2025年, 第36卷, 第04期　
刊出日期：2025-04-25

  

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  序言

  姚倡锋

  中国机械工程. 2025, 36(04): 635.

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  <正>航空航天工业是国家科技实力与综合国力的重要体现,而复杂关键构件是保证航空航天重大装备性能实现和高效优质运行的基础。随着空天装备向更高性能、更长寿命、更极端环境适应性的方向发展,复杂关键构件的制造过程面临“形/性/稳耦合三位一体”协同调控的严峻挑战,其制造理念需要由传统以尺寸和形位精度要求为主,跃升为以高精度、高表面完整性、高服役寿命和可靠性等要求为主的高性能制造。
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  γ-TiAl合金的加工特性及能场辅助技术研究进展

  范滔, 姚倡锋, 谭靓

  中国机械工程. 2025, 36(04): 636-654.

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  γ-TiAl合金密度小、比强度高,具有优异的高温抗氧化性能,在航空航天领域有着广泛的应用潜力,然而,由于其高脆性和低室温塑性,被认为是典型的难加工材料,加工过程中存在高切削力、快速刀具磨损和表面缺陷等挑战。近年来,能场辅助加工技术为解决这些问题提供了新的思路。系统分析了γ-TiAl合金的材料特性、加工特性及表面完整性,并重点探讨了能场辅助加工技术的研究进展,包括在减小切削力、延长刀具寿命及提升表面质量中的应用效果。同时梳理了当前研究的局限性,并提出了未来发展趋势,以期为γ-TiAl合金的高效加工提供理论与技术参考。
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  强迫定位装夹对航空复合材料构件几何-物理装配性能的影响与协同保障

  郭飞燕, 张永亮, 刘嘉良, 张辉

  中国机械工程. 2025, 36(04): 655-670.

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  航空用复合材料大尺寸薄壁构件自身成形精度较低、面内翘曲变形大,装配误差累积易在配合连接部位出现不期望的几何间隙与外形超差,在工程中通常采取施加局部装夹力的强迫方式予以被动消减,但此种方法会引发不均衡的装配内应力分布甚至内部损伤等质量问题,直接影响装配结构的飞行服役性能。首先阐述强迫定位装夹原理,解析强迫定位装夹对复合材料弱刚性薄壁件装配几何精度与内应力/损伤等物理性能的影响规律;然后,从分析装配前的强迫装夹工艺参数优化、装配中的工装柔性定位力-位调整两方面出发,解析强迫装配力限值设定、几何间隙消减、应力/损伤演化预测、装夹工艺参数优化反求、应力/损伤精准测量等关键技术及其具体实现步骤方法,以实现强迫定位装夹过程中装配变形、内应力和损伤状态等形性指标的耦合分析、主动控制与协同保障;最后,从实际工程应用的角度出发,提出面向复合材料构件高质高效与低成本装配目标的下一步工作重点。
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  基于模糊线性自抗扰的薄壁件机器人铣削切深控制

  石龙, 周鹤翔, 李洲龙

  中国机械工程. 2025, 36(04): 671-680.

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  弱刚性的大型薄壁零件在机器人减薄加工过程中会出现较大的变形和振动,使得工件表面加工质量下降,剩余壁厚精度难以保证。为此,采用音圈电机驱动的随动支撑头进行振动和变形抑制,并提出了基于模糊线性自抗扰控制(FLADRC)的薄壁件机器人铣削切深控制策略。为验证该控制策略的有效性,首先采用MATLAB/Simulink仿真实验平台建立系统控制模型并进行了仿真分析,然后在薄壁件机器人铣削实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,基于随动支撑头的切深控制策略能够显著抑制薄壁件加工过程中的振动和变形,并有效保证剩余壁厚的精度。此外,相较于传统的模糊PID(FPID)控制,模糊线性自抗扰控制器具有更好的控制效果,在外部干扰的情况下表现出更好的鲁棒性。
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  不等前角变螺旋圆弧立铣刀瞬时铣削力建模与系数标定方法

  齐书韬, 李佳奇, 郑书材, 徐金亭, 孙玉文

  中国机械工程. 2025, 36(04): 681-687+696.

