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当期目录

    2014年, 第48卷, 第08期 刊出日期:2014-08-28 上一期    下一期
    交通运输
    基于零兴波理论的非常规小水线面双体船设计
    钱鹏,易宏,李英辉,于升杰
    2014,48 (08):  1053-1058. 
    摘要 ( 871 )  
    基于零兴波阻力理论,提出了一种非常规的S曲线形小水线面双体船(SWATH),其片体关于船中对称,单片体有一定艏向偏角.基于雷诺平均Navier-Stokes (RANS)方程黏流理论对设计进行求解验证,给出了设计的非常规SWATH静水中阻力性能.与常规带有鱼雷体状潜体的SWATH相比,设计的S形非常规SWATH不仅在低航速下(弗劳德数Fr=0.3)具有较低的阻力,在高速下(Fr≥0.8)也具有绝对的低阻优势.
     
     
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    泵喷推进器空化特性数值分析
    施瑶,潘光,王鹏,杜晓旭
    2014,48 (08):  1059-1064. 
    摘要 ( 902 )  
    利用基于RayleighPlesset方程均质多相模型和滑移网格技术,对某泵喷推进器进行了三维全通道定常湍流计算,得到了其在空化条件下的性能特征.分析了转速、空泡数和进流速度对泵喷推进器的空化特性的影响.计算结果表明,泵喷推进器叶片发生空化时,推进器的推力和转矩明显下降,进而引起敞水效率的降低且降低幅度达15%以上;同一空化数下,随着转速的增加,泵喷推进器叶片的空化现象趋于明显;同一转速下,空化数越小,空化现象越显著,当空化数大于某一个特定值时,叶片的空化现象消失.
     
     
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    热真空条件下二浮惯性测量装置组合体热控系统设计
    程耀强1a,徐德民1a,1b,任宏科2,张宏2,刘明雍1a,郭林肖2
    2014,48 (08):  1065-1071. 
    摘要 ( 798 )  
    论述了二浮惯性测量装置(Inertial Measurement Unit,IMU)组合体热控系统设计、试验验证和再设计的过程.首先分析了斜装结构形式和布局,然后基于宇航产品的热设计原则,介绍了二浮陀螺和石英加速度计的热设计情况,试验验证时发现高温段陀螺温升过大,通过更换导热系数更大的陀螺安装板材料等措施,使得陀螺能够稳定工作在最佳精度范围内.最终的试验数据和试验前后标定数据的对比表明,二浮IMU组合体热控系统的设计完全满足整船的技术要求,并为惯性仪表提供良好的温度环境,在保证惯性仪表工作精度的同时,也可大大提高其在轨工作寿命.
     
     
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    船用气囊力学特性及极限承载力分析
    余龙a,李尧b,夏利娟a,丁金鸿a,杨启a
    2014,48 (08):  1072-1077. 
    摘要 ( 715 )  
    分析了承压气囊变形的几何描述和根据薄壁压力容器受力分析应力理论,建立了统一的气囊变形与承载力、内压关系数学模型.通过单轴拉伸试验确定囊体材料特征,提出了承压气囊的力学特性和极限承载力的计算方法.通过算例验证,证明该方法可用于承压气囊理论分析,为船用气囊下水的安全使用提供了指导.
     
     
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    基于颗粒法的安全气囊仿真及应用分析
    汪娜1,彭雄奇1,张源2,潘锋2,鲁宏升2
    2014,48 (08):  1078-1083. 
    摘要 ( 1084 )  
    基于颗粒法理论对压力容器试验和气囊静态离位摆锤试验进行模拟,验证了颗粒法模拟气囊展开过程的有效性.将颗粒法应用于乘员约束系统中气囊的展开模拟,建立正面碰撞台车有限元模型.通过假人头部响应的仿真与试验对比分析,进一步表明颗粒法能够用于气囊展开过程的准确模拟,为乘员约束系统开发与仿真等工程应用提供可借鉴的方法.
     
     
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    含局部预应力的圆柱壳结构声辐射特性分析
    陈炉云1,李磊鑫1,2,张裕芳1
    2014,48 (08):  1084-1089. 
    摘要 ( 679 )  
    以圆柱壳结构-声辐射特性为研究对象,分析了局部预应力对结构动力学特性的影响.基于Flügge圆柱壳薄壳理论,建立了含局部预应力的圆柱壳结构应力应变方程,应用变分原理推导了含局部预应力的圆柱壳结构动力响应方程.结合结构有限元和声边界元法,对圆柱壳结构的声辐射问题进行数值分析,对比了预应力对声辐射功率和声指向性的影响.结果表明,由于局部预应力的存在,使得结构的局部和总体刚度都发生变化,并引起结构声振特性的变化.
     
