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2016年 35卷 第9期
2016, 35(9): 1313-1317.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0901
摘要
PDF 1814KB
摘要:
应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-UPU并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件，推导出机构的6×6 Jacobian矩阵，该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合，基于这些线矢量的线性相关性，可识别出机构的奇异形位。引入线性丛逼近算法（LCAA）定义和分析了机构的结构和约束奇异形位，这两种奇异形位均和机构得到多余的自由度相关，文中统称为并联奇异；LCAA算法可得到用旋量坐标表示的最近线性丛的轴线和节距，当并联机构处于或接近奇异形位运动时，该线性丛的轴线和节距提供了机构自运动的额外信息。给出了3-UPU并联机构奇异性分析的实例。
应用线几何工具和旋量理论分析了一平动两转动3-UPU并联机构的奇异形位。根据动平台的静力学平衡条件，推导出机构的6×6 Jacobian矩阵，该Jacobian矩阵也可看作6个线矢量的集合，基于这些线矢量的线性相关性，可识别出机构的奇异形位。引入线性丛逼近算法（LCAA）定义和分析了机构的结构和约束奇异形位，这两种奇异形位均和机构得到多余的自由度相关，文中统称为并联奇异；LCAA算法可得到用旋量坐标表示的最近线性丛的轴线和节距，当并联机构处于或接近奇异形位运动时，该线性丛的轴线和节距提供了机构自运动的额外信息。给出了3-UPU并联机构奇异性分析的实例。
2016, 35(9): 1318-1322.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0902
摘要:
传统的基于超声导波的结构健康监测及损伤识别方法是通过对比当前测量信号与结构完好时的基准信号进行损伤识别，但这类基准信号对工况及环境变化十分敏感。为降低对这类基准信号的依赖，提出了一种基于瞬时基准的疲劳裂纹损伤识别方法。利用疲劳裂纹在不同幅值激励下不同的超声非线性特性，以小幅值激励下结构响应为瞬时基准信号，以大幅值激励下结构响应为当前信号，使用比例相减法提取当前信号与瞬时基准信号间的差信号，对疲劳裂纹损伤进行识别。分别以完整铝梁及疲劳裂纹铝梁为实验对象，使用压电片激励和接收应力波信号。实验结果表明，该瞬时基准方法可有效识别疲劳裂纹损伤，而无需结构完好时的基准信号。
传统的基于超声导波的结构健康监测及损伤识别方法是通过对比当前测量信号与结构完好时的基准信号进行损伤识别，但这类基准信号对工况及环境变化十分敏感。为降低对这类基准信号的依赖，提出了一种基于瞬时基准的疲劳裂纹损伤识别方法。利用疲劳裂纹在不同幅值激励下不同的超声非线性特性，以小幅值激励下结构响应为瞬时基准信号，以大幅值激励下结构响应为当前信号，使用比例相减法提取当前信号与瞬时基准信号间的差信号，对疲劳裂纹损伤进行识别。分别以完整铝梁及疲劳裂纹铝梁为实验对象，使用压电片激励和接收应力波信号。实验结果表明，该瞬时基准方法可有效识别疲劳裂纹损伤，而无需结构完好时的基准信号。
2016, 35(9): 1323-1329.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0903
摘要:
建立了两级行星齿轮传动系统计算模型，推导了系统动力学微分方程，求解了行星齿轮传动系统的固有频率。采用矩阵摄动法，针对系统存在孤立特征值和重特征值，分别求解刚度参数变化对各阶固有频率的灵敏度。矩阵摄动法求解的结果与求导法求解的结果对比表明，基于两种方法求解的对各阶固有频率影响最大的参数基本一致，证明了矩阵摄动法求解结果的正确性。通过改变对固有频率灵敏度最大的刚度参数，可以修改固有频率，使其远离激励频率，避免共振的发生。
建立了两级行星齿轮传动系统计算模型，推导了系统动力学微分方程，求解了行星齿轮传动系统的固有频率。采用矩阵摄动法，针对系统存在孤立特征值和重特征值，分别求解刚度参数变化对各阶固有频率的灵敏度。矩阵摄动法求解的结果与求导法求解的结果对比表明，基于两种方法求解的对各阶固有频率影响最大的参数基本一致，证明了矩阵摄动法求解结果的正确性。通过改变对固有频率灵敏度最大的刚度参数，可以修改固有频率，使其远离激励频率，避免共振的发生。
2016, 35(9): 1330-1336.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0904
摘要:
