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《中国机械工程》2020, 31卷16-17期 目录和摘要
作者: 秘书处 发表时间: 2020-10-26

 

 

中国机械工程 2020, Volume 31, Issue 16

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螺旋槽机械密封瞬态启动过程润滑特性   PDF (2872KB)

 

引用 |   徐鲁帅1;王赟磊1;张帆1;郝木明2;袁小阳1. 螺旋槽机械密封瞬态启动过程润滑特性. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1891-1900.

 

Cite |  XU Lushuai1;WANG Yunlei1;ZHANG Fan1;HAO Muming2;YUAN Xiaoyang1. Lubrication Characteristics of Spiral Groove Mechanical Seals during Transient Start-up. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1891-1900.

 

摘要  建立了螺旋槽机械密封瞬态启动过程润滑特性的计算模型,耦合求解了含流量因子、接触因子及质量守恒空化边界的雷诺方程、弹塑性粗糙峰接触方程及动力学方程,比较了不同运行工况及结构参数的润滑状态转变过程。结果表明:增速阶段流体承载力与液膜厚度不断增大,粗糙峰承载力逐渐减小至消失;相比较于流体动压润滑状态,混合摩擦状态的液膜刚度较大且振荡幅值明显,在到达脱开转速时刻有较大的轴向速度突变。受挤压效应影响,较小的启动加速度可以在低转速下进入流体润滑状态,较高的外压和较低的内压均有利于润滑状态的转变。随槽数的增加,脱开转速呈先增大后减小趋势,螺旋角与槽深的减小或槽坝比的增大均对润滑状态转变能力起促进作用。

 

 

 

 

改进时频分析和特征融合在内燃机故障诊断中的应用   PDF (9016KB)

 

引用 |   蔡艳平;范宇;陈万;张金明. 改进时频分析和特征融合在内燃机故障诊断中的应用. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1901-1911.

 

Cite |  CAI Yanping;FAN Yu;CHEN Wan;ZHANG Jinming. Applications of Improved Time-frequency Analysis and Feature Fusion in Fault Diagnosis of IC Engines. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1901-1911.

 

摘要  针对基于内燃机振动信号的故障识别诊断问题,首先提出一种基于阈值筛选的变分模态分解(VMD)、玛基诺-希尔时频分布(MHD)的时频分析方法,该方法针对Cohen类时频分布存在的交叉干扰项问题,通过阈值筛选法确定VMD算法的分解层数,从而将内燃机振动信号分解成一系列单分量模态信号,然后对单分量信号进行MHD时频表征及线性叠加得到时频聚集性优良、物理意义明确的振动信号时频谱图。再通过局部非负矩阵分解(LNMF)对时频图像特征进行提取,将提取的特征与振动信号时域参数进行特征融合,得到融合特征向量。对支持向量机(SVM)采用改进粒子群优化算法进行参数优选,然后对特征向量进行训练和测试,实现了内燃机的故障识别诊断。将该方法应用于内燃机气门间隙故障8种工况下缸盖振动信号的识别诊断试验,结果表明,该方法能够对不同工况振动信号进行有效识别分类。通过参数优选,最高识别率达到了99.17%,同时对比传统的最近邻分类器的分类结果,证明了该方法的优越性。

 

 

 

 

焊缝X射线探伤图像自动搭接检测方法   PDF (3402KB)

 

引用 |   张帆1,2;张伯言3;史潇婉1;张新红4. 焊缝X射线探伤图像自动搭接检测方法. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1912-1916,1930.

 

Cite |  ZHANG Fan1,2;ZHANG Boyan3;SHI Xiaowan1;ZHANG Xinhong4. Automatic Overlap Detection Method for Weld Seam Images of X-ray Inspection. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1912-1916,1930.

 

摘要  针对焊缝探伤图像造假的现象在工程中比较普遍,而目前主要通过人工读片方式进行检查,检查效率低下、容易漏检。提出了一种基于图像处理的方法对焊缝的搭接区域进行自动定位、分割和比对,建立了焊缝探伤图像搭接自动检测系统,检测是否存在焊缝图像造假的现象。基于拉东变换找到搭接定位标记,从焊缝图像中切割出搭接区图像,采用尺度不变特征变换算法进行搭接匹配,计算两个搭接区图像的结构相似度。最后根据SIFT关键点的匹配点数和结构相似度判断两个搭接区图像是否匹配。实验结果表明,该方法的焊缝图像搭接自动检测准确率达到 87.3%。

 

 

 

 

在轨可更换模块对接接口技术综述   PDF (11440KB)

 

引用 |   庄原1;孔宁2;任杰2;刘育强1;王耀兵1;张杰2;王文龙1;马帅2. 在轨可更换模块对接接口技术综述. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1917-1930.