     
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    无限大正交加筋层合板的隔声性能分析
    庞福振1,3,陈林2,缪旭弘1,姚熊亮3
    2014,48 (08):  1090-1096. 
    摘要 ( 674 )  
    基于经典层合板理论,计及加强筋弯曲及扭转运动影响,建立无限大正交加筋层合板传声损失的理论模型.采用空间谐波展开和虚功原理的方法,推导出正交加筋层合板的传声损失计算公式,并将计算结果与简化模型和板梁组合模型的计算结果进行对比,结果吻合良好,验证了所建模型的有效性及广适性.最后,数值分析了层合板铺设方式、铺设角度、刚度、材料损耗因子和加筋间距等参数对结构隔声性能的影响.
     
     
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    航空、航天
    大气压下介质阻挡放电等离子体诱导起始涡的实验研究
    张屹,李伟鹏,王福新,向阳,李子佳
    2014,48 (08):  1097-1102. 
    摘要 ( 640 )  
    对介质阻挡放电等离子体激励器进行了参数化分析,考察了诱导速度和功率随信号波形、激励电压、信号频率、电极间距等参数变化的规律,同时采用流场显示方法和PIV技术研究等离子体在静止流场中诱导的涡系结构生长和演化过程.结果表明,等离子体通过诱导产生的起始涡存在3种主要的涡系结构,即裸露电极下游的主涡、裸露电极上游的反向涡以及主涡侧下方的二次诱导涡.进一步分析了主涡和反向涡的产生和发展过程,通过和激励器放电电流波形及放电图像的对比分析,揭示了起始涡的产生机理,同时也证实了介质阻挡放电等离子体产生诱导气流机理的正确性.
     
     
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    空间站柔性太阳翼桅杆热诱发振动分析
    孔祥宏,王志瑾
    2014,48 (08):  1103-1108. 
    摘要 ( 980 )  
    针对空间站柔性太阳翼的桅杆进行了非耦合热诱发振动分析.用有限元法计算等效温度载荷,计算在该载荷作用下引起的桅杆振动.通过自编的Python程序实现温度位移耦合分析、静力分析、线性动态分析之间的数据读取、处理和加载等操作.以多个学科的理论为依据,使用自编的有限元前后处理Python程序和Abaqus有限元软件完成桅杆的非耦合热诱发振动分析.结果表明,非耦合热诱发振动有限元分析方法具有一定的可靠性,可以为空间站太阳翼的设计分析提供参考,分析过程中计算得到的等效温度载荷可以应用于空间站某舱段及其太阳翼的振动分析.
     
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    Kapton薄膜折叠力学行为分析与试验
    蔡祈耀1,陈务军1,张大旭1,彭福军2,房光强2
    2014,48 (08):  1109-1115. 
    摘要 ( 974 )  
    基于线弹性工程理论对S型折叠模型进行了研究,推导得到相邻接触薄膜反弹力与薄膜间距的关系式.利用ABAQUS,采用隐式静力法对薄膜折叠过程进行了数值模拟.采用连续加载和分级加载对50和125 μm薄膜进行弹性返复与弹塑性返复折叠试验,测得了薄膜反弹力与薄膜间距的关系曲线和薄膜折叠间距的蠕变量.通过单轴拉伸试验测得薄膜应力应变曲线及其力学参数,并应用于模型的理论分析和数值模拟分析.3种方法所得的薄膜反弹力与薄膜间距的关系曲线具有较好的一致性,表明了一维近似理论的合理性和数值模拟的有效性.

