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1. 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（68）

PDF（pc）（41395KB）（30）

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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2. 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（71）

PDF（pc）（16272KB）（22）

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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3. 316不锈钢低周疲劳响应与寿命预测改进方法研究

李牧衡, 范海贵, 杨斌, 吴东晓

中国机械工程 2024, 35 (12): 2259-2267. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.019

摘要（146）

PDF（pc）（6896KB）（49）

基于文献中0.4%、0.8%、1.0%应变幅下疲劳实验数据，对硬化参数与应变幅之间的关系进行了系统研究，得到了硬化参数关于应变幅的拟合曲线。建立了能够反映疲劳循环滞回曲线、峰值应力演化曲线和损伤演化曲线的有限元模型，通过数值模拟结合Manson-Coffin方程分别进行了0.5%、0.7%、0.9%、1.2%应变幅下疲劳寿命预测。开展了0.9%和1.2%应变幅下316不锈钢低周疲劳实验，对寿命预测结果进行了验证。研究结果表明，所预测的疲劳响应过程与实验结果吻合度较高，0.9%应变幅下寿命预测误差为21.1%，1.2%应变幅下误差为5.3%，证明了提出的疲劳响应与寿命预测改进方法的准确性。

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4. 离散组装八面体超材料设计与性能调控

付君健1, 2, 4, 蒙永根1, 吴海华1, 胡欢3, 李响1, 2, 周祥曼1, 2

中国机械工程 2024, 35 (12): 2268-2279. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.12.020

摘要（82）

PDF（pc）（20544KB）（26）

为解决八面体超材料大规模应用受制备工艺限制的问题，提出了一种八面体超材料离散组装设计与性能调控方法。首先将传统三维八面体超材料分解为二维模块化片体结构，采用稳定、易拆装的螺栓连接方式组装成三维八面体超材料及周期性扩展结构，并推导了离散组装设计模型的参数化形式。然后分析了模块化片体结构的力学特性，采用有限元分析方法验证了离散组装模型的力学性能。最后，提出了基于数字编码思想的三阶魔方排布性能调控方法，对离散组装八面体超材料正交方向的性能差异进行了优化。研究结果表明，基于螺栓连接的离散组装设计丰富了八面体超材料的制造和扩展形式，三阶魔方调控模型效解决了离散组装设计带来的性能偏差，为八面体超材料的低成本制造和大规模应用提供了创新解决方案。

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5. 基于应变梯度理论的切削加工 SiCp/Al 表面创成机理分析

范依航, 楚星雨, 郝兆朋

中国机械工程 2024, 35 (10): 1852-1861. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.015

摘要（142）

PDF（pc）（9370KB）（61）

为了深入研究颗粒增强铝基复合材料的切削过程，对45%体积分数的SiCp/Al复合材料通过多相建模的方法建立了基于应变梯度的本构模型，并对软件ABAQUS进行了二次开发，用程序语言将所建本构模型以及描述断裂的B-W断裂准则编入用户子程序VUMAT，并导入ABAQUS进行仿真分析。结合切削实验和仿真分析结果，研究了在相同切削速度及不同切削深度下SiCp/Al复合材料加工表面温度、材料内部应力应变和位错的变化情况。研究结果表明，相较于传统Johnson-Cook模型，修正后的本构模型所得到的结果与实验结果更加吻合；切削深度增大会引发高温梯度；材料内部应力会在颗粒附近形成应力集中；在加工表面应变较大的区域出现大量位错，导致加工颗粒增强金属基复合材料的难度上升。

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6. 整型对辊弯成形产品精度的影响机理研究

邢刚1, 韩飞1, 黄宏江2

中国机械工程 2024, 35 (10): 1862-1870. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.016

摘要（132）

PDF（pc）（14440KB）（55）

为研究整型工艺对辊弯成形产品精度的影响，采用试验与有限元的方法分析不同整型方案对产品精度的影响；对不同整型方案下辊弯成形过程中的成形力、扭矩、应力应变进行分析，揭示整型对辊弯成形产品精度的影响机理。研究结果表明，整型可以降低型材的残余应力；降低端头效应对成形件精度的影响；对回弹的影响随成形角度的增大而增大，角度越大，整型工艺对其影响越大。

