中国机械工程

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1. 基于类小波辅助分类生成对抗网络的轴承故障数据生成方法

焦华超, 孙文磊, 王宏伟

中国机械工程 2025, 36 (03): 546-557. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.03.018

摘要（1672）

PDF（pc）（7836KB）（57）

利用数据生成方法生成时域特征和频域特征与轴承故障真实信号一致的高质量数据，构建平衡数据集，对数据不平衡情况下建立高效的轴承故障诊断模型具有重要意义。针对现有数据生成方法仅关注时域或频域单一特征的局限，提出了类小波辅助分类生成对抗网络。基于小波变换原理，使用多层神经网络构建类小波变换（WLT）网络，模拟小波变换及逆变换，建立时域与频域信号的映射关系；将WLT网络嵌入辅助分类生成对抗网络(ACGAN)模型中，作为模型生成器的主体；构建两个不同功能的判别器，使得改进的ACGAN在一次训练中能同时学到真实轴承振动信号的时域和频域特征信息。试验结果表明，WLT-ACGAN模型生成的轴承振动信号具有与真实轴承振动信号一致的时域特征和频域特征，数据不平衡时，利用生成信号扩增的平衡数据集构建的故障诊断模型具有较高的准确率。

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2. γ-TiAl合金的加工特性及能场辅助技术研究进展

范滔1, 2, 姚倡锋1, 2, 谭靓1, 2, 单晨伟１, ２, 夏子文１, ２

中国机械工程 2025, 36 (04): 636-645. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.001

摘要（1656）

PDF（pc）（25364KB）（147）

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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3. 仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法

肖刚, 顾海瑞, 董锦锦, 王琪冰, 陆佳炜

中国机械工程 2024, 35 (01): 125-135. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.012

摘要（1616）

PDF（pc）（10955KB）（163）

现有的电梯导轨故障诊断研究存在水平振动分类数据稀缺，训练和测试数据集分布差异较大等问题。提出了一种仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法。首先构建电梯轿厢的水平动力学模型，将不同类型的导轨故障激励作为系统输入进行仿真，获得丰富的轿厢水平异常振动数据；然后融合残差网络和卷积注意力机制来提取故障特征，采用子领域自适应方法实现无监督场景下源域与目标域条件分布的对齐；最后使用不同工况下的电梯水平振动数据作为目标域对所提方法进行验证。实验结果表明，所提方法在无监督跨域场景下具有较高的故障诊断精度，为解决长期服役电梯的故障数据稀缺问题提供了参考。

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4. 基于监督降维和自适应Kriging建模的高维不确定性传播方法研究

宋周洲1, 2, 张涵寓1, 2, 刘钊3, 朱平1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 762-769，810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.001

摘要（1595）

PDF（pc）（3068KB）（243）

高维不确定性传播目前面临维度灾难和小样本的问题，难以利用有限的样本资源获得高精度的分析结果，针对此问题，提出了一种基于监督降维和自适应Kriging模型的高维不确定性传播方法。利用改进充分降维方法将高维输入投影到低维空间中，并利用Ladle估计器确定低维空间的维度。将降维投影矩阵嵌入Kriging核函数中以减少待估计超参数的数量，提高建模精度和效率。最后，创新性地定义了投影矩阵留一交叉验证误差，并基于此提出了相应的Kriging自适应采样策略，可以有效避免模型精度在自适应采样过程中发生较大波动。数值算例与工程案例的结果表明，相比现有方法，所提方法能够以较少的样本点获得高精度不确定性传播结果，对复杂装备结构的不确定性分析和设计具有一定参考作用。

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5. 基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断

杨康1, 陈学军1, 2, 张磊3, 刘烽3

中国机械工程 2025, 36 (05): 1065-1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.018

摘要（1592）

PDF（pc）（5744KB）（30）

变工况下轴承故障数据分布差异大，故障诊断模型实际识别精度较低，且目前大多数轴承跨域故障诊断研究侧重于域间对齐和类内对比而忽略了子域间的影响，为此，提出了一种基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法。为突出故障特征，对轴承振动信号进行短时傅里叶变换将其转化为时频图，输入特征提取模块，得到故障特征，并通过领域自适应方法将从源域学到的知识迁移到目标域，实现跨域识别。在域适应过程中采用联合子域对比对齐策略，将来自相同子域样本拉近的同时分开不同子域样本，对齐源域与目标域中同类别样本所属子域分布，从而提高模型在目标域上的泛化能力。在模型架构上使用Resnet34作为特征提取网络，在网络输出端使用最大均值差异，对齐源域与目标域的全局分布。基于凯斯西储大学轴承故障数据集进行实验验证，与经典域适应方法进行对比，实验结果表明基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法具有更好的特征迁移能力。

