第二屆“上銀優(yōu)秀機械博士論文獎”獲獎名單

獎項 作者 論文名 指導教師 推薦學校金 凌四營 超精密磨齒中的機床精化及磨齒工藝研究 王立鼎 大連理工大學銀 朱 棟 整體葉盤型面電解加工裝備的研制及關鍵技術研究 朱 荻 南京航空航天大學銀 謝宏麟 準共光程干涉術之新式大尺度定位平臺之研究 陳志臣李朱育臺灣中央大學銅 紀仁杰 絕緣及弱導電工程陶瓷電火花銑磨復合加工技術及機理研究 劉永紅 中國石油大學銅 劉英想 縱彎模態(tài)超聲電動機理論與實驗研究 陳維山 哈爾濱工業(yè)大學銅 陳光勝 誤差綜合補償技術及其在大型數(shù)控磨齒機應用 梅雪松 西安交通大學銅 袁 靜 機械故障診斷的內(nèi)積變換原理與多小波特征提取方法研究 何正嘉訾艷陽西安交通大學優(yōu)秀 魯金忠 激光沖擊強化鋁合金力學性能及微觀塑性變形機理研究 張永康 江蘇大學優(yōu)秀 朱祥龍 300 mm 硅片超精密磨床設計與開發(fā) 康仁科 大連理工大學優(yōu)秀 林怡君 全新式精密圖案涂布技術之開發(fā)與研究－「太極涂布法」王安邦 臺灣大學優(yōu)秀 李 寧 超小間隙下磁頭－磁盤界面穩(wěn)定性的實驗與理論研究 孟永鋼 清華大學優(yōu)秀 李國銘 微分進化算法于工程優(yōu)化之應用周至宏劉東官蔡進聰高雄第一科技大學優(yōu)秀 李進軍 基于多模式單演特征檢測與匹配的三維視覺測量技術研究 趙 宏 西安交通大學優(yōu)秀 林家鴻 麥克風陣列:噪音源識別及聲場可視化 白明憲鄭泗東臺灣交通大學優(yōu)秀 蒲華燕 超精密隔振系統(tǒng)建模與控制 陳學東羅 欣華中科技大學佳作 劉鵬濤 氫對TC4鈦合金焊接接頭組織與性能影響的研究 任瑞銘 大連交通大學佳作 高 珊 5A06鋁合金MIG 焊接接頭深冷強化機理研究 吳志生 太原科技大學佳作 張 瑩 葉片類零件自適應數(shù)控加工關鍵技術研究 張定華 西北工業(yè)大學佳作 郭 壘 MCH63加工中心結構件及結合部的建模和分析方法研究 汪勁松葉佩青清華大學佳作 張俊杰 基于分子動力學的晶體銅納米機械加工表層形成機理研究 孫 濤閆永達哈爾濱工業(yè)大學佳作 馬玉婷 壓電管式復合驅動器及其應用研究 馮志華 中國科學技術大學佳作 舒 亮 基于各向異性的Galfenol 復合懸臂梁非線性建模方法及控制研究 陳定方 武漢理工大學佳作 崇學文 碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具研究 黃傳真 山東大學佳作 趙宏哲 基于約束特性的柔性精密運動模塊參數(shù)化設計 畢樹生 北京航空航天大學佳作 朱順鵬 高溫復雜結構的混合概率故障物理建模與疲勞壽命預測 黃洪鐘 電子科技大學佳作 宋朝省 小傾角船用齒輪箱交錯軸傳動特性研究 朱才朝 重慶大學佳作 文 力 仿生機器魚推進機理實驗與控制研究 王田苗 北京航空航天大學佳作 江浩寧 加工系統(tǒng)誤差分析及其在加工策略上之應用 王俊志 臺灣成功大學佳作 尹 玲 機床熱誤差魯棒補償技術研究 陳吉紅李 斌華中科技大學佳作 樊文剛 復雜曲面寬行數(shù)控加工理論及其應用研究 李建勇 北京交通大學

第2屆上銀優(yōu)秀機械博士論文獎——金獎

超精密磨齒中的機床精化及磨齒工藝研究

作者:凌四營;畢業(yè)院校:大連理工大學;指導教師:王立鼎

概要:

基準級標準齒輪是齒輪量值傳遞的實體基準，它的制造精度標志著一個國家超精密齒輪的技術實力，也是一個國家超精密制造技術水平的重要標志之一。國外超精密齒輪的工業(yè)小批量生產(chǎn)水平可到2級(ISO 1328－1:1995，下同)精度，而國產(chǎn)磨齒機的最高磨齒精度及商品標準齒輪的最高制造精度僅為3級，國內(nèi)外齒輪工業(yè)整體制造精度相差1～2級。本文針對基準級標準齒輪制造所涉及的加工原理、創(chuàng)新機構及超精密磨齒工藝展開研究工作。

依據(jù)對漸開線齒輪最佳成型原理的研究，并考慮機床關鍵元部件易精化及結構剛度高的特點，選擇了Y7125型大平面砂輪磨齒機為工具機。針對機床砂輪系統(tǒng)，研究了砂輪軸熱伸長規(guī)律、砂輪工作面錐形誤差對磨齒的影響、砂輪外緣寬度的優(yōu)化、平面砂輪的磨齒特點與磨損規(guī)律及砂輪修整器的精化;針對機床的展成系統(tǒng)，分析了其中的精密組件——漸開線凸輪綜合偏心對被磨齒輪齒廓偏差的影響，并在自行設計的漸開線樣板磨削裝置與測量裝置上對其進行了精化磨削與測試實驗，精化后的漸開線凸輪面形誤差小于1 μm，滿足1級齒廓精度基準標準齒輪的加工要求;提出了兩種提高機床分度系統(tǒng)精度的改進措施:可調(diào)式分度盤的“正弦消減法”及端齒自動分度系統(tǒng)的創(chuàng)新設計;為減少端齒盤組合分度精度的損失，本文將全組合測量法應用于端齒盤基準面的測量中，測量并修復了端齒盤的軸向安裝基準。

文中還對機床的動態(tài)精度進行了初步探討，證實了大平面砂輪的變速磨齒過程有利于磨削顫振的抑制，并對機床的關鍵部位進行了振動測試實驗，采取相應的措施減小了機床振動對磨齒的影響。此外，本文對超精密齒輪磨齒工藝進行了研究。根據(jù)多年積累的工藝經(jīng)驗和新的技術要求，總結出若干有效的超精密磨齒工藝原理與方法。

通過本文的理論研究與科學的磨齒實驗，完成了超精密齒輪的加工原理、機床精化及磨齒工藝的研究，研制出齒輪國際標準中M2和M4的1級精度基準級標準齒輪以及超過現(xiàn)行最高標準的超精密插齒刀和剃齒刀。這些自主創(chuàng)新技術的研究將對我國齒輪制造技術與水平的全面提升具有指導作用。

第2屆上銀優(yōu)秀機械博士論文獎——銀獎

整體葉盤型面電解加工裝備的研制及關鍵技術研究

作者:朱棟;畢業(yè)學校:南京航空航天大學;指導教師:朱荻

概要:

整體葉盤是航空發(fā)動機的核心部件，其質(zhì)量好壞直接影響發(fā)動機的性能。由于整體葉盤結構復雜、材料難加工、技術要求高，其制造已成為新型航空發(fā)動機研制的瓶頸之一。論文針對整體葉盤型面電解加工技術展開研究，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。論文主要研究工作和取得的創(chuàng)新性成果如下:

(1)提出了新型W型電解液流動方式。開展了整體葉盤型面電解加工中的流場特性分析研究，提出了新型W型電解液流動方式，并研制出相應的工裝夾具，通過流體有限元仿真分析和試驗研究得到，W型電解液流動方式能有效克服傳統(tǒng)側流式中被動分流、電解液隨機分配、加工區(qū)流量不均等不足，提高加工過程的穩(wěn)定性。

(2)設計了復雜曲面薄片電極。在葉盤型面電解加工過程中，薄片電極由于受到電解液壓力而發(fā)生變形，影響加工精度和加工穩(wěn)定性，論文采用有限元方法分析薄片陰極變形情況，優(yōu)化陰極結構，提高陰極強度和剛性，減小陰極變形。針對具體的葉盤模型，研制了薄片工具陰極，并開展了工藝試驗，結果表明，結構優(yōu)化后的陰極變形明顯減小，加工試件精度提高。

(3)提出了薄片陰極空間軌跡控制算法。針對陰極進入狹窄葉柵通道困難問題，提出了薄片陰極空間運動軌跡算法，動態(tài)分析陰極進入葉柵通道的空間軌跡，使結構優(yōu)化后的陰極能夠無干涉地進入通道。在此基礎上，研制了七軸分組四聯(lián)動葉盤型面電解加工試驗平臺及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了薄片陰極和葉盤工件的協(xié)同控制。

(4)針對航空發(fā)動機整體葉盤，開展了型面電解加工試驗和應用研究，優(yōu)化了工藝參數(shù)，并成功研制出鎳基高溫合金整體葉盤試驗樣件。

論文實現(xiàn)了整體葉盤型面的電解加工，論文的研究成果對實現(xiàn)新型航空發(fā)動機葉盤的制造具有重要的理論意義和實用價值，以論文工作為主要內(nèi)容之一的研究成果于2011年獲得國家技術發(fā)明二等獎。

準共光程干涉術之新式大尺度定位平臺之研究

作者:謝宏麟;畢業(yè)學校:臺灣中央大學;指導教師:陳志臣、李朱育、Gilles Lerondel

概要:

有鑒于發(fā)展大行程位移裝置的重要性，本研究提出一套可有效排除環(huán)境擾動誤差的新型干涉儀式定位平臺，用以進行二維度大行程精密定位。該系統(tǒng)包含一“準共光程量測系統(tǒng)”及一“雙層復合式驅動平臺”。

大行程位移量測技術一般都采用光學干涉儀。但光學干涉儀多屬于不共光程的設計架構，易受環(huán)境擾動影響系統(tǒng)準確度及穩(wěn)定度。本研究開發(fā)一“準共光程量測系統(tǒng)”，其結合了外差及光柵剪切干涉術之優(yōu)點，且其系統(tǒng)架構簡單，由一個外差光源、二維度的全像光柵、特制的半波片及鎖相放大器等組件所組成。是世上第一個采“準共光程”設計架構開發(fā)的干涉儀，可在不改變光學架構下即能提供一及二維度位移與直線(度)量測信息。由于參考光與量測光所形成的外差剪切干涉路徑幾乎是一致，故可消除相同的干擾訊號。相較于其他商用量測儀器(電容式位移計、應變規(guī)、光學尺、光學干涉儀)，本系統(tǒng)除了具備高分辨率(1.2 nm)、重現(xiàn)度(1 nm)、大行程(50 mm)之外，亦具備高穩(wěn)定性(＜50 nm/h)。

