67200字硕士毕业论文工程机械第四力矩可靠性预测研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：67200字

论点：可靠性,设计,机械

论文概述：

模糊数学与可靠性理论结合得到的可靠度称为模糊可靠度。通过这种方法，使计算得到的零件可靠度的结果更加符合实际情况。由本站硕士论文中心整理。

论文正文：

工程中第四力矩可靠性预测的研究

引言:将模糊数学与可靠性理论相结合得到的可靠性称为模糊可靠性。通过这种方法，零件的可靠性计算结果更加符合实际情况。由本网站的硕士论文中心组织。

第一章简介
1.1选题的工程背景和意义
传统机械结构设计方法一般采用确定性方法，不能预测机械结构和零件的可靠性。主要原因是:首先，传统设计中使用的载荷和材料性能数据是它们的平均值，没有考虑数据的波动。第二，为了保证机械的可靠性，计算出的载荷和材料强度经常乘以各种因素，如载荷系数、尺寸系数等。最后还考虑了安全因素。这种传统的设计方法是基于以前的经验。传统的机械设计方法考虑了安全因素，但没有考虑可靠性。根据传统安全系数法设计的产品通常超过10件。有时会有很大的安全系数，但结构仍会受损。有时安全系数不大，结构也没有损坏。这是因为传统的设计方法没有考虑应力和强度都是随机变量，目标是有一个概率分布。传统的安全系数设计方法存在以下问题:
1，值为主观
2，安全系数设置为固定值，忽略环境和结构本身的变化；
3。它与可靠性无关，本质上不是由概率和统计来处理的。
因此，安全系数通常太高，这使得产品太重并浪费材料。用这种设计设计的产品通常粗糙、大而重。然而，在实际工程中发现，许多因素的随机性使得机械结构的设计参数不确定。环境变化也会对零件的寿命产生不可预测的影响。例如温度、湿度、辐射、电磁场、冲击、振动等。因此，我们应该在建模、分析和设计阶段考虑不确定因素的影响。在当今竞争激烈的市场经济中，只有高可靠性的产品才能获得高经济效益。国外企业也将产品可靠性的研究提高到了节约资源和能源的水平。这样可以有效利用材料，减少加工时间，获得体积小、重量轻的产品。
有许多因素影响机械结构的可靠性，其中一些因素是偶然的和离散的。我们必须用数学方法来解决这种随机性。目前，解决方法主要是应用统计数学，如概率论、数理统计和随机过程理论。美国控制论专家扎德教授于1965年创立了模糊数学。模糊数学是一种处理“非此即彼”问题的数学。它弥补了确定性数学中“非此即彼”的二元逻辑缺陷。模糊数学也广泛应用于可靠性设计。可靠性设计处理设计变量的随机性，并给出零件失效的概率——可靠性。在当今日益庞大复杂的机械设备中，零件的故障会带来严重的后果。因此，我们应该在机械产品的设计中增加可靠性设计。然而，某些零件的失效标准也不明确。将模糊数学与可靠性理论相结合得到的可靠性称为模糊可靠性。通过这种方法，零件的可靠性计算结果更加符合实际情况。
影响机械产品的随机因素主要表现在以下几个方面:
1。负载可变性。机械产品在工作中总是承受不断变化的载荷，无论是静态载荷还是按规定作用的交变载荷，它们总是随时间变化的。因此，机械零件上的工作应力也是一个随机变量。
2。强度的统计特征。机械零件的强度受许多因素的影响，如材料、化学成分、熔炼工艺、热处理工艺等。，这将使材料的强度显得非常分散。零件的表面状态和材料对切口的敏感性也会导致材料强度的离散类型。因此，材料强度也是随机的。
3。几何尺寸的变化。当零件用相同的工艺加工时，实际尺寸仍有差异，更不用说使用过程中的缺陷扩展和表面磨损。
4。其他模糊因素的存在。环境变化、润滑条件等考虑因素以外的因素的模糊性。
总之，机械零件受到各种不确定因素的影响。因此，研究机械可靠性问题，对工程设计人员合理设计机械结构，满足工程实际需要，使机械结构更加紧凑具有重要意义。对于十种产品，可靠性与人身安全和经济效益密切相关。因此，研究产品的可靠性非常重要和迫切。
随着计算机的普及和发展，优化设计技术已经广泛应用于机械设计的各个领域，尤其是多参数设计。该方法不仅可以提高设计效率、设计精度，减少设计人员的工作量，而且可以设计出传统设计方法无法获得的设计方案。然而，设计变量都是作为确定性值计算的，并且在设计中考虑了不确定因素的影响，而没有考虑实际的工程情况。从设计上设计的产品往往浪费大量资源，机械结构的安全性能得不到有效保证。因此，要考虑各种因素对机械零件设计的影响，做好数据统计，将机械可靠性设计方法与优化设计方法相结合，从模糊神经网络的角度研究机械可靠性优化设计是非常必要的。
目前，机械可靠性设计已经渗透到机械工业的各个领域。在机械零件的可靠性设计中，十个因素对机械零件有不同的影响。ifu}_可靠性的本质是反映机械零件性能对时间因素和环境因素引起的波动的抵抗力。因此，研究十个机械零件的可靠性灵敏度是非常必要的。机械零件的可靠性灵敏度分析在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、机械维修和寿命预测等方面有着重要的应用。事实上，如果某些因素对机械零件的影响不重要，这些因素可以被认为是确定性的值。如果某些因素对机械零件的影响不可忽视，这些因素的变化必须在机械设计和制造过程中加以限制，这样变化很小，机械零件的可靠性可以从}fn。因此，研究机械结构可靠性对某些因素的敏感性非常重要。事实上，所有的机器都受到这样或那样的因素的影响。很难消除这些影响。即使它能被消除，它也会花费很多钱。显然，这种方法是不科学的。}fn减少这些因素对机械零件的影响相对简单。因此，很有必要提出一种能够反映机械可靠性对哪些因素的依赖程度的灵敏度。
现在在实际工程中，可靠性技术f2-51已经得到广泛应用。国内外专家学者也对机械可靠性灵敏度分析进行了深入研究，为可靠性研究和稳健设计提供了很好的参考，具有非常重要的工程实际意义。

