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当期目录

    2021年, 第55卷, 第3期 刊出日期:2021-03-01 上一期    下一期
    基于工件轮廓图像的砂轮磨损在线检测方法
    牛牧, 许黎明, 赵达, 范帆
    2021,55 (3):  221-228.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.285
    摘要 ( 659 )   HTML ( 19 )   PDF(2908KB) ( 324 )  

    研究一种基于机器视觉的砂轮磨损在线检测和补偿方法,介绍基于工件局部轮廓图像的砂轮磨损在线检测原理,分析了由砂轮磨损引起的轮廓误差在线补偿方法.在此基础上,在所开发的复杂轮廓磨削平台上进行了试验研究.研究结果表明:所提出的砂轮磨损检测和误差补偿方法可以有效地进行实时在线检测砂轮的磨损程度,并能补偿主要由砂轮磨损引起的轮廓加工误差,提高工件的加工精度,为砂轮磨损的在线检测以及砂轮修整预报提供了一种新的方法.

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    基于随机流网络与Markov过程的制造系统可靠性建模及维护优化
    高英铭, 陈震, 张秀芳, 潘尔顺
    2021,55 (3):  229-235.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.345
    摘要 ( 613 )   HTML ( 2 )   PDF(788KB) ( 228 )  

    针对制造系统中设备数量与输入的不确定性,考虑制造过程中的不良品以及不良品的返工情况,分析系统可靠性与各设备数量、设备输入的关系,建立基于随机流网络的制造系统可靠性评价模型.采用齐次Markov过程对系统衰退和维护进行状态分析,以最小化维护成本为目标,以系统可靠性为约束,建立系统设备的维护模型.通过算例分析,验证该模型的有效性和先进性.

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    一种双悬臂梁柔性销轴的微动疲劳研究
    杨世平, 董梦瑜, 李飞
    2021,55 (3):  236-248.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.288
    摘要 ( 517 )   HTML ( 5 )   PDF(24684KB) ( 121 )  

    大型齿轮增速箱的行星齿轮轴常采用过盈配合的双悬臂梁柔性销轴结构,而该处的过盈配合结构易产生微动疲劳.通过理论计算获得有效过盈量的最值,再利用有限元软件Abaqus模拟柔性销轴的弯曲受载过程,分析弯曲载荷、过盈量和渗碳层深度3个因素对接触应力、摩擦剪切应力以及滑移幅值的影响情况,探究各因素对微动疲劳损伤的影响程度,并使用SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法对销轴结构的疲劳寿命S-N曲线进行预测.对多组试件进行弯曲载荷疲劳加载试验,获得柔性销轴试验S-N曲线,并分析了试验后的构件表面微动疲劳损伤形貌.研究结果表明:弯曲载荷对疲劳寿命的影响大于过盈量的影响,也大于渗碳层深度的影响.采用SWT法预测的疲劳寿命与由试验获得的疲劳寿命吻合得较好.因此,在工程设计中可采用数值仿真分析对柔性销轴的疲劳寿命进行辅助校核.

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    Al-1%Si合金剧烈塑性变形中Si元素形态对合金组织与性能的影响
    唐靖钊, 颜家维, 沈耀
    2021,55 (3):  249-257.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.001
    摘要 ( 360 )   HTML ( 1 )   PDF(5520KB) ( 178 )  

    合金元素能够以固溶态或纳米颗粒析出形态影响铝合金变形过程中微观组织演化,但哪种形态对铝合金微观组织影响更显著仍有争议.以Al-1%Si合金为研究对象,通过在变形前改变硅原子析出态与固溶态的比例,利用多道次累积叠轧焊方法实现大变形,对比研究了在微观组织和力学性能达到饱和状态过程中纳米析出硅颗粒、晶粒尺寸和位错密度的演化,以比较固溶原子与析出颗粒对铝合金变形过程中组织及性能的影响.结果表明,初始样品中固溶原子越多,析出颗粒越少,变形后饱和位错密度更高,晶粒尺寸更小,对应屈服强度更高.Al-1%Si合金中弥散分布的固溶硅原子比同质量的纳米析出硅颗粒阻碍位错动态回复的总效果更好,与位错理论分析相符.材料内位错回复能力也会影响饱和晶粒尺寸,位错回复能力越强,饱和晶粒尺寸更大.

