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当期目录

    2014年, 第48卷, 第1期 刊出日期:2014-01-30 上一期    下一期
    机械仪表工程
    叶片马达凸轮转子过渡曲线特性分析
    徐川辉1,王旭永1,陶建峰1,张文俊1,苗中华2
    2014,48 (1):  1-5. 
    摘要 ( 518 )  
    介绍了一种新型凸轮转子连续回转电液伺服叶片马达的工作原理,推导了马达瞬时驱动转矩和瞬时转速的解析式,分析了过渡曲线的动态特性和力学特性,讨论了凸轮转子过渡曲线对提高马达性能的作用和设计准则,对二次等加速等减速、二次正弦和余弦及二次阿基米德等过渡曲线进行了理论推导与分析.结果表明,二次余弦曲线适用于作为三轴仿真转台所用凸轮转子叶片马达的过渡曲线,并有利于提高马达的性能.
     
     
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    时变条件下滑动轴承系统的多物理场耦合分析
    王宁,魏正英,林起崟,陈渭
    2014,48 (1):  6-11. 
    摘要 ( 145 )  
    针对传统非耦合分析方法无法研究轴颈、油膜与轴瓦之间的相互作用以及普通流-固耦合方法无法真实反应轴承运转工况的问题,提出了一种融合计算流体动力学、流-固耦合和热流耦合的瞬态分析方法,分析了时变条件下轴承系统速度、压力和温度的多物理场耦合,并分析了空化现象的影响,精确计算了恒定载荷下的偏心率和温升场,以及从启动到稳定过程的轴心轨迹.同时,分别考虑腔结构、轴颈转速和载荷对油膜压力、偏心率、温升和气穴的影响,并将计算结果与相关文献的实验结果进行比较.结果表明:所得计算结果与实验结果较吻合;轴承的轴心轨迹呈螺旋形;油腔数目对轴心轨迹、气穴和温升的影响很大.
     
     
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    基于插值算法的数控机床复合误差补偿技术
    王维,杨建国
    2014,48 (1):  12-21. 
    摘要 ( 158 )  
    为提高数控机床的加工精度,提出了基于线性插值法和牛顿插值法的数控机床几何与热的复合误差建模方法,并利用数控系统外部机床坐标系的偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿.结果表明:所提出的模型具有计算简便、预测精度高等优点,可用于各种复杂加工场合中的数控机床几何误差与热误差的实时补偿.
     
     
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    基于AVQ聚类和OIF-Elman神经网络的机床热误差建模
    朱小龙,杨建国,代贵松
    2014,48 (1):  22-26. 
    摘要 ( 156 )  
    针对数控机床热误差补偿技术中温度布点选取的问题,提出了基于前馈神经网络的自适应矢量量化(AVQ)网络聚类的方法,将AVQ网络聚类法应用于一台加工中心并将18个测点减少到3个,基于输出-输入反馈Elman(OIF-Elman)神经网络模型建立了机床热误差与关键测点温度之间的关系.结果表明,采用基于AVQ网络聚类法和OIF-Elman神经网络预测模型,能够降低机床温度测点之间耦合作用的影响,提高热误差建模的准确性与鲁棒性.
     
     
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    基于状态空间模型的机床热误差动态建模
    肖慧孝,杨建国,张毅
    2014,48 (1):  22-26. 
    摘要 ( 128 )  
    提出了一种基于状态空间模型的机床热误差建模方法,以几个关键温度点的温升为输入,结合状态变量和干扰来确定热误差输出,由子空间辨识算法得到模型参数.同时,在一台数控车床上进行实验,以探究模型的精度和鲁棒性.结果表明:在不同的转速条件下,所提出的模型能够补偿70%的热误差;与自回归模型的建模方法相比,状态空间模型表现出更优异的鲁棒性.

