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当期目录

    2019年, 第53卷, 第3期 刊出日期:2019-03-28 上一期    下一期
    学报(中文)
    不同晶粒的纯铜表面划痕实验研究
    茅梦云,彭林法,来新民
    2019,53 (3):  253-259.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.001
    摘要 ( 965 )   PDF(977KB) ( 341 )  
    金属薄板成形过程中由于模具与材料表面粗糙度相近,摩擦中的犁沟效应会对材料表面的变形行为产生重要影响,进而影响薄板材料的成形性能.为此,通过圆锥划伤实验,研究不同圆锥角度下不同晶粒尺寸材料的变形及损伤行为.结果表明:随着圆锥角度的增大,材料内裂纹产生的位置从划痕顶部逐渐转变为划痕中上部,材料的流动方向则从沿圆锥表面向上逐渐转变为向圆锥两侧扩展;晶粒尺寸的增大能够抑制划伤过程中材料内部裂纹的产生,从而减少划痕内的裂纹区域;材料的划伤硬度和划痕前端的材料堆积高度随着晶粒尺寸的增大而减小;材料划伤行为的晶粒尺度效应主要来自于晶粒尺寸对材料流动及断裂性能的影响.研究结果能够加深对金属成形过程中摩擦行为的认识,并对金属成形工艺的参数设计提供理论指导.
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    考虑焊接变形的装配偏差分析在动力集中型动车组中的应用
    姚利民,张道刘,侯秀娟,刘涛,李志敏
    2019,53 (3):  260-268.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.002
    摘要 ( 598 )   PDF(1100KB) ( 229 )  
    焊接是列车车体装配过程中应用最为广泛的连接方式,焊接变形会对动车组装配尺寸精度产生较大的影响.针对动车组侧墙窗口模块焊接装配尺寸控制问题,利用热弹塑性有限元法提取3种典型焊接接头的固有应变,并基于固有应变法得到窗口模块的焊后变形量;结合三维尺寸装配偏差分析,最终给出计及焊接收缩量变化的侧墙窗口模块的偏差结果.将模拟结果与实测数据进行对比分析,结果表明:考虑焊接变形因素的装配偏差模拟结果与实际测量值较为吻合,故该方法可对动车组侧墙窗口模块的焊接装配偏差进行有效且准确的预测.
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    高精度压力机连杆机构的误差分析及精度综合
    骞华楠,陶璟,于随然
    2019,53 (3):  269-275.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.003
    摘要 ( 732 )   PDF(884KB) ( 259 )  
    高精度成形装备的研发是我国发展近净成形技术的关键之一.研发并联驱动多连杆压力机是高精度压力机发展的主要方向,如何确定影响其运动输出精度的关键误差因素,进而经济合理地分配各零部件的精度参数,是目前高精度压力机设计所必须要考虑的.在总结分析已有研究的基础上,提出以滑块运动输出位置误差和角度误差两个指标来表征压力机运动输出精度,并基于环路增量法建立了并联多连杆压力机误差传递模型;通过灵敏度分析,确定了影响该类伺服压力机输出精度的关键误差因素,并提出考虑制造成本和输出可靠度的精度综合方法;对4-RRPaR&PRPaR型伺服压力机进行了案例研究,并采用Monte Carlo法进行了验证.结果表明,所提出方法能够有效识别出影响压力机输出精度的关键误差因素,合理调整这些因素的公差值能够使机构输出可靠度满足设计要求.
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    面向串并联生产系统机会维护的产能平衡导向租赁利润优化策略
    孙博文,郭闻雨,夏唐斌,潘尔顺,奚立峰
    2019,53 (3):  276-284.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.004
    摘要 ( 834 )   PDF(970KB) ( 226 )  
    针对服务型制造模式和维护外包服务,面向租赁生产系统的串并联复杂结构和多工序产能需求,提出以产能平衡为前提的租赁利润最大化机会维护策略.以租赁生产系统的串并联结构为研究重点,在维护决策建模中考虑整个系统的产能平衡;构建多类型设备健康演化趋势函数,规划成本率最小化的贯序预知维护计划;在工序层和系统层,以单设备预定的维护时点为组合维护契机,优化机会维护方案;建立以产能平衡为导向的租赁利润优化策略,改进租赁利润结余算法,以实时生成机会维护方案,在保证产能平衡的同时实现租赁利润最大化.通过对比租赁合同期内的全局性维护方案,验证了该策略在服务外包决策中具有显著的经济优势.
