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当期目录

    2011年, 第45卷, 第11期 刊出日期:2011-11-30 上一期    下一期
    机械工程
    单晶硅表面有机硅烷/稀土复合自组装膜的摩擦磨损性能
    李振华1,程先华2
    2011,45 (11):  1577-1580. 
    摘要 ( 3795 )  
     利用分子自组装技术,在单晶硅表面制备了MPTSMPTES /稀土复合自组装膜.利用接触角测定仪、原子力显微镜和X射线光电子能谱仪分析表征了薄膜的组成和结构;采用DF-PM型静-动摩擦系数精密测定仪评价了薄膜的摩擦磨损性能.研究结果表明:稀土元素可以组装到氧化后的硅烷化表面而形成MPTS-MPTES /稀土自组装复合薄膜.在较低载荷下,薄膜不但摩擦系数较低,同时也表现出良好的耐磨性和摩擦稳定性,显示了其在微型机械表面改性的潜在应用前景.
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    基于灰色神经网络的机床热误差建模
    张毅,杨建国
    2011,45 (11):  1581-1586. 
    摘要 ( 3707 )  
     结合灰色模型和神经网络对数据处理的优点,提出了并联和嵌入型2种结构的灰色神经网络机床热误差预测模型。前者是在灰色模型和神经网络分别对机床热误差进行预测的基础上,采用线性组合方式,按照目标预测精度调整模型的加权系数,从而得到最终组合预测结果;后者是在神经网络输入层前增加灰化层,在输出层后增加白化层,通过对神经网络拓扑结构的改进,达到弱化原始数据随机性、提高预测模型鲁棒性和容错能力的目标。通过与传统灰色模型和神经网络进行试验结果对比表明:上述2种结构的灰色神经网络模型均提高了预测精度,且具有对原始数据要求低、计算简便、鲁棒性强等优点,可用于复杂实际加工场合中的数控机床热误差实时补偿。
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    基于合作博弈的公差稳健设计方法
    郑丞,金隼,来新民
    2011,45 (11):  1587-1591. 
    摘要 ( 3470 )  
    结合合作博弈理论和装配产品公差稳健设计建模,提出一种基于Nash仲裁均衡的公差稳健设计方法.首先将考虑稳健设计要求的装配产品质量与成本视为多目标优化对象,通过建立博弈决策方、效用函数,对各博弈方策略进行归属分类,将装配质量和成本多目标优化问题转化为多目标博弈决策问题,并建立相应的博弈模型及效用矩阵,最后采用合作博弈中的Nash仲裁法进行优化求解.该方法应用于车身前端装配总成的公差设计案例,通过与单目标优化方法比较,说明了其工程应用的有效性.
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    分段修正系数建模数控机床热误差
    赵海涛1,冯伟1,杨建国2
    2011,45 (11):  1592-1596. 
    摘要 ( 3160 )  
    首先分析了建立在最小二乘法基础上的线性回归分析建模原理的不足及其局限性,在此基础上提出了分段修正系数建模机床热误差方法,并对其原理及建模补偿策略进行了详细推导.通过对数控车削加工中心主轴径向热误差进行建模补偿试验,可以看到,在建模时使用的原始采样点处,拟合误差几乎为零,代入非原始采样点数据时,由模型算得的热误差补偿值和原始采样数据具有很好的拟合性,表明这种建模方法可有效提高热误差补偿精度.
     
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    高压差高固含量减压阀的仿真优化设计
    王新昶1,孙方宏1,孙乐申2,丁庆华2,彭东辉3
    2011,45 (11):  1597-1601. 
    摘要 ( 3466 )  
    基于有限容积法,采用K ε双方程湍流模型和Mixture多相流模型,对高压差高固态浓度流体冲蚀极端工况条件下工作的煤液化减压阀阀体内的压力分布和流场状态进行了计算流体动力学分析,研究了新型结构减压阀在不同开度下压降的变化情况,以及不同阀座孔深度下湍流强度的变化情况.结合流体冲蚀理论,完成了对其结构的优化改进,并对易磨损部位做出了精确预测,为关键部位耐磨材料的筛选提供了理论依据.实际应用实验结果表明,该新型减压阀使用过程中易磨损部位与仿真预测一致,使用寿命超过了1 200 h,满足实际应用需求.