     
     
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    受载复合材料角片弯角区域应力分布特征分析
    黄豪杰1,张俊琪2,刘龙权2,汪海2
    2014,48 (08):  1116-1121. 
    摘要 ( 678 )  
    为了分析受载复合材料角片在弯角区域的应力分布特征,建立了受载复合材料弯角的有限元模型.通过对一组复合材料弯角结构进行准静态拉伸试验,并通过对比载荷位移曲线、载荷应变曲线、失效模式和失效位置等力学响应,验证了有限元模型的正确性.应用所建模型,分析了复合材料角片弯角区域沿轴向、径向和宽度方向的应力分布特征,以及角片厚度对弯角区域应力分布特征的影响.结果发现:受载复合材料角片的主要失效模式是弯角区域分层,受载时材料内部面外剪应力相对较低,分层主要受面外正应力影响;对于所分析的14层复合材料角片,分层起始位置沿径向比较靠近内部圆角处、沿周向位于29°处、沿宽度方向位于中面处;随角片厚度的增加,其承载能力提高;角片越厚,在厚度方向上分层起始位置从绝对距离上说越远离内角,但是此分层起始位置至内角的距离与板厚的比值越小;角片越厚,其分层起始位置越靠近加载端.
     
     
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    基于Isight的自适应翼型前缘气动优化设计
    周晨,王志瑾,支骄杨
    2014,48 (08):  1122-1126. 
    摘要 ( 1099 )  
    为了兼顾翼型在各个飞行状态下的气动效率,基于Isight优化设计平台对自适应翼型前缘进行了气动优化设计研究.首先对Hicks-Henne型函数进行了改进,实现了翼型前缘的参数化描述;然后采用拉丁超立方实验设计方法生成样本点,并运用CFD软件进行翼型流场的气动计算,进而利用该样本数据完成对RBF神经网络的训练;最后对神经网络近似模型应用多岛遗传算法进行优化.以NACA 0006翼型为例,采用上述组合优化策略以升阻比为目标函数进行优化设计.仿真结果表明:改进后的HicksHenne型函数较好地描述了翼型前缘;组合优化方法显著提高了翼型气动优化效率.
     
     
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    高海况机翼波浪地面效应数值模拟与分析
    韩龙1,陈阳陵2,王福新1,程用胜1
    2014,48 (08):  1127-1133. 
    摘要 ( 714 )  
    针对三维等直机翼型(NACA0015),采用计算流体动力学(CFD)分析方法,以非定常不可压缩流动NS方程和2阶RNG kε湍流模型,对高海况波浪地面效应进行了数值模拟与分析.首先在二维情况下数值模拟分析了波浪地面效应,讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性,同时分析了高海况下波浪地面效应翼型气动力系数随飞行高度变化趋势及原因.在此基础上,计算分析了三维情况下,等直机翼在不同航向与风向角时的气动力系数及滚转力矩的变化,并重点对侧风影响下的滚转力矩产生机理及变化特点进行了论述.通过数值模拟,初步探讨了高海况下波浪地面效应对等直机翼气动特性的影响规律,为深入研究高海况对地效飞行器设计的影响提供了依据.
     
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    机械仪表工程
    基于智能规划的自动化概念设计综合方法
    李响,曹远国,张执南,谢友柏
    2014,48 (08):  1134-1141. 
    摘要 ( 591 )  
    为进一步提高计算机辅助概念设计(CACD)系统的求解效率,基于人工智能中智能规划的思想,提出了一种新的启发式自动化概念设计综合方法.该方法基于状态-动作的表达方法对原理解的功能知识进行表达,并利用规划图原理对原理解进行组织和存储.结合提出的前向链集成策略、后向链集成策略和前后向链综合集成求解策略,可以高效率地对设计问题进行求解.最后,以海浪发电照明系统的概念设计为例.对该方法的可行性和求解效率进行了验证.

     
     
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    多学科信号系统的功能表示与智能综合方法
    胡陈强,陈泳,刘泽林
    2014,48 (08):  1142-1148. 
    摘要 ( 554 )  
    提出了一种基于信号转换原理解知识智能综合的多学科信号系统概念设计方法.该方法以结构化的多学科信号转换原理解的功能知识表示模型为基础,借助“感知选择作用”的原理解综合求解方法来实现多学科原理解的概念设计.初步建立了多学科信号转换原理解知识库,开发了相应的计算机辅助多学科信号转换概念设计原型系统,并进行了应用验证.
     