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    直齿轮纯扭转模型弹性动力学分析
    郑钰馨,奚鹰,袁浪,卜王辉
    2019,53 (3):  285-296.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.005
    摘要 ( 784 )   PDF(1584KB) ( 265 )  
    为研究非线性因素对直齿轮纯扭转模型弹性动力学的影响,根据达朗贝尔原理,采用微位移思想,建立4自由度直齿轮纯扭转动力学模型.首先,通过Runge-Kutta法结合时间离散法求解系统在齿轮啮合误差、时变啮合刚度和啮合间隙等非线性因素影响下的时变方程,得到系统振动的响应以及对应频谱图.其次,结合非线性特性分析理论,通过改变系统的啮合刚度、激励频率和齿侧间隙,获得系统动态响应的全局分岔图和最大Lyapunov指数.然后,综合运用时间历程曲线、相空间轨线、Poincáre映射图和功率谱,定量和定性分析系统的周期运动、拟周期运动和混沌运动.最后,考虑非线性因素耦合作用对系统的影响,为齿轮传动系统的非线性特性分析提供一套较为完整的方法.
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    大直径盾构浅覆土下穿铁路桥涵的影响分析及施工控制
    杨俊龙,门燕青,廖少明,高东奇,苏逢彬
    2019,53 (3):  297-304.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.006
    摘要 ( 735 )   PDF(1230KB) ( 149 )  
    为揭示大直径盾构浅覆土下穿施工对铁路桥涵的影响,结合杭州环北地下快速路大直径泥水平衡盾构隧道工程实践,采用数值分析的方法对盾构穿越引起的运营铁路桥涵力学行为进行预测,并结合工程实测分析了盾构施工参数的变化规律、控制方法和桥涵变形的实施效果.数值分析结果表明:未进行桥涵区域的土体加固时,若直接穿越铁路桥涵施工,桥涵的最大沉降可以达到 21.6mm,且在桥涵中隔墙的顶部和底部出现应力集中,最大拉应力可达1.60MPa;进行土体加固后,穿越铁路桥涵施工时桥涵的最大沉降为9.3mm,部分区域的最大拉应力为1.46MPa.工程实践中,常规情况下切口压力较静止土压力大15kPa,为确保盾构穿越铁路桥涵结构的安全,切口压力调大至25kPa.考虑上覆水土荷载降低约13%,盾构总推力降低约10%,转矩降低约10%,盾尾注浆量处于150%~200%之间可确保穿越铁路桥涵盾构施工安全.现场实测表明:当盾构机将要穿越桥涵时,桥涵结构产生3~4mm的预隆起;待盾构穿越后,又产生约4mm的沉降;盾构机通过 3d 后,差异沉降降低并较快趋于稳定,最终稳定在0.01%左右.
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    基于OpenFOAM的破损船舶横摇阻尼
    欧珊,毛筱菲,刘祖源,黄天奇,余泽爽
    2019,53 (3):  305-314.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.007
    摘要 ( 902 )   PDF(1491KB) ( 183 )  
    运用OpenFOAM对完整和破损船舶在静水中进行自由横摇衰减运动的数值模拟,分析得到船舶的线性和非线性横摇阻尼系数.从初始横摇角、舭龙骨附体、破损形式以及破损过程等多个角度对横摇阻尼进行细致的比较和讨论,揭示了破损船舶的横摇阻尼特性.同时开展破损模型试验以验证数值方法的可靠性.在破损船舶的横摇运动数值模拟中,建立了第二类及第三类破损模型,成功处理了内外水耦合及内外水相通的复杂流体流动问题,为破损船舶的横摇运动和倾覆研究奠定了基础,并为破损船舶的稳性衡准制定提供了技术参考.
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    屏蔽式核主泵飞轮裂纹寿命评估
    刘昺轶,张继革,王德忠,李斌
    2019,53 (3):  315-320.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.008
    摘要 ( 728 )   PDF(828KB) ( 122 )  
    针对结构、受力复杂的双金属屏蔽式核主泵飞轮,提出了新的裂纹寿命评估方法.建立了存在裂纹的三维飞轮模型,应用有限元法计算飞轮裂纹的应力强度因子,揭示了应力强度因子随转速、裂纹深度和长度的变化规律,利用所得规律修正应力强度因子的计算公式,并结合Paris公式对飞轮裂纹进行寿命评估,解决了以往研究方法中存在的适用性问题.