 

Cite |  ZHUANG Yuan1;KONG Ning2;REN Jie2;LIU Yuqiang1;WANG Yaobing1;ZHANG Jie2;WANG Wenlong1;MA Shuai2. Review of Docking Interface Technology for Orbital Replacement Units. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1917-1930.

 

摘要  针对航天工程上对航天器进行模块更换的在轨服务与维护技术需求,梳理了国内外在轨可更换模块对接接口技术的研究进展和成果。从对接接口与机械臂动作特点出发,重点对其技术需求、功能原理、性能指标等进行了综述,对国内外在轨可更换模块对接接口技术的差距进行了对比分析,并提出了我国在轨可更换模块对接接口关键技术的发展方向。

 

 

 

 

基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制   PDF (3469KB)

 

引用 |   张凯1;赵鹏2;王友仁1;徐智童1;陈则王1. 基于荷电状态的锂离子电池组主动均衡控制. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1931-1939.

 

Cite |  ZHANG Kai1;ZHAO Peng2;WANG Youren1;XU Zhitong1;CHEN Zewang1. SOC-based Active Equalization Control for Lithium-ion Battery Packs. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1931-1939.

 

摘要  针对锂离子电池组中单节电池间的差异性会对电池组的可使用寿命以及容量利用率造成严重影响,设计了一种电感式主动均衡电路。基于递推最小二乘扩展卡尔曼滤波(RLS-EKF)算法在线估算锂离子电池的荷电状态(SOC),同时以SOC值作为均衡准则对锂离子电池组实施均衡控制,实现了一种主动均衡控制策略,并开发了锂离子电池组能量均衡管理系统测试平台。实验结果表明,RLS-EKF算法的SOC估算误差在3.5%以内,并且所提出的主动均衡控制方法极大改善了电池间的差异性,电池的容量利用率大幅度提高。

 

 

 

 

基于混合教学优化算法的多车间协作综合调度   PDF (6996KB)

 

引用 |   廖不凡1;雷琦1;吴文烈2;宋豫川1;郭伟飞1. 基于混合教学优化算法的多车间协作综合调度. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1940-1949.

 

Cite |  LIAO Bufan1;LEI Qi1;WU Wenlie2;SONG Yuchuan1;GUO Weifei1. Hybrid Teaching-learning-based Optimization Algorithms for Integrated Scheduling of Multi-workshop Collaborations. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1940-1949.

 

摘要  目前在处理加工属性类似的多车间协作综合调度问题时,几乎都是采用调度规则,对产品加工工艺结构的依赖度过高,降低了算法对同一类问题不同实例的适应性,并且对大型实例的求解结果普遍欠佳,为此提出了一种混合教学优化算法。该算法在基本教学优化算法的基础上加入采用变异操作模拟的自学习阶段,提高其局部搜索能力,并且在教学、互学和自学三个阶段均按照模拟退火算法中Metropolis准则计算的概率,随机接受学生群体中某一个较差个体作为新个体,进一步提高算法跳出局部最优解的能力;教学、互学和自学三个阶段设计的变换操作均考虑综合调度问题中各虚拟工序之间的顺序约束关系,保证生成的解均是可行解。通过测试以往该类问题实例,得到的结果验证了所提算法的可行性和有效性。

 

 

 

 

八自由度连续体操作臂的运动学分析与仿真   PDF (9107KB)

 

引用 |   李凤刚;赵磊;何广平;杨淼. 八自由度连续体操作臂的运动学分析与仿真. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1950-1959.

 

Cite |  LI Fenggang;ZHAO Lei;HE Guangping;YANG Miao. Kinematics Analysis and Simulation of Eight-degree-of-freedom Continuum Manipulators. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1950-1959.

 

摘要  从内窥服务的灵活性与安全性角度出发,设计了一款具有柔性骨架通过套管拉线驱动的八自由度连续体操作臂,基于分段恒定曲率假设和旋量理论得到了操作臂的全局正逆运动学解析解。为实现气瓶、油箱以及口腔等小入口腔体内表面状态的自动内窥检测,提出了一种协调工作空间与关节空间的“双空间协同运动规划法”。最后,通过数值仿真验证了运动学模型和运动规划方法的有效性。

 

 

 

 

基于长短时记忆卷积神经网络的刀具磨损在线监测模型   PDF (4835KB)

 

引用 |   何彦1;凌俊杰1;王禹林2;李育锋1;吴鹏程1;肖圳1. 基于长短时记忆卷积神经网络的刀具磨损在线监测模型. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1959-1967.

