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1. 高强钢热冲压结构件三维激光切割回弹规律及精度补偿方法

李守港, 刘鹏, 刘祥, 胡志力,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2741-2747. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.012

摘要（746）

PDF （7408KB）（109）

为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响，将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割，研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象，利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲压和激光切割有限元模型，通过数值模拟得到回弹值分布图，揭示了车身结构件在切割后轮廓的回弹规律。根据基于回弹预测的直接补偿方法对轮廓进行补偿以确定最佳切割轮廓，对A柱冲压半成品进行切割试验验证，试验结果表明，所提补偿方法能够将轮廓误差控制在公差范围内，轮廓误差减小约28.5%，型面回弹减小约38.3%，验证了该补偿方法的有效性。

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2. 碳纤维增强复合材料水导激光切割试验研究

汪建新, 吴耀文, 张广义, 潮阳, 张文武,

中国机械工程 2021, 32 (13): 1608-1616. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.013

摘要（542）

PDF （9818KB）（169）

采用正交试验方法对影响水导激光切割碳纤维增强复合材料（CFRP）的关键工艺参数进行了深入研究，得出了进给速度、水射流速度、脉冲频率和激光功率对切割CFRP的影响规律，并用直接对比法和极差分析法所得最优参数进行单次划槽切割对比。研究结果表明：在极差分析法所得最优参数下切割CFRP时，切缝深度增大3.2%、切缝宽度减小9.2%、切缝锥度减小11.8%、线粗糙度减小40.2%。通过与干式激光加工方法对比发现，水导激光加工技术在切割CFRP方面优势明显，由于水射流的冲刷和冷却作用，材料切割表面几乎无热影响区和纤维拔出。另外，采用正交试验所得最优工艺参数实现了4 mm厚度CFRP的无锥度切割。

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3. 铝/钢大功率超声波焊接过程模拟与试验验证

李欢, 黄朝望, 周亢, 张长鑫, 曾才有

中国机械工程 2022, 33 (02): 226-233. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.02.013

摘要（504）

PDF （12320KB）（76）

为了揭示大功率超声波焊接机理，以6061-T6铝合金和DC04低碳钢作为工件材料，建立了大功率超声波金属焊接的三维有限元热力耦合模型，模拟了焊接温度场以及工件塑性变形过程。模型中的焊接热源与超声功率有关；工件的超声软化与焊接振幅及频率相关。模拟结果表明：超声电功率转化为焊接热量的转化率呈指数上升，随后近似稳定；焊接区域最高温度为566 ℃，为铝合金熔点的87%；工件接触面的材料由外侧向焊头下方的中间区域发生塑性流动并堆积在区域边缘，促进了焊接界面形成，且堆积产生的焊接区域的面积远大于焊头端面面积；在焊接初期，焊头的下压表现为钢的嵌入，随后在超声软化和高温作用下，铝合金表面的嵌入速度加快，焊接结束时，钢和铝表面均达到最大的嵌入深度。

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4. 运行条件对不锈钢点焊疲劳性能影响及开裂分析

姜云禄, 杨亮, 韩晓辉, 徐野, 陈怀宁, 蔡桂喜

中国机械工程 2021, 32 (14): 1726-1731. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.011

摘要（449）

PDF （13128KB）（291）

以不锈钢车体底架电阻点焊接头为对象，研究了温度（-40℃、室温和70 ℃）、应力比（0.1、0.5）以及3.5%NaCl腐蚀介质对接头疲劳寿命的影响；借助电子背散射衍射（EBSD）技术、扫描电镜（SEM）、仪表球压痕系统(IBIS)和拉伸剪切试验，对晶粒取向、残余应力分布、疲劳断口形貌和力学性能进行分析。结果表明：低温条件下材料强度的提高可获得更好的疲劳性能，70 ℃条件下塑性性能的改善可使高周疲劳性能更优；应力比为0.1时的疲劳性能优于应力比为0.5时的疲劳性能；腐蚀介质和拉应力促使应力腐蚀开裂和裂纹尖端的阳极区快速溶解，加速裂纹的萌生和扩展，显著缩短了点焊接头的疲劳寿命；疲劳裂纹在界面应力集中尖角处形核，沿熔核软化区长大，逐渐向表面扩张，直至断裂失效。

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5. 管坯大变形自由推压缩径残余应力的研究

刘恒, 王连东, 王晓迪, 刘超,

中国机械工程 2021, 32 (11): 1354-1360. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.012

摘要（444）

PDF （5874KB）（286）

管坯大变形自由推压缩径时端部存在翘曲，即端部外径大于定径区外径。针对端部翘曲区进行变形分析，并基于平衡条件推导了周向残余应力与翘曲变形和剪应力的关系表达式，揭示了由内表面层到外表面层整体存在周向残余拉应力的事实。在三向液压机上进行219 mm×7.5 mm无缝钢管的双侧大变形缩径，在缩径管件上截取包含端部翘曲区和定径区的试样，在其内外表面不同区域选取测量点，并采用X射线衍射法测量残余应力，端部翘曲区测量结果与理论分析结果趋势一致。针对缩径管件变形过程，采用ABAQUS软件进行有限元模拟，缩径变形及缩径力的模拟结果与缩径试验结果吻合，内外表面层残余应力的模拟结果与X射线衍射法测量结果趋势一致。给出了自定径区至端部沿壁厚方向及沿轴向方向的残余应力分布规律。