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7. 重卡桥壳轴向环向补料液压胀形内压加载路径的确定

张家旗1, 2, 王连东1, 2, 王晓迪2, 宋希亮2

中国机械工程 2024, 35 (10): 1871-1880,1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.10.017

摘要（103）

PDF（pc）（11649KB）（35）

轴向环向补料液压胀形变形过程复杂，合理的加载路径确定困难，成形时易发生失稳起皱及胀裂。通过变形分析，揭示了轴向环向补料液压胀形两个阶段各典型位置发生变形所需内压的变化规律，确定了线性增压—恒压—线性降压的加载路径，推导出各阶段的内压计算公式，给出了上控制模平面高度与最大扩径量的关系。针对某载荷10 t重卡桥壳，通过有限元模拟及工程试验验证了加载路径的正确性，揭示出加载路径线性降压段的降压系数、上控制模高度系数对管坯成形质量的影响，确定了二者的合理范围，消除了失稳起皱及开裂的隐患。

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8. 中心供液弹性研抛工具的材料去除模型研究

金明磊1, 2, 金明生1, 2, 宋正江3, 曾晰1, 2, 李燕1, 2, 唐璇1, 2

中国机械工程 2024, 35 (09): 1659-1666. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.016

摘要（147）

PDF（pc）（11463KB）（33）

为提高计算机控制光学表面(CCOS)成形技术的确定性加工能力，提出了一种中心供液弹性研抛工具(CEPT)。针对CEPT的结构特征及与工件接触的应力场模型，研究了贴附金刚石树脂砂纸前后CEPT的径向接触应力分布，发现贴附砂纸后的CEPT有更平稳的径向接触应力分布和更大的接触应力幅值。构建了CEPT连续进给状态下的接触应力及速度分布函数，结合Preston方程建立了CEPT的材料去除模型。进行了抛光试验及单因素对比试验，获得了CEPT的材料去除深度分布规律及关键工艺参数与材料去除深度之间的影响关系。试验结果表明，构建的材料去除模型与实际材料去除廓形之间的平均偏差小于10%，可较好地预测CEPT的实际材料去除深度。

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9. 水平振动式滚磨光整加工残余应力离散元-有限元耦合仿真与实验研究

田涛1, 3, 李文辉2, 3, 4, 温学杰1, 3, 李秀红1, 3, 杨胜强1, 3

中国机械工程 2024, 35 (09): 1667-1676. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.09.017

摘要（117）

PDF（pc）（9449KB）（53）

为探究水平振动式滚磨光整加工对零件表面残余应力的影响，提出一种适用于动态零件的离散元有限元（DEM-FEM）耦合仿真方法。分析了振动周期内颗粒运动状态以及颗粒间平均接触力的变化，构建了颗粒与零件间的随机接触模型，开展了不同振动参数下的残余应力仿真，并进行了实验验证。研究结果表明：随着振动强度的增大，容器内颗粒运动更加剧烈，颗粒与零件间有效法向接触力发生概率及均值增大，导致零件表面残余压应力呈增大趋势。残余应力仿真值与实验值对振动参数的响应趋势一致，误差在3.6%~11.3%之间。

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10. DD5缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能影响研究

靳淇超1, 2, 包虎子1, 李良万3, 汪文虎3, 张锦淇1, 叶子银1, 郭磊1

中国机械工程 2024, 35 (08): 1472-1479. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.015

摘要（164）

PDF（pc）（8052KB）（76）

为研究DD5镍基单晶高温合金缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能的影响规律及机理，设计实验并进行了试件磨削与疲劳性能测试。结果表明：表面粗糙度的增大引起应力集中加剧,导致疲劳性能降低，不同磨削工艺下表面粗糙度由0.347 μm增大到0.687 μm，其疲劳寿命由5.51×105降至3.38×105，下降率约38.66%；表面粗糙度小于0.4 μm时表面硬化可提高试件疲劳寿命，表面粗糙度超过0.4 μm时表面硬化对疲劳性能的影响不显著；形貌测试结果表明，随着表面粗糙度的提高，磨削表面耕犁产生的沟壑数量和深度均增大，疲劳载荷作用下磨削表面裂纹源数量增加、应力集中加剧，从而导致疲劳寿命降低。较小的表面粗糙度与较大的表面硬化率均可提高DD5缓进磨削疲劳性能。