 

Cite |  HE Yan1;LING Junjie1;WANG Yulin2;LI Yufeng1;WU Pengcheng1;XIAO Zhen1. In-process Tool Wear Monitoring Model Based on LSTM-CNN. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1959-1967.

 

摘要  为了提高机械加工过程中刀具磨损在线监测的准确性,提出了一种基于长短时记忆卷积神经网络(LSTM-CNN)的刀具磨损在线监测模型。在该监测模型中,通过振动、力、声发射传感器对刀具切削过程中的振动、力和声发射信号进行采集,采集的数据其本质为时间序列数据。考虑采集数据的序列和多维度特性,采用LSTM-CNN网络对采集的数据进行序列和多维度特征提取,利用线性回归实现特征到刀具磨损值的映射。通过实验验证了该模型的有效性和可行性,模型的精度较其他几种方法有了较大的提高。

 

 

 

 

软体机械手遥操作系统的设计与分析   PDF (10409KB)

 

引用 |   姚建涛;陈新博;陈俊涛;魏纯杰;张帅;李海利;赵永生. 软体机械手遥操作系统的设计与分析. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1968-1977.

 

Cite |  YAO Jiantao;CHEN Xinbo;CHEN Juntao;WEI Chunjie;ZHANG Shuai;LI Haili;ZHAO Yongsheng. Design and Analysis of Soft Manipulator Teleoperation Systems. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1968-1977.

 

摘要  面向气动软体机械手在远程非结构化环境下作业的工作需求,搭建了软体机械手遥操作系统。基于“快速气动网络”及模块化可拆卸原则,设计制作了软体弯曲致动器,根据实验需要组装成仿人手形软体机械手。在Yeoh模型基础上建立了软体致动器的力学模型并借助仿真分析加以修正,为软体致动器的控制提供了理论依据。设计了遥操作系统的总体结构,提出了气动软体机械手的驱动模式与控制策略,在C#窗体应用程序中开发了客户端软件。基于蒙皮技术在3D Max软件中对软体致动器进行建模,在Unity3D中搭建了虚拟作业场景,通过脚本程序设计实现远地端反馈信息对软体末端的运动控制和对目标对象的碰撞与拾取。开展软体致动器弯曲角度与充气气压实验,验证分析力学模型的准确性;开展遥操作手势映射实验,分析与探讨软体机械手遥操作系统的可行性及其进一步研究与应用。

 

 

 

 

基于混合式特征选择模型的晶圆允收测试关键参数识别方法   PDF (886KB)

 

引用 |   吕佑龙;许鸿伟;郑城;张洁;郑鹏. 基于混合式特征选择模型的晶圆允收测试关键参数识别方法. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1978-1984,1997.

 

Cite |  LYU Youlong;XU Hongwei;ZHENG Cheng;ZHANG Jie;ZHENG Peng. #br# Wafer Acceptance Test Key Parameter Identification Based on Hybrid Feature Selection Method. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1978-1984,1997.

 

摘要  晶圆允收测试是晶圆加工过程的关键环节,对其中的关键测试参数进行准确分析识别有助于准确预测晶圆良率、及时发现工艺缺陷。针对测试参数维度高、数据冗余性强、关键特征不显著的特点,以最小化晶圆允收测试参数量和晶圆良率预测误差为目标,提出了过滤式与封装式相结合的混合式特征选择方法。在过滤式预筛选中,通过互信息度量各参数与晶圆良率的相关性,以及各参数之间冗余性,并根据最大相关、最小冗余准则,缩小候选参数规模;在封装式精选中,以遗传算法实现候选参数的编码、寻优,根据神经网络的晶圆良率预测误差进行适应度函数评价,进一步精选关键特征。最后,采用标准数据集和实例数据对所提方法进行了有效性验证。

 

 

双机械手变速协同输送控制策略研究及应用   PDF (8066KB)

 

引用 |   王梁1;安兴运2;张雪琴2;王义林1;张宜生1. 双机械手变速协同输送控制策略研究及应用. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1985-1990.

 

Cite |  WANG Liang1;AN Xingyun2;ZHANG Xueqin2;WANG Yilin1;ZHANG Yisheng1. Research and Application of Variable Speed Cooperative Transfer Control Strategy of Dual Manipulators. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1985-1990.