     
     
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    基于自适应分段与动态修正的机床定位误差补偿
    李自汉,杨建国,张毅,姚晓栋
    2014,48 (1):  27-32. 
    摘要 ( 128 )  

    为了提高并保持机床的加工精度,提出了自适应分段建模与动态修正相结合的误差补偿方法.根据误差曲线形状与建模精度需求,自适应地确定分段区间与函数最佳拟合阶次,以实现在线自动建模.结果表明,所建模型并非一个固定的算法,能够实时监测机床温度场、外界环境温度及冷却液工作状态的变化情况,不断更新数学补偿模型的几何调整因子与热增益系数,并动态修正补偿模型.同时,在VM850型立式加工中心进行了误差补偿实验.结果表明,在复杂工况下,基于自适应分段建模与动态修正相结合的误差建模及补偿方法能够满足数控机床的实时补偿需求,其补偿精度高、鲁棒性好.

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    菱形孔密封环端面密封性能分析
    程香平,彭旭东,孟祥铠
    2014,48 (1):  33-38. 
    摘要 ( 125 )  
    针对密封端面开有等深大菱形孔的液体润滑密封环,采用有限元法求解其等温及层流不可压缩二维Reynolds方程,并通过求解密封环的力平衡方程,分析了在不同操作工况下,大菱形孔端面密封的平衡膜厚、泄漏率和液膜刚度等密封性能参数随孔深、半长轴长度、孔列数变化的规律.结果表明:在分析范围以内,当大菱形孔开孔深度d1=3.5~5.0 μm、密封端面大菱形孔的半长轴长度a处于1.2~1.8 mm、沿密封端面周向对称分布的菱形孔列数N=165~195时,大菱形孔端面密封的液膜稳定性和密封性能较好.

     
     
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    改进的谐波小波包峭度图及其应用
    田福庆1,罗荣1,李万2,谢勇1
    2014,48 (1):  39-44. 
    摘要 ( 160 )  
    为克服谐波小波包变换按二进方式划分频带的不足,提出一种精细划分频带的改进的谐波小波包变换方法,并将改进的谐波小波包与峭度图相结合,提出了改进的谐波小波包峭度图,以及基于改进的谐波小波包峭度图的机械故障诊断方法.仿真实验和应用实例结果表明,所提出的方法克服了传统包络分析需要人为设定带通滤波器参数的不足,能够自适应地将最优频带从含强噪声的原始信号频谱中分离,具有比现有峭度图更强的微弱故障提取能力,可以提高峭度图方法的应用效果.
     
     
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    Pascal蜗线型齿轮滚切插补算法对比
    王亚洲,胡赤兵,刘永平,邬再新,王保民
    2014,48 (1):  45-49. 
    摘要 ( 89 )  
    根据Pascal蜗线型齿轮滚切加工模型推导出Pascal蜗线型齿轮滚切插补算法,探讨了不同插补算法中程序段弧长和机床运动轴的变化规律.同时,为了对比程序段弧长的均匀性,提出了程序段弧长均匀度的概念.实例结果表明,在最小曲率半径处,工件等极角插补程序段弧长最长,工件等转角插补程序段弧长变换较为平稳,工件等弧长插补程序段弧长相等;3种插补算法程序段的弧长均匀度由小到大依次为工件等弧长插补、工件等转角插补和工件等极角插补;采用工件等极角插补算法时机床运动轴无一恒定,不便于控制,采用工件等转角插补算法的滚刀控制复杂,而工件等弧长插补算法较为实用.

     
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    天文学、地球科学
    低频声源海底地震波的时域合成波形分析
    卢再华,张志宏,顾建农
    2014,48 (1):  50-55. 
    摘要 ( 107 )  
    在频域快速场模型的基础上进行逆傅里叶变换,得到海底地震波的时域合成波形计算方法,并对不同浅海环境参数下的合成波形进行了计算.结果表明:海底地震波的波动成分为海底表面波和简正波;当声源频率低于简正波最小截止频率时,不存在无衰减传播的简正波,其波动成分主要为海底表面波;随着声源频率增大,各阶简正波逐渐被激发且逐渐增强;声源深度越接近于海底,越有利于海底地震波的激发,波动成分中表面波越发占据主要地位;与硬质海底相比,软质海底更有利于低频声源激发海底地震波,但不利于较高频率声源海底地震波的激发.
     