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    荧光检测器杂散光抑制研究
    金玉希a,黄梅珍a,吴平a,王尧a,黄鹏飞b
    2011,45 (11):  1602-1606. 
    摘要 ( 3181 )  
     以液相色谱荧光检测器中的单色器为研究对象,分析了单色器杂散光的主要来源;通过ASAP软件建模,对单色器中杂散光的分布进行了模拟,提出了抑制杂散光的几种结构设计,包括光阑、叶片和挡板,研究比较了它们对杂散光的抑制效果;在单色器中同时加上这3种结构后,杂散光抑制比到达了80%以上.通过实验对模拟结果进行了验证,实验结果与模拟结果基本吻合.
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    数字配流与调速式液压马达的建模与实现
    泮健,施光林
    2011,45 (11):  1607-1612. 
    摘要 ( 3299 )  
    研究了一种采用高速电磁开关阀组实现配流与调速的新型液压马达.介绍了液压马达的工作机理及结构特点;建立数学模型,并对液压马达不同负载下的调速特性和换向特性进行了仿真.结果表明,新型液压马达不仅可以通过改变高速电磁开关阀控制信号占空比来调节液压马达的转速,而且可以通过切换配流状态表实现换向.最后,通过新型液压马达样机上的实验研究,证明了该新型液压马达数学模型是合理和有效的.
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    非平行壁面无叶扩压器失速的三维模型
    沈枫1,竺晓程1,刘鹏寅1,杜朝辉1,陈化2
    2011,45 (11):  1613-1618. 
    摘要 ( 3115 )  
    为了研究离心压缩机系统内非平行壁面无叶扩压器的失速问题,提出了一种三维模型.首先采用强隐式方法(SIP)求解扩压器内的平均流动,然后采用奇异值分裂(SVD)方法求解离散后的线性化三维欧拉方程,得到了非平行壁面无叶扩压器失速时的临界流量系数和失速团相对转速.研究的非平行壁面轮盖型线包括单收缩型、先收缩后扩张型以及等面积收缩型.结果显示,无叶扩压器的轮盖型对临界流量系数和失速团相对转速都有重要影响,收缩型轮盖面可以有效抑制无叶扩压器失稳,对于较长的扩压器抑制效果更为明显.此外,非平行壁面无叶扩压器的失速临界流量系数还受到入口马赫数、扩压器出入口半径比的影响.
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    流体黏温特性对液黏调速离合器传动特性的影响
    黄家海1,方文敏2,邱敏秀1
    2011,45 (11):  1619-1625. 
    摘要 ( 2731 )  
    液黏调速离合器主、从动摩擦盘之间存在的转速差会导致油温升高,进而影响其传动性能.以一对摩擦副间隙内流体流场为研究对象(摩擦盘表面无油槽),建立定常、层流条件下的简化数学模型,同时考虑流体黏温特性的影响,运用数值计算方法获得了流场温度、剪应力及转矩的数值解.在此基础上,搭建了液黏传动实验台进行实验验证研究.结果表明:受流体黏温特性影响,输出转矩与输出转速之间呈非线性关系;当其他工作条件不变时,输出转矩随输入流量的增加而增加,尤其在低输出转速段,转矩增量较明显.
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    基于神经网络的回转球面磨削精度过程控制
    许开州,魏臣隽,柴运东,许黎明,胡德金
    2011,45 (11):  1626-1631. 
    摘要 ( 3146 )  
    介绍了回转球面精密磨削系统,在研究回转球面精密磨削原理和机床结构的基础上,分析了球体形状误差的产生原因,利用BP神经网络拟合进给量、磨削区段和砂轮主轴电流三者之间的非线性关系,通过网络预测调整不同磨削区段的进给量控制电流恒定从而达到恒功率磨削.
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    基于测地线距离的核主元分析在齿轮泵故障识别中应用
    杨庆,陈桂明,刘鲭洁,何庆飞
    2011,45 (11):  1632-1636. 