 

摘要  基于智能先进、高效稳定的制造理念,针对双机械手接续输送物料同步交接的问题,提出了一种在有限交接区间限制条件下的高效双机械手协同工作的快速输送方法。通过运动学分析,设计构建了双机械手协同输送实验平台,研究了多种可行方案中影响快速同步的主要因素,给出了多种协同输送工作方法的实现过程。考虑到速度与稳定性的综合指标,以及最小同步交接距离的需要,采用两级变速控制同步方法,板料输送节拍缩短超过11%。

 

 

 

 

双电机消隙技术在串联机械臂中的仿真与应用   PDF (8724KB)

 

引用 |   江勇;张伟;刘晓源;金博丕. 双电机消隙技术在串联机械臂中的仿真与应用. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1991-1997.

 

Cite |  JIANG Yong;ZHANG Wei;LIU Xiaoyuan;JIN Bopi. Simulation and Application of Anti-backlash Technique with Dual-motor in Tandem Manipulators. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1991-1997.

 

摘要  典型非线性齿隙广泛存在于机器人伺服系统中,为了减小齿隙对系统性能的影响,对串联机械臂采用双电机主从驱动消隙技术。首先基于双电机消隙系统的基本原理及结构建立了齿隙弹性死区非线性模型;然后根据双电机系统的动力学推导公式,建立了所采用的双电机偏置力矩消隙控制策略的Simulink模型,并给出了系统的算法框架及伺服系统硬件电路原理;最后根据实际工程设计参数数据进行原理仿真,并通过激光跟踪仪对采用双电机消隙技术的串联机械臂系统进行精度测试实验验证。仿真及实验结果表明:建立的数学模型能够反映实际系统的基本特性;工作空间为4.5 m的串联机械臂末端精度达到1.2 mm,满足工程应用性能指标要求。

 

 

 

 

负泊松比曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学数值研究   PDF (6327KB)

 

引用 |   沈建邦;肖俊华;梁希;徐耀玲. 负泊松比曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学数值研究. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 1998-2004.

 

Cite |  SHEN Jianbang;XIAO Junhua;LIANG Xi;XU Yaoling. Numerical Study on In-plane Impact Dynamics of Negative Poisson's Ratio Honeycomb Structures with Curved Concave Sides. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 1998-2004.

 

摘要  利用数值方法研究了具有负泊松比效应的可变弧角曲边内凹蜂窝结构的面内冲击动力学性能,讨论了冲击速度和弧角对曲边内凹蜂窝结构的变形模式与吸能能力的影响。研究结果表明:改变冲击速度和弧角的大小会影响曲边内凹蜂窝结构的变形失效模式;当冲击速度较高时,蜂窝结构内的应力波动范围较大,结构的体能量吸收值随弧角的增大逐渐增大;当冲击速度较低时则不存在上述现象。当弧角大于120°时,曲边内凹蜂窝结构具有负泊松比效应,该结构的吸能能力高于其他弧角所对应的正泊松比蜂窝结构的吸能能力,该现象与冲击速度无关。

 

 

 

 

考虑变形热和摩擦热效应的热力耦合冲压研究   PDF (5354KB)

 

引用 |   聂昕1;肖兵兵1;申丹凤2;郭文峰1. 考虑变形热和摩擦热效应的热力耦合冲压研究. 中国机械工程, 2020, 31 (16): 2005-2015.

 

Cite |  NIE Xin1;XIAO Bingbing1;SHEN Danfeng2;GUO Wenfeng1. Research on Thermal-mechanical Stamping Forming Considering Deformation Heat and Friction Heat Effects. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (16): 2005-2015.

 

摘要  以DP780材料为研究对象,在20~140 ℃温度区间、0.001~0.1 s-1应变速率区间内进行恒温拉伸试验,分析了真实应力-应变变化趋势,建立了基于Norton-Hoff模型的材料本构方程,该本构方程能够较好地表征DP780在冷成形过程中与温度相关的塑性本构关系。结合Norton-Hoff本构模型,以及与温度、压力相关的摩擦模型,采用理论研究与数值模拟结合的方式,研究DP780钢板变形热和摩擦热的自发热产生机理和宏观特征。根据完全热力耦合数值模拟理论,考虑将温度场和应力场、应变场等进行耦合分析,提出一种考虑变形热和摩擦热效应的冲压成形研究方法。通过U形件冲压试制试验,得到DP780钢板冷成形条件下的试验回弹结果。对比传统冷冲压模拟结果和考虑自发热效应研究方法下的模拟结果发现,考虑自发热效应的冲压成形模型在模拟侧壁时准确性提高了10.1%,在模拟法兰时准确性提高了23.2%。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

中国机械工程 2020, Volume 31, Issue 17

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慢刀伺服车削刀具半径定向补偿的分段逼近求解   PDF (5283KB)

 

引用 |   李佳伟;杜文浩;韩长庆. 慢刀伺服车削刀具半径定向补偿的分段逼近求解. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2017-2023.