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6. 基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断

邹筱瑜1, 3, 孙国庆1, 王忠宾1, 3, 潘杰2, 刘新华1, 3, 李鑫1, 3

中国机械工程 2024, 35 (08): 1405-1413，1448. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.009

摘要（1549）

PDF（pc）（9001KB）（92）

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题，考虑单一模态下故障诊断的局限性，提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法，对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络在不同模块中区分性地嵌入不同注意力机制，实现多维度关键故障特征提取。最后通过钻机实验台数据集和凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明：所提方法能自动提取丰富的钻机轴承故障特征，比仅在时域或时频域分析具有更高的准确率和抗噪能力。

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7. 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1, 张永亮2, 刘嘉良1, 张辉2

中国机械工程 2025, 36 (04): 655-670. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.002

摘要（1543）

PDF（pc）（7015KB）（111）

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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8. 纳米碳球切削液的润滑性能及机理研究

孙浩1, 蓝启鑫2, 姚斌2, 芦晶晶1, 张金辉2, 潘志榕2, 赵珂馨2

中国机械工程 2025, 36 (04): 715-723. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.008

摘要（1497）

PDF（pc）（8056KB）（53）

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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9. 基于多源小波变换神经网络的旋转机械轴承故障诊断

郭海宇1, 邹圣公1, 张晓光2, 3, 4, 陆凡凡2, 陈洋2, 王涵2, 徐新志2

中国机械工程 2024, 35 (11): 2026-2034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.014

摘要（1485）

PDF（pc）（5837KB）（81）

针对旋转机械轴承故障诊断中故障样本稀缺，以及传统模型在小样本条件下容易过拟合及泛化能力差的问题，提出一种多源小波时频变换卷积神经网络。针对单支振动传感器采集的高频数据，设计基于小波变换的时频卷积层，用于融合小波系数的实部与虚部，其中实部对应振动信号的幅值信息，虚部对应相位信息。与仅考虑实部的卷积层相比，该卷积层能够提取完整的时频特征。利用时频卷积层分别对同一设备上的多支传感器采集的高频数据进行特征提取，并将提取到的多个特征进行级联。设计基于轻量深度可分离卷积的密集模块对级联特征进行更深层次的特征提取，用于实现故障分类。利用凯斯西储大学滚动轴承数据集验证模型的有效性，准确率为98.5%。将模型应用于回转窑、皮带机和篦冷风机的轴承故障诊断，平均准确率达97.19%。

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10. 基于图正则化约束频域组稀疏模型的风电机组滚动轴承故障诊断

李继猛, 王泽, 史清心, 孟宗

中国机械工程 2024, 35 (11): 1909-1919. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.002

摘要（1331）

PDF（pc）（11269KB）（135）

风电机组的非平稳运行、嘈杂环境以及强电磁干扰等影响，使得滚动轴承故障脉冲易被强噪声淹没，微弱特征难以准确识别。提出了一种图正则化约束的频域组稀疏模型，在不依赖周期先验的前提下，实现滚动轴承故障特征的有效提取。将振动信号转化成图信号以构造图正则化约束，利用结构化信息指导惩罚力度，提高稀疏重构的准确性；构建图正则化约束的频域组稀疏模型，给出了组内分量收缩阈值的确定方法，并利用近端映射来简化目标函数以优化求解；最后，利用构造的综合评价指标和蛾焰优化算法优化模型参数，通过对重构后时域稀疏信号的包络谱分析识别滚动轴承故障。数值仿真和实验结果表明，所提方法具有良好的抗噪性能，能够有效地提取强噪声干扰下滚动轴承的微弱故障特征。

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11. 区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

刘延浩, 倪冰雨, 田万一, 姜潮

中国机械工程 2024, 35 (05): 770-783. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.002

