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    2016年 第44卷 第3期    刊出日期:2016-03-25
    机械工程
    屈盛官 潘玉祥 李刚 李小强 杨超
    2016, 44(3):  1-7.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.001
    摘要 ( 311 )   PDF (910KB) ( 268 )  
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    采用加温辅助滚压(WAB)工艺对 Ti-6Al-4V 合金表面进行了改性处理. 通过扫描电子显微镜、BMT. 3D 表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和 VHX-600E 超景深三维显微镜对改性表面进行了表征. 然后在 SRV Ⅳ微动磨损试验机上考察了未处理样、常温滚压(BU)处理样以及 WAB 处理样在干摩擦状态下的摩擦磨损性能. 结果表明:WAB 处理可以显著降低 Ti-6Al-4V 合金的表面粗糙度,并在合金表面生成一层较厚的硬化层;与 BU处理样以及未处理样相比,WAB 处理样的摩擦系数和磨损量最小;未处理样的磨损形式为粘着磨损,同时伴随轻微的塑性变形,BU 处理样和 WAB 处理样的磨损形式为磨粒磨损,并伴随轻微疲劳剥落. 由此可知,WAB 工艺可以较大幅度地提高 Ti-6Al-4V 合金的抗微动磨损性能.
    蒋宏婉 何林 樊淋 赵先锋 占刚
    2016, 44(3):  8-15.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.002
    摘要 ( 307 )   PDF (622KB) ( 216 )  
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    破损是刀具失效的重要形式之一,传统的刀具破损分析主要是通过切削试验进行,不仅成本高且周期长. 文中基于 Peridynamic(PD)理论——近场动力学理论,重点研究硬质合金刀具车削 42CrMo 大直径石油管道过程中刀片主切刃的近域微观破损问题. 首先对该切削过程进行有限元仿真分析,从中提取刀具所受载荷;然后根据 PD 理论,在Visual Studio 环境下采用 C 语言编写近场动力学建模和分析程序,结合 Matlab 图像处理单元,实现了刀具主切刃近域材料微观破损过程的数值分析,包括裂纹萌生的起始位置、材料质点不同方向的位移趋势、裂纹的扩展趋势等. 结果表明,基于 PD 理论的硬质合金刀具微观破损数值分析方法能够揭示该刀具主切刃近域材料的微观破损机理和破损扩展过程,给定工况下的刀具微观破损主要由冲击载荷引起的与前刀面法向呈一定夹角的微裂纹所导致,并有向里层材料非连续扩展的趋势.
    王峰 赵建社 干为民 祁璐 田宗军
    2016, 44(3):  16-22.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.003
    摘要 ( 274 )   PDF (683KB) ( 251 )  
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    为了提高窄缝电解加工的稳定性和定域性,提出了阴极持续直线进给与振动的复合进给方法. 基于所研制的振动频率 0 ~50 Hz、振幅 0 ~2 mm、振动波形规律可调的振动装置,开展阴极复合进给的窄缝电解加工试验. 结果表明:相比于直线进给,阴极复合进给能够显著提高加工定域性,降低窄缝缝宽;增加振动频率和振幅均有助于降低杂散腐蚀,提高窄缝加工一致性;采用阴极复合进给方法可加工出缝宽为 0. 305 mm 的不同形状的窄缝结构.
    翟振坤 李迪
    2016, 44(3):  23-28.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.004
    摘要 ( 258 )   PDF (356KB) ( 322 )  
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    针对协同设计模式下数控实时任务参数的选择问题,提出一种基于多目标优化的任务参数选择方法. 该方法依据实时任务模型、性能目标以及系统约束建立数控任务参
    数选择问题的多目标优化模型. 对于优化模型的求解,提出一种具备协同进化算子与精英团队保留机制的扩展型非支配排序遗传算法,以实现在大规模决策空间下的快速搜索,使得数控系统整体性能目标最优. 最后,基于仿真实验分析总结了数控实时任务参数选择策略,通过对比传统任务参数选择方法证明了所提方法在实际应用中的优越性. !
    林腾蛟 王清 谢言 潘丽 吕和生
    2016, 44(3):  29-35.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.005
    摘要 ( 334 )   PDF (594KB) ( 348 )  
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    以船用湿式多片摩擦离合器油路为研究对象,利用动网格技术对离合器分片过程的流场进行动态仿真,得出摩擦片间隙处油层厚度的分布情况;基于流体动力润滑理论和牛顿内摩擦定律,建立含径向和周向油槽的湿式多片摩擦离合器带排扭矩数学模型,计算得出离合器带排扭矩解析解;建立摩擦离合器片间润滑油层参数化离散模型,采用有限元法计算得出离合器带排扭矩数值解,而后研究了油槽形式、主动轴转速和润滑油温度对离合器带排扭矩的影响规律. 结果表明,两种带排扭矩预测方法的计算结果吻合良好;油槽形式对带排扭矩的影响较大;离合器带排扭矩随主动轴转速的增大而增大,随润滑油温度的增大而减小.
