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2015年 34卷 第3期
2015, 34(3): 329-333.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0301
摘要
PDF 2784KB
摘要:
结合圆柱直齿轮承载特性和齿面线接触非牛顿流体的时变热弹流润滑分析，建立了齿轮润滑承载接触模型，从而形成润滑状态下渐开线圆柱齿轮摩擦效率的精确计算方法。通过齿轮承载特性分析，获得啮合周期内轮齿各瞬时离散接触点载荷等动力参数。利用多重网格法和逐列扫描的方法交替求解线接触瞬态微观热弹流润滑模型，最终求得的滑动摩擦效率。结果表明：当载荷变化较小时，其对滑动摩擦系数和瞬时摩擦功率损失影响较小，而载荷发生突增时，摩擦系数将随之减小。
结合圆柱直齿轮承载特性和齿面线接触非牛顿流体的时变热弹流润滑分析，建立了齿轮润滑承载接触模型，从而形成润滑状态下渐开线圆柱齿轮摩擦效率的精确计算方法。通过齿轮承载特性分析，获得啮合周期内轮齿各瞬时离散接触点载荷等动力参数。利用多重网格法和逐列扫描的方法交替求解线接触瞬态微观热弹流润滑模型，最终求得的滑动摩擦效率。结果表明：当载荷变化较小时，其对滑动摩擦系数和瞬时摩擦功率损失影响较小，而载荷发生突增时，摩擦系数将随之减小。
2015, 34(3): 334-338.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0302
摘要:
针对磁力齿轮的低刚度特性，从具体的控制策略角度开展磁力齿轮在伺服驱动系统中应用的研究。建立了包含磁力齿轮伺服开环系统的物理以及数学模型，利用极点配置算法对系统闭环极点进行配置，重点引入观测器设计，主要内容包括观测器控制器的设计原理、算法、实例以及仿真分析，实现系统的闭环控制。仿真结果表明：该观测器可以很好的实现对一些难以直接获得的状态变量进行观测，从而使得相应的极点配置得以在实际系统中实现，并且系统获得了良好的动、静态响应。
针对磁力齿轮的低刚度特性，从具体的控制策略角度开展磁力齿轮在伺服驱动系统中应用的研究。建立了包含磁力齿轮伺服开环系统的物理以及数学模型，利用极点配置算法对系统闭环极点进行配置，重点引入观测器设计，主要内容包括观测器控制器的设计原理、算法、实例以及仿真分析，实现系统的闭环控制。仿真结果表明：该观测器可以很好的实现对一些难以直接获得的状态变量进行观测，从而使得相应的极点配置得以在实际系统中实现，并且系统获得了良好的动、静态响应。
2015, 34(3): 339-343.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0303
摘要:
以我国高速铁路桥梁为例，建立合理的摩擦摆隔震桥梁力学模型，并通过数值模拟，对摩擦摆支座在高速铁路桥梁上的隔震效果进行研究。研究结果表明：建立隔震桥梁双自由度力学模型，能够较为准确地计算出隔震桥梁的地震响应；选用不同地震波，摩擦摆摩擦因数对高铁主梁最大位移影响规律不同；通过在桥墩与主梁间设置摩擦摆隔震装置，高铁桥梁主梁加速度、墩底剪力、墩顶位移隔震率分别可以达到40%、35%、50%；墩底剪力、主梁位移响应幅值随着桥墩高度增加有很大增加。
以我国高速铁路桥梁为例，建立合理的摩擦摆隔震桥梁力学模型，并通过数值模拟，对摩擦摆支座在高速铁路桥梁上的隔震效果进行研究。研究结果表明：建立隔震桥梁双自由度力学模型，能够较为准确地计算出隔震桥梁的地震响应；选用不同地震波，摩擦摆摩擦因数对高铁主梁最大位移影响规律不同；通过在桥墩与主梁间设置摩擦摆隔震装置，高铁桥梁主梁加速度、墩底剪力、墩顶位移隔震率分别可以达到40%、35%、50%；墩底剪力、主梁位移响应幅值随着桥墩高度增加有很大增加。
2015, 34(3): 344-347.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0304
摘要:
针对四足机器人研究中存在电机驱动不强和效率低的问题，采用耦合驱动的腿机构来构建四足机器人。设计了具有复合运动模式的耦合驱动髋关节，通过髋关节两个电机选取不同的旋转方向和速度，产生多角度的复合运动。运用此腿机构研制具有12个主动自由度的原型样机。根据静态稳定裕度，设计了机器人静态行走步态，运用分布式CAN总线搭建机器人的运动控制系统。实验证明：四足机器人运动平稳，一个运动周期移动距离为32 cm，单足抬起高度为4 cm，满足设计的要求。
针对四足机器人研究中存在电机驱动不强和效率低的问题，采用耦合驱动的腿机构来构建四足机器人。设计了具有复合运动模式的耦合驱动髋关节，通过髋关节两个电机选取不同的旋转方向和速度，产生多角度的复合运动。运用此腿机构研制具有12个主动自由度的原型样机。根据静态稳定裕度，设计了机器人静态行走步态，运用分布式CAN总线搭建机器人的运动控制系统。实验证明：四足机器人运动平稳，一个运动周期移动距离为32 cm，单足抬起高度为4 cm，满足设计的要求。
2015, 34(3): 348-351.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0305
摘要:
