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中国机械工程

中国机械工程

2024年04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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专稿 | 2023年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

专稿 | 2023年度机械设计与制造学科国家自然科学基金管理工作综述

摘要：介绍了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科（工程科学二处）“人才”和“研究”两类项目系列中部分类型项目的申请、评审与资助情况，以及科学基金项目的进展与结题情况，阐述了机械设计与制造学科在科学基金改革探索、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措，并展望了2024年的主要工作。关键词：机械设计与制造学科；国家自然科学基金；科学基金改革；项目资助
机械基础工程 | 轮轨激扰下轨道车辆轴箱轴承振动与润滑特性分析

机械基础工程 | 轮轨激扰下轨道车辆轴箱轴承振动与润滑特性分析

摘要：基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型，研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型，通过相互作用力实现二者的耦合关系。模拟了轴承和轮对的典型故障形式，并详细分析了这些故障对轴承的振动特性和润滑特性的影响。研究结果表明：润滑可以有效减小轴承的振动；轴承的局部故障将导致油膜
机械基础工程 | 应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

机械基础工程 | 应用滑动轴承的风电齿轮箱行星轮系动力学建模及解耦方法

摘要：在行星轮系动力学建模中，常以非线性油膜力或线性刚度阻尼形式考虑其对系统动力学特性的影响，前者仿真精度高但计算成本也高，后者计算效率高却忽略了油膜力和轴颈轴套偏心量的时变性，仿真精度有限。为此，以2MW级风电齿轮箱为研究对象，建立滑动轴承时变线性刚度阻尼模型，提出计入轴颈轴套时变偏心量的滑动轴承附加偏心修正力计算方法;利用行星架销轴行星轮变形协调关系，将时变线性刚度阻尼模型与附加偏心修正力
机械基础工程 | 基于GPU加速的等几何拓扑优化高效多重网格求解方法

机械基础工程 | 基于GPU加速的等几何拓扑优化高效多重网格求解方法

摘要：针对大规模等几何拓扑优化（ITO）计算量巨大、传统求解方法效率低的问题，提出了一种基于样条h细化的高效多重网格方程求解方法。该方法利用h细化插值得到粗细网格之间的权重信息，然后构造多重网格方法的插值矩阵，获得更准确的粗细网格映射信息，从而提高求解速度。此外，对多重网格求解过程进行分析，构建其高效GPU并行算法。数值算例表明，所提出的求解方法与线性插值的多重网格共轭梯度法、代数多重网格共轭
机械基础工程 | 基于新型旋转直线往复机构的切片机设计分析及参数优化

机械基础工程 | 基于新型旋转直线往复机构的切片机设计分析及参数优化

摘要：针对现有糕点切片机切片效率和质量低下的问题，进行基于新型旋转直线往复机构的切片机设计分析及参数优化。首先对切片机构型设计及椭圆导轨长短径比和转速进行计算，然后进行运动学和静力学分析，接着分别在不同长短径比和转速动力学仿真分析基础上，构建切刀的加速度均值和均方根值三次多项式拟合方程作为目标函数，利用NSGA-Ⅱ遗传算法进行长短径多目标参数优化及转速择优，最后搭建样机完成不同转速对比实验及玉
机械基础工程 | 铣削工艺优化对镍基高温合金加工残余应力分布影响研究

机械基础工程 | 铣削工艺优化对镍基高温合金加工残余应力分布影响研究

摘要：镍基高温合金加工残余应力分布状态对产品质量有显著影响，为实现对残余应力的控制，采用仿真与实验结合的方法，研究了工艺参数、刀具参数以及力热耦合对镍基高温合金残余应力分布的影响。研究结果表明：切削深度的改变会同时影响径向和切向的残余应力；每齿进给量的改变主要影响进给方向残余应力；当转速提高时，温度场作用变强，材料出现软化效应，铣削合力降低，热应力影响逐渐增强。采用参数组合配比的方法得到了最优
机械基础工程 | 基于摩擦热效应的刷式密封摩擦副匹配性实验研究

机械基础工程 | 基于摩擦热效应的刷式密封摩擦副匹配性实验研究

摘要：刷丝与转子涂层相互作用产生的摩擦热效应直接影响刷式密封的密封性能和使用寿命。分析了刷式密封摩擦副之间的摩擦热效应理论，设计搭建了刷式密封摩擦副摩擦热效应实验装置，设计加工了6种不同结构参数与刷丝材料的刷式密封实验件和4种不同涂层材料的摩擦转盘，实验研究了工况参数、结构参数以及不同摩擦副材料对刷式密封摩擦热效应的影响，通过对比分析刷式密封最高温度以及磨损前后摩擦副的磨损形貌及磨损量，获取了刷丝
机械基础工程 | 主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

机械基础工程 | 主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

摘要：针对主动磁悬浮轴承系统（AMBs）转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热，易使保护轴承失效的问题，对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究，分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素，进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜（类石墨碳基薄膜，GLC）的减摩方法，并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明：跌落转速
机械基础工程 | 可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

机械基础工程 | 可调谐半导体激光器压电驱动系统的优化设计

摘要：针对可调谐半导体激光器中普遍存在的输出光频率无跳模调谐范围小、扫描频率低、结构复杂等亟待解决的问题，研究了可调谐半导体激光器内部压电驱动系统的动力学特性。基于提高回转精度、降低轴心偏移量的设计目标，提出了一种多叶片并联的星型柔性机构结构。基于Lagrange方程和Duhamel积分，分别建立了压电驱动系统的运动微分方程和振动方程，在此基础上建立了柔性机构的动力学模型并对其结构参数进行了优
可持续制造 | 热处理工艺对激光熔覆316L温度场与应力场的影响规律