本研究亦開發(fā)了一雙“雙層復合式驅動平臺”，并針對其平板彈簧式壓電微致動平臺進行優(yōu)化設計，提出了最適合此定位平臺的結構參數(shù)，進而有效降低非預期之彈性變形對微位移平臺所造成的影響，使定位平臺具備精準的二維度(XY)大行程位移(50 mm)能力。

此創(chuàng)新的干涉儀式定位平臺，可藉由準共光程外差式光柵干涉儀提供實時位移量測信息，進而驅動位移平臺進行二維度大行程精密定位。此外，本準共光程干涉儀具備二維度量測能力，可在不改變光學架構下即提供一及二維度位移誤差及直線(度)的量測信息。又因系統(tǒng)具備高穩(wěn)定性，可于一般場合使用，故可將其應用于工具機的幾何誤差量測上。將此定位平臺結合雷射光干涉微影技術后，即可快速且穩(wěn)定地制作出大面積的微納米結構。此外，此平臺亦可配合回授控制進行實時誤差補償，可有效提升精密機械產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品制作水平及精度。

第2屆上銀優(yōu)秀機械博士論文獎——銅獎

絕緣及弱導電工程陶瓷電火花銑磨復合加工技術及機理研究

作者:紀仁杰;畢業(yè)學校:中國石油大學(華東);指導教師:劉永紅

概要:

工程陶瓷以其優(yōu)異的性能被日益廣泛的應用于現(xiàn)代工業(yè)、國防等領域，但由于其硬度高、脆性大、斷裂韌性低，對其加工十分困難。電火花加工技術在導電工程陶瓷的加工中獲得了較好的應用，但不適用于絕緣及弱導電工程陶瓷的加工，相關加工技術的研究與開發(fā)是當今電加工領域的一個熱點。本文在絕緣及弱導電工程陶瓷電火花加工技術與應用基礎理論方面開展了系統(tǒng)深入的研究工作，取得了較好的創(chuàng)新成果，主要表現(xiàn)為:

(1)提出了一種絕緣工程陶瓷高瞬時能量密度放電加工新方法。建立了絕緣工程陶瓷高瞬時能量密度單脈沖放電加工的溫度場模型，得到了峰值電壓、電容容量等工藝參數(shù)對單脈沖放電加工工藝效果的影響規(guī)律關系，揭示了其材料蝕除的機理。

(2)研究開發(fā)出一種具有自主知識產(chǎn)權的絕緣工程陶瓷電火花銑削與機械磨削復合加工技術。該加工技術利用工具電極與沿工件表面伺服送進的輔助電極間放電時產(chǎn)生的瞬時高溫、高壓作用蝕除絕緣工程陶瓷，由高速旋轉的磨塊磨削工件表面的放電變質(zhì)層，具有加工效率高、表面質(zhì)量好、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。研究得到了該加工技術的電參數(shù)、工作液和機械磨削參數(shù)等對加工工藝效果的影響規(guī)律關系。

(3)研制出一種具有自主知識產(chǎn)權的綠色高效的電火花銑削加工水基工作液，得到了各組成成分對其性能和電火花銑削工藝效果的影響規(guī)律關系，優(yōu)選出了其各組成成分的最佳配比。

(4)研究開發(fā)出一種具有自主知識產(chǎn)權的端面電火花銑削與機械磨削復合加工技術及其專用復合工具。該加工技術具有加工效率高、表面加工質(zhì)量好、加工成本低等優(yōu)點。尋找得到了該加工技術的工藝參數(shù)對加工工藝效果的影響規(guī)律關系，建立了材料去除率、工具電極損耗率、加工表面粗糙度等工藝性能指標與工藝參數(shù)間的數(shù)學模型，揭示了其材料去除的機理。

論文相關內(nèi)容以導師第一、本人第二獲授權國家發(fā)明專利7項，以第一作者或導師第一、本人第二已發(fā)表和錄用學術論文30篇，其中SCI、EI論文26篇，SCI已收錄19篇，獲省部級獎2項。

縱彎模態(tài)超聲電動機理論與實驗研究

作者:劉英想;畢業(yè)學校:哈爾濱工業(yè)大學;指導教師:陳維山

概要:

本文將利用圓筒徑向彎振、圓環(huán)軸向彎振、壓電金屬復合梁縱振和彎振的超聲電動機作為一類新型電動機進行研究，基于模態(tài)組合方案研究成果，提出了多種具有實用價值的電動機新構型，研制了多種新型電動機，系統(tǒng)地建立起了一套適用于縱彎模態(tài)超聲電動機設計與分析的理論方法，探索出了一套適用于夾心式超聲電動機加工與裝配的工藝方法。概括而言，本文取得了如下主要創(chuàng)造性成果:

(1)提出了4種采用壓電金屬復合梁縱振或彎振激勵圓筒徑向彎振的模態(tài)組合方案，揭示了對應的致動原理;揭示了壓電金屬復合梁縱振復合、縱彎復合、彎振復合3種組合方案的致動原理，建立了縱振復合和彎振復合方案中驅動區(qū)域質(zhì)點運動軌跡方程。

(2)提出并研制了3種新型夾心換能器式圓筒型行波超聲電動機，建立了適用于換能器縱振/彎振與圓筒徑向彎振模態(tài)間匹配的設計方法;提出了該類電動機中所存在的振動耦合以及波形畸變問題。其中，縱彎復合換能器式圓筒型行波電動機最大轉速281 r/min，最大輸出力矩1.2 N·m。

(3)提出并研制了3種新型縱振復合模態(tài)壓電金屬復合梁式超聲電動機，揭示了電動機的致動原理。提出了該類電動機中存在的振動耦合與能量閑置問題，并通過封閉構型的設計思想避免了振動能量的閑置，實現(xiàn)了多點致動輸出。其中，T型單足直線電動機最高速度1 160 mm/s，矩型四足直線電動機最大推力60 N。

(4)提出并研制了3種新型彎振復合模態(tài)壓電金屬復合梁式超聲電動機，采用正交彎振組合的設計思想實現(xiàn)了直線/旋轉致動。其中，彎振復合雙足直線電動機最高速度1 527 mm/s，最大推力50 N;彎振復合四足旋轉型電動機最大力矩14 N·m。

相關研究成果撰寫專著一部、發(fā)表學術論文35篇(SCI收錄14篇，EI收錄33篇)、獲黑龍江省技術發(fā)明二等獎一項、博士論文被評為第十四屆哈工大優(yōu)秀博士論文、取得授權發(fā)明專利25項。所研制的彎振復合模態(tài)雙足電動機已在中科院上海技物所成功應用。

誤差綜合補償技術及其在大型數(shù)控磨齒機應用研究

作者:陳光勝;畢業(yè)學校:西安交通大學;指導教師:梅雪松

概要:

隨著船舶、機車、風電核電、軍工等行業(yè)對大型、精密齒輪的需求快速增長，國內(nèi)制造業(yè)對高速、精密、大型數(shù)控磨齒機提出了迫切的市場需求。然而，國產(chǎn)數(shù)控磨齒機性能指標較國外先進產(chǎn)品有較大的差距。在國家科技重大專項和國家高技術計劃重點項目(863計劃)基金的支持下，對提高多軸數(shù)控機床精度的關鍵理論和技術包括:誤差建模理論、誤差檢測方法、伺服系統(tǒng)摩擦理論、伺服系統(tǒng)辨識理論以及誤差補償方法展開研究。通過研究成果的成功應用，顯著提高國產(chǎn)大型數(shù)控磨齒機的性能。研究內(nèi)容及結論如下:

(1)根據(jù)誤差建模理論推導出六軸大型數(shù)控磨齒機幾何誤差模型，為具實用性，提出簡化多軸機床誤差模型的思路和方法，使大型數(shù)控磨齒機的幾何誤差模型大大簡化，所建誤差模型適合于商用數(shù)控系統(tǒng)的補償應用。提出對多軸機床旋轉軸誤差進行全面、快速、準確的檢測方法，能分離出旋轉軸引入的8項誤差(包括6項運動誤差和2項軸間誤差)，解決機床行業(yè)生產(chǎn)中準確、快速檢測旋轉軸誤差難題。

(2)針對摩擦現(xiàn)象，對機床圓運動摩擦誤差的產(chǎn)生機理和補償方法展開研究。建立了X－Y工作臺伺服系統(tǒng)在不同條件下的3個控制模型，從瞬態(tài)響應的視角揭示圓運動摩擦誤差的產(chǎn)生機理，提出精確計算摩擦誤差出現(xiàn)時機、持續(xù)時間以及由摩擦產(chǎn)生的最大跟隨誤差的數(shù)學方法，并提出一種基于雙脈沖補償方波的有效摩擦誤差補償方法。

(3)提出以指令位移作為激勵信號，采集機床內(nèi)部的傳感器信號如:電動機電流、光柵尺位置和編碼器位置等，通過閉環(huán)辨識，準確辨識出了伺服系統(tǒng)機械部分的等效慣量、等效阻尼、工作臺質(zhì)量、阻尼和機械剛度、摩擦力等動態(tài)參數(shù)，建立了準確的伺服系統(tǒng)仿真模型。

(4)開發(fā)出基于NUM數(shù)控系統(tǒng)的誤差綜合補償系統(tǒng)，成功應用于首批國產(chǎn)大型數(shù)控磨齒機，經(jīng)過誤差綜合補償，精度等級由不足5級穩(wěn)定提高為4級，大部分指標達到3級，關鍵指標均達到國外先進產(chǎn)品水平。

該研究對于進一步提高我國制造業(yè)裝備水平具有重要的理論意義與實用價值。

機械故障診斷的內(nèi)積變換原理與多小波特征提取方法研究

作者:袁 靜;畢業(yè)學校:西安交通大學;指導教師:何正嘉 、訾艷陽

概要:

本課題源于國家自然科學基金重點資助項目，旨在針對國民經(jīng)濟中的關鍵設備運行故障及可能引發(fā)的災難性事故，提供故障預示與運行安全保障的新理論與新技術?；诠收霞仁菭顟B(tài)(設備性能和狀況)又是過程(故障萌生和擴展)這一本質(zhì)屬性，深入研究機械故障診斷的內(nèi)積變換原理與故障動態(tài)信號的基函數(shù)匹配評價準則、運行狀態(tài)下早期及微弱故障動態(tài)信號的特征增強機制、復合故障耦合特征的一次性分離和提取技術等基礎科學問題和工程實用技術。取得的主要創(chuàng)新成果如下:

(1)系統(tǒng)研究了機械故障診斷的內(nèi)積變換原理這一基礎科學問題，揭示多種信號處理方法的物理本質(zhì)是Hilbert空間的內(nèi)積變換，旨在探求信號中包含與“基函數(shù)”最相似的分量，其關鍵在于構造和選擇與故障特征波形相匹配的基函數(shù)。歸納出內(nèi)積變換原理中基函數(shù)匹配評價準則，仿真與實驗驗證和完善了該原理。

(2)提出了基于兩尺度相似變換、頻域提升變換和時域提升框架的3種自適應基函數(shù)按需構造方法及優(yōu)選準則，增強強背景噪聲下的早期、微弱和復合故障識別能力。設計了兩尺度相似變換中的關鍵轉換矩陣，并采用峭度指標最大原則優(yōu)選基函數(shù)，有效診斷出滾動軸承和煙機碰摩故障;構造具備多階消失矩的自適應基函數(shù)庫，針對不同典型故障，提出局部故障譜熵最小原則用于自適應基函數(shù)優(yōu)選，應用于連軋機齒輪箱故障和電力機車軸承早期故障診斷;設計了時域提升框架中的矢量預測器和更新器，采用信息熵最小原則規(guī)范基函數(shù)，確保了電力機車的安全可靠運行。

(3)為有效提取機械微弱故障特征和分離復合故障，從噪聲抑制角度，研究了機械故障信號的多小波降噪方法及改進后處理技術。提出了平移不變多小波的相鄰系數(shù)降噪方法，有效改善了小波降噪中的Gibbs振蕩現(xiàn)象，成功應用于電力機車滾動軸承早期故障診斷;提出了多小波滑動窗局部閾值降噪方法，有效克服全局閾值的過扼殺現(xiàn)象，準確提取了大型風電設備電動機軸承故障特征和精軋機齒輪箱復合故障征兆。

研究成果形成了有特色的非平穩(wěn)故障診斷新技術，滿足冶金、交通、能源、石化、制造等國民經(jīng)濟行業(yè)的迫切需要，為大型關鍵設備安全穩(wěn)定運行提供了技術保障，有效提高機械設備服役性能和預防重大事故發(fā)生，具有重要的理論意義和工程應用價值。

第2屆上銀優(yōu)秀機械博士論文獎——優(yōu)秀獎

激光沖擊強化鋁合金力學性能及微觀塑性變形機理研究

作者:魯金忠;畢業(yè)學校:江蘇大學;指導教師:張永康

概要:

激光沖擊強化具有高壓、高能、超快、超高應變率等顯著特點，廣泛應用在金屬構件的表面改性上，然而目前對于金屬材料表層激光沖擊細化晶粒的微觀結構演變、性能結構關系尚缺乏系統(tǒng)的研究，尤其是對超高應變率下嚴重塑性變形導致的晶粒細化機制和微觀強化機理，現(xiàn)在仍然缺乏統(tǒng)一的認識和深入的理解。論文以發(fā)動機壓縮機葉片材料為研究對象，針對激光沖擊鋁合金的宏觀性能、微觀結構演變以及塑性變形進行了若干基礎研究，為激光沖擊波技術的工業(yè)應用提供依據(jù)，獲得了以下主要結論和創(chuàng)新性成果:

(1)系統(tǒng)研究了激光單次和多次沖擊誘導鋁合金塑性變形層不同區(qū)域的微觀組織結構，建立了深度方向殘余應力和微觀結構的對應關系，首次深入系統(tǒng)地揭示了以位錯運動為主的激光沖擊鋁合金微觀結構演變規(guī)律和晶粒細化機制。

(2)研究了材料特性參數(shù)和激光工藝參數(shù)對鋁合金表面微凹坑深度的影響，建立了激光沖擊超高應變率下以材料粘性系數(shù)、應變率、沖擊波壓力為特征參數(shù)的鋁合金表面微凹坑深度的解析表達式，為激光沖擊表面完整性的理論分析奠定了基礎。

(3)提出了葉片和長桿件的橢圓激光沖擊工藝，開展了不同搭接率下橢圓型光斑的沖擊效果和效率等工藝研究，獲得了不同條件下合適的激光沖擊參數(shù)和工藝準則，并應用到某型發(fā)動機整體葉盤和壓縮機葉片的表面強化處理上，獲得良好的試驗效果。

(4)開展了應變速率對激光沖擊鋁合金試樣拉伸性能的影響關系研究，在室溫下首次發(fā)現(xiàn)激光沖擊強化能夠促使LY2鋁合金產(chǎn)生動態(tài)應變時效，提出了基于彌散的溶質(zhì)原子和激光沖擊區(qū)域表層產(chǎn)生的大量位錯相互作用產(chǎn)生的影響機制，研究了不同工藝參數(shù)下的鋁合金的疲勞性能。

研究成果在Acta Materialia、MSEA、JAP等SCI知名期刊上發(fā)表論文16篇;獲得省部級獎4項;已獲授權發(fā)明專利10件;作為課題負責人后續(xù)研究得到國家自然科學基金(面上)、中國博士后第五批特別資助、江蘇省自然科學基金等項目的資助。

300 mm硅片超精密磨床設計與開發(fā)

作者:朱祥龍;畢業(yè)學校:大連理工大學;指導教師:康仁科

概要:

硅片的超精密磨削技術主要用于硅片制備中的硅片平整化和IC后道制程中的背面減薄。隨著硅片原始厚度的增大和芯片磨后厚度的減小趨勢，硅片超精密磨削技術及設備面臨新的挑戰(zhàn):磨床進給系統(tǒng)需要滿足大的進給速度調(diào)速范圍和高的進給穩(wěn)定性要求;保證減薄后硅片磨削面型精度要求;硅片磨削對加工效率的要求;硅片減薄后，其表面質(zhì)量和加工變形對磨削力的變化更加敏感，監(jiān)控磨削力以提高成品率的問題亟待解決。面向大尺寸薄硅片的超精密磨削技術及設備的需求，針對表面質(zhì)量和磨削效率這對突出矛盾問題，以提高硅片表面質(zhì)量、面型精度和加工效率為目的，作者深入研究了精密進給、面型控制和磨削力監(jiān)控等關鍵技術，設計開發(fā)了φ300 mm硅片超精密磨床。

主要研究內(nèi)容和結論如下:

(1)研究了基于控制力和工件旋轉磨削原理的大尺寸基片超精密磨削技術;設計了φ300 mm硅片的雙主軸三工位全自動超精密磨床。

(2)建立了硅片超精密磨床的三維虛擬樣機，完成了機械結構的優(yōu)化設計;創(chuàng)建了進給伺服系統(tǒng)的機電協(xié)同仿真模型，對硅片磨床進給系統(tǒng)的運動性能進行了實驗驗證。

(3)研究了主軸夾角對磨削面型的影響規(guī)律，建立了硅片磨削面型的數(shù)學模型;提出了雙主軸三工位硅片磨床主軸傾角的調(diào)整方法，并研制出主軸傾角調(diào)整裝置;通過吸盤修整和硅片磨削試驗，驗證了數(shù)學模型，實現(xiàn)了硅片面型精度的精確控制。

(4)分析了磨削硅片過程中三向磨削力，研制出基于石英晶體壓電效應的三向磨削力在線測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了與硅片超精密磨床的集成，并對該系統(tǒng)進行了標定。以兼顧加工效率和表面質(zhì)量為目標，提出了分階段控制力磨削的工藝策略，并進行了控制力磨削硅片試驗驗證。

(5)與企業(yè)合作研制出國內(nèi)首臺φ300 mm硅片全自動超精密磨床，磨削后硅片的TTV值≤4 μm，#4800金剛石砂輪磨削后硅片的表面粗糙度值Ra≤1.4 nm，亞表面損傷層深度≤0.25 μm，實現(xiàn)了φ300 mm硅片的高效低損傷超精密磨削。

全新式精密圖案涂布技術之開發(fā)與研究——太極涂布法

作者:林怡君;畢業(yè)學校:臺灣大學;指導教師:王安邦教授

概要:

精密圖案產(chǎn)生技術之應用范圍越來越廣泛，除了過去廣為應用在書籍印刷等知識傳播領域外，近年來配合現(xiàn)代科技的發(fā)展，也被大量運用于半導體、平面顯示器及生物醫(yī)學產(chǎn)業(yè)。而因應全球綠色環(huán)保節(jié)能之大趨勢，各式圖案涂布技術正如雨后春筍般地被開發(fā)并應用，此類技術利用流體控制及機械動作，直接將圖案定義于涂布基材上，免去傳統(tǒng)批式制程中高耗時、耗能、高廢料、且高污染的微影蝕刻制程，并以卷對卷方式可快速且連續(xù)生產(chǎn)。

圖案涂布技術中，可依圖案涂布母模需求與否分為需母模與無需母模技術。后者相較于前者有較高之圖案可變動性，且無重制母模所衍生額外工與料之成本。無需母模之圖案涂布技術透過機械動作或是流體控制直接于涂布基板上產(chǎn)生各式各樣圖案，高效率地產(chǎn)生微型圖案。其中包括噴印、筆寫式、機械阻斷式、以及本論文所開發(fā)的氣泡截斷式等涂布技術。其中噴印技術有最大的圖案可變動性，但受限于工作流體的黏度與涂膜的均勻度;而筆寫式技術，其圖案可變動性高，但速度與精度會相互限制;機械阻斷式涂布具傳統(tǒng)面涂布技術的優(yōu)點，然此技術因機臺慣性而無法提升流體阻斷頻率，且受限于復雜機電系統(tǒng)精度及機臺操作與維護等問題;針對于此，本論文在涂布頭中加入氣－液雙相流體產(chǎn)生器，產(chǎn)生非連續(xù)流體源，利用流體慣性小之本質(zhì)優(yōu)勢，以大幅改善機械流體阻斷技術低頻率與精度的缺點。

本研究在于開發(fā)一全新概念的精密卷對卷圖案涂布(簡稱太極涂布法)的設計技術及其雛形設備。此技術利用提供不連續(xù)的雙相流體產(chǎn)生源，配合基板的連續(xù)移動來產(chǎn)生斷續(xù)圖案，為結合傳統(tǒng)的“狹縫式涂布技術”與微機電新領域的“微雙相流產(chǎn)生技術”的創(chuàng)新涂布技術。其承襲了狹縫式涂布技術的高黏度容忍性與大涂布速度調(diào)變范圍等的優(yōu)點;同時含有微流體控制技術的高分辨率及高反應性的特質(zhì)。

超小間隙下磁頭－磁盤界面穩(wěn)定性的實驗與理論研究

作者:李 寧;畢業(yè)學校:清華大學;指導教師:孟永鋼

概要:

作為數(shù)據(jù)存儲設備的硬盤，不斷提高磁盤的面存儲密度是其發(fā)展的永恒動力，也是信息社會發(fā)展的迫切需求。為此，磁頭－磁盤間隙也必須不斷減小來滿足讀/寫信號信噪聲比的要求。目前應用的熱驅動飛高主動控制(TFC)磁頭已經(jīng)把最小間隙減小到約3 nm，不久的將來可能要進入到亞納米尺度，這對間隙的精確控制和磁頭飛行的穩(wěn)定性都提出了巨大挑戰(zhàn)。因此，本文針對超小間隙(＜3 nm)下磁頭－磁盤界面的穩(wěn)定性問題開展了實驗和理論研究。

首先，使用多種測量方法在不同驅動功率下對TFC磁頭與磁盤的接觸位置和接觸狀態(tài)進行了表征，明確了聲發(fā)射傳感器所探測到的磁頭－磁盤初始接觸位置(即間隙零點)是在磁盤潤滑劑的表面，為絕對間隙的精確控制奠定了基礎。

然后，使用多種手段對TFC磁頭在納米/亞納米間隙下飛行的穩(wěn)定性和持久性進行了測試和評價。證實了TFC磁頭在1 nm及其以上間隙下穩(wěn)定、持久飛行的可能性。并發(fā)現(xiàn)磁頭在0.5 nm間隙下長時間飛行時會出現(xiàn)失穩(wěn)的狀況，而磁盤潤滑劑向磁頭轉移量的增加可能是失穩(wěn)發(fā)生的主要誘因。

繼而，通過實驗研究了潤滑劑在超小間隙下的轉移行為及其影響因素。驗證了小于某一臨界間隙時潤滑劑轉移量會突然大幅度增加的現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)臨界間隙的大小以及在臨界間隙以下時的潤滑劑轉移速率與潤滑膜厚度、鍵合比以及潤滑劑分子的結構有關。

隨之，建立了“蒸發(fā)－毛細凝結”轉移模型對“臨界間隙”現(xiàn)象發(fā)生的機理進行了分析，發(fā)現(xiàn)在臨界間隙下磁頭表面力作用的加劇所引起的潤滑劑氣－液體系的失穩(wěn)，以及由此引發(fā)的毛細凝結和微液橋的形成可能是導致潤滑劑加速轉移的主要原因。基于所建立的分析模型，定量計算了臨界間隙的大小以及在臨界間隙以下時的潤滑劑轉移速率，得到了與實驗數(shù)據(jù)相一致的結果，證明了模型的有效性。

最后，根據(jù)“蒸發(fā)－毛細凝結”模型計算了小于臨界間隙時所形成的潤滑劑液橋的毛細力大小，模擬了磁頭飛行姿態(tài)對毛細力作用的動態(tài)響應，發(fā)現(xiàn)液橋對磁頭飛行穩(wěn)定性的影響主要取決于間隙的大小和磁頭熱凸起的曲率半徑。

微分進化算法于工程優(yōu)化之研究

作者:李國銘;畢業(yè)學校:高雄第一科技大學;指導教授:周至宏、劉東官、蔡進聰

概要:

對于許多實際工程優(yōu)化的問題，如果同時考慮作業(yè)環(huán)境的噪音和制造的變異，要獲得精確的設計變數(shù)通常并不容易。

為了克服這一困難，本論文利用田口外直交表(Taguchi Outer Array)來考慮具有設計允差(噪聲)的設計變量，提出兩個改進差分進化的方法解決混合離散連續(xù)與非線性，以及考慮設計變量允差的表面磨削優(yōu)化的工程問題。

本論文提出的第一種方法稱為田口滑動模式微分進化方法(TSBDEA)，其中所謂的田口滑動水平方法(TSLM)系提供一個系統(tǒng)化的交叉(Crossover)運算，以取代傳統(tǒng)微分進化算法的交叉操作。以TSLM為基礎的交叉操作具有系統(tǒng)化的推理能力，利用滑動水平因子的影響，產(chǎn)生優(yōu)秀的子代，再繁殖具有潛力的后代，有效提供多樣化的子代，避免陷入局部最佳解。

第二種方法命名為田口微分進化外數(shù)組方法(TDEOA)，延續(xù)TSBDEA的方法，仿效外直交表存放噪聲的方式，將設計變量的允差(容許變異)放置在外部數(shù)組內(nèi)，如此藉由TSLM滑動水平的多樣性交叉運算、改良型微分進化快速穩(wěn)健的收斂效能以及田口方法具有局部優(yōu)化解的穩(wěn)健質(zhì)量特性，得以求出適應環(huán)境噪聲、容許設計允差的強健設計變量值。

同時，本論文導入一估測設計變量可靠度的方式，在一般加工狀態(tài)或是不可預期干擾的環(huán)境下，或是在容許設計允差設定下，TDEOA的方法都被驗證其保有穩(wěn)健的可靠性。本論文中應用不同的工程優(yōu)化問題，結果顯示本論文改良型的微分演算方法同時具有全局優(yōu)化的演算能力，以及強健的可靠度。

基于多模式單演特征檢測與匹配的三維視覺測量技術研究

作者:李進軍;畢業(yè)學校:西安交通大學;指導教師:趙 宏

概要:

論文以三維空間坐標視覺定位、復雜型面輪廓視覺測量和非剛體運動視覺跟蹤為研究對象，對基于多模式單演特征檢測、匹配及融合的三維視覺測量方法進行了深入的理論分析和實驗研究，提出了聯(lián)合圖模式和捆綁調(diào)整的高精度立體標定算法、二維單演信號與局部特征檢測方法、多模式局部特征描述與立體匹配算法、聯(lián)合特征面片的復雜型面輪廓測量方法、動態(tài)特征面元跟蹤與非剛體運動估計算法，選題具有重要的理論意義和工程應用價值。論文研究的主要問題及創(chuàng)新點為:

(1)采用最真實反映攝像機射影變換關系的一般攝像機模型，提出了聯(lián)合人工圖模式標定和由運動到結構捆綁調(diào)整標定的三維視覺測量系統(tǒng)標定方法，有效地克服了傳統(tǒng)立體標定方法精度低、可靠性差和靈活性差等缺點。

(2)模擬人眼視覺信息分析和處理功能，展開了圖像信號單演分析理論與方法研究，建立了多模式單演特征描述向量、特征相似性測量函數(shù)及立體匹配價值函數(shù)，實現(xiàn)了魯棒而精確的圖像特征點匹配、雙目立體視覺的密集數(shù)據(jù)估計及立體圖像序列的時空視差估計。

(3)將目標或場景視為由一個覆蓋該目標或場景表面的可視稠密面片集組成的實體形貌，通過特征點檢測、特征匹配、面片生成、膨脹、濾波、網(wǎng)格建模、表面特征融合等過程，由稀疏到稠密地重建高精度、高保真的三維復雜型面模型。

(4)將非剛體運動目標或動態(tài)場景的瞬時形貌重建和形變測量視為三維跟蹤問題，通過局部剛體運動優(yōu)化和全局非剛體變形優(yōu)化兩個階段來跟蹤目標的三維特征頂點，估計目標瞬時運動參數(shù)，實現(xiàn)了動態(tài)目標的瞬時時空形貌和運動的魯棒重建。

論文研究成果先后在國內(nèi)外知名學術期刊上發(fā)表SCI/EI檢索論文8篇，申請國家發(fā)明專利3項。論文研究的單演信號分析理論與方法是目前圖像信號分析與處理、特征檢測與識別的最新理論研究成果，已在圖像降噪、濾波、配準、模式識別中得到了實際應用;立體視覺系統(tǒng)高精度標定算法、復雜型面輪廓重建算法和非剛體運動跟蹤算法，是機器視覺技術研究的重難點問題，研究成果可應用于機械制造中的空間坐標定位、模型重構和形變測量，并可推廣應用于目標識別與跟蹤、視覺導航和機器檢測等領域。

麥克風數(shù)組:噪聲源識別及聲場可視化

作者:林家鴻;畢業(yè)學校:臺灣交通大學;指導教師:白明憲、鄭泗東

概要:

本論文提出遠場及近場麥克風數(shù)組來識別噪聲源的位置及聲場可視化。在遠場麥克風數(shù)組中，稀疏且隨機配置的麥克風數(shù)組已知可以用來傳遞遠場的影像而不會產(chǎn)生鬼葉瓣的問題。在優(yōu)化麥克風的配置中，全局優(yōu)化技術包括蒙地卡羅法、模擬退火法和內(nèi)部方格蒙地卡羅法被用來有效率地尋找最佳的麥克風配置。仿真結果顯示出要避免鬼葉瓣的出現(xiàn)，隨機配置麥克風是必要的。而結合模擬退火法和蒙地卡羅法的方法可以有效率的找到一個令人滿意的配置，這個配置能得到杰出的波束圖和相對較均勻的麥克風分布。在到達方向的估測中，平面波的聲源被視為球面波。遠場聲學影像的方法包括延遲和相加法、時間反轉法、單進多出等效聲源反逆濾波法、最小變異無失真響應法和多重信號分類法被用來估測聲源位置。結果顯示多重信號分類法在定位噪聲源位置上可得到最佳的結果。在近場麥克風數(shù)組中，提出近場等效音源影像(Nearfield Equivalence Source Imaging，NESI)來識別噪聲源的位置及強度。NESI是在時間面上設計，它除了可以應用在穩(wěn)態(tài)噪聲源上亦可應用在非穩(wěn)定噪聲源上。利用最小均方優(yōu)化來設計出多通道反逆濾器。調(diào)整化被利用來仰制不足解模型相稱的不好條件值。設計的參數(shù)如:麥克風數(shù)組的孔徑、麥克風的間距、焦點的間距及量測距離都會明顯地影響到聲場影像分辨率的結果。重建距離的選定是依據(jù)傳遞矩陣的條件值大小來決定。并且利用窗口矩陣的設計來成功地解決在邊界上失焦的問題。此外，本論文使用撤退焦點表面法來避免在重建聲場表面上的奇異問題，并使用黃金比例法來求得最佳的撤退距離。近場等效聲源成像法利用多通道反算濾波器可重建數(shù)個聲學變量，包含聲壓、粒子速度、主動聲強及聲功率。而當可供使用的麥克風數(shù)量不足時，可運用虛擬麥克風技巧里的內(nèi)插及外插方法分別增加分辨率及減低邊緣效應。使用高效率之狀態(tài)空間最小化獲得技術來實現(xiàn)多通道反逆濾器。經(jīng)由優(yōu)化計算，最佳的近場麥克風配置為等間距之麥克風置配。根據(jù)模擬及實際聲源測試結果，本論文所提出的NESI技術可以有效地去識別出噪聲源的位置及強度。