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  不等前角变螺旋立铣刀可有效抑制加工颤振,提高加工表面质量,并可有效降低刀具崩刃风险,然而,因各齿刀刃几何参数各异,现有模型已难以实现其切削力的准确预测,为此,提出了不等前角变螺旋圆弧立铣刀的切削力精确建模与系数标定新方法。给出了变螺旋圆弧立铣刀切削刃的几何及位置关系表达式,建立了考虑刀具跳动和各齿刃形变化的瞬时未变形切屑厚度计算模型和微元切削力预测模型;提出了切削力系数与跳动参数并行标定的非线性优化方法,并基于线性最小二乘法及斜角切削理论给出了模型参数初值的高效求解算法。实验结果表明,切削力预测的幅值与波形与实测结果具有很好的一致性,预测误差在15%以内,验证了所提方法的有效性。
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  基于参数映射的开式整体叶盘流道铣削路径生成方法

  韩江, 张文强, 田晓青, 夏链

  中国机械工程. 2025, 36(04): 688-696.

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  针对整体叶盘类零件流道的粗加工问题,提出了一种变层厚曲面分层的加工策略,并根据整体叶盘类零件流道宽度变化的特点,在任一切削层曲面,利用测地偏移原理确定流道两侧刀具路径边界,确定步长和路径条数,提出了一种沿着流道纵向铣削的走刀路径规划方法。计算了流道边界的刀轴矢量,利用四元数插值计算流道边界中间刀位点的刀轴矢量。计算结果表明,与常规采用叶盘轮毂回转面偏置或叶盘包覆回转面偏置的均匀分层法相比,变层厚曲面分层法可更好地适应包覆回转面至轮毂回转面的曲面变化,保证叶片表面质量,且加工后叶片表面余量较为均匀。最后通过加工实例验证了算法的可行性。
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  基于离散点云构造径向线的螺旋加工轨迹规划方法

  吴江盛, 柴兴亮, 薄其乐, 刘海波, 王永青

  中国机械工程. 2025, 36(04): 697-702+714.

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  针对基于离散点云难以直接生成高效准确的连续光滑刀位轨迹的问题,提出了在点云上直接构造径向线的方法,通过径向线插值生成螺旋加工轨迹。对于径向线构造,提出了基于特征描述子边界识别方法,提取边界点作为径向线两端点;以点云上两端点之间最优离散测地线作为径向线点集,提出了离散测地线曲率最小化问题,并通过牛顿迭代法求解该问题。在径向线点集的基础上,采用B样条曲线拟合并根据残留高度进行了重采样;提出了径向线插值算法,生成了等残留高度的螺旋加工轨迹。最后,通过实例验证了该方法的有效性,可通过点云数据直接生成螺旋刀位轨迹。
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  航空发动机精锻叶片榫头加工夹具设计

  张申, 梁嘉炜, 吴动波, 王辉, 赵兵, 许立君, 周奋

  中国机械工程. 2025, 36(04): 703-714.

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  航空发动机精锻叶片是典型的复杂曲面薄壁零件,对叶片榫头进行铣削加工时,不仅定位困难而且极易产生变形和振动。针对上述问题,提出了精锻叶片多点夹紧的夹具设计方法,并设计了一种低应力硬装夹工装夹具。利用静力学分析对装夹位置进行优化,对仿形元件材料进行选取,对装夹方式进行优化。通过模态测试试验和振动测试试验测试夹具效果。试验结果表明,采用仿形元件后,系统的低频段幅值减小了50%,高频段幅值减小了75%,一阶共振频率由210 Hz提高至402 Hz,峰值下阻尼比由17.4%提高至25.9%,振动位移信号有效值减小了35%,加工误差范围减小了59%。
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  纳米碳球切削液的润滑性能及机理研究

  孙浩, 蓝启鑫, 姚斌, 芦晶晶, 张金辉, 潘志榕, 赵珂馨

  中国机械工程. 2025, 36(04): 715-723.

