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    1. 基于母板滑动策略的大理石板材排样算法
    郭保苏, 王永春, 马健明, 孙万诚, 王世运, 黄传真
    中国机械工程    2025, 36 (10): 2343-2350.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.10.023
    摘要460)   HTML0)    PDF(pc) (2643KB)(79)    收藏

    为了解决大理石板的下料问题,确保成品矩形板材的纹理和色差一致,同时提高材料的利用率,采取轮廓提取算法对大理石母板可排样区域进行轮廓提取,提出了基于母板滑动策略的矩形件排样方法。采用齐头切约束下的最低水平线算法构建样件域,提出融合人工蜂群算法和黑寡妇算法的混合算法(ABWO)对样件域进行优化。通过母板在样件域中进行滑动与旋转寻优,以母板填充率作为评价指标,实现了最优排样方案的高效求解。实验结果表明:在单一规格矩形的排样实验中,所提方法排样时间缩短90%以上,排样填充率与传统方法相当,排样结果满足一刀切约束,有利于后续切割下料;非单一规格矩形排样实验中,采用ABWO算法对零件排入顺序进行优化,样件域填充率提高5%。结合母板滑动策略,最终排样填充率与传统排样方法相比提高了3%。

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    2. 不确定服役环境下废旧零部件损伤-质量状态映射模型
    郭洪飞, 钟方, 任亚平
    中国机械工程    2025, 36 (10): 2351-2358.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.10.024
    摘要460)   HTML1)    PDF(pc) (1112KB)(76)    收藏

    服役环境的不确定性使得废旧零部件的质量评估变得复杂。提出了一种基于Dirichlet分布的损伤-质量状态映射模型,该模型通过分析废旧零部件失效行为来确定主要失效特征,采用多项分布对零部件损伤量数据进行数学抽象,选取Dirichlet分布作为先验概率分布,结合贝叶斯公式更新得到后验分布参数,从而获得将损伤量数据映射到不同质量等级的后验概率期望值。进一步,引入D-S证据理论融合损伤信息来综合评估废旧零部件质量状况。为了验证模型的可行性和有效性,以废旧蜗轮蜗杆为案例研究对象,并与现有方法进行对比,实验结果显示,该模型在预测精度和泛化能力上具有优势。

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    3. 基于拆卸信息提取的多零件堆叠结构设备动态干涉分析方法
    王云帆1, 2, 朱利斌1, 2, 崔创创1, 2, 黄海鸿1, 2
    中国机械工程    2025, 36 (06): 1269-1279.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.014
    摘要573)      PDF(pc) (7557KB)(120)    收藏
    针对设备多零件堆叠结构导致零件拆卸干涉检测效率与精度低的问题,提出一种基于拆卸信息提取的多零件堆叠结构设备动态干涉分析(DIA)方法,以提高拆卸信息获取的准确性、缩短零件拆卸时间。通过包容盒与实体相交两阶段干涉检测,提取设计模型中的拆卸信息并将其量化为优先矩阵;结合装配体与零件的双坐标系变换,精确提取动态变化的拆卸信息。为验证该方法的可行性与有效性,通过CAD设计模型实验,分别获得DIA与传统干涉检测方法生成的优先矩阵,并以此作为结构拆卸约束信息,输入蝴蝶遗传新型混合优化算法寻优以获得最优拆卸序列。实验结果表明,DIA生成优先矩阵的准确性比传统方法提高了28.57%,所获最优拆卸序列的拆卸时间缩短了3.31%。
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    4. 考虑同轴度的汽车发动机曲轴孔镗削工艺参数节能优化
    张登永, 李聪波, 吴少卿, 张友, 李承远
    中国机械工程    2025, 36 (06): 1280-1289.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.015
    摘要630)      PDF(pc) (9776KB)(122)    收藏
    针对汽车发动机曲轴孔镗削加工后的同轴度值过大甚至超差,以及加工过程能效低等问题,开展了考虑同轴度的汽车发动机曲轴孔镗削工艺参数节能优化研究。分析了曲轴孔镗削同轴度影响因素,并基于有限元法和支持向量机回归算法建立了同轴度值预测模型;分析了曲轴孔镗削加工能耗特性,建立了以比能和最大同轴度值为目标的曲轴孔镗削加工工艺参数优化模型,并利用改进的多目标蜻蜓算法进行求解,确定了平衡能效和同轴度的最优工艺参数组合。案例研究表明,优化后最大同轴度值减小了10.81%,比能降低了4.61%,验证了优化模型的有效性。