超精密隔振系統(tǒng)建模與控制

作者:蒲華燕;畢業(yè)學校:華中科技大學;指導教師:陳學東、羅 欣

概要:

超精密隔振系統(tǒng)是精密制造、測量裝備納米級精度生成的必要保障。它通過隔離地基振動、抑制裝備內(nèi)部激勵，來解決影響超納米級精度生成的微振動問題。超精密隔振系統(tǒng)的隔振對象具有振動靈敏度高、結構復雜、負載大、內(nèi)部激勵復雜的特點;而超精密隔振系統(tǒng)所要處理的微振動又具有寬頻帶、微幅值、來源復雜的特點，這些都給超精密隔振系統(tǒng)的結構設計和控制設計提出了巨大的挑戰(zhàn)。本論文從超精密隔振系統(tǒng)的關鍵單元技術特性分析、主動控制方法設計到原理樣機實現(xiàn)3個方面展開研究，旨在通過優(yōu)化單元部件特性和主動控制來提高超精密隔振系統(tǒng)的性能，使其滿足超精密制造裝備日益苛刻的性能需求。

采用理論推導－仿真分析－實驗測試相結合的方法，分別建立了超精密隔振系統(tǒng)組件級－單元級－系統(tǒng)級3個結構層次的動力學模型。闡明了對超精密隔振系統(tǒng)性能具有較大影響的核心組件空氣彈簧、擺機構的隔振機理。揭示了阻尼孔等效面積對雙腔室空氣彈簧的復剛度在頻域內(nèi)分布的影響規(guī)律，提出了一種通過主動調(diào)節(jié)阻尼孔等效面積從而在線優(yōu)化雙腔室空氣彈簧振動傳遞的方法，并通過搭建相關組件級實驗系統(tǒng)進行了驗證。

針對超精密隔振系統(tǒng)隔振－定位復合功能的需求，設計了包含位置控制器和振動控制器的多環(huán)路主動控制器總體結構。通過對超精密隔振系統(tǒng)的自身特性和振動來源的特性分析，闡明了制約超精密隔振系統(tǒng)隔振性能提高的兩大固有矛盾:低/高頻振動衰減率的矛盾;地基振動/直接干擾振動衰減的矛盾。提出了應用于超精密隔振系統(tǒng)中的帶自適應前饋補償?shù)幕？刂破?，該控制器降低了被控對象參?shù)攝動和直接擾動的對隔振系統(tǒng)最終性能的影響，同時解決了滑?？刂破鳛榱丝朔苯痈蓴_而產(chǎn)生劇烈抖振的問題。仿真結果表明該控制器能夠克服超精密隔振系統(tǒng)的兩個固有矛盾，提升了超精密隔振系統(tǒng)的最終性能。

完成了超精密隔振系統(tǒng)原理樣機的控制系統(tǒng)軟硬件設計，并對原理樣機進行了全面的性能測試，結果表明施加主動控制后，原理樣機能夠有效地隔離和衰減地基振動和直接擾動引起的微振動。

第2屆上銀優(yōu)秀機械博士論文獎——佳作獎

氫對TC4鈦合金焊接接頭組織與性能影響的研究

作者:劉鵬濤;畢業(yè)學校:大連交通大學;指導教師:任瑞銘

概要:

鈦合金由于其優(yōu)異的性能在航空航天領域得到了廣泛應用，但鈦合金極易吸收氫，對其性能影響非常明顯，特別是對焊接接頭。本論文主要包含兩方面問題的研究，一是研究較低氫含量時氫對鈦合金電子束焊接頭疲勞性能的影響;二是利用臨時性合金元素氫對改善鈦合金塑性加工性能的有益作用，研究熱氫處理對鈦合金線性摩擦焊焊接性能的影響。

采用置氫C(T)試樣對TC4合金電子束焊接頭的室溫疲勞裂紋擴展速率進行了測試，首次得到的da/dN－Δ K曲線說明，置氫母材試樣在低速擴展區(qū)和失穩(wěn)快速擴展區(qū)的da/dN相對于未置氫試樣有明顯的提高，但不同氫含量之間差別不大。在穩(wěn)態(tài)擴展區(qū)，氫對試樣da/dN的影響很小。置氫焊縫試樣的da/dN在裂紋擴展的全過程均明顯高于未置氫試樣，并且隨著氫含量的增加，裂紋擴展速率提高。統(tǒng)計分析結果表明，氫顯著降低了TC4合金電子束焊接頭試樣的疲勞壽命，氫含量0.028 wt%鈦合金試樣的疲勞壽命僅為未置氫試樣的1/2，當氫含量增大到0.120 wt%時，疲勞壽命降到了未充氫的1/5。疲勞斷裂主要發(fā)生于熱影響區(qū)，其原因主要是熱影響區(qū)的組織粗大和不均勻導致接頭的疲勞壽命顯著降低。

首次結合熱氫處理技術進行了改善TC4合金線性摩擦焊連接性能研究，確定了最佳氫含量為0.4 wt%左右，創(chuàng)新性地提出了最小有效功率密度的概念，并得出置氫TC4合金獲得成功焊接接頭需要輸入的最小有效功率密度為5.5×106W/m2，比未置氫時降低了30%。采用“溫度－組織－應力”三場耦合的算法對TC4合金線性摩擦焊過程進行了數(shù)值模擬，對比分析了置氫對接頭溫度場、應力場以及焊縫區(qū)相變過程的影響，并進行了部分試驗驗證，結果表明模擬結果與試驗結果吻合較好，為研制高效率、低成本的焊機以及優(yōu)化線性摩擦焊技術奠定了基礎。

5A06鋁合金MIG焊接接頭深冷強化機理研究

作者:高 珊;畢業(yè)學校:太原科技大學;指導教師:吳志生

概要:

鋁合金焊接存在焊接接頭的軟化問題，限制了鋁合金焊接結構件的廣泛使用。本文提出了改善鋁合金MIG焊接接頭組織和力學性能的深冷處理方法，通過試驗的方法研究了深冷處理參數(shù)對5A06鋁合金MIG焊接接頭組織和性能的影響，并從微觀層次探討了深冷處理提高5A06鋁合金MIG焊接接頭的性能的機理，探索改善鋁合金焊接接頭軟化的新途徑。主要研究結果如下:

深冷處理可以改善5A06鋁合金MIG焊接接頭組織的力學性能，研究發(fā)現(xiàn)，－190℃、保溫10 h時的深冷處理提高焊接接頭強度6.64%;延伸率提高1.95倍。深冷處理參數(shù)為－155℃，保溫4h時5A06鋁合金MIG焊接接頭的強化效果最好。5A06鋁合金MIG焊接接頭抗拉強度、延伸率隨著保溫時間的延長和深冷處理溫度的降低而增大。

深冷處理使得5A06鋁合金MIG焊接接頭組織中形成亞晶結構，第二相(Mg2Al3)顆粒彌散析出，提高了基體的連續(xù)性，且第二相顆粒數(shù)量明顯增加，使得5A06鋁合金焊接接頭的基體組織細化，從而強化基體組織。深冷處理后焊接接頭組織中的某些晶粒的晶面取向發(fā)生了變化，產(chǎn)生了晶粒轉動。

深冷處理可以促使5A06鋁合金MIG焊接接頭合金組織中的位錯轉化為位錯環(huán)、使接頭合金組織產(chǎn)生孿晶，分別通過奧萬羅位錯機制及極軸機制解釋了位錯環(huán)和孿晶的形成機制。正電子湮沒實驗研究發(fā)現(xiàn)深冷處理后，焊接接頭組織中空位濃度呈降低趨勢。

基于奧萬羅位錯強化機制對5A06鋁合金焊接接頭合金的強化機理進行分析認為，第一，5A06鋁合金MIG焊接接頭合金深冷處理強化的主要原因是接頭組織中顯微孔洞數(shù)量的減少、第二相顆粒的細化、彌散析出、晶粒轉動、位錯環(huán)及孿晶的產(chǎn)生。第二，連續(xù)分布的α相及細小彌散分布的第二相β(Mg2Al3)使其對5A06鋁合金焊接接頭塑韌性的不利影響大為減弱，焊接接頭的強韌性大幅提高。采用了BP神經(jīng)元網(wǎng)絡對深冷處理的5A06鋁合金MIG焊接接頭的抗拉強度進行了模擬和預測，預測結果與深冷處理實際測試的結果比較一致。

葉片類零件自適應數(shù)控加工關鍵技術研究

作者:張 瑩;畢業(yè)學校:西北工業(yè)大學;指導教師:張定華

概要:

葉片類零件是航空發(fā)動機的關鍵零部件，其加工質(zhì)量直接影響著發(fā)動機的性能。隨著精密制坯技術的多樣化發(fā)展，自適應數(shù)控加工技術已成為制約我國航空發(fā)動機精鍛葉片、焊接式整體葉盤以及葉片、葉盤修復加工的關鍵技術瓶頸。

本文以葉片類零件的復合制造工藝為背景，針對自適應數(shù)控加工中的寬行加工、約束處理、裝夾定位以及工藝幾何建模等關鍵技術進行了深入研究。論文的主要研究內(nèi)容和取得的創(chuàng)新性成果如下:

(1)針對葉片曲面加工的軌跡規(guī)劃問題，提出了一種寬行加工軌跡的自適應規(guī)劃方法。在二階泰勒逼近方法基礎上，發(fā)展了基于廣域空間逼近的刀具方位優(yōu)化方法。根據(jù)刀具實際切削輪廓，建立了刀具方位與加工帶寬的映射關系，解決了環(huán)形刀具與曲面的干涉和幾何逼近問題，實現(xiàn)了廣域空間中五軸加工刀具方位的自適應優(yōu)化。

(2)針對復雜多曲面特征五軸加工的刀位計算問題，提出了一種約束統(tǒng)一處理方法?；趲Ъs束刀具－曲面配準模型，實現(xiàn)了任意復雜邊界的防干涉處理和刀位優(yōu)化。在此基礎上，提出了多曲面通道分析方法，實現(xiàn)了通道加工中最大刀具直徑、刀具長度及可達方向的計算;同時，還建立了基于點－島嶼實體距離監(jiān)視的螺旋加工軌跡規(guī)劃方法。

(3)針對葉片類零件的裝夾定位問題，提出了加工余量自適應優(yōu)化的統(tǒng)一數(shù)學模型，對無余量、帶余量單個葉片以及變形葉片組的定位問題進行了深入研究，并給出了適應于不同條件的定位變換求解方法。提出層次化的葉片包容及混合包容問題求解策略，實現(xiàn)了單個葉片的精確定位和余量自適應優(yōu)化。提出變形葉片組逐層細分的余量分布優(yōu)化方法，降低了焊接工藝引起的葉片位置偏差和余量分布不均對葉盤加工質(zhì)量的影響。