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11. 高速激光熔覆马氏体不锈钢涂层与电镀层性能对比与研究

王井1, 2, 艾超1, 员霄2, 朱迅2, 郭飞2

中国机械工程 2024, 35 (08): 1480-1488. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.08.016

摘要（203）

PDF（pc）（15117KB）（75）

为对比研究不同液压缸服役工况下高速激光熔覆涂层替代电镀硬铬层的可行性，分别制备了马氏体不锈钢熔覆层XG-1、XG-2和电镀硬铬涂层，开展了三种涂层组织、硬度、腐蚀性能及模拟不同工况（划伤磨损、干砂摩擦磨损、滑动摩擦磨损）下磨损性能测试，探讨了涂层失效行为及其应用工况。结果表明：XG-1、XG-2涂层微观组织致密且均匀，平均显微硬度为720.5 HV、653 HV；电镀硬铬涂层分布孔隙和裂纹等缺陷，自腐蚀电流密度为10.45 μA/cm2，耐腐蚀性能最差；三种磨损形式下电镀硬铬涂层均发生了开裂及剥落，高速激光熔覆涂层表现出更优异的耐磨性能，适用于活塞杆易拉伤、外界富集硬质颗粒污染物、大侧向载荷等液压缸服役工况。

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12. 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（232）

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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13. Ni中间层对6061T6铝合金板/08Al异种金属电阻点焊接头的力学性能及组织的影响

彭宇欣1, 2, 3, 刘省1, 2, 3, 胡心彬1, 2, 3

中国机械工程 2024, 35 (07): 1290-1298. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.017

摘要（182）

PDF（pc）（14705KB）（55）

通过在钢板上添加Ni中间层，成功实现了6061T6铝合金板与08Al钢板的可靠连接，显著提高了铝/钢点焊接头的力学性能。研究结果显示，采用预制Ni中间层工艺可控制Ni中间层在钢板上的厚度与分布，减少Al-Fe脆性金属间化合物的形成；相较于直接添加Ni箔中间层，预制Ni中间层工艺能有效增大焊核直径;钢板上激光熔覆Ni层的铝/钢电阻点焊接头最大拉剪力较高，比无中间层的接头最大拉剪力增大了35.5%。

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14. 基于小样本数据驱动的弹壳打凹平底成形工艺参数优化决策方法

梁强1, 李雄2, 王海洋3, 王伟任2, 徐永航1, 刘新2, 杜彦斌1

中国机械工程 2024, 35 (06): 1086-1096. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.014

摘要（144）

PDF（pc）（9656KB）（38）

针对某外贸款弹壳在调试生产中加工质量差和模具寿命短的问题，提出一种基于小样本数据驱动的弹壳打凹平底成形工艺参数多目标优化与决策方法。首先，利用中心复合试验法设计试验，将各试验方案代入有限元模型中进行数值模拟，以仿真结果为基础采用随机森林算法建立弹壳打凹平底成形工艺参数与打凹下冲头最大等效应力、平底上冲头最大等效应力和平底成形后弹壳内圆角的多目标优化模型。其次，应用改进多目标灰狼优化算法对多目标优化模型进行寻优并获得非劣解集，采用主客观综合熵权优劣解距离法评价决策出最优工艺参数组合。最后，采用该优化工艺参数组合进行数值模拟和工艺试验，结果显示，模拟结果与工艺试验结果吻合，弹壳底部内圆角充填饱满，模具使用寿命得到提高。

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15. 残余应力对GH3230层板焊缝热疲劳寿命影响规律研究

董志波1, 李承昆1, 王程程1, 韩放1, 张植航1, 滕俊飞2, 吕彦龙2

中国机械工程 2024, 35 (06): 1097-1102. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.015