几何形体间最近距离在机器人、游戏动画及装配仿真等领域有着广泛应用。现有的研究大部分需要将形体分解离散成若干个凸多面体的集合，用于近似原模型。对于具有曲面的形体，利用这些方法通常不能找到它们间最近距离的准确解。引入了一种几何形体R-函数表示法。通过该方法并结合形体的几何信息及Constructive Solid Geometry（CSG）信息，将它用单个形如g（x）≤0的隐式不等式表示；根据形体的隐式不等式，给出形体间最近距离的非线性约束优化模型；利用已有的SQP算法，求解该优化模型而得到形体间的最近距离。为了验证本文所提出的方法，开发了形体间最近距离的求解系统R-MinDist，实例计算结果表明该方法准确有效。
几何形体间最近距离在机器人、游戏动画及装配仿真等领域有着广泛应用。现有的研究大部分需要将形体分解离散成若干个凸多面体的集合，用于近似原模型。对于具有曲面的形体，利用这些方法通常不能找到它们间最近距离的准确解。引入了一种几何形体R-函数表示法。通过该方法并结合形体的几何信息及Constructive Solid Geometry（CSG）信息，将它用单个形如g（x）≤0的隐式不等式表示；根据形体的隐式不等式，给出形体间最近距离的非线性约束优化模型；利用已有的SQP算法，求解该优化模型而得到形体间的最近距离。为了验证本文所提出的方法，开发了形体间最近距离的求解系统R-MinDist，实例计算结果表明该方法准确有效。
2016, 35(9): 1337-1342.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0905
摘要:
以两自由度碰撞振动系统为研究对象，数值仿真了系统1/n周期运动经周期倍化分岔和Hopf分岔向混沌转迁的路径。使用微幅阻尼控制策略，对系统的分岔行为和混沌进行了控制，控制信号是根据质块M1的运动方向来改变阻尼系数而得到的。在此基础上引入反馈控制方法，即在Poincaré截面里，选择变量β*=2π或4π作为期望目标，动态地调节控制参数，把系统的多碰周期运动、概周期运动和混沌有效地控制到单碰周期轨道。仿真结果表明，输入的控制信号u=γ|x1|是一个微幅阻尼信号，达到控制的目标只消耗少量的能量。
以两自由度碰撞振动系统为研究对象，数值仿真了系统1/n周期运动经周期倍化分岔和Hopf分岔向混沌转迁的路径。使用微幅阻尼控制策略，对系统的分岔行为和混沌进行了控制，控制信号是根据质块M1的运动方向来改变阻尼系数而得到的。在此基础上引入反馈控制方法，即在Poincaré截面里，选择变量β*=2π或4π作为期望目标，动态地调节控制参数，把系统的多碰周期运动、概周期运动和混沌有效地控制到单碰周期轨道。仿真结果表明，输入的控制信号u=γ|x1|是一个微幅阻尼信号，达到控制的目标只消耗少量的能量。
2016, 35(9): 1343-1348.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0906
摘要:
对4-SPS/SP并联机构的运动学和静力学进行分析，得到该机构的降维运动学和静力学奇异位形曲线。对比这两组曲线发现它们相差了β=±90°两条直线。通过对机构运动Jacobian矩阵分析，发现该±90°是欧拉角的“奇点”，并非该并联机构的奇异位形，并运用实例加以验证。在排除该非奇异位形曲线后，根据两种方法得到的奇异位形是相同的，并对其物理意义进行了解释说明。运用静力Jacobian矩阵得到了该机构的姿态奇异位形曲面，找到了该机构的动平台只绕Z轴旋转时存在的一组特殊的奇异位形，并根据力螺旋相关性修改动平台参数避免该组奇异位形，改善该机构的运动性能。
对4-SPS/SP并联机构的运动学和静力学进行分析，得到该机构的降维运动学和静力学奇异位形曲线。对比这两组曲线发现它们相差了β=±90°两条直线。通过对机构运动Jacobian矩阵分析，发现该±90°是欧拉角的“奇点”，并非该并联机构的奇异位形，并运用实例加以验证。在排除该非奇异位形曲线后，根据两种方法得到的奇异位形是相同的，并对其物理意义进行了解释说明。运用静力Jacobian矩阵得到了该机构的姿态奇异位形曲面，找到了该机构的动平台只绕Z轴旋转时存在的一组特殊的奇异位形，并根据力螺旋相关性修改动平台参数避免该组奇异位形，改善该机构的运动性能。
2016, 35(9): 1349-1353.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0907
摘要:
针对双足步行机器人结构复杂性、系统非线性和动态步态难控制的问题，以七杆双足步行机器人为研究对象，建立七杆双足步行机器人动力学数学模型，模型描述出机器人在动态步行中从欠驱动相到完全驱动相的切换及步行中产生的冲击碰撞问题，体现了动态步行的非光滑动力学特性。借助仿真平台对研究对象各关节运动参数进行分析，结果反映出机器人模型在完整的周期步行过程能够稳定行走及发生碰撞时各运动参数的变化，验证了参数化模型的正确性。
针对双足步行机器人结构复杂性、系统非线性和动态步态难控制的问题，以七杆双足步行机器人为研究对象，建立七杆双足步行机器人动力学数学模型，模型描述出机器人在动态步行中从欠驱动相到完全驱动相的切换及步行中产生的冲击碰撞问题，体现了动态步行的非光滑动力学特性。借助仿真平台对研究对象各关节运动参数进行分析，结果反映出机器人模型在完整的周期步行过程能够稳定行走及发生碰撞时各运动参数的变化，验证了参数化模型的正确性。
