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期刊信息/Journal information
工程设计学报
浙江大学 中国机械工程学会
工程设计学报

浙江大学 中国机械工程学会

冯培恩

双月刊

1006-754X

zdgcsj@zju.edu.cn

0571-88272805

310007

杭州市天目山路148号

工程设计学报/Journal Journal of Engineering DesignCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是由浙江大学、中国机械工程学会主办，浙江大学出版社出版的学术性国际合作科技期刊。多年来一直得到国家自然科学基金委员会、德国机器制造协会（VDMA）的资助。学报被美国《剑桥科学文摘(工程技术）》（CSA（T)）、波兰《哥白尼索引》（IC) 、中国科技期刊精品数据库、中国学术期刊（光盘版）、《中国学术期刊文摘》、《中国机械工程文摘》、《工程机械文摘》等十几家数据库收录，入选《中文核心期刊要目总览》2008年版（即第五版）核心期刊、中国科学引文数据库2009--2010年来源期刊、中国科技核心期刊（中国科技论文统计源期刊）。荣获第一届、第二届、第三届中国高校特色科技期刊奖，2007--2008年浙江省优秀科技期刊一等奖。主要读者对象为各种技术产品制造业（以机电产品行业为主）的设计、开发和研究人员。
正式出版
收录年代

    滨海蓝碳增汇:技术、装备前沿与展望

    张怡仪范东阳左章琦冯毅雄...
    547-556页
    查看更多>>摘要：红树林、盐沼、海草床和海藻场等滨海蓝碳生态系统是缓解全球气候变化的重要天然碳汇.在人为和自然压力的多重胁迫下,滨海蓝碳生态系统面临大规模退化,因此修复和提升滨海蓝碳生态系统的碳汇功能是目前亟待解决的问题.根据滨海蓝碳生态系统的类别,综述了目前滨海蓝碳生态系统增汇的主要技术与装备,并从增汇效益、经济效益和生态效益等方面分析了滨海蓝碳生态系统增汇综合效益.未来研究应围绕滨海蓝碳生态系统分布和碳汇的观测体系优化、物种优选培育和种植方法的改良、新兴蓝碳生态系统碳封存技术对生态环境的影响等方面开展,进一步巩固和提升滨海蓝碳生态系统增汇,助力实现"碳达峰"和"碳中和"的目标.

    滨海生态系统蓝碳增汇技术与装备生态环境生态效益

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    基于剩余寿命的柱塞泵可再制造性评估

    许顺海周小磊龚国芳洪昊岑...
    557-564页
    查看更多>>摘要：为了实现对柱塞泵可再制造性的定量评估,首先以柱塞泵为研究对象,进行其疲劳寿命研究.建立了柱塞泵刚-柔-液联合仿真模型,研究了在柱塞泵运行过程中转速、负载压力对柱塞最大应力和疲劳寿命的影响规律.结果显示:随着转速提高,柱塞所受到的最大应力呈指数递增,柱塞的疲劳寿命则呈指数递减;随着负载压力的增大,柱塞所受到的最大应力呈线性增大,柱塞的疲劳寿命则呈对数递减.在柱塞泵疲劳寿命分析的基础上,建立了以剩余寿命和零部件可加工性为指标的技术评估体系,并综合考虑了经济和环境指标,提出了柱塞泵可再制造性量化评估模型和方法,并进行了工程应用分析,验证了所提出方法的合理性和可行性.

    柱塞泵仿真分析疲劳寿命可再制造性定量评估

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    融合短时傅里叶变换和卷积神经网络的托辊故障诊断方法

    谢苗孟庆爽李博卢进南...
    565-574页
    查看更多>>摘要：托辊故障已成为带式输送机运行中的常见问题.若不能及时诊断托辊故障,则将严重制约带式输送机的安全运行.为了解决上述问题,基于某矿带式输送机中间段托辊的实际运行工况,提出了一种融合短时傅里叶变换(short-time Fourier transform,STFT)和卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的托辊故障诊断方法.首先,以分布式光纤为基础,对托辊在正常、轴承损坏及筒皮断裂工况下运行时的振动信号进行采集并作STFT处理,得到对应的时频图样本集,并将其分为训练集和测试集.然后,将训练集输入CNN模型以进行诊断模型训练,在训练过程中不断更新不同工况下托辊的运行状态特征.最后,将训练好的CNN模型应用于测试集,并输出托辊运行状态的识别结果.结果表明,所构建的CNN模型的识别准确率高达99.6%.基于所提出的故障诊断方法,在某矿上开展现场实验,以进一步验证CNN模型的识别准确率.实验结果表明,CNN模型对带式输送机中间段托辊的运行状态有较高的识别准确率,可达96.5%,与测试集上的识别准确率仅相差3.1个百分点,说明所提出的故障诊断方法具有一定的可靠性.后续可通过不断增加不同工况下托辊的运行数据来提高该故障诊断方法的鲁棒性,这可为煤矿企业有效诊断托辊故障提供有力的理论基础.