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6. TNTZ钛合金流变行为及物理基本构模型

钟明君, 王克鲁, 程静, 欧阳德来, 崔霞, 李鑫

中国机械工程 2021, 32 (10): 1233-1239. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.012

摘要（439）

PDF （4962KB）（191）

借助Gleeble-3500热模拟机对Ti-29Nb-13Ta-4.5Zr(TNTZ)钛合金进行了变形温度为700~900 ℃、应变速率为0.001~1 s-1的等温恒应变速率压缩实验，分析了应变速率和变形温度对TNTZ钛合金流变应力的影响。根据实验数据，计算了不同变形条件下的温升值，分析了变形热产生的规律。综合考虑温度对材料自扩散系数和弹性模量的影响以及应变对合金流变应力的影响，通过多元线性回归拟合材料参数与应变之间的函数关系，构建了基于应变补偿的物理基本构模型。研究结果表明：TNTZ钛合金的流变应力随应变速率的增大而增大，随变形温度的升高而减小；变形热效应引起的温升与应变速率正相关，与变形温度负相关。通过应变补偿建立的物理基本构模型预测精度较高，模型相关系数R达0.964，平均相对误差为10.63%。

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7. 金属薄壁筒体对轮旋压技术进展及应用探析

张立军, 杨宁, 李志顺, 陶继绍, 徐嘉怡, 李帆, 赵升吨,

中国机械工程 2023, 34 (02): 226-237. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.013

摘要（439）

PDF （10288KB）（79）

对轮旋压是成形大型高强金属薄壁筒体的关键技术。分别从塑变机理、成形精度影响与控制、组织演变与缺陷、对轮旋压设备等四方面概述了金属薄壁筒体对轮旋压技术的最新研究进展，指出时变非线性特点导致塑性流动控制困难是对轮旋压技术工程化应用的瓶颈。剖析了对轮旋压技术难点，分析探讨了其发展趋势，揭示出多源混动的对轮主动强力柔性旋压工艺对超高强金属、大尺寸薄壁筒体精密旋压成形的借鉴意义。

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8. 集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统

高佳篷, 洪波, 贾爱亭, 李湘文, 屈原缘

中国机械工程 2023, 34 (02): 238-244,251. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.014

摘要（428）

PDF （13543KB）（101）

集装箱大梁自动焊接过程中，工件表面的反射不均匀、弧光、飞溅和烟尘等因素容易造成焊缝偏差识别不准确或难以稳定识别，因此设计了一种用于集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统。基于低成本结构光视觉传感器建立了高鲁棒的焊缝特征提取模型，该模型采用激光条纹的直线斜率对随机采样一致性算法的随机采样过程进行优化，以在复杂环境下实现模型对焊缝特征的稳定提取。不均匀强反射工件表面的焊接试验结果表明：焊接参数300 A、29 V、1 m/min下，Y向、Z向的平均检测误差分别为0.22 mm和0.19 mm，实现了稳定高精度的焊缝跟踪。

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9. 碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析

赵巧莉, 侯玉亮, 刘泽仪, 李成

中国机械工程 2021, 32 (14): 1732-1742. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.14.012

摘要（425）

PDF （23352KB）（317）

构建了多尺度模型对碳纤维平纹机织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能进行预测分析，该多尺度模型包括微观、细观和宏观模型三部分。构建“碳纤维基体”的微观代表性体积单元模型，用于预测纤维束等效力学参数。根据平纹机织复合材料内部几何构型及求得的纤维束等效力学参数，构建“纤维束基体”的细观单胞模型，并通过周期性边界条件对其施加不同的位移载荷，预测细观单胞模型的等效力学性能。基于局部均匀化方法将细观单胞模型简化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板模型，并将其阵列扩展为宏观模型，以分析低速冲击及冲击后压缩性能。通过对比不同冲击能量下的低速冲击及冲击后压缩的试验与仿真结果，验证了模型的有效性。

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10. 热镀锌冷却过程对C翘带钢影响及其优化技术

钱胜, 林威, 胡万通, 白振华,

中国机械工程 2022, 33 (08): 986-992. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.014

摘要（425）

PDF （3081KB）（131）

针对热镀锌机组连续退火过程中带钢C翘导致镀层不均的问题，研究了热镀锌冷却过程核心工艺对带钢C翘板形的影响机理，建立了喷嘴冷却模型、喷嘴与带钢实际垂直距离分布模型等关键工艺模型，提出以翘曲抑制率、翘曲控制灵敏度为量化指标的C翘影响模型，给出了完整的风机关键工艺参数综合优化方法，实现了带钢精细化分区冷却控制。某热镀锌机组的应用表明该方法可有效降低机组出口带材翘曲程度。