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  探究了纳米碳球切削液应用于难加工航空齿轮钢(15Cr14Co12Mo5Ni2W)切削中纳米碳球粒子对切削液的润滑增强作用。首先构建了金属切削的切削力模型,分析了切削润滑与切削力的关系;进一步,联合摩擦磨损试验和铣削试验,从摩擦因数、磨损量、摩擦表面质量和切削力等方面分析了纳米碳球切削液的润滑性能表现。相比于基础切削液,纳米碳球切削液(纳米碳球质量分数为0.02%)作用下的难加工齿轮钢铣削力减小了10%以上,表面粗糙度减小了15%以上。试验观测结果显示,摩擦接触面上的纳米碳球粒子更容易吸附在表面自由能大的微尖峰区域,并形成一层纳米碳球吸附膜;纳米碳球粒子可以在摩擦界面发挥“微轴承”减摩作用。
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  C/SiC复合材料激光超声复合加工螺纹缺陷控制及拉伸性能分析

  徐浩然, 王佳琦, 于占江, 许金凯

  中国机械工程. 2025, 36(04): 724-731+742.

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  C/SiC复合材料常用于制作高温复合材料紧固件,但在常规加工(CM)下,螺纹特征完整度低且表面存在纤维拔出、基体破碎等损伤微观缺陷,使其难以满足高性能连接的要求。采用激光超声复合切削技术(L-UHM)开展了C/SiC复合材料螺纹特征加工,研究了不同加工方式下螺纹特征表面微观缺陷的变化规律,揭示了CM、激光辅助加工(LAM)以及L-UHM下的螺纹特征缺陷以及表面微观缺陷与其拉伸性能的关系,证明了L-UHM在C/SiC复合材料螺纹特征加工中对微观缺陷控制的优势。研究结果表明,相比于CM和LAM,在L-UHM下,牙顶、牙壁和牙底的纤维拔出、纤维脱黏和基体破碎得到控制,螺纹特征表面微观缺陷减少,完整度提高。此外,在拉伸试验中,L-UHM紧固体获得了最高的抗拉强度,较CM紧固体提高了29%,较LAM紧固体提高了10%。
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  挤压-切削制备可控厚度的双层梯度结构带材的新工艺及机理

  庞学勤, 赵俊宇, 邓文君, 曾俞宁, 钟佩璇

  中国机械工程. 2025, 36(04): 732-742.

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  为解决超细晶材料强度高但延展性低的问题,设计了独特的挤压刀具及挤出通道,使材料在挤压、摩擦和切削的耦合作用下,一步制备厚度可控的双层梯度结构超细晶带材。采用数值模拟与试验相结合的方法对双层梯度结构纯铜带材的成形过程进行分析与研究,探索了挤压-切削加工机理以及工艺参数对双层梯度微结构的影响规律。研究结果表明,相比于原纯铜试样,挤压-切削制备的双层梯度结构纯铜带材的最大硬度约提高了三倍,同时带材也表现出优异的强度-延展性协同作用,即在牺牲部分延伸率情况下,屈服强度接近翻倍,极限抗拉强度则实现了四倍增长。
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  超声辅助纳米流体微量润滑车削钛合金实验研究

  郑金滔, 马浩然, 王进, 刘国梁

  中国机械工程. 2025, 36(04): 743-752+759.

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  将超声振动切削加工技术与纳米流体微量润滑技术相结合,开展了不同振动方向和切削速度下的钛合金超声辅助纳米流体微量润滑车削实验,分析了金刚石、石墨烯和金刚石/石墨烯复合纳米流体与超声振动的协同作用机理。研究结果显示,不同润滑方式下,施加不同方向的超声振动均可减小主切削力并增大加工表面残余压应力,但切深方向的超声振动可能增大表面粗糙度;超声振动切削中,石墨烯纳米片可以产生层间剪切效应并增强换热,具有减小切削力、减小表面粗糙度和增大残余压应力的效果;金刚石纳米粒子在高速和进给方向振动条件下可以产生划擦抛光效应,显著减小加工表面粗糙度,Ra最大减幅达50%;金刚石/石墨烯复合纳米流体性能均衡,在速度-切深方向椭圆超声辅助低速切削、速度-切深方向椭圆超声辅助高速切削以及速度-进给方向椭圆超声辅助切削三种方式下较棕榈油润滑均能减小主切削力和表面粗糙度,主切削力和Ra最大减幅均超过20%。
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  高体积分数SiCp/Al复合材料电解-机械组合低磨损加工方法研究

  何斌, 周星雨, 陆洪昱, 张俊飞, 丁凯, 李奇林, 雷卫宁

  中国机械工程. 2025, 36(04): 753-759.