2016, 35(9): 1354-1358.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0908
摘要:
针对欧拉角姿态插补方法中存在奇异性以及姿态过渡不平稳的问题，采用四元数表示机器人姿态，对起点和终点采用四元数球面线性插值的方法来进行机器人姿态插补；并给出了四元数直接逆解求姿态角的方法，舍去了姿态插补点须转化为位姿变换矩阵的过程，提高了机器人控制系统软件的运行效率。以FANUC LR Mate 100i机器人为实例进行求解，对比位姿变换矩阵和四元数各自所求的逆解，可得两种方法算出的结果一致，验证了算法的可行性。
针对欧拉角姿态插补方法中存在奇异性以及姿态过渡不平稳的问题，采用四元数表示机器人姿态，对起点和终点采用四元数球面线性插值的方法来进行机器人姿态插补；并给出了四元数直接逆解求姿态角的方法，舍去了姿态插补点须转化为位姿变换矩阵的过程，提高了机器人控制系统软件的运行效率。以FANUC LR Mate 100i机器人为实例进行求解，对比位姿变换矩阵和四元数各自所求的逆解，可得两种方法算出的结果一致，验证了算法的可行性。
2016, 35(9): 1359-1364.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0909
摘要:
通过正交试验法确定网络训练样本，在MATLAB中利用神经网络对有限元分析得出的样本数据建立了激光切割机横梁结构设计参数与各输出参数的非线性全局映射，利用模糊解法得到多目标优化模型的目标函数，并通过遗传算法对激光切割机横梁进行结构优化。仿真结果表明，采用基于神经网络和遗传算法，并与模糊解法相结合的多目标优化技术，可实现激光切割机横梁结构设计的优化，使得横梁的质量和刚度得到改善。
通过正交试验法确定网络训练样本，在MATLAB中利用神经网络对有限元分析得出的样本数据建立了激光切割机横梁结构设计参数与各输出参数的非线性全局映射，利用模糊解法得到多目标优化模型的目标函数，并通过遗传算法对激光切割机横梁进行结构优化。仿真结果表明，采用基于神经网络和遗传算法，并与模糊解法相结合的多目标优化技术，可实现激光切割机横梁结构设计的优化，使得横梁的质量和刚度得到改善。
2016, 35(9): 1365-1369.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0910
摘要:
目前多数研究将加工轨迹规划作为单纯的几何问题，没有考虑力学影响，难以满足高精度加工要求。为了提高砂带磨削的加工精度，以其路径规划为研究对象，提出了一种基于去除深度的路径规划方法。基于赫兹接触理论，建立了砂带与工件接触区域的压强分布模型。基于Preston方程推导了材料线性长度去除深度方程，并最终建立了材料去除深度模型。以去除深度模型为基础，以残留高度为约束，建立了砂带磨削加工间距的规划方法，并给出了加工坐标的计算公式。实验结果表明，该路径规划方法可以避免过加工与欠加工现象，有效降低工件表面的残留高度，提高产品加工质量。
目前多数研究将加工轨迹规划作为单纯的几何问题，没有考虑力学影响，难以满足高精度加工要求。为了提高砂带磨削的加工精度，以其路径规划为研究对象，提出了一种基于去除深度的路径规划方法。基于赫兹接触理论，建立了砂带与工件接触区域的压强分布模型。基于Preston方程推导了材料线性长度去除深度方程，并最终建立了材料去除深度模型。以去除深度模型为基础，以残留高度为约束，建立了砂带磨削加工间距的规划方法，并给出了加工坐标的计算公式。实验结果表明，该路径规划方法可以避免过加工与欠加工现象，有效降低工件表面的残留高度，提高产品加工质量。
2016, 35(9): 1370-1374.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0911
摘要:
在变速器智能化故障诊断过程中，传统的故障特征提取方法需要通过大量实验并结合理论分析完成，其存在周期长、成本高的问题。鉴于此，提出一种借助虚拟样机技术，通过仿真以快速提取故障特征信号的方法，即基于SolidWorks构建的齿轮传动模型，利用ADAMS对其进行动力学仿真，模拟正常，轻微、中度磨损和断齿四种工况下的齿轮啮合过程，通过对比故障与正常工况下的特性曲线，得到相应故障特征。仿真结果符合齿轮振动机理，并且与实验数据相符，正确反映了故障齿轮实际啮合过程中的特征，从而验证了该方法的有效性。
在变速器智能化故障诊断过程中，传统的故障特征提取方法需要通过大量实验并结合理论分析完成，其存在周期长、成本高的问题。鉴于此，提出一种借助虚拟样机技术，通过仿真以快速提取故障特征信号的方法，即基于SolidWorks构建的齿轮传动模型，利用ADAMS对其进行动力学仿真，模拟正常，轻微、中度磨损和断齿四种工况下的齿轮啮合过程，通过对比故障与正常工况下的特性曲线，得到相应故障特征。仿真结果符合齿轮振动机理，并且与实验数据相符，正确反映了故障齿轮实际啮合过程中的特征，从而验证了该方法的有效性。