1.2可靠性技术研究现状[/BR/]早在20世纪20年代和40年代，德国人就在研制v-2火箭的过程中提到了“可靠性”一词。然而，由于第十次战争的失败，可靠性在德国没有得到彻底的研究，也没有科学的定义。此后，美国对朝鲜发动了侵略战争。美国的武器和装备从太平洋东岸运到西岸。只有当他们到达西岸时，他们才发现设备故障经常发生，严重影响了作战计划，利用率非常低。为了修理设备浪费了大量的钱，这无疑增加了战争的成本。设备的故障随时困扰工程师，修理工整天忙于检查设备的故障。这些故障不是由操作损坏引起的，而是由设备运输引起的。十是军方将对这些故障的检查推给设备制造商。为此，军方和制造商发生了激烈的争吵。为了解决这个问题并找出问题所在，美国国防部组织了一个专门小组来研究武器装备的故障，试图找出故障的原因、机理、物理、环境科学和故障分析技术。最后，取得了突破性的发展，辉光焊接也取得了一定的成绩。
首先，电子元件有故障率，这与制造元件所用的材料和工艺有关，也与它们工作的环境有关。其次，武器装备的故障率与维吾尔族装备的故障率有些相似，可以在装备的设计和制造过程中加以研究。自从罗伯特·卢斯(Robert Lusse)于1952年在美国圣地亚哥提出可靠性的科学定义以来，可靠性工程作为一门边缘工程学科已经被关注了近60年。在此期间，可靠性工程在航空空、航空航天、电子、军事和核电厂工业中的应用得到了极大的发展。可靠性是产品的主要属性之一，也是考虑时间因素的产品质量。这对提高系统的有效性、降低生命周期成本、防止产品失效具有重要意义。
1980年，美国国防部指令DODD_5000.40将故障定义为事件，即产品的任何部分都不能按照其规格工作。可靠性被定义为在特定条件下无故障的持续时间或概率。为了适应国民经济的快速发展，满足建设环境友好、资源节约型社会的要求，机械产品的可靠性设计将得到更广泛的应用。可靠性理论是以产品生命为标志的边缘交叉学科。它与基础学科、技术学科和关系学科密切相关。可靠性理论在机械创新、管理创新和人们生活中发挥着重要作用，其意义不容忽视。可靠性学科在时代的发展和进步中逐渐发展成为两大学科。它包括可靠性数学、可靠性物理和可靠性工程。日本于1956年从美国引进可靠性技术，并于1958年成立了可靠性研究委员会。1960年，成立了可靠性和质量控制特别小组。进入20世纪50年代后，中国还颁布了一些可靠性工程技术标准和管理条例，促进了中国可靠性行业的快速发展。20世纪60年代，美国大力研究机械可靠性，因为机械故障给美国带来了巨大的经济损失，所以研究机械可靠性具有重要意义。美国通过加速试验和其他方法研究了机械产品在各种工作条件下的失效原因。然后，建立一个可共享的机械可靠性数据库，使更多行业的机械设计人员能够掌握这种新的设计方法。通过这一美国举措，美国机械产品的性能指标得到了极大提高。当时，人们普遍认为美国产品代表着高性能，并为美国经济注入了不可估量的力量。起初，美国设计师研究电子元件的可靠性。通过实际工程测试，指数分布与电子产品的寿命分布非常一致。美国设计师通过大量实践发现，机械产品的失效模式是多种多样的。与极限状态函数相关的随机变量通常不符合指数分布。机械产品可靠性的研究比电子产品更困难。困难如下:
1。机械产品承受的载荷随机性强，给数理统计带来困难。
2。机械产品是由许多部分组成的系统。系统中的每个部分承受不同的随机负载。每个部件的故障模式不同。ifu }_。机械系统不是简单的串并联结构，给机械产品的整体可靠性计算带来困难。
3。机械产品制造中存在许多制造误差、热处理误差、装配误差和其他偏差，对机械产品的性能有决定性的影响。环境的变化将改变
上述因素。对于没有明确极限状态函数的十种机械产品，很难估计这些因素对可靠性的影响。
4。机械产品在静强度下通常不会损坏。疲劳和腐蚀是真正常见的失效模式。对于10种不同的材料和不同的环境，疲劳和腐蚀的程度是不同的，因此很难对这些数据进行大量的统计。
5一般机械产品的使用寿命相对较长。如果一个公司或研究单位想要对机械产品进行可靠性设计，它必须获得各种随机变量的数据。这就要求公司或研究单位投入大量的科研人员、财力和精力来完成这项工作。这需要公司或研究单位有很大的勇气。
6。有许多机械产品的零件是非标准的，ifu _非常复杂。单一的工作模型难以准确解决问题，给数学建模带来很大困难。