 

Cite |  LI Jiawei;DU Wenhao;HAN Changqing. Directional Tool Radius Compensation Solution of STS Turning Based on Segment Approximation. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2017-2023.

 

摘要  复杂曲面的慢刀伺服车削加工过程中,采用刀具法向补偿算法会在各个直线轴产生补偿量,加工法向矢量突变的曲面时,这种算法并非最优,将补偿量只应用于负载较低的直线轴却是更优的选择。提出一种基于线段逼近的刀具半径定向补偿数值求解算法来求解定向刀位点,通过半径细分的策略使法向误差收敛。算法实例验证及与相关算法的对比结果显示,该算法适用于点云构成的曲面或分段曲面的刀具半径补偿。

 

 

机械合金化FeS/Cu复合材料的摩擦磨损性能   PDF (7559KB)

引用 |   李蓉蓉;尹延国;张开源;曾庆勤 ;陈奇. 机械合金化FeS/Cu复合材料的摩擦磨损性能. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2024-2030.

Cite |  LI Rongrong;YIN Yanguo;ZHANG Kaiyuan;ZENG Qingqin;CHEN Qi. Friction and Wear Properties of FeS/Cu Composite Materials Fabricated by Mechanical Alloying. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2024-2030.

摘要  以FeS和CuSn8Ni1粉末为原料,利用机械合金化技术和粉末冶金技术制备了FeS/Cu复合材料,探讨了不同载荷情况下所制备的FeS/Cu复合材料的摩擦学性能及润滑膜与转移膜特征。结果表明:机械合金化提高了FeS与铜合金基体界面结合性能,进而提高了材料减摩耐磨性能;当载荷较小时,摩擦副表面接触不稳定,复合转移膜不连续,摩擦因数波动大;载荷较大时,复合转移膜易破损,材料的减摩耐磨性能变差;当载荷为150 N时,载荷适宜,材料表面软化,复合转移膜更加完整,摩擦因数较小。

 

 

 

 

基于证据理论的机械结构高效可靠性分析方法   PDF (1839KB)

 

引用 |   刘鑫1;龚敏1;周振华1;李宝童2;董建业1. 基于证据理论的机械结构高效可靠性分析方法. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2031-2037.

 

Cite |  LIU Xin1;GONG Min1;ZHOU Zhenhua1;LI Baotong2;DONG Jianye1. An Efficient Mechanical Structure Reliability Analysis Method Based on Evidence Theory. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2031-2037.

 

摘要  提出一种证据理论与近似模型相结合的机械结构高效可靠性分析方法。首先基于证据理论建立可靠性分析数学模型,然后通过径向基函数构建极限状态函数的近似模型,并利用样本点局部加密来提高近似模型的精度,最后基于一阶近似可靠性分析方法对近似可靠性分析问题进行求解,从而获得衡量机械结构可靠性的可信度和似真度。算例结果表明该方法不但能保证计算结果精度,还提高了计算效率。

 

 

 

 

基于十字形阵列和2D-MUSIC算法的Lamb波检测   PDF (3671KB)

 

引用 |   刘增华1,2;张婷婷1,2;苏瑞祥1,2;陈洪磊1,2;何存富1,2;吴斌1,2. 基于十字形阵列和2D-MUSIC算法的Lamb波检测. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2038-2044.

 

Cite |  LIU Zenghua1,2;ZHANG Tingting1,2;SU Ruixiang1,2;CHEN Honglei1,2;HE Cunfu1,2;WU Bin1,2. Lamb Waves Inspection Based on Cross-shaped Array and 2D-MUSIC Algorithm. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2038-2044.

 

摘要  采用由压电传感器组成的十字形阵列进行Lamb波信号的激励和接收,提出一种二维多重信号分类(2D-MUSIC)方法对铝板中的缺陷进行定位检测。选用合适的频率激励产生单一模态信号,可避免多模态的影响,降低Lamb波的频散;利用2D-MUSIC算法对接收信号进行分段处理,并结合反射信号和二维导向矢量对铝板中的缺陷进行定位。结果表明,提出的2D-MUSIC算法对铝板中的缺陷定位比传统MUSIC算法更精准。

 

 

 

 

不锈钢焊接件低周疲劳固有耗散分析   PDF (4380KB)

 

引用 |   郝智彦;黄志勇;王清远. 不锈钢焊接件低周疲劳固有耗散分析. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2045-2050.

 

Cite |  HAO Zhiyan;HUANG Zhiyong;WANG Qingyuan. Intrinsic Dissipation in Low Cycle Fatigue for Stainless Steel Weldments. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2045-2050.

