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1. 基于物理信息神经网络的风电机组塔筒概率疲劳寿命预测方法

谢冰冰, 赵峰, 郭昕兴, 乔莉, 程思创, 刘晓辉, 张桐舟, 胡伟飞

中国机械工程 2026, 37 (5): 1017-1025. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.001

摘要（434）

HTML （37）

PDF（pc）（2177KB）（226）

针对风电机组塔筒传统疲劳设计采用确定性S-N曲线难以准确量化寿命分散性的问题，提出一种基于物理信息神经网络的概率疲劳寿命预测方法。通过将疲劳寿命分散性、单调性及非线性等物理先验知识嵌入神经网络，构建了可准确量化不确定性的概率预测模型。相比于传统方法，所提方法预测的归一化均方根误差（NRMSE）最多降低31.58%。基于IEC标准建立了16 MW风电机组仿真模型，通过Bladed软件获取塔筒载荷数据，结合风速分布、雨流计数与Miner准则实现了塔筒概率疲劳寿命预测。研究结果表明：所提方法有效表征了疲劳损伤概率特征，塔筒寿命随可靠度要求显著变化（从50%概率下83.3年缩短至99.9%概率下18.2年），为机组概率疲劳设计与安全评估提供了可靠依据。

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2. 复杂产品设计指标分解动态演化关联定量分析方法

张海柱, 陈向, 谷孙权, 黎荣, 朱学超, 马凯

中国机械工程 2026, 37 (5): 1026-1036. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.002

摘要（254）

HTML （33）

PDF（pc）（1764KB）（125）

针对复杂产品设计指标演化过程中的复杂相互作用关系往往会使模块设计参数被高估或低估而导致设计反复迭代的问题，提出一种定量分析设计指标动态演化过程中的相互作用关系的方法。首先，以设计结构矩阵为基础，结合回归分析和灰熵关联度计算方法构建了设计指标耦合关联强度的计算模型，定量分析了设计指标分解的多重耦合关系；然后，引入群落生态学理论，提出了基于Lotka-Volterra模型的设计指标分解动态演化关联定量分析方法，表征设计指标分解过程中的相互作用关系，通过融合设计指标分解的耦合关联与演化关联定量分析结果来实现复杂产品设计指标分解动态演化关联关系的定量分析；最后，以高速列车转向架轴重和制动能力指标分解为例，验证了所提方法的可行性和有效性。

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3. 盾构换刀机器人设计与应用

姜礼杰, 杨航, 韩冬, 孙颜明, 王一新, 吴乾坤, 贾连辉

中国机械工程 2026, 37 (5): 1037-1044. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.003

摘要（317）

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PDF（pc）（29940KB）（157）

针对盾构机施工过程中人工换刀劳动强度大、作业风险高、操作效率低等问题，提出了一种采用机器代人的换刀作业方案。设计了一种适于机器人操作的新型滚刀系统与高功率密度冗余自由度机器人机构；采用D-H参数法进行运动学建模，实现机器人位姿计算，通过快速扩展随机树（RRT）算法进行机器人换刀路径规划，实现运动过程避障路径计算，基于B样条曲线实现机器人关节运动轨迹计算；搭建了机器人换刀仿真分析平台，验证了所提方案的有效性；最后，搭建了换刀机器人试验台，构建了基于操作层、控制层、执行层的换刀机器人控制系统，通过参数标定、实验室和工程测试验证了换刀机器人系统设计方案的可行性。

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4. 基于蒙特卡罗减方差方法的图像传感器辐射屏蔽结构多目标优化设计

付昊成, 吴少伟, 姜潮

中国机械工程 2026, 37 (5): 1045-1053. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.004

摘要（235）

HTML （30）

PDF（pc）（3331KB）（98）

针对核辐射环境下图像传感器辐射屏蔽问题，提出基于蒙特卡罗（MC）减方差的辐射仿真方法和屏蔽结构多目标优化设计方法。根据中子和光子耦合输运原理构建图像传感器的多辐射源复合屏蔽模型，并针对其厚屏蔽微探测结构特征提出特征插值权窗MC减方差的屏蔽仿真方法，有效提高了其屏蔽仿真的计算效率与精度；通过将遗传算法与辐射屏蔽结构参数化几何建模结合，构建图像传感器的多目标优化设计方法，以获得体积、质量和剂量率参数下最优解并得到Pareto前沿的非劣解组合。数值实验验证了该图像传感器辐射屏蔽结构优化设计方法的有效性。

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5. 液压支架新型抗冲单元的拓扑设计及耐撞性研究

曾庆良, 李兆基, 齐国庆, 刘鹏, 万丽荣

中国机械工程 2026, 37 (5): 1054-1062. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.005

摘要（192）

HTML （32）

PDF（pc）（5956KB）（116）

为提高液压支架的抗冲击性能，基于本团队先前提出的量纲一参数支配薄壁结构耐撞性的特征趋势，选取双管结构和混合多胞截面的方式设计了一种新型抗冲单元，即窗型多胞结构（WMCS）。采用试验测试、仿真分析与理论预测相结合的方法系统地分析了不同截面形式下抗冲单元的耐撞性。研究结果表明，双管结构的内外轮廓形式和截面胞数影响着抗冲单元的变形模式。随着壁厚的增大，抗冲单元的总吸能和初始峰值压溃力均增大，其中初始峰值压溃力具有高敏感性。不同地，比吸能和压溃力效率先增大再减小。根据变形模式、力位移曲线以及耐撞性三者之间的最优交集，选取壁厚为5 mm的WMCS-C1作为抗冲单元。

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6. 模型驱动的小型模块化自然循环铅基快堆早期功能设计与验证

吴轩宇, 冯毅雄, 陈钊, 原伟铨, 段承杰, 洪龙庄, 张志峰, 谭建荣

中国机械工程 2026, 37 (5): 1063-1071. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.006

摘要（226）

HTML （33）

PDF（pc）（7131KB）（107）

传统基于文档的核电装备研制模式存在设计信息离散且关联性差、设计意图易产生歧义且难追溯、设计论证过程缺乏直观性与沉浸性等问题。以小型模块化自然循环铅基快堆（NCLFR）为研究对象，以其组装和拆解过程为例，将基于模型的系统工程（MBSE）方法与虚拟样机技术相结合，从需求分析、功能设计、功能验证三个方面进行了论述，基于中广核研究院自主研发的核工业领域化MBSE建模平台M-Reactor开展组装和拆解过程的需求分析和功能设计，在对NCLFR进行早期三维建模的基础上实现了系统逻辑模型与功能虚拟样机的一致映射与模型联动，验证了组装和拆解过程的完备性、正确性以及可追溯性，带给设计人员更为沉浸的设计体验以及可视化的设计论证方式，可为MBSE方法在核电装备系统设计中的应用提供参考。

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7. 数智赋能共赴新程

董仕节

中国机械工程 2026, 37 (1): 1-1.

摘要（228）

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PDF（pc）（276KB）（579）

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