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2025年 第36卷 第11期    刊出日期：2025-11-25
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2025, 36(11):  0. 
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机械基础工程
多工况下气体减压阀特性试验研究
秦斌, 郝嘉旭, 林静雯, 张泉
2025, 36(11):  2477-2485.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.001
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气体管路系统中常使用减压阀来控制下游压力，目前常规小型减压阀的降压幅度较小，难以满足超高压下的降压需求。提出了一种超高压条件下输出压力可调的小型减压阀，其输入压力为19~60 MPa，输出压力为7~13 MPa。通过建立试验平台、设置不同的减压阀上游压力和下游阻力，研究了减压阀在四类工况下工作性能的稳定性以及特性参数的变化。经过试验验证，该减压阀可以在超高压使用场景下维持下游压力稳定，管路接通后减压阀的响应时间为0.5~6.0 s，响应后10 s内的压力波动幅度为0.12%~4.49%。结果表明：减压阀阀后压力变化趋势与上游压力有关，上游压力减小时输出压力先减小再增大，上游压力稳定时输出压力有减小的趋势。研究结果可指导该型减压阀在气体管路系统中的应用。
基于反演法的永磁电机定子等效建模方法
卢肇义, 费红姿, 余虎, 周贵厚, 曾德鹏, 李玩幽
2025, 36(11):  2486-2491.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.002
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永磁电机的定子铁芯和绕组结构复杂，在进行振动噪声有限元仿真时，如果不进行等效处理，会影响振动噪声仿真计算精度。基于反演法，开展定子部件的模态试验，得到定子结构在绕组装配前后的2~4阶典型圆柱模态。根据试验结果，建立精确的定子铁芯仿真模型，获取定子铁芯的等效力学参数。在定子铁芯模型建立准确的基础上，对定子绕组采用等效质量与等效模型两种建模方法，通过仿真与试验的对比发现，绕组的等效质量建模方法误差较大。根据模态试验结果，反演得到定子绕组等效模型的弹性模量和泊松比，该等效模型模态仿真计算误差在5%以内。
考虑气体溶解和温度的油气悬架输出特性研究
刘秀梅, 罗云龙, 李贝贝, 刘申, 刘启航, 李永涛, 赵巧
2025, 36(11):  2492-2500.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.003
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考虑到车辆行驶过程中油气悬架气体溶解、温度变化的问题，以某型号油气悬架为研究对象，结合亨利定律修正了油气悬架输出特性数学模型，分析其在不同激励信号下的输出特性。搭建油气悬架输出特性测试试验台，分别开展不同阶跃和正弦信号激励下油气悬架的输出特性试验，得到气体的动静态溶解特性以及输出力特性随温度和气体溶解变化曲线。研究结果表明：气体在油液中的溶解只与气体工作压力相关，两者之间成正相关，与频率和幅值皆无关，气体工作压力越大，气体溶解度越大，气体溶解速率越大。气体溶解会导致油气悬架的气体压力减小，进而减小其输出力；油温的升高会使油气悬架的气体压力增大，进而增大其输出力，并伴有少量气体析出的现象。此外，考虑温度和气体溶解度等因素的油气悬架输出力特性理论与试验结果的归一化均方根误差为0.76%。
基于最优伪维格纳-维尔分布方法的载荷谱编辑研究
姚凌云, 杨植顺, 李丽, 林勇杰
2025, 36(11):  2501-2508.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.004
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为提高载荷谱编辑的质量，研究利用伪维格纳-维尔分布（PWVD）方法编辑载荷谱。根据最小聚集性度量参数原理确定载荷谱的最优PWVD矩阵，计算载荷谱的瞬时能量分布并以此为依据删除小损伤载荷，生成压缩后的载荷谱。研究结果表明，基于最优PWVD方法编辑后的载荷谱在统计参数、功率谱密度、雨流计数和疲劳仿真等方面与原始载荷谱计算结果一致，车辆安装点最大载荷力方向（Y向）载荷经PWVD、维格纳-维尔分布（WVD）、S变换和短时傅里叶变换这4种方法编辑后谱的压缩量分别为28.21%、15.02%、19.15%、15.79%，使用编辑后的载荷谱预测寿命与原始载荷谱预测结果相同，因此，利用最优PWVD编辑载荷谱的方法在加速车辆零部件疲劳耐久分析中具有应用潜力。
连续可调行星齿轮超材料非线性动力学
莫帅, 黄轩, 刘文斌, 张伟
2025, 36(11):  2509-2516.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.005