     
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    交通运输
    考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计
    王存福,赵敏,葛彤
    2014,48 (1):  56-63. 
    摘要 ( 121 )  
    利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.

     
     
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    柱塞式汽车制动器总泵活塞表面缺陷视觉检测的光源优化
    杨子琦,许黎明,解斌,罗睿,朱子馨
    2014,48 (1):  64-68. 
    摘要 ( 199 )  
    分析了柱塞式汽车制动器总泵活塞表面的缺陷特点及其视觉成像难点,设计并优化了适用于柱塞式活塞表面缺陷机器视觉检测的立体组合光源,通过柔和光线设计减少了检测图像的噪点.同时,建立了光线发射-反射-成像全过程的光强度折损数学模型,对光源和镜头采用偏振光滤除技术,通过合理选择偏振片的透振方向,达到了减弱无缺陷位置亮度、减小反光带宽度和增强图像对比度的效果,通过光源优化,对活塞表面缺陷进行了图像采集,并建立了表面缺陷类型数据库.经样本数量为300的随机抽样实验结果表明,优化光源系统后的视觉检测无漏检现象发生,误检率不大于2%,达到了预期效果.
     
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    汽车油位传感器磨损模型及磨损寿命的可靠性预测
    吕子洲1,李世阳2a,董彧1,毛向阳1,张延松2b,李书龙3
    2014,48 (1):  69-73. 
    摘要 ( 116 )  
    通过对油位传感器进行接触力学分析,基于数值离散方法建立了油位传感器的磨损模型,经过干式耐久性磨损实验得到模型的相关参数,并利用蒙特卡洛法对触头与导带的磨损寿命进行可靠性评估.结果表明,所建数值模型和磨损寿命可靠性预测结果可应用于油位传感器的磨损仿真.
     
     
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    螺旋桨CFD不确定度及叶形对桨叶变形的影响
    周振龙,朱锡,张帅
    2014,48 (1):  74-80. 
    摘要 ( 211 )  
     为了研究螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均NavierStokes方程并选用SST kω湍流模型对438X系列螺旋桨的敞水性能进行数值模拟;针对4381螺旋桨设计了3套网格,并进行了螺旋桨敞水性能的不确定度分析;将CFD软件计算与有限元法求解相耦合,计算所得水动力载荷通过插值技术传递给螺旋桨,以分析桨叶应力分布及其叶梢处的变形情况.结果表明,在水动力载荷作用下,复合材料螺旋桨桨叶将产生明显变形,且不同螺旋桨所产生的侧斜和纵倾等均不同,在复合材料螺旋桨的设计和流固耦合计算中必须加以考虑.
     
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    基于Liouville方程的管节点疲劳寿命可靠度预测方法
    刘勇,陈炉云,易宏
    2014,48 (1):  81-85. 
    摘要 ( 142 )  
    通过建立Liouville概率密度演化方程来求解疲劳裂纹扩展尺寸的概率密度函数,以预测海洋平台管节点疲劳寿命的可靠度.通过频域与时域计算相结合的方式分析交变应力的随机过程统计特性,采用基于标准正交基的随机过程展开法,将结构交变应力的随机过程分解为确定时间函数与独立随机变量系的线性组合形式,将裂纹扩展速率方程变换为第一类随机微分方程,从而建立了Liouville概率密度演化方程,并运用数值方法对其求解.同时,通过算例验证了该方法的有效性.结果表明,所提出的方法与MonteCarlo模拟方法的计算结果较吻合.
    关键词: 
    中图分类号:  文献标志码:  A
     
     
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    艏柱对高速船顶浪中水动力性能影响
    钱鹏,易宏,李英辉
    2014,48 (1):  86-91. 
    摘要 ( 154 )  
    依托NPL 4b船型的实验数据,分别验证了基于STF切片理论和雷诺平均NavierStokes (RANS)方法计算程序的可信度.采用带尾端修正的STF切片法计算并分析了4种不同艏柱船型的高速船舶在顶浪、Froude数为0.8、遭遇频率为2~20 rad/s条件下航行时的耐波性能,采用RANS方法得到在设计航速和波长为1.5倍船长的顶浪规则波中船舶运动的时历曲线,建立了顶浪规则波中,船体周围的兴波特性和船舶本身深沉、纵摇与船舶阻力(摩擦阻力和剩余阻力)的关系.同时,讨论了4种不同艏柱船型的水动力性能的优劣及其适用的对象船舶.结果表明,在高速航行中,NPL 4b母型船的摩擦阻力较小,斧头型艏船的兴波性能最佳,穿浪体型艏船在波浪中的总阻力最小.

