中国机械工程

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1. 超精密加工误差补偿技术研究综述

陈启迪, 胡小龙, 吝敏, 孙晓霞, 张涛, 周志雄

中国机械工程 2023, 34 (03): 253-268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.001

摘要（2647）

PDF（pc）（8557KB）（1433）

超精密加工技术是高端制造领域的一项关键技术，当前超精密加工已进入纳米尺度，掌握超精密加工误差控制关键技术、保障并提高数控机床的加工精度，已经成为提高加工制造水平的研究热点。系统总结了超精密加工误差补偿技术研究现状及发展趋势，重点介绍了对超精密加工影响最大的几何误差、力诱导误差、热诱导误差及其补偿方法。在此基础上，深入探讨了超精密加工在几何误差分离，切削力、热诱导误差测量与补偿等方面存在的一系列问题，进一步指出超精密加工误差补偿技术还应关注其向高效、高精，通用化，模块化，智能化及柔性化的发展方向。

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2. 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（2247）

PDF（pc）（8675KB）（164）

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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3. 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（2097）

PDF（pc）（5531KB）（93）

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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4. 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（1851）

PDF（pc）（5744KB）（58）

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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5. 加载角度对6082铝合金自冲铆接接头疲劳性能及失效模式的影响

雷付煜1, 徐小旭2, 赵亚明2, 罗军1, 马超1, 徐从昌1, 李落星13

中国机械工程 2025, 36 (01): 141-151. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.015

摘要（1827）

PDF（pc）（41395KB）（67）

以6082铝合金自冲铆接为研究对象，采用拉伸试验、疲劳试验、扫描电镜观测等手段研究了接头疲劳裂纹扩展机理和微动磨损行为。结果表明：相较于0°、45°，加载角度90°的接头具有最优的静力学性能；在同一载荷水平下，接头疲劳寿命随加载角度的增大而增大；高周疲劳下的接头失效为下板开裂失效，低周疲劳下的接头失效为上板开裂和铆钉断裂；微动磨损影响接头疲劳裂纹的萌生位置和扩展路径，接头加载角度影响接头不同区域的微动磨损程度，加载角度90°的铆钉头部与上层板接触区域、加载角度0°的下板与铆钉腿表面接触区域的微动磨损最严重。

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6. 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（1822）

PDF（pc）（25364KB）（178）

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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7. 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（1798）

PDF（pc）（7836KB）（69）

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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8. 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（1763）

PDF（pc）（10955KB）（176）

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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9. 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（1756）

PDF（pc）（3068KB）（263）

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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10. 面向STEP模型装配特征自动提取的装配信息模型构建

贾康1, 2, 唐竟1, 2, 任东旭1, 2, 王浩1, 2, 赵强强1, 2, 洪军1, 2

中国机械工程 2025, 36 (01): 123-132. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.013

摘要（1734）

PDF（pc）（8528KB）（102）

装配信息建模是数字化装配、智能化装配的基础，然而人工交互建模效率低下且易发生装配特征识别和装配特征配合的错误，难以满足复杂机械系统的精确建模。基于三维装配体模型隐含的装配工艺信息，以STEP模型文件为输入，研究了面向几何信息的装配特征自动提取与配合关系识别算法。进而针对装配集成信息模型的构建，从装配精度模型和装配序列规划角度提出了信息推理算法。最后基于开发的系统，通过装配实例信息模型构建证明了所提算法的有效性。

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11. 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（1709）

PDF（pc）（9001KB）（109）

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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12. 几何参数对空心铝型材拉弯起皱特性的影响规律及机理

刘志文1, 2, 雷冲1, 孙凯博1, 欧阳八生1, 李落星2, 刘筱3, 李发智1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1083-1093. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.020