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设计了一种基于行星齿轮的连续稳态可调力学超材料。研究了超材料优异的力学可调特性，表明所设计的超材料具有广泛的可编程刚度和显著可调的带隙，分析了可调性与结构参数的配置关系；建立行星齿轮超材料的刚柔耦合非线性动力学模型，通过数值模拟研究行星齿轮超材料在动态调节过程中的动力学特性，探讨耦合激励下系统动力学参数对其分岔特性和稳定性的影响，揭示系统振动响应在耦合参数平面上的分布特征；最后使用改进的非迭代胞映射方法来分析系统的振动响应对初始条件的依赖性。研究结果表明，行星齿轮超材料具有广泛的刚度可调谐性和显著可变的带隙间隔，在内外激励作用下系统表现出丰富的动力学特性，柔性结构的动力特性主要受结构参数的影响，刚性齿轮的动力学特性受多组耦合参数和初始条件的影响。
新型并联复式活齿传动原理及其啮合特性
雷恒毅, 杜雪松, 江子龙, 朱才朝
2025, 36(11):  2517-2524.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.006
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单级活齿传动的传动比较小，而串联式活齿传动结构不紧凑且无法实现功率分流传动，为此，提出一种由一级行星齿轮传动和一级平面钢球活齿传动构成的新型并联复式活齿传动装置。介绍了该装置的传动原理及结构，给出了配齿计算方法，推导了双圆弧活齿啮合副齿廓方程，对其啮合特性进行了分析。研究结果表明，该新型传动装置结构紧凑，可获得大传动比，能通过齿数调整实现正反向输出，实现了功率分流传动和“凹-凸”齿接触，具有较高的承载能力，可应用于有大传动比和高功率密度要求的场合。
轴向柱塞泵织构化柱塞副低压程润滑特性研究
罗刚, 何涛, 王传礼, 赵凯平, 郑浩
2025, 36(11):  2525-2536.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.007
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柱塞副的润滑状态是决定轴向柱塞泵使用寿命的关键，因此提出一种织构化柱塞副以降低低压程油膜的失效风险。针对柱塞副的支撑长度可变，基于动态节点网格建立了一种柱塞副织构化表面润滑模型。采用有限差分法对压力方程进行离散处理，通过油膜压力和偏心量的双层循环获取织构化表面的压力和膜厚分布，分析工况参数和织构参数对润滑特性的影响。研究结果表明：更大的织构半径和织构面积率对柱塞副的润滑减摩效果更好，减摩作用的影响顺序（从高至低）为：织构面积率，织构半径，织构深度；增大织构半径和减小织构深度均可增强油膜的承载能力，且30%的织构面积率具有更高的工况适应度；结合负载试验，织构化试件的摩擦因数较无织构时的摩擦因数最大降幅可达29.8%。研究结果可为轴向柱塞泵的摩擦学设计提供参考。
电脉冲辅助硬车淬硬轴承钢表面摩擦学性能研究
孙富建, 朱千放, 梁志强, 鲁艳军, 陈金龙, 肖玉斌, 黄浩, 袁剑平
2025, 36(11):  2537-2543.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.008
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淬硬轴承钢恶劣的硬车加工性能显著降低了工件表面完整性，导致淬硬轴承钢摩擦磨损性能较差。基于电脉冲辅助切削技术开展了电脉冲辅助淬硬轴承钢的硬车实验，研究了其表面完整性和表面耐磨性。研究结果表明，相比于传统硬车淬硬轴承钢，电脉冲辅助硬车淬硬轴承钢工件表面完整性得到了显著提高，电脉冲辅助硬车淬硬轴承钢的摩擦因数降低了20%，磨痕宽度和深度分别减小了48.7%和93.33%，显著提高了淬硬轴承钢的摩擦磨损性能。
多孔介质动静压机械密封动力学特性研究
韩丽云, 李学萍, 孟祥铠, 梁杨杨, 张力豪, 彭旭东
2025, 36(11):  2544-2553.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.009
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将多孔介质材料与L形流体动压槽相结合，提出了一种多孔介质动静压型机械密封结构，考虑密封端面润滑液膜与多孔介质内流体的传质作用及润滑的空化作用，基于摄动法建立了机械密封的动力学特性数学模型，采用有限单元法求解微扰方程，数值研究了多孔介质动静压型机械密封的动态特性系数。研究结果表明，在多孔介质的静压效应和L形槽的动压效应的协同作用下，相较于多孔介质机械密封和部分多孔介质机械密封，多孔介质动静压机械密封具有更大的刚度系数K_zz 、K_αα 、K_ββ，增大多孔介质材料的渗透率和优化L形槽的几何参数有助于增大液膜的刚度系数K_zz 、K_αα 、K_ββ，但会以牺牲刚度系数K_αβ 、K_βα 和阻尼系数d_zz 、d_αα 、d_ββ 为代价。
预变形Jeffcott裂纹转子超谐波共振的动力学响应
张博, 程明霞, 史云帆, 陈丽
2025, 36(11):  2554-2562.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.010