7。测试机械产品需要很长时间，这对企业的市场份额有很大影响。产品开发时间越短，给企业带来的利润就越多。机械零件的测试往往会产生小样本数据，给统计结果带来很大误差。
到目前为止，可靠性得到了突飞猛进的发展。国内外专家学者利用数学模型，从产品工作过程的角度，对产品可靠性表达公式进行分析，对机械产品的失效进行建模，并对可靠性进行了深入的研究。文献“11]I}描述了当前可靠性设计方法的分类，并对这些方法进行了详细介绍，这对设计人员的可靠性研究有很大帮助。文件“12”全面详细地介绍了机械零件和系统的可靠性模型和应用，包括机械零件强度、机械系统、轴强度、齿轮强度、弹簧强度、螺栓连接强度、滚动轴承和系统可靠性模型等的可靠性模型和应用。文件“13”介绍了机械可靠性设计的几种常用方法、机械产品的可靠性参数和机械产品可靠性的设计步骤，为机械可靠性设计提供了指导。文献“14”提出了最大熵理论来表达随机变量前四个矩的概率密度函数，并给出了结构失效概率的离散化计算公式。文献“1_5]
研究了先验分布的获取方法，给出了实现方法，并对小样本条件下的可靠性进行了评估和验证分析。文件“16”分析了零件的挠度，并从}fn推导出刚度可靠性的设计方法。文献“17”运用ANSYS的可靠性模块对发动机连杆的可靠性进行分析，得出结构中哪一个随机变量更重要，为优化设计提供了辅助功能。文件“18”结合了实际工程结构的特点，通过实际测量和智能模拟方法研究了这种结构的可靠性。从可靠性的角度出发，实现了结构概率优化设计。同时，提出了结构安全评估的定量理论和方法，实现了对结构安全使用寿命的预测。
机械结构的极限状态函数在机械可靠性设计中必须首先建立，但现在机械结构变得越来越复杂。有时很难建立极限状态函数，有时机械结构极限状态函数的显式表达式不存在。随着计算机的快速发展和各种建模分析软件的快速升级，利用各种软件解决机械可靠性问题的应用变得非常广泛。MATLAB是MathWorks于1984年推出的数学软件。由于其功能强大、开放性好、面向问题、易学易用的特点，MATLAB越来越受到科技工作者的关注。现在它被广泛应用于信息处理、神经网络、图形处理、财务管理、概率统计、偏微分方程求解等地方。特别是在实际工程优化中，MATLAB可以利用自己的功能来优化机械结构“19”，并取得了很好的效果。文件“20”使用MATLAB软件中的Simulink模块模拟不同的系统，为研究系统可靠性提供了很大帮助。文献[21]利用强大的MATLAB优化工具箱将任意分布的随机变量转换成标准正态分布随机变量，并计算模型的可靠性指标。文献“22”利用ANSYS研究高速电主轴的抗共振可靠性，并通过偏微分方程模块显示抗共振可靠性。
在可靠性设计中，除了考虑随机变量的影响外，还应注意模糊性的影响。1965年，加州大学的阿扎德博士(L.AZadeh)发表了一篇关于“十个模糊集”的论文，首次解释了表达模糊性的重要概念——隶属函数。模糊数学是一种处理“非此即彼”问题的数学。它弥补了确定性数学中“非此即彼”二元逻辑的缺陷。因此，模糊数学发展非常迅速。此后，人们对模糊性做了大量的工作，特别是将模糊性的概念引入到机械可靠性设计中。可靠性设计处理设计变量的随机性。然而，某些零件的失效标准存在模糊性，如“允许磨损量”和“允许变形量”。在这些情况下，需要模糊数学来解决它们。将模糊数学与可靠性理论相结合得到的可靠性称为模糊可靠性。事实上，这是模糊数学和概率论渗透的结果。通过这种渗透，零件的可靠性计算结果更符合实际情况。在某些情况下，当不能得到工作应力或极限应力的概率分布时，可以用隶属函数来近似，但隶属函数不能随意采用各种分布形式。文献“23”提出了基本的十大决策理论，并将灰色系统理论引入模糊综合评判，建立了灰色模糊优化模型。文件“24”采用模糊标准分析机械可靠性，对常见工程问题进行建模研究，得到更接近实际工程的结果。
可靠性的量化有其自身的特点。首先，很难只使用一个数量，这意味着不同的使用环境可以使用不同的性能指标来表达产品的可靠性。因此，可靠性被视为产品的性能指标，但这一指标并非在所有场合都使用。对于十件，使用寿命指数通常更直观和方便。可靠性定量表示的另一个特征是随机性。对于10种特定的产品，它们要么失败要么正常工作，它们之间没有状态。然而，从特定产品到失去功能的寿命是随机的。因此，测量产品在指定时间是否出现故障也是随机的。

