中国机械工程

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1. 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（1378）

PDF（pc）（3068KB）（217）

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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2. 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（1138）

PDF（pc）（9281KB）（125）

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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3. 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（1075）

PDF（pc）（3506KB）（66）

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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4. 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（935）

PDF（pc）（4472KB）（109）

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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5. 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（916）

PDF（pc）（3107KB）（90）

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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6. 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（811）

PDF（pc）（4553KB）（58）

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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7. 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（767）

PDF（pc）（4039KB）（103）

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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8. 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（699）

PDF（pc）（3137KB）（80）

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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9. 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（665）

PDF（pc）（4422KB）（405）

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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10. 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（577）

PDF（pc）（12617KB）（120）

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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11. 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（423）

PDF（pc）（6000KB）（186）

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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12. 高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

张迪嘉1, 2, 高路平2, 周少梁2, 高隆隆2, 李宝仁2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1141-1150. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.001

摘要（373）

PDF（pc）（7020KB）（226）

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高，针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响，设计了交叉对比实验，实验结果表明，伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动，系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

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13. 面向智能车辆的路面凹凸障碍物识别方法研究

邹俊逸, 刘畅, 郭文彬, 严运兵, 冉茂平

中国机械工程 2024, 35 (06): 951-961. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.001

摘要（315）

PDF（pc）（19223KB）（154）

对于智能车辆而言，如果感知设备可以准确快速地检测到车辆行驶前方道路上的凹凸障碍物，那就可为车辆悬架等底盘系统的控制提供重要的预瞄信息，从而实现车辆综合性能的提高和改善。针对路面上常见的凸块（减速带）、凹坑等典型的正负障碍物，提出了一种基于改进YOLOv7-tiny算法的识别方法。首先，在原YOLOv7-tiny算法的三个特征提取层引入SimAM模块，增强网络对特征图的感知能力；其次，在Neck部分采用更为平滑的Mish激活函数，增加更多的非线性表达；再次，使用CARAFE上采样算子替换最近邻上采样算子，使网络更有效地聚合上下文信息；最后，将WIoU作为定位损失函数，提高网络收敛速度以及鲁棒性。离线仿真实验结果表明：与原模型相比，改进后的模型在几乎相同参数量下，预测框与真实框交并比为0.5时的平均准确度提高了约2.5%。将改进后的模型部署到实车上，实车实验验证了模型能够有效检测出车辆前方路面出现的障碍物，说明所提出的算法模型能够准确提供障碍物检测的预前信息。

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14. 矿用钢丝绳捻向攀爬轮式巡检机器人设计

唐超权, 佟秉航, 唐玮, 张岗, 王思远, 汤洪伟, 刘贝, 周公博

中国机械工程 2024, 35 (10): 1732-1739. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.003

摘要（314）

PDF（pc）（6279KB）（207）

针对矿用钢丝绳无人巡检需求，设计研制了一种沿钢丝绳捻向攀爬的巡检机器人。该机器人所需的驱动力约为传统沿轴向攀爬机器人的0.915倍，携带负载3 kg时，其越障高度比轴向攀爬机器人的越障高度大0.6 mm，障碍物高度为3 mm时，它携带的最大负载比轴向攀爬机器人大0.4 kg。模拟深井环境开展了钢丝绳振动工况下的巡检机器人攀爬实验。研究结果表明：在钢丝绳静止状态下，攀爬机器人展现出稳定的攀爬性能，最大攀爬速度达到8.25 m/min，可连续攀爬500 m；在低频大幅振动工况下，机器人攀爬速度高于静止时的速度；在高频小幅振动工况下，钢丝绳振动会导致攀爬速度小幅度波动。

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15. 基于驾驶事件的驾驶风格分类与识别方法研究

秦大同, 陈沫机, 曹宇航, 高迪

中国机械工程 2024, 35 (09): 1534-1541. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.002

