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: 2713 Clicked: 4173 Cited: 1 Commented: 0(p.335-340) <Full Text>

Chinese summary <50> 计算机辅助公差设计中的关键问题研究

概要：作为机械产品设计和制造过程中的一项重要内容，计算机辅助公差设计（CAT）是CAD/CAPP/CAM集成的关键技术，是国内外先进制造技术发展中亟需解决的问题。计算机辅助公差设计覆盖面非常广泛，涵盖公差规范和标准化、设计/制造工艺/产品生命周期管理中的公差设计、检测与测量以及功能公差设计。本文首先简要分析这些热点问题的研究进展情况，其次介绍本专辑收集的第13届国际生产工程科学院计算机辅助公差设计会议中的最新研究成果，分析该领域的最新研究进展，希望能帮助读者了解相关研究工作并促进研究人员开展讨论，进一步实现计算机辅助公差设计中的关键技术的突破，促进CAD/CAPP/CAM的集成。

关键词组：计算机辅助公差设计；公差规范与标准；公差设计；检测与测量；功能公差设计

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: 4028 Clicked: 7896 Cited: 3 Commented: 0(p.341-352) <Full Text> <PPT> 2166

Chinese summary <742> 弧线段T-Map布尔交运算获取线轮廓度T-Map的方法研究

目的：为使零件在设计阶段实现公差的自动分配，研究线轮廓度在计算机中的表达模型。
创新点：1.提出一种新的构建线轮廓度公差T-Map图的方法；2.用运动学等效的方法表示理想轮廓公差域的允许偏差。
方法：1.将零件轮廓分解成多段，然后分别为每段生成一个实体模型T-Map（图6和7）；2.利用布尔交运算将所有分段T-Map合成一个完整线轮廓度的T-Map（图8）；3.以弧形短槽为例，演示创建线轮廓度的方法步骤。
结论：将弧形短槽轮廓分成多段，先实现每一段的T-Map，再利用布尔交实现整体线轮廓度公差的T-Map图，证明该方法在构建任意轮廓的线轮廓度公差上的有效性。

关键词组：几何公差；线轮廓度；公差模型；公差带；布尔交

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: 2492 Clicked: 5297 Cited: 0 Commented: 0(p.353-360) <Full Text> <PPT> 1913

Chinese summary <38> 线性化行为模型的迭代统计公差分析

目的：分析由制造过程产生的变化对机构行为造成的影响。主要分析线性化方法对失败率估计的影响，从而平衡模型线性化造成的误差、计算时间和结果准确性。
创新点：简化优化步骤，将机构行为线性化为几个部分，取代整体蒙特卡洛法，并采用一种迭代算法得到更加精确的结果。
方法：1.采用带有非线性约束条件的几何线性化方法和基于失败率置信区间的算法（图3、4和5）；2.以一个器件连接器为例，验证该算法在估计装配失败率上的作用。
结论：1.线性化方法不影响蒙特卡洛仿真时间；2.线性化次数对计算时间和失败率估计准确率有很大影响（表1）；3.线性化迭代统计方法相对于蒙特卡洛法在计算时间、计算精度和计算效率上有很大的优越性。

关键词组：公差分析；失败率；行为模型线性化；蒙特卡洛线性化

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: 2507 Clicked: 4667 Cited: 0 Commented: 0(p.361-370) <Full Text> <PPT> 1937

Chinese summary <37> 可装配性研究中基于凸包技术的关键公差识别统计方法

目的：从公差仿真结果中获得依据，以此优化公差值及公差方案，并通过灵敏度分析来验证单个参数的改变对所得仿真结果的影响。
创新点：1.根据公差技术，对凸包采取基于方差的全局敏感度分析；2.提出估计单个零件公差对装配间隙影响的方法。
方法：1.采用特征要素公差带凸包表示方法（图1）；2.进行基于方差的全局敏感度分析（图2）；3.通过灵敏度分析算法分析相对间隙和公差值的关系（图3、4和5）；4.以销孔装配为例，验证该方法的可行性（图7、8和9）。
结论：1.销孔连接的实验证明了基于凸包技术的全局敏感度分析的必要性；2.基于凸包的灵敏度分析方法可用于分析单个零件公差对装配间隙的影响。

关键词组：T-Map；公差域；可装配性；敏感度分析；统计公差分析

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: 2985 Clicked: 5183 Cited: 1 Commented: 0(p.371-386) <Full Text> <PPT> 2156

Chinese summary <39> 数控机床几何和主轴误差对精密车削端面表面质量的影响

目的：建立端面车削加工模型和不同误差下车削表面形貌的仿真方法，分析车床误差与切削加工表面形貌之间的关联关系。
创新点：1.考虑机床几何误差和主轴运动误差的影响，将车床综合运动误差模型引入到表面形貌仿真中，建立车削端面表面形貌三维仿真模型；2.研究主轴误差和几何误差对表面粗糙度的影响，分析各项误差影响的显著性水平。
方法：1.分析典型的车床结构及误差元素，建立车床综合误差模型（表1、图1和图2）；2.分析车削加工表面成型机理，研究车床误差对端面车削表面质量的影响规律，建立两者之间的数学映射关系（图3和图6）；3.基于正交实验法设计仿真实验，分析不同误差的影响趋势（图9、图10、表3和表4）。
结论：1.车床几何误差和主轴误差对端面车削加工表面形貌影响很大，其中导轨直线度会线性地叠加到车削端面的径向廓上；主轴绕y轴的转角误差、导轨绕y轴的转角误差和车床导轨间的垂直度误差会使车削端面的径向轮廓出现倾斜现象；主轴的位移误差会导致车削表面产生脊峰。2.加工表面粗糙度受主轴位移误差的振幅和频率影响较大。