    摘要 ( 4199 )  
    针对传统的高斯径向基核函数中采用欧氏距离计算方法难以完全反映非线性振动数据样本点与点之间位置关系的问题,提出了改进的核主元分析方法.在高斯径向基核函数中使用测地线距离代替欧氏距离,建立基于样本类内散度和类间距的评价函数,运用遗传算法优化测地线距离中邻近点参数k以及高斯径向基核函数中参数σ.对采集的齿轮泵不同状态的振动数据进行经验模态分解,从分解的各阶本征模态分量和残余分量中提取10个无量纲参数构成原始特征参数集;运用优化后的核函数对原始特征参数集进行核主元分析.实验结果表明,改进的核主元分析方法取得了较好的识别效果.
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    金属学与金属工艺
    面向液压滑阀卡滞问题的健壮性设计
    王安麟,董亚宁,周鹏举,吴小锋,周成林
    2011,45 (11):  1637-1642. 
    摘要 ( 3132 )  
    为了解决由黏性发热引起的液压滑阀卡滞问题,综合液压滑阀结构的流固热耦合解析与多学科优化基础,提出面向液压滑阀卡滞问题的健壮性设计方法.即采取顺序耦合分析方式,在液压滑阀结构流固热耦合下,通过流体有限元获得阀芯变形引起液压滑阀卡滞的敏感因子,且以响应面函数模型表达阀芯变形与敏感因子之间的函数关系;对于外界随机变化因子,应用6σ法则优化可设计因子来减小随机因子对性能的影响,并以蒙特卡罗随机分析方法验证设计后阀芯变形对外界因子随机变化的健壮性.解析实例表明,阀芯结构、滑阀开度、负载流量和介质温度是引起液压滑阀卡滞的敏感性因素,健壮性设计方法在滑阀卡滞多因子复杂设计问题中明显优于传统设计方法.
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    机械工程
    基于Petri网模型的顺序离散事件机电系统在线Bayes故障诊断方法
    蔡露,许黎明,柴运东,郝圣桥
    2011,45 (11):  1642-1646. 
    摘要 ( 3116 )  
    提出了顺序离散事件机电系统的概念,并基于Petri网理论,研究了赋时简单串联顺序事件Petri网对该类系统建模.将变迁过程的时间度量看成统计量,提出一种Bayes试验鉴定方法,用于对统计量方差差异进行显著性检验,并通过结合Bayes方法与先验知识对系统进行故障诊断.实验结果表明,该故障诊断算法能够充分将经验知识和实时监测数据相结合,可以较准确地检测某物料自动输送系统的故障.
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    金属学与金属工艺
    分块杯形砂轮磨削高硬度涂层球面温度
    蒋天一,侯海云,胡德金,许开州
    2011,45 (11):  1647-1652. 
    摘要 ( 3245 )  
    针对分块杯形砂轮磨削高硬度涂层球面的实际工况,计算移动热源的有效宽度,并使用三角形移动热源模型对磨削温度场进行理论建模.分析了磨削运动对传热过程的影响,结合磨粒端面温度和一维导热模型计算热量传入工件比率.通过实验比较了分块杯形砂轮和普通杯形砂轮的磨削温度及磨后表面形貌,同时,分析了磨削参数对磨削温度的影响.结果表明:分块杯形砂轮磨削高硬度涂层球面较普通杯形砂轮具有更低的磨削温度和更好的磨削条件.
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    1 000 MPa级双相钢薄板极限成形性能
    史刚1,王武荣2,羊军1,胡伟2,但文蛟3
    2011,45 (11):  1653-1656. 
    摘要 ( 2802 )  
    基于圆筒拉深试验,获得了1 000 MPa级先进高强度钢拉深时破裂的临界点和极限拉延比(LDR).研究了Hill、Barlat和BBC 3种不同屈服准则的数值仿真效果.结果表明:1 000 MPa级双相钢LDR值为2.07,且Barlat屈服准则模拟结果与实际试验相符.对断口进行扫锚电镜(SEM)观测,发现1 000 MPa级双相钢有别于传统板材,其拉深断裂模式为沿板材厚向45°的韧性切向断裂,无明显颈缩现象.
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    有限元分析法确定JohsonCook本构方程材料参数
    董菲1,Guenel Germain2,Jean Lou Lebrun2,李铸国1
    2011,45 (11):  1657-1660. 