可持续制造 | 热处理工艺对激光熔覆316L温度场与应力场的影响规律

摘要：为研究不同热处理工艺对激光熔覆残余应力的调控作用，利用ANSYS有限元分析软件建立了热力耦合模型，对不同温度（22～900 ℃）的熔覆前预热处理、不同温度（200～1000 ℃）的熔覆后退火处理以及熔覆前后协同热处理条件下的激光熔覆316L不锈钢温度场和应力场进行了数值模拟。研究结果表明：预热对熔池温度影响最大，熔池温度随预热温度的增高而增高;退火处理对激光熔覆残余应力的改善效果最好，8
可持续制造 | 无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪节能控制融合研究

可持续制造 | 无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪节能控制融合研究

摘要：为进一步提高无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪精度和能耗经济性，提出了一种轨迹跟踪节能控制融合策略。首先，建立车辆运动学模型，采用模型预测控制策略对车辆进行轨迹跟踪控制；在此基础上，以速度为交互变量，提出了一种三阶段动态规划节能控制策略，在线优化最优经济性函数，以降低整车能耗总成本；最后，选择相互独立的纯跟踪轨迹跟踪算法与功率跟随节能控制策略进行比较。结果表明，所提出的轨迹跟踪节能控制融合策略
可持续制造 | 车身多性能约束下的一体压铸三角梁轻量化设计

可持续制造 | 车身多性能约束下的一体压铸三角梁轻量化设计

摘要：系统性地构建了一体压铸结构的优化方法，基于车身系统超单元模型实现多性能约束下的车身压铸件轻量化设计。首先，缩减复杂的车身系统，针对连续的车体结构，提出了子系统划分原则和方法，分别对各子系统进行超单元缩减，保证车身系统模型的分析精度并提高计算效率，为快速优化奠定基础；其次，同步考虑压铸结构单体性能和车身系统性能，采用折衷规划法归一化静动态子目标并构建综合目标函数，应用层次分析法得到子目标权
先进材料加工工程 | 碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

先进材料加工工程 | 碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

摘要：碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料在水导激光加工后，切缝表面和横截面存在热损伤，这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题，采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律，研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明：高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度；激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。
先进材料加工工程 | 基于连续损伤力学的楔横轧芯部损伤建模及预测

先进材料加工工程 | 基于连续损伤力学的楔横轧芯部损伤建模及预测

摘要：楔横轧因存在芯部损伤累积行为而容易形成芯部疏松缺陷，准确预测芯部损伤形成条件对楔横轧轴类件高性能制造具有重要意义。开展了不同条件下的热拉伸试验，得到了影响材料损伤的主要因素；基于连续损伤力学，提出了耦合温度、应变速率和应力三轴度的损伤本构模型；开展了不同断面收缩率的楔横轧试验，标定了损伤本构模型的材料断裂阈值，并验证了损伤模型的预测精度；利用该模型预测了断面收缩率、展宽角、成形角对芯部损
先进材料加工工程 | 铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

先进材料加工工程 | 铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

摘要：铆钉镀层是影响铆接接头成形及力学性能的重要因素，采用单边摩擦铆焊（SSFR）工艺连接6005A-T6和6A01-T5铝合金板材，研究了无镀层、Zn镀层、ZnNi镀层三种类型铆钉对应的SSFR接头成形过程铆接力、能量输入及接头宏微观成形的演化规律，分析了接头中不同位置的镀层剩余厚度及铆钉/板材界面的元素扩散，探究了铆钉镀层对接头拉剪和十字拉伸性能的影响。研究结果表明，镀层的引入降低了铆钉旋
工程前沿 | 风车桥气动干扰作用下的汽车纵横向协调控制

工程前沿 | 风车桥气动干扰作用下的汽车纵横向协调控制

摘要：为提高跨海大桥上轿车的风致行车安全能力，采用合成风和动网格耦合方法建立了轿车超越集装箱货车的瞬态分析模型，揭示了“风车桥”气动交互作用机理及其对轿车气动特性的影响规律。采用五次多项式插值算法建立了超车轨迹规划模型，基于模糊逻辑的双PID控制方法与径向基神经网络的滑模控制方法设计了纵横向协调控制器，开展了轿车超车过程的路径跟踪能力分析及行驶稳定性评价。研究结果表明：风车桥的气动干扰大小与行
工程前沿 | 车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

工程前沿 | 车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

摘要：双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振，而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题，基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型，并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型，在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端
工程前沿 | 基于正交试验的850吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计

工程前沿 | 基于正交试验的850吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计

摘要：以减小850吨冷剪机剪切力为研究目的，从冷剪机剪切机理及特点出发，采用正交试验法分析剪切间隙、剪刃倾角、剪切速度、剪刃刀面宽度及剪刃重叠量等参数对剪切力的影响，分别以方差、极差及显著性作为影响因素的指标，并对其进行优先级排序，进而优化剪切参数，减小剪切力。优化剪切参数前后的冷剪机现场试验表明，优化前后冷剪机剪切力的实测值与仿真值误差均在5%以内，仿真结果可靠。采用优化后的剪切参数，冷剪机
学会资讯 | 致谢2020—2023年《中国机械工程》优秀审稿专家

学会资讯 | 致谢2020—2023年《中国机械工程》优秀审稿专家

期刊学术质量的提升，离不开同行评议专家的学术把关。为感谢审稿专家对本刊稿件评审工作的支持，弘扬优秀审稿专家科学严谨的作风、认真负责的态度及甘于奉献的精神，中国机械工程杂志社特举办2020—2023 年《中国机械工程》优秀审稿专家评选活动。杂志社依据《〈中国机械工程〉优秀审稿专家评选表彰办法》的规定，从2020—2023年参与本刊审稿工作的1000余位专家中评选出优秀审稿专家60名。在此，中国机械

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