摘要（178）

PDF（pc）（6750KB）（46）

为了探究残余应力对层板冷却结构焊缝服役寿命的影响规律，首先对GH3230层板在常规条件下的激光焊接过程进行有限元模拟与实验验证，然后在此基础上对预拉伸、温差拉伸等焊接残余应力调控方法开展模拟。基于焊后残余应力模拟结果研究了层板服役过程的温度及等效应力变化规律，并将多个模型之间不同残余应力下服役状态进行对比分析，最后利用Morrow修正的Coffin-Manson方程对焊缝后续服役寿命进行评估。研究结果表明，焊接残余应力的存在大幅降低了层板结构焊缝区域热疲劳寿命，通过残余应力调控技术可有效改善焊缝区域服役过程中的应力幅或平均应力，使其分别下降70%与25%，焊接残余应力调控对提高层板结构热疲劳寿命具有重要意义。

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16. 36MnVS4和46MnVS5连杆裂解性能差异性研究及质量缺陷分析

孔彦坤1, 邓伟1, 金国忠2, 雷基林1, 陈丽琼3, 贾德文1

中国机械工程 2024, 35 (06): 1103-1111，1119. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.06.016

摘要（175）

PDF（pc）（8880KB）（45）

针对高强度的36MnVS4和46MnVS5两种裂解连杆用非调质材料，开展了连杆裂解加工性能的对比分析，探究了影响连杆裂解质量的原因，并对连杆裂解加工的边界作出了优化，分析了连杆结构对裂解加工性能的影响。根据连杆实际裂解加工特性，设置了有限元模拟的边界条件。通过分析裂解槽根部的主应力和塑性应变的分布特征，获得了不同材料连杆的裂纹萌生位置；用ABAQUS和FRANC3D两个有限元软件模拟了连杆裂解的裂纹扩展过程，并进行了对比分析；优化了36MnVS4材料裂解加工的加载速度；分析了连杆结构对裂解性能的影响。研究结果表明：在相同边界条件下，46MnVS5材料裂解性能较好，裂纹萌生位置趋向于唯一，缺口敏感性低、断裂脆性较好、裂解速度较快，所需的裂解载荷更大；在25 mm/s的加载速度下，36MnVS4材料的裂解性能得到优化；理论断裂面面积较小的连杆结构裂解性能相对较好。

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17. 碳纤维增强聚合物复合材料水导激光切割损伤机理研究

陈忠安, 包彬颖, 张广义, 潮阳, 王玉峰, 姚喆赫, 焦俊科, 张文武,

中国机械工程 2024, 35 (04): 700-710. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.013

摘要（278）

PDF（pc）（27678KB）（176）

碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料在水导激光加工后，切缝表面和横截面存在热损伤，这些损伤是影响材料力学性能、降低材料服役性能的重要因素。针对该问题，采用试验方法分析了加工参数对沟槽几何形貌和表面形貌的影响规律，研究了沟槽表面和横截面的热损伤形成机理。研究结果表明：高激光功率、低脉冲频率和低切割速度可有效增大沟槽深度；激光与材料的相互作用和水射流的冲刷作用是形成沟槽表面热损伤的主要原因。在2 mm厚CFRP切割试验中发现：横截面热影响区宽度与纤维排布方向有关，0°碳纤维热影响区宽度最大，45°和135°碳纤维热影响区宽度次之且宽度相近，90°碳纤维热影响宽度最小；另外，提高水射流速度有利于抑制热影响区的扩展，水射流速度由80 m/s提高至120 m/s，最大热影响宽度缩小35.7%。

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18. 基于连续损伤力学的楔横轧芯部损伤建模及预测

彭文飞, 张成, 林龙飞, 黄明辉, 余丰

中国机械工程 2024, 35 (04): 711-720,751. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.014

摘要（230）

PDF（pc）（9476KB）（114）

楔横轧因存在芯部损伤累积行为而容易形成芯部疏松缺陷，准确预测芯部损伤形成条件对楔横轧轴类件高性能制造具有重要意义。开展了不同条件下的热拉伸试验，得到了影响材料损伤的主要因素；基于连续损伤力学，提出了耦合温度、应变速率和应力三轴度的损伤本构模型；开展了不同断面收缩率的楔横轧试验，标定了损伤本构模型的材料断裂阈值，并验证了损伤模型的预测精度；利用该模型预测了断面收缩率、展宽角、成形角对芯部损伤的影响规律，为参数选择提供参考。研究结果表明：温度、应变速率及应力三轴度都显著影响材料损伤行为，所建立的耦合损伤本构模型能较好地预测楔横轧芯部的损伤演化过程；楔横轧芯部损伤与成形角成反比，与展宽角和断面收缩率成正比，各参数影响程度由小到大依次为断面收缩率、展宽角、成形角。