2016, 35(9): 1375-1381.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0912
摘要:
将QFN（Quad Flat No-Lead）封装器件通过表面贴装技术焊接到PCB（Printed Circuit Board）的过程中，熔化的焊点在器件与PCB间形成液桥。为了提高焊接的成功率，不仅要在PCB上设计合理的焊盘尺寸，还要了解液化焊点的形态及受力情况。利用毛细力学的理论，根据液态焊点的形态特征，建立焊点受力模型，在液态焊点体积恒定的条件下求解焊点的形态微分方程。根据液桥的形态特征参数和刚度特性曲线的变化，分析芯片的可焊接区间，并通过与Surface Evolver（SE）的仿真结果进行对比以证明方法的有效性。
将QFN（Quad Flat No-Lead）封装器件通过表面贴装技术焊接到PCB（Printed Circuit Board）的过程中，熔化的焊点在器件与PCB间形成液桥。为了提高焊接的成功率，不仅要在PCB上设计合理的焊盘尺寸，还要了解液化焊点的形态及受力情况。利用毛细力学的理论，根据液态焊点的形态特征，建立焊点受力模型，在液态焊点体积恒定的条件下求解焊点的形态微分方程。根据液桥的形态特征参数和刚度特性曲线的变化，分析芯片的可焊接区间，并通过与Surface Evolver（SE）的仿真结果进行对比以证明方法的有效性。
2016, 35(9): 1382-1386.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0913
摘要:
针对传统时域指标在滚动轴承信号特征提取时分类精度不高的问题。首先，选取适合在线简单快速判别的时域指标，并根据轴承疲劳损伤大小和局部损伤数量增加，分析时域指标对故障的敏感性；其次，融合传统时域指标，得到了两个更为敏感的时域新指标TALAF和THIKAT；最后，利用实时性较好的概率神经网络训练和测试包括两个新指标的数据集，并与未加入新指标的数据集训练和测试结果进行比较，仿真结果验证了TALAF和THIKAT指标有效提高了轴承故障诊断的准确性。
针对传统时域指标在滚动轴承信号特征提取时分类精度不高的问题。首先，选取适合在线简单快速判别的时域指标，并根据轴承疲劳损伤大小和局部损伤数量增加，分析时域指标对故障的敏感性；其次，融合传统时域指标，得到了两个更为敏感的时域新指标TALAF和THIKAT；最后，利用实时性较好的概率神经网络训练和测试包括两个新指标的数据集，并与未加入新指标的数据集训练和测试结果进行比较，仿真结果验证了TALAF和THIKAT指标有效提高了轴承故障诊断的准确性。
2016, 35(9): 1387-1390.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0914
摘要:
采用基于最大主应力的点焊疲劳寿命预测方法对拉剪受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟。使用壳单元、CWELD点焊连接单元建立点焊有限元模型，利用商业有限元软件Nastran进行线弹性分析。通过对比分析线弹性有限元分析结果、焊接接头疲劳试验数据，拟合出基于最大主应力的点焊疲劳寿命S-N曲线，并依据拟合的S-N曲线和有限元分析取得的最大主应力预测不同载荷水平下的点焊疲劳寿命。疲劳寿命预测结果与疲劳实验结果对比表明，不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与实验寿命有良好的一致性。
采用基于最大主应力的点焊疲劳寿命预测方法对拉剪受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟。使用壳单元、CWELD点焊连接单元建立点焊有限元模型，利用商业有限元软件Nastran进行线弹性分析。通过对比分析线弹性有限元分析结果、焊接接头疲劳试验数据，拟合出基于最大主应力的点焊疲劳寿命S-N曲线，并依据拟合的S-N曲线和有限元分析取得的最大主应力预测不同载荷水平下的点焊疲劳寿命。疲劳寿命预测结果与疲劳实验结果对比表明，不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与实验寿命有良好的一致性。
2016, 35(9): 1391-1395.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0915
摘要:
为了研究超声辅助对铝合金填充式搅拌摩擦点焊的影响，利用ABAQUS对超声辅助填充式搅拌摩擦点焊进行热力学仿真；利用自行研制的点焊装备分别对5A06、2A14、2219铝合金试片进行无超声、横向加超声以及轴向加超声三种不同的焊接试验，并对此三种超声加载方式下的焊点进行金相实验、抗拉试验和抗剪切试验。结果表明：辅助超声的引入可为点焊过程提供额外热输入；轴向加载超声可增强焊接区域材料的均匀性与一致性，一定程度上消除水平面弱连接，使得焊点抗剪性能提高，且不同材料的提高幅度不同；横向加载超声可使焊接区域的材料与周围材料产生流动交换，一定程度消除焊点竖直环面弱连接，使抗拉强度提升较大，并对不同材料的提高幅度不同。
为了研究超声辅助对铝合金填充式搅拌摩擦点焊的影响，利用ABAQUS对超声辅助填充式搅拌摩擦点焊进行热力学仿真；利用自行研制的点焊装备分别对5A06、2A14、2219铝合金试片进行无超声、横向加超声以及轴向加超声三种不同的焊接试验，并对此三种超声加载方式下的焊点进行金相实验、抗拉试验和抗剪切试验。结果表明：辅助超声的引入可为点焊过程提供额外热输入；轴向加载超声可增强焊接区域材料的均匀性与一致性，一定程度上消除水平面弱连接，使得焊点抗剪性能提高，且不同材料的提高幅度不同；横向加载超声可使焊接区域的材料与周围材料产生流动交换，一定程度消除焊点竖直环面弱连接，使抗拉强度提升较大，并对不同材料的提高幅度不同。
2016, 35(9): 1396-1401.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0916
摘要:
对152QMI单缸汽油机进行噪声及振动以及曲轴转角等信号的采集，在LMS Test.Lab软件中利用频谱分析和小波变换计算得出了该单缸汽油机噪声能量的主要分布范围，并以此作为噪声源识别的对象，利用阶次分析和小波变换筛选出该机噪声信号中频率不随转速变化的共振因素，随后在角度域内对信号进行小波变换，结合发动机配气机构等部件的运动特征研究识别相对于各频率带的发动机噪声源。研究结果表明，该发动机主要噪声频率带为800 Hz以下、2 000 Hz和4 000 Hz~5 000 Hz，各频率带噪声源分别为进排气噪声、缸盖共振和顶杆对摇臂的冲击以及气门落座冲击。
对152QMI单缸汽油机进行噪声及振动以及曲轴转角等信号的采集，在LMS Test.Lab软件中利用频谱分析和小波变换计算得出了该单缸汽油机噪声能量的主要分布范围，并以此作为噪声源识别的对象，利用阶次分析和小波变换筛选出该机噪声信号中频率不随转速变化的共振因素，随后在角度域内对信号进行小波变换，结合发动机配气机构等部件的运动特征研究识别相对于各频率带的发动机噪声源。研究结果表明，该发动机主要噪声频率带为800 Hz以下、2 000 Hz和4 000 Hz~5 000 Hz，各频率带噪声源分别为进排气噪声、缸盖共振和顶杆对摇臂的冲击以及气门落座冲击。
2016, 35(9): 1402-1407.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0917
摘要:
测量型自主水下航行器（AUV）垂直面运动稳定性对于其顺利完成长时间深海作业、保证航行效率和安全性至关重要。以天津大学研制的用于海底地形地貌测量的深水AUV为应用对象，根据古尔维茨判别法推导了其垂直面运动稳定性衡准表达式，通过数值模拟水池试验获得了稳定性衡准判别式所需的水动力导数，分析了不同水动力外形因素（主体外形和尾翼布局形式）对其运动稳定性的影响。结果表明，具有较大纵中剖面投影面积的水动力外形的AUV，以及拥有X尾翼布局的AUV具有更好的垂直面运动稳定性。
测量型自主水下航行器（AUV）垂直面运动稳定性对于其顺利完成长时间深海作业、保证航行效率和安全性至关重要。以天津大学研制的用于海底地形地貌测量的深水AUV为应用对象，根据古尔维茨判别法推导了其垂直面运动稳定性衡准表达式，通过数值模拟水池试验获得了稳定性衡准判别式所需的水动力导数，分析了不同水动力外形因素（主体外形和尾翼布局形式）对其运动稳定性的影响。结果表明，具有较大纵中剖面投影面积的水动力外形的AUV，以及拥有X尾翼布局的AUV具有更好的垂直面运动稳定性。
2016, 35(9): 1408-1413.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0918
摘要:
为了解决传统方法对调频信号处理效果不佳问题，基于奇异值提出一种新方法。利用Hankel矩阵研究常见信号奇异值突变特征，分析相关奇异值与信号具体特征的对应关系，为重构信号所需有效奇异值提供选择依据。针对调频信号奇异值突变特征不明显问题，根据Weierstrass逼近定理采用多项式拟合描述调频信号的调频规律；提出最小奇异值分布差准则，以实现信号瞬时频率函数参量确定的最优估计；构造解调算子，解调得到具有明显奇异值突变特征的解调信号；引入调制源完成调频信号重构。通过仿真信号与航空发动机实测信号分析，表明多项式拟合解调与奇异值分解对调频信号降噪、分量提取具有很好的效果。