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  为了解决高体积分数铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料在常规机械加工方法下存在的刀具磨损严重、表面质量差、加工效率低等问题,提出了电解-机械组合的加工方法,开展了高体积分数(60%)SiCp/Al复合材料的组合加工试验。结果表明,在电解加工SiCp/Al复合材料中,随着表面铝基体的去除,碳化硅颗粒裸露分布在工件表面;电解加工后的工件表面与基体之间存在一定深度的过渡区,过渡区内的铝基体被局部去除,碳化硅颗粒受到的约束力减小;采用金刚石磨棒对电解加工后的过渡区进行机械加工时不发生铝基体黏附现象,金刚石磨棒几乎无磨损,工件加工表面损伤明显减少。电解-机械组合加工可改善高体积分数SiCp/Al复合材料的可加工性。
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  基于细观仿真建模的CFRP纵-扭超声铣削材料去除机理研究

  张超, 任莹晖, 于晓琳, 李茂君, 余承阳, 杜新亮

  中国机械工程. 2025, 36(04): 760-769+779.

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  为揭示碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)纵-扭超声振动铣削材料去除机理,展开了CFRP细观切削仿真研究。分析了纵-扭超声振动铣削运动学特性,建立了CFRP材料三维细观切削模型。仿真对比了传统切削与纵-扭超声振动切削在不同纤维方向角下的纤维去除机制、基体损伤、切屑形态及切削力。结果表明,0°纤维方向角时,纵-扭超声振动冲击特性加速了纤维弯断进程,刃口去除纤维机制由传统碾压转变为划擦;45°和90°纤维方向角时,冲击作用增强了切削刃对纤维的剪切效果,90°纤维方向角时剪切效果更显著;135°纤维方向角时,纤维去除机制由大面积弯断转变为局部断裂。纵-扭超声振动铣削有利于抑制基体损伤,改善切屑形态,减少切削区域热量积累,减小平均切削力。最后通过实验验证了仿真分析的准确性。
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  锥度球头刀四轴铣削TC4残余应力梯度分布反解

  周金华, 齐琪, 任军学, 詹梅

  中国机械工程. 2025, 36(04): 770-779.

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  商用航空发动机大型复合材料风扇叶片前缘金属加强边的内外型面精加工采用定制化锥度球头刀四轴铣削方式完成,该阶段引入的加工残余应力常常引起过大的弯扭变形而导致零件尺寸超差。针对锥度球头刀四轴铣削钛合金TC4,提出了一种基于薄板加工变形测试的铣削残余应力梯度分布逆向辨识方法。采用双曲正切模型对铣削残余应力梯度分布进行参数化表征,将残余应力梯度分布的求解转换为对两个待定系数k和ω的反解,通过测试钛合金试块加工表面的残余应力计算确定模型系数k,通过测试钛合金薄板铣削弯曲变形挠度反解出模型系数ω,以此确定残余应力梯度分布曲线。开展了4组钛合金TC4试块铣削验证实验,测试结果表明,铣削残余应力梯度分布的平均预测准确率高达99.35%。与传统X射线测试法相比,所提出的方法避免了采用电解腐蚀剥层来测试亚表层残余应力,同时也充分考虑了铣削加工残余应力在已加工表面的分布不均匀性问题,即铣削加工残余应力离散度问题。
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  热机载荷下GH4169G车削-喷丸加工表面完整性的演化机理

  何喆, 李佳乐, 史恺宁, 樊昱昌, 黄新春

  中国机械工程. 2025, 36(04): 780-789.

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  以航空发动机用镍基高温合金GH4169G为研究对象,开展服役条件下车削-喷丸复合加工表面完整性演化机理研究。通过模拟服役环境的热机载荷试验,分析了热载荷、机械载荷以及热机载荷对表面完整性的作用形式,建立了表面完整性控制的热机载荷模型和基于余弦函数控制因子的残余应力及显微硬度演化模型,掌握了热机载荷作用下的残余应力松弛规律和显微硬度及表层微观组织变化规律。研究结果为掌握镍基高温合金在服役环境下加工表面完整性的演化形式提供了基础数据,进一步优化了表面完整性控制工艺。
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  400℃高周疲劳下TC17超声冲击强化表面状态演化规律研究

  谭靓, 樊怡, 姚倡锋

  中国机械工程. 2025, 36(04): 790-801.