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    基于精细复合多尺度熵与支持向量机的睡眠分期
    叶仙,胡洁,田畔,戚进,车大钿,丁颖
    2019,53 (3):  321-326.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.009
    摘要 ( 858 )   PDF(770KB) ( 175 )  
    提出将脑电信号与眼动信号的精细复合多尺度熵作为睡眠分期依据,利用多层次支持向量机的机器学习算法对睡眠进行自动分期.利用精细复合多尺度熵对睡眠信号进行特征提取,选用脑电以及眼电通道的信号,以保证输入特性的可靠性,并通过3层支持向量机实现了睡眠的自动分期.结果表明,分类器的输入参数可由熵值曲线的变化特征来确定.基于精细复合多尺度熵的多层次支持向量机算法的睡眠分期准确率达到85.3%,与已有的分类算法相比,所提出的算法更加均衡,且整体分类效果更佳.
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    大规模多输入多输出系统中基于匹配博弈的导频分配算法
    冯文江,李乐,代才莉
    2019,53 (3):  327-333.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.010
    摘要 ( 699 )   PDF(820KB) ( 120 )  
    为了使得大规模多输入多输出(MIMO)系统的上行链路可达速率最大化,提出一种基于匹配博弈的导频分配(PA-MG)算法.在用户侧,根据用户效用函数生成对导频的偏好列表,并向排列最优的导频发出申请;在基站侧,根据导频效用函数生成对请求用户的偏好列表,并依次将导频分配给排列最优的用户,直到完成所有用户的导频分配.仿真结果表明:相比于潜博弈的导频分配(PG-PA)算法,所提PA-MG算法支持的小区规模更大、复杂度更低;相比于WGC-PD(Weighted Graph Coloring Based Pilot Decontamination)算法,PA-MG算法能够获得更大的上行链路可达速率,各用户的信干噪比分布更均匀,且对阴影衰落的鲁棒性更强.
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    基于双编码参数模型的同量化参数双压缩检测算法
    沈婷,孙锬锋,蒋兴浩
    2019,53 (3):  334-340.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.011
    摘要 ( 748 )   PDF(838KB) ( 125 )  
    基于I帧宏块帧内预测模式(IPMBM)和量化离散余弦变换(DCT)系数相结合的双编码参数模型,本文提出了一种H.264相同量化参数双重压缩检测算法,利用单次压缩和双次压缩视频编码参数具有不同收敛性的特点来设计分类特征.首先将输入视频以相同量化参数压缩多次,然后从视频的I帧中提取相应IPMBM和量化DCT系数,统计两者在相邻两次压缩版本之间的变化数量,以此作为分类特征进行提取,最后采用支持向量机(SVM)来判别视频是否经历双重压缩.实验结果表明,该算法可正确有效地检测双重压缩.
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    未知环境下水下机械手智能抓取的自适应阻抗控制
    张建军,刘卫东,李乐,程瑞锋,郑海峰
    2019,53 (3):  341-347.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.012
    摘要 ( 829 )   PDF(812KB) ( 175 )  
    为了满足水下机械手在未知环境下对目标抓取的多样性,保证抓住、抓牢并最大限度地避免目标损伤,提出了自适应阻抗控制方法.构建了基于位置的阻抗模型的力跟踪控制系统,采用递推最小二乘法辨识目标的阻抗参数,根据阻抗参数与机械手的运动特征,利用模糊推理方法在线调整抓取力的期望值,并根据期望抓取力与实际抓取力的误差设计自适应比例-积分-微分(PID)控制器来调整期望位置,以实现在跟踪目标位置的同时对期望抓取力信号的跟踪,并利用MATLAB/Simulink软件平台进行仿真实验.结果表明:自适应阻抗控制方法在自由空间和约束空间均具有良好的力、位移的跟踪性能;对期望抓取力的实时调整满足抓取目标的多样性,期望位置的自适应调整能够实现对期望抓取力的跟踪.
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    三相并网逆变器的混杂自动机模型分析
    李冬辉,郑宏宇,姚乐乐
    2019,53 (3):  348-354.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.013
    摘要 ( 688 )   PDF(858KB) ( 128 )  
    针对三相并网逆变器中电流谐波大和发生扰动后系统动态响应时间较长的问题,提出一种基于混杂自动机模型的控制器设计方法,并在此基础上提出了基于有限时间稳定的稳定性分析方法.首先,针对给定的三相逆变器,建立基于开关函数的状态方程;然后,在此基础上根据三相逆变器的工作模态,从适当增加工频周期的切换区间和减小电流谐波的角度建立混杂自动机模型,并将1个工频周期按三相母线电压大小划分为12个区间,从而得到相应的控制规则;最后,根据有限时间稳定的方法对改进后的基于混杂自动机模型的控制器进行稳定性分析.仿真结果与实验结果验证了所提出的自动机模型及其控制器能够有效降低并网电流的谐波畸变率,使其低于 0.56%,并且能够有效增强系统的抗干扰能力.