    摘要 ( 5230 )  
    采用反演法确定了马氏体不锈钢410的Johnson-Cook本构方程材料参数.剪切实验采用的剪切速率为1~5 000 s-1,温度为20~1 000 °C.有限元模拟在Abaqus软件平台上进行.采用Johnson-Cook模型,施加与实验相同的初始条件.通过Matlab非线性最小二乘法优化程序来调整有限元模型材料参数,找到合适值,使得模拟得到的力位移曲线与实验得到曲线相吻合.结果表明,所得参数都能很好地代表不锈钢410在高温高变形速度下的流动特性,JohnsonCook模型不能描述材料破坏阶段的行为特征.
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    高强钢闭口帽形结构准静态轴向压溃实验
    牛建辉,朱平
    2011,45 (11):  1661-1667. 
    摘要 ( 2882 )  
    为了研究成形历史对车身部件冲击变形行为的影响,以点焊连接闭口帽形结构为例,比较了2种高强钢材料——HSLA340和DP590不同成形条件下准静态轴向压溃过程的变形模式和吸能特性.实验结果表明:冲压成形过程导致的结构局部材料强化和几何弱化现象严重影响了帽形结构压缩过程中的屈曲变形模式,使其吸能能力低于折弯构件;大压边力冲压成形构件压溃过程中出现局部板材撕裂现象,该现象与应变历史及应力状态相关;因其独特的低屈强比硬化特性,不同成形条件下的DP590构件变形吸能特性始终优于HSLA340构件.
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    采用应变梯度硬化模型预测黄铜薄板微弯曲弯矩
    李河宗1,2,董湘怀1,申昱1,Alexander Diehl 3, Hinnerk Hagenah 3, Ulf Engel 3, Marion Merkle
    2011,45 (11):  1668-1672. 
    摘要 ( 3080 )  
    通过黄铜板料微弯曲实验,发现其弯曲弯矩存在明显的尺寸效应现象,随板料厚度的减小,弯曲弯矩增大.采用经典塑性理论和不同的应变梯度理论对微弯曲弯矩进行了预测,对比分析结果表明:修正的NixGao模型的预测结果更接近于实验结果,并且得出了合理的内禀尺寸表达式;该内禀尺寸与材料的剪切模量、初始屈服极限、柏氏矢量和板料厚度方向上的孪晶数有关.
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    车身覆盖件回弹控制的成形工艺多目标优化
    阳湘安1,2,阮锋2
    2011,45 (11):  1673-1677. 
    摘要 ( 3496 )  
    分析了车身覆盖件成形工艺优化问题中回弹评价目标函数的确定准则,建立了合理的基于回弹控制的成形工艺多目标优化模型.采用实验设计 (DOE)、径向基函数神经网络(RBF)和非支配排序遗传算法(NSGAII)相结合的优化策略对问题进行了全局优化求解,在与相应的单目标优化结果对比后,分析了压边力和拉延筋力对回弹的影响机理.结果表明,压边力主要通过对工件的塑性变形产生影响,进而影响回弹,随着压边力的增加工件塑性变形程度加大而回弹急剧减少,但是当压边力增大到一定程度后工件的回弹反而增大;拉延筋力则主要对工件的内应力分布产生较大影响,并因此影响工件切边后的回弹.与相应的单目标优化模型相比,文中的多目标优化模型在控制回弹的同时能够更全面地考虑板料成形的其他缺陷.
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    7475铝合金板材的各向异性疲劳性能
    肖骥1,Etienne Pessard2,王敏1,Daniel Cuillerier2
    2011,45 (11):  1678-1683. 
    摘要 ( 3628 )  
    基于高周疲劳弯曲实验,研究了航空用铝合金板材Al7475-T3的各向异性疲劳行为.结果表明:轧制后形成了扁平长条状结构的7475-T3铝合金具有良好的耐疲劳损伤性能.在室温弯曲加载条件下,从3个平面(S-T,S-L,T-L)截取的光滑试样的疲劳极限最高可达200 MPa,除在T-L面上表现为各向同性外,其余两面的疲劳性能均表现出各向异性.采用以最弱链接理论为基础的概率疲劳准则,分析了铝合金板材中疲劳裂纹产生的可能性,但模拟结果与实际相差较远.综合考虑晶粒有效滑移长度和夹杂物尺寸两因素,对疲劳极限的影响进行模型计算,得出的Kitagawa曲线与实际情况比较吻合.