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    模具温升对22MnB5硼钢裸板高温摩擦磨损特性的影响
    蒋怡涵, 吴佳松, 王武荣, 韦习成
    2021,55 (3):  258-264.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.226
    摘要 ( 349 )   HTML ( 0 )   PDF(16288KB) ( 163 )  

    采用自制板带式高温摩擦磨损试验机模拟实际热冲压条件下22MnB5硼钢裸板的高温摩擦过程,对模具进行预热,模拟了热冲压过程中的模具升温,并通过硼钢热冲压的摩擦因数、表面磨损形貌和截面图及基体组织图研究模具升温对硼钢裸板摩擦行为及机理的影响.结果表明:模具升温较低时,硼钢裸板与H13钢之间的摩擦因数基本稳定在0.5,其磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主.当模具升温超过100 ℃,硼钢裸板摩擦因数随温度升高呈现下降趋势,在150 ℃和200 ℃分别为0.474和0.414,黏着磨损作用减弱.硼钢基体维氏硬度在室温至100 ℃基本稳定在430,随温度进一步升至150 ℃和200 ℃,硬度分别降至413.5和399.7,表明模具升温对成型件机械性能有显著影响.

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    基于改进模态推覆法的导管架平台弹塑性抗震性能
    刘红兵, 孙丽萍, 艾尚茂, 闫发锁, 陈国明
    2021,55 (3):  265-275.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.204
    摘要 ( 333 )   HTML ( 0 )   PDF(1767KB) ( 167 )  

    针对强震下海洋导管架平台的弹塑性失效问题,提出一种基于性能设计的海洋导管架平台改进模态推覆抗震分析法,获得强震下平台结构的弹塑性抗震性能及其失效模式,解决强震下海洋导管架平台的弹塑性抗震性能评估难题.通过对比分析设防和罕遇烈度8度地震下平台结构弹塑性地震响应的差异性,探讨平台结构的参振振型、振型形状向量以及地震动不确定性对平台结构弹塑性抗震性能的影响.研究结果表明:高阶振型和振型形状向量对导管架平台弹塑性抗震性能的影响较大,需考虑前9阶或9阶以上的模态振型及振型形状向量变化的影响;设防和罕遇烈度8度地震下,平台结构弹塑性抗震薄弱环节均位于导管架顶部,需重点关注;具有相同峰值加速度的不同地震时程下的平台结构地震响应表现出明显的离散性和差异性,建议采用改进模态推覆法评估强震下平台结构弹塑性抗震性能.

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    上承式加V拱桥动力特性研究及试验验证
    谢肖礼, 庞木林, 邱辰, 覃石生
    2021,55 (3):  276-289.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.284
    摘要 ( 376 )   HTML ( 0 )   PDF(11860KB) ( 87 )  

    为解决上承式拱桥跨径增大后自振频率快速下降的问题,提出一种新的上承式加V拱桥结构体系.将V形构件设于主梁和拱圈间以增大拱桥的刚度,进而提高结构的自振频率.通过适时的结构体系转换,实现一期恒载由拱圈承担,二期恒载及活载由一个主梁为上弦杆、拱圈为下弦杆、V形构件为腹杆并带多点弹性约束的变高桁架来承担,整个结构同时兼具拱和桁架的优点.为验证上承式加V拱桥动力特性研究和计算的正确性,修建跨径为10 m的试验桥,通过脉动试验测试桥梁首次发生面内竖弯的自振频率;利用有限元软件对其刚度和动力特性进行计算,分析V形构件刚度对结构动力特性以及V形构件数量对结构温度应力的影响,并研究体系转换的必要性.结果表明:结构首次发生面内竖弯的自振频率试验值与计算值相差较小,且振型与有限元分析相吻合.在增加材料很少甚至不增加材料的情况下,结构的自振频率得到明显提高,尤其是面内自振频率.V形构件的刚度存在一个合理的设置范围,V形构件的个数应以能使其与主梁或拱圈所构成的三角形的内角在45°~60°之间为宜.加V形构件后的上承式拱桥结构刚度大幅提高,且在L/4(L为桥梁跨径)处,列车静活载所产生的上挠度几乎为0.经过体系转换后二次成桥的成桥方法可使上承式加V拱桥充分发挥拱受力的优越性.

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    自主水下机器人强制自航下潜的类物理模拟
    吴利红, 封锡盛, 叶作霖, 李一平
    2021,55 (3):  290-296.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.191
    摘要 ( 364 )   HTML ( 0 )   PDF(4426KB) ( 206 )  

    为提高自主水下机器人(AUV)下潜的安全性和稳定性,需对AUV自航下潜操纵运动进行精确预报.为此提出建立载体全物理模型,模拟螺旋桨运动,编写用户自定义函数(UDF),求解雷诺平均N-S方程,实时预报载体强制自航下潜运动受力和流动特性的类物理数值模拟方法.该方法采用多块混合网格和动区域法,能提高动网格数值模拟的精度和计算效率.数值方法通过AUV自航试验的速度对比进行了验证.将该方法应用于AUV强制自航下潜模拟,结果表明:初始启动时,载体加速度较大,将导致AUV有较大纵向和垂向阻尼;在载体纵倾变化过程中,载体垂向力幅值较大且振荡,螺旋桨尾迹有扭转趋势,螺旋桨推力变化;在载体定向直航下潜中,螺旋桨推力和载体阻力较为稳定.