为了解决传统方法对调频信号处理效果不佳问题，基于奇异值提出一种新方法。利用Hankel矩阵研究常见信号奇异值突变特征，分析相关奇异值与信号具体特征的对应关系，为重构信号所需有效奇异值提供选择依据。针对调频信号奇异值突变特征不明显问题，根据Weierstrass逼近定理采用多项式拟合描述调频信号的调频规律；提出最小奇异值分布差准则，以实现信号瞬时频率函数参量确定的最优估计；构造解调算子，解调得到具有明显奇异值突变特征的解调信号；引入调制源完成调频信号重构。通过仿真信号与航空发动机实测信号分析，表明多项式拟合解调与奇异值分解对调频信号降噪、分量提取具有很好的效果。
2016, 35(9): 1414-1420.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0919
摘要:
为了提高轮边驱动电动汽车行驶的稳定性，提出横摆力矩滑模控制的稳定性控制策略，采用层次化结构的稳定性控制器。针对极限工况下车辆的状态估计误差偏大，基于无迹卡尔曼滤波（UKF）理论设计了适用于轮边驱动电动汽车的状态估计方法，根据UKF估计的车辆状态计算，设计滑模运动控制器计算所需的横摆力矩。考虑到转矩分配时的实际约束条件，设计了控制分配器，采用二次规划方法优化分配各轮上的驱动/制动扭矩。仿真结果表明：该稳定性控制器能够快速施加驱动力或制动力，及时、准确地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角，提高车辆的操纵稳定性。
为了提高轮边驱动电动汽车行驶的稳定性，提出横摆力矩滑模控制的稳定性控制策略，采用层次化结构的稳定性控制器。针对极限工况下车辆的状态估计误差偏大，基于无迹卡尔曼滤波（UKF）理论设计了适用于轮边驱动电动汽车的状态估计方法，根据UKF估计的车辆状态计算，设计滑模运动控制器计算所需的横摆力矩。考虑到转矩分配时的实际约束条件，设计了控制分配器，采用二次规划方法优化分配各轮上的驱动/制动扭矩。仿真结果表明：该稳定性控制器能够快速施加驱动力或制动力，及时、准确地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角，提高车辆的操纵稳定性。
2016, 35(9): 1421-1425.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0920
摘要:
针对悬架设计参数的不确定性，提出了基于Kriging模型和粒子群优化算法的双横臂悬架稳健优化设计方法。对悬架硬点坐标进行灵敏度分析，获得对于悬架性能影响较大的一组悬架硬点的坐标，将其作为设计变量，悬架的运动学性能作为响应，拟合得到了双横臂悬架的Kriging模型。应用粒子群算法，考虑噪声因素对悬架运动学性能的影响，在设计变量的可行空间内进行寻优，获得双横臂悬架稳健优化设计的方案。通过稳健优化设计，双横臂悬架运动性能参数的稳健性得到了提高。
针对悬架设计参数的不确定性，提出了基于Kriging模型和粒子群优化算法的双横臂悬架稳健优化设计方法。对悬架硬点坐标进行灵敏度分析，获得对于悬架性能影响较大的一组悬架硬点的坐标，将其作为设计变量，悬架的运动学性能作为响应，拟合得到了双横臂悬架的Kriging模型。应用粒子群算法，考虑噪声因素对悬架运动学性能的影响，在设计变量的可行空间内进行寻优，获得双横臂悬架稳健优化设计的方案。通过稳健优化设计，双横臂悬架运动性能参数的稳健性得到了提高。
2016, 35(9): 1426-1431.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0921
摘要:
为提高车轴现有算法的灵活性，基于Windows环境，以NX为平台，利用C#.net、Fortran以及C++net，通过混合编程技术集成开发了铁道车辆车轴设计可视化系统RAxleDVS（Rolling-stock Axle Design Visualization System），其中C#、Fortran、C++分别实现客户端设计以及NX接口调用、数值计算、云图显示。在车轴设计过程中，RAxleDVS分为前处理、求解计算、后处理三大功能；前处理实现参数化建模及网格划分；求解计算完成力加载、力求解、弯矩和应力的计算；后处理以线图和云图的方式显示计算结果。本系统集成了从车轴结构设计到强度校核的完整过程，对车轴的高效、可靠设计有很高的实用价值。
为提高车轴现有算法的灵活性，基于Windows环境，以NX为平台，利用C#.net、Fortran以及C++net，通过混合编程技术集成开发了铁道车辆车轴设计可视化系统RAxleDVS（Rolling-stock Axle Design Visualization System），其中C#、Fortran、C++分别实现客户端设计以及NX接口调用、数值计算、云图显示。在车轴设计过程中，RAxleDVS分为前处理、求解计算、后处理三大功能；前处理实现参数化建模及网格划分；求解计算完成力加载、力求解、弯矩和应力的计算；后处理以线图和云图的方式显示计算结果。本系统集成了从车轴结构设计到强度校核的完整过程，对车轴的高效、可靠设计有很高的实用价值。
2016, 35(9): 1432-1438.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0922