摘要（1695）

PDF（pc）（8620KB）（66）

基于板壳理论推导了空心铝型材拉弯成形的起皱能和外力做功函数表达式，结合能量准则建立了空心型材拉弯起皱理论预测模型，并通过实验验证了模型的准确性。揭示了空心型材拉弯起皱缺陷的产生机理，定量研究了几何参数对起皱极限及形态的影响。研究结果表明：三种不同弯曲半径下，空心型材起皱数量和高度的理论预测与实验结果吻合性较好，最大差异分别为1.2和0.55 mm，相对误差分别为16.93%和11.28%。弯曲成形阶段的外力做功增速大于起皱能增速，且随弯曲时间的增加，外力做功大于起皱能，导致产生起皱失稳。增大型材厚高比和厚宽比，起皱率降低，起皱极限提高，且起皱数量减少，起皱高度增大；增大型材宽高比，起皱率提高，起皱极限和起皱数量减少，起皱高度增大；在型材型腔增添内加强筋可提高起皱极限，但起皱数量增加，起皱高度减小。

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13. 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（1686）

PDF（pc）（7015KB）（137）

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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14. 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（1594）

PDF（pc）（8056KB）（95）

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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15. 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（1593）

PDF（pc）（5837KB）（104）

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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16. 我国中小企业数字化转型的模式与对策

王柏村, 朱凯凌, 薛塬, 白洁, 臧冀原, 谢海波, 杨华勇,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1756-1763. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.013

摘要（1469）

PDF（pc）（5220KB）（827）

推动中小企业数字化转型对我国制造业的全面提质增效具有重大意义。中小企业在数字化转型中存在成本过高、路径模糊、人才短缺等问题，且缺少数字化转型的分析框架与参考范式,因此构建了中小企业数字化转型的分析框架，明确了实现数字化转型关键因素，通过案例研究归纳提出了中小企业数字化转型的四类基本路径模式。基于上述研究，为我国中小企业的数字化转型提出针对性对策建议，以期推动中小企业数字化、智能化发展。

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17. 机理与数据融合驱动的复杂航空复材部件关键装配误差元素辨识方法

郭飞燕1, 张辉2, 宋长杰1, 张硕1

中国机械工程 2025, 36 (07): 1530-1543. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.016

摘要（1425）

PDF（pc）（6423KB）（34）

复杂航空复材产品的装配中，考虑零件受力变形、多装配参数等因素，建立定位装夹、连接、下架回弹等关键装配环节的变形误差源模型，修正表示误差传递关系的雅可比旋量矩阵，构建装配误差传递机理模型；建立以装配误差为基础的支持向量回归模型，构建机理模型与数据模型的融合模型；依据装配误差机理模型计算值与实际偏差的预测补偿模型，采用Sobol灵敏度分析方法计算不同误差元素的全局灵敏度系数，辨识了对装配精度影响较大的关键误差元素。最后，以某机翼盒段装配为例验证了所提方法的有效性。

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18. 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（1424）

PDF（pc）（11269KB）（151）

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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19. 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（1411）

PDF（pc）（8719KB）（77）

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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20. 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（1407）

PDF（pc）（9281KB）（147）

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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21. 采用电阻加热工艺的复合材料二次胶接接头的拉伸剪切性能

王轩1, 姚凯飞1, 原伟强1, 王魁奎2, 于吉选2, 张毅3

中国机械工程 2025, 36 (01): 152-159. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.016

摘要（1372）

PDF（pc）（16272KB）（52）

通过试验研究了5种嵌入物对热固性复合材料二次胶接接头拉伸剪切性能的影响。试验结果显示：金属网嵌入物须进行表面处理才能提高胶接质量；电阻加热工艺制备的接头拉剪强度优于热压罐工艺；嵌入物可提高接头的拉伸剪切性能，碳纤维预浸料嵌入物的接头拉伸剪切性能最好；镍网嵌入物致密度高，对应的胶接质量优于铜网嵌入物；接头搭接区域端部存在严重的应力集中；金属网嵌入物提高了接头拉伸刚度；嵌入物接头呈现内聚破坏、黏附破坏、被胶接件纤维撕裂破坏、嵌入物破坏，剥离应力在破坏中起主要作用；断面破坏模式分布区域越不规则，胶接质量越差。

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22. 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（1358）

PDF（pc）（3506KB）（88）

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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23. 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（1351）