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19. 铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

韩晓辉, 林森, 方喜风, 王振中, 孙兆刚, 余飞龙, 李磊, 马运五, 李永兵,

中国机械工程 2024, 35 (04): 721-730. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.04.015

摘要（213）

PDF（pc）（13106KB）（77）

铆钉镀层是影响铆接接头成形及力学性能的重要因素，采用单边摩擦铆焊（SSFR）工艺连接6005A-T6和6A01-T5铝合金板材，研究了无镀层、Zn镀层、ZnNi镀层三种类型铆钉对应的SSFR接头成形过程铆接力、能量输入及接头宏微观成形的演化规律，分析了接头中不同位置的镀层剩余厚度及铆钉/板材界面的元素扩散，探究了铆钉镀层对接头拉剪和十字拉伸性能的影响。研究结果表明，镀层的引入降低了铆钉旋转产生的能量输入，从而使铝合金材料的热影响区减小，但能量输入的降低不利于铆钉空腔内铝合金材料间固相连接的形成，导致接头的拉剪和十字拉伸性能下降。与Zn镀层相比，ZnNi镀层的耐磨性较强，在铆钉高速旋转的搅拌摩擦作用下镀层剩余厚度仍超过40%，有助于提高接头的抗腐蚀性能。

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20. 聚四氟乙烯材料切削工艺和应用研究进展

倪敬, 崔智, 何利华, 付新, 朱泽飞

中国机械工程 2024, 35 (03): 498-514. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.012

摘要（333）

PDF（pc）（16200KB）（140）

聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）因其优异的物理化学性能而成为生产制造电子通信、航空航天等领域关键零部件的重要材料。相比模压烧结工艺，切削工艺能够更高效地加工结构较为复杂的PTFE零部件。然而，PTFE材料具有韧性强、回弹性高、导热性差和线膨胀系数大等特点，使得其切削加工质量难以保证，在一些特殊领域，对PTFE零部件的表面洁净度更是有极高的要求，这些都对PTFE材料的切削工艺提出了新的挑战。从PTFE材料的基础力学和物理化学等特性出发，总结了PTFE材料的切削加工性；结合聚合物切削理论及其研究方法分析了PTFE材料的切削去除机理；阐述了PTFE及其复合材料的车、铣、钻等切削加工工艺；最后概述了PTFE材料切削工艺在相关重要领域的应用现状，并从材料性能研究、基础切削理论研究、切削工艺探索等方面总结了现有研究和应用中存在的问题，对未来研究的发展趋势和研究重点进行了展望。

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21. 基于动态磨损模型的汽车覆盖件模具磨损数值模拟研究

赵妍洁, 张双杰, 穆振凯, 王伟, 闫华军, 马世博, 张永辉

中国机械工程 2024, 35 (03): 515-523. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.013

摘要（278）

PDF（pc）（7871KB）（139）

针对某铝合金覆盖件冲模磨损失效问题，为更加准确地预测汽车覆盖件模具的使用寿命，基于Archard磨损模型建立了动态磨损模型。该模型耦合了动态磨损系数和表面硬度变化曲线，其中，磨损系数K转化为随接触压力和相对滑移速度变化的动态磨损系数，表面硬度考虑了磨损深度的变化。利用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发，将动态磨损模型耦合到有限元模拟中，实现了考虑磨损系数和硬化层深度变化的汽车覆盖件模具磨损计算。通过对比分析凸凹模典型位置在成形过程中的动态磨损演化规律，并以模具最大磨损深度0.5 mm作为失效判据，得到该铝合金覆盖件冲压模具的使用寿命为635 428次。模具主要发生磨损的位置集中在模具合模线附近和大圆角处，在实际生产中需要对这些位置进行修模、调试，从而有效延长模具的使用寿命。

