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中国机械工程

中国机械工程

2024年12期

《中国机械工程》由中国科协主管、中国机械工程学会主办，是中国机械工程学会会刊，是中国机械工程领域的权威期刊。曾入选国家期刊方阵“双高”期刊，获三届国家期刊奖、三届全国百强科技期刊。

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| “轻质薄壁构件极端应变速率成形制造”专题序言

| “轻质薄壁构件极端应变速率成形制造”专题序言

当前，高端装备用高性能构件制造技术在常规制造、传统制造基础上，向非常规制造及极端制造发展，极端制造成为推动制造装备、制造工艺和相关产业发展最有力的牵引力和原动力之一。我国制造强国战略文件中明确指出，航空航天装备、节能与新能源汽车、先进轨道交通装备等十大领域是国家大力推动突破发展的重点领域。轻质薄壁构件极端成形制造是新一代航空航天飞行器、战略导弹、轨道交通等领域提高运载器件承载能力极限和实现节能减排
综述 | 薄壁构件渐进式电磁成形技术研究进展

综述 | 薄壁构件渐进式电磁成形技术研究进展

摘要：随着我国高端制造业的发展，航空航天等众多工业领域对薄壁构件的需求急剧增加。传统的电磁成形凭借其高速率成形特性，已成功应用于某些关键轻质材料薄壁构件的生产制造中，但受到成形线圈和放电设备的限制，难以加工大尺寸、结构复杂的零件。近十几年来，渐进式电磁成形技术逐渐被开发，并应用于大型薄壁构件的加工中，在此期间大量研究成果也随之涌现。在简述电磁成形技术原理及特点的基础上，按照工艺形式将现有渐进式
材料本构模型和仿真模型 | 超声振动软化Johnson-Cook模型建立及薄管卷边实验验证

材料本构模型和仿真模型 | 超声振动软化Johnson-Cook模型建立及薄管卷边实验验证

摘要：为准确描述轻质薄壁构件在超声振动辅助成形中的变形行为，以TU1无氧铜和316L不锈钢为对象，开展超声振动法向激励辅助单向拉伸试验。考虑超声振动软化效应，通过引入新的超声软化函数，建立一种超声振动Johnson-Cook模型。开发自定义子程序将模型嵌入有限元软件进行模拟，且与单向拉伸试验和卷边试验进行对比验证。结果表明：数值模型可有效捕捉材料超声振动软化行为，平均绝对比例误差最低可达0.9
材料本构模型和仿真模型 | 铝锂合金回弹预测的机器学习及有限元仿真与实验

材料本构模型和仿真模型 | 铝锂合金回弹预测的机器学习及有限元仿真与实验

摘要：分别在180 ℃、190 ℃和200 ℃温度的不同应力条件下对2195铝锂合金进行蠕变时效试验，利用MATLAB软件拟合得到本构方程，并将本构方程整合到非线性有限元软件MSC.Marc中，构建了2195铝锂合金瓜瓣蠕变时效成形的有限元模型，模型以时间、应力和温度为输入参数，回弹半径为关键输出参数。为提高预测精度与效率，对比分析了多种机器学习回归模型，最终选定岭回归模型作为预测工具，实现了
材料本构模型和仿真模型 | 非涡流电磁成形中铝合金板料本构模型建立

材料本构模型和仿真模型 | 非涡流电磁成形中铝合金板料本构模型建立

摘要：非涡流电磁成形是一种新型电磁成形工艺，通过在金属工件上直接施加脉冲电流来代替感应涡流，实现工件高速变形，其速度达到102 m/s，应变率高达103 s-1，该工艺没有复杂的线圈结构，电磁力也更为均匀。针对5052-O铝合金薄板进行了非涡流电磁成形试验及有限元模拟，采用逆向识别方法对Cowper-Symonds和Johnson-Cook高应变率本构模型中的参数进行确定，并预测了5052-O
材料微观组织演变和性能分析 | 应变速率对304不锈钢塑性变形及马氏体转变行为的影响