摘要（1310）

PDF（pc）（9281KB）（137）

针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学问题，提出了一种基于区间过程模型的动力学不确定性序列模拟方法，旨在通过区间过程序列抽样及刚柔耦合动力学序列模拟计算结构振动与机构运动等系统动态响应的上下边界。介绍了中心刚体柔性梁刚柔耦合系统动力学方程的构建与数值求解方法。针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学分析，引入区间过程模型及其区间K-L展开对动态不确定性进行了度量和高效表征，提出了一种求解系统机构运动与结构振动等动力学响应上下边界的序列模拟方法。该方法利用序列模拟策略识别当前模拟序列中对动态响应上边界或下边界具有贡献的区间过程参数样本集，作为下一模拟序列中的局部加密抽样中心，可有效避免直接蒙特卡罗模拟在计算动力学响应上下边界时因过多无效抽样模拟而导致的低效收敛问题。最后，通过三个算例对所提方法的有效性进行了验证。研究结果表明，对于刚柔耦合系统大范围运动及振动响应上下边界的求解，序列模拟方法相比于直接蒙特卡罗模拟方法具有更好的计算效率和计算精度。

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12. 采用集约化开放集差异分布对齐策略的轴承故障诊断方法

李灿1, 2, 王广斌2, 1, 赵树标1, 2, 钟志贤1, 张慧1, 2

中国机械工程 2024, 35 (09): 1622-1633. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.012

摘要（1294）

PDF（pc）（8719KB）（61）

针对当前迁移学习算法应用于轴承故障诊断领域时，目标域中可能存在未知故障类别进而导致识别准确率过低的问题，引入了开集域自适应方法。针对现有的开放集域自适应算法在进行分布对齐时，多注重跨域对齐，很少关注领域内部的分布情况，从而导致对未知类别识别率较低的问题，提出了一种采用集约化开放集差异分布对齐（IDAOD）策略的轴承故障诊断方法，集成了跨域散度对齐和域内分布异化方法。使用开放集最近邻类验证方法获取目标域伪标签，然后构造源域和目标域的总体散度矩阵，进行跨域的散度对齐。基于分布适配加权条件分布，进一步异化同领域内不同类别的空间分布。在结构风险最小化框架下，基于开放集差异理论构造的损失函数，引入正则化项，得到最优解和新的目标域伪标签。通过在Office-31数据集上进行试验，验证了IDAOD算法的可行性。分别在CWRU和JNU轴承数据集上进行故障诊断试验，所提方法对未知故障类别的识别率均高于其他对比开放集算法，验证了所提方法在轴承数据集上能有效提高目标样本含有未知样本时的准确率。

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13. 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. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.006

摘要（1264）

PDF（pc）（7105KB）（45）

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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14. 膜片式微通道预冷器换热微细管束振动分析与可靠性评价方法

王正, 马同玲, 王博文, 顾美丹

中国机械工程 2024, 35 (05): 869-876,885. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.012

摘要（1241）

PDF（pc）（3506KB）（76）

针对预冷吸气式组合发动机的膜片式微通道预冷器换热微细管束振动可靠性问题，建立换热微细管固有振动特性计算方法与数学模型，研究预冷器换热微细管在高速气流冲击下的振动模式，给出综合考虑旋涡脱落激振、紊流抖振和弹性激振等多种共振模式的预冷器换热微细管束振动可靠性评价模型，揭示预冷器换热微细管振动可靠度的变化规律。研究结果表明，预冷器换热微细管的固有振动频率与换热微细管外径、壁厚、相邻支撑间隔板之间跨度以及材料特性等参数密切相关，其振型具有正弦函数的特征；预冷器换热微细管在高速气流冲击作用下存在旋涡脱落激振、紊流抖振、弹性激振等共振模式；预冷器换热微细管振动可靠度随外侧被冷却工质流速的增大呈现出先降低后提高并趋近于某一数值的变化规律；为防止预冷器换热微细管发生共振损坏，在结构设计中要充分结合工作剖面、流动换热特性等，合理设计换热微细管束结构参数。

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15. 航空发动机精锻叶片榫头加工夹具设计

张申1, 梁嘉炜2, 吴动波3, 王辉4, 赵兵1, 许立君5, 周奋5

中国机械工程 2025, 36 (04): 703-714. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.007