 

摘要  

采用数字图像相关(DIC)技术和红外热成像技术测量了310S不锈钢焊接接头低周疲劳过程中的变形和表面温度场,其中,DIC技术用于观察焊接接头局部变形的不均匀性,红外热成像技术提供样品表面的温度场分布。结果表明:在高应力区域,疲劳失效主要发生在焊接接头处;在低应力区域,疲劳失效主要发生在母材区。通过求解局部热扩散方程计算获得的试件表面的固有耗散分布可用于预测裂纹萌生位置。

 

 

 

 

半对称三平移Delta-CU并联机构的刚度建模与分析   PDF (4935KB)

 

引用 |   王一熙1;吴广磊2;沈惠平1;李家宇1;孟庆梅1;李菊1;邓嘉鸣1. 半对称三平移Delta-CU并联机构的刚度建模与分析. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2050-2058.

 

Cite |  WANG Yixi1;WU Guanglei2;SHEN Huiping1;LI Jiayu1;MENG Qingmei1;LI Ju1;DENG Jiaming1. Stiffness Modeling and Analysis of Semi-symmetrical Three-translation Delta-CU Parallel Mechanism. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2050-2058.

 

摘要  研究了Delta-CU机构的刚度及其特性,运用虚拟弹簧法建立了支链的柔性模型,并给出了支链的静力学方程。利用旋量方法得到了支链中的运动微分映射,根据静力学方程得出机构的笛卡儿空间刚度矩阵,并通过有限元分析验证了矩阵的正确性。最后,利用虚功刚度指标对给定参数下的Delta-CU机构进行算例分析,并将其与Delta机构进行了比较,结果表明Delta-CU机构与Delta机构具有基本相同的刚度特性。

 

 

 

 

基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析   PDF (5014KB)

 

引用 |   李建平1,2;高云叶2;温建明1,2;马继杰1;王仁明2. 基于旋转磁铁箝位的压电尺蠖驱动器理论与试验分析. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2059-2063,2070.

 

Cite |  LI Jianping1,2;GAO Yunye2;WEN Jianming1,2;MA Jijie1;WANG Renming2. Principle and Experimental Analysis of a Novel Piezoelectric Inchworm Actuator Based on Rotating Magnet Clamping. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2059-2063,2070.

 

摘要  为简化压电尺蠖驱动器信号控制系统并降低摩擦磨损,提出了一种基于旋转磁铁箝位的新型压电尺蠖驱动器。该驱动器利用直流电机带动永磁体转动实现交替箝位,通过激光对射传感器感知永磁体位置产生的激励信号来驱动压电叠堆实现精密直线位移输出。优化了驱动器结构的相关参数,制作了压电尺蠖驱动器样机并对其进行试验测试,结果表明:驱动器性能稳定,最小分辨率为0.119 μm,最高速度和最大载荷分别为481.43 μm/s、950 g。

 

 

 

 

悬浮式球转子压电作动器的设计及实验研究   PDF (4864KB)

 

引用 |   王均山;陈超;石明友;曹静. 悬浮式球转子压电作动器的设计及实验研究. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2064-2070.

 

Cite |  WANG Junshan;CHEN Chao;SHI Mingyou;CAO Jing. Experimental Study and Design of Piezoelectric Actuators with Suspension Spherical Rotor. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2064-2070.

 

摘要  针对机械转子式陀螺仪对支承和高转速的特定要求,设计出一种兰杰文振子和压电圆盘复合驱动的定子,从而在定子振动输出面获得足够振幅的行波运动,实现对球转子的超声近场非接触支承和高速驱动。对圆盘定子进行了结构动力学设计,使其工作频率与兰杰文振子频率基本一致。样机模态实验表明复合定子频率一致性较好。通过悬浮高度和转速测试发现,转子悬浮稳定,转速与驱动频率有关,在200 V激励电压下的共振频率附近可获得最大转速3 880  r/min。

 

 

 

 

采用深度学习的铣刀磨损状态预测模型   PDF (3586KB)

 

引用 |   戴稳1;张超勇1;孟磊磊1;薛燕社1;肖鹏飞1;尹勇2. 采用深度学习的铣刀磨损状态预测模型. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2071-2078.

 

Cite |  DAI Wen1;ZHANG Chaoyong1;MENG Leilei1;XUE Yanshe1;XIAO Pengfei1;YIN Yong2. Prediction Model of Milling Cutter Wear Status Based on Deep Learning. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2071-2078.