材料微观组织演变和性能分析 | 应变速率对304不锈钢塑性变形及马氏体转变行为的影响

摘要：为研究0.5 mm厚304不锈钢室温条件下的塑性变形行为及马氏体转变规律，开展0.000 67 s-1、0.002 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1及1 s-1五种不同应变速率下的单轴拉伸试验，并通过X射线衍射仪对各样品进行物相分析。结果表明：随着应变速率增大，材料的屈服强度明显上升，表现出应变速率强化效应；由于拉伸过程中塑性功转化为热能，马氏体转变受到抑制，抗拉强度略有减小。在
材料微观组织演变和性能分析 | 瞬时电流和后续时效对7075铝合金力学性能和微观组织的影响

材料微观组织演变和性能分析 | 瞬时电流和后续时效对7075铝合金力学性能和微观组织的影响

摘要：提出了瞬时脉冲电流对铝合金超快固溶和后续时效强化的处理方案，采用宏微观实验手段分析了材料力学性能和微观组织演变规律。结果表明：随着放电电压的增大，预拉伸后7075铝合金材料屈服强度逐渐减小，但延伸率呈现“小幅度增大—减小—大幅度增大”的变化趋势。当脉冲电流峰值超过86 kA（对应的放电电压超过9 kV）时，材料力学拉伸曲线出现了波特文-勒夏特利（Portevine Le Chatelie
复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 2024铝合金锥形孔电磁翻边线圈设计及成形工艺研究

复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 2024铝合金锥形孔电磁翻边线圈设计及成形工艺研究

摘要：为实现锥形孔电磁翻边的线圈设计和成形工艺，基于LS-DYNA有限元仿真软件建立了有限元模型，设计了变匝间距随形线圈，得到了最佳放电电压；揭示了线圈设计和放电电压对成形结果的影响；随后进行工艺试验，得到了满足技术要求的零件。结果表明：采用变匝间距设计的线圈可以增大小圆弧区的电磁力密度，进而使小圆弧区成形高度明显增大，成形均匀性改善；随着电压增大，零件受到的电磁力增大，小圆弧区贴模间隙迅速减
复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 纯钽薄壁构件高速级进拉深应变率效应及成形性研究

复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 纯钽薄壁构件高速级进拉深应变率效应及成形性研究

摘要：针对纯钽薄壁构件高速拉深成形过程中因应变率效应引起的成形性问题，首先开展纯钽薄板拉伸应变率效应研究及相关本构模型参数识别，构建考虑材料应变率效应的高速拉深成形Johnson-Cook本构模型，结果表明，纯钽薄板表现出明显的应变率强化效应，动态加载下的屈服强度远高于准静态拉伸下的屈服强度。然后开展钽电容器外壳高速级进拉深成形热力耦合仿真及成形实验研究，分析构件在低速和高速级进拉深成形时的壁
复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 考虑压边间隙的电控永磁压边方法及有限元分析

复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 考虑压边间隙的电控永磁压边方法及有限元分析

摘要：对不同厚度的板材进行拉深时会形成不同的压边间隙，在传统电控永磁压边工艺中，压边间隙中的介质为空气，在磁力加载时，压边间隙中的空气会形成磁回路气隙，导致磁力损耗。设计了一种将磁流变弹性体（MRE）作为聚磁介质填充到压边间隙中构建一种无磁路气隙的电控永磁压边方法，以减少磁力损耗。设计了一种具有36个磁极单元的压边力加载结构，并在不同压边间隙和不同磁力加载等级下进行有限元模拟，分析加入MRE后
复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 高应变速率下铝合金增塑降弹效应研究

复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 高应变速率下铝合金增塑降弹效应研究

摘要：针对高强轻质材料复杂薄壁构件在室温成形过程中存在的因低塑性导致的破裂和因大回弹导致的尺寸偏差等问题，以航空领域广泛应用的2024铝合金作为研究对象，分别开展低/高应变速率下的单向拉伸试验，以探究应变速率对2024铝合金塑性的影响规律。通过对比分析普通冲压、高速冲压和冲击液压三种加载方式下不同角度的板材弯曲成形，解耦分析了高应变速率和液体介质对板材回弹的影响规律。结果表明，高应变速率加载下
复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 6063铝/20钢管磁脉冲胀形连接工艺研究