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11. 7075铝板弹性模量退化行为研究及回弹预测

杨卓云, 樊博成, 李萧逸, 张子路, 董国疆,

中国机械工程 2022, 33 (18): 2241-2248. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.011

摘要（421）

PDF （8087KB）（109）

金属板材的弹性模量随塑性变形发生衰退，这一现象对板材成形中的回弹预测影响巨大。为研究7075高强铝板的弹性模量衰退规律，采用传统的循环加载试验进行弹性模量测试，同时借助DIC应变测量系统设计弯曲卸载试验进行测试。试验结果表明：弹性模量随塑性变形发生明显退化且衰退规律受材料变形所处的应力状态影响。将两种试验所得衰退规律用于C形梁成形过程中的有限元回弹仿真，仿真与试验的对比结果表明：弯曲卸载试验所得弹性模量衰退规律对C形梁回弹分析的结果明显优于循环加载试验所得规律的结果，四个回弹角的预测精度分别提高了42%、7%、40%和200%。

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12. 高强钢/碳纤维增强复合材料热冲压-连接一体化工艺可行性及试样弯曲性能研究

朱彬, 刘旺, 田丰, 刘勇, 张宜生,

中国机械工程 2021, 32 (24): 2975-2980. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.24.010

摘要（415）

PDF （5221KB）（215）

提出一种高强钢/碳纤维增强复合材料(CFRP)的多材料零件连接成形一体化加工工艺，利用热冲压工艺对高强钢和CFRP预浸料进行连接并成形高强钢/CFRP多材料零件。研究热冲压过程中不同的淬火温度下多材料复合板的制备工艺，并对试样中钢板进行微观观测，最后对复合件进行弯曲试验。微观检测结果表明，该工艺下钢板组织为全马氏体组织。三点弯曲试验结果表明，未铺设CFRP试样、铺设2层CFRP试样和铺设4层CFRP试样的弯曲角度分别为130°、110°和104°。对弯曲试验的力位移曲线进行积分，计算试样的能量吸收量，得到如下结论：未铺设CFRP试样、铺设2层CFRP试样和铺设4层CFRP试样的能量吸收量分别为9410 J、9692 J和10 050 J；铺设2层CFRP的试样和铺设4层CFRP的试样相比于未铺设CFRP的试样，能量吸收量分别增加2.9%和6.8%。

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13. 薄壁扇形筋板挤压成形开裂抑制及翻转展宽策略

胡福泰,

中国机械工程 2022, 33 (14): 1734-1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.012

摘要（411）

PDF （5371KB）（107）

通过对大高厚比扇形筋板挤压成形机理进行数值模拟和物理实验，明确了扇形筋板局部变形不协调和角部应力集中是筋板角部产生开裂的主要原因。提出采用应力转移法在筋板成形初期提前预制局部切口，有效改变筋板内部拉应力分布形态，使筋板与侧壁的连接处拉应力由原有的120 MPa降低到50 MPa甚至更低。实验与模拟分析证明，预制切口可释放筋板自身变形约束，使筋板变形以切口为中心分界，左侧部分筋板向左侧面内弯曲，右侧部分筋板向右侧面内弯曲。得出在小拉应力作用下依靠筋板的面内弯曲可大幅度增加筋板长度的结论。

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14. Q345/SUS304异种钢焊接接头固有应变的变化规律研究

李元泰, 吴华鑫, 董斌, 肖慎翀

中国机械工程 2021, 32 (15): 1868-1873. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.15.013

摘要（410）

PDF （8143KB）（58）

为快速准确地预测异种钢结构的焊接变形，提出了用于模拟异种钢焊接接头残余应力与变形的热弹塑性有限元法。基于所提方法，以Q345/SUS304异种钢平板对接接头和T型接头为研究对象，研究了其固有应变的变化规律。进一步针对复杂Q345/SUS304异种钢焊接结构，分别采用固有应变法和传统的热弹塑性有限元法进行焊接变形的预测和对比。研究结果表明，随着热输入参数Q/h2（h为板厚，Q为线能量）的增大，纵向收缩力、横向收缩量近似呈线性增大，而角变形先增大后减小，且在Q/h2=12 J/mm3左右处出现峰值。该规律可在工程上为大型异种钢结构的焊接变形预测和控制提供参考。

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15. 脉冲频率对激光熔覆层微观组织与性能的影响

李云峰, 石岩,

中国机械工程 2021, 32 (17): 2108-2117,2124. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.012