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    5. 基于缸径与流量匹配的高空作业平台飞臂液压系统节能设计
    刘宇超1, 习毅1, 张宇效2, 戴巨川1, 贺乐君1, 夏虎强2
    中国机械工程    2025, 36 (06): 1290-1299.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.06.016
    摘要666)      PDF(pc) (7613KB)(119)    收藏
    针对高空作业平台飞臂液压系统效率很低的问题,提出了通过匹配飞臂液压缸缸径和泵的输出流量来降低液压系统能耗的新方法。建立了飞臂机构负载的数学模型,采用AMESim软件建立了高空作业平台飞臂液压系统的仿真模型,在通过实验验证仿真模型准确性的基础上,计算了各设计方案的能耗情况。研究结果表明:在保证飞臂液压系统执行机构负载和输出速度均不变的前提下,通过匹配飞臂液压缸缸径和泵的流量,避免负载敏感泵工作在小排量区,可有效提高液压系统的工作效率,优化后飞臂液压系统整体的工作效率提高了4.6%。
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    6. 复合材料尾门结构的拓扑参数一体化轻量化设计
    成艾国1, 王超1, 陆日进2, 何智成1, 于万元3
    中国机械工程    2024, 35 (10): 1824-1833.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.012
    摘要839)      PDF(pc) (14874KB)(158)    收藏
    以某新能源车型的尾门为研究对象,结合注塑长玻纤增强复合材料,提出了一种结构拓扑参数一体化轻量化设计方法,并为尾门性能仿真和优化设计分别建立了联合仿真和常规仿真模型,提高了仿真精度和优化效率。首先,基于常规仿真模型通过三步式结构概念设计优化并重新设计了复合材料尾门结构。然后,建立了用于后续多目标优化的联合仿真模型,并通过样件试制和性能试验进行了验证。最后,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对尾门的筋条厚度、关键位置厚度、截面尺寸进行了详细优化。优化后的复合材料尾门质量比原钢制尾门减小了27.2%,同时尾门扭转刚度、横向刚度、弯曲刚度及自由模态满足应用要求。
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    7. 考虑切削能耗和表面质量的碳纤维增强树脂基复合材料加工工艺参数优化决策
    鄢威1, 3, 王欣怡2, 3, 张华3, 朱硕2, 3, 江志刚2, 3
    中国机械工程    2024, 35 (10): 1834-1844.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.013
    摘要1098)      PDF(pc) (4698KB)(145)    收藏
    碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)二次加工能耗与质量的影响要素相比于传统材料加工更为复杂,导致现有相关经验公式难以适用。基于此,以CFRP二次加工的切削力分析为切入点,对考虑能耗和质量的CFRP加工工艺参数优化决策问题开展研究。首先分析纤维方向角对CFRP加工形式的影响,推导了切削力模型;然后建立了以切削三要素和纤维方向角为变量,以切削能耗和表面粗糙度为目标的多目标优化模型,并提出了多样化突变驱动的粒子群优化算法(DM-PSO)与层次分析法(AHP)集成的工艺参数优化决策方法;最后通过铣削试验设计验证了上述模型和方法的可行性和优越性。
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    8. 数控铣床低碳高质建模及工艺参数优化
    李泽亚1, 罗敏1, 张超勇2, 徐金瑜1
    中国机械工程    2024, 35 (10): 1845-1851.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.014
    摘要827)      PDF(pc) (1871KB)(203)    收藏
    针对数控铣床生产过程中工艺参数不合理导致碳排放量高、表面质量差等问题,提出了一种面向低碳高质的数控铣床工艺参数优化方法。分析了铣削过程碳排放因素,给出碳排放效率、表面粗糙度和加工时间的目标函数,构建基于灰狼算法改进支持向量回归的数控铣床碳排放效率和表面粗糙度预测模型。以主轴转速、进给速度和切削宽度为优化变量,采用改进白鹭算法进行切削参数优化,获得了低碳高质高效工艺参数Pareto前沿解,通过熵权逼近理想解排序法选择合适的工艺参数。搭建了数控铣床碳排放监测实验平台,实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。