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以转子动力学和非线性动力学理论为基础，针对刚性支承的水平Jeffcott 裂纹转子，研究1∶1内共振条件下系统的2/3超谐波共振的动力学响应。考虑了重力引起的预变形效应和裂纹呼吸行为，建立了由转子预变形引入的平方非线性和立方非线性的系统动力学方程。采用多尺度法推导出系统的演化方程，详细讨论了系统参数变化对系统动力学行为的影响规律，表明随着裂纹深度和横向阻尼系数的增大，系统频响曲线会出现“频率岛”现象；阐明了平方非线性对系统有软特性，立方非线性对系统有硬特性。对系统动力学方程采用Runge-Kutta法进行了数值积分来观察其跳跃现象，并对多尺度的近似解进行了验证。研究结果为Jeffcott转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导。
基于扰动观测和摩擦补偿的气动摆角伺服系统滑模控制
魏琼, 白林勇, 陈子超, 张道德, 李奕
2025, 36(11):  2563-2573.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.011
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外部不确定扰动与摩擦是影响气动摆角伺服系统控制性能的重要因素（分别引起局部波动与爬行现象）。提出了一种基于扰动观测和摩擦补偿的滑模控制策略，设计一种引入类双曲正切函数和角速度误差项的改进扩张状态观测器对外部不确定扰动进行观测，以提高系统抗扰能力。由于观测器不能有效地观测系统摩擦的静-动高阶突变，导致爬行现象不能有效改善，因此对摩擦力矩进行辨识以弥补观测不足。最后，针对系统存在鲁棒性较差的问题，设计一种非奇异快速滑模控制器，利用含积分特性的超螺旋算法平滑控制量来改善滑模控制中的固有抖振问题，并将扰动观测值和摩擦力矩辨识值进行反馈补偿。仿真与实验结果表明，与4种控制策略相比，所设计的控制方法有效增强了系统的抗扰能力，并提高了气动摆角伺服系统轨迹跟踪性能。
基于超声谐振挤压膜效应的触觉纹理动态感知及实验研究
陈智博, 李国平, 项四通, 魏燕定
2025, 36(11):  2574-2582.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.012
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利用调控接触界面的滑动摩擦可以感知变化的触觉纹理特征的机制，基于挤压膜效应提出了一种超声谐振触觉动态感知装置。在挤压膜的高挤压状态下，构建挤压膜效应减摩机制理论模型，通过摩擦因数标定实验建立摩擦调控性能与实际材质纹理的映射关系。研究结果表明，该装置在频率为36.314 kHz的谐振信号激励下，电压幅值在0~200 V时可实现表面摩擦因数0.295~0.807的动态调控。利用长短期记忆（LSTM）神经网络构建时序力信号与触觉纹理预测模型，客观评估装置的触觉纹理再现性能，得到该模型预测结果的平均误差为3.33%，验证了装置具有较好的触觉纹理再现效果。
磁悬浮列车随机非线性最优控制研究
刘伟渭, 李阔, 王泓霁, 余玺
2025, 36(11):  2583-2592.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.013
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为提高磁悬浮系统的稳定性，考虑气动升力和悬浮力的非线性特征，建立基于Hamilton理论的受控磁悬浮系统随机微分方程。以可靠度最大、平均首次穿越时间最长和最大Lyapunov指数最小为目标，建立最优控制策略的动态规划方程。研究结果表明：考虑PD控制和最优控制联合作用的磁悬浮系统提高了磁悬浮系统的条件可靠性，延长了平均首次穿越时间；经随机稳定化后最大Lyapunov指数始终为负，满足磁悬浮系统平凡解概率为1渐近稳定的条件；经过最优控制后，系统的联合概率密度发生了性态的变化，提高了系统的稳定性；在高斯白噪声强度较低时，以可靠度最大为目标的最优控制策略具有较好的性能指标；以最大Lyapunov指数最小为目标时，仅在某一范围内具有较好的性能指标。通过研究磁悬浮列车的最优控制问题，为提高列车稳定性、延长发生首次穿越失效的时间提供理论依据。
刚度自调谐宽频动力吸振器设计与试验研究
王志, 李善夫, 田晶, 岳梦康
2025, 36(11):  2593-2600.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.014
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为解决传统动力吸振器在外界激振力频率发生偏移时失谐、减振效果急剧下降的问题，设计了一种通过调节自身刚度来改变其固有频率以扩宽吸振频带的新型宽频动力吸振器。对吸振器的吸振及频率调节机理进行了理论分析，采用改进麻雀搜索算法（ISSA）进行PID参数优化，最后使用ISSA-PID控制器调节吸振器结构参数，实现自适应宽频吸振。仿真结果表明，ISSA寻优比麻雀搜索算法（SSA）寻优的迭代次数更少，寻优能力更强；ISSA优化后的控制方案超调量比优化前减少44.8%，比SSA优化后减少33.3%；ISSA优化后的控制方案调整时间比SSA优化后缩短16.2%。试验结果表明，该宽频动力吸振器吸振频带宽且减振效果显著，有较高工程应用价值。