    马文星 冀龙飞 许文 刘春宝
    2016, 44(3):  36-43.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.006
    摘要 ( 274 )   PDF (900KB) ( 237 )  
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    以某高性能普通三元件向心涡轮液力变矩器为参考样机,确定循环圆有效直径为 425mm,采用相似设计法得到同性能液力变矩器,并将其作为基准型,通过合理分割基
    准型泵轮叶片得到双泵轮液力变矩器的循环圆和叶片. 设计了滑差离合器结构,给出了滑差离合器及摩擦片的主要技术参数. 运用计算流体动力学(CFD)方法对所设计的双泵轮液力变矩器进行数值模拟,分别获得双泵轮状态、单泵轮状态及滑差状态 3 种状态下的能容特性和原始特性. 通过对比分析可知,所设计的双泵轮液力变矩器能够通过滑差控制实现能容的连续可控性,可应用于装载机发动机与变矩器的变能容匹配.
    张勤 范长湘
    2016, 44(3):  44-50.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.007
    摘要 ( 363 )   PDF (603KB) ( 495 )  
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    为了克服机器人在奇异点附近的运动障碍,提出基于任务分解和速度分配的机器人运动规划方法:将控制任务按照优先顺序分解成若干项子任务分别进行控制;根据电机的驱动能力和任务优先顺序确定各项子任务的速度分配,以便在机器人处于奇异姿态或在奇异姿态附近,其灵活性降低的情况下,机器人也能够协调运动,保证重要控制目标的实现,避免由于速度突变造成的机器人抖动、末端误差过大和控制系统不稳定现象. 最后以 PUMA 机器人为例,说明了控制系统的构成,并通过仿真证明了文中方法的可行性.
    汽车工程
    罗玉涛 刘秀田 梁伟强 阮旭松
    2016, 44(3):  51-59.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.008
    摘要 ( 269 )   PDF (594KB) ( 310 )  
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    分析了锂离子电池作为新能源汽车单一电源的局限性和超级电容作为辅助动力源的优势,设计了锂离子电池与超级电容的复合电源系统拓扑结构. 然后基于 NEDC(欧
    洲 3/4 排放标准试验工况)循环工况,结合锂离子电池和超级电容的性能参数对锂离子电池 - 超级电容复合电源进行参数匹配,利用超级电容器“削峰填谷”的作用来提高锂离子电池的性能和使用寿命. 其后,基于整车循环工况试验建立容量衰减模型. 最后,采用速度跟随式多目标优化的逻辑门限值控制策略,利用 Matlab/Simulink 进行仿真计算,验证了复合电源系统拓扑结构设计、容量衰减模型和控制策略的合理性. 仿真结果表明,该模型可以将电池的寿命提高 50%,使电池避免大电流的冲击,降低了整车使用成本.
    叶杰 黄向东 赵克刚 何小鹏 刘延伟
    2016, 44(3):  60-67.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.009
    摘要 ( 260 )   PDF (572KB) ( 175 )  
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    以单摩擦元件搭接控制动力换挡式自动变速器为例,分析了自动变速器正转矩降挡动力学过程,制定了摩擦元件与动力源转矩间的协调控制策略. 以滑摩功与惯性相结束了时刻点的冲击度构造目标泛函,基于极小值原理对动力源转矩受限条件下的降挡过程惯性相进行协调控制优化. 以动力源、摩擦元件转矩变化率为双控制变量,引入状态变量、控制变量的不等式约束条件,通过对该带约束条件波尔扎问题的数值求解确定惯性相最优状态变量轨迹曲线. 仿真与台架试验结果表明,该方法有效减小了变速器输出轴的转矩波动,提升了动力性,改善了换挡品质.
    熊会元 吴小丽 宗志坚 于丽敏
    2016, 44(3):  68-75.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.010
    摘要 ( 254 )   PDF (443KB) ( 246 )  
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    为有效提高电动汽车的综合性能,提出了一种基于质量功能展开和正交试验法的动力系统参数综合设计与优化方法. 首先,基于质量功能展开建立了满足顾客需求的车辆性能与技术特性的耦合模型,应用粗糙数和灰色关联法确定各技术特性的加权因子;然后,基于正交试验法,以车辆综合性能最优为目标构建了动力系统参数优化设计模型,应用灰色关联法获得车辆综合性能指标系数,进而确定最优解,并对各因素进行灵敏度分析;最后,基于 Matlab 平台建立了电动汽车动力系统参数的设计优化模型,并以某款电动汽车为实例进行了仿真优化. 仿真结果表明,优化后的车辆综合性能提升了 32. 3%,证明了文中方法的有效性.