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    9. 热处理工艺对激光熔覆316L温度场与应力场的影响规律
    李燕乐, 潘忠涛, 戚小霞, 崔维强, 陈健, 李方义
    中国机械工程    2024, 35 (04): 666-677.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.010
    摘要1239)      PDF(pc) (11351KB)(181)    收藏
    为研究不同热处理工艺对激光熔覆残余应力的调控作用,利用ANSYS有限元分析软件建立了热力耦合模型,对不同温度(22~900 ℃)的熔覆前预热处理、不同温度(200~1000 ℃)的熔覆后退火处理以及熔覆前后协同热处理条件下的激光熔覆316L不锈钢温度场和应力场进行了数值模拟。研究结果表明:预热对熔池温度影响最大,熔池温度随预热温度的增高而增高;退火处理对激光熔覆残余应力的改善效果最好,800 ℃退火处理可使残余应力减小约50%,其次是熔覆前后协同热处理,可使残余应力减小约35%,预热处理对激光熔覆残余应力有一定改善,其中预热500 ℃可使残余应力减小约20%。
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    10. 无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪节能控制融合研究
    刘俊玲, 冯港辉, 张俊江, 杨凯
    中国机械工程    2024, 35 (04): 678-690.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.011
    摘要1092)      PDF(pc) (9354KB)(256)    收藏
    为进一步提高无人驾驶混合动力汽车轨迹跟踪精度和能耗经济性,提出了一种轨迹跟踪节能控制融合策略。首先,建立车辆运动学模型,采用模型预测控制策略对车辆进行轨迹跟踪控制;在此基础上,以速度为交互变量,提出了一种三阶段动态规划节能控制策略,在线优化最优经济性函数,以降低整车能耗总成本;最后,选择相互独立的纯跟踪轨迹跟踪算法与功率跟随节能控制策略进行比较。结果表明,所提出的轨迹跟踪节能控制融合策略提高了轨迹跟踪效果,降低了整车能耗总成本,轨迹跟踪精度提高了70.47%,纯电动和混合驱动模式下能耗总成本分别下降了4.52%和25.10%。
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    11. 车身多性能约束下的一体压铸三角梁轻量化设计
    苏永雷, 张志飞
    中国机械工程    2024, 35 (04): 691-699.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.012
    摘要1328)      PDF(pc) (6363KB)(1096)    收藏
    系统性地构建了一体压铸结构的优化方法,基于车身系统超单元模型实现多性能约束下的车身压铸件轻量化设计。首先,缩减复杂的车身系统,针对连续的车体结构,提出了子系统划分原则和方法,分别对各子系统进行超单元缩减,保证车身系统模型的分析精度并提高计算效率,为快速优化奠定基础;其次,同步考虑压铸结构单体性能和车身系统性能,采用折衷规划法归一化静动态子目标并构建综合目标函数,应用层次分析法得到子目标权重系数,进而开展了多模型拓扑优化,确定了加强筋位置分布;进一步地,同步考虑可设计与可制造性,对压铸结构变厚度拔模面进行参数化定义,并在优化过程中施加制造约束,基于构造的组合代理模型完成厚度参数设计。研究结果表明:在保证分析精度的前提下,缩减的车身系统模型可节省97.3%的计算资源;通过优化,在大幅提高车身一体压铸三角梁结构相关性能的同时,可实现轻量化,表明了所提方法的正确性和实用性。
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    12. 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1193)      PDF(pc) (9506KB)(355)    收藏
    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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    13. 高压低温CO2射流冷却条件下高速车削淬硬轴承钢的试验研究
    李小睿, 赵威, 李浩, 史卫奇, 何宁