摘要（295）

PDF（pc）（6584KB）（122）

针对基于数据统计特征的驾驶风格分类识别方法容易忽略驾驶员在驾驶过程中驾驶风格多样性的问题，提出了一种基于驾驶事件、谱聚类与随机森林相结合的驾驶风格分类识别方法。设计试验采集驾驶数据，进行数据预处理，提取转弯事件和制动事件，经标准化和降维处理后，运用谱聚类算法分别对转弯事件和制动事件进行驾驶风格聚类。采用熵权法赋权得到每位驾驶员的驾驶风格权重，对比5种机器学习算法对驾驶风格识别的精确度，结果表明基于随机森林的驾驶风格识别精确度为92.73%，显著提高了驾驶风格识别准确率。

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16. 基于健康因子和混合Bi-LSTM-NAR模型的锂离子电池剩余寿命预测

夏然, 苏春

中国机械工程 2024, 35 (05): 851-859. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.010

摘要（292）

PDF（pc）（5202KB）（69）

为准确预测锂离子电池剩余寿命、降低电池工作风险，提出一种新的锂离子电池剩余寿命在线预测模型。基于锂离子电池历史运行数据提取6种健康因子，用于表征电池的退化状态；采用随机森林（RF）算法完成健康因子的评价与筛选；利用经遗传算法优化的广义回归神经网络（GA-GRNN）完成锂离子电池剩余容量的估计。在此基础上，应用结合双向长短期记忆（Bi-LSTM）网络模型和非线性自回归（NAR）神经网络的混合模型（混合Bi-LSTM-NAR模型）预测锂电池剩余寿命。以NASA公开数据集为例完成案例研究，结果表明：通过因子筛选，可以为锂离子电池容量估计及剩余寿命预测的精度提供保障；与已有方法的预测结果相比，所提混合预测模型的预测精度显著提高。

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17. 椭圆横断截面新型双轴柔性铰链设计及分析

魏华贤1, 2, 赵永杰2, 杨楠2, 王奉涛2, 牛小东2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1348-1357. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.002

摘要（292）

PDF（pc）（12837KB）（159）

现有同位正交复合缺口双轴柔铰存在矩形横断截面锐边结构，增大了应力集中效应，且无法通过优化纵向缺口轮廓来消除。为此，提出一类椭圆横断截面新型双轴柔铰。首先以圆弧缺口为对象，构建该类柔铰的参数化结构模型；然后基于卡氏第二定理建立其柔度及最大应力理论模型，通过有限元分析验证模型的有效性，基于此，实现了柔度及应力集中特性分析；最后通过实验测试验证了柔铰的柔度性能。结果表明，椭圆横断截面型双轴柔铰具备两向各异柔度，可从本质上避免锋利锐边结构，降低应力集中效应，与具有相同缺口结构的矩形横断截面型双轴柔铰相比，工作能力可提高47.9%，该类柔铰结构拓展了现有缺口型柔铰的基本类型。

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18. 复合波提升仿生机器鱼推进性能研究

罗自荣1, 夏明海1, 殷谦2, 卢钟岳1, 蒋涛1, 朱一鸣1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1901-1908. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.001

摘要（291）

PDF（pc）（8473KB）（184）

受地震纵波和横波复合作用具有极大破坏性的启发，提出并设计了一种纵横复合波动新型水下仿生推进器。理论上建立了纵横复合波动运动学模型，开发了物理样机与测试平台，通过计算流体动力学(CFD)仿真和物理试验对比分析推进器在不同纵波幅值叠加下的推进性能。仿真结果表明，纵横复合波动能够显著增大波动鳍的推力和速度，推力均值可提高27.6%，峰值增大幅度大于200%。试验结果表明，推进器在2 Hz频率和20°纵波幅值下的稳态平均速度达到0.761 m/s，相比无纵波时提高约14.7%。该研究结果表明，相较于单一正弦横波，复合波动仿生鱼鳍具有更好的推力和速度性能，为高性能仿生波动机器鱼的研制提供了一种新的推进机理。