摘要（1142）

PDF（pc）（9510KB）（95）

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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16. 大口径火炮弹协调器机构可靠性优化设计研究

闫利军1, 李广岐1, 刘勤2, 高景洲1, 宋华斌1, 骆小平1

中国机械工程 2024, 35 (05): 877-885. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.013

摘要（1124）

PDF（pc）（3107KB）（119）

为提高弹协调器的交弹效率，同时保障协调交弹动作具有高可靠度，开展某弹协调器机构的可靠性优化设计。考虑主要几何尺寸、制造误差、重要构件弹性变形等影响因素，建立某弹协调器的参数化刚柔耦合动力学模型，通过参数化动力学分析，复现协调器的协调交弹动作失效，并建立相对应的功能函数及协调器可靠性优化设计模型。针对协调器可靠性优化模型，为提高优化设计的效率和精度，构建新的Kriging模型自适应更新策略，并与序列二次规划（SQP）方法、功能函数度量法（PMA）/可靠度指标法（RIA）结合，提出协调器机构可靠性优化设计方法。研究结果表明，在协调交弹可靠度满足要求的情况下大幅提高了某协调器的协调效率，也验证了所提方法的有效性和工程价值。

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17. 基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

刘竟飞1, 姜潮2, 倪冰雨2, 汪宗太3

中国机械工程 2024, 35 (05): 792-801. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.004

摘要（1121）

PDF（pc）（4472KB）（124）

针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题，提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点，对输入变量进行一次性采样，从而构造初始训练样本集。采用贝叶斯深度神经网络初步构建高维多输出问题的代理模型。贝叶斯深度神经网络能够同时求解多个预测输出响应的不确定性估计，基于该特点发展了一种针对高维多输出问题的主动加点策略，通过主动学习的方式进一步构建具有较高精度的高维多输出代理模型。然后，利用蒙特卡罗采样方法以及高斯混合模型求解多个输出响应的联合概率密度函数。研究结果表明，所提方法不仅能够避免分别对多个输出响应进行独立求解的复杂过程，而且能够利用多个输出响应之间的关联，主动筛选关键样本点进行建模，在一定程度上提高了高维多输出问题的求解效率。最后，通过几个数值算例验证了所提方法的有效性。

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18. 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. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.003

摘要（1099）

PDF（pc）（8675KB）（110）

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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19. 超疏水表面加工技术及耐磨性能研究进展

黄云, 黄建超, 肖贵坚, 刘帅, 林瓯川, 刘振扬

中国机械工程 2024, 35 (01): 2-26. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.001

摘要（1009）

PDF（pc）（50387KB）（833）

当前制备的超疏水表面耐磨性能普遍较差，因而其在各领域的应用受到限制。研究表明微纳结构和低表面能是实现功能表面超疏水性能的关键因素，因此，首先基于超疏水表面作用机制，对超疏水表面织构进行了归纳，旨在通过优化表面织构来解决微纳结构易磨损难题；然后对超疏水表面加工技术进行了梳理总结，从成本和效率两个方面分析了降低表面能的措施，为拓展超疏水表面加工体系提供思路；进而详细总结了超疏水表面耐磨性的分析手段，并阐述了提高超疏水表面耐磨性的方法；最后，展望了耐磨性超疏水表面的未来发展前景，以期推动超疏水表面在工程中的大规模应用。

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20. 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1, 2, 张文强1, 2, 田晓青1, 2, 夏链1, 2

中国机械工程 2025, 36 (04): 688-696. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.005

摘要（999）

PDF（pc）（9035KB）（46）

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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21. 电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型的加速试验验证与评估

钱萍, 陈驰, 陈文华, 吴山奇, 郭明达

中国机械工程 2024, 35 (05): 886-894. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.014

摘要（992）

PDF（pc）（4553KB）（70）

针对电连接器用聚氨酯胶密封件在长贮条件下的寿命评估问题，从机理层面分析了聚氨酯胶密封件内聚破坏和边界破坏导致性能下降的原因。依据从机理层面建立的电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型，利用聚氨酯胶密封件温湿度综合应力加速退化试验数据，综合应用粒子群优化算法和回归分析、AD检验及拟合优度等检验方法，从数据统计层面验证了电连接器用聚氨酯胶密封件失效物理方程和退化轨迹模型的合理性。利用扫描电镜和能谱分析验证了失效机理分析的正确性。最后，利用所建模型评估了电连接器用聚氨酯胶密封件在贮存环境下的可靠寿命。

