Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2015 Vol.16 No.5 P.335-426

<<< CONTENTS >>>

Special part-issue for selected papers of the 13th CIRP Conference on Computer Aided Tolerancing (CAT 2014)

Guest Editors-in-Chief: Yan-long CAO, Luc MATHIEU, Jane JIANG

Special part-issue for selected papers of the 13th CIRP CAT 2014

Editorial: Key research on computer aided tolerancing

Yan-long Cao, Luc Mathieu, Jane Jiang

DOI: 10.1631/jzus.A1500093 Downloaded: 2338 Clicked: 3794 Cited: 1 Commented: 0(p.335-340) <Full Text>

Chinese summary <45> 計算機輔助公差設計中(zhōng)的關鍵問題研究

概要：作爲機械産品設計和制造過程中(zhōng)的一(yī)項重要内容，計算機輔助公差設計（CAT）是CAD/CAPP/CAM集成的關鍵技術，是國内外(wài)先進制造技術發展中(zhōng)亟需解決的問題。計算機輔助公差設計覆蓋面非常廣泛，涵蓋公差規範和标準化、設計/制造工(gōng)藝/産品生(shēng)命周期管理中(zhōng)的公差設計、檢測與測量以及功能公差設計。本文首先簡要分(fēn)析這些熱點問題的研究進展情況，其次介紹本專輯收集的第13屆國際生(shēng)産工(gōng)程科學院計算機輔助公差設計會議中(zhōng)的最新研究成果，分(fēn)析該領域的最新研究進展，希望能幫助讀者了解相關研究工(gōng)作并促進研究人員(yuán)開(kāi)展讨論，進一(yī)步實現計算機輔助公差設計中(zhōng)的關鍵技術的突破，促進CAD/CAPP/CAM的集成。

關鍵詞組：計算機輔助公差設計；公差規範與标準；公差設計；檢測與測量；功能公差設計

Tolerance-Maps for line-profiles constructed from Boolean intersection of T-Map primitives for arc-segments

Yifei He, Joseph K. Davidson, Jami J. Shah

DOI: 10.1631/jzus.A1400239 Downloaded: 3727 Clicked: 7413 Cited: 3 Commented: 0(p.341-352) <Full Text> <PPT> 1982

Chinese summary <731> 弧線段T-Map布爾交運算獲取線輪廓度T-Map的方法研究

目的：爲使零件在設計階段實現公差的自動分(fēn)配，研究線輪廓度在計算機中(zhōng)的表達模型。
創新點：1.提出一(yī)種新的構建線輪廓度公差T-Map圖的方法；2.用運動學等效的方法表示理想輪廓公差域的允許偏差。
方法：1.将零件輪廓分(fēn)解成多段，然後分(fēn)别爲每段生(shēng)成一(yī)個實體(tǐ)模型T-Map（圖6和7）；2.利用布爾交運算将所有分(fēn)段T-Map合成一(yī)個完整線輪廓度的T-Map（圖8）；3.以弧形短槽爲例，演示創建線輪廓度的方法步驟。
結論：将弧形短槽輪廓分(fēn)成多段，先實現每一(yī)段的T-Map，再利用布爾交實現整體(tǐ)線輪廓度公差的T-Map圖，證明該方法在構建任意輪廓的線輪廓度公差上的有效性。

關鍵詞組：幾何公差；線輪廓度；公差模型；公差帶；布爾交

An iterative statistical tolerance analysis procedure to deal with linearized behavior models

Antoine Dumas, Jean-Yves Dantan, Nicolas Gayton, Thomas Bles, Robin Loebl

DOI: 10.1631/jzus.A1400221 Downloaded: 2260 Clicked: 4812 Cited: 0 Commented: 0(p.353-360) <Full Text> <PPT> 1749

Chinese summary <33> 線性化行爲模型的叠代統計公差分(fēn)析

目的：分(fēn)析由制造過程産生(shēng)的變化對機構行爲造成的影響。主要分(fēn)析線性化方法對失敗率估計的影響，從而平衡模型線性化造成的誤差、計算時間和結果準确性。
創新點：簡化優化步驟，将機構行爲線性化爲幾個部分(fēn)，取代整體(tǐ)蒙特卡洛法，并采用一(yī)種叠代算法得到更加精确的結果。
方法：1.采用帶有非線性約束條件的幾何線性化方法和基于失敗率置信區間的算法（圖3、4和5）；2.以一(yī)個器件連接器爲例，驗證該算法在估計裝配失敗率上的作用。
結論：1.線性化方法不影響蒙特卡洛仿真時間；2.線性化次數對計算時間和失敗率估計準确率有很大(dà)影響（表1）；3.線性化叠代統計方法相對于蒙特卡洛法在計算時間、計算精度和計算效率上有很大(dà)的優越性。

關鍵詞組：公差分(fēn)析；失敗率；行爲模型線性化；蒙特卡洛線性化

A statistical method to identify main contributing tolerances in assemblability studies based on convex hull techniques