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    微细电火花加工脉冲电源及其脉冲控制技术
    蒋毅,赵万生,顾琳,康小明
    2011,45 (11):  1684-1689. 
    摘要 ( 3190 )  
    为了提高微细电火花加工效率,通过分析微细电火花加工特点,改进了主放电回路,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的微细电火花加工脉冲电源.该电源集成了放电状态检测功能,能够判断每一个脉冲的放电状态,并及时切断有害脉冲.设计了应用于微细电火花加工的清扫脉冲回路,可在极间加载高能量窄脉宽的清扫脉冲,以清除积聚在极间的加工屑.利用该电源在桌面式微细电火花加工机床上进行了微细深孔加工实验和微细孔极限加工实验,取得了较好的加工效果.
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    高硬度球面磨削中球面形状误差分析与补偿
    李冬冬,许明明,侯海云,胡德金,许黎明
    2011,45 (11):  1690-1694. 
    摘要 ( 3199 )  
    为了提高高硬度球面磨削后的形状精度,分析了新型高硬度球面磨削机床中球面形状误差来源,针对实际加工过程中出现的鞍形球面,提出了采用退让式球面磨削的方法.实验结果表明:退让式球面磨削可以有效减小球面形状误差,对高硬度球面磨削具有实用价值.
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    先进高强度双相钢汽车板剪切断裂实验
    李梅,赵亦希,胡星,黄胜
    2011,45 (11):  1695-1699. 
    摘要 ( 3311 )  
    通过翻边实验和槽型件实验,研究了先进高强度双相(DP)钢在小半径拉弯成形中的断裂特性.翻边实验表明,高强度DP钢强度级别越高越容易发生剪切断裂.槽型件实验与仿真表明,高强度DP钢的断裂特性与压边力大小关系密切,压边力大则弯曲圆角处容易发生剪切断裂;压边力小则易在侧壁上发生颈缩断裂.先进高强度DP钢最终的断裂模式是剪切断裂和颈缩断裂相互竞争的结果,任一断裂条件先达到则板料发生该种断裂.
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    构架侧梁焊接反变形量的优化分析
    赵利华,张开林
    2011,45 (11):  1700-1704. 
    摘要 ( 4053 )  
    以热弹塑性理论为基础,采用APDL语言对机车车辆构架侧梁进行了焊接变形数值仿真计算,并对侧梁进行现场跟踪测量.得出了侧梁的焊接变形仿真计算结果与测量值,两者基本吻合,误差在6%之内.以此仿真模型为基础,结合所制定的反变形方案,采用多层优化计算,对侧梁焊接时的反变形量进行数值仿真优化,最优方案与无反变形量的焊接相比,可使弯曲变形量减低65%左右.优化方案可为焊接变形的控制、焊接工艺设计的选择和预留变形量的确定等提供可靠依据.
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    高硬度涂层磨削温度场的数值仿真和实验研究
    许黎明1,2,李荣洲1,许开州1,柴运东1,胡德金1
    2011,45 (11):  1705-1709. 
    摘要 ( 3746 )  
    采用数值仿真和实验研究相结合的方法,分析了WC-Co高硬度涂层磨削温度场.以矩形移动热源理论为基础,结合实验加工条件和工件材料性质,通过合理的假设简化,建立了金刚石杯形砂轮磨削WC-Co高硬度涂层材料的温度场数学模型,利用有限元方法对磨削温度场进行了数值仿真,提出了涂层磨削温度的实验测量方法并对涂层表面磨削温度进行了实验研究.实验结果与仿真结果基本一致,表明所提出的高硬度涂层温度场数值仿真和实验研究方法能比较真实地反映WC-Co涂层材料在磨削过程中的温度变化情况.
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    工艺参数对中厚板高凸台挤压成形影响的分析
    孙文杰,向华,庄新村,赵震
    2011,45 (11):  1710-1714. 