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22. 大功率风机主轴滑动轴承研究现状及发展趋势

朱才朝1, 张荣华1, 宋朝省1, 谭建军1, 杨亮2

中国机械工程 2024, 35 (10): 1711-1721. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.001

摘要（980）

PDF（pc）（4422KB）（475）

风电机组大型化步伐加快，核心零部件的可靠性对风机运行的影响越来越大。滑动轴承具有高承载、长寿命、易维护、可扩展、小体积等优点，对风机主轴承关键零部件的国产安全可靠替代水平提高具有显著作用和很大潜力。分析了大功率风机主轴滚动轴承存在的问题与主轴应用滑动轴承的优势，并详细论述了风机主轴滑动轴承设计、材料、润滑、试验验证等多方面的技术方法和应用现状，总结了大功率风机主轴滑动轴承存在的问题及未来的发展趋势，为大功率风电主轴承数字化设计与产业发展提供参考。

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23. 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. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.04.004

摘要（977）

PDF（pc）（5531KB）（41）

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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24. 流-热-力耦合的高性能结构拓扑优化设计方法

李荣启, 闫涛, 何智成, 米栋, 姜潮, 郑静

中国机械工程 2024, 35 (03): 487-497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.011

摘要（965）

PDF（pc）（5000KB）（782）

拓扑优化和增材制造技术的快速发展为高性能复杂装备提供了高效的产品设计和制造方法。目前高性能结构拓扑优化只考虑热力耦合或者流热耦合的设计，且大多局限于简单结构，未考虑流热力三场共同作用下的设计，限制了结构性能的提升。针对流热力多物理场工况下的高性能复杂结构设计这一挑战，提出了一种流热力耦合拓扑优化方法，以提高复杂结构的承温能力。首先引入流场、温度场和结构位移场的控制方程，对计算域的流固材料进行统一表征；然后以最小化平均温度为目标，以流动能量耗散和结构柔度为约束，建立了流热力耦合的拓扑优化模型，并结合变分法和拉格朗日函数开展了设计变量的灵敏度分析；最后将所建立的拓扑优化模型应用于涡轮的结构设计，得到了散热性能良好、流道分布合理的可增材制造结构。

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25. 基于集成学习和改进粒子群优化算法的流程制造工艺参数优化

刘孝保, 严清秀, 易斌, 姚廷强, 顾文娟

中国机械工程 2023, 34 (23): 2842-2853. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.008

摘要（945）

PDF（pc）（12172KB）（291）

针对流程制造过程中工艺过程复杂、多工序耦合严重、工艺参数优化困难等问题，提出一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络、极限梯度提升（XGBoost）算法和改进粒子群优化（IPSO）算法的多工序工艺参数融合优化方法。基于LSTM神经网络建立了数据预处理模型，通过LSTM神经网络提取流程工艺数据的时序特征，进而实现了对工艺数据中异常值的处理。在此基础上，通过XGBoost算法拟合工艺参数与质量指标间的非线性关系，并结合粒子群算法构建了PSO-XGBoost质量预测模型，再将预测模型的输出作为适应度，调用改进粒子群算法反向搜索全局最优工艺参数，得到各工序的最优工艺参数组合，从而实现了流程制造加工质量的融合优化。以某企业的一条流程生产线为例，验证了多工序工艺参数融合优化模型的有效性。

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26. 一种基于AK-MCS-K的失效概率函数估计方法

宋海征1, 2, 周长聪1, 2, 李磊1, 2, 林华刚1, 2, 岳珠峰1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 784-791. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.003