1.3可靠性优化设计现状[/BR/]机械产品优化设计的目的是满足结构要求，确保产品更轻。在传统设计中，与载荷和强度相关的物理量被认为是确定性的，并根据设计准则给出适当的安全系数，以确保结构的安全。这种不完善的方法往往难以反映机械产品的真实情况，最终使优化设计失败。可靠性设计的概念是将结构中的变量视为随机变量，根据数理统计理论和可靠性设计准则建立机械结构的概率数学模型。两者的结合成为可靠性优化设计。事实上，在今天的机械可靠性设计中，机械产品的结构变量通常是不确定的。也就是说，结构变量是随机的。产品设计师经常优化机械结构，以降低产品的重量或成本。然而，这样做会导致机械可靠性降低。在传统的设计原则下，安全系数掩盖了各种参数的随机性，与实际工程不符。为了解决这个问题，必须考虑结构中变量的随机性，并在优化设计中加入可靠性约束。可靠性优化设计考虑了设计中各种变量的随机性，因此其优化模型和优化方案比常规优化更接近客观现实，能够定量回答运行中产品的可靠性，也能使产品的功能变量获得优化解。因此，这是一种更具实用工程价值的综合设计方法。这种方法可以明显提高工厂的经济效益，使企业走上可持续发展的道路。目前，国内外专家学者在机械可靠性优化设计方面做了大量工作。文献[2_5]分析了传统设计方法与可靠性设计方法的区别，然后将两种方法结合起来进行机械零件的可靠性优化设计，并提出了两种优化方法。随着计算机的快速发展，一些计算能力较强的软件也得到广泛应用。ANSYS是一种有效的有限元软件，具有很强的前后处理和计算分析能力，在机械工业等地方得到了广泛的应用。目前，人们在使用ANSYS软件[[26-31]方面取得了良好的效果。文献“} 2”利用ANSYS参数化设计语言和摄动分析方法实现机械零件的可靠性设计，开辟了机械可靠性优化设计的新方法。文献[33]研究了具有不完全概率信息的多种失效模式下机械系统的可靠性优化设计。建立了相应的计算模型，提出了独特的计算方法。文件[34]介绍了可靠性优化设计在十台工程机械设计中的应用。建立了机械参数的可靠性计算模型、可靠性优化分布模型和可靠性优化设计模型，并以工程实例为参考。文献[3 _5]利用MATLAB的优化工具箱进行汽车变速器的可靠性优化设计。这种方法可以有效缩短产品开发周期。文献“36”介绍了模糊多目标可靠性优化设计的算法。每个子目标由Ifn通过加权函数协调成统一的单目标函数，并由遗传算法求解。文件“37”表明优化技术和可靠性技术应用于机械设计。以内燃机气门弹簧为例，探讨了可靠性优化设计的可行性。文件“38”介绍了机械零件的可靠性优化设计模型，该模型以零件损失为指标，综合了制造成本和长期效益，并给出了解决方案。
随着十粒子群优化算法的快速发展，一些学者将其应用于可靠性优化设计。文献“39”描述了粒子群随机初始化的过程，以表示可能的解，在解空之间迭代，从Ifn中找到最优解，总结过去改进的算法，并展望未来的研究方向。
综上所述，可靠性优化设计在提高工厂经济效益、增强国家竞争力、提高人民生活水平方面发挥着重要作用。这是我们在21世纪必须认真面对的一个课题。