 

摘要  为提高刀具磨损监测的预测精度与泛化性能,研究了基于深度学习的铣刀磨损状态预测,提出了基于堆叠稀疏自动编码网络与卷积神经网络的两种预测模型。堆叠稀疏自动编码网络对特征向量进行降维并将其纳入分类器来实现预测,可避免特征选择对先验知识的依赖;卷积神经网络将铣削振动数据转化为小波尺度图并输入模型完成分类,精简了传统建模流程。最后将提出的两种模型与传统神经网络模型进行比较,验证了所提模型的效率与精度。

 

 

 

 

碳纤维螺旋桨自动铺放成形轨迹规划方法   PDF (6239KB)

 

引用 |   刘志强1;顾献安1;郭昊1;奚浩1;王明强1;李军利2. 碳纤维螺旋桨自动铺放成形轨迹规划方法. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2079-2084,2094.

 

Cite |  LIU Zhiqiang1;GU Xianan1;GUO Hao1;XI Hao1;WANG Mingqiang1;LI Junli2. A Trajectory Planning Method for Automatic Placement of Carbon n Fiber Screw Propellers. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2079-2084,2094.

 

摘要  螺旋桨曲面为高阶自由曲面,故以四丝束碳纤维螺旋桨曲面铺放装置为平台,进行了碳纤维铺放成形轨迹规划的研究。依据船用定距桨桨叶曲面轨迹规划的要求,针对传统曲面网格和轨迹铺放法的低精度缺陷,提出了基于拉普拉斯网格优化、等弧长曲面分层的轨迹优化铺放算法,并完成了算法仿真和实物验证。结果表明,该轨迹规划方法能满足碳纤维螺旋桨的铺放要求。

 

 

 

 

基于有限元仿真的拼接模具铣削用刀具优化   PDF (12280KB)

 

引用 |   岳彩旭;刘鑫;刘智博;谢娜;王彦武. 基于有限元仿真的拼接模具铣削用刀具优化. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2085-2094.

 

Cite |  YUE Caixu;LIU Xin;LIU Zhibo;XIE Na;WANG Yanwu. Tool Optimization for Splicing Die Milling Processes Based on Finite Element Simulation. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2085-2094.

 

摘要  对ABAQUS软件进行了二次开发,以实现拼接模具铣削过程仿真前处理的快速建模。对铣削力、应力和刀具温度进行仿真,并与铣削实验结果对比,验证了仿真模型的准确性。对不同前角、后角、螺旋角及刃口半径的球头铣刀铣削拼接模具的过程进行模拟仿真,采用遗传算法优化铣刀结构,将优化后的结构参数与传统结构参数代入刀具磨损、工件表面质量的对比实验,从而验证了优化的有效性。研究表明,对仿真前处理进行快速建模的二次开发运行成功,模拟结果准确。研究结果为降低制造成本、提高铣刀寿命和工件表面质量提供了理论参考。

 

 

 

 

模糊时间窗约束下的装配线物料配送方案优化   PDF (3847KB)

 

引用 |   刘雪梅1;王笑1;柳跃雷2. 模糊时间窗约束下的装配线物料配送方案优化. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2095-2103.

 

Cite |  LIU Xuemei1;WANG Xiao1;LIU Yuelei2. Optimization of Assembly Line Material Distribution Planning under Fuzzy Time Window Constraints. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2095-2103.

 

摘要  

为解决装配线物料无法及时准确配送的问题,提出了一种动态的联合配送策略,在此基础上以最小化单个产品配送成本、最大化工位满意度为目标,建立模糊时间窗约束下的物料配送数学模型。利用NSGA-Ⅱ算法求解出最佳的工位组划分、小车出发时间和配送路径,并对配送小车容量及配送时间窗进行优化。利用Plant Simulation软件搭建某生产线仿真模型进行模拟,验证了配送方案的可行性。与一般配送策略进行对比,结果表明,在保证配送工位满意度的前提下,优化时间窗能进一步降低单个产品的配送成本。

 

 

 

 

面向大规模个性化制造的车间制造服务协作链构建方法   PDF (6017KB)

 

引用 |   庞世宝1;郭顺生1;王磊1;李西兴2. 面向大规模个性化制造的车间制造服务协作链构建方法. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2104-2111.

 

Cite |  PANG Shibao1;GUO Shunsheng1;WANG Lei1;LI Xixing2. Construction Method of Workshop Manufacturing Service Collaboration Chains for Mass Personalization Manufacturing. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2104-2111.