摘要（944）

PDF（pc）（4039KB）（118）

针对可靠性优化设计中失效概率函数求解复杂、计算量大等问题，提出一种求解失效概率函数的高效方法。所提方法的基本思路是利用自主学习Kriging方法构造输入变量全空间在失效边界处的局部代理模型，进而通过该局部代理模型结合Monte Carlo模拟法计算在指定分布参数样本下结构的失效概率，然后基于Kriging方法拟合分布参数样本点与对应结构失效概率之间的函数关系，最终建立用Kriging模型表达的失效概率函数的隐式函数。为了检验所提方法的精度和效率，给出了两个算例，对比了所提方法与已有的求解失效概率函数方法的计算结果。算例结果表明，所提方法适用于求解复杂的功能函数问题，并在满足精度要求的基础上显著降低了计算量。

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27. 多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

关存贺1, 2, 许高斌1, 2, 蒋京奇1, 2, 王焕章1, 2, 陈兴1, 2, 马渊明1, 2

中国机械工程 2024, 35 (05): 860-868. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.011

摘要（851）

PDF（pc）（3137KB）（86）

针对多负载环境下微电子机械系统（MEMS）微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题，提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程，分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程，完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间的变化规律，分析得出，广义混合冲击模型的可靠度计算结果更具有指导意义。进一步对广义混合冲击模型进行参数敏感性分析，研究结果表明，冲击强度与冲击次数对微加速度计的可靠度具有显著影响。

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28. 一种仿蝗虫弹跳机器人的设计与制作

王铠迪, 陈岁繁, 唐威, 秦可成, 李其朋, 杨展, 刘阳, 邹俊

中国机械工程 2023, 34 (24): 2946-2951. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.006

摘要（794）

PDF（pc）（3896KB）（624）

为了提高小型机器人的机动性，增加运动步态的多样性，基于蝗虫的身体结构和运动机理设计了一款仿蝗虫弹跳的跳跃机器人，机身主体采用3D打印制作而成。为了复现蝗虫的弹跳动作机理，在机器人主体的连接处安装了扭转弹簧来模拟蝗虫的SLP机构（半月形储能机构），当机器人遇到障碍物时，扭转弹簧将储存的弹性势能释放，产生地面反作用力，实现机器人的弹跳从而越过障碍物。经实验验证，该机器人具有良好的跳跃性能，其跳跃距离可达100 cm，跳跃高度可达120 cm，约为自身身长的15倍。

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29. 无传动间隙的3K行星齿轮减速器设计

王慰军, 杨桂林, 杜庆皓, 陈庆盈,

中国机械工程 2024, 35 (01): 36-44,55. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.003

摘要（791）

PDF（pc）（10399KB）（408）

3K行星齿轮减速器的啮合齿轮副存在齿侧间隙，使得传动链中引入了传动间隙，导致传动精度降低以及换向冲击。为消除3K行星齿轮减速器的传动间隙，利用3K行星齿轮传动中行星架不参与力矩传递的特性，提出了一种柔性行星架以消除传动间隙，并通过仿真分析验证了所提消隙机构的有效性。通过配齿及效率优化实现了高效的正向和反向传动。研制样机并进行了传动精度、滞回特性、正弦响应误差、正向传动效率、反向传动效率以及反向启动扭矩测试，结果验证了所提柔性行星架对消除3K行星齿轮减速器传动间隙、提高传动精度和传动效率以及提高反向传动性能的有效性。

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30. 薄壁构件渐进式电磁成形技术研究进展

程啸1, 李瑞2, 邹贵生2, 林俊峰1, 3, 于海平1, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2092-2105. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.001

摘要（791）

PDF（pc）（12617KB）（143）

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电磁成形技术划分为两大类：渐进式电磁复合成形和渐进式电磁直接成形；针对每类工艺从基本原理、技术方案以及应用成果等方面进行了研究现状阐述；分析了渐进式电磁成形技术目前存在的主要问题，并对渐进式电磁成形技术的未来发展前景和研究方向进行了展望。

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31. 钛合金超声冲击强化研究现状及发展趋势

查旭明, 袁智, 秦浩, 袭琳清, 张涛, 姜峰

中国机械工程 2023, 34 (19): 2269-2287. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.001

摘要（713）

PDF（pc）（36447KB）（315）

梳理、介绍了钛合金超声冲击强化技术的工艺原理与研究进展；统计分析了不同超声冲击工艺参数（静压力、超声振幅和滚压次数）对钛合金表面层性能的影响规律，结果表明不同工艺参数的择优对钛合金性能强化有重要影响，同时各工艺参数也会存在优化临界值，超过临界值反而会降低其服役性能；总结了现阶段超声冲击强化技术在工程应用上面临的难点，并结合智能制造提出超声冲击强化技术未来发展方向。