复杂薄壁构件制造工艺和参数优化 | 6063铝/20钢管磁脉冲胀形连接工艺研究

摘要：为探究带集磁器结构的异种金属管材磁脉冲胀形连接新方法，分析了集磁器条件下电磁力分布和铝管的胀形连接行为规律，通过连接接头拉脱实验，研究了主要工艺参数对磁脉冲胀形连接效果的影响。结果表明：集磁器显著提高了铝管胀形区电磁力，铝管与集磁器工作区的搭接长度对铝管胀形变形影响较大，当搭接长度为集磁器工作区长度的1.5倍时，获得了最大的有效接触面积；在外管仅发生弹性变形时，碰撞压力与放电电压呈正相关
机械基础工程 | 2-(U+UPS)PU+UPU平动机器人腿机构设计与力速性能分析

机械基础工程 | 2-(U+UPS)PU+UPU平动机器人腿机构设计与力速性能分析

摘要：以自由度少、末端无伴随转动特征且控制复杂度低为设计目标，提出了一种2-（U+UPS）PU+UPU串并混联三自由度平动机器人腿机构。基于旋量理论分析了腿部机构的活动度并建立了腿部机构的运动学模型，仿真计算得到了腿部机构的末端工作空间和姿态变化特性，推导了末端速度雅可比矩阵及力雅可比矩阵，分析得到速度和力学特性变化规律。开发了所提出腿部机构的原型样机，验证了其可行性。关键词：机器人腿；2
机械基础工程 | 砷化镓解理加工的划片过程仿真分析及工艺研究

机械基础工程 | 砷化镓解理加工的划片过程仿真分析及工艺研究

摘要：为有效提高砷化镓（GaAs）基半导体激光芯片巴条谐振腔面解理加工质量，开展了一种新型点划方式的划片仿真分析及工艺实验。建立GaAs划片过程的有限元仿真模型，根据不同划片工艺，研究划片载荷及应力分布情况；开展解理工艺验证实验，分析解理面形貌特征，对划片工艺进行验证。研究结果表明，优化后的工艺方法（即由内向外点划片）可有效降低划片过程材料表面损伤程度，减少脆性断裂现象，实验结果与仿真结果具有
机械基础工程 | 不等速行星轮系机构混合多位姿综合方法及应用

机械基础工程 | 不等速行星轮系机构混合多位姿综合方法及应用

摘要：为使不等速行星轮系机构能够实现精准取放任务，提出一种混合多位姿运动综合方法。将不等速行星轮系机构视为平面2R开链机构与非圆齿轮传动机构的组合，以理想运动轨迹上关键位姿（精确与近似）数据为约束，基于杆长不变条件建立平面2R开链机构混合多位姿运动综合模型，并利用同伦算法求解获得最优结构参数；给出了非圆齿轮传动比计算与分配方法，实现了不等速行星轮系机构的混合多位姿运动综合。将此运动综合方法应用
机械基础工程 | 多模式弹性驱动器的研制及特性分析

机械基础工程 | 多模式弹性驱动器的研制及特性分析

摘要：针对目前刚性驱动器存在缓冲差、能耗大、驱动模式单一等问题，面向腿式机器人提出一款多模式弹性驱动器，采用电机带动丝杆螺母串联弹簧，并结合刹车装置，实现驱动器的多模式输出。首先根据腿式机器人膝关节的运动需求进行弹性驱动器设计；然后建立多模式弹性驱动器的刚柔耦合动力学模型，研究不同弹性系数及负载质量对驱动器输出性能的影响；最后，研制多模式弹性驱动器样机，搭建控制系统软硬件平台进行驱动器性能测试
机械基础工程 | SiCp/Al复合材料螺旋铣削力和制孔质量影响因素研究