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    垂直驱动式压电振动送料器的设计
    沈燕虎a,杨志刚b,刘勇b,田丰君b,苏江a
    2014,48 (08):  1149-1154. 
    摘要 ( 832 )  
    利用环形压电陶瓷微位移和大输出力的特点,设计了一种垂直驱动的新型结构送料器,分析了该结构送料器的工作原理并建立了整个振动系统的动力学模型.通过理论分析,确定了系统振动模态、振幅、固有频率和物料运动状态等决定送料器性能的重要参数.通过样机制作和实验测试得到了系统固有频率的分布曲线以及振幅与输送速度的关系曲线.实验结果表明,样机的最佳工作频率为195 Hz;滑动输送振幅区间为17~27 μm,输送速度可达到123.5 mm/s;抛掷输送振幅区间为27~32 μm,输送速度可达到140.5 mm/s.与同型号悬臂梁式压电振动送料器相对比,该送料器性能有所提高、结构空间更紧凑,可以满足工业生产的使用要求.
     
     
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    平衡式双定子泵流量脉动理论分析
    闻德生,刘忠迅,刘巧燕,高俊峰,周瑞彬,吕建森
    2014,48 (08):  1155-1158. 
    摘要 ( 663 )  
    为了解平衡式双定子泵的输出性能,分析了1个作用周期内不同叶片数对泵流量脉动性的影响,得到了叶片数与瞬时流量之间的数学关系,并进一步探讨了双定子泵的起始相位角对内、外泵单独工作和滞后角对内、外泵联合工作流量脉动的影响.分析与计算结果表明:作用数为偶数且在1个作用周期内的叶片数≤9时,偶数叶片输出流量的脉动性较小,叶片数>9的奇数叶片输出流量的脉动性较小.研究结果为平衡式双定子泵的设计提供了理论依据.
     
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    结焦对HP40Nb炉管传热与机械性能的影响
    沈利民1,巩建鸣2,刘焕胜1,黄玉霞1
    2014,48 (08):  1159-1163. 
    摘要 ( 724 )  
    利用有限元软件ABAQUS,开发了顺次耦合的热应力耦合程序,对已存在结焦层的HP40Nb合金炉管开车过程中温度场和应力场分布进行数值分析,并对乙烯裂解炉管采用停车检修时的临界结焦厚度值进行了预测.结果表明:HP40Nb合金炉管的传热性能随着结焦层的增加加速降低,最大环向应力位于结焦层与HP40Nb合金界面处,应力呈现出先增后减的变化趋势;结焦引起炉管局部径向鼓胀断裂;HP40Nb炉管需要采取清焦的临界结焦层厚度为2.3 mm.
     
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    离心式燃油泵复合叶轮的数字化设计及验证
    潘潇1,2,王文平1,2,李述林1,2,肖若富3,潘常春4
    2014,48 (08):  1164-1169. 
    摘要 ( 597 )  
    针对现有加油系统的燃油泵不足,采用复合长短叶轮对原有燃油泵进行改进.首先,采用数值模拟方法进行多次迭代设计,得到水力性能最优的复合叶轮模型.其次,对该模型进行了三维流场的数值模拟,分析其内部流动特性与外特性曲线.最后,根据优化设计结果生产试件,并进行试验验证.通过对比复合叶轮和原有叶轮的仿真及试验结果可知,复合叶轮的效率和扬程都高于普通形式的叶轮,特别是有效改善了小流量工况的稳定性,其有效运行区间由原先的1.3倍变流量工况增大到2倍变流量工况.该研究为其他航空高速宽工作区间燃油泵的优化设计提供了参考.
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    基于健康指数的预防性维护与多目标生产调度联合优化建模
    陶辛阳,夏唐斌,奚立峰
    2014,48 (08):  1170-1174. 
    摘要 ( 675 )  
    以健康指数逐渐衰退的单机生产设备为研究对象,引入役龄递减因子和故障率递增因子,建立了设备的修复非新模型.在此基础上,综合考虑维护方案与生产调度间的相互作用与决策实际,在预防性维护建模中拓展分析作业延误平均成本率,在生产调度中提出最小作业中断成本目标,并结合最小最大期望延迟时间、最小总期望延迟时间,以实现多目标全局决策优化.通过实例分析,结果表明,建立的基于健康指数的预防性维护与多目标生产调度联合优化模型可有效地规划出统筹维护周期与生产排程的综合优化方案.
     