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32. 基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化研究

李浩1, 焦彦超1, 张玉彦1, 张昊1, 邢宏文2, 文笑雨1, 王昊琪1, 叶国永1, 管啸2

中国机械工程 2024, 35 (11): 1986-1994. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.010

摘要（706）

PDF（pc）（4789KB）（108）

由于飞机部件尺寸大，装配现场工装分布复杂，导致激光跟踪仪通视不佳，在引导装配或下架检验时需要反复调整激光跟踪仪站位，严重影响了测量稳定性及效率。为解决此问题，提出基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法。建立了面向飞机装配的激光跟踪仪测量约束模型，构建了基于飞机装配现场要素精准仿真的数字孪生系统，完成了对激光跟踪仪布站位置的优化，最后通过对数字孪生系统中激光跟踪仪的测量仿真，验证了遗传算法求解激光跟踪仪最佳站位的可行性。研究结果表明，优化后激光跟踪仪对测量点的覆盖率提高了110%，测量点的重合率由11.7%提高到55.5%，激光跟踪仪对测量点的覆盖率和测量点的重合率均有显著提升。

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33. 分布式多柔性装配作业车间调度问题研究

魏光艳, 叶春明

中国机械工程 2023, 34 (20): 2442-2455. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.007

摘要（702）

PDF（pc）（4457KB）（342）

针对分布式柔性装配作业车间环境，综合考虑了调度过程中的机器选择柔性、工人安排柔性和工序顺序柔性，构建了以最小化最大完工时间和最小化总能耗为优化目标的分布式多柔性装配作业车间调度问题（DMFAJSP）的数学模型。为求解DMFAJSP模型，提出了一种以分布估计算法为全局搜索组件、以邻域搜索算子为局部搜索组件的多维模因算法（MDMA）。最后，将所提出的算法与其他算法进行了对比试验，结果表明MDMA算法在求解DMFAJSP模型方面具有显著优势。

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34. 考虑轮胎非线性的横摆角速度计算与车辆稳定性控制

闵德垒, 童汝亭, 危银涛

中国机械工程 2023, 34 (21): 2521-2530. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.001

摘要（654）

PDF（pc）（7794KB）（1195）

基于非线性轮胎模型提出横摆角速度的一种准确计算方法，并将其用于车辆稳定性控制。轮胎的非线性采用刷子模型进行表征，通过摄动分析得到等效稳定性因数，进而得到稳态横摆角速度的精确解析解。对解析解存在性的分析表明轮胎非线性会对车辆稳定性产生影响。实车试验和基于车辆模型的控制仿真表明，考虑轮胎非线性可有效提高作为目标参量的稳态横摆角速度的计算精度，提高车辆稳定性的控制效果。

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35. 复杂载荷、极端环境下焊接结构疲劳寿命预测研究综述

董志波1, 王程程1, 李承昆1, 李峻臣2, 赵耀邦2, 历吴恺2, 徐爱杰2

中国机械工程 2024, 35 (05): 829-839. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.008

摘要（637）

PDF（pc）（6000KB）（217）

焊接接头易出现缺陷和应力集中，在疲劳载荷作用下将成为疲劳裂纹萌生和扩展的薄弱区域。与均质材料相比，接头各区域微观组织及应力局部化使得焊接结构疲劳问题进一步复杂化。区别于理想实验条件，实际焊接结构服役环境复杂，疲劳寿命预测须考虑环境因素与焊接结构耦合特性。为此，对影响焊接结构的内在因素进行总结分析，从复杂载荷和极端服役环境两方面对现有焊接结构寿命预测模型进行综述，结合最新研究进展对改进焊接结构疲劳寿命评估方法提出建议。

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36. 基于增材制造技术的自修复结构设计及修复性能研究

张镇, 郭策, 胡财吉, 郑威

中国机械工程 2024, 35 (01): 144-151. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.014