(4)針對前期工藝或工作服役引起的葉片變形問題，提出了面向非完整測量數(shù)據(jù)的工藝幾何建模方法。以焊接葉盤過渡區(qū)域為例，利用旋轉角度插值建立映射關系，實現(xiàn)了基于設計模型的曲面變形映射建模。以葉尖修復區(qū)域為例，通過截面測量點集的小波分解與重構，建立了基于測量模型的截面曲線變形建模方法。

(5)設計開發(fā)了葉片類零件自適應數(shù)控加工軟件系統(tǒng)，并以某型航空發(fā)動機焊接葉盤為對象進行了工程應用驗證。結果表明，整體葉盤單個葉片的位置度準確，過渡銜接良好，加工精度達到了焊接葉盤的設計要求。

MCH63加工中心結構件及結合部的建模和分析方法研究

作者:郭 壘;畢業(yè)學校:清華大學;指導教師:汪勁松、葉佩青

概要:

加工中心是重要的工業(yè)基礎裝備，其性能很大程度上受到組成它的結構件和結合部特性的影響。對結構件和結合部進行建模、分析，是進一步提高加工中心性能的重要途徑。本文研究了一種高速精密臥式加工中心MCH63的結構件和結合部，建立了元結構分析方法的理論模型，提出了基于元結構的靈敏度分析(Sensitivity A-nalysis Based on Unit Structure，SAUS)方法，建立了正交異性模型，提出了屬性更換的模態(tài)分析(Modal Analysis Based on Property Replacement，MAPR)方法，從而實現(xiàn)了結構件、結合部的建模、分析和參數(shù)辨識。主要研究內(nèi)容如下:

針對采用“井”字型筋板的機床結構件，基于元結構思想建立了元結構分析方法的理論模型，導出了元結構與整體結構固有頻率的解析關系。元結構分析方法能夠把整體結構的分析簡化為元結構的分析，從而大幅度提高分析效率。仿真和實驗結果表明，元結構分析方法所預測的結構固有頻率與實際值的誤差在10%以內(nèi)，從而驗證了元結構分析方法理論模型的正確性。

提出了SAUS方法，用于指導結構件固有頻率的設計。SAUS方法能夠綜合元結構分析方法和靈敏度分析方法的優(yōu)勢，簡化研究對象、確定設計參數(shù)和指導參數(shù)調(diào)整?；赟AUS方法對“箱中箱”結構做設計，驗證了該方法的有效性。

針對MCH63床身和立柱之間采用的接觸面積大、受力情況復雜的定位膠結合部，建立了一種新的正交異性結合部模型。推導正交異性模型中工程彈性參數(shù)與系統(tǒng)性能的關系，得到了模型參數(shù)辨識的方法。

提出了MAPR方法，用于計算考慮結構件柔性的組合結構中結合部的剛度。MAPR方法更換結構件和結合部屬性做模態(tài)分析，得到結構件的剛度、質(zhì)量(慣量)值;在此基礎上利用模態(tài)實驗的結果，計算出結合部的剛度。MAPR方法解決了機床模態(tài)實驗中，由于結構件和結合部剛度基本為同一量級，導致結合部剛度難以辨識的問題。使用MAPR方法對定位膠和導軌滑塊結合部剛度進行辨識，得到的仿真模型固有頻率與實驗結果的誤差在10%以內(nèi)。

本文提出的建模和分析方法，為高速精密臥式加工中心的設計提供了理論基礎和方法支持。

基于分子動力學的晶體銅納米機械加工表層形成機理研究

作者:張俊杰;畢業(yè)學校:哈爾濱工業(yè)大學;指導教師:孫濤、閆永達

概要:

納米機械加工技術如金剛石微探針納米刻劃是一種重要的納米加工技術。然而，缺乏對納米機械加工機理特別是表層形成機理的理解制約著納米機械加工質(zhì)量的提高。除了實驗研究外，國內(nèi)外學者普遍采用分子動力學模擬來研究納米機械加工機理，并得到了許多有價值的研究結果。然而，在前人的研究中大部分工件材料為單晶形式，而對多晶材料納米機械加工的分子動力學模擬研究較少。納米機械加工是一個刀具與材料高度耦合的過程，多晶材料不同于單晶材料的變形機理直接影響納米機械加工的結果。此外，前人對納米機械加工中引入的亞表面損傷層的實驗和仿真研究主要是檢測亞表面損傷層的深度及分布，而對多晶材料的亞表面損傷層的形成機理研究較少。在納米機械加工中工件材料內(nèi)部的結構和組織狀態(tài)的變化是形成亞表面損傷層的一個重要原因。因此，針對上述存在的問題，本文基于摩擦磨損、晶體塑性和納米力學等理論，使用分子動力學模擬研究了單晶銅、雙晶銅和納米晶體銅納米機械加工表層形成機理，具體研究內(nèi)容包括如下幾個方面:

建立了包含多種結構材料(單晶銅、雙晶銅、納米晶體銅)的納米機械加工的分子動力學模型，為系統(tǒng)地開展納米機械加工的分子動力學模擬研究奠定了基礎;

使用分子動力學模擬研究了單晶銅、雙晶銅、納米晶體銅納米機械加工機理，包括工件材料變形、加工力變化、表層形成等，為研究材料納米機械加工機理提供了新的內(nèi)涵;

基于晶體銅納米機械加工亞表面損傷層的形成機理的研究，提出了一種基于納米壓痕的亞表面損傷層深度的定量預測方法，為研究亞表面損傷層提供了技術支撐;

在發(fā)現(xiàn)納米機械加工亞表面損傷層產(chǎn)生孿晶現(xiàn)象的基礎上，提出了一種利用孿晶變形來控制和改善亞表面損傷層的新設想，為控制和改善亞表面損傷層提供了新途徑;

為了使納米機械加工的分子動力學模擬的結果可信、有用，分別從分子動力學模擬基本原理、材料機械性能的納米壓痕檢測、納米機械加工結果這3個方面逐級開展分子動力學模擬與實驗的對比。

壓電管式復合驅動器及其應用研究

作者:馬玉婷;畢業(yè)學校:中國科學技術大學;指導教師:馮志華

概要:

傳統(tǒng)的1－3型壓電復合材料使用方形或者圓柱形立柱與基體材料復合，本文使用壓電陶瓷管與基質(zhì)復合，制成壓電管式復合驅動器以適應于多種場合的應用。壓電管式復合物所需的極化和驅動電壓低，能夠與導體基質(zhì)復合，壓電陶瓷管可以獨立控制，電場利用率高，易于完成多模式驅動。本文以壓電管式復合驅動器為研究對象，主要工作及結論包括以下內(nèi)容。

進行壓電管式復合物的宏觀等效性能參數(shù)計算公式的推導。討論了不同壓電陶瓷管體積分數(shù)、厚徑比、分布密度以及基體材料對復合物壓電特性產(chǎn)生的影響。仿真了復合物單元在不同載荷下容易引發(fā)材料破壞的應力分布情況。分析了復合物的振動模態(tài)及其共振頻率隨結構尺寸參數(shù)的變化趨勢。

對各管獨立驅動的四管復合驅動器進行了研究。并將四管復合驅動器和傳統(tǒng)的單管四分電極驅動器在各項性能參數(shù)上做了對比，證實當四管復合驅動器和單管四分電極驅動器擁有相同尺寸，在相同電場強度驅動下，四管復合驅動器的整體性能通常優(yōu)于單管四分電極驅動器。它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單管四分電極驅動器，在掃描探針顯微鏡、壓電馬達和壓電陀螺等領域有著廣泛的應用價值。

使用壓電八管復合驅動器研制了彎曲搖頭式壓電馬達，分析了八管復合驅動器的靜態(tài)和動態(tài)特性。設計制作了馬達樣機。樣機測試結果與理論值基本吻合。其輸出力矩性能優(yōu)于基于單管驅動器的搖頭式壓電馬達。

設計了基于壓電四管復合驅動器的新型離心式壓電陶瓷泵。該泵無機械部件所以具有較高的效率;無精密閥門或者細微管道所以對液體純凈度要求不高;可擴展性強，由于壓電管式復合物單個壓電組件的控制獨立性，可以采用不同的驅動方式衍生出多種結構。研究了泵的靜態(tài)端部彎曲撓度、輸出力矩、共振模態(tài)以及液體流速對共振頻率的影響。

研究所取得的成果對壓電管式復合物的優(yōu)化設計、驅動器性能的系統(tǒng)分析及壓電驅動技術的應用探索等方面具有一定的理論價值和實用意義。

基于各向異性的Galfenol復合懸臂梁非線性建模方法及控制研究

作者:舒 亮;畢業(yè)學校:武漢理工大學;指導教師:陳定方

概要:

復合懸臂梁是將智能材料與懸臂梁進行復合而成的智能型器件，在振動控制、力傳感、光反射定位等領域有重要的應用前景。當復合懸臂梁發(fā)生主動彎曲時，智能材料層承受彎矩，而目前用于復合懸臂梁的智能材料，例如Terfenol－D、PZT等，多為脆性材料，在大撓度情況下會導致材料斷裂或者失效，從而限制了它們的應用。

Galfenol合金是繼Terfenol－D、PZT、Ni2MnGa合金之后，于2001年發(fā)展起來的一種新型智能磁致伸縮材料，其成分為鐵(Fe)－鎵(Ga)合金。該材料的出現(xiàn)填補了傳統(tǒng)磁致伸縮材料與超磁致伸縮材料之間的空白，是一種既有良好的機械性能又有較大的磁致伸縮比的新型磁致伸縮材料。其脆性小，抗拉強度高，能承受轉矩、沖擊等機械載荷，并具有環(huán)境適應性強、經(jīng)濟適用等特點。

論文對Galfenol復合懸臂梁及其非線性耦合動力學模型進行研究，模型涉及材料本征非線性與懸臂梁機械模型的耦合，其中，Galfenol材料的各向異性使其磁－機之間的耦合不僅是強度上的耦合，更是各場強在方向上的耦合。目前關于Galfenol本征模型的研究普遍基于磁各向同性的一維建模方法，掩蓋了材料磁各向異性的本質(zhì)。論文提出在考慮各向異性的前提下，基于Galfenol材料與磁場、應力場、動態(tài)渦流損耗之間的復雜耦合關系，建立材料的三維本征非線性模型;同時將Galfenol合金本征非線性模型與復合懸臂梁機械模型進行耦合，建立基于各向異性模型的非線性耦合動力學模型?？紤]到模型參數(shù)具有頻率相關性，提出一種頻率相關的魯棒性滑模變結構控制方法，為克服Galfenol合金磁滯非線性，推動Galfenol智能器件的實際應用提供了一種十分有效的手段，使得在利用智能材料各向異性的基礎上研制三維智能器件成為可能，對于革新精密儀器，推動精密控制技術發(fā)展具有重要意義。

碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具研究

作者:崇學文;畢業(yè)學校:山東大學;指導教師:黃傳真

概要:

本文采用碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具材料的方法，研制成功了Ti(CxN1－x)系晶須和LTW系列新型陶瓷刀具。提出了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具材料的設計思路，對碳熱還原合成晶須、晶須生長機理、增韌補強機理、切削性能等進行了系統(tǒng)研究。

研究了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具材料的設計方案。提出了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具材料的設計方案。根據(jù)Ti(C，N)連續(xù)固溶體的特性，改變晶須原料配比的C/Ti比值，可制備出x取值不同的Ti(CxN1－x)系晶須。

研究了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具材料粉末的制備。重點研究了碳熱還原合成晶須工藝參數(shù)、晶須生長助溶劑和催化劑等，研制成功了3種碳熱還原合成晶須，為碳氮化鈦系晶須增韌陶瓷刀具材料粉末的制備奠定基礎。

研究了碳熱還原合成碳氮化鈦系晶須的生長機理。提出了碳氮化鈦晶須的氣－固(VS)生長機理，建立了碳氮化鈦晶須的氣－液－固與氣－固微觀生長機理模型。

研究了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具的制備工藝及力學性能。研制成功了LTW310(Al2O3/Ti(C0.5N0.5)p/Ti(C0.3N0.7)w)，LTW510(Al2O3/Ti(C0.5N0.5)p/Ti(C0.5N0.5)w)和 LTW710(Al2O3/Ti(C0.5N0.5)p/Ti(C0.7N0.3)w)3種新型刀具材料，其抗彎強度分別為752.5 MPa，812.9 MPa，753.8 MPa;斷裂韌度分別為8.83 MPa·m1/2，7.64 MPa·m1/2，8.12 MPa·m1/2;硬度分別為 21.9 GPa，20.0 GPa，20.2 GPa。

研究了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具材料的增韌補強機理，建立了Ti(C，N)p和Ti(C，N)w協(xié)同增韌模型。

研究了碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具的切削性能。刀具磨損以前刀面月牙洼磨損和后刀面犁溝狀磨損為主，破損以前刀面貝殼狀剝落和刀刃碎斷為主要失效形式。

基于約束特性的柔性精密運動模塊參數(shù)化設計

作者:趙宏哲;畢業(yè)學校:北京航空航天大學;指導教師:畢樹生

概要:

通過材料變形而產(chǎn)生位移的柔性機構，由于無間隙、免摩擦及磨損的優(yōu)良特性，已成為機械領域高精度部件的翹楚，從而對精密工程產(chǎn)生了深遠的影響。

而目前柔性機構的設計和分析理論大多借鑒了剛性機構的研究成果，由此沿用剛性的理想化約束假設，是桎梏其廣泛應用的根源所在?；诖耍疚膹募s束的角度出發(fā)，并借鑒模塊化理念，通過對簧片型柔性單元約束特性的分析和評估來設計柔性鉸鏈;利用柔性鉸鏈約束之間的耦合與抑制機理來組合柔性機構。論文主要創(chuàng)新性工作包括以下4點:

(1)研究了簧片型柔性單元的約束特性，以此為基礎，提出了一種基于簧片位移約束假設的柔性鉸鏈建模分析與性能評估的方法。進而提出了3種具有特殊應用背景的轉動型柔性鉸鏈新構型:(a)等值剛度柔性鉸鏈，可減輕有效載荷時刻變化給控制系統(tǒng)帶來的負擔;(b)低轉動阻抗柔性鉸鏈;(c)高精度轉動柔性鉸鏈。

(2)分別揭示了轉心置于結構體之外，以及結構非對稱2種強約束作用下柔性鉸鏈顯著的非線性特性，為二者進行模塊組合與實際應用奠定了基礎。對前者的非線性剛度特性，重點揭示了位移引起的顯著轉動剛化效應及載荷剛化效應;對后者，主要研究了軸漂隨非對稱幾何參數(shù)的變化規(guī)律。

(3)提出了一種具有普適性的復合柔性鉸鏈約束等效模型，以用于模塊化的建模與分析。以此為指導，設計了一種高精度的轉動型復合柔性鉸鏈，若不考慮裝配誤差，其軸漂特性要小于業(yè)內(nèi)公認的高性能鉸鏈——蝶形柔性鉸鏈。

(4)提出了一種基于轉動軸漂補償移動寄生運動的直線運動機構設計方法，綜合得到了6種高精度的構型。對各種構型，通過分析給出了滿足誤差補償?shù)臈l件，以及幾何參數(shù)的設計空間。同時，在推廣約束等效模型的基礎上，建立了這類高精度直線運動機構主運動與寄生運動的模型，可實現(xiàn)性能的準確預測。最終，提出的構型寄生運動比現(xiàn)有的柔性平行四桿機構小2～3個數(shù)量級。

論文通過對柔性精密機構約束特性的模塊化設計方法及實驗測試研究，為柔性機構在精密、超精密定位領域的應用提供有益的理論與技術支持。

高溫復雜結構的混合概率故障物理建模與疲勞壽命預測

作者:朱順鵬;畢業(yè)學校:電子科技大學;指導教師:黃洪鐘

概要:

隨著現(xiàn)代裝備向大型化、復雜化和精密化方向發(fā)展，諸如航空發(fā)動機、重型燃氣輪機等重大裝備的大量零部件在十分惡劣的環(huán)境下工作，其高溫復雜結構的壽命和可靠性是制約整機壽命和可靠性水平的主要因素之一。本文針對其壽命預測與可靠性理論中若干亟待解決的重要問題，在復雜載荷、多環(huán)境因素以及多種失效模式下的概率壽命預測方面展開研究，利用某型航空發(fā)動機渦輪盤和實測轉速循環(huán)數(shù)據(jù)進行模型驗證。其主要內(nèi)容和研究成果如下:

(1)提出了復雜載荷作用下考慮小載荷損傷與強化的模糊Miner法則。通過將復雜載荷中小載荷的損傷與強化、載荷之間相互作用和載荷次序效應對疲勞特性的影響定量地納入傳統(tǒng)Miner法則，提出了模糊Miner法則，為工程中“載荷是否產(chǎn)生損傷”判據(jù)和“低載強化”現(xiàn)象的解釋提供了理論支撐。

(2)建立了多種失效模式下的廣義應變能損傷函數(shù)模型。通過統(tǒng)一表征復雜結構在多種失效模式下不同載荷類型造成的損傷，基于能量準則提出了廣義應變能損傷函數(shù)模型，綜合考慮了各加載條件對其損傷和壽命的影響，實現(xiàn)了不同加載波形下的疲勞－蠕變壽命預測。

(3)提出了多種失效模式下的廣義能量損傷參數(shù)法。結合故障物理技術，基于疲勞失效過程中不可逆延性耗散且材料逐漸遞減的固有能量吸收能力，提出了廣義能量損傷參數(shù)和延性耗竭模型，為實現(xiàn)可靠預估復雜構件的剩余壽命提供了有效途徑。

(4)構建了混合概率故障物理壽命預測理論框架。應用Bayes推理和故障物理技術，構建了由歷史數(shù)據(jù)到材料試驗、加速壽命數(shù)據(jù)的混合概率壽命預測理論框架，解決了壽命預測中諸多因素引入的不確定性問題，節(jié)省了相關試驗時間和成本，為其安全評估和壽命周期管理做出最有利的決策和判斷提供了理論依據(jù)。

(5)提出了基于綜合不確定性分析和Bayes信息更新的概率壽命預測方法。通過綜合考慮模型、模型參數(shù)、材料屬性和模型輸入變量的不確定性對疲勞壽命和損傷的影響，提出了壽命預測中的綜合不確定性分析方法，可用于重大裝備復雜構件的安全評定、健康監(jiān)測和剩余壽命估算等一系列工程實際問題中。

小傾角船用齒輪箱交錯軸傳動特性研究

作者:宋朝省;畢業(yè)學校:重慶大學;指導教師:朱才朝

概要:

針對漸開線變厚齒輪空間傳動理論上為點接觸、齒面頻繁破損、承載能力低、振動大和噪聲高這些問題，論文從可實現(xiàn)線接觸的交錯軸空間變厚齒輪傳動嚙合理論出發(fā)，對漸開線變厚齒輪傳動空間線接觸嚙合理論、輪齒設計制造方法、嚙合特性以及系統(tǒng)動態(tài)特性等關鍵科學技術展開研究，取得突破性的創(chuàng)新成果，主要表現(xiàn)為:

(1)將空間嚙合理論和變厚齒輪設計加工方法結合起來，推導出交錯軸漸開線變厚齒輪傳動實現(xiàn)從空間點嚙合到線嚙合的轉變條件，提出了基于節(jié)圓錐共軛原理的交錯軸變厚齒輪線接觸嚙合原理和考慮線接觸的交錯軸漸開線變厚齒輪傳動直接、間接設計法，建立了一套線接觸交錯軸漸開線變厚齒輪空間傳動嚙合理論和設計方法。

(2)提出了基于安裝誤差與承載變形的交錯軸變厚齒輪傳動嚙合性能控制及加工參數(shù)優(yōu)化方法。研究了設計和工藝參數(shù)對嚙合主方向角的影響，得出了軸交角與節(jié)錐角對嚙合主方向角影響較大，刀具齒線傾斜角對其影響較小的規(guī)律;對其嚙合特性進行分析，研究外載荷，中心距誤差、軸交角誤差和齒輪軸向位置誤差對嚙合印痕、嚙合剛度、傳動誤差、嚙合位置以及嚙合線方向的影響，得出了外載荷、嚙合主方向角、中心距及軸交角誤差對嚙合特性影響較大，軸向位置誤差對嚙合特性影響較小的規(guī)律。

(3)推導交錯軸漸開線變厚齒輪傳動等效滑動摩擦系數(shù)公式，建立了考慮時變嚙合特性和箱體彈性支撐的交錯軸變厚齒輪傳動系統(tǒng)非線性動力學模型，對系統(tǒng)動態(tài)特性進行分析，揭示了其動態(tài)機理;研究了嚙合主方向角、外載荷及安裝誤差對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，得出了嚙合主方向角減小與外載荷、中心距及軸交角誤差增加使得動態(tài)傳動誤差、動態(tài)嚙合力及動態(tài)軸承支力明顯增加，軸向位置誤差對動態(tài)特性影響較小的規(guī)律，提出了一套交錯軸漸開線變厚齒輪傳動系統(tǒng)非線性動力學分析方法。