压力倍放高精感知机构设计方法研究
贺乐君, 习毅, 刘文, 严翔, 忻明杰, 王朝阳
2025, 36(11):  2601-2608.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.015
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针对燃气泄漏工况下燃气自闭阀切断响应滞后的问题，设计了一种基于压力倍放效应的高精感知机构，旨在提高流量异常切断的精度。在通用参数化阶段，探讨了一种压力倍放感知机理并设计了相应的压力倍放单元结构，建立了其阀芯动力学模型和分区压降数学模型，揭示了微小流量变化触发指数级压降跃升的核心机制及弹簧刚度对响应特性的关键影响。在反演/具身参数化阶段，基于提出的“通用—反演—具身”参数推演方法进行关键参数优化：通过“反演参数化”结合FLUENT流场仿真数据，标定了压降数学模型中的关键经验参数；通过“具身参数化”聚焦目标切断流量，基于阀芯力-位移特性分析，优化求解出最佳弹簧刚度。研究证实，所提出的压力倍放单元及其通用—反演—具身的优化方法可为高精度燃气自闭阀的设计提供有效的理论依据与关键参数设计指导。
一种五轴机床旋转轴位置无关几何误差辨识方法
李想, 刘焕牢, 王宇林, 戴鑫
2025, 36(11):  2609-2617.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.016
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为快速辨识五轴机床旋转轴位置无关几何误差（PIGEs），提高旋转轴几何误差辨识精度，提出了一种采用三种球杆仪安装模式的旋转轴PIGEs简便辨识方法。在三种球杆仪安装模式下，通过齐次坐标变换建立了包含安装误差与旋转轴PIGEs的杆长变化模型。利用仿真分析了PIGEs对三种安装模式下球杆仪轨迹的影响，结果表明三种安装模式下控制单轴运动可以实现8项PIGEs的辨识。在辨识实验中，通过对球杆仪安装误差的测量来消除其对辨识精度的影响，以实现旋转轴8项PIGEs的辨识。最后对旋转轴8项PIGEs进行了补偿，实验结果表明，补偿后的误差最大绝对值由103.9 μm减小至 0.46 μm，验证了所提辨识方法的有效性和准确性。
柔性瓣膜阀锥流道压电泵的设计与试验
严天祥, 张家璇, 蓝慕淳, 陈虎城, 蒋海燕
2025, 36(11):  2618-2624.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.017
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为提高柔性瓣膜阀压电泵的输液性能，结合锥流道的流阻不等特性设计了一种柔性瓣膜阀锥流道压电泵。输水性能测试结果表明，驱动电压（峰峰值）为300 V时，柔性瓣膜阀锥流道压电泵的最大输水流量、压力差分别为104.6 g/min和1.53 kPa，较柔性瓣膜阀直流道压电泵均得到较大提高。柔性瓣膜阀锥流道压电泵的输血试验结果表明，驱动电压（峰峰值）为300 V时，最大输血流量、压力差分别为86.4 g/min和1.45 kPa，输血过程中对血细胞的破坏较小。
基于热网络法的风电机组主轴承温度场分析
李云峰, 李金成, 仲志丹
2025, 36(11):  2624-2632.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.018
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针对结构型式为三排圆柱滚子的风电机组主轴承的发热温升问题，建立了一种基于热网络法的轴承温度场分析方法。通过对轴承滚子进行切片处理，利用变形协调条件建立轴承的受力平衡方程组，求解得到滚子切片载荷，并对滚子切片与滚道表面之间的滑动运动进行分析；然后，根据轴承零件之间的载荷作用和相对滑动运动，得到滚子、滚道、保持架和密封圈相互接触部位的摩擦热源发热功率；最后，根据轴承的摩擦发热部位及内部具体结构，采用热网络法设置轴承内部的网络节点，并建立轴承的热网络平衡方程组。针对具体的2.0 WM风电机组主轴承，求解分析了润滑黏度、轴向游隙、滚子数量及转速对轴承温度的影响。
变排量对置柱塞泵流通特性研究
杨伟, 贾晨, 何超, 樊文欣, 樊志强, 李正禄
2025, 36(11):  2633-2640.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.019
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针对工程机械中定量泵功率损失大的问题，设计了一种变排量对置柱塞泵。采用等效建模方法建立了该泵的AMESim仿真模型，采用台架试验验证了模型的有效性。试验结果表明：平均流量的仿真值和试验值的最大误差为9.30%，考虑到泄漏和泵阀回流的因素，该误差在合理范围内。基于该仿真模型研究了变排量对置柱塞泵在变转速、变相位及其交互作用下的流通性能。仿真结果表明：泵的流量和压力会随着转速的增加而增加，随相位差的增大而减小。额定转速下，相位差从0°增加到150°时，平均流量降低了74.00%，最大瞬时压力减小了88.87%，这表明该泵的流量、压力调节范围较大。该泵通过调节转速和相位差可实现输出流量的连续变化，为变排量泵控制打下研究基础。