PDF（pc）（7105KB）（76）

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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24. 柔弹性复合点阵结构面内剪切性能及交互机制研究

牛国法1, 纪小刚1, 2, 王炜1, 王广阳1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1103-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.022

摘要（1338）

PDF（pc）（8492KB）（52）

通过试验和数值模拟对复合点阵结构在面内剪切载荷状态下的剪切性能和交互机制进行研究。试验分析了基体体心立方（BCC）结构的损伤失效历程和失效方式；以BCC单胞结构为基体，采用结构嵌合的方式探寻嵌合结构杆径对复合结构剪切强度和剪切模量的影响规律；最后通过面心立方（FCC）结构的试验验证了有限元分析的可靠性，探究了FCC-BCC结构在面内剪切载荷下的交互机制。试验结果表明，结构之间的嵌合增强了复合点阵结构的承载能力，同时结构的嵌合会影响复合结构的应变；当结构杆径尺寸均为0.45 mm时，FCC-BCC和简单立方体心立方（SC-BCC）的极限剪切强度相比于基体本身分别提高了159%和80%。

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25. 玻纤质量分数对长玻纤增强聚丙烯水驱动弹头辅助共注塑管件的影响

廖钱生1, 3, 柳和生2, 匡唐清2, 刘家豪2, 张伟2

中国机械工程 2025, 36 (06): 1329-1337. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.020

摘要（1314）

PDF（pc）（6799KB）（30）

为研究玻纤质量分数对以长玻纤增强聚丙烯为外层材料、纯聚丙烯为内层材料的水驱动弹头辅助共注塑成形(W-PACIM)管件的影响，采用试验方法分析了玻纤质量分数对管件残余壁厚、玻纤取向分布规律及管件耐压性能的影响规律及影响机理，结果表明：随着玻纤质量分数的增大，管件总残余壁厚先减小后增大；管件外层根据玻纤取向的分布特点可分为近模壁层、中间层和近界面层，且玻纤沿熔体流动方向的取向由外而内逐层升高，随着玻纤质量分数的增大，外层玻纤分布均匀性降低；管件的耐压性能先增后减，玻纤质量分数为20%时，管件耐压性能最好。

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26. 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（1297）

PDF（pc）（9510KB）（162）

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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27. 2022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

叶鑫, 朱明亮, 黄志权,

中国机械工程 2023, 34 (04): 379-386. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.001

摘要（1271）

PDF（pc）（2658KB）（1013）

介绍了2022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）科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况，阐述了学科在落实科学基金改革、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措，展望了2023年的主要工作。

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28. 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（1259）

PDF（pc）（3107KB）（133）

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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29. 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（1253）

PDF（pc）（4472KB）（143）

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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30. 以热图像为输入的基于ResNet的机床主轴热误差建模方法

李明范, 杨龙, 李晟, 郭欢, 付国强

中国机械工程 2025, 36 (09): 2057-2067. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.09.018

摘要（1246）

HTML （1）

PDF（pc）（5627KB）（62）

为了获得高精度高泛化的机床热误差模型，提出了以热图像为输入的基于ResNet的数控机床主轴热误差建模方法。构建以热误差取整为标签的热图像数据集，训练以热图像为输入的热误差ResNet分类预测模型。在此基础上，针对机床热误差时序序列的回归特性，将分类输出层的不同标签值对应的概率通过加权集成方式构建回归输出层，实现热误差回归预测，无需重新训练。对热图像深度特征和ResNet分类模型的分类效果进行可视化分析，验证ResNet模型对热图像特征提取的有效性以及良好的分类能力。最后，将ResNet模型与GoogLeNet和VGGNet模型在不同工况下进行比较，分别验证ResNet热误差分类模型和回归模型的高精度和高泛化性。

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31. 基于变分模态滤波和注意力机制的重载机器人铣削系统颤振辨识方法

梁志强1, 2, 陈司晨1, 杜宇超1, 刘宝隆1, 2, 高子瑞1, 乐毅3, 肖玉斌4, 郑浩然1, 仇天阳1, 刘志兵1

中国机械工程 2025, 36 (05): 1018-1027,1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.013