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19. 带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

田立勇1, 唐瑞1, 于宁1, 杨秀宇1, 2, 秦文光3

中国机械工程 2024, 35 (05): 938-949. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.019

摘要（285）

PDF（pc）（15549KB）（148）

针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题，以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象，根据巷道参数和更换托辊流程，研究不停机更换托辊机器人，制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究，利用SolidWorks软件建立机器人三维实体模型，并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ANSYS Workbench软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析，伸缩支撑平台采用滑轨式结构，滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为15.647 MPa和66.395 MPa，最大变形位移出现在额定载荷条件下，位移为1.0742 mm。皮带举升机构选用剪叉式结构，额定举升时最大应力为152.82 MPa，最大位移为0.7331 mm。依据设计参数加工机器人样机，以功率为64 kW的柴油发动机为动力，通过液压马达驱动履带行走，速度范围在3~8 km/h，姿态调整平台可实现升降高度0~357 mm、俯仰角度±15°、侧倾角度-4°~7°、旋转角度-10°~20°、横移范围0~400 mm、纵移范围0~350 mm，多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台0~2.1 m伸缩，采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证，结果表明：机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好，伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为241 mm，为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求，研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。

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20. 超声振动软化Johnson-Cook模型建立及薄管卷边实验验证

宋鹏飞1, 2, 曹秒艳1, 2, 付敏1, 2, 崔亚硕1, 2, 李云峰1, 2, 刘政1, 2

中国机械工程 2024, 35 (12): 2106-2113，2121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.002

摘要（273）

PDF（pc）（6974KB）（106）

为准确描述轻质薄壁构件在超声振动辅助成形中的变形行为，以TU1无氧铜和316L不锈钢为对象，开展超声振动法向激励辅助单向拉伸试验。考虑超声振动软化效应，通过引入新的超声软化函数，建立一种超声振动Johnson-Cook模型。开发自定义子程序将模型嵌入有限元软件进行模拟，且与单向拉伸试验和卷边试验进行对比验证。结果表明：数值模型可有效捕捉材料超声振动软化行为，平均绝对比例误差最低可达0.97%。虽然不同材料对超声振动的敏感性不同，但其超声软化率与超声能场密度均符合一种Allometricl函数关系。

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21. 弧形金刚石砂轮机械修整研究进展

陈冰1, 卿光烨1, 郭烨1, 邓朝晖2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1331-1347. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.001

摘要（270）

PDF（pc）（13816KB）（157）

弧形金刚石砂轮因特有的弧形轮廓，常用于陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料光学元件的精密超精密磨削加工。然而，在光学元件磨削加工过程中，由于砂轮与工件表面间的相互作用，砂轮表面受到挤压破坏，长时间磨削后会产生砂轮堵塞、砂轮磨损、砂轮尺寸和形状精度下降等问题，进而降低了磨削后光学元件的表面粗糙度、面形精度和损伤厚度等。修整弧形金刚石砂轮是解决上述问题的有效途径之一，机械修整因具有修整效率高、便于实现等特点，仍是弧形金刚石砂轮在位修整的主要应用方法。对弧形金刚石砂轮的机械修整方法进行了综述，探究了不同修整方法的修整机理与特点，分析了修整效果的评价方法，并对弧形金刚石砂轮机械修整的发展方向进行了展望。

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22. 多闭环厚板折展蜂窝机构的几何设计与性能分析

畅博彦1, 2, 关鑫1, 金国光1, 2, 梁栋1, 2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1156-1167. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.003