    赵万忠 张寒 王春燕
    2016, 44(3):  76-80,88.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.011
    摘要 ( 295 )   PDF (394KB) ( 279 )  
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    由于部分汽车状态参数无法直接通过传感器获得,为了提高这些参数的估计精度以准确判断汽车行驶过程中的状态变化,增强控制系统的鲁棒性,文中提出了基于无迹卡尔曼滤波的汽车状态参数估计方法. 该方法在传统卡尔曼滤波算法的基础上,采用无迹卡尔曼滤波算法对汽车质心侧偏角、横摆角速度、路面附着系数等状态参数进行估计,并运用 Simulink 与 Carsim 进行联合仿真. 结果表明,无迹卡尔曼滤波算法响应快,估计精度较扩展卡尔曼滤波高,能满足车辆高级动力学控制系统的控制需要.
    万里翔 郑帮智 上官文斌 吴启红
    2016, 44(3):  81-88.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.012
    摘要 ( 300 )   PDF (619KB) ( 321 )  
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    建立了多楔带轮旋压仿真模型,通过系统能量法、旋轮受力及各阶段应变云图来验证仿真方法的正确性和有效性;通过分析各个工步的等效应变分布,探讨了材料在各个工步的成形规律和材料流动规律;针对某产品在生产实际中存在的缺陷,对其成形进行了仿真分析,并与实际的成形进行了对比分析. 结果表明,文中建立的多楔带轮旋压成形仿真方法可用于多楔带轮的成形分析.
    王宪彬 施树明
    2016, 44(3):  89-95.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.013
    摘要 ( 315 )   PDF (716KB) ( 190 )  
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    为分析驱动力矩对汽车系统动力学特征的影响,以魔术公式为基础建立了引入驱动力矩的五自由度(纵向速度、侧向速度、横摆角速度、前轮角速度和后轮角速度)汽车系统平面运动的非线性动力学模型;以后轮驱动系统为例,通过多初值点的相空间分析、单初值点的时域分析及相应轮胎力的分布特征分析,探讨了前轮转角为 0 时恒定驱动力矩对汽车动力学特征的影响;通过对恒定驱动力矩试验的进一步分析,计算了系统状态变量的分岔图. 结果表明:在零转角条件下,随着驱动力矩数值的增大,五自由度汽车动力学系统将发生分岔现象;驱动力矩对汽车的动力学特征存在明显的影响.
    交通与运输工程
    王强 苏成
    2016, 44(3):  96-102.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.014
    摘要 ( 280 )   PDF (452KB) ( 199 )  
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    利用一维随机更新计数场描述公路桥梁上行驶着的车辆,推导得到一般运行状态下车辆行驶间距服从指数分布的性质,并利用动态称重系统实测的大量自然行驶的车辆间距对其进行了验证,认为该性质可用于桥梁的交通量适应性评价. 将实测车辆以时间间隔 3s 为界划分为一般运行状态和密集运行状态,对比分析了其时间间隔和行驶间距的统计结果与我国规范修订时的调查统计结果的差异,认为以 3s 为界的时间间隔不能完全划分车辆的运行状态,应以车辆的行驶间距进行划分. 对比实测自然行驶车辆行驶间距的概率分布特征和一般运行状态下车辆行驶间距的理论概率分布特征发现:行驶间距小于44. 35m 时车辆处于密集运行状态,通过多项式回归得到其概率分布;行驶间距大于44. 35m时为一般运行状态,其概率分布为指数分布. 这些特征可用于建立公路桥梁多参数随机车辆荷载模型.
    杨延凯 马如进 陈艾荣
    2016, 44(3):  103-109,127.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.015
    摘要 ( 300 )   PDF (461KB) ( 299 )  
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    为了在桥梁设计和评估中充分考虑多灾害影响,基于一致风险原则,提出桥梁在考虑冲刷和地震联合灾害作用条件下的分析框架,开展了考虑地震灾害的合理冲刷深度研究. 首先对桥梁进行考虑冲刷的地震易损性分析,获得结构的易损性曲线和易损面;根据两种灾害的危险性模型,获得不同给定冲刷深度下失效概率与冲刷深度的关系及联合失效概率. 然后将联合失效概率所对应的冲刷深度作为两种灾害组合时的合理冲刷深度,进一步与设计冲刷深度比较,得到地震和冲刷多灾害下桥梁设计中所需要的冲刷荷载组合系数,并以一悬索桥为例说明分析过程. 文中方法有效考虑了桥梁整体风险和经济性,可为地震和冲刷联合灾害作用下不同类型和大小的桥梁的探索分析提供基础.