摘要（1243）

PDF（pc）（7393KB）（157）

提出了一种定参变分模态滤波、包络滤波和注意力机制网络辨识相结合的重载机器人铣削系统颤振辨识方法。首先，根据变分模态滤波理论，通过合适地优选二次惩罚项实现对目标高频非颤振信号分量的剔除；然后，为快速辨识当前的加工状态，从信号时域分布出发，结合频域在时域上的映射规律，采用包络滤波方法实现低频主轴转速相关信号分量的剔除；最后，构建基于注意力机制的网络辨识模型，对预处理后的多时序短时信号片段进行分类以实现加工状态辨识，并开展重载机器人铣削系统加工验证实验。实验分析结果表明，通过剔除高频非颤振信号和低频主轴转速相关信号分量，再生颤振辨识准确度得到了进一步提高，辨识准确度可达98.75%。通过与其他辨识方法对比，所提出的重载机器人铣削系统颤振辨识方法可以有效地识别重载机器人铣削系统加工过程中的再生颤振，为后续重载机器人铣削系统颤振在线抑制提供技术支撑。

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32. 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（1227）

PDF（pc）（5000KB）（825）

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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33. 智能制造中的人-信息-物理系统协同的人因工程

杨晓楠, 房浩楠, 李建国, 薛庆

中国机械工程 2023, 34 (14): 1710-1722,1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.008

摘要（1218）

PDF（pc）（5740KB）（639）

人信息物理系统(HCPS)的智能制造理论体系明确了人在智能制造系统的中心地位。从智能制造人机协同的需求出发，基于人机交互鸿沟理论，在行为、意图、认知三个层面讨论了人因工程在“人本智造”中的研究重点。围绕虚实融合场景、多模态人机交互及认知量化等方法，阐述了人因工程在促进HCPS智能融合的重要作用。最后，从实现HCPS集成的智能制造系统出发，提出了“人本智造”的研究方向和学科发展建议。

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34. 凸轮轴高速磨削烧伤机理分析与在线监测系统研究

邓朝晖, 卓荣锦, 陈敬强, 葛吉民, 吕黎曙, 刘伟

中国机械工程 2025, 36 (08): 1784-1795. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.08.014

摘要（1209）

HTML （2）

PDF（pc）（5261KB）（44）

凸轮轴非圆轮廓高速磨削过程容易发生磨削烧伤，导致表面质量和使用寿命下降甚至报废，因此开展了凸轮轴高速磨削烧伤机理分析与在线监测系统研究。探讨了工艺参数对磨削烧伤的影响规律，通过表面形貌和硬度分析提出了磨削烧伤量化评价方法；利用频域和时频域分析方法进行信号处理与特征提取，并分析了传感信号与磨削烧伤的关系；基于ReliefF提取了与磨削烧伤具有高相关性的AE信号特征，基于遗传算法-支持向量机（GA-SVM）建立了磨削烧伤监测模型并进行了实验验证。开发了凸轮轴高速磨削烧伤在线监测系统并实现了应用。

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35. 曲线焊缝的机器人焊接轨迹规划与高频控制

吴超群, 赵松, 雷艇

中国机械工程 2023, 34 (14): 1723-1728. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.009

摘要（1181）

PDF（pc）（6070KB）（500）

机器人实时焊缝跟踪系统中，轨迹规划时间及控制延迟过高会影响跟踪精度和焊接质量。针对这一问题，结合B样条曲线插补算法和外部引导运动模块，提出一种用于曲线焊缝的分段式实时轨迹规划与控制方法。首先根据插补时间最优原则将轨迹分段，然后采用三次非均匀B样条插补每段轨迹并得到插补点，最后设计了机器人高频控制器，利用外部引导运动模块以4 ms为周期将插补点依次发送给机器人，引导机器人运动。试验结果表明，该方法在100 ms内即可完成正弦曲线焊缝的规划并引导机器人焊接，跟踪精度控制在±0.2 mm以内，实现了轨迹的快速规划和高频控制。