基于视觉检测技术和仿形设计的导电滑环轴向接触位置测试方法
钱志源, 李念洹, 李俊烨, 李军, 韩超, 吴海红
2025, 36(11):  2641-2651.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.020
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为解决导电滑环弹性合金丝接触位置和距离测量的难题，提出了一种基于视觉检测的轴向接触位置测试方法。设计等效仿形滑环及轴向位置测试装置，应用视觉检测提取弹性合金丝的张角、安装距离及轴向接触位置。试验中，以滑环直径和电刷板安装距离为边界条件，考察二者对轴向接触位置的影响。试验结果表明，直径与安装距离显著影响轴向接触位置距离与张角的变化规律。相较于传统方法，所提方法的测试误差和重复测试误差分别控制在0.03 mm和0.0065 mm，可精确提取接触位置数据，有效揭示接触状态变化的作用机制，实现对导电滑环接触特性的高精度测量与优化，为高精密设备提供了可靠的测量手段。
考虑冗余自由度的六轴机器人光顺运动路径规划方法
梁海平, 卢耀安, 连伟嘉, 王成勇
2025, 36(11):  2652-2657.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.021
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现有的冗余优化方法在六轴机器人执行五轴加工任务时往往未能充分利用机器人的冗余自由度，影响所规划运动路径的光顺效果。提出了一种高效的六轴机器人无碰撞且光顺的关节运动路径规划方法，该方法通过改变每个刀位数据处的冗余变量来生成所有可行的机器人姿态，充分利用机器人的冗余自由度。为了提高计算效率，引入了结合粗搜索和精搜索的两步搜索策略，并采用贪心策略从可行姿态里选择机器人姿态。该方法无需分割加工路径，可以同时优化整个加工路径的机器人姿态。仿真计算了六轴机器人执行五轴铣削加工曲面任务的关节运动路径，验证了所提方法的有效性。
内花键电解整形阴极导流结构优化与试验
李阳, 韦红余
2025, 36(11):  2658-2664.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.022
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渐开线内花键由于型面复杂、空间受限等原因，流场的均匀性不易控制，导致电解加工时精度难以提高。针对电解液流动方式、流道结构、加工模式进行分析，设计了阴极导流结构，并基于仿真平台进行流场分析。结果表明，进出液导流结构能够消除涡流等流场缺陷，显著提高加工区的电解液流速，满足渐开线内花键电解整形加工需求。采用进出液导流结构开展加工试验，加工过程稳定，工件表面光亮整洁无流痕，粗糙度Ra可达0.8 μm，内花键精度达5级，验证了导流结构的合理性。
基于音爆测量试验的外式天平及支撑装置研制
贾巍, 田仁慧, 刘靖, 汪多炜, 刘文华
2025, 36(11):  2665-2669.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.023
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为研究飞行器在超声速流场中的音爆特性，针对其气动力载荷的测量需求，研制了一套专用的外式天平及支撑装置，通过采用多部件耦合串联、设置新型混合式惠斯通测量电桥、开展有限元方法分析优化等手段，解决了“传统外式天平因模型压心严重偏离天平元件中心导致的天平力与力矩载荷不匹配”以及“多环节连接的固有间隙及耦合效应导致的联动及可靠性”问题，可在音爆测量风洞试验中通过惠斯通电桥的测量机理实现气动力分量的精确测量。结果表明，外式天平测量结果稳定可靠，能有效捕捉气动力变化，为音爆特性测量提供关键数据支撑。
一种飞行器口盖连接的柔性楔块机构设计与力特性分析及试验
杨洪基, 陈杰, 李卓然, 赵昀皓, 赵京
2025, 36(11):  2670-2677.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.024
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针对飞行器口盖传统连接方式维修效率低、可重复使用性差等缺点，设计了一种由柔性楔形块和楔形槽组成的楔块机构，利用柔性楔形块铰链转动与楔形槽配合产生的预紧力，以及柔性楔形块和楔形槽上不同直径的螺纹孔实现楔块机构的结合和分离。采用伪刚体法和积分法建立了变形模型与力学模型，并对关键设计参数进行了力学特性分析。仿真和实物试验表明，楔块机构在中低频工况下具有抗松动和抗分离的能力。
智能制造
新型刚柔混联连续体机器人运动建模
董佳祥, 刘铨权, 胡希平, 赵学智
2025, 36(11):  2678-2684.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.025
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针对一种新型软轴拉扭协同驱动的刚柔混联连续体机器人，开展了其运动建模研究。建立了基于分段恒曲率（PCC）并综合考虑多种载荷的运动静力学模型。为求解其高度非线性的逆运动学，构建了一种由牛顿-拉夫逊优化算法（NRBO）优化的反向传播（BP）神经网络模型（NRBO-BP模型）。实验结果表明，单/双段柔性体机器人末端弯曲角度平均误差分别为4.2°和7.1°；基于NRBO-BP模型的轨迹跟踪最大位置误差为2.5 mm，验证了所提方法的准确性与有效性。