机械基础工程 | SiCp/Al复合材料螺旋铣削力和制孔质量影响因素研究

摘要：为了探究SiCp/Al复合材料螺旋铣削过程中材料去除机理以及铣削力和制孔质量影响规律，利用有限元仿真对加工表面形成机理进行研究，并通过试验验证了仿真的准确性。探索了工艺参数对铣削力、孔壁加工形貌、出入口棱边质量的影响规律，结果表明：螺旋铣削过程中铣削力随主轴转速增大而降低，随螺距和公转转速增大而增大；加工表面形貌均匀性随主轴转速增大而提高，随螺距和公转转速增大而降低；出口棱边质量随主轴转
机械基础工程 | 以离散磨粒为计算单元的面齿轮展成磨削温度场预测方法

机械基础工程 | 以离散磨粒为计算单元的面齿轮展成磨削温度场预测方法

摘要：面齿轮磨削温度场预测中存在两个难题：一是砂轮与面齿轮之间存在复杂的相对运动和接触变化，导致传统的齿轮磨削温度场模型失效；二是以往的磨削温度研究中，大多将砂轮-工件接触区域整体作为一个移动带状热源，忽略了磨削接触区域中离散磨粒的微观切削行为，导致磨削温度场的计算精度不高。为解决上述问题，建立了面齿轮的材料去除模型，推导了轮齿材料去除参数的表达式，以砂轮离散磨粒为计算单元，将热流密度的建模与
机械基础工程 | 重型集装箱卡车轮胎磨损颗粒物散射的分布特性

机械基础工程 | 重型集装箱卡车轮胎磨损颗粒物散射的分布特性

摘要：建立了流-固-颗粒相单向耦合的重型集装箱卡车空气动力学模型，研究了不同车速下轮胎磨损颗粒物的空间和浓度分布。研究结果表明：重型卡车轮胎磨损颗粒物扩散受车尾涡流影响较大；在横向上，扩散宽度在车后呈现先增大后稳定的趋势，最宽可以达到3.0 m，颗粒物浓度呈现先升高后降低的趋势，在横向1.0 m位置达到最高值0.34 mg/m3；在纵向上，磨损颗粒物扩散高度先升高后保持高度，在车后方4.0 m
先进材料加工工程 | 316不锈钢低周疲劳响应与寿命预测改进方法研究

先进材料加工工程 | 316不锈钢低周疲劳响应与寿命预测改进方法研究

摘要：基于文献中0.4%、0.8%、1.0%应变幅下疲劳实验数据，对硬化参数与应变幅之间的关系进行了系统研究，得到了硬化参数关于应变幅的拟合曲线。建立了能够反映疲劳循环滞回曲线、峰值应力演化曲线和损伤演化曲线的有限元模型，通过数值模拟结合Manson-Coffin方程分别进行了0.5%、0.7%、0.9%、1.2%应变幅下疲劳寿命预测。开展了0.9%和1.2%应变幅下316不锈钢低周疲劳实验，
先进材料加工工程 | 离散组装八面体超材料设计与性能调控

先进材料加工工程 | 离散组装八面体超材料设计与性能调控

摘要：为解决八面体超材料大规模应用受制备工艺限制的问题，提出了一种八面体超材料离散组装设计与性能调控方法。首先将传统三维八面体超材料分解为二维模块化片体结构，采用稳定、易拆装的螺栓连接方式组装成三维八面体超材料及周期性扩展结构，并推导了离散组装设计模型的参数化形式。然后分析了模块化片体结构的力学特性，采用有限元分析方法验证了离散组装模型的力学性能。最后，提出了基于数字编码思想的三阶魔方排布性能
学会资讯 | 《中国机械工程》入选中国科技期刊卓越行动计划二期中文梯队期刊项目

学会资讯 | 《中国机械工程》入选中国科技期刊卓越行动计划二期中文梯队期刊项目

近日，根据中国科协、教育部、科技部、财政部、国家新闻出版署、中国科学院、中国工程院«关于组织实施中国科技期刊卓越行动计划二期项目的通知»（科协发创字〔２０２４〕４１号）、«中国科技期刊卓越行动计划二期项目评审方案»及细则有关规定，经公开申报、资格审查、陈述答辩、专家委员会复核、结果公示，确定中国科技期刊卓越行动计划二期入选项目共计４６３项.入选名单已于２０２４年１１月２８日公布. ４６３个入选项

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