摘要（636）

PDF（pc）（10846KB）（219）

以轻质夹芯板类结构件为主要研究对象，根据结构的断裂破坏形式，开展了结构自修复设计和实现方法的研究。通过增材制造技术完成结构样件的制备，并进一步通过实验测试对比分析了修复后结构力学性能的恢复效果。研究结果表明所设计的夹芯板自修复结构对裂纹具有较好的修复能力，修复后结构的抗压力学性能恢复到原结构的85.6％。

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37. 面向刮底安全的电池包防护结构轻量化设计

王超, 成艾国, 张承霖, 于万元, 何智成

中国机械工程 2023, 34 (19): 2343-2352. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.009

摘要（621）

PDF（pc）（11669KB）（143）

为保护刮底工况中的电池包，提出了一种铝合金防护结构的截面-布置设计方法。建立了整车刮底仿真模型，并定义了电池包模组侵入量目标，通过对防撞梁进行三点静压试验和仿真分析验证了材料模型的准确性；对铝合金防护梁的截面进行拓扑优化，确定了防护结构的最优截面形状为“人”字形结构；对比分析了不同截面形状、安装位置和布置参数对刮底性能的影响，并研究了刮底防护的机理；最后，构建了混合近似模型，采用多目标海洋捕食者算法对结构进行截面-布置优化。研究结果表明，优化后的两种铝合金防护结构方案与原钢制结构方案相比，分别减重59.6%和46.8%，且电池模组侵入量满足要求。

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38. 高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

孙海涛, 詹梅, 樊晓光, 郭靖, 韩超, 张君

中国机械工程 2024, 35 (01): 160-180. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.016

摘要（616）

PDF（pc）（15209KB）（239）

压装型高聚物黏结炸药(PBX)因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部。未来作战环境和战略需求的不断变化，促使压装型PBX朝着高质量、高安全、高效率成型制造的方向发展。综述了压装型PBX在成型质量与性能调控、压制安全性、自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题。首先探讨了PBX在成型质量与性能调控方面的研究进展，包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性、损伤演化机制与界面性能调控、残余应力检测与调控；进而分析讨论了PBX的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状；最后基于对研究现状的分析，展望了PBX压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战。

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39. 氮化铝基板嵌入式微流道设计及激光刻蚀研究

马预谱, 魏涛, 王力, 赵俊熠, 张鑫磊, 陈妮, 李亮, 何宁

中国机械工程 2023, 34 (20): 2496-2503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.20.013

摘要（588）

PDF（pc）（19033KB）（145）

氮化铝（AlN）高温共烧陶瓷（HTCC）基板具有热导率高、热稳定性好等优点，在氮化铝基板中嵌入微流道可以大幅提高散热能力并减小封装厚度，但小尺寸、硬脆性氮化铝微流道精密加工难度较高。基于某阵列功率器件的散热需求，开展了氮化铝嵌入式微流道设计研究；为解决氮化铝陶瓷基板微流道加工难题，开展激光刻蚀氮化铝陶瓷工艺研究，探索氮化铝陶瓷基板的线刻蚀阈值及激光参数对线刻蚀槽尺寸和形貌的影响规律，并提出了激光与化学铣切的复合加工方法。实验结果表明：线刻蚀中激光刻蚀的功率阈值与扫描速度成正相关；随着激光功率的增大，线刻蚀槽宽度将大于光斑直径，会造成过度加工；激光与化学铣切复合加工得到的微流道结构尺寸精度误差均小于50 μm，表面粗糙度可以达到5.6 μm。

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40. 融合集成模型与深度学习的机床能耗识别与预测方法

谢阳, 戴逸群, 张超勇, 刘金锋

中国机械工程 2023, 34 (24): 2963-2974. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.008

摘要（580）

PDF（pc）（9506KB）（272）

针对能耗过程识别方法存在的多源影响、高质量特征提取与选择以及复杂性和非线性等问题，提出了一种融合集成模型与深度学习的机床能耗识别与预测方法。以数控铣削加工为例，建立基于不同切削时段的能耗模型，并通过小波变换进行信号预处理。利用预处理信号对融合随机森林(RF)与长短时记忆(LSTM)神经网络的模型(RF-LSTM模型)进行训练和能耗预测，同时利用RF识别切削阶段，实现能耗分类预测。通过实际案例来证明所提方法的有效性和优越性，利用RF-LSTM模型对比其他四种方案，验证了该识别方法能够精准预测机床不同运行状态以及能量消耗。

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