叶片尺寸对涡轮机的工作效率影响很大，为了研究透平叶片在复杂工况下的热变形，建立了气-热-固耦合模型。通过改变冷却工质比，获得一系列的三维温度场和热变形分布。结果表明：叶片的热变形整体表现为从压力面向吸力面弯曲，纵向热膨胀显著，横向的变形较小，最大变形位于叶顶前缘。随着叶片表面温度降低，热变形对温度敏感度变差。在高温段可用纵向变形来近似代替叶片总变形。该模型可预测叶片热变形，为叶片尺寸设计和型面尺寸校正提供参考数据。
叶片尺寸对涡轮机的工作效率影响很大，为了研究透平叶片在复杂工况下的热变形，建立了气-热-固耦合模型。通过改变冷却工质比，获得一系列的三维温度场和热变形分布。结果表明：叶片的热变形整体表现为从压力面向吸力面弯曲，纵向热膨胀显著，横向的变形较小，最大变形位于叶顶前缘。随着叶片表面温度降低，热变形对温度敏感度变差。在高温段可用纵向变形来近似代替叶片总变形。该模型可预测叶片热变形，为叶片尺寸设计和型面尺寸校正提供参考数据。
2015, 34(3): 352-355.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0306
摘要:
为了辅助偏瘫病人完成行走训练，提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构，根据该机构的原理和组成，利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程，并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算，得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明：该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制，通过控x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩，可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。
为了辅助偏瘫病人完成行走训练，提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构，根据该机构的原理和组成，利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程，并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算，得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明：该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制，通过控x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩，可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。
2015, 34(3): 356-360.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0307
摘要:
用AFT（Alternated Frequency/Time）方法计算了受干摩擦约束系统稳态响应，进而计算了干摩擦能耗及干摩擦触点的粘滞-滑移状态。结果表明：干摩擦能耗最大值对应的结构稳态振幅没有达到最小。而应用干摩擦触点粘-滑比率来衡量干摩擦约束结构的减振性能是一种更有效的方法。最后，分析了结构内阻对选择粘-滑比率的影响。
用AFT（Alternated Frequency/Time）方法计算了受干摩擦约束系统稳态响应，进而计算了干摩擦能耗及干摩擦触点的粘滞-滑移状态。结果表明：干摩擦能耗最大值对应的结构稳态振幅没有达到最小。而应用干摩擦触点粘-滑比率来衡量干摩擦约束结构的减振性能是一种更有效的方法。最后，分析了结构内阻对选择粘-滑比率的影响。
2015, 34(3): 361-365.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0308
摘要:
在火炮开闩过程中，炮闩系统常因发生剧烈碰撞而损坏。针对炮闩动态应力响应问题，基于接触有限元理论，运用ABAQUS软件建立了某火炮炮尾炮闩系统的非线性结构动力学模型，模拟炮闩机构中复杂的接触碰撞现象，并采用隐式时间积分方法仿真模拟开闩过程，研究火炮复进过程中开闩凸轮撞击开闩板时及开闩过程中的炮尾炮闩结构中主要部件的动态应力响应，通过对结果的分析，获得主要部件动态应力大小。研究结果表明，火炮零件能够较好地满足强度要求，但抽筒子所受应力较大，其计算结果可以为改进曲柄、闩体结构提供依据。
在火炮开闩过程中，炮闩系统常因发生剧烈碰撞而损坏。针对炮闩动态应力响应问题，基于接触有限元理论，运用ABAQUS软件建立了某火炮炮尾炮闩系统的非线性结构动力学模型，模拟炮闩机构中复杂的接触碰撞现象，并采用隐式时间积分方法仿真模拟开闩过程，研究火炮复进过程中开闩凸轮撞击开闩板时及开闩过程中的炮尾炮闩结构中主要部件的动态应力响应，通过对结果的分析，获得主要部件动态应力大小。研究结果表明，火炮零件能够较好地满足强度要求，但抽筒子所受应力较大，其计算结果可以为改进曲柄、闩体结构提供依据。
2015, 34(3): 366-369.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0309