    赵建东 段晓红 宋守信
    2016, 44(3):  110-117.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.016
    摘要 ( 263 )   PDF (379KB) ( 239 )  
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    多事故多救援站点的应急车辆调度问题中,在处置当前事故时,若将空闲车辆再配置于救援站点,有利于对潜在事故的快速响应. 文中采用双层规划理论和非合作博弈理论建立应急车辆调度与再配置模型. 上层模型在事故需求和救援时间窗约束下,最小化当前事故响应时间;下层模型将各救援站点视为非合作博弈的局中人,综合考虑车辆再配置时间和救援站覆盖区域潜在风险,确定局中人的收益函数,将优化再配置策略转化为寻求非合作博弈的纳什均衡. 然后,提出一种层次混合蛙跳算法,其中上层算法用于求解约束单目标规划问题,下层算法用于求解非合作博弈模型. 求解事故算例证明了应急车辆调度与再配置模型的合理性和层次混合蛙跳算法的有效性.
    郗艳红 毛军 柳润东 杨国伟
    2016, 44(3):  118-127.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.017
    摘要 ( 333 )   PDF (612KB) ( 226 )  
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    采用移动网格原理对列车明线交会的空气动力学特性进行了数值模拟. 修正了Steinheur 经验公式,并给出了等速交会的列车表面压力波波幅的新计算公式. 研究表明:交会列车低速时对应的压力波幅值小于高速时的幅值;波幅与交会速度、交会侧间距和监测点的高度有关,并近似与列车运行速度的平方成正比;交会侧间距越小,波幅越大;在其他条件不变的情况下,交会侧间距比高度对压力波幅的影响大.
    生物工程
    吴建华 邝晓敏 刘文平 方颖
    2016, 44(3):  128-135.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.018
    摘要 ( 253 )   PDF (597KB) ( 247 )  
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    炎症反应阶段,P-选择素糖蛋白配体 1(PSGL-1)与埃兹蛋白/根蛋白/膜突蛋白(ERM)的结合在招募脾酪氨酸激酶(Syk)并促进白细胞激活中发挥了重要作用. 文中通过晶体结构分析发现,位于 ERM 蛋白非传统的免疫受体酪氨酸活化基序(ITAM-like)上的两个磷酸化位点(Y191 和 Y205)周围存在较大的空间位阻,这将阻碍其被 Src 家族激酶酪氨酸磷酸化继而招募 Syk 的过程. 文中用拉伸分子动力学模拟的方法模拟力学环境下 PSGL-1 与根蛋白 FERM 结构域的相互作用,构象分析和残基溶剂可及表面积的变化都表明,经由 PSGL-1 传导的力学信号可以介导根蛋白 ITAM-like 序列上磷酸化位点 Y205的暴露. 文中结果揭示了一条经由 PSGL-1 胞内域激活 Syk 的力学信号通路,并且在原子层面上对 PSGL-1/ERM/Syk 之间的相互作用给予了阐释.
    韩颖 赵寿经 杨瑜 孙尧 王乐
    2016, 44(3):  136-141.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.019
    摘要 ( 249 )   PDF (385KB) ( 180 )  
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    脂肪酸氧化酶(LOX)催化不饱和脂肪酸过氧化反应,导致玉米(Zea mays L. )种子储藏品质的下降. 为抑制玉米陈化关键酶基因 Zmlox-2 的表达,依据 RNA 干扰原理,针对玉米 Zmlox-2 基因进行克隆,采用重组 PCR 及酶切连接技术成功构建了 Zmlox-2 基因的 RNA 干扰植物表达载体,并将重组载体 pRI101-on-Zmlox-2-RNAi 通过热激转化法转化到根癌农杆菌中. 实验结果表明 Zmlox-2 基因的 RNA 干扰表达载体构建正确,这为下一步诱导遗传转化、探索陈化酶基因的干扰表达效果奠定了理论和实验基础.
    浦跃武 许小马 王斯尧 吴捷捷 魏成
    2016, 44(3):  142-148.  doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2016.03.020
    摘要 ( 219 )   PDF (503KB) ( 183 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用自主设计的一套新型生物膜反应器处理传统村落生活污水,采用人工投加 活性污泥的挂膜方法对反应器进行挂膜启动,研究了 COD 负荷、C/N 比以及回流比对反 应器运行效果的影响. 实验结果显示:投加活性污泥的挂膜方式能够在较短的时期内挂膜 成功,且挂膜过程中生物膜外观以及微生物相变化都较为明显;挂膜成功后,COD 和 NH+4 -N 的去除率达到 85%以上; 在运行过程中,该生物膜反应器的运行效率受 COD 负 荷、C/N 比和回流比的影响较大,在 COD 负荷为 0. 25 kg/(m2 ·d)、C/N 比为 10. 2、回流 比为 9. 17 时,反应器的 COD 和 NH+4 -N 去除率最高,分别达到 91. 46%和 88. 65%.
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