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    模糊时间窗下多船型不定期船调度与航速联合优化
    范厚明, 于佳琪, 马梦知, 蒋晓丹, 慈吉利, 翟志伟
    2021,55 (3):  297-310.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.215
    摘要 ( 386 )   HTML ( 1 )   PDF(1672KB) ( 154 )  

    为了提高货主满意度的同时船公司能获得更好的经济效益,对不定期船调度与航速联合优化问题进行了研究,利用模糊时间窗刻画货主满意度,考虑自有船舶与租用船舶配置情况、航速等因素对船舶调度计划的影响,以航行成本、港口成本、时间成本、租船成本之和最小为目标,建立模糊时间窗下多船型不定期船调度与航速优化模型.提出一种变邻域遗传模拟退火算法进行求解:先将船型与货物匹配,再根据时间约束生成路径,最后采用邻域搜索策略提高求解质量.算例验证表明:船舶调度与航速联合优化可降低航行成本;注重货主的时间要求可提高其满意度.研究成果拓展了船舶调度及航速优化的相关理论,可为船公司优化不定期船调度及航速提供理论指导.

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    基于显式动力学的软式飞艇流固耦合计算框架
    张宇, 王晓亮
    2021,55 (3):  311-319.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.351
    摘要 ( 513 )   HTML ( 0 )   PDF(3654KB) ( 159 )  

    软式飞艇作为一种低刚度、具有充气结构的飞行器,其流固耦合特性明显.结合参数化截面(PARSEC)方法、径向基函数(RBF)和Delaunay映射方法,构建对软式飞艇的非定常显式动力学流固耦合分析框架.借助平板冲击和NACA0014机翼气动弹性案例验证该数值方法的可靠性和精度.该计算框架也同样适用于高空气球等薄膜类浮空器的非定常双向流固耦合分析.最后,应用上述框架对某软式飞艇在不同压差下的结构响应进行分析.研究结果表明,飞艇振动主频与飞艇的内外压差之间呈现近似线性关系.

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    基于NSGA-II算法的编队卫星重构策略
    孙鸿强, 张占月, 方宇强
    2021,55 (3):  320-330.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.376
    摘要 ( 276 )   HTML ( 5 )   PDF(1602KB) ( 121 )  

    针对编队卫星在遭遇空间碎片威胁时的规避决策问题,改进并采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)对卫星进行编码,以改进的差分进化算法作为轨道生成模型,以Pareto支配筛选出最优解集,通过引入编队卫星的机动消耗、碰撞概率、工作效率等指标,对卫星的规避轨道进行筛选,保证编队卫星的各项指标得到兼顾.最后以三星编队的海洋侦察卫星为例,引入相位调整、概率计算、水平方向精度因子(HDOP)计算等模型,通过多目标优化算法获得规避轨道的最优解.仿真结果表明,在不同任务目标下,该方法可以更有针对性地制定编队卫星规避策略.

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    基于支持向量机的办公建筑逐时能耗预测
    肖冉, 魏子清, 翟晓强
    2021,55 (3):  331-336.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.310
    摘要 ( 368 )   HTML ( 2 )   PDF(1001KB) ( 179 )  

    针对建筑运行能耗非线性和不确定性强的特点,提出一种基于支持向量机的办公建筑逐时能耗预测方法. 采用单变量模型检验法确定模型输入变量,引入网格搜索方法优化模型超参数. 使用模型拟合误差的置信区间来描述建筑运行能耗的不确定性. 采用实际办公楼案例对所提出的预测方法进行验证. 结果表明:网格搜索优化后的模型平均绝对百分比误差(MAPE)降低31.3%, 取得更高的模型精度; 加入置信区间后不同季节中MAPE均低于1.5%, 体现了建筑的运行波动. 该方法可为建筑运行诊断及优化提供参考.

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    不规则波与顺流相互作用的数值模拟与不确定度分析
    姚顺, 马宁, 丁俊杰, 顾解忡
    2021,55 (3):  337-346.  doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.375
    摘要 ( 390 )   HTML ( 0 )   PDF(2881KB) ( 152 )  

    考虑实际海域普遍存在的波流相互作用现象,研究均匀流对不规则波的波浪特性和不确定度的影响规律.首先,在上海交通大学循环水槽中开展不规则波与均匀流相互作用试验并测量波面升高时历数据;然后,基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程对波流相互作用问题进行数值模拟;最后,将不规则波的有义波高和平均周期作为研究对象,开展包括网格收敛性和时间步长收敛性在内的不确定度分析.研究结果表明:顺流及无流时波高概率分布符合Rayleigh分布;不规则波能量谱峰值在顺流作用下向低频移动;不规则波有义波高对网格尺寸更加敏感,平均周期则更依赖于时间步长;均匀顺流能降低有义波高对时间步长的依赖程度,但对平均周期的影响则相反.

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