摘要:
采用有限差分法求解三可倾瓦径向气体轴承静态气体润滑方程，得到了稳态时轴瓦与转子表面间的气膜压力分布；在一定静载荷下，计算了不同轴承间隙对应的转子起飞转速及相同工作转速下的最高气膜压力；分析了不同轴承间隙时，转速从起飞转速上升至工作转速过程中转子偏心率和瓦块摆角的变化。结果表明：在一定静载荷下，轴承间隙越大，轴承的最高气膜压力越小，转子的起飞转速越高，偏心率及各瓦块的摆动幅度越大。
采用有限差分法求解三可倾瓦径向气体轴承静态气体润滑方程，得到了稳态时轴瓦与转子表面间的气膜压力分布；在一定静载荷下，计算了不同轴承间隙对应的转子起飞转速及相同工作转速下的最高气膜压力；分析了不同轴承间隙时，转速从起飞转速上升至工作转速过程中转子偏心率和瓦块摆角的变化。结果表明：在一定静载荷下，轴承间隙越大，轴承的最高气膜压力越小，转子的起飞转速越高，偏心率及各瓦块的摆动幅度越大。
2015, 34(3): 370-376.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0310
摘要:
针对尺寸偏差引起的固定滚道应力循环状态的变化，提出了滚动轴承等效载荷态的概念，并在此基础之上，结合Lundberg-palmgren （L-P）寿命理论及Miner疲劳损伤累积假说，提出了一种修正L-P寿命模型。基于该疲劳寿命计算模型，以6008型普通深沟球轴承为例，考虑到滚动体尺寸偏差的分布形式，对滚动体尺寸偏差、载荷及游隙等因素对轴承疲劳寿命的影响进行了计算并对结果进行了统计学分析。模型预测结果与相关文献的试验数据进行了对比，得出如下结论：1） 尺寸偏差值增大，疲劳寿命系数降低；2） 随着载荷的增大，尺寸偏差对轴承疲劳寿命影响逐渐减弱；3） 存在一个较小的负游隙使得轴承疲劳寿命系数达到最小；4）滚动体尺寸偏差服从呈正态分布时，轴承疲劳寿命系数亦呈正态分布。
针对尺寸偏差引起的固定滚道应力循环状态的变化，提出了滚动轴承等效载荷态的概念，并在此基础之上，结合Lundberg-palmgren （L-P）寿命理论及Miner疲劳损伤累积假说，提出了一种修正L-P寿命模型。基于该疲劳寿命计算模型，以6008型普通深沟球轴承为例，考虑到滚动体尺寸偏差的分布形式，对滚动体尺寸偏差、载荷及游隙等因素对轴承疲劳寿命的影响进行了计算并对结果进行了统计学分析。模型预测结果与相关文献的试验数据进行了对比，得出如下结论：1） 尺寸偏差值增大，疲劳寿命系数降低；2） 随着载荷的增大，尺寸偏差对轴承疲劳寿命影响逐渐减弱；3） 存在一个较小的负游隙使得轴承疲劳寿命系数达到最小；4）滚动体尺寸偏差服从呈正态分布时，轴承疲劳寿命系数亦呈正态分布。
2015, 34(3): 377-380.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0311
摘要:
尾管悬挂固井作业过程中，钻杆受到多种载荷联合作用产生轴向变形；若注水泥施工步骤前的钻杆上提距离过短，会导致钻杆和尾管悬挂器在后续作业时重新扣合，使得起钻时悬挂器无法顺利脱手造成卡钻。通过对直井尾管固井施工过程中钻杆受载情况的分析，并基于钻杆接头与钻杆本体存在结构差异这一特点，提出了一种综合考虑结构场、温度场、压力场等因素的钻杆接头最大伸长量工程计算模型。运用该模型可以对尾管固井过程中钻杆的伸长量进行更加准确的分析计算，尽量减少卡钻事故。通过分析得知，静止状态下钻杆的轴向伸长量是最大的；对钻杆接头伸长量影响最大的因素是温度场，影响最小的因素是压力场，且温度对钻杆接头的影响要比对同尺寸的管柱的影响略小。
尾管悬挂固井作业过程中，钻杆受到多种载荷联合作用产生轴向变形；若注水泥施工步骤前的钻杆上提距离过短，会导致钻杆和尾管悬挂器在后续作业时重新扣合，使得起钻时悬挂器无法顺利脱手造成卡钻。通过对直井尾管固井施工过程中钻杆受载情况的分析，并基于钻杆接头与钻杆本体存在结构差异这一特点，提出了一种综合考虑结构场、温度场、压力场等因素的钻杆接头最大伸长量工程计算模型。运用该模型可以对尾管固井过程中钻杆的伸长量进行更加准确的分析计算，尽量减少卡钻事故。通过分析得知，静止状态下钻杆的轴向伸长量是最大的；对钻杆接头伸长量影响最大的因素是温度场，影响最小的因素是压力场，且温度对钻杆接头的影响要比对同尺寸的管柱的影响略小。
2015, 34(3): 381-385.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0312
摘要:
基于集合理论凸方法中的凸模型方法，对桥式起重机金属结构系统存在的不确定性，推导出其非概率可靠性指标。对DQ28.5m_75t_A6桥式起重机金属结构系统进行了有限元强度分析，获得了结构危险点的应力响应。通过试验设计方法获取结构危险点的应力与不确定参数的样本，并利用支持向量机技术得到了应力响应关于不确定系统参数的显式表达式，进而计算出此结构的非概率可靠度。结果表明：该方法成功的解决了金属结构的非概率可靠性分析问题。
基于集合理论凸方法中的凸模型方法，对桥式起重机金属结构系统存在的不确定性，推导出其非概率可靠性指标。对DQ28.5m_75t_A6桥式起重机金属结构系统进行了有限元强度分析，获得了结构危险点的应力响应。通过试验设计方法获取结构危险点的应力与不确定参数的样本，并利用支持向量机技术得到了应力响应关于不确定系统参数的显式表达式，进而计算出此结构的非概率可靠度。结果表明：该方法成功的解决了金属结构的非概率可靠性分析问题。