基于三维卷积神经网络的微结构性能快速预测
龙千浩, 周颖, 高亮, 李好
2025, 36(11):  2685-2693.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.026
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微结构与宏观结构的显著尺度差异，以及复杂的微观几何构型与基材属性的耦合导致微结构的宏观等效性能分析十分困难。提出了一种基于三维卷积神经网络的微结构均质化弹性张量预测模型。采用水平集方法完成微结构的参数化建模，通过数值均质化计算微结构的等效弹性张量。提出几何构型与基材属性耦合的数据表达方法，实现混合输入与等效弹性张量标签的匹配，并将匹配的数据样本作为神经网络训练的数据集。最后，从预测结果的分项误差、计算效率两个方面进行了模型性能分析，所提模型在允许的误差范围内能显著提高微结构的性能分析效率。
凸起凹陷特征表面的机器人变位姿喷涂涂层均匀性优化研究
戴尧, 曾勇, 赵雪雅, 万俊豪, 顾金彤, 祝欣怡
2025, 36(11):  2694-2703.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.027
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针对凸起凹陷特征表面喷涂的涂层均匀性优化问题，提出了一种基于变位姿喷涂工艺的喷涂轨迹优化方法。研究了垂直喷涂和变位姿喷涂时凸起凹陷几何参数对涂层均匀性的影响规律，并探讨了适用垂直喷涂方法的凸起高度和凹陷深度范围；针对不适用垂直喷涂的凸起凹陷特征，提出了一种采用圆弧过渡的连续变倾角喷涂轨迹优化方法；最后，建立连续变倾角涂层厚度模型和优化目标模型以提高凸起凹陷特征表面的涂层均匀性。仿真与实验结果表明，相较于垂直喷涂方法，所提出的方法应用于凸起凹陷特征表面时，膜厚标准差降低41.06%，能满足膜厚精度要求的区域占比提高15.23%。
CAD图形制导的汽车轮毂机器人打磨路径生成方法
杨权印, 张宇宁, 肖铜, 梁金龙, 王金涛, 徐金亭
2025, 36(11):  2704-2709.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.028
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针对轮毂来料一致性差、三维模型缺失、仅有二维CAD图形等问题，提出CAD图形制导的机器人打磨路径自适应生成方法，实现轮毂孔侧缘毛刺的光滑去除。首先，根据CAD主、剖视图点位对应关系快速提取打磨理论路径，并采用二维工业相机获取轮毂孔的实际二维轮廓，建立其与理论路径的配准模型，同时提出基于邻域点加权平均的实际二维轮廓深度信息还原方法，生成自适应打磨路径。然后，给出基于三次B样条曲线的打磨路径点拟合光顺方法，和基于球面四边形插值的工具姿态优化模型，保证曲率变化大、难加工区域打磨连续平稳。实验结果表明，所提方法生成路径连续、运动平稳且无姿态突变，相比理论路径精度提高了90%以上，生产节拍平均为88 s，满足企业生产要求。
基于6D光笔的工业机器人高精度示教方法
梁继煌, 汪炜锋, 吴海彬
2025, 36(11):  2710-2719.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.029
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针对目前工业机器人视觉示教方法存在精度较低、对光照敏感和示教范围易受限等问题，提出一种基于6D光笔的工业机器人高精度示教方法。光笔设有三个红外发光标记球，通过固定于机器人末端的红外双目相机捕捉光笔标记球即可获得其3D位置坐标和3D姿态信息。采取了两种措施提高6D光笔的视觉示教精度，一是提出一种基于红外发光标记球的手眼标定方法，有效提高了相机坐标系到机器人工具坐标系的转换精度；二是提出了一种相机视野自适应跟踪方法，使机器人能够通过固定在末端的相机自动跟踪光笔的位置，从而保证光笔标记球始终处于相机视野中心区域，有效提高了示教精度。最后将捕捉到的示教轨迹转换到机器人基坐标系下实现轨迹的编程跟踪。实验结果表明，利用该光笔得到的单点最大误差为0.63 mm，姿态最大误差为2.1432°，示教轨迹最大误差为0.73 mm，所提出的示教方法能够实现机器人高精度、高效率示教。
基于空间注意力机制U-Net的铣刀磨损在位监测方法
张松, 张超勇, 朱传军, 赛希亚拉图
2025, 36(11):  2720-2727.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.030