摘要（264）

PDF（pc）（14153KB）（128）

基于厚板折纸理论设计出一种单闭环空间折展机构，并用螺旋理论对机构的自由度进行了分析。引入Myard类型约束和Sarrus类型约束，提出将机构自由度降低为1的2种方法，对应得到M型和S型折展蜂窝单元。将2种折展蜂窝单元的运动特征与平面镶嵌原理相结合，构造出M型和S型折展蜂窝机构。研究了设计参数对机构折展率的影响规律，并以提高折展率为目标对机构的结构进行了优化。研究结果表明，M型折展蜂窝机构完全展开后可形成单侧平整的表面；S型折展蜂窝机构的折展率更大。

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23. 海洋探测装备收放缆力学性能研究综述

万步炎1, 2, 彭奋飞1, 2, 3, 金永平1, 2 , 刘德顺1, 2 , 彭佑多1, 2

中国机械工程 2024, 35 (09): 1521-1533. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.001

摘要（251）

PDF（pc）（8520KB）（146）

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带，具备电力、信息传输以及承重等功能，被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求，因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效形式出发，系统总结了收放缆力学性能试验研究动态，展望其未来研究方向。对海洋绞车以及收放缆进行了功能分类并详细分析了收放缆失效的形式以及原因；阐述了收放缆服役环境工况及其力学性能要求与试验研究现状；探讨海洋探测装备收放缆的力学性能研究方向，从极端服役环境对合成纤维收放缆力学性能影响及其机制、多重载荷耦合作用下合成纤维收放缆破坏行为及其机理、收放缆力学性能技术与综合模拟装置等方面进行了展望。

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24. 基于VMD-SSA-LSTM考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型研究

王秋莲1, 欧桂雄1, 徐雪娇1, 刘锦荣1, 马国红2, 邓红标2

中国机械工程 2024, 35 (06): 1052-1063. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.011

摘要（246）

PDF（pc）（11485KB）（125）

传统的切削过程功率获取需要基于复杂的切削功率模型且很少考虑刀具磨损的影响，针对此设计了一种基于变分模态分解（VMD）、麻雀搜索算法（SSA）、长短时记忆（LSTM）神经网络的考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型，该模型无需解构数控铣床运行过程的能耗机理，基于一次性的历史实验数据即可实现数控铣床切削过程功率的高精度预测。首先，采用人工智能机器视觉技术对刀具磨损图片进行分析处理，获取刀具磨损图像的数字化特征，从而得到刀具最大磨损量；然后，建立基于VMD-SSA-LSTM考虑刀具磨损的数控铣床切削功率预测模型，利用VMD对数控铣床运行数据进行分解，采用SSA算法对LSTM神经网络超参数进行寻优，并将分解出的铣床运行数据分量输入到LSTM神经网络中，接着将每个分量的预测值相加，得到切削功率预测值；最后以面铣加工为例，将所提出的预测模型与BP神经网络、LSTM神经网络和传统模型进行对比分析，验证了所提模型的有效性和优越性。

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25. 航空高速齿轮泵齿轮端面摩擦副的润滑特性

陈源1, 熊典峰1, 李运堂1, 高永操2, 李传仓2, 王冰清1, 金杰1

中国机械工程 2024, 35 (07): 1178-1187. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.005

摘要（244）

PDF（pc）（9034KB）（229）

针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题，在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型，分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布，研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明：织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行，对减摩增效具有积极作用；综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性，织构结构参数即槽深取7~9 μm、高度差取5~6 μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

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26. 基于点云的机器人焊缝自动化磨削系统与方法

葛吉民1, 邓朝晖2, 王水仙1, 卓荣锦1, 刘伟1, 陈曦3

中国机械工程 2024, 35 (07): 1253-1262，1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.013

摘要（235）

PDF（pc）（9159KB）（100）

结构件的服役周期和动态性能受焊缝磨削精度和表面一致性的影响，目前，焊缝磨削主要依靠人工或轨迹示教的方式，存在均一性差、效率低、成本高等问题。鉴于此，开发了基于点云的机器人焊缝自动化磨削系统，采用焊缝点云二次精简方法准确获取焊缝表面的全局信息，基于采样点与邻域重心点之间的距离准确提取焊缝宽度、高度及中心线特征。系统提取后的焊缝高度、宽度误差约为0.09 mm和0.2 mm，磨削后焊缝最小残留高度约为0.17 mm，表面粗糙度Ra值可达0.498 μm。