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  以TC17钛合金为研究对象,通过超声冲击强化工艺试验、表面状态测试分析和400℃高周疲劳试验,分析了超声冲击强化表面粗糙度、表面几何形貌、表层残余应力、表层显微硬度和表层微观组织等表面状态特征在400℃拉/拉高周疲劳试验过程中的演化规律。结果表明,与超声冲击强化试样初始表面状态相比,试样在400℃下保温1 h后,表面粗糙度Ra从0.46μm增大到0.67μm,表面显微硬度从630 HV0.025降低至450 HV0.025,表面残余压应力从-640 MPa减小到-525 MPa,残余压应力峰值从-1088 MPa减小到-776 MPa,塑性变形层深度由20μm减小到13μm;400℃下试样疲劳断裂后,表面粗糙度为1.22μm,残余压应力影响层深度为70μm,塑性变形层深度为9μm,表层等轴状α相转变为长条状,平均晶粒面积由11.8μm²增大至34μm²。
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  砂布轮抛光航空发动机叶片温度仿真与试验研究

  鲜超, 辛红敏, 代辉, 程清思

  中国机械工程. 2025, 36(04): 802-810.

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  在ANSYS软件中使用矩形热源加载的方法仿真得到了砂布轮抛光叶片过程瞬时温度场,研究了抛光过程中叶片表面和沿叶片厚度方向的温度分布,并探究了工艺参数对抛光温度的影响规律。结果表明:随着抛光加工的进行,抛光温度分布逐渐趋于稳定,当抛光温度趋于稳定时,叶片已加工部分在不同深度处的温度值趋于一致,正在加工部分的温度沿着深度方向不断减小;抛光温度梯度从正在加工的接触区域向已加工区域逐渐递减;抛光温度随主轴转速的增加而升高,进给速度对抛光温度的影响并不明显,抛光温度与切向抛光力正相关。将测量温度值与仿真温度值进行比较,偏差率不超过10%,表明两者具有良好的一致性,仿真准确性较高。
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  全向运动仿生腿运动学及动力学建模与实验

  徐毓泽, 卢钟岳, 朱一鸣, 罗自荣

  中国机械工程. 2025, 36(04): 811-820.

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  介绍了一种新型3自由度串并混联型腿部机构——全向运动仿生腿,并对该腿部机构进行数学建模。基于全向运动仿生腿的特殊构型和运动形式,提出了一种多方法联合的运动学建模方法,根据不同部分的特点分别应用旋量法和几何法进行单独运动学建模,再结合影响系数法得到整机运动学模型。所提方法可以降低从整体的角度进行建模的难度。采用拉格朗日法建立了全向运动仿生腿的动力学模型。通过仿真及样机实验验证了全向运动仿生腿理论模型的正确性。
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  基于多保真度代理模型的混凝土泵车臂架销轴轻量化设计

  李鹏, 李梦聪, 肖立波, 王一棠, 宋学官, 阳领

  中国机械工程. 2025, 36(04): 821-829.

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  销轴作为混凝土泵车臂架系统中关键的连接和支撑部件,如何在保证安全的前提下实现结构轻量化是设计过程中值得关注的问题。基于控制参数构建了空心哑铃销轴的参数化有限元模型;通过高、低保真度模型的相互扰动和高、低保真数据的合理算时分配,建立了精度更高的基于特征映射的多保真度代理模型,以该代理模型为基础,采用遗传算法进行优化,获得了空心哑铃销轴的最佳设计方案,实现了销轴减重36%。理论计算、仿真和试验三重校核表明,基于代理模型最优参数所构建的空心哑铃销轴在实现轻量化和节省材料消耗的同时,其物理力学性能依然能够得到保证,为后续进一步应用提供了数据支撑和参考。
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  交变激励下钢轨表面裂纹的磁场畸变量重构

  王驰, 周宇, 翁之意

  中国机械工程. 2025, 36(04): 830-839.