摘要（409）

PDF （19473KB）（114）

激光熔覆层内粗大的晶粒与硬质析出相会对涂层耐腐蚀性能与耐冲击性能产生不利影响。采用脉冲激光熔覆技术研究了脉冲频率对涂层微观组织及性能的影响。利用扫描电镜形貌表征涂层微观组织，采用高速摄像机与数值仿真方法分析熔池形貌与温度变化；使用显微硬度计、磨损试验机、夏比冲击试验机及电化学腐蚀仪分别对涂层进行硬度、耐磨性、耐冲击性及耐腐蚀性测试。结果表明，涂层组织随脉冲频率的增大而粗化，同时，脉冲激光会使涂层内部析出相数量先减后增；涂层耐磨性随脉冲频率增大而降低，频率为20 Hz时涂层组织细化且存在细小硬质析出相，耐磨性最佳；涂层耐冲击性与耐腐蚀性随脉冲频率增大会先升后降，频率为80 Hz时涂层硬质相数量明显减少，此时具有最佳的耐冲击性与耐腐蚀性。

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16. 考虑热塑性变形的316H不锈钢Johnson-Cook本构参数逆向识别

李秀儒, 魏兆成, 郭明龙, 王敏杰, 郭江, 高伟, 孙昉

中国机械工程 2022, 33 (07): 864-871. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.014

摘要（407）

PDF （2508KB）（128）

本构模型能表征材料变形过程中的动态响应，其精度对机械加工中切削力、切削温度的解析预测具有决定性作用。针对316H不锈钢本构模型缺失问题，提出一种基于切削理论的Johnson-Cook本构参数逆向识别方法。通过建立的不等分主剪切区的应力、应变、应变率及温度分布的数学模型，以及准静态压缩试验和正交切削试验的数据，采用粒子群算法逆向识别出316H不锈钢的本构参数。切削力预测模型验证了该逆向识别方法的可行性和本构模型的可靠性。

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17. 易解理氧化镓晶体微尺度力学行为试验研究

徐亚萌, 周海, 张杰群, 任相璞, 张春伟

中国机械工程 2022, 33 (18): 2234-2240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.010

摘要（406）

PDF （7097KB）（86）

为了探寻单晶氧化镓晶体超精密加工的易切削方向以及临界切削深度，将单晶氧化镓晶体(100)晶面和(010)晶面等角度划分成24等份，对每个方向上用Berkovich金刚石压头进行纳米压痕试验、用Cube金刚石压头进行纳米压痕和划痕试验。试验结果表明，在(100)晶面120°方向上脆塑转变临界切深最大，为623 nm左右，此时脆塑转变临界载荷为29.4 mN；在(010)晶面105°方向上脆塑转变临界切深最大，为686 nm左右，此时脆塑转变临界载荷为20.0 mN。氧化镓晶体存在强烈的各向异性，其中(010)面各向异性较为强烈。对比硬度、弹性模量、断裂韧度和相对脆塑转变临界切深随方向的变化趋势，结合各方向的划痕试验结果可以看出，氧化镓晶体(010)面为易加工晶面，105°方向为易加工方向。

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18. 高强钢-铝合金异质薄板无铆成形连接试验

李奇涵, 徐传伟, 高嵩, 韩小亨, 赵庆明, 谷东伟, 马风雷

中国机械工程 2021, 32 (15): 1861-1867. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.15.012

摘要（401）

PDF （10036KB）（93）

针对性能差异较大的异质材料6061-T6铝合金和HC340/590DP双相钢的无损伤连接问题，对基于无铆成形连接的钢铝混合车身连接技术进行研究，通过试验研究了钢-铝无铆连接的成形规律以及不同搭接形式下的连接质量。分别对上钢下铝和上铝下钢两种无铆连接接头形式的连接质量进行研究，利用成形截面颈部厚度、自锁值、底部厚度等重要工艺参数，分析了成形力对接头质量的影响规律。通过拉剪试验研究了无铆接头的强度和能量吸收值。分析和试验结果表明，采用上钢下铝的连接方式，成形力为40 kN时无铆接头质量较好，其强度与安全性均符合设计指标的要求。

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19. GH2132高温高应变率下力学性能分析与Johnson-Cook本构模型的建立

田宪华, 闫奎呈, 赵军, 王情情, 王延庆, 陈笑然,

中国机械工程 2022, 33 (07): 872-881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.015

摘要（400）

PDF （12884KB）（73）

对铁基高温合金GH2132进行了准静态压缩试验和分离式霍普金森压杆（SHPB）试验，获得了该材料在不同温度和应变率下的应力应变曲线，分析了其力学行为。GH2132在准静态压缩过程中出现加工硬化且没有明显的屈服阶段。在SHPB试验中，GH2132有明显的温度软化效应，当应变率在4000～8000 s-1之间时表现出应变率强化效应，而在8000～10 000 s-1范围内表现出应变率软化效应。通过修正温度软化系数和应变率强化参数，建立了GH2132在高温高应变率下的Johnson-Cook本构模型。

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20. SPFC440钢/5052铝自冲铆接头与胶铆复合接头腐蚀性能对比

黄志超, 胡兆骁, 刘帅红, 蔺永诚, 姜玉强, 周泽杰

中国机械工程 2022, 33 (11): 1345-1352. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.011