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针对目前基于机器视觉刀具磨损离线测量工作量大、准确度差的问题，提出一种基于空间注意力机制U-Net的加工中心铣刀磨损在位监测方法。首先，搭建了刀具磨损量自动监测实验平台，该平台通过PMC编程，使用NC代码控制主轴定向和旋转角度，实现对铣刀侧刃磨损区域的自动定位；其次，通过Focas协议和C#脚本与机床通信，实现铣刀底刃和每个侧刃的自动在位拍摄；然后，通过LabelMe软件制作标签文件，采用空间注意力机制U-Net语义分割方法精确识别磨损区域，结合形态学方法计算获得量化的刀具磨损值；最后，将提出模型与Deeplabv3+、全卷积网络（FCN）、Lraspp、SegNet、PspNet等语义分割模型对比，验证所提方法的有效性和准确性。
基于工艺数据规范表达的工艺知识泛化
郑乔, 吕瑞强, 崔本城, 左芮
2025, 36(11):  2728-2737.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.031
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航空领域中的长周期、长流程零件的工艺设计知识复用率低，缺乏有效的知识推荐与继承。当前的工艺知识泛化方法主要集中在利用模糊知识、推理算法，克服工艺方法对环境的依赖性方面，这些方法对解决形式化表达的不完备性和不一致性帮助不大。以工艺数据规范表达为基础，再进行知识图谱构建与启发式搜索工艺推荐，得到了知识复用率较高的结果，为长周期、长流程零件的高复用率、高效率、知识驱动零件工艺规划提供了一种思路。
基于网格特征的自动排牙方法
胡梦杰, 方宇航, 秦绪佳, 吴正强
2025, 36(11):  2738-2746.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.032
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针对基于点云的深度学习自动排牙方法数据依赖性强、咬合准确度低等问题，提出了一种基于网格特征的深度学习自动排牙方法。设计的模型包括形状编码器、全局特征编码器、特征解码与映射器以及牙齿咬合生成网络。形状编码器从牙齿模型表面的三角网格数据中提取牙齿形状特征，全局特征编码器从简化后的牙齿点云中提取牙列全局特征，特征解码与映射器则对牙齿全局特征、牙齿局部特征进行融合降维，生成最终的排牙结果，减少了数据依赖性，牙齿咬合生成网络基于颌骨空间位置关系和牙齿特征生成上下牙咬合面，提高了上下牙咬合准确性。为进一步提高模型性能，在损失函数中引入了相似性损失函数，有助于防止过拟合，提高了自动排牙的质量。实验结果表明，与四种现有方法相比，该方法在ADD指标上均有降低，显著提高了深度学习自动排牙的准确度。
先进材料加工工程
基于多源信息融合的超大型环件轧制过程几何形状分阶段测量模型和方法
汪小凯, 郑戈飞, 黄康文, 刘子强, 韩星会, 华林
2025, 36(11):  2747-2756.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.033
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为提高超大型环件轧制几何形状测量精度，提出一种基于多源信息融合的分阶段测量方法。该方法利用三个激光位移传感器实时数据，结合轧制进给和整圆定径阶段特性，分阶段精确测量环件直径增长速度、环心偏移及圆度误差。建立了环件理论直径增长速度模型和外轮廓圆度误差模型，分析了环件直径增长速度和圆度误差的形成机制。通过在ABAQUS软件中构建ϕ10 m超大型环件轧制有限元仿真模型，将所提多源融合方法与工业相机拍摄、单点激光测量进行对比分析，验证了所提方法具有更高的准确性，并探究了芯辊进给速度对环件几何状态的影响。最终，通过缩比轧制实验验证了所提方法的有效性，轧制末期环件外轮廓拟合精度达91.7%。
Ti₂AlNb基合金热变形行为及加工图研究
周潼, 程军, 王克鲁, 鲁世强, 李鑫, 刘杰
2025, 36(11):  2757-2765.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.034
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通过等温恒应变速率压缩试验，研究了Ti₂AlNb基合金在650~850 ℃、应变速率0.001~1 s^-1范围内的热变形行为，并基于动态材料模型理论构建了三维加工图。分析了Ti₂AlNb基合金的流动应力曲线，建立了支持向量机本构模型，再对三维加工图进行了理论分析，最后结合微观组织验证了所构建三维加工图的准确性。研究结果表明，Ti₂AlNb基合金的流动应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增大；支持向量机模型能准确预测Ti₂AlNb基合金在不同变形工艺参数下的流动行为，其相关系数为0.999，平均相对误差为0.67%；三维加工图表明，功率耗散效率η值较大的区域集中在低应变速率区域；不同应变下Ti₂AlNb基合金较好的热变形工艺参数范围为675~725 ℃、0.001~0.003 s^-1，最佳热变形工艺参数为700 ℃、0.001 s^-1。
工程前沿
船用醇柴双燃料发动机推进特性试验研究
宋恩哲, 郭宗伟, 杨添, 卢莉莉, 姚崇, 辛强之, 贾宝富
2025, 36(11):  2766-2773.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.035
