对结构换热性能影响较大，Kagome型结构换热性能明显优于其他两类。
2017, 36(3): 487-492.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2017.0326
摘要:
研究了一种少自由度飞行模拟实验台，该实验台由动平台、静平台和二者之间3条互成120°的PRS欠约束主动支链组成。提出了一种基于尺度参数平面的多评价指标尺度综合方法，将实验台模拟性能、刚度、操作性能和铰链最大转角作为评价指标，研究并讨论了各尺度参数变化对各评价指标的影响规律。在尺度参数平面内绘制出各评价指标的等值线，根据影响规律和等值线综合出满足各评价指标的尺度参数区域，进而在满足各评价指标的尺度参数区域内确定实验台的尺度参数，最后通过算例验证了该尺度综合方法的有效性。
研究了一种少自由度飞行模拟实验台，该实验台由动平台、静平台和二者之间3条互成120°的PRS欠约束主动支链组成。提出了一种基于尺度参数平面的多评价指标尺度综合方法，将实验台模拟性能、刚度、操作性能和铰链最大转角作为评价指标，研究并讨论了各尺度参数变化对各评价指标的影响规律。在尺度参数平面内绘制出各评价指标的等值线，根据影响规律和等值线综合出满足各评价指标的尺度参数区域，进而在满足各评价指标的尺度参数区域内确定实验台的尺度参数，最后通过算例验证了该尺度综合方法的有效性。