1.4稳健设计研究现状
目前，科技进步的步伐正在发生变化，经济全球化的竞争日益激烈。公司试图在竞争中保持不可战胜的地位。当今世界一流的企业已经发现六西格玛，一种先进的管理模式和管理方法，是企业追求质量的有效途径。在六西格玛管理方法中，田口方法作为稳健设计的核心技术，是开发高质量产品最有效的方法。
田口方法(Taguchi method)是由田口野池博士在20世纪70年代创立的一种新的质量工程技术方法。它为提高质量提供了新的方法和新思路。Ifu }_提供高效率和高鲁棒性的产品开发和设计技术。六西格玛的目标是产品和过程中的零缺陷。田口方法将传统设计分为两个阶段，即系统设计、参数设计和公差设计。田口方法的最大特点是将质量管理与经济效益联系起来。它运用数学方法从工程技术的角度研究质量管理的理论和方法，从而形成一个创新的、通用的质量设计和质量评价体系。近半个世纪以来，人们已经意识到鲁棒性的重要性，各国专家学者做了大量工作。田口的方法也变得越来越完善，从静态稳健设计逐步到动态稳健设计，从稳健的产品开发到稳健的技术开发，从过程到从单一稳健的过程开发到过程和产品并行开发的过渡。研究方法变得越来越简单和巧妙。
随着田口方法的应用越来越广泛，其好处也越来越明显。工程实践证明，稳健性是产品评价和验收的首要标准，大公司对产品稳健性的要求更加突出。稳健性在日本和美国等发达国家被广泛使用。作为一种象征，ROBUST已经成为产品质量可靠、值得信赖和购买放心的象征。稳健设计的目的是当产品中的设计变量略有变化时，确保Ifn产品的稳定性。现有的稳健设计方法主要分为两类:一类是基于经验或半经验，包括田口法、响应面法和广义模型法。二是基于优化方法和工程模型相结合的工程稳健方法，包括随机模型法、灵敏度分析法和公差多面体法。稳健设计也称为稳健设计。其特征在于，通过产品设计和技术开发，以最低的材料消耗，产品对十大外部环境变化、机械零件制造公差和时间因素造成的磨损、疲劳、变质等干扰具有很强的抵抗力。Ifn使产品具有高度稳定的性能，使开发的技术能够在大规模生产和不同使用环境下长期稳定地满足用户的需求。从fn开始，公司可以有效降低机器故障造成的维护成本，大大提高企业的经济效益。根据麻省理工学院的一项调查，美国70%的工程师和技术人员知道稳健的设计方法。我们于1980年引入稳健设计方法，并首次将其应用于机械行业。
从稳健设计的角度来看，我们可以看出可靠性的本质是反映产品对环境因素和时间因素引起的波动的抵抗力。阻力越大，鲁棒性越好，阻力越弱，鲁棒性越差。因此，稳健设计无疑是提高产品可靠性的有效途径。稳健设计的目的是减少质量波动。其本质是减少产品性能的总体差异。
近年来，随着科学技术的发展，稳健设计理论出现了一些新的研究成果。文件“40-41”阐述了当代稳健设计的发展过程，力求从工程角度表达田口方法的基本理论、基本思想、应用方法和步骤。文件“42-43”阐明了稳健设计技术的概念和重要性，分析了国内外专家学者在稳健设计理论研究方面的最新进展。在此基础上，提出了稳健设计集成稳健设计系统的发展趋势。文献[44]讨论了不完全概率信息下梁结构的可靠性稳健设计，并提出了可靠性稳健设计方法。可靠性灵敏度被引入到可靠性优化设计中。灵敏度被用作进行数学建模的约束，并且结果由Ifn计算。文献“4 _ 5”提出了将可靠性稳健设计理论与多目标决策相结合的方法，将结构可靠性稳健优化设计问题转化为多目标优化问题。运用灰色理论中的相关分析方法，创造性地提出了灰色粒子群优化算法求解的可靠性稳健优化问题。文献[46]指出，通过分析均方误差标准的合理性并考虑方差的重要性，用响应面模型给出了过程方差的可行区域，并构造了以均方误差为目标函数、过程均值和方差为约束的稳健设计参数模型。
稳健设计与国家生产相关。可靠性的提高有利于增强中国产品的国际竞争力。与国外相比，稳健技术在实际生产中的应用在中国仍然很少。这个问题必须认真解决。总的来说，谁掌握了稳健的设计技术，谁就将在今天立于不败之地。