摘要（397）

PDF （11718KB）（230）

为研究SPFC440钢与5052铝合金自冲铆接头的腐蚀性能，分别制备了自冲铆接和胶铆复合两种接头。通过对不同腐蚀时长下的两种接头试样进行疲劳性能测试，分析了粘胶剂对铆接接头腐蚀疲劳性能的影响，并对疲劳断口、裂纹扩展进行SEM和EDS检测。结果表明：粘胶剂的存在不仅提高了接头强度，还保护了金属界面，减小了电偶腐蚀的影响；随着腐蚀时间的增长，复合接头的最大静载荷值不断减小，自冲铆接接头最大静载荷先增大后减小；复合接头的拉伸失效模式与自冲铆接接头的失效形式相似；自冲铆接接头的疲劳裂纹主要集中在下板料的铆钉周围，复合接头主要为下基板的断裂；铆钉与下板相互接触区域以及两板间接触面出现了严重微动磨损。

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21. 冷轧超高强钢平直度与断面形状前馈控制技术

刘亚星, 顾清, 钱承, 白振华,

中国机械工程 2021, 32 (24): 2981-2988. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.24.011

摘要（396）

PDF （2441KB）（147）

针对六机架冷连轧机组超高强钢生产过程中因机架数多、控制工艺复杂、各机架控制能力得不到充分发挥而导致成品平直度与断面形状超差的问题，充分结合六机架冷连轧机组的设备与工艺特点，基于超高强钢冷轧过程平直度与断面形状预报模型，分析了超高强钢冷连轧过程平直度与断面形状前馈控制策略，提出了基于来料的各机架出口目标平直度曲线设定方法，开发了适合于六机架冷连轧机组的超高强钢平直度与断面形状前馈控制技术。将该技术应用到某钢厂六机架冷连轧机组，各机架控制能力得到了充分发挥，成品平直度比该技术应用前提高了12.5%，且断面形状分布更加均匀，具有进一步推广应用的价值。

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22. 铝合金自冲铆成形过程最大冲压载荷的反演模型

孙晓婷, 曾凯, 何晓聪, 邢保英

中国机械工程 2021, 32 (11): 1341-1345，1353. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.010

摘要（391）

PDF （2967KB）（246）

基于材料塑性变形虚功原理并结合上限定理，展开自冲铆成形过程最大冲压载荷的反演分析。以成形接头几何特征参数(钉脚张开度、铆钉几何尺寸参数、被连接材料的厚度)、铆钉和被连接材料力学性能参数以及冲头与铆钉的接触面接触条件为反演计算模型的控制量，建立最大冲压载荷的反演计算模型；同时，针对多种铝合金自冲铆成形开展最大冲压载荷的验证试验研究。结果表明：所建立的反演模型计算值与试验值的平均误差为7.82%，验证了最大冲压载荷反演计算模型的有效性；最大冲压载荷与铆钉的强度、长度成正比，与铆钉内腔深度成反比，为获得静力学性能较优的自冲铆接头应适当增加铆接最大冲压载荷。此外，在相近的最大冲压载荷作用下，较低硬度的被连接材料搭配较低硬度的铆钉，易获得大张开度的接头。

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23. 锥形端坯料辊切成形装置设计与实验

张歆研, 王英, 胡鹏科, 汪锐, 束学道

中国机械工程 2021, 32 (17): 2100-2107. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.17.011

摘要（377）

PDF （5486KB）（208）

为开发锥形端坯料辊切成形装备进而实现轧制无凹心成形，研究了辊刀结构参数对辊切成形质量的影响，并设计了辊切装置的主要结构。通过分析辊切成形过程中辊刀挡板间隙、基圆直径和展宽角三个结构参数对锥形端成形质量的影响规律，确定了辊刀最佳结构参数组合。进而提出了可实现辊刀绕坯料公转的同时逐步自转的差动轮系传动机构，并根据辊切成形工艺要求，确定了差动轮系合理的传动比分配。最后设计并制造了辊切成形装置，完成了锥形端坯料辊切实验。结果表明，通过辊切成形得到的锥形端成形质量较好，且实验辊切锥形端与仿真模拟锥形端尺寸基本一致，验证了锥形端坯料辊切成形工艺的可行性及辊切装置结构设计的合理性。

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24. 异质辅助填丝熔化极电弧增材制造熔敷金属成分与性能调节

韩庆璘, 高佳, 李鑫磊, 张广军

中国机械工程 2022, 33 (07): 858-863. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.013

摘要（377）

PDF （6060KB）（136）

为了实现高效、稳定的金属异质材料零件的增材制造，提出了异质辅助填丝熔化极电弧增材制造方法。向熔池中同时输送H08Mn2Si低碳钢焊丝与 H06MnNi3CrMoA 高强钢焊丝，开展了熔敷金属成分、组织、性能调节试验。结果表明，随着高强钢质量分数增大，熔敷金属组织中粒状贝氏体和针状铁素体的数量增加，提高了熔敷金属的抗拉强度与显微硬度，抗拉强度与显微硬度的调节范围分别为558～885 MPa和197HV～390HV。最后应用该方法成形了低碳钢/高强钢异质材料履带诱导齿模拟件，在两种材料之间通过成分梯度过渡连接，实现了硬度渐变，有效缓和了界面失配现象。