2015, 34(3): 386-392.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0313
摘要:
利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型，分析了其在往复动密封中的密封性能，并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明：往复动密封中，O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变，且大小随时间呈波动变化；速度小于0.25 m/s时，速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响；随着摩擦系数、介质压力的增大，摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高；介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大，剪切应力与摩擦力呈同步变化；密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程，更易引起疲劳与剪切破坏；预压缩率增加到一定值时，O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升，动密封中预压缩率不宜过大。
利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型，分析了其在往复动密封中的密封性能，并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明：往复动密封中，O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变，且大小随时间呈波动变化；速度小于0.25 m/s时，速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响；随着摩擦系数、介质压力的增大，摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高；介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大，剪切应力与摩擦力呈同步变化；密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程，更易引起疲劳与剪切破坏；预压缩率增加到一定值时，O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升，动密封中预压缩率不宜过大。
2015, 34(3): 393-397.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0314
摘要:
浮吊在海上作业受波浪载荷作用，产生复杂的非线性动态特性，易引发安全事故。将吊索作为柔性体，考虑吊重运动和船体运动的耦合，基于多体动力学建立了刚柔耦合浮吊作业的虚拟样机模型，仿真计算得出浮吊在海上补给作业的相关动力学特性。结果表明：被补给船位置，波浪激励频率、吊索初始长度和下降速度等对浮吊的安全作业有重要影响。
浮吊在海上作业受波浪载荷作用，产生复杂的非线性动态特性，易引发安全事故。将吊索作为柔性体，考虑吊重运动和船体运动的耦合，基于多体动力学建立了刚柔耦合浮吊作业的虚拟样机模型，仿真计算得出浮吊在海上补给作业的相关动力学特性。结果表明：被补给船位置，波浪激励频率、吊索初始长度和下降速度等对浮吊的安全作业有重要影响。
2015, 34(3): 398-403.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0315
摘要:
送料系统故障发生是影响剪切机正常运行的主要因素，在分析送料系统工作原理的基础上提出基于故障树分析法（fault tree analysis， FTA）对送料系统进行可靠性分析，并运用MATLAB开发出可靠性数据分析平台，对送料系统的试验数据进行处理，精确地计算其可靠度、失效率、平均故障前时间（mean time to failure， MTTF）等可靠性参数。研究结果表明：销轴和传动轴是影响送料系统可靠性最主要零件；高辐照环境是影响送料系统可靠性的最主要因素；可靠性数据分析平台可实现对送料系统可靠性试验数据可视化、自动化和实时化处理。
送料系统故障发生是影响剪切机正常运行的主要因素，在分析送料系统工作原理的基础上提出基于故障树分析法（fault tree analysis， FTA）对送料系统进行可靠性分析，并运用MATLAB开发出可靠性数据分析平台，对送料系统的试验数据进行处理，精确地计算其可靠度、失效率、平均故障前时间（mean time to failure， MTTF）等可靠性参数。研究结果表明：销轴和传动轴是影响送料系统可靠性最主要零件；高辐照环境是影响送料系统可靠性的最主要因素；可靠性数据分析平台可实现对送料系统可靠性试验数据可视化、自动化和实时化处理。