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36. 行人与自动驾驶汽车的交互研究

吕伟, 郭伏, 刘莉, 张泽宇, 王天博

中国机械工程 2023, 34 (05): 515-523. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.002

摘要（1179）

PDF（pc）（3924KB）（953）

从行人汽车环境系统视角出发，探索道路交通系统中行人安全设施、自动驾驶汽车让行行为、驶近方向以及外部人机界面（eHMI）等因素对行人与自动驾驶汽车交互过程的影响。基于洞穴式自动虚拟环境（CAVE）仿真平台，使用Unity 3D软件设计、开发了自动驾驶汽车的驾驶场景，招募38名志愿者参与行人与自动驾驶汽车交互实验，并记录交互过程中行人的决策时间、决策结果和交互体验等数据。利用生存分析对38名行人被试的实验数据进行了统计学分析，结果表明：在有自动驾驶汽车的交通环境中，行人安全设施、自动驾驶汽车的让行行为和eHMI能够显著缩短行人决策时间、提升交互体验、提高交通效率。但行人安全设施对行人决策与行为的影响主要体现在过街间隙出现的早期，汽车让行行为的影响相对滞后，同时光带式eHMI用于传达自动驾驶汽车让行意图的效力和清晰度有限。

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37. 集成强化学习算法的柔性作业车间调度问题研究

张凯, 毕利, 焦小刚

中国机械工程 2023, 34 (02): 201-207. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.010

摘要（1178）

PDF（pc）（4473KB）（678）

将柔性作业车间调度问题转化为马尔可夫决策过程，提出了集成5种深度Q网络（DQN）优化的算法D5QN。构建马尔可夫过程中，提取一组特征来表述状态，通过调度规则的组合设计出三组动作，通过直接和间接两种方式共同描述奖励。与基于规则、元启发式和其他强化学习算法的比较证明，所提方法可进一步缩短求解时间，并具有可行性和有效性。

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38. 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（1177）

PDF（pc）（50387KB）（894）

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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39. 基于多源信息融合和集成学习的薄壁件铣削加工变形误差预测

尹佳1, 郑健2, 刘尧3, 贾保国1, 段晓蕊1

中国机械工程 2025, 36 (06): 1261-1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.013

摘要（1164）

PDF（pc）（5304KB）（38）

在实际加工过程中，薄壁件加工精度易受到切削力、强迫振动、颤振、工件几何特征、材料等因素影响，导致薄壁件变形难以预测和控制。提出了一种多源信息融合的薄壁件铣削加工变形误差预测方法，融合加工过程信息和振动信号等数据，基于Stacking集成学习思想构建薄壁件铣削加工变形误差预测模型，并进行了实验验证。对比实验表明，相比于常规数据驱动方法，所构建模型的鲁棒性和准确度更高，实用性更好。

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40. 基于仿真数据驱动和领域自适应的滚动轴承故障诊断方法

董绍江, 朱朋, 朱孙科, 刘兰徽, 邢镔, 胡小林

中国机械工程 2023, 34 (06): 694-702. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.008

摘要（1150）

PDF（pc）（6394KB）（656）

针对实际工业环境中较难获取大量的高质量滚动轴承故障数据，智能诊断模型泛化性能差的问题，提出了一种基于仿真数据驱动和领域自适应的故障诊断方法。首先，建立仿真数据驱动故障诊断所需的物理模型，并根据轴承的型号及相应工况模拟不同故障形式，获得丰富的仿真数据；其次，采用迁移学习的方法解决仿真与实际故障数据存在数据特征分布不一致的问题，通过残差通道注意力机制网络提取不同领域的迁移故障特征，采用考虑了源域与目标域数据特征的条件分布差异的条件最大均值差异度量准则进行网络训练过程中不同领域的自适应操作；最后，在人为损坏和加速寿命实验损坏的轴承数据集上进行了不同迁移模型的实验验证，结果表明所提方法能在目标域小样本监督情况下获得较高的识别精度。

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