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27. 考虑性能稳定性的机械系统可靠性分配方法研究

李健1, 2, 王宏伟3, 慕宗燚3, 杜彦斌1, 冉琰4

中国机械工程 2024, 35 (05): 821-828,850. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.007

摘要（233）

PDF（pc）（3945KB）（84）

针对机械系统可靠性分配，提出了一种考虑性能稳定性的可靠性分配方法。引入元动作理论对机械系统进行结构分解，以元动作单元为分配对象，建立元动作可靠性二层综合评价指标模型，结合多准则决策(MCDM) 方法，得到元动作可靠性分配系数；然后建立机械传动系统稳定性模型，并计算各个元动作对系统性能稳定性的影响系数；最后，利用性能稳定性的影响系数对可靠性分配系数进行修正，实现机械系统可靠性的合理分配。通过与传统方法进行对比，验证了所提方法的有效性。

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28. 考虑双重不确定性的机械产品元动作可靠性分配方法

张威1, 2, 谢俊1, 杜彦斌1, 冉琰3, 张根保3, 4

中国机械工程 2024, 35 (05): 802-810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.005

摘要（226）

PDF（pc）（1910KB）（90）

针对元动作可靠性分配中专家评价的不确定性问题，提出了一种同时考虑认知不确定性和随机不确定性的可靠性分配方法。利用功能运动动作（FMA）的层次方法将机械产品进行合理分解，得到产品的基本运动形式（元动作）；将专家进行分组并以概率语言术语集（PLTS）进行评价，以降低专家评价的随机不确定性；将各组专家综合评价结果作为证据进行推理，根据证据融合理论综合所有专家信息，并减小专家的认知不确定性影响；计算各元动作权重值，进而将产品可靠性指标分配给元动作。通过应用实例，验证了所提方法的有效性和实用性。

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29. 碳纤维层合板胶接接头在湿热环境下的性能演变

余海燕, 章代昕, 楚遵康

中国机械工程 2024, 35 (05): 895-903. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.015

摘要（226）

PDF（pc）（6696KB）（66）

为了研究碳纤维复合材料(CFRP)胶接接头对汽车涂装过程中的高温高湿环境的适应性，对单搭接CFRP胶接接头进行了烘烤和加速吸湿实验，对经历不同湿热环境的胶接接头进行了剪切拉伸和正向拉伸试验，对连接强度改变及接头的失效模式演变进行了讨论，对环氧树脂与聚氨酯两种胶粘剂连接的接头对烘烤的适应性进行了比较，并研究了在搭接区域边缘增加胶瘤对提高连接强度的效果。研究结果表明：单搭接CFRP胶接接头的剪切拉伸强度远高于正向拉伸强度。烘烤处理后CFRP层合板及CFRP胶接接头的强度不但没有下降，反而有所提高。DP420环氧树脂胶比DP6330聚氨酯胶具有更好的耐烘烤性。吸湿后，CFRP胶接接头的强度、刚度以及最大断裂位移出现了减小。接头的失效模式从胶层内聚失效逐渐演变为与CFRP层合板的层间失效。在搭接区域边缘增加胶瘤能有效提高CFRP胶接接头的剪切拉伸强度。

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30. 基于正交试验的金属薄壁材料激光切割工艺优化

翟兆阳1, 李欣欣1, 张延超1, 刘忠明2, 杜春华1, 张华明3

中国机械工程 2024, 35 (07): 1279-1289. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.016