2015, 34(3): 404-407.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0316
摘要:
以织构化配流副为研究对象，分析了织构化配流副的稳态受力和瞬态受力情况，建立了织构化配流副的数学模型和基于Simulink的仿真模型，并以配流副间油膜厚度为考察对象进行研究。结果表明：相对于普通配流副，压力突变时，织构化配流副的油膜厚度变化更小，油膜厚度的动态性能参数均有一定程度的提高。动态特性与油膜刚度相关，油膜刚度越大越有利于配流副的动态特性的提高。油膜厚度近似为零时，织构化配流副的压缩效应有利于配流副避免固体接触。
以织构化配流副为研究对象，分析了织构化配流副的稳态受力和瞬态受力情况，建立了织构化配流副的数学模型和基于Simulink的仿真模型，并以配流副间油膜厚度为考察对象进行研究。结果表明：相对于普通配流副，压力突变时，织构化配流副的油膜厚度变化更小，油膜厚度的动态性能参数均有一定程度的提高。动态特性与油膜刚度相关，油膜刚度越大越有利于配流副的动态特性的提高。油膜厚度近似为零时，织构化配流副的压缩效应有利于配流副避免固体接触。
2015, 34(3): 408-412.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0317
摘要:
针对现有网壳钢结构节点相贯线轨迹求解算法复杂及切割精度差等问题，研究复杂截面网壳钢结构节点相贯线切割轨迹生成和检验方法，提高钢结构节点制造效率和质量。在建立节点贯口相贯线解析模型的基础上，以支管母线运动方法构造复杂相贯曲线切割轨迹实时求解算法；以相邻模瓣端面对角顶点距离为依据生成切割轨迹校验文件。提出的方法用于带坡口复杂相贯线的粗插补轨迹数据求取和检验，为一种5自由度混联机器人提供切割轨迹数据。
针对现有网壳钢结构节点相贯线轨迹求解算法复杂及切割精度差等问题，研究复杂截面网壳钢结构节点相贯线切割轨迹生成和检验方法，提高钢结构节点制造效率和质量。在建立节点贯口相贯线解析模型的基础上，以支管母线运动方法构造复杂相贯曲线切割轨迹实时求解算法；以相邻模瓣端面对角顶点距离为依据生成切割轨迹校验文件。提出的方法用于带坡口复杂相贯线的粗插补轨迹数据求取和检验，为一种5自由度混联机器人提供切割轨迹数据。
2015, 34(3): 413-417.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0318
摘要:
在面向三角网格曲面的数控加工中，网格曲面的曲率估算精度对数控加工刀具路径设计和加工质量具有重要的影响。针对数控加工需求，提出了一种三角网格曲面中网格节点曲率的精确估算方法。该方法引入网格形状因子，综合考虑三角形的形状和面积两个因素对网格节点法矢量的影响，得到了更为精确的法矢量，从而获得网格节点处更为精确的曲率估算值。此方法能够有效提高三角网格节点曲率估算的精确度，提高了三角网格曲面刀具路径设计中的刀位点计算精度和数控加工精度。
在面向三角网格曲面的数控加工中，网格曲面的曲率估算精度对数控加工刀具路径设计和加工质量具有重要的影响。针对数控加工需求，提出了一种三角网格曲面中网格节点曲率的精确估算方法。该方法引入网格形状因子，综合考虑三角形的形状和面积两个因素对网格节点法矢量的影响，得到了更为精确的法矢量，从而获得网格节点处更为精确的曲率估算值。此方法能够有效提高三角网格节点曲率估算的精确度，提高了三角网格曲面刀具路径设计中的刀位点计算精度和数控加工精度。
2015, 34(3): 418-422.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0319
摘要:
在实际切削加工中刀具磨损的全状态先验知识获取困难，而刀具磨钝状态下的先验知识则较易获取。针对这种不完备先验知识情况，以切削力为监测信号，提出基于连续隐马尔可夫模型（CHMM）的刀具磨损状态评估技术。应用小波包分解技术提取信号特征信息，利用刀具磨钝状态下的先验归一化特征信息建立CHMM监测模型；根据刀具未知状态特性向量与监测模型间的对数似然度获取刀具性能指标，实现刀具磨损状态评价。铣刀全寿命磨损实验表明：该方法能在仅具备磨钝状态先验知识情况下，实现对刀具的磨损状态的初步评估，且所需样本数较少，训练速度快。
在实际切削加工中刀具磨损的全状态先验知识获取困难，而刀具磨钝状态下的先验知识则较易获取。针对这种不完备先验知识情况，以切削力为监测信号，提出基于连续隐马尔可夫模型（CHMM）的刀具磨损状态评估技术。应用小波包分解技术提取信号特征信息，利用刀具磨钝状态下的先验归一化特征信息建立CHMM监测模型；根据刀具未知状态特性向量与监测模型间的对数似然度获取刀具性能指标，实现刀具磨损状态评价。铣刀全寿命磨损实验表明：该方法能在仅具备磨钝状态先验知识情况下，实现对刀具的磨损状态的初步评估，且所需样本数较少，训练速度快。
2015, 34(3): 423-428.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0320
摘要:
SiC单晶因优良的物理和机械性能而大量用于大功率器件和IC行业。但由于材料的高硬度和高脆性，使其加工过程变得很困难。为此，分析了SiC单晶片切割过程，建立切割过程模型，通过F检验法进行系统阶次辨识，采用遗忘因子递推最小二乘算法在线估计模型参数，建立进给量与切割力的差分方程，设计基于最小方差自校正的切割力控制器，并进行实验验证。结果表明：控制器能够很好的跟踪不同信号，具有良好的鲁棒性，提高了SiC单晶片的加工效率和表面质量。