     
     
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    基于改进TOPSIS法的舰船总体方案群决策方法
    黄胜1,郭海鹏1,侯远杭2,王超1
    2014,48 (1):  92-97. 
    摘要 ( 137 )  
    从系统效能的定义出发,构建了简化的舰船系统效能评估体系;根据群决策理论的基本假设,建立了舰船总体方案的群决策权重确定方法,提出了置信度矩阵的概念;构建了群体判断矩阵优化模型,运用粒子群优化算法对群体判断矩阵进行修正,以保证其判断一致性和群体一致性;引入基于改进TOPSIS法的决策方法、距离与灰色关联度相结合的贴近度公式,以保证最优方案与理想方案的位置和曲线形状的一致性.通过应用实例结果表明,所提出的舰船总体方案群决策方法具有较好的可行性.
     
     
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    开尔文源格林函数数值积分方法
    姚朝帮,董文才
    2014,48 (1):  98-105. 
    摘要 ( 148 )  
    分析了开尔文源格林函数近场扰动项的奇异性与远场波动项的振荡特性,分别给出了相应的积分方法;通过改变积分表达式来消除扰动项的奇异性,并对变形后的函数采用改进的梯形法进行计算;采用变量代换方法计算波动项,对变量代换后函数出现的“伪奇异点”区域进行局部加密处理;根据波动项的衰减特性,提出其积分区间上下限截断误差的控制方法.数值计算结果表明:所提出的计算方法能够同时兼顾精度与效率,适用于对单个浮体的静水航行兴波进行数值模拟及多个浮体的兴波干扰进行数值分析.

     
     
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    高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法
    凌宏杰,王志东
    2014,48 (1):  106-110. 
    摘要 ( 199 )  
    基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型“海豚运动”现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果表明:当滑行艇的重心与艇艉的距离lg=0.231L(L为艇长),体积Froude数Fr▽≥2.7时,滑行艇出现“海豚运动”现象,且艇体的升沉量、纵倾角和响应频率均随着航速的增加而增大;当Fr▽=5.0,滑行艇重心处于lg=0.381L,0.351L时均出现“海豚运动”现象,且其升沉量、纵摇角的幅值和响应频率均随着重心纵向位置移向艇艉而增大.

     
     
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    基于广义预测控制的主动吸收造波
    李宏伟,庞永杰,秦再白,杨溢
    2014,48 (1):  111-115. 
    摘要 ( 171 )  
    通过最小二乘法支持向量机对主动吸收造波模型进行在线辨识,基于广义预测控制算法提出一种新颖的主动吸收造波策略.采用高阶边界元法与自由面混合欧拉拉格朗日模型建立二维推板造波数值波浪水槽,将预测控制器的输出作为造波边界条件,进行了不规则波主动吸收造波仿真对比试验与白噪声波谱的验证试验,并采用波浪入、反射分离算法进行分析.结果表明:预测控制器具有较好的鲁棒性和快速响应能力,对于模型试验中常用的波浪具有良好的主动吸收造波效果.
     