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25. 聚合物熔体跨尺度挤出过程的黏弹性流变特性

刘奎, 王敏杰, 赵丹阳, 李红霞

中国机械工程 2021, 32 (12): 1494-1503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.12.014

摘要（373）

PDF （5170KB）（170）

在聚合物熔体微尺度动态黏弹特性实验的基础上，基于分子理论建立了跨尺度挤出过程中的熔体黏弹特性微尺度效应流变模型。流变模型反映了流道特征对黏弹性流动过程应力状态的影响。微尺度效应弱化了熔体的黏弹性流变响应，促进了分子链松弛。模型的微尺度效应通过储能模量和耗能模量的微尺度效应系数及二者的比值表征。微尺度效应系数越小，特征尺度对黏弹特性的影响越显著；黏弹性微尺度效应系数比值越小，特征尺度对松弛过程的影响越明显。

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26. SiCp/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型#br#

范依航, 战纯勇, 郝兆朋

中国机械工程 2021, 32 (11): 1346-1353. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.11.011

摘要（371）

PDF （7500KB）（126）

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料（SiCp/2024Al）在大应变率和变形温度范围内的热变形行为，分析了热变形参数（变形温度和应变率）对流动应力的影响。研究发现：变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响；抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小，而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果，结合热力学和统计损伤力学理论，建立了描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型，预测的流动应力与试验结果吻合较好，表明所建立的模型能够准确地描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为。

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27. Mg/Al复合板波纹轧模拟及变形区微观组织演变分析

申宏卓, 刘元铭, 刘延啸, 王涛, 刘燕萍,

中国机械工程 2021, 32 (22): 2731-2738. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.010

摘要（369）

PDF （12541KB）（72）

通过建立Mg/Al复合板波纹轧热力耦合有限元模型并进行轧卡实验，分析了应力、应变及温度对金属变形以及微观组织演变的影响。结果表明，当波纹轧初始轧制温度为400 ℃、平均压下率为35%时，复合板在变形区靠近出口位置实现复合，复合界面波谷处扩散层厚度为3.3 μm，波峰处扩散层为2.7 μm;等效应变和温度的增加促进了镁合金的变形晶粒发生动态再结晶，其微观组织主要包括等轴晶、孪晶以及动态再结晶晶粒，界面波谷处晶粒平均尺寸为3.71 μm，波峰处为6.92 μm。

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28. 超大型环件径轴向轧制过程稳定性与圆度自适应控制方法研究

宁湘锦, 汪小凯, 华林, 韩星会, 张科,

中国机械工程 2022, 33 (11): 1353-1360. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.012

摘要（368）

PDF （9573KB）（64）

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法，从历史数据中归纳人工控制经验知识，建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法，制定了基于导向力反馈的轧制圆度控制策略。运用ABAQUS有限元软件和子程序二次开发，设计了轧环过程稳定性和圆度自适应控制子程序，建立了16 m超大型环件轧制过程控制有限元模型，仿真分析了锥辊转速模糊调节、导向力反馈以及基于限幅滤波的锥辊转速模糊调节+导向力反馈综合控制下的轧环过程偏移量和圆度误差变化规律，结果表明该方法与常规规划控制相比，环件偏移量减小了48.3%，圆度误差减小了61.8%。

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29. 梯度功能研抛盘力学模型与材料均匀去除试验

董晓星, 鲁聪达, 金明生, 文东辉, 计时鸣, 王礼明, , 朱栋杰,

中国机械工程 2021, 32 (13): 1600-1607. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.13.012

摘要（367）

PDF （7039KB）（58）

针对材料非均匀去除问题，提出了一种基于梯度功能研抛盘的新颖加工方法。以Preston方程为理论基础，开展了梯度功能研抛盘与工件接触应力的数值模拟和弹性力学计算，通过半逆解法推导接触应力方程，建立了一套关于梯度功能研抛盘的双层结构力学模型与工件材料去除水平的预测体系。在ZrO2陶瓷上进行了不同部位材料去除速率研磨试验，以平均材料去除速率的标准差为各区域均匀性去除的评价标准，试验结果表明，在0~30 min、30~60 min、60~90 min三个时间段，采用梯度功能研抛盘加工后的标准差分别为6.47 nm/min、3.76 nm/min、5.09 nm/min，而普通研抛盘加工后的标准差分别为55.23 nm/min、54.73 nm/min、35.92 nm/min。两种盘均维持在150~400 nm/min的材料去除速率，但梯度功能研抛盘在加工过程中能同时实现材料的均匀去除，减少工件研磨后的修整工序，使加工过程简单高效。