摘要:
车辆座椅的振动是典型的多维振动。现有一种新型车辆并联减振座椅，能够提供3个自由度的减振形式。对该车辆减振座椅的主体并联机构建立动力学方程，进行了模态分析，确定了座椅系统合理的弹性系数及阻尼系数，然后用MATLAB软件绘制出车辆减振座椅的振动曲线，同时用ADAMS软件进行减振座椅的仿真分析，验证了理论分析的正确性及该车辆座椅有较好的减振性能。
车辆座椅的振动是典型的多维振动。现有一种新型车辆并联减振座椅，能够提供3个自由度的减振形式。对该车辆减振座椅的主体并联机构建立动力学方程，进行了模态分析，确定了座椅系统合理的弹性系数及阻尼系数，然后用MATLAB软件绘制出车辆减振座椅的振动曲线，同时用ADAMS软件进行减振座椅的仿真分析，验证了理论分析的正确性及该车辆座椅有较好的减振性能。
2016, 35(9): 1439-1443.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0923
摘要:
以Firestone公司生产的1T15M-2型膜式空气弹簧为基础，与容积为22 L的附加空气室和节流阀构成了带附加空气室空气弹簧减振系统。根据空气弹簧减振系统的加速度响应特性，设计了基于频率指标的振动控制程序。试验时向空气弹簧内部分别充入3种不同气压，采用激振频率为0.5 Hz~10 Hz的随机激振信号对减振系统激励。在每个采样周期内对簧上质量的加速度响应信号进行滤波和FFT变换，并提取出采样周期内激振能量最大对应的频率信号，根据频率的大小，执行器调节节流阀的开度，使空气弹簧减振系统分别工作在2个相对较优的加速度响应的某一个区域内。试验结果表明，在随机信号激励条件下，3种不同内压的空气弹簧系统最短经过约2 s可达到稳定响应状态，控制前后系统加速度响应的振幅相对最大加速度幅值减小了近50%。
以Firestone公司生产的1T15M-2型膜式空气弹簧为基础，与容积为22 L的附加空气室和节流阀构成了带附加空气室空气弹簧减振系统。根据空气弹簧减振系统的加速度响应特性，设计了基于频率指标的振动控制程序。试验时向空气弹簧内部分别充入3种不同气压，采用激振频率为0.5 Hz~10 Hz的随机激振信号对减振系统激励。在每个采样周期内对簧上质量的加速度响应信号进行滤波和FFT变换，并提取出采样周期内激振能量最大对应的频率信号，根据频率的大小，执行器调节节流阀的开度，使空气弹簧减振系统分别工作在2个相对较优的加速度响应的某一个区域内。试验结果表明，在随机信号激励条件下，3种不同内压的空气弹簧系统最短经过约2 s可达到稳定响应状态，控制前后系统加速度响应的振幅相对最大加速度幅值减小了近50%。
2016, 35(9): 1444-1449.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0924
摘要:
为提高2060新型铝锂合金的抗疲劳性能，研究了喷丸强化对2060-T8E30铝锂合金表面完整性和疲劳性能的影响规律。利用表面轮廓仪、X射线应力测试仪、扫描电子显微镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）等测试和分析了铝锂合金喷丸处理前后的表面完整性变化；使用高频疲劳试验机评价了喷丸强化处理对2060-T8E30铝锂合金疲劳寿命的影响规律；探讨了喷丸强化表面完整性与疲劳性能之间的内在联系。结果表明：合理强度的喷丸强化处理能够显著提高2060-T8E30铝锂合金的疲劳寿命，但过高或过低强度的喷丸处理不能达到改善铝锂合金抗疲劳性能的最佳效果，此归因于喷丸强化处理对铝锂合金表面完整性影响作用的非单调变化规律。
为提高2060新型铝锂合金的抗疲劳性能，研究了喷丸强化对2060-T8E30铝锂合金表面完整性和疲劳性能的影响规律。利用表面轮廓仪、X射线应力测试仪、扫描电子显微镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）等测试和分析了铝锂合金喷丸处理前后的表面完整性变化；使用高频疲劳试验机评价了喷丸强化处理对2060-T8E30铝锂合金疲劳寿命的影响规律；探讨了喷丸强化表面完整性与疲劳性能之间的内在联系。结果表明：合理强度的喷丸强化处理能够显著提高2060-T8E30铝锂合金的疲劳寿命，但过高或过低强度的喷丸处理不能达到改善铝锂合金抗疲劳性能的最佳效果，此归因于喷丸强化处理对铝锂合金表面完整性影响作用的非单调变化规律。
2016, 35(9): 1450-1454.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0925
摘要:
液相等离子碳氮共渗技术可以改变钛合金的表面性质以增强其的表面硬度及耐磨损性能，电解槽中流场分布的均匀性是影响碳氮共渗处理稳定性和工件表面质量的重要因素。通过对电解槽中的流场进行数值模拟，探索电解液的流动方向，流动速度，流量与极板面积大小对电解槽中流场分布均匀性的影响。结果表明：电解液的流动方向是影响流场分布均匀性的主要因素；流速和流量会对电解槽中的压力与速度大小造成影响；极板面积的大小会影响两极板之间电解液的流动。