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  交流电磁场交变激励下磁场畸变响应(畸变量)与钢轨滚动接触疲劳裂纹形态参数的关系尚不明确,提出了一种函数化重构交流电磁场磁场畸变响应的方法。在对某重载铁路钢轨滚动接触疲劳裂纹表面开口长度、椭圆比和内部倾角等形态参数的全寿命周期取样观测基础上,构建了交流电磁场对不同裂纹形态参数的磁场畸变量响应模型,得到了裂纹不同形态参数与磁场畸变量的关系;对磁场畸变-裂纹参数的响应曲线进行拟合和评估,得到磁场变化量与裂纹形态参数关系的函数重构表达。研究结果表明:交流电磁场磁场畸变量受各裂纹参数共同影响,磁场畸变量峰值随裂纹表面开口长度的增大呈近似线性增大,随裂纹椭圆比的增大呈非线性减小,随裂纹内部倾角的增大呈非线性增大,各变化规律可以通过多项式描述;磁场畸变量随裂纹参数的变化规律可以被函数化重构,重构结果与磁场响应间的决定系数超过0.99,误差平方和小于0.001 15,均方误差小于0.003。
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  基于虚拟激励法的地铁车辆排障器疲劳失效研究及拓扑优化

  刘阳, 温泽峰, 吴兴文, 周亚波, 陶功权, 张振先, 侯建文, 易志

  中国机械工程. 2025, 36(04): 840-849.

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  排障器是地铁车辆重要的安全保障装置。通过线路试验及理论研究对排障器失效原因进行调查分析发现,排障器的一阶固有模态(95.7 Hz)与小半径曲线钢轨波磨的通过频率95 Hz接近,从而导致排障器共振,这是排障器过早发生疲劳失效的主要原因。根据失效原因对排障器进行拓扑优化设计,利用模态错频设计方法,将排障器一阶固有模态增加到160 Hz,解决了排障器的共振问题。提出一种基于虚拟激励法的子结构分析技术,建立随机振动模型,再现排障器真实服役工况下的振动环境,计算关键位置动应力,结果表明,仿真与实测最大动应力误差为1.8%。最后,优化激励加载处理方法,基于线路实测数据,验证排障器的疲劳寿命。分别采用Dirlik法及Zhao-Baker法计算优化后排障器的疲劳寿命,结果表明优化结构在焊缝及母材位置均满足30年360万km的设计寿命要求。
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  基于频域前馈自适应算法的车内噪声主动控制仿真与试验分析

  王健, 张明, 刘松, 权贺, 冯超, 张喆

  中国机械工程. 2025, 36(04): 850-856.

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  针对目前广泛应用于车内噪声主动控制领域的时域前馈自适应算法(TFxLMS)存在计算量大、收敛速度慢、稳定性差等问题,基于快速傅里叶变换与分块计算思想提出了一种频域前馈自适应算法(FFxLMS)。通过数值仿真比较了FFxLMS算法和TFxLMS算法在降噪效果及计算量、收敛速度、稳定性等方面的性能优劣,并通过实车路试验证了仿真结果。对比显示,FFxLMS算法降噪效果更明显、计算量更小、收敛速度更快且稳定性更好。
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  连续多稳态齿轮元胞机械超结构及其力学性能

  莫帅, 黄轩, 黄祖瑞, 张伟

  中国机械工程. 2025, 36(04): 857-863+887.

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  为拓展机械超结构形式、优化机械超结构动态调节能力,设计出一种微观齿轮单元结构,在二维平面内周期性排列形成超结构。从结构设计原理和稳定性方面对该超结构进行了分析,表明所设计的超结构能够实现力学性能连续、稳定调节。通过有限元模拟的方法分析了这种超结构广泛的力学性能,包括静力学与动力学。研究结果表明,外啮合齿轮胞的弹性模量调节范围超过了10倍,内啮合行星齿轮胞的弹性模量调节范围则超过200倍,其剪切模量也有可观的调节范围;此外,基于齿轮单元的超结构可以实现固有频率与频幅曲线的连续变化,为材料的避振减振设计提供了新的思路。最后,基于这种微观齿轮单元设计出多种减振装置,证明了它在减振与动力学调控的独特优势与广阔应用前景。
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  基于YOLOv5s的精密视觉检测系统快速调焦方法

  胡新宇, 刘锡阳, 张骏巍, 严爽, 李云翔, 叶旭辉

  中国机械工程. 2025, 36(04): 864-872.