(4)研究成果應用于高速小傾角艦船齒輪箱，所開發(fā)的齒輪箱綜合技術性能達到國際先進水平，打破國外技術壟斷和封鎖，填補國內(nèi)技術空白。

仿生機器魚推進機理實驗與控制研究

作者:文 力;畢業(yè)學校:北京航空航天大學;指導教師:王田苗

概要:

仿生機器魚是機器人學、生物力學的多學科交叉的國際前沿研究熱點問題之一，其研究不僅能揭示比較與進化生物學科學問題，而且有利于推動新仿生智能材料與結構航行器樣機的研發(fā)。本論文研究依托北航智能技術與機器人中心iTR，建立了仿生機器魚定量測量推進性能的方法與平臺，提出了高效的游動控制理論方法，并通過大量實驗，獲得了水下仿生航行器推進機理的一些重要結論。

論文中首次提出了一種“自主推進”實驗方法，結合光機電一體化技術搭建了定量測量機器魚推進性能的實驗平臺。該平臺工作原理滿足“自主推進”物理條件，且能同步獲取機器魚的功耗、整體外力以及流場，進而可定量地計算機器魚游動效率。文中系統(tǒng)地分析研究了活魚游動的關鍵運動參數(shù)對機器魚推進性能的影響，結果所獲得最高的機器魚推進效率達到47.1%。為給機器魚的游動提供準確的數(shù)學模型，我們結合經(jīng)典的“抗力理論”與“大振幅細長體理論”建立了機器魚推進模型?？紤]到傳統(tǒng)機器魚控制算法中一個重要的缺憾在于沒有考慮機器魚游動過程中的推進效率。通過分析機器魚運動的“無量綱”參數(shù)與其推進性能之間存在的“知識”和“經(jīng)驗”關系，提出并建立了基于“無量綱”參數(shù)的模糊控制方法。仿真結果表明，相比傳統(tǒng)的游動控制方法，該新方法可使機器魚達到更高的推進效率與更佳的速度動態(tài)性能。為檢驗機器魚在開闊水域的推進性能，我們設計了機器魚平臺“SPC”－III。其游動性能與續(xù)航能力測試結果表明在同樣的推進速度下，比傳統(tǒng)螺旋槳推進器功耗低7%，總續(xù)航時間達到了13 h，航程49 km，平均速度1.12 m/s，成功完成了太湖部分沿岸的水質(zhì)監(jiān)測工作。

加工系統(tǒng)誤差分析及其在加工策略上之應用

作者:江浩寧;畢業(yè)學校:臺灣成功大學;指導教師:王俊志

概要:

本文以誤差累積之概念將加工產(chǎn)品尺寸誤差分為工具機空間誤差與制程誤差進行分析與探討。在工具機空間誤差方面，以空間向量法結合誤差傳遞理論推導三軸工具機空間誤差之解析方程，并導入統(tǒng)計機率分布理論建立空間卷積變異模式，利用真直度誤差、角度誤差與垂直度誤差之量測變異描述工具機空間誤差分布，其中，誤差以都普勒雷射干涉位移計搭配空間對角線量測法量測之;而制程誤差方面，本文選擇以下加工制程為研究對象:

(1)放電加工:主要以考慮相關系數(shù)之變異模式觀察放電參數(shù)、放電坑尺寸與放電間隙的關系，透過誤差傳遞理論描述放電坑過切量及其變異分布。研究結果發(fā)現(xiàn)，相關系數(shù)為描述參數(shù)間耦合程度的重要參數(shù)，參數(shù)耦合效應考慮與否雖不影響誤差平均值的計算，但卻是影響誤差變異的重要因子。若將考慮耦合效應之變異模式應用于量測放電坑深度，可協(xié)助判認工具機之垂直定位誤差。

(2)銑削加工:本文以卷積力模式為基礎，提出”表面生成窗”描述瞬時銑削力與表面生成位置間之關系，探討銑削加工中切削力導致之表面輪廓形成機制，推導折曲點高度位置之閉合解及折曲表面輪廓發(fā)生之充要條件，并將其簡繪成圖，提供制造者快速判認各種切深條件與刀具幾何下之加工面輪廓，透過此圖，亦可在無折曲表面發(fā)生前提下迅速選擇最大軸向切深與最大體積移除率之切深條件或相對應之刀具。最后，本文將上述理論推廣至連續(xù)銑削加工，提出不規(guī)則曲面銑削之加工面誤差解析模式與徑向切深分配策略。研究發(fā)現(xiàn)折曲表面輪廓可歸納為3種形態(tài)且只與6個參數(shù)有關，3個刀具幾何參數(shù)(直徑、螺旋角及刃數(shù))及3個切削參數(shù)(軸向切深、徑向切深與徑向比切削系數(shù))。對連續(xù)銑削而言，先逆銑后順銑能有效在兩道次加工內(nèi)減少工件尺寸誤差，獲得平行度佳且低表面粗糙度的加工面，優(yōu)點是不需加裝額外的控制系統(tǒng)、低成本且容易使用。

本論文在學術理論及加工應用面上皆有所突破，相關研究成果也推廣至業(yè)界協(xié)助生產(chǎn)4C產(chǎn)品與開發(fā)智能化工具機，具有重要的價值與意義。

機床熱誤差魯棒補償技術研究

作者:尹 玲;畢業(yè)學校:華中科技大學;指導教師:陳吉紅、李 斌

概要:

機床熱誤差補償是當前高精度加工亟待解決的問題，是當前數(shù)控技術和誤差補償方向的一個研究熱點和難點。在機床實際運行中，加工工況的復雜多變、測量系統(tǒng)的異常故障和補償可能帶來的機床沖擊等不確定因素不可避免地會對系統(tǒng)造成干擾，影響熱誤差補償控制系統(tǒng)的運行可靠性和穩(wěn)定性。

論文圍繞“機床熱誤差魯棒補償技術”展開系統(tǒng)深入的研究，重點解決機床熱誤差的魯棒補償方法和熱誤差補償在數(shù)控系統(tǒng)的嵌入集成兩方面難題。論文提出了一種混合參數(shù)的熱誤差建模策略，將特征工況參數(shù)引入到熱誤差模型中。該方法考慮了熱誤差模型預測對工況變化的魯棒性，擴大了熱誤差模型的適用環(huán)境。同時，論文首次提出了熱誤差補償對在線測量系統(tǒng)異常故障下的魯棒性保障技術，將假設檢驗的故障區(qū)域判別與D－S證據(jù)理論的區(qū)域內(nèi)故障傳感器判別相結合對故障進行診斷，并對故障數(shù)據(jù)進行自修復處理，保證了熱誤差補償控制在一定程度的異常故障情況下的無中斷運行連續(xù)性和加工安全性。進而，論文針對熱誤差補償在數(shù)控系統(tǒng)的嵌入式集成問題，對嵌入到內(nèi)核插補層的實時熱誤差補償進行了補償穩(wěn)定性研究，提出了一種基于穩(wěn)定性約束的嵌入式熱誤差補償方法，將熱誤差的補償與數(shù)控系統(tǒng)的插補控制進行了深度融合，給出了基于穩(wěn)定性約束的誤差補償算法，實現(xiàn)對位置相關和位置無關熱誤差的具有魯棒性的穩(wěn)定補償控制。最后，在深入研究基于現(xiàn)場總線的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)——華中8型數(shù)控系統(tǒng)的基礎上，研制了熱誤差補償控制的測量與建模單元，并通過現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)了與數(shù)控系統(tǒng)的集成，同時，采用在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)核插補層的接入技術，實現(xiàn)了實時熱誤差補償模塊與數(shù)控系統(tǒng)的深度融合，并在兩種類型的機床上進行了現(xiàn)場實驗驗證，驗證了論文研究方法的有效性和實用性。

復雜曲面寬行數(shù)控加工理論及其應用研究

作者:樊文剛;畢業(yè)學校:北京交通大學;指導教師:李建勇

概要:

隨著航空航天、汽車、新能源、微電子等領域的發(fā)展，不斷出現(xiàn)的復雜曲面零部件對數(shù)控加工技術提出了更高的挑戰(zhàn)。目前，寬行數(shù)控加工技術已經(jīng)在加工效率方面體現(xiàn)出了比較明顯的優(yōu)勢，但在理論及應用上尚有大量的研究工作亟待努力開展。為此，本文以圓環(huán)面刀具為基礎，對復雜曲面寬行數(shù)控加工編程技術中的刀具定位、刀軌規(guī)劃等基礎理論進行了深入研究與實踐。

首先，對現(xiàn)有的多點切觸加工理論和幾種典型多點刀位算法進行了分析，初步建立了多點切觸加工的通用數(shù)學模型。提出了基于單個切觸點的寬行刀位算法——改進的圓弧相交法，新算法不僅穩(wěn)定、計算效率高，而且能夠產(chǎn)生類似于多點刀位算法特有的“W”型誤差分布，因此可以獲得很大的加工帶寬。在此基礎上，進一步提出了基于兩個切觸點的寬行刀位算法——旋轉切觸法，通過對刀具后跟角和側偏角的嵌套優(yōu)化，最終實現(xiàn)了刀具和工件曲面在最小主曲率方向兩側的兩點切觸，改善了表面加工質(zhì)量。

然后，為了使復雜曲面加工產(chǎn)生光順規(guī)整的刀路并充分利用由寬行刀位算法帶來的加工帶寬的優(yōu)勢，提出了特征參數(shù)線刀軌規(guī)劃算法，其基本原理是使下一條刀路的左特征參數(shù)線對應的參數(shù)值等于當前刀路的右特征參數(shù)線對應的參數(shù)值，即使所有規(guī)劃刀路對應的特征參數(shù)加工區(qū)域的集合恰好構成一張完整的工件曲面片。算例表明，特征參數(shù)線刀軌規(guī)劃算法不僅可以產(chǎn)生光順無干涉的刀路，而且相比于等參數(shù)線法能夠有效減少曲面加工所需的刀路數(shù)量，提高實際加工效率。

最后，以汽車頂蓋凸曲面為例，對復雜開闊凸曲面的寬行數(shù)控加工進行了深入研究。重點對不同走刀方向下的刀位誤差分布及刀位算法中一些關鍵參數(shù)對刀位誤差分布的影響情況進行了深入分析。結果表明:在多點切觸加工凸曲面時，一般只有使刀具沿凸曲面的最大主曲率方向進給，圓環(huán)面刀具和工件凸曲面之間才有可能達到兩點切觸，這和凹曲面得出的結論是完全相反的。計算結果和加工實驗則再次驗證了本文提出的寬行刀位及刀軌優(yōu)化算法的正確性。