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30. 马氏体组织Ti-6Al-4V钛合金多向等温锻造组织演变及力学性能强化研究

张志雄, 章俊涛, 韩建超, 张长江, 张树, 王涛

中国机械工程 2021, 32 (22): 2739-2748. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.22.011

摘要（367）

PDF （33418KB）（87）

将铸态Ti-6Al-4V钛合金经过β相区热处理水淬之后获得马氏体组织，经过两步多向等温锻造之后获得了平均晶粒尺寸为1.5 μm的均匀等轴细晶组织，其室温拉伸屈服强度为906 MPa，抗拉强度为954 MPa，伸长率为16.7%，相比铸态Ti-6Al-4V钛合金，其室温力学性能得到了极大提升。研究表明，获得马氏体组织对钛合金晶粒细化有着巨大促进作用。第一步等温锻造之后的钛合金坯料组织并不均匀，存在变形区和“变形死区”，在变形区域内，心部位置应变量最大，组织细化最为明显，从心部到两端应变量逐渐减小，片层组织变形量相应减小；经过90°换向后的第二步等温锻造之后，钛合金坯料组织内的片层组织基本全部细化，形成了均匀的等轴晶组织，从心部到两端，随着应变量的减小，晶粒取向变化相应减小。

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31. 脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形研究

范婉婉, 刘奇, 刘文文, 王涛, 王天翔

中国机械工程 2023, 34 (04): 475-480，489. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.012

摘要（366）

PDF （9478KB）（104）

为了研究脉冲电流对SUS304极薄带拉伸变形的影响，进行了室温拉伸、通电拉伸以及通电空冷拉伸试验，分析了热效应和非热效应对宏观力学性能与微观组织的影响。结果表明，脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形过程中热效应和非热效应同时存在，热效应导致材料流变应力减小，非热效应抑制TRIP效应，促进TWIP效应，改变了材料的塑性变形机制；没有高强度马氏体协调塑性变形，导致试样过早发生失稳断裂，其中试样的抗拉强度降低12.2%，断裂延伸率下降44.7%；同时，非热效应使试样在较低温度下发生了回复和再结晶现象；脉冲电流诱导了SUS304极薄带由韧性断裂向韧脆性断裂模式的转变，并且促进了变形织构生成。

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32. 超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

张科, 汪小凯, 华林, 韩星会, 宁湘锦,

中国机械工程 2023, 34 (01): 109-117. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.013

摘要（363）

PDF （8581KB）（114）

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移，影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法，分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律，建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件，获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外，从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法，基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发，建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型，研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明，自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%，仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

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33. 静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

张军, 王稳, 王健, 金涛涛, 田志鹏

中国机械工程 2022, 33 (17): 2115-2124. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.013

摘要（362）

PDF （11514KB）（102）

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题，设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型，并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测，分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比，检测其焊缝机械强度，并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中，产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热，搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小；对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速，C轴转速对产热量影响不大；在主轴压力为2940～3430 N，主轴转速为1000 r/min，C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下，完成焊接的焊缝表面光滑无飞边，内部无沟槽隧道缺陷，焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右；焊缝断口存在分层现象，靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性，下层呈延性断裂特性，与母材相比，焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。

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34. 大型钛合金构件等温局部加载过程晶粒尺寸演变规律#br#

马庆, 魏科, 刘志强

中国机械工程 2021, 32 (10): 1240-1247. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2021.10.013

摘要（358）

PDF （9831KB）（42）

为研究大型钛合金构件等温局部加载过程中的微观组织演变规律，基于TA15钛合金内变量法微观组织模型，模拟分析了大型钛合金筋板构件等温局部加载过程的初生α相晶粒尺寸变化规律，并与变换局部加载顺序及整体加载两种方式进行了对比。结果表明：过渡区因受到加载区材料跨区转移的影响，两个加载步后的初生α相晶粒尺寸均有所减小，使得该区域的初生α相晶粒尺寸小于远离过渡区区域的晶粒尺寸；先后加载顺序的转变会改变材料的跨区转移量，以致模具分区两侧的晶粒尺寸产生差异；与整体加载方式相比，局部加载过渡区的晶粒尺寸较小；在三种加载方式下，远离过渡区晶粒尺寸的差异不大。

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35. 面向难变形材料精密成形的板式楔横轧机研究

师明杰, 程明, 张士宏, VLADIMIR Petrenko, GRAZHINA Valerievna Kozhevnikova

中国机械工程 2022, 33 (02): 209-216. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.02.011

摘要（358）

PDF （8783KB）（105）

为满足楔横轧工艺研究的需要，推动板式楔横轧机在我国的应用与发展，中国科学院金属研究所与白俄罗斯科学院物理技术研究所共同开展了高精度板式楔横轧机（IM500）的研制工作。IM500轧机采用卧式水平结构和液压驱动的单板可动设计方案，由主体机械结构、液压站、电控柜三部分组成。在主体机械结构方案设计过程中，采用有限元模拟方法进行同步校核优化。在IM500轧机上，分别采用45钢、GH4169、TC11三种材料进行楔横轧实验。结果表明该轧机具有轧件尺寸精度高、维护和更换零部件方便、自动化程度高等突出优点。