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  针对视觉检测系统在测量时因受生产精度、装配误差等外界因素影响,图像存在离焦模糊的问题,提出了一种基于YOLOv5s的精密视觉检测系统快速调焦方法,该方法采用粗精结合调焦策略。首先利用训练的YOLOv5s模型搜索清晰成像的景深区间,准确率达到97.6%,900 ms内完成粗调焦过程;然后利用清晰度评价函数及改进搜索算法实现精调焦,在景深区间内快速准确地找到最佳成像平面。实验结果表明,在±4 mm的离焦区间内,调焦精度达到0.04 mm,平均用时不超过1600 ms,较现有基于图像处理的方法缩短了47.6%,具有速度快、精度高、适应性强等优点,可应用于视觉检测系统的在线精密测量。
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  基于知情构造理论的单材料柔性机构拓扑优化

  苏珂, 王颖, 梁腾腾, 魏义礼, 张楠楠

  中国机械工程. 2025, 36(04): 873-881.

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  针对柔性机构在拓扑优化过程中因设计子域数增加而使设计域外径与内径的子域交接点产生材料分布进而导致拓扑结构设计子域内优化空间过少影响结构整体性能的问题,基于知情构造理论提出了单材料柔性机构拓扑优化模型,该模型通过材料属性的描述以及属性参数计算,使设计子域数的取值在适应材料特征与分布的基础上进行,保证了结构具有足够的优化空间。以机构的几何增益最大为目标,建立了基于无网格伽辽金法(EFG)的单材料柔性机构拓扑优化模型。在拓扑优化过程中引入无网格伽辽金法进行EFG相对密度场的构造,利用设计域中的EFG节点来构造变形函数,在预先完成材料属性有效描述的情况下节点能够灵活布局,避免出现数值不稳定的现象从而影响性能优化效果。对典型算例应力分布进行分析,验证了提出模型的有效性。
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  制造发展的新趋势——解读《制造变革性发展的新时代》

  房丰洲

  中国机械工程. 2025, 36(04): 882-887.

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  2024年8月,时任国际生产工程院(CIRP)主席的房丰洲教授在第73届CIRP大会上以《制造变革性发展的新时代》为题作开幕致辞,致辞以传承性的历史纵深感与前瞻性的技术洞察力引发制造领域研究人员的广泛共鸣。致辞不仅追溯了古代东西方文明对“物质本质”的哲学共通性,更以量子计算、原子及近原子尺度制造(亦即原子级制造)、人工智能等前沿技术为锚点,勾勒出一幅由“制造范式跃迁”驱动的未来图景。这篇演讲的独特价值在于,它既是对CIRP七十余年学术使命的传承,更是对全球制造业迈进“技术革命临界点”的宣言,其背后隐含的范式逻辑亟待去深入挖掘。本刊曾于2020年5月发表房丰洲教授的《原子及近原子尺度制造——制造技术发展趋势》一文,该文一经刊发即受到广泛关注,当年11月,“极紫外光原子尺度可控去除的物理机制”入选中国机械工程学会“机械工程重大科学问题”,2021年底出版的《机械工程学科发展战略报告(2021—2035)》将原子级制造列为优先发展领域。房丰洲教授在CIRP大会的致辞是他对制造发展内在规律长期思考的凝炼,其内容兼具技术洞见与人文关怀,提示我们:当代制造技术的变革不仅是工具的革新,更是认知的革命。当人类首次在原子尺度实现物质的精确操控时,制造业的终极目标便已跨越“生产产品”层面,迈向追求重塑物质存在的本体论意义。这种转变要求研究者兼具科学家的严谨与哲学家的思辨,在量子世界的概率论与宏观世界的确定性之间构筑新的技术文明。致辞所展现的谦逊姿态恰是对这个探索时代的精准注解——在已知与未知的边界上,制造技术的每一次突破都是对人类认知疆域的进一步拓展。为飨读者,本刊特刊出该英文致辞的中文译稿,并特邀房丰洲老师撰写解读文章,既为阅读导引,亦是他制造理念的进一步阐释。