SiC单晶因优良的物理和机械性能而大量用于大功率器件和IC行业。但由于材料的高硬度和高脆性，使其加工过程变得很困难。为此，分析了SiC单晶片切割过程，建立切割过程模型，通过F检验法进行系统阶次辨识，采用遗忘因子递推最小二乘算法在线估计模型参数，建立进给量与切割力的差分方程，设计基于最小方差自校正的切割力控制器，并进行实验验证。结果表明：控制器能够很好的跟踪不同信号，具有良好的鲁棒性，提高了SiC单晶片的加工效率和表面质量。
2015, 34(3): 429-433.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0321
摘要:
基于STL（标准模板库）模型投影轮廓的连续切割技术对EPS（聚苯乙烯）建筑模型加工进行研究，提出了分组矩阵切片算法，并在每组中建立局部拓扑关系提高分层切片的效率，结合截面轮廓求并算法，应用于投影轮廓连续切割技术，解决了非对称曲面在加工过程中与热丝的干涉难题。开发出基于STL模型投影轮廓轨迹的自动编程系统，以此作为软件平台结合五自由度建筑初模的数控热切割加工装置的硬件设施，实现了建筑模型加工。实验结果表明，该系统能高效、准确加工出所设计的建筑模型。
基于STL（标准模板库）模型投影轮廓的连续切割技术对EPS（聚苯乙烯）建筑模型加工进行研究，提出了分组矩阵切片算法，并在每组中建立局部拓扑关系提高分层切片的效率，结合截面轮廓求并算法，应用于投影轮廓连续切割技术，解决了非对称曲面在加工过程中与热丝的干涉难题。开发出基于STL模型投影轮廓轨迹的自动编程系统，以此作为软件平台结合五自由度建筑初模的数控热切割加工装置的硬件设施，实现了建筑模型加工。实验结果表明，该系统能高效、准确加工出所设计的建筑模型。
2015, 34(3): 434-439.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0322
摘要:
采用颗粒离散元法建立了描述切削过程中陶瓷刀具与切屑摩擦磨损行为的离散元模型；基于预应力切削原理，设计了一种用于车削加工环类零件的预应力加载装置，采用Sialon陶瓷刀具对GH4169环类工件进行了预应力车削试验，结合离散元模拟分析了预应力切削条件下切削力和刀具磨损的变化规律。结果表明：随着预应力的增大，预应力对刀具的磨损形态和机理没有明显的影响，刀具磨损随预应力的增大逐渐减小，在一定范围内提高切削速度可减少刀具的磨损。离散元模拟结果与试验结果具有一致性，验证了应用离散元模拟陶瓷刀具磨损的可行性。
采用颗粒离散元法建立了描述切削过程中陶瓷刀具与切屑摩擦磨损行为的离散元模型；基于预应力切削原理，设计了一种用于车削加工环类零件的预应力加载装置，采用Sialon陶瓷刀具对GH4169环类工件进行了预应力车削试验，结合离散元模拟分析了预应力切削条件下切削力和刀具磨损的变化规律。结果表明：随着预应力的增大，预应力对刀具的磨损形态和机理没有明显的影响，刀具磨损随预应力的增大逐渐减小，在一定范围内提高切削速度可减少刀具的磨损。离散元模拟结果与试验结果具有一致性，验证了应用离散元模拟陶瓷刀具磨损的可行性。
2015, 34(3): 440-444.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0323
摘要:
针对孔的空间定位问题，提出任意位姿孔轴线方位的求解算法。孔边缘轮廓在透视投影下为椭圆，基于代数距离的椭圆拟合保证了椭圆拟合结果的稳定性，再利用椭圆定义约束，迭代优化拟合结果，避免了异常点及不完整样本点对拟合结果的干扰。通过空间几何解析，建立空间几何模型，利用平面法向量和相似三角形推导出计算公式。仿真结果表明该算法精度高，实用性强。
针对孔的空间定位问题，提出任意位姿孔轴线方位的求解算法。孔边缘轮廓在透视投影下为椭圆，基于代数距离的椭圆拟合保证了椭圆拟合结果的稳定性，再利用椭圆定义约束，迭代优化拟合结果，避免了异常点及不完整样本点对拟合结果的干扰。通过空间几何解析，建立空间几何模型，利用平面法向量和相似三角形推导出计算公式。仿真结果表明该算法精度高，实用性强。
2015, 34(3): 445-448.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0324
摘要:
齿轮箱发生早期故障时，其振动信号一般很微弱，且隐含的能反应出齿轮箱运转状态的冲击成分常被淹没在强烈的噪声中，直接做频谱分析或包络谱分析，很难提取其故障特征。论文将最小解卷积方法应用于炼胶机的齿轮箱故障诊断。首先利用该方法对齿轮箱振动信号进行解卷积滤波处理，然后对滤波后的信号进行包络解调分析，最后提取出了该齿轮箱轴5上齿轮8（z8=28）齿根轻微裂纹的故障特征，实现了该齿轮箱的早期诊断。应用实例验证了最小熵解卷积方法的有效性和优点。
齿轮箱发生早期故障时，其振动信号一般很微弱，且隐含的能反应出齿轮箱运转状态的冲击成分常被淹没在强烈的噪声中，直接做频谱分析或包络谱分析，很难提取其故障特征。论文将最小解卷积方法应用于炼胶机的齿轮箱故障诊断。首先利用该方法对齿轮箱振动信号进行解卷积滤波处理，然后对滤波后的信号进行包络解调分析，最后提取出了该齿轮箱轴5上齿轮8（z8=28）齿根轻微裂纹的故障特征，实现了该齿轮箱的早期诊断。应用实例验证了最小熵解卷积方法的有效性和优点。