关键词组：表面质量；几何误差；主轴误差；齐次变换矩阵；主成分分析；车削端面

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: 2986 Clicked: 5222 Cited: 1 Commented: 1(p.387-394) <Full Text> <PPT> 2162

Chinese summary <33> 面向认知公差的精密冲压工艺适应性设计方法

目的：精密冲压工艺过程中环境变量的波动导致工件出现破裂和皱褶等缺陷。探讨精密冲压工艺过程中环境变量（工件材质、冲压速度、压力、模具间隙和温度变化等）对冲压质量的影响，研究适应性工艺设计方法，提高精密冲压工件的质量。
创新点：1.通过马尔科夫模型方程，推导出环境变量与精密加工波动公差之间的关系；2.建立试验模型，成功模拟适应性冲压工艺过程。
方法：1.通过实验分析，推导出冲压过程中的晶粒流动和强度变化对成型零件的尺寸公差波动产生较大的影响（图2和3）；2.通过理论推导，构建环境变量与加工波动公差之间的关系，得到适应性的工艺参数调节方案（公式16）；3.通过仿真模拟，运用适应性设计方法在精密冲压过程中对工艺参数进行适应性调节，验证所提方法的可行性和有效性（图5）。
结论：1.精密冲压过程中工艺参数需要根据不同的环境变量进行调节；2.环境变量与加工波动公差之间存在映射关系，运用隐马尔科夫模型实现关联表征；3.运用适应性设计方法对精密冲压工艺参数进行调节，加工波动公差明显减小，工件质量得到提高。

关键词组：适应性设计；公差；工况驱动；精密冲压工艺

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: 2568 Clicked: 5444 Cited: 0 Commented: 0(p.395-403) <Full Text> <PPT> 2170

Chinese summary <34> 基于坡变换的表面测量中的形态学操作理论探究

目的：通过引入坡变换，揭示表面测量中形态学操作的本质。
创新点：引入坡变换，将空间域的形态学膨胀操作转换为坡域的加法操作，揭示结构元素对表面轮廓坡度和曲率的改变。
方法：1.基于坡变换理论，空间域的切膨胀操作对应于坡域的加法操作（图9）；2.分析圆结构元素作用于正弦波和圆的理论解；3.用不同半径的圆结构元素作用于正弦波，分析切膨胀和经典膨胀的相同和不同之处。
结论：1.坡变换将形态学操作从空间域转换到坡域，可获取类似于傅立叶变换将卷积操作从空间域转换到频域的分析能力；2.切膨胀操作为经典膨胀操作的上确界，但会产生重叠区域。

关键词组：形态学操作；坡变换；切膨胀；卷积；表面测量

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: 13692 Clicked: 14616 Cited: 5 Commented: 0(p.404-417) <Full Text> <PPT> 2339

Chinese summary <32> 转位角对串联式轴向柱塞泵流量脉动的影响

目的：探索转位角对串联泵出口流量脉动的影响，揭示转位角对流量脉动的影响机理，获得最佳转位角以减小流量脉动，以及探索转位角对工况的敏感性。
方法：1.建立基于单柱塞腔模型的单柱塞泵模型，求解其出口流量脉动特性；2.研究不同转位角下串联泵的出口流量脉动，优选转位角；3.对比不同转位角下出口流量脉动对工况的敏感性。
结论：1.对于单个转子使用九柱塞的串联式轴向柱塞泵，最佳转位角是20°，因该角度可消除流量脉动在奇数阶次下的幅值；2.在大范围工况下，转位角为20°时可减小约50%的流量脉动。

关键词组：轴向柱塞泵；流量脉动；转位角；敏感性分析

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: 2587 Clicked: 4833 Cited: 3 Commented: 0(p.418-426) <Full Text> <PPT> 2131

Chinese summary <38> 一种基于载荷特征预测的盾构机刀盘节能驱动技术

目的：实现盾构机刀盘载荷特征预测，并将预测结果应用于刀盘驱动系统的能耗优化控制。
方法：1.采用基于小波变换的灰色模型WGM(1,1)对盾构机刀盘载荷特征进行预测；2.基于该预测方法，设计刀盘模式控制策略（CMCS），实现刀盘驱动系统的能耗优化控制。
结论：1.相对传统灰色模型GM(1,1)，基于小波变换的灰色模型WGM(1,1)可更加精确地预测盾构机刀盘载荷特征，是一种更加有效的载荷特征预测方法；2.改变电动机定子接线方式是一种简单有效的提升刀盘系统效率的方法；3.刀盘模式控制策略不仅可以为操作者提供操作建议，而且可以通过优化电机定子接线方式，降低刀盘在低载荷下的能量消耗，提升刀盘驱动系统的效率。

关键词组：盾构机刀盘；驱动系统；载荷特征预测；刀盘模式控制策略（CMCS）