     
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    水流对立柱周围波浪爬升特性的影响
    单铁兵,杨建民,李欣,肖龙飞
    2014,48 (1):  116-124. 
    摘要 ( 138 )  
    基于雷诺平均Navier-Stokes方程和连续性方程建立适用于波浪与水流相互作用的三维数值波浪水池,并在该数值波浪水池内对立柱周围的波浪爬升效应进行数值模拟;选用不同的波流组合方式,探讨了水流速度对柱体周围的波浪爬升效应及其所受载荷的影响,并与波浪单独作用时立柱周围的波浪爬升情况进行对比,分析了水流对柱体周围波面的扰动和水质点运动轨迹的影响.同时,对波浪单独作用下,立柱近壁面处的波浪爬升效应进行了模型试验,以验证数值计算结果的准确性.结果表明,其计算值与试验值吻合较好.
     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    报废汽车的回收利用——法规、管理与展望
    陈铭,王俊军
    2014,48 (1):  125-131. 
    摘要 ( 109 )  
    在系统分析发达国家报废汽车回收利用的立法情况的基础上,介绍了发达国家报废汽车回收体系,分析了我国的报废汽车回收体系,尤其是上海市报废汽车回收管理体系.指出我国报废汽车回收利用法规的不足与发展方向,以期为我国的报废汽车管理部门提供参考.
     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    多停泊基地约束下港口拖轮作业的一体化调度优化
    徐奇,边展,陈燕,靳志宏
    2014,48 (1):  132-139. 
    摘要 ( 189 )  
    在分析拖轮调度问题基本性质的基础上,结合多处理器任务调度理论,构建了以拖轮总作业时间最小化为目标函数、考虑多停泊基地条件下的一体化调度优化模型;针对问题特点设计了混合模拟退火算法并对其进行求解;以二维实整数的方式作为解的表现形式,在初始解的生成过程中加入首艘可用拖轮的启发式规则,并运用三点交叉的方式产生新解.数值实例结果表明,所提出的算法收敛性较好,求解结果比现行调度规则所得结果的优化率提高了20%.对系统参数的分析表明:移泊作业所占比例和到港船舶类型对目标函数的影响较大;在拖轮配备中,总作业时间对拖轮配备情况具有极弱的敏感性,而在不同装卸作业时间下总作业时间的变化无规律性.

     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    增程式电动汽车能量控制策略的仿真分析
    牛继高a,司璐璐a,周苏a,b,章桐a,b,c
    2014,48 (1):  140-145. 
    摘要 ( 160 )  
    介绍了串联型增程式电动汽车的基本结构和工作模式,给出了选配电动汽车发动机和评价整车燃油经济性的方法.利用Cruise/Simulink联合仿真平台对整车进行建模与仿真,引入基于规则的发动机定点和最优曲线能量控制策略.典型工况下的仿真结果表明:发动机最优点能量控制策略能够使发动机和发电机工作在效率最高点,其燃油经济性优于最优曲线能量控制策略;在增程模式下,当采用发动机最优曲线能量控制策略时,增程式电动汽车获得了较好的燃油经济性和控制效果,且该策略有利于发动机的最小化.
     
     
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    考虑翻箱作业时出口箱堆场作业调度优化
    边展1,徐奇1,靳志宏1,李向军2
    2014,48 (1):  146-153. 
    摘要 ( 146 )  
    基于出口箱的堆场操作实务,考虑堆场起重机取箱作业的现实约束,以作业过程中翻箱次数最少为目标,对堆场作业调度问题进行建模,提出了两阶段混合动态规划算法,将启发式规则嵌入动态规划算法中,以避免出现状态数“组合爆炸”增长的情况.通过仿真算例,并与实际调度规则及现有研究方法所得调度方案进行对比,验证了模型以及优化算法的有效性与实用性.结果表明,所提出的模型和算法可以在较短的求解时间内获得多组装船方案,且其翻箱次数显著降低.
     
     
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    其他
    城市避震疏散场所选址的时间满意覆盖模型
    王威,苏经宇,马东辉,郭小东,王志涛
    2014,48 (1):  154-158. 
    摘要 ( 135 )  
    针对城市避震疏散场所选址和避难人员分配的问题,研究了综合多准则决策的避震疏散场所优化方案的时间满意覆盖模型.通过综合考虑备选避震疏散场所的条件,采用优劣解距离方法进行多准则决策,对可行方案进行综合评价;在建立避震疏散场所服务需求点的时效性评价函数的基础上,基于最大覆盖选址模型和“部分覆盖”思想,建立了有限设置避震疏散场所的综合多准则与时间满意覆盖模型,并给出了基于遗传粒子群的模型优化求解算法.实例分析结果表明,该算法具有较好的有效性.

     
     
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