摘要（226）

PDF（pc）（28888KB）（80）

激光切割后，金属薄壁类零件的材料基体与下方的支撑板易产生粘连，严重影响切割质量。采用光纤激光对304不锈钢和GH605高温合金薄板进行切割实验，分析了激光切割不同材料发生粘连的机理。采用单因素试验法分析了激光切割工艺参数对热影响区及毛刺堆积量的影响规律。加工结果显示，在加入微连工艺的前提下，激光功率为165 W，切割速度为5 m/min，辅助气体压力为1.2 MPa时，切缝边缘光滑、无变形及残留黏附现象。

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31. 摆轮活齿传动系统的几何参数约束研究

卫锐1, 金贺荣1, 2, 3, 杨泽宇1, 陈涛1, 宜亚丽1

中国机械工程 2024, 35 (10): 1722-1731,1739. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.002

摘要（224）

PDF（pc）（9450KB）（126）

针对传统摆动活齿传动存在的尺寸链长、关键构件结构薄弱等问题，提出了一种摆轮活齿传动构型及其齿形设计方法和参数选取策略。将摆轮活齿传动机构进行等效化处理，采用拓扑分析构建等效连杆矢量传递模型，基于共轭啮合原理推导出激波器和中心轮共轭齿廓矢量方程，以避免运动干涉、齿廓顶切为约束条件，将传动压力角作为评判依据，制定摆幅系数及激波器基圆半径参数选取策略，并依据优选参数和两组对比参数分别进行齿形设计与性能分析。研究结果表明：设计的摆轮活齿齿形连续、运转无卡顿；相比于两组对比参数，采用优选参数的摆轮活齿在相同负载工况下激波器活齿啮合力峰值分别降低37.09%和28.28%，验证了设计策略的有效性。研究成果可为摆轮活齿齿形设计及参数选取提供理论参考。

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32. 应变速率对304不锈钢塑性变形及马氏体转变行为的影响

湛利华1, 2, 赵帅1, 杨有良1, 2, 常志龙3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2132-2138，2168. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.005

摘要（224）

PDF（pc）（5871KB）（108）

为研究0.5 mm厚304不锈钢室温条件下的塑性变形行为及马氏体转变规律，开展0.000 67 s-1、0.002 s-1、0.01 s-1、0.1 s-1及1 s-1五种不同应变速率下的单轴拉伸试验，并通过X射线衍射仪对各样品进行物相分析。结果表明：随着应变速率增大，材料的屈服强度明显上升，表现出应变速率强化效应；由于拉伸过程中塑性功转化为热能，马氏体转变受到抑制，抗拉强度略有减小。在真实应变小于0.27时，不同应变速率下的加工硬化率均呈下降趋势；而在真实应变大于0.27后，低应变速率下材料出现较为显著的二次硬化，这与材料内部的马氏体转变有关。为此，提出将马氏体相变动力学方程(Olson-Cohen方程)引入传统Johnson-Cook模型中,以表征不同应变速率拉伸过程中的二次硬化现象。不同应变速率下流变应力变化实际值与改进后的Johnson-Cook本构模型计算值预测精度分别为3.23%、3.42%、4.13%、4.09%及5.14%，并且改进模型相对于传统的Johnson-Cook模型能够更加准确地描述不同应变速率拉伸过程中的二次硬化阶段。

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33. MoSe₂/石墨烯不锈钢自润滑材料的减摩机理

燕松山1, 肖正力1, 毛娅1, 胡瑞2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1151-1155. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.002

摘要（220）

PDF（pc）（9756KB）（116）

为克服不锈钢摩擦副零件摩擦因数大、易磨损的不足,利用粉末冶金不锈钢基体贯通孔隙特征和异质结纳米润滑剂超滑效应，采用真空浸渍和水热合成两步法工艺制备出了MoSe2/石墨烯不锈钢自润滑材料，并对其摩擦学特性与减摩机理进行了研究。研究发现：摩擦过程中，加入到基体孔隙的MoSe2/石墨烯异质结润滑剂在摩擦表面形成了均匀润滑膜，显著减小了摩擦副的摩擦因数和磨损率。在常温、载荷40 N、转速100 r/min工况下，MoSe2/石墨烯不锈钢自润滑材料的摩擦因数低至0.106，磨损率降至6.45×10-5 mm3/(N·m),与不锈钢基体相比，其摩擦因数和磨损率分别降低了86%和93%。