Philipp Ziegler, Sandro Wartzack

DOI: 10.1631/jzus.A1400237 Downloaded: 2197 Clicked: 4196 Cited: 0 Commented: 0(p.361-370) <Full Text> <PPT> 1761

Chinese summary <32> 可裝配性研究中(zhōng)基于凸包技術的關鍵公差識别統計方法

目的：從公差仿真結果中(zhōng)獲得依據，以此優化公差值及公差方案，并通過靈敏度分(fēn)析來驗證單個參數的改變對所得仿真結果的影響。
創新點：1.根據公差技術，對凸包采取基于方差的全局敏感度分(fēn)析；2.提出估計單個零件公差對裝配間隙影響的方法。
方法：1.采用特征要素公差帶凸包表示方法（圖1）；2.進行基于方差的全局敏感度分(fēn)析（圖2）；3.通過靈敏度分(fēn)析算法分(fēn)析相對間隙和公差值的關系（圖3、4和5）；4.以銷孔裝配爲例，驗證該方法的可行性（圖7、8和9）。
結論：1.銷孔連接的實驗證明了基于凸包技術的全局敏感度分(fēn)析的必要性；2.基于凸包的靈敏度分(fēn)析方法可用于分(fēn)析單個零件公差對裝配間隙的影響。

關鍵詞組：T-Map；公差域；可裝配性；敏感度分(fēn)析；統計公差分(fēn)析

Effects of geometric and spindle errors on the quality of end turning surface

Jiang-xin Yang, Jia-yan Guan, Xue-feng Ye, Bo Li, Yan-long Cao

DOI: 10.1631/jzus.A1500029 Downloaded: 2681 Clicked: 4516 Cited: 1 Commented: 0(p.371-386) <Full Text> <PPT> 1940

Chinese summary <34> 數控機床幾何和主軸誤差對精密車(chē)削端面表面質量的影響

目的：建立端面車(chē)削加工(gōng)模型和不同誤差下(xià)車(chē)削表面形貌的仿真方法，分(fēn)析車(chē)床誤差與切削加工(gōng)表面形貌之間的關聯關系。
創新點：1.考慮機床幾何誤差和主軸運動誤差的影響，将車(chē)床綜合運動誤差模型引入到表面形貌仿真中(zhōng)，建立車(chē)削端面表面形貌三維仿真模型；2.研究主軸誤差和幾何誤差對表面粗糙度的影響，分(fēn)析各項誤差影響的顯著性水平。
方法：1.分(fēn)析典型的車(chē)床結構及誤差元素，建立車(chē)床綜合誤差模型（表1、圖1和圖2）；2.分(fēn)析車(chē)削加工(gōng)表面成型機理，研究車(chē)床誤差對端面車(chē)削表面質量的影響規律，建立兩者之間的數學映射關系（圖3和圖6）；3.基于正交實驗法設計仿真實驗，分(fēn)析不同誤差的影響趨勢（圖9、圖10、表3和表4）。
結論：1.車(chē)床幾何誤差和主軸誤差對端面車(chē)削加工(gōng)表面形貌影響很大(dà)，其中(zhōng)導軌直線度會線性地疊加到車(chē)削端面的徑向廓上；主軸繞y軸的轉角誤差、導軌繞y軸的轉角誤差和車(chē)床導軌間的垂直度誤差會使車(chē)削端面的徑向輪廓出現傾斜現象；主軸的位移誤差會導緻車(chē)削表面産生(shēng)脊峰。2.加工(gōng)表面粗糙度受主軸位移誤差的振幅和頻(pín)率影響較大(dà)。

關鍵詞組：表面質量；幾何誤差；主軸誤差；齊次變換矩陣；主成分(fēn)分(fēn)析；車(chē)削端面

An adaptive design method for understanding tolerance in the precision stamping process

Xun Gong, Yi-xiong Feng, Zi-wu Ren, Jin Cheng, Jian-rong Tan

DOI: 10.1631/jzus.A1400220 Downloaded: 2660 Clicked: 4595 Cited: 1 Commented: 1(p.387-394) <Full Text> <PPT> 1964

Chinese summary <28> 面向認知(zhī)公差的精密沖壓工(gōng)藝适應性設計方法

目的：精密沖壓工(gōng)藝過程中(zhōng)環境變量的波動導緻工(gōng)件出現破裂和皺褶等缺陷。探讨精密沖壓工(gōng)藝過程中(zhōng)環境變量（工(gōng)件材質、沖壓速度、壓力、模具間隙和溫度變化等）對沖壓質量的影響，研究适應性工(gōng)藝設計方法，提高精密沖壓工(gōng)件的質量。
創新點：1.通過馬爾科夫模型方程，推導出環境變量與精密加工(gōng)波動公差之間的關系；2.建立試驗模型，成功模拟适應性沖壓工(gōng)藝過程。
方法：1.通過實驗分(fēn)析，推導出沖壓過程中(zhōng)的晶粒流動和強度變化對成型零件的尺寸公差波動産生(shēng)較大(dà)的影響（圖2和3）；2.通過理論推導，構建環境變量與加工(gōng)波動公差之間的關系，得到适應性的工(gōng)藝參數調節方案（公式16）；3.通過仿真模拟，運用适應性設計方法在精密沖壓過程中(zhōng)對工(gōng)藝參數進行适應性調節，驗證所提方法的可行性和有效性（圖5）。
結論：1.精密沖壓過程中(zhōng)工(gōng)藝參數需要根據不同的環境變量進行調節；2.環境變量與加工(gōng)波動公差之間存在映射關系，運用隐馬爾科夫模型實現關聯表征；3.運用适應性設計方法對精密沖壓工(gōng)藝參數進行調節，加工(gōng)波動公差明顯減小(xiǎo)，工(gōng)件質量得到提高。