    托辊故障诊断分布式光纤短时傅里叶变换卷积神经网络

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    基于螺旋接触线的五轴侧铣刀具定位方法

    李忠朋张立强刘钢
    575-584页
    查看更多>>摘要：针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法.首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣.其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢量的数学模型,同时分析刀具-工件接触线的性质及参数表达式.再次,考虑实际加工中的非线性加工误差,通过运动学变换对全局刀位进行路径插补优化.最后,基于改进两点偏置法、最小二乘法及所提出的方法进行仿真分析并对比3种方法所产生的误差,同时基于后2种方法进行实验验证.仿真和实验结果表明,所提出的方法能够有效减小侧铣加工中的原理误差,可为非可展直纹面的五轴侧铣加工提供一定的参考依据.

    五轴侧铣非可展直纹面螺旋接触线路径优化原理误差

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    基于概率-区间混合模型的六足机器人运动稳定性优化设计方法

    刘鑫李飞虎
    585-591页
    查看更多>>摘要：针对中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)模型的不确定性参数对六足机器人运动稳定性的影响,提出了一种基于概率-区间混合模型的六足机器人运动稳定性优化设计方法.首先,建立了六足机器人数值模型,并基于Matsuoka和 Kimura模型建立了六足机器人CPG模型;其次,通过概率-区间混合模型来描述CPG模型的不确定性变量,并建立了六足机器人运动稳定性优化数学模型;再次,采用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法对六足机器人运动稳定性优化设计问题进行解耦,将三层嵌套优化设计问题转化为单层优化设计问题,实现对优化问题的高效求解;最后,基于径向基函数建立六足机器人运动稳定性优化近似模型,并利用遗传算法求解最优设计解.结果表明,采用所提出的方法能够高效求解CPG模型的最优参数,提高了六足机器人的运动稳定性.因此,该方法在机器人运动控制领域具有较高的应用价值.

    六足机器人运动稳定性概率模型区间模型解耦策略

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    爬壁机器人磁吸附模块设计分析与结构参数优化

    杨培张明路孙凌宇
    592-602页
    查看更多>>摘要：作为磁吸附式爬壁机器人的关键部件,磁吸附模块的结构通常会影响机器人的整体质量及吸附稳定性.针对磁吸附模块磁路耦合关系复杂、优化设计困难等问题,结合虚拟仿真技术、代理模型和蜣螂优化算法提出了一种磁吸附模块结构优化方法,以提高其磁力计算和优化设计过程的效率.首先,介绍了爬壁机器人的结构设计方案,并通过对现有的Halbach阵列磁路模式进行仿真分析,确定了三磁路模式具有相对较高的吸附效率;同时,基于初设参数对磁吸附模块磁力仿真模型进行了实验验证,为后续代理模型的建立奠定了基础.然后,建立了以机器人吸附稳定性和结构参数为约束、以磁吸附模块轻量化为目标的优化模型.采用最优拉丁超立方设计、ANSYS参数化建模以及代理模型技术建立了磁吸附模块磁力与结构参数之间的四阶响应面模型,并对其可信度进行了验证.利用蜣螂优化算法对磁吸附模块的结构参数优化模型进行了求解.结果表明,所建立的代理模型的预测误差很小,能够较好地表征磁吸附模块磁力与结构参数之间的关系;优化后磁吸附模块的质量减小了12.7%.最后,通过机器人负载实验验证了优化过程的正确性.研究结果可为其他磁吸附式机器人的磁力分析与结构优化提供参考.