2015, 34(3): 449-453.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0325
摘要:
螺纹测端姿态测量是数字化轮廓包络法螺纹综合测量的关键技术之一。设计了基于AD598的螺纹测端姿态测量系统。为了提高螺纹测端姿态测量的精度，需要对螺纹测端姿态测量系统的非线性进行矫正。通过对信号采集系统的传递函数进行标定，将传递函数的线性部分和非线性部分进行分离，通过求解非线性部分的转换函数，在软件算法中实现了非线性部分的矫正。实验结果表明，非线性矫正后螺纹测端姿态测量系统的转角测量非线性误差减小1'17.25″，将测量系统的非线性误差控制在0.12%内，满足了测量系统的要求。
螺纹测端姿态测量是数字化轮廓包络法螺纹综合测量的关键技术之一。设计了基于AD598的螺纹测端姿态测量系统。为了提高螺纹测端姿态测量的精度，需要对螺纹测端姿态测量系统的非线性进行矫正。通过对信号采集系统的传递函数进行标定，将传递函数的线性部分和非线性部分进行分离，通过求解非线性部分的转换函数，在软件算法中实现了非线性部分的矫正。实验结果表明，非线性矫正后螺纹测端姿态测量系统的转角测量非线性误差减小1'17.25″，将测量系统的非线性误差控制在0.12%内，满足了测量系统的要求。
2015, 34(3): 454-458.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0326
摘要:
以对称双矩形卸荷槽为例，基于泵排油区域封闭容积变化的精确计算和困油压力的仿真结果，给出了理想状态和实际状态下瞬时流量的计算公式，并就流量品质进行分析。结果表明：理想状态下，卸荷槽能有效改善泵的流量品质，平均流量提高了1.6%；流量不均匀系数降低了65.3%；实际状态下，卸荷槽同样能有效改善泵的流量品质，不过改善效果将有所下降；大侧隙时两困油区互为一体仅为一种粗略的近似；单齿啮合区间也会发生明显的困油现象等。得出困油现象仅限于双齿啮合的传统定义应予以修正，以及在流量计算中考虑困油压力很有必要的结论。
以对称双矩形卸荷槽为例，基于泵排油区域封闭容积变化的精确计算和困油压力的仿真结果，给出了理想状态和实际状态下瞬时流量的计算公式，并就流量品质进行分析。结果表明：理想状态下，卸荷槽能有效改善泵的流量品质，平均流量提高了1.6%；流量不均匀系数降低了65.3%；实际状态下，卸荷槽同样能有效改善泵的流量品质，不过改善效果将有所下降；大侧隙时两困油区互为一体仅为一种粗略的近似；单齿啮合区间也会发生明显的困油现象等。得出困油现象仅限于双齿啮合的传统定义应予以修正，以及在流量计算中考虑困油压力很有必要的结论。
2015, 34(3): 459-463.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0327
摘要:
通过实车路试，确定了7只严重异响件（A类）和6支无异响件（N类）。由示功试验和振动噪声试验获得有、无外连接套下的加速度信号和阻尼力信号。通过对比分析可知，有外连接套下，A类减振器加速度的峰值普遍比N类大，峰值频率均在80~250 Hz频域内；无外连接套下，A类减振器的阻尼力在压缩-复原换向0.1671×T/4 s后出现明显的异常波动，其由开阀造成。A类减振器阻尼力信号在各峰值附近的RMS值、Max值和Ave值普遍比N类大。同时，异响件的开阀状态均比正常件大。
通过实车路试，确定了7只严重异响件（A类）和6支无异响件（N类）。由示功试验和振动噪声试验获得有、无外连接套下的加速度信号和阻尼力信号。通过对比分析可知，有外连接套下，A类减振器加速度的峰值普遍比N类大，峰值频率均在80~250 Hz频域内；无外连接套下，A类减振器的阻尼力在压缩-复原换向0.1671×T/4 s后出现明显的异常波动，其由开阀造成。A类减振器阻尼力信号在各峰值附近的RMS值、Max值和Ave值普遍比N类大。同时，异响件的开阀状态均比正常件大。
2015, 34(3): 464-471.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0328
摘要:
为更好地服务于乘用车舱内环境设计师及乘用车采购人员等，在确定乘用车舱内环境设计评价指标的基础上，运用基于网络博弈改进的Delphi法，与Fuzzy-AHP相互结合的方式，建立了乘用车舱内环境设计评价分析模型。比传统评价更节约专家时间的同时，避免了传统分级定量法赋值的不合理性，显著降低了传统评价分析的主观随意性，实现了对乘用车舱内环境设计的科学评价。最后采用同类型的3种不同型号的活顶乘用车舱内环境对该设计评价方法进行了实例应用与验证。
为更好地服务于乘用车舱内环境设计师及乘用车采购人员等，在确定乘用车舱内环境设计评价指标的基础上，运用基于网络博弈改进的Delphi法，与Fuzzy-AHP相互结合的方式，建立了乘用车舱内环境设计评价分析模型。比传统评价更节约专家时间的同时，避免了传统分级定量法赋值的不合理性，显著降低了传统评价分析的主观随意性，实现了对乘用车舱内环境设计的科学评价。最后采用同类型的3种不同型号的活顶乘用车舱内环境对该设计评价方法进行了实例应用与验证。
2015, 34(3): 472-475.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0329