 

摘要  大规模个性化制造模式下,车间内部的制造资源需频繁进行重组以构建新的服务协作链来完成不同的制造任务。为提高服务协作链的高效性和稳定性,建立了制造资源聚合模型来描述车间制造资源的聚集关系,并基于改进的K-means++算法将制造资源封装成车间制造服务。使用频繁子网络挖掘算法挖掘了频繁出现的服务协作链,并提出服务协作链评价方法来对获取的服务协作链进行评价和筛选。最后通过案例分析对所提方法的可行性和有效性进行了验证。

 

 

 

 

采用反馈机制的多生产线制造系统协同优化   PDF (1969KB)

 

引用 |   孔维畅;乔非;吴启迪. 采用反馈机制的多生产线制造系统协同优化. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2112-2117,2127.

 

Cite |  KONG Weichang;QIAO Fei;WU Qidi. Feedback Collaborative Optimization for Multi-line Manufacturing Systems. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2112-2117,2127.

 

摘要  为研究具有可互替耦合设备的多生产制造系统的优化问题,给出了该类型制造系统的一般性描述,并基于经典的MiniFAB模型设计了该多生产线制造系统。为解决优化过程中训练数据不足的问题,提出了基于反馈机制的多生产线制造系统结构优化方法。为进一步提高优化方法的精度,将结构优化方法与启发式调度规则优化结合,提出了多生产线制造系统协同优化方法。案例验证了所提出方法的可行性和有效性。

 

 

 

 

拉锻式摩擦塞焊的热力耦合解析模型和试验验证   PDF (4455KB)

 

引用 |   陈永亮1; 杨子超1;林恒利1;崔雷2;宋建岭3;王东坡2 . 拉锻式摩擦塞焊的热力耦合解析模型和试验验证. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2118-2127.

 

Cite |  CHEN Yongliang1;YANG Zichao1;LIN Hengli1;CUI Lei2;SONG Jianling3;WANG Dongpo2. Analytical Model of Thermo-mechanics Coupling and Experimental Verification for Friction Pull Plug Welding. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2118-2127.

 

摘要  为快速得到拉锻式摩擦塞焊的焊接工艺参数,对焊接过程进行预测,建立了摩擦塞焊过程的扭矩、轴向力、功率和能量等指标的力学模型和热力耦合解析模型。模型的输入量为焊接塞棒的几何参数、材料属性、焊接转速和进给速度,输出量为焊接过程的扭矩、轴向力、功率和能量等。在自主设计的拉锻式摩擦塞焊设备上进行了焊接试验。通过将试验数据的输入和输出指标与理论模型值进行对比分析,验证了理论解析模型的可行性。

 

 

 

 

AA7075板材热处理的增塑机制及成形性能   PDF (13476KB)

 

引用 |   孙宇飞1;赵长财1;杨盛福2;杨卓云1. AA7075板材热处理的增塑机制及成形性能. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2128-2136.

 

Cite |  SUN Yufei1;ZHAO Changcai1;YANG Shengfu2;YANG Zhuoyun1. Plasticizing Mechanism and Formability of AA7075 Sheet Heat Treatment. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2128-2136.

 

摘要  结合生产工艺过程,研究了成形所需固溶处理、工序衔接所需自然时效、性能恢复所需人工时效对板材力学性能和成形性能的影响;通过金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析等手段,探索热处理对板材显微组织与宏观力学性能的影响。结果表明:AA7075板材经固溶(480 ℃,0.5 h)水淬且自然时效处理后,最大力总伸长率提高85%、屈服强度降低60%,后经人工时效(120 ℃,12 h)处理,板材可完全恢复力学性能;固溶后,板材成形极限大幅提高,回弹比率显著减小;后继时效处理对弯曲角变化影响微弱。

 

 

 

 

高强钢低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧仰焊成形   PDF (7502KB)

 

引用 |   刘黎明;陈亮;宋刚. 高强钢低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧仰焊成形. 中国机械工程, 2020, 31 (17): 2137-2141.

 

Cite |  LIU Liming;CHEN Liang;SONG Gang. Weld Formation of High Strength Steels by Low-power Pulsed Laser Induced Mental Active Gas Hybrid Welding in Overhead Positions. China Mechanical Engineering, 2020, 31 (17): 2137-2141.

 

摘要  针对5 mm厚E36高强钢板材,开展了低功率脉冲激光诱导熔化极活性气体保护电弧复合仰焊试验。研究结果表明:相比于熔化极活性气体保护电弧焊,激光诱导熔化极活性气体保护电弧复合焊接接头的焊接热输入可降低29%。复合焊接通过减小焊接熔池尺寸,可有效抑制内凹缺陷的产生,进而增大工艺参数区间。拉伸和弯曲试验表明,无内凹缺陷接头具有良好抗拉强度和弯曲载荷;有内凹缺陷接头抗拉强度与母材相当,但最大弯曲载荷显著降低。

 

 

 

 

 

 

 

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