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34. 斜齿轮啮合弯矩对风电齿轮箱行星轮滑动轴承瞬态润滑性能影响分析

李浩1, 谭建军1, 朱才朝1, 孙义忠2, 孙章栋3, 王红霞3

中国机械工程 2024, 35 (06): 1010-1022. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.007

摘要（219）

PDF（pc）（15739KB）（74）

风电齿轮箱行星轮滑动轴承常被设计为以行星轮内孔和销轴分别作为轴套和轴颈，然而斜齿轮啮合弯矩容易使行星轮与销轴之间产生轴线不对中，导致边缘接触风险高，影响运行寿命。以6 MW级传动链齿轮箱行星轮滑动轴承为研究对象，考虑滑动轴承径向载荷、弯矩以及转速的动态影响，建立了行星轮滑动轴承瞬态摩擦动力学耦合模型，并以风电机组传动链SIMPACK动力学模型提取的行星轮动态啮合力与时变转速作为行星轮滑动轴承的载荷与运动边界输入，分析了斜齿轮啮合弯矩、输入扭矩和滑动轴承半径间隙对行星轮滑动轴承润滑性能的影响规律，并进行了实验验证。研究结果表明，行星轮动态啮合力及其产生的啮合弯矩会造成行星轮轴心位置与偏斜角产生动态循环变化，并且随着载荷的增加，行星轮滑动轴承油膜/固体接触压力与不对中弯矩会逐渐增大；减小行星轮滑动轴承半径间隙可以有效提高其瞬态润滑性能。

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35. 计及质心侧偏角动态自适应的无人驾驶汽车横坡弯道跟踪控制

张玮1, 高爱云1, 付主木2, 赵恩会1, 陈芊安1

中国机械工程 2024, 35 (06): 962-972. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.002

摘要（216）

PDF（pc）（9371KB）（63）

针对无人驾驶汽车在横坡弯道处因发生偏离期望轨迹甚至严重侧滑而失去稳定性的问题，提出质心侧偏角动态自适应控制策略。为应对汽车垂直载荷发生变化而导致轮胎侧偏刚度改变的情况，通过多组数据拟合得到载荷匹配图，进而设计基于模型预测算法的横向轨迹跟踪控制器，根据汽车入弯速度选择预测时域并结合道路弯度选择瞬态、稳态质心侧偏角，通过在线优化生成最佳前轮转角。最后搭建CarSim/Simulink联合在线仿真系统和实车系统进行验证，结果表明：所提控制策略能够保证汽车在横坡倾角为7%左右及弯道路面下不会出现严重的侧滑，从而提高了无人驾驶汽车在横坡弯道跟踪任务中的跟踪精度，使汽车具有良好的横向稳定性。

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36. 基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法

王浩1, 2, 王江北3, 罗浩东3, 王立文4

中国机械工程 2024, 35 (05): 904-915,927. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.05.016

摘要（214）

PDF（pc）（8810KB）（68）

针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型（SIMP）在优化后结构边界处求解精度低的问题，提出了一种基于SIMP法的自适应设计域(ADD)拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中，通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度；采用比例边界有限元法（SBFEM）实时计算划分后结构的有限元信息，解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提方法可在初始网格相对较少的情况下得到更加精确的结果，大幅度地降低了计算成本。数值算例结果表明，所提方法在最终结构边界处精度相同的情况下，计算时间最快可缩短为原来的1/100，可以为后续降低大型结构拓扑优化的计算成本提供参考。