液相等离子碳氮共渗技术可以改变钛合金的表面性质以增强其的表面硬度及耐磨损性能，电解槽中流场分布的均匀性是影响碳氮共渗处理稳定性和工件表面质量的重要因素。通过对电解槽中的流场进行数值模拟，探索电解液的流动方向，流动速度，流量与极板面积大小对电解槽中流场分布均匀性的影响。结果表明：电解液的流动方向是影响流场分布均匀性的主要因素；流速和流量会对电解槽中的压力与速度大小造成影响；极板面积的大小会影响两极板之间电解液的流动。
2016, 35(9): 1455-1460.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0926
摘要:
建立了一套有限元模型来预测复合材料正交层合板由低速冲击载荷引起的层间应力及损伤。采用连续壳单元模拟层合板的各个单层，在复合材料层合板的可能损伤区域设置内聚单元模拟面内基体裂纹和层间分层损伤的起始和扩展。引入层间摩擦力模型模拟层间压缩应力对分层损伤的抑制作用。对于正交层合板，有限元模型准确的模拟了低速冲击载荷引起的分层损伤的面积和形状。数值模拟结果也表明面内基体裂纹与层间分层存在着相互作用关系，基体裂纹影响着分层损伤预测的准确性。有限元模拟结果和试验结果的对比表明，基于内聚单元的有限元模型可以用在复合材料正交层合板低速冲击损伤的数值模拟中。
建立了一套有限元模型来预测复合材料正交层合板由低速冲击载荷引起的层间应力及损伤。采用连续壳单元模拟层合板的各个单层，在复合材料层合板的可能损伤区域设置内聚单元模拟面内基体裂纹和层间分层损伤的起始和扩展。引入层间摩擦力模型模拟层间压缩应力对分层损伤的抑制作用。对于正交层合板，有限元模型准确的模拟了低速冲击载荷引起的分层损伤的面积和形状。数值模拟结果也表明面内基体裂纹与层间分层存在着相互作用关系，基体裂纹影响着分层损伤预测的准确性。有限元模拟结果和试验结果的对比表明，基于内聚单元的有限元模型可以用在复合材料正交层合板低速冲击损伤的数值模拟中。
2016, 35(9): 1461-1465.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0927
摘要:
采用低速风洞实验方法，研究了安装在超临界翼型上的微型涡流发生器四种高度和安装位置对绕该翼型的流动影响。对比干净翼型和安装微型涡流发生器的翼型升阻特性，结果表明：同向安装的微型涡流发生器能减小阻力，但对升力和失速迎角影响不大；大尺寸微型涡流发生器减阻没有小尺寸效果好；高度低于0.4δ（δ为边界层名义厚度）的微型涡流发生器最佳安装位置为参考分离位置下游3.5δ~4.5δ处。
采用低速风洞实验方法，研究了安装在超临界翼型上的微型涡流发生器四种高度和安装位置对绕该翼型的流动影响。对比干净翼型和安装微型涡流发生器的翼型升阻特性，结果表明：同向安装的微型涡流发生器能减小阻力，但对升力和失速迎角影响不大；大尺寸微型涡流发生器减阻没有小尺寸效果好；高度低于0.4δ（δ为边界层名义厚度）的微型涡流发生器最佳安装位置为参考分离位置下游3.5δ~4.5δ处。
2016, 35(9): 1466-1469.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0928
摘要:
通过光弹性试验研究了某涡轴发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位应力随圆弧半径的变化规律。采用真空浇注方法制作榫头的光弹性模型毛坯并通过机械加工方法把毛坯加工成模型，光弹性冻结试验在多功能模型加载装置上完成，得到了榫头应力随圆弧半径的变化曲线，有限元分析结果验证了光弹性试验的有效性。研究表明：圆弧半径的微小变化对燃气涡轮工作叶片榫头应力有较大影响。
通过光弹性试验研究了某涡轴发动机燃气涡轮工作叶片榫头部位应力随圆弧半径的变化规律。采用真空浇注方法制作榫头的光弹性模型毛坯并通过机械加工方法把毛坯加工成模型，光弹性冻结试验在多功能模型加载装置上完成，得到了榫头应力随圆弧半径的变化曲线，有限元分析结果验证了光弹性试验的有效性。研究表明：圆弧半径的微小变化对燃气涡轮工作叶片榫头应力有较大影响。
2016, 35(9): 1470-1476.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2016.0929
摘要:
为了得到不同泵源形式对飞机液压系统热特性的影响，建立了飞机不同泵源形式全机液压系统的热特性模型，进行了仿真计算和对比分析研究。分析了飞机液压系统恒压变量泵、双级恒压变量泵、负载敏感泵和智能泵4种不同泵源形式的工作特性，采用基于Modelica的飞机液压系统热特性仿真方法建立了不同泵源形式的飞机液压系统热特性模型，并就防空截击和机动飞行两种任务剖面下飞机液压系统的热特性进行数字仿真和对比分析。结果表明，使用智能泵会显著降低液压系统的温度，特别在功率需求较小的工况下使用时效果更为明显。