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    多道瞬变电磁法发射机供电关键技术研究
    王旭红,张一鸣,刘蔚
    2019,53 (3):  355-365.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.014
    摘要 ( 564 )   PDF(1587KB) ( 106 )  
    提出了一种适用于多道瞬变电磁法(MTEM)发射机的新型有源软开关变换器,介绍了其拓扑结构与工作原理,解决了传统移相全桥变换器在轻载情况下不能实现软开关的问题,实现了功率拓展与效率提高.该变换器可根据输出功率的变化在无源软开关、单路有源软开关和双路有源软开关之间进行转换,实现了全负载范围内的零电压开关.该系统输出功率大、效率高、稳定性强,为其他有源电法勘探发射机的研制提供了有效思路.目前已研制出50kW工程样机,野外已实现1000V/50A的输出.
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    未知声速下长基线系统定位修正算法
    黄健,严胜刚
    2019,53 (3):  366-372.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.015
    摘要 ( 704 )   PDF(850KB) ( 99 )  
    在长基线水下声学定位系统中,由声速不确定引起的误差是影响其定位精度的主要因素.通过设置声信号在目标和不同水听器之间以不同的声速传播,给出了一种声速未知情况下的长基线系统定位修正算法.首先,利用长基线系统中的冗余信息建立了多参数优化函数来估计有效声速.其次,选择粒子群算法来解算优化函数,得到目标与不同水听器之间的有效声速.最后,由得到的有效声速来对目标进行定位.仿真结果表明,与传统算法相比,基于粒子群优化的算法可以有效提高长基线定位系统的定位精度.
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    无机纳米粒子对木粉/高密度聚乙烯木塑复合材料热学及力学性能的影响
    祁睿格,何春霞,付菁菁,赵丽梅,姜彩昀
    2019,53 (3):  373-379.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.016
    摘要 ( 599 )   PDF(895KB) ( 122 )  
    为了探讨3种无机纳米粒子(纳米碳酸钙(NPCC)、纳米蒙脱土(NMMT)和纳米氧化铝(NAL))对木粉/高密度聚乙烯(HDPE)木塑复合材料热学性能和力学性能的影响,采用模压成型方法制备木粉/HDPE木塑复合材料,利用综合热分析仪和热膨胀系数仪分析了木塑复合材料的热学性能,并测定了其力学性能.结果表明,3种无机纳米粒子对木粉/HDPE木塑复合材料的热学性能和力学性能均有一定影响.其中:添加NPCC可使木粉/HDPE木塑复合材料的线性热膨胀系数降低 38.95%,并具有较好的热稳定性,从而在受热过程中的起始热分解温度提高了 2.8℃,600℃时的残重率提高了 39.1%;同时,添加NPCC的木粉/HDPE木塑复合材料力学性能提高的幅度最大,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了 32.86%、11.05% 和 35.32%.
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    磁流变脂在剪切模式下的流变特性
    汪辉兴,张广,欧阳青,王炅
    2019,53 (3):  380-386.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.03.017
    摘要 ( 813 )   PDF(955KB) ( 130 )  
    磁流变脂材料无沉降、密封结构简单、制备容易,因而具有巨大工程应用前景,在剪切模式下的流变特性是磁流变脂缓冲器件设计和应用的基础.采用商业润滑脂为基体,制备了羟基铁粉质量分数分别为30%、50%和70%的磁流变脂.利用稳态剪切测试分析了不同铁粉质量分数的磁流变脂的黏度、剪切应力、屈服应力随剪切速率和磁场变化情况,结果表明:磁流变脂的本构关系可用Bingham模型进行描述,且在一定范围内,羟基铁粉质量分数越高,磁流变脂的黏度和剪切应力可调范围越广.以铁粉质量分数为70%的磁流变脂为例,运用大振幅振荡剪切的方法,确定线性黏弹性区间和非线性黏弹性区间的临界应变幅值为 0.02%;计算该型磁流变脂在磁感应强度为 0.96T 时的屈服应力为 24.7kPa,磁致储能模量为 1.17MPa,相对磁流变效应高达 3814%.
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