摘要:
利用ABAQUS软件中的UMAT子程序建立了基于三维Hashin判据、Camonho参数退化准则与两种渐进疲劳损伤模型的复合材料本构模型。对未采用干涉配合的复合材料单钉连接结构疲劳寿命试验进行了数值模拟，所得寿命预测值与试验结果吻合较好，证明了该分析方法和所编写程序的正确性。在此基础上，对采用干涉配合的复合材料连接结构疲劳寿命进行了预测。结果表明：当采用0.8%~1.0%干涉量的干涉配合时复合材料连接结构的疲劳寿命约可以提高到原来的3倍。
利用ABAQUS软件中的UMAT子程序建立了基于三维Hashin判据、Camonho参数退化准则与两种渐进疲劳损伤模型的复合材料本构模型。对未采用干涉配合的复合材料单钉连接结构疲劳寿命试验进行了数值模拟，所得寿命预测值与试验结果吻合较好，证明了该分析方法和所编写程序的正确性。在此基础上，对采用干涉配合的复合材料连接结构疲劳寿命进行了预测。结果表明：当采用0.8%~1.0%干涉量的干涉配合时复合材料连接结构的疲劳寿命约可以提高到原来的3倍。
2015, 34(3): 476-480.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0330
摘要:
为缩短天线罩设计周期、提升天线罩综合性能，提出了一种复合材料天线罩多学科优化方法。对优化变量、优化目标及约束进行了分析，建立了天线罩优化数学模型，提出了以电性能为目标，力学性能为约束的优化方案。分别选取了口径积分-表面积分法和有限元法计算天线罩电性能和力学性能，并以多岛遗传算法为优化方法，建立了多学科优化流程。选择算例进行了优化分析。结果表明：优化过程在确保力学性能要求的基础上成功地提升了电性能，验证了优化方法的可行性。
为缩短天线罩设计周期、提升天线罩综合性能，提出了一种复合材料天线罩多学科优化方法。对优化变量、优化目标及约束进行了分析，建立了天线罩优化数学模型，提出了以电性能为目标，力学性能为约束的优化方案。分别选取了口径积分-表面积分法和有限元法计算天线罩电性能和力学性能，并以多岛遗传算法为优化方法，建立了多学科优化流程。选择算例进行了优化分析。结果表明：优化过程在确保力学性能要求的基础上成功地提升了电性能，验证了优化方法的可行性。
2015, 34(3): 481-484.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0331
摘要:
介绍了编织-嵌槽型金属橡胶的工艺方法。通过压缩试验，对比了编织-嵌槽型金属橡胶与普通金属橡胶的静态特性，研究了密度和厚度对编织-嵌槽型金属橡胶压缩性能的影响。结果表明：工艺参数相同时，编织-嵌槽型金属橡胶在承载能力、隔振频带以及性能的一致性等方面均优于普通金属橡胶；增大密度会使编织-嵌槽型金属橡胶的刚度升高，并使其线性阶段缩短；厚度对材料线性阶段的刚度和范围影响不大，而厚度的增加会降低材料在硬化阶段的刚度。
介绍了编织-嵌槽型金属橡胶的工艺方法。通过压缩试验，对比了编织-嵌槽型金属橡胶与普通金属橡胶的静态特性，研究了密度和厚度对编织-嵌槽型金属橡胶压缩性能的影响。结果表明：工艺参数相同时，编织-嵌槽型金属橡胶在承载能力、隔振频带以及性能的一致性等方面均优于普通金属橡胶；增大密度会使编织-嵌槽型金属橡胶的刚度升高，并使其线性阶段缩短；厚度对材料线性阶段的刚度和范围影响不大，而厚度的增加会降低材料在硬化阶段的刚度。
2015, 34(3): 485-488.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0332
摘要:
为克服现有计算机重构算法的不足，提出基于几何特征提取和可视化仿真相结合的高效计算机重构算法。以钛合金材料的扫描电子显微镜实验数据为依据，在进行晶粒轮廓几何特征分离提取的基础上，基于计算机语言进行材料二维微观组织结构的可视化设计，最终实现了钛合金材料二维微观组织多晶粒拓扑结构的计算机重构。
为克服现有计算机重构算法的不足，提出基于几何特征提取和可视化仿真相结合的高效计算机重构算法。以钛合金材料的扫描电子显微镜实验数据为依据，在进行晶粒轮廓几何特征分离提取的基础上，基于计算机语言进行材料二维微观组织结构的可视化设计，最终实现了钛合金材料二维微观组织多晶粒拓扑结构的计算机重构。
2015, 34(3): 489-492.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2015.0333
摘要:
针对工程中常见的锪窝铆接结构，借助大型软件ANSYS对其孔边角裂纹进行有限元分析。通过改变结构几何厚度和锪窝孔的高度，研究含铆钉填充时锪窝孔边角裂纹应力强度因子的参数敏感性。通过对比分析，发现锪窝孔边角裂纹前沿应力强度因子与锪窝高度正相关，与结构厚度负相关；当锪窝高度与结构厚度之比为定值且大于0.5时，按比例同时改变锪窝高度与结构几何厚度，裂纹前沿应力强度因子可近似认为相同。
针对工程中常见的锪窝铆接结构，借助大型软件ANSYS对其孔边角裂纹进行有限元分析。通过改变结构几何厚度和锪窝孔的高度，研究含铆钉填充时锪窝孔边角裂纹应力强度因子的参数敏感性。通过对比分析，发现锪窝孔边角裂纹前沿应力强度因子与锪窝高度正相关，与结构厚度负相关；当锪窝高度与结构厚度之比为定值且大于0.5时，按比例同时改变锪窝高度与结构几何厚度，裂纹前沿应力强度因子可近似认为相同。