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为了探明船用甲醇动力的特性并为建模仿真研究提供校核数据，对一台船用甲醇-柴油双燃料发动机进行了推进特性试验，对比了发动机在纯柴油模式以及双燃料模式下的经济性、燃烧性能及排放性能。研究结果表明，甲醇的加入对发动机的等效燃料消耗量影响较小，但同工况下最多可以降低18.22%的单位功成本；甲醇的加入会导致各工况点下的燃烧持续期缩短、平均有效压力降低；双燃料模式下发动机的CO与HC排放均高于柴油模式，双燃料模式下的NO _x 排放仅在高负荷时略高于柴油模式。
融合道路曲率前馈的车辆横向控制策略
林歆悠, 金忠伟, 唐云亮
2025, 36(11):  2774-2782.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.036
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针对自动驾驶汽车在道路大曲率弯道下跟踪精度不高的问题，聚焦于道路曲率对横向控制策略的影响，分别从车辆模型建模、横摆稳定性和时域优化三个角度对基于传统模型预测控制（MPC）算法的横向控制策略进行了改进优化。将道路曲率融入车辆模型，建立了曲率前馈的误差动力学模型，并以此为基础设计了基于曲率前馈MPC算法的横向控制策略。然后在策略中添加了一个由横向车速和稳态横摆角速度组成的横摆稳定性约束来提高车辆在大曲率工况时的横摆稳定性。基于遗传算法建立了车速、道路曲率和时域三者之间的MAP图，以优化策略的预测时域和控制时域。进行了仿真分析，结果表明改进后的横向控制策略能够有效提高车辆的路径跟踪精度和横摆稳定性。最后，实车道路试验验证了曲率前馈MPC策略的有效性。
多线程半全局立体匹配工件内部检测方法
吴洪臣, 陈晓荣, 李柏杨
2025, 36(11):  2783-2791.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.037
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针对传统检测手段难以深入工件内部进行三维量化分析的问题，提出一种基于多线程半全局立体匹配（M-SGSM）的双目视觉检测方法。首先采用张正友标定法获取双目内窥镜参数，并对图像进行畸变矫正与极线矫正；然后设计多线程区域叠加分割策略优化立体匹配算法，提高视差图计算效率，生成三维彩色点云；最后，提出自标定面积测量法结合欧氏空间距离计算实现三维量化分析。实验结果表明，优化后立体匹配算法计算效率提高约30%，所提检测方法生成的三维点云结构清晰，欧氏距离测量误差小于3%，面积测量误差小于1.5%。该方法为工件内部三维检测提供了高效高精解决方案。
车门限位多自由度激励的刚柔耦合识别及关门窗框抖动优化
李成展, 郭鹏程, 徐从昌, 李落星, 肖永富, 蒋淑霞
2025, 36(11):  2792-2800.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.038
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针对传统NVH分析很难准确提取和预测车门转动过程中的动态激励与响应的难题，提出一种基于刚柔耦合识别多自由度激励的方法并应用于振动传递函数的分析。以某车型在关门过程中出现的窗框异常抖动为研究目标，采用多体动力学方法建立整车刚柔耦合分析模型，提取限位器安装点的多自由度加速度动态激励进行传递函数分析。仿真与试验对比结果表明，两者均在12 Hz处出现较为一致的振动加速度峰值，验证了刚柔耦合模型的准确性。基于此，通过仿真分析了影响关门过程窗框抖动的关键因素，得出以限位器结构为核心优化目标。据此提出优化方案，并进行动态激励下的振动传递函数分析，研究结果表明，优化限位器结构能够显著降低关门过程的窗框抖动水平。
斜逆断层作用下的油气管道应变极值表征方法
高祥冲, 刘培君, 陈换过, 彭程程, 宋树家, 林子竣
2025, 36(11):  2801-2809.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.11.039
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长输管道在斜逆断层作用下更易发生较大变形，并且其应变极值难以精确表征，无法准确反映管道真实变形情况。针对这一问题，提出了一种基于应变传感器监测的管道应变极值表征方法，以提高埋地长输管道应变监测的精度和预警能力。构建了管-土耦合有限元模型，分析斜逆断层作用下管道的变形规律，并对模型的准确性进行验证；基于Stacking集成学习构建了高精度的拉压应变极值表征模型；最后建立管道应变数据集，将管道3、9、12点钟方向沿断层两侧各20倍管径的应变数据用于训练模型，该模型能够在多维非线性条件下精确拟合管道的应变特性，有效捕捉斜逆断层作用下管道的应力集中与变形模式。研究结果表明，所提出的应变极值表征方法能准确反映斜逆断层作用下管道的最大拉压应变，对管道变形监测与预警具有重要的工程应用价值。
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2025, 36(11):  2810. 
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