    摘要 ( 2742 )  
    基于中厚板高凸台挤压成形过程中影响凸台高度的3种常见缺陷,提出了有效体积利用率的概念.以此为指标,运用正交试验的方法,对成形过程中影响凸台成形质量的工艺参数进行分析,确定了关键工艺参数,并分析了这些参数对凸台挤压成形有效体积利用率的影响规律.研究结果为板料高凸台挤压成形工艺设计与模具优化提供了一定参考.
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    基于分层递阶模型的多轴加工过程分析与运动度量规划
    张立强1,王宇晗2
    2011,45 (11):  1715-1719. 
    摘要 ( 2954 )  
    针对复杂曲面多轴数控加工过程的复杂性,提出了一种面向多轴加工的分层递阶构造模型,即利用铣削过程的几何、运动学与力学模型综合分析多轴加工规律.切削工件几何模型采用深度元素法,通过分析刀具与工件接触区域,得到刀具在不同瞬时的轴向范围及沿轴向各微元的切入角和切出角,转换为铣削力模型所需的几何信息,同时运动学模型又为几何与力学模型提供计算依据.采用序列二次规划法优化进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值内.五轴螺旋桨加工实验表明,在满足加工精度条件下,优化的进给速度使零件加工效率提高约20%.
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    自动化技术、计算机技术
    检具设计中延伸曲面修补方法
    姜坤1,周雄辉1,黎旻2,张春捷1
    2011,45 (11):  1720-1724. 
    摘要 ( 3040 )  
    在检具检测部位(模拟块)设计中,为了完全匹配被检制品的表面结构,常常需要进行复杂曲面的延伸操作.提出了一种解决在一阶不连续点处的延伸面分裂与相交的曲面自动延伸算法.该算法通过识别零件的待检测部位边界,判断其端点处的一阶连续性,若满足凸延伸条件,则采用球面正权值有理Bézier曲线过渡;若满足凹延伸条件,则剪裁延伸偏置曲线,并采用三次Bézier曲线过渡,从而避免曲面边界延伸曲线的不连续性,实现复杂曲面的自动延伸.最后以汽车翼子板检具设计为例,证明了算法的有效性与实用性.
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    交通运输
    无叶扩压器失速的三维可压缩流模型
    沈枫1,竺晓程1,刘鹏寅1,杜朝辉1,陈化2
    2011,45 (11):  1725-1730. 
    摘要 ( 3829 )  
    为了研究离心压缩机系统内无叶扩压器的失速问题,提出了一种三维可压缩模型.采用奇异值分裂(SVD)方法求解离散后的三维可压缩流欧拉方程,得到了无叶扩压器失速时的临界流量系数和失速团相对转速.研究显示,在无叶扩压器较长的情况下,入口马赫数对临界流量系数和失速团相对转速都有重要影响.此外,无叶扩压器临界流量系数还受到无叶扩压器出入口半径比、扩压器入口平均流动的轴向分布以及叶片后弯的影响.实验比较显示,三维模型的预测结果相比二维模型更为准确.
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    自动化技术、计算机技术
    基于PDMS的人工视网膜神经微电极阵列
    朱壮晖1,2,李刚1,周洪波1,张华1,赵建龙1
    2011,45 (11):  1731-1736. 
    摘要 ( 3103 )  
    为了利用柔顺性材料实现电极位点与靶细胞的良好接触,同时保证微电极的可靠性,提出了一种新的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微电极制作方法.该方法通过在硅基表面沉积金属层、光刻图形化以及电镀形成电极基本结构,然后通过PDMS浇注、湿法刻蚀、释放以及键合完成基于PDMS微电极制作.其中,微电极绝缘层制作和电极位点暴露采用浇注PDMS并结合外力夹压固化和PDMS湿法刻蚀来实现.使用该方法制作的PDMS电极,结构稳定、可靠性好,具有良好的贴附性.同时,通过SEM和阻抗测试对所制作的微电极进行了表面形貌和电学性能的测试和评价.结果显示,相对于传统方法制作的PDMS微电极,电化学阻抗降低了近60%(频率1 kHz处),基于该方法制作的PDMS微电极在力学和电学性能方面均具明显优势.
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