参考
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中文摘要3-4[/BR/]摘要4-5
第1章引言8-18
1.1选题的工程背景和意义8-10
1.2可靠性技术研究现状10-14
1.3可靠性优化设计现状14-15
1.4稳健设计研究现状15-16
1.5研究内容16-18
第二章数学基础和可靠性基础 2.3机械可靠性设计中的可靠性基础21-28[/比尔/] 2.3.1干涉理论21-22[/比尔/]2 . 3 . 2基本概念22-25[/比尔/] 2.3.3可靠性设计的常用方法25-28[/比尔/] 2.4可靠性优化设计模型28[/比尔/] 2.5工程数学软件介绍MATLAB 28-29[/比尔/] 2.6本章摘要29-30[/比尔/]第3章 3.4基于四阶矩的典型机械零件可靠性优化设计32-45[/溴/] 3.5本章总结了45-46[/溴/]第4章机械零件可靠性灵敏度分析46-68[/溴/] 4.1引言46[/溴/] 4.2有限元方法46-51[/溴/] 4.2.1概率设计概述49[/溴/] 4 . 2 . 2 PDS 49-50[/溴/]4的基本过程和步骤 4.5本章总结66-68
第5章机械稳健设计68-76 [/BR/] 5.1稳健性简介68-69
5.2评价指标69 [/BR/] 5.2.1质量损失函数69 [/BR/] 5.3产品质量设计模型69-72 [/BR/] 5.3.1机械产品的功能因素69-70 [/BR/] 5.3.2模型70-70的基本要素 第六章结论和展望76-78
6.1本文综述76
6.2研究展望76-78
参考文献78-82
致谢82-83
硕士学位学习期间发表的论文内容83-84图邵平。工程可靠性“m”。北京:北京航空空航天大学出版社，2000。
您可能对工程硕士论文有购买需求，请到工程硕士论文的渠道选择:郑旭霞，机械产品可靠性数学模型分析“j”。机械制造研究。2008年05: 10-11。
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