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    基于模糊聚类测点优化与向量机的坐标镗床热误差建模
    杨军,梅雪松,赵亮,马驰,冯斌,施虎
    2014,48 (08):  1175-1182. 
    摘要 ( 722 )  
    为了研究电主轴系统热特性对机床精度的影响,建立了主轴轴向及径向热误差模型.以精密坐标镗床为对象,采用五点法对主轴热误差进行测量,并分析了转速对主轴热误差及温度场的影响规律.利用模糊聚类分析法对温度变量进行分组优化,选出对热误差敏感的温度变量,建立主轴轴向热伸长及径向热倾角的最小二乘支持向量机(LSSVM)以及多元线性回归(MLRA)的综合热误差模型,并设定了预测优度评价标准.结果表明:模糊聚类分组法能有效降低温度变量间的多重共线性,并提高模型的稳定性;LSSVM模型具备全局寻优的特点,可实现不同工况的高精度预测,预测精度可达90%,且比传统的MLRA模型有更好的通用性以及更强的泛化能力,可作为后期热误差的补偿模型.

     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    磁性液体用于倾角测量的传感特性
    蔡少川1,2,王坤东2
    2014,48 (08):  1183-1188. 
    摘要 ( 587 )  
    分析了磁性液体液滴在对称梯度磁场中的受力特性,阐明了倾角测量原理,设计了传感和信号处理电路,并进行了实验台架的搭建和灵敏度、分辨率的初步测试.最后,对产生误差的几种因素进行了分析.结果表明,磁性液体用于倾角测量是可行的,为后续可能的样机研制奠定了基础.
     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    手术机器人远程运动中心机构的误差分析方法
    莫志翔,余德汝,王石刚
    2014,48 (08):  1189-1193. 
    摘要 ( 736 )  
    利用几何关系的建模与计算,研究了手术机器人中平行四杆型远程运动中心机构的误差问题.首先,对机构的误差进行识别和定义,使用直接线性化方法建立机构的误差传递模型;然后,用概率性方法和确定性方法分别讨论了机构的绝对精度和重复精度;最后,分析了机构各误差因素的敏感性.算例分析结果表明,使用IT6级精度可以达到较高的定位精度,通过敏感性分析可以找出影响机构定位精度的关键因素.

     
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    旋转轴唇形密封泵吸率的有限元数值分析
    江华生1,2,彭旭东1,孟祥铠1,沈明学1
    2014,48 (08):  1194-1199. 
    摘要 ( 838 )  
    为准确预测旋转轴唇形密封的泵吸率,采用JFO空化边界条件,建立了遵循质量守恒的唇形密封的稳态润滑数学模型;采用流线迎风有限单元法求解润滑控制方程,分析了唇形密封操作参数和表面微条纹结构参数对泵吸率的影响规律.结果表明:泵吸率随转轴速度增加而增加,而随密封压力增加而减小,甚至转变为泄漏率;泵吸率随微条纹的周向波度、周向波长、最大周向变形的增大而增加,而随微条纹的轴向波度的增大而减小;微条纹最大周向变形位置靠近油侧时,唇形密封才具有泵吸作用,且越靠近油侧,泵吸率越大.
     
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    型腔高速螺旋刀路轨迹规划算法
    林金涛,毕庆贞,王宇晗,孙超
    2014,48 (08):  1200-1204. 
    摘要 ( 1077 )  
    针对现有型腔铣加工刀路规划方法难以满足高速切削的问题,提出了一种基于椭圆形偏微分方程的刀路规划算法.首先,由二维稳态下的温度平衡方程导出偏微分方程,将型腔边界偏置一个刀具半径,作为偏微分方程的边界,并将边界条件赋为0,以此建立刀路规划模型.然后,对边界内部的区域进行均匀离散,利用Delaunay算法构建三角网格单元,利用有限元法求解椭圆形偏微分方程,由偏微分方程的解构建等距线.最后,由等距线生成螺旋铣刀路,并对螺旋刀路进行了加工验证.实验结果表明,采用所提出的方法获得的螺旋铣刀路明显改善了机床的运动性能,提高了加工效率.

     
     
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    其他
    国外国家公园管理模式
    周武忠,徐媛媛,周之澄
    2014,48 (08):  1205-1212. 
    摘要 ( 1569 )  
    针对近年来自然遗产管理领域的热点——国家公园管理模式,将国外国家公园管理实践中采纳的管理模式分为4类,即:以树立国家认同为核心的中央政府管理模式、以自然游憩娱乐为驱动的协作共治共管模式、以自然保护运动为发端的属地自治管理模式和以自然生态旅游为导向的可持续发展管理模式,按照管理模式的构建动力、实施路径和推进阻力这一三维分析框架对这4种代表性管理模式进行梳理和归纳,并阐述了国外的模式经验对构建我国国家公园管理模式的启示.

     
     
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