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37. 具有紧时、高能耗特征的混合流水车间多目标调度优化问题

常大亮1, 2, 3, 史海波1, 2, 刘昶1, 2

中国机械工程 2024, 35 (07): 1269-1278. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.015

摘要（213）

PDF（pc）（2723KB）（78）

针对具有紧时、高能耗工序特征的混合流水车间调度问题，以优化产品暴露时间、最大完工时间和能源消耗为目标，建立混合流水车间调度模型，并提出一种改进的多目标粒子群算法进行有效求解。首先构建了基于ISDE指标的档案维护策略及局部邻域搜索策略，辅助算法跃出局部极值及减少生产阻塞。之后，提出一种基于模糊理论的决策分析方法选取最优调度方案。最后，通过仿真实验验证提出的多目标调度模型与算法的可行性和优越性。

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38. 航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件开发与应用

刘桂源1, 王曾2, 杨子艺2, 胡明珠1, 刘怀举1

中国机械工程 2024, 35 (11): 1938-1947. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.005

摘要（213）

PDF（pc）（12715KB）（94）

附件机匣齿轮传动系统作为航空发动机附件动力传递与驱动的关键基础部件，其传动构型与结构设计繁琐，且涉及元件和系统的设计参数众多，传统基于经验公式与零散程序的设计模式难以满足先进航空装备对高承载、长寿命、轻量化传动系统高效设计要求。为此建立了“构型设计—元件设计—系统分析—系统优化”的航空发动机齿轮传动设计方法，基于C++/Python程序语言开发了航空发动机附件机匣齿轮传动设计分析软件。同时依据设计需求，应用所开发软件生成了四种传动构型方案，优选同轴多输出非对称分流构型，以轻量化、高承载为优化目标，基于NSGA-Ⅱ算法开发传动系统多目标优化模型，实现齿轮组减重15.81%，薄弱环节齿轮传动安全性提高2.98%，为新一代航空高端装备齿轮传动设计提供了理论方法和软件工具。

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39. 铝锂合金回弹预测的机器学习及有限元仿真与实验

惠生猛1, 毛晓博4, 湛利华1, 2, 3

中国机械工程 2024, 35 (12): 2114-2121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.003

摘要（212）

PDF（pc）（4522KB）（104）

分别在180 ℃、190 ℃和200 ℃温度的不同应力条件下对2195铝锂合金进行蠕变时效试验，利用MATLAB软件拟合得到本构方程，并将本构方程整合到非线性有限元软件MSC.Marc中，构建了2195铝锂合金瓜瓣蠕变时效成形的有限元模型，模型以时间、应力和温度为输入参数，回弹半径为关键输出参数。为提高预测精度与效率，对比分析了多种机器学习回归模型，最终选定岭回归模型作为预测工具，实现了对不同工艺条件下回弹半径的快速准确预测。通过1∶1实验验证，实验构件回弹型面与目标型面的相对误差为0.9%，证明了模型的高预测精度和实用价值。

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40. 汽车结构可靠性分析与优化设计研究进展

张磊1, 2, 3, 孙学涛1, 2, 陈洁1, 2, 孙远波3, 郭佳佳1, 2, 郑杰1, 2

中国机械工程 2024, 35 (11): 1948-1962，1970. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.11.006

摘要（211）

PDF（pc）（2504KB）（122）

为研究汽车结构的可靠性，对机械结构分析和设计中的不确定性进行总结，从结构参数不确定性、材料性能参数不确定性和载荷不确定性3方面分析了汽车结构设计变量及其参数的不确定性；对概率可靠性分析和非概率可靠性分析方法的研究进展进行了梳理和综述；列举了可靠性分析方法在汽车结构中的应用；对可靠性的数学模型与算法进行梳理，重点研究了可靠性优化设计在汽车轻量化及耐撞性等方面的应用，并指出了汽车结构可靠性分析与优化设计中的发展趋势。

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