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22. 超声振动辅助磨削CFRP复合材料薄管撕裂损伤研究

康仁科, 陆冰伟, 陈凯良, 李晟超, 戴晶滨, 董志刚鲍, 岩

中国机械工程 2024, 35 (03): 524-533，540. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.014

摘要（276）

PDF（pc）（17635KB）（125）

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)薄管超声振动辅助磨削过程中存在撕裂损伤且形成原因不明确的问题，通过对M55J和T300复合材料薄管开展超声振动辅助磨削试验，探究了超声振幅、进给量及主轴转速对磨削力和撕裂尺寸的影响规律，通过对磨削过程的受力分析和对最大未变形切屑厚度的计算，分析了撕裂位置的形成原因和撕裂尺寸的变化规律。结果表明：磨削力随超声振幅的增大而减小，随进给量的增大而增大，与主轴转速的关联性较小；撕裂易出现于CFRP薄管内壁，其长度与高度随超声振幅的增大而减小，随进给量的增大而增大，随主轴转速的增大而减小。

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23. 微流控芯片流体动压抛光工艺研究

付振峰, 王振忠, 王彪

中国机械工程 2024, 35 (03): 534-540. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.03.015

摘要（217）

PDF（pc）（6895KB）（191）

基于流体动压润滑理论设计了微结构抛光球，理论分析得出微结构在抛光球转动过程中会产生更大的流体动压力；利用Fluent分析了微结构类型、微结构尺寸对抛光产生的动压力的影响，通过MATLAB拟合Fluent的数据得到其产生的抛光力。得到微结构的较优参数后进行微流控芯片的区域抛光，微流控芯片平面区域表面粗糙度从1.330 nm降至0.658 nm，流道表面粗糙度从0.737 nm降至0.379 nm。由此可进一步探索流体动压抛光技术在微流控芯片确定性抛光中的应用。

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24. 跑道型线圈板料电磁成形磁场分布的调控

唐天宇, 黄亮, 徐佳辉, 孙怡然, 周巍,

中国机械工程 2024, 35 (02): 337-346. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.018

摘要（268）

PDF（pc）（10933KB）（41）

为有效调控跑道型线圈电磁成形过程中合金板料的变形行为，采用实验模拟与理论计算的方法揭示了板料与线圈装配的相对位置对电磁力、电流密度、变形速度和成形高度的影响规律，推导出线圈中心面空间磁感强度的工程计算模型。随着板料装配时偏置量的增大，电磁成形试样变形区的最大高度差逐渐减小，试样由“内低外高”转变为“外高内低”；电磁力密度峰值从板料内侧向中心移动。偏置量为2.5～3.0 mm时，两侧高度差存在最小值；偏置量为3.0 mm时，板料的横向变形速度趋近于0，电磁力沿板料中心轴对称分布。基于跑道型线圈磁感强度工程模型推导了磁感强度对称中心区位置与线圈直段半长、匝间距、中心距及板料装配间隙的关系，确定最佳偏置量为2.2~3.9 mm。该结果与模拟实验结果相符合，证实了模型的可靠性。

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25. 1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术

张文军, 王文奇, 张晓东, 林威, 张燕东, 白振华,

中国机械工程 2024, 35 (02): 347-353，370. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.019

摘要（247）

PDF（pc）（5696KB）（204）

针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题，首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型；随后开发了轧制过程中的厚度控制系统，并进行了辊缝调节量优化；最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧制速度与张力优化模型。以国内某冷连轧机组的第1机架为技术应用对象，选择两种典型的超高强钢进行生产测试，测试结果表明：超高强钢AR4146E1与DU6220A1的厚度超差长度分别从70.3 m、36.89 m下降到了16.85 m、16.33 m。

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26. 高性能高聚物黏结炸药压制成型研究进展与展望

孙海涛, 詹梅, 樊晓光, 郭靖, 韩超, 张君

中国机械工程 2024, 35 (01): 160-180. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.016

摘要（440）

PDF（pc）（15209KB）（224）

压装型高聚物黏结炸药(PBX)因具有优异的爆轰性能和力学性能而被广泛应用于现代高效