    中国机械工程    2023, 34 (24): 2975-2985.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.009
    摘要1093)      PDF(pc) (16046KB)(202)    收藏
    针对高速硬车削淬硬轴承钢时刀具磨损快、切屑缠绕严重和已加工表面质量差等问题,以高压低温CO2射流为冷却介质,应用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具进行了GCr15轴承套圈高速硬车削试验,并与高压乳化液冷却和高速干切削进行对比,分析了冷却条件和切削参数对刀具切削性能和加工表面质量的影响。研究结果表明:在一定的切削参数范围内,使用高压低温CO2射流辅助切削可以有效降低刀具磨损、改善切屑缠绕情况,但当刀具处于剧烈磨损阶段时,刀具更容易产生崩刃而失效;当切削速度较大时,高压低温CO2射流对工件表面质量的提升更为显著,有效降低了工件表面粗糙度、增大了残余压应力和表层显微硬度。
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    14. 复杂下料工艺约束下的二维不规则零件优化排样方法
    吴电建, 张三强, 杨光友,
    中国机械工程    2023, 34 (21): 2615-2621.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.011
    摘要1046)      PDF(pc) (7492KB)(557)    收藏
    针对二维不规则零件下料生产线原材料利用率不高、作业效率较低等问题,提出一种复杂下料工艺约束下的二维不规则零件优化排样方法。以最大化原材料利用率为优化目标,建立了二维不规则零件下料问题的数学模型,利用一种图形碰撞算法实现零件的定位,提高了原材料利用率。通过零件图形的平移、旋转、镜像等操作动态构造排样单元,提高了连续切割和零件自动码垛的作业效率。算例对比分析验证了该方法的可行性和有效性。
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    15. 微量润滑变角度高速铣削碳纤维增强复合材料的加工性能与材料去除机理
    张立峰, 张晓光
    中国机械工程    2023, 34 (21): 2622-2628.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.21.012
    摘要1173)      PDF(pc) (9036KB)(533)    收藏
    采用正十二边形切削轨迹方法研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)的高速切削性能,重点研究了冷却润滑条件、纤维切削角、切削速度和顺/逆铣对材料加工性能的影响,揭示了典型纤维切削角下的材料去除机理。研究表明:使用聚晶金刚石铣刀沿等差为30°的切削角侧铣单向CFRP时,法向切削力Fn和切向切削力Ft均遵循一个特定的规律。相较于顺铣,逆铣时的Fn最大减小25%,Ft最大减小40%,表面粗糙度Sa减小10%~35%。相较于干切削,纳米流体微量润滑切削下的Ft减小约20%,切削温度降低约40%。
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    16. 考虑冷却能耗的干切机床效率分析及评价模型
    王倩玥, 曹华军, 林江海, 赖科旭, 李本杰, 葛威威
    中国机械工程    2023, 34 (19): 2333-2342.   DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.008
    摘要927)      PDF(pc) (9374KB)(516)    收藏
    为研究机床用于维持热平衡的冷却能耗,更准确地揭示机床能效提升潜力,对干切机床及其冷却系统进行了分析,提出了机床效率评价指标,建立了综合考虑材料去除能耗和冷却能耗的效率评价模型,并以高速干切滚齿加工为例,验证了该模型的可行性与可靠性。研究结果表明,高速干切滚齿机床冷却设备的效率均在30%以下,且损失率高;为提高机床能效,需降低空气过滤器和空气压缩站的损失,提高空气压缩站和液压站的效率。该研究可为干切机床精密绿色运行的评价与节能优化提供理论支持。
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    17. 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1588)      PDF(pc) (11669KB)(265)    收藏
    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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