    爬壁机器人磁吸附模块代理模型参数优化磁路仿真分析

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    更换托辊机器人履带式底盘的仿真与优化

    田立勇敖华于宁唐瑞...
    603-613页
    查看更多>>摘要：为满足更换托辊机器人在煤矿井下复杂路面上以及狭窄长运距巷道内作业的需求,设计了带有姿态调整机构的履带式底盘,并结合煤矿井下的地形特征对底盘进行力学性能分析和关键部件优化.首先,利用多体动力学仿真软件RecurDyn建立履带行走机构的动力学模型,对6种经典工况进行仿真分析,通过对比履带张紧力和行驶转矩的仿真值与理论值来验证履带行走机构结构设计的合理性.然后,在ANSYS Workbench软件中对姿态调整机构进行静力学分析,并对其关键部件进行拓扑优化,以提高材料利用率并实现减重.最后,通过开展机器人行驶试验来测试履带式底盘的稳定性.结果表明,优化后姿态调整机构横移平台的最大应力降低了13.71 MPa,质量减小了36.92%;机器人在不同路况下均能稳定行驶且其姿态调整机构可正常工作.研究结果可为复杂工况下履带式煤矿机电设备的行驶性能优化提供参考.

    履带式底盘多体动力学仿真拓扑优化履带张紧力行驶转矩

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    快速爬行软体管道机器人的设计与性能分析

    刘磊温涛韩伟涛胡轩铭...
    614-622页
    查看更多>>摘要：采用锚定-伸缩运动机制的软体管道机器人多以硅胶、水凝胶等柔性材料为主体,可通过柔性材料的变形来实现在管道内的锚定和伸缩,具有良好的柔顺性.但由于柔性材料具有黏弹性和滞后性,软体管道机器人通常表现出较小的作用力和较慢的响应速度,难以快速储存和释放大量机械能,爬行速度缓慢.为解决这一问题,设计了一种可实现快速爬行的软体管道机器人.该机器人由锚定模块和伸缩模块组成,锚定模块利用柔性带的屈曲变形来实现在管道内的锚定,伸缩模块采用以塔簧为主体的软连续体结构来实现伸展与收缩.通过实验测得,该机器人在管道内的最大爬行速度为102 mm/s,最大锚定力为76.4 N,其能够在内径为90～120 mm的管道内实现稳定爬行,且对不同形状的非结构化管道环境具有良好的适应性.结果表明,所设计的机器人不仅能够在水平和竖直管道内实现双向爬行,还能够快速通过S形管道,这可为非结构化管道内软体机器人的设计与研究提供新思路.

    软体管道机器人锚定模块伸缩模块软连续体结构适应性

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    全通道内置阀式磁流变阻尼器的设计及性能分析

    方冰胡国良梅鑫喻理梵...
    623-633页
    查看更多>>摘要：针对磁流变假肢中磁流变阻尼器体积大、输出阻尼力较小的问题,设计了一种全通道内置阀式磁流变阻尼器.首先,通过布置导磁楔形环和隔磁环,引导磁力线穿过全部液流通道,并进行了阻尼器磁路分析和输出阻尼力数学模型的推导;其次,利用ANSYS软件进行了阻尼器电磁场仿真;再次,采用多目标遗传算法优化阻尼器的结构参数,并仿真对比了优化前后阻尼器的平均磁感应强度和输出阻尼力;最后,加工了结构参数优化前后的阻尼器样机,并对其进行了动力学性能测试与分析.结果表明:优化后阻尼器活塞头的体积减小了24.4%,最大输出阻尼力提高了24 N;当电流为2 A时,优化前最大输出阻尼力仿真值为295.38 N,测试值为309.76 N,误差为4.6%;优化后最大输出阻尼力仿真值为307.77 N,测试值为333.76 N,误差为7.6%.所设计的全通道内置阀式磁流变阻尼器体积较小,输出阻尼力较大,液流通道的空间利用率较高.研究结果可为磁流变假肢中磁流变阻尼器的设计提供参考.

    磁流变阻尼器全通道内置阀式多目标优化

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    缝隙节流液体静压轴承油膜刚度系数的研究

    田助新齐思田程春彦鹿怀庆...
    634-640页
    查看更多>>摘要：油膜刚度系数是液体静压轴承的关键性能参数之一.针对缝隙节流液体静压轴承,推导了其油膜承载力的解析表达式,并在此基础上进一步推导了油膜刚度系数的解析表达式.相比于传统经验公式,采用该表达式的计算结果与实验结果更吻合.通过分析应用案例可知:油膜承载力与节流参数、主轴离心率均呈正相关关系;油膜正向刚度系数随着离心率的增大而减小,油膜交叉刚度系数随着离心率的增大而增大,并且正向刚度系数明显大于交叉刚度系数.利用该轴承油膜刚度系数的表达式,可以通过测量轴承运行过程中的轴心位置,实时得到轴承油膜刚度系数,从而对缝隙节流液体静压轴承的运行进行有效监控.

    液体静压轴承缝隙节流油膜刚度系数油膜承载力轴心位置

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