關鍵詞組：适應性設計；公差；工(gōng)況驅動；精密沖壓工(gōng)藝

A theoretical insight into morphological operations in surface measurement by introducing the slope transform

Shan Lou, Xiang-qian Jiang, Wen-han Zeng, Paul J. Scott

DOI: 10.1631/jzus.A1400223 Downloaded: 2343 Clicked: 5035 Cited: 0 Commented: 0(p.395-403) <Full Text> <PPT> 2012

Chinese summary <29> 基于坡變換的表面測量中(zhōng)的形态學操作理論探究

目的：通過引入坡變換，揭示表面測量中(zhōng)形态學操作的本質。
創新點：引入坡變換，将空間域的形态學膨脹操作轉換爲坡域的加法操作，揭示結構元素對表面輪廓坡度和曲率的改變。
方法：1.基于坡變換理論，空間域的切膨脹操作對應于坡域的加法操作（圖9）；2.分(fēn)析圓結構元素作用于正弦波和圓的理論解；3.用不同半徑的圓結構元素作用于正弦波，分(fēn)析切膨脹和經典膨脹的相同和不同之處。
結論：1.坡變換将形态學操作從空間域轉換到坡域，可獲取類似于傅立葉變換将卷積操作從空間域轉換到頻(pín)域的分(fēn)析能力；2.切膨脹操作爲經典膨脹操作的上确界，但會産生(shēng)重疊區域。

關鍵詞組：形态學操作；坡變換；切膨脹；卷積；表面測量

Mechanical Engineering

Effects of index angle on flow ripple of a tandem axial piston pump

Bing Xu, Shao-gan Ye, Jun-hui Zhang

DOI: 10.1631/jzus.A1400309 Downloaded: 13207 Clicked: 13980 Cited: 5 Commented: 0(p.404-417) <Full Text> <PPT> 2070

Chinese summary <27> 轉位角對串聯式軸向柱塞泵流量脈動的影響

目的：探索轉位角對串聯泵出口流量脈動的影響，揭示轉位角對流量脈動的影響機理，獲得最佳轉位角以減小(xiǎo)流量脈動，以及探索轉位角對工(gōng)況的敏感性。
方法：1.建立基于單柱塞腔模型的單柱塞泵模型，求解其出口流量脈動特性；2.研究不同轉位角下(xià)串聯泵的出口流量脈動，優選轉位角；3.對比不同轉位角下(xià)出口流量脈動對工(gōng)況的敏感性。
結論：1.對于單個轉子使用九柱塞的串聯式軸向柱塞泵，最佳轉位角是20°，因該角度可消除流量脈動在奇數階次下(xià)的幅值；2.在大(dà)範圍工(gōng)況下(xià)，轉位角爲20°時可減小(xiǎo)約50%的流量脈動。

關鍵詞組：軸向柱塞泵；流量脈動；轉位角；敏感性分(fēn)析

A cutterhead energy-saving technique for shield tunneling machines based on load characteristic prediction

Xu Yang, Guo-fang Gong, Hua-yong Yang, Lian-hui Jia, Qun-wei Ying

DOI: 10.1631/jzus.A1400323 Downloaded: 2326 Clicked: 4402 Cited: 3 Commented: 0(p.418-426) <Full Text> <PPT> 1953

Chinese summary <33> 一(yī)種基于載荷特征預測的盾構機刀盤節能驅動技術

目的：實現盾構機刀盤載荷特征預測，并将預測結果應用于刀盤驅動系統的能耗優化控制。
方法：1.采用基于小(xiǎo)波變換的灰色模型WGM(1,1)對盾構機刀盤載荷特征進行預測；2.基于該預測方法，設計刀盤模式控制策略（CMCS），實現刀盤驅動系統的能耗優化控制。
結論：1.相對傳統灰色模型GM(1,1)，基于小(xiǎo)波變換的灰色模型WGM(1,1)可更加精确地預測盾構機刀盤載荷特征，是一(yī)種更加有效的載荷特征預測方法；2.改變電動機定子接線方式是一(yī)種簡單有效的提升刀盤系統效率的方法；3.刀盤模式控制策略不僅可以爲操作者提供操作建議，而且可以通過優化電機定子接線方式，降低刀盤在低載荷下(xià)的能量消耗，提升刀盤驅動系統的效率。

關鍵詞組：盾構機刀盤；驅動系統；載荷特征預測；刀盤模式控制策略（CMCS）