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36. CF/PEEK复合材料自阻电热原位膜混合加热固化方法

陶双全, 郝小忠, 杨子剑, 刘舒霆

中国机械工程 2022, 33 (22): 2748-2754. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.013

摘要（357）

PDF （7279KB）（41）

碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高，且可循环使用，但PEEK树脂熔融温度高(>340 ℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融烧蚀工艺温度窗口小，零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料自阻电热原位膜混合加热固化方法，结合有限元仿真，引入组合原位膜自适应地辅助加热制件。有限元仿真和实验研究结果证明了该方法的有效性：加热过程中相较纯自阻电热加热方法，制件温度均匀性提高了75%，结晶度提高了16.2%，实现了CF/PEEK树脂基复合材料的高效、均匀加热固化。

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37. A6061薄壁圆锥管轴向压缩性能的数值分析和理论研究

韦铁平, 周兴洋, 郭金泉, 曾寿金, 叶建华, 杨晓翔

中国机械工程 2022, 33 (14): 1725-1733,1750. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.011

摘要（356）

PDF （7963KB）（81）

采用LS-DYNA软件对锥倾角0°~40°、壁厚1 ~2.5 mm的A6061圆锥管进行轴向压缩仿真，研究锥倾角和壁厚对圆锥管吸能特性和变形规律的影响；基于Mamalis圆锥管瞬时载荷压溃模型，提出大范围锥倾角（15°~40°）瞬时载荷修正公式。研究结果表明：变形模式的临界角为15°,当锥倾角小于等于15°时，变形模式为堆叠模式，当锥倾角大于15°时，变形模式转变为嵌套模式；平均载荷与比吸能均随着锥倾角的增大缓慢减小，而初始峰值载荷则大幅度减小；随着壁厚增大，压溃模式由钻石模式转变为环形对称模式，平均载荷、初始峰值载荷和比吸能均增大。基于仿真结果，采用皮尔逊相关系数分析法修正了Mamalis瞬时载荷公式，修正值与仿真值的最大误差小于10%，通过试验验证了修正公式的准确性。修正公式为揭示大范围锥倾角薄壁管压溃机理提供了理论依据。

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38. 基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

屈聪, 孟智娟, 赵亮, 陈耀, 马立东

中国机械工程 2022, 33 (16): 1991-1999. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.013

摘要（353）

PDF （6351KB）（123）

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹，其弹性模量对回弹影响较大，但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象，进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载卸载实验，以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律，在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型，对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果，进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示，前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度，预测精度相比后者提高了31.18%。

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39. 细粒度金刚石砂轮超精密磨削硅片的表面质量

王紫光, 刘金鑫, 尹剑, 周平, 沙智华, 康仁科

中国机械工程 2023, 34 (02): 245-251. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.015

摘要（352）

PDF （11656KB）（123）

为实现硅片高质量表面的超精密磨削，研究了5000目、8000目和30 000目金刚石砂轮磨削硅片的表面质量。利用数学模型预测了硅片磨削表面的粗糙度Ra并对预测结果进行了试验验证，分析了硅片磨削表面的形貌特征；通过磨床主轴电机的电流变化对比分析了5000目、8000目和30 000目砂轮磨削过程中的磨削力变化趋势。研究结果表明：8000目砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra小于10 nm，亚表面损伤深度小于150 nm，磨削过程中的磨削力稳定，磨削质量优于5000目砂轮，磨削过程的稳定性优于30 000目砂轮。

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40. 双级微结构对柔性压力传感器性能的提升

周丹砚, 黄汉雄, 罗杜宇

中国机械工程 2023, 34 (06): 720-726. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.011

摘要（346）

PDF （5109KB）（225）

以2种不同的模板设计方案，采用注射压缩成型制备单级和双级微柱阵列的热塑性聚氨酯柔性薄片，经裁剪、喷金后得到微结构柔性传感基片。将单级和双级微结构柔性传感基片分别与平整柔性传感基片面对面封装成柔性压力传感器1和传感器2。模拟结果表明，受压后微柱顶面上边缘区域接触应力较大。单级和双级微柱受压后纵截面分别呈“碗”和“花苞”状结构；双级微柱在较小压力作用下即可发生形变，且其受压后与平整传感基片的接触形变和接触面积较大。因此，相比传感器1，传感器2具有较高灵敏度（0.53 kPa-1，0~1 kPa）、较短响应时间/松弛时间（100 ms/80 ms）和较低检测限（约58 Pa）。微柱较高的耐压性使传感器 2具有较宽的检测范围（0.058～600 kPa），能在4000次的循环压缩/释放测试（峰值压力约500 kPa）中保持较稳定的压阻响应。传感器 2可准确检测人体脉搏、发声和运动，表明其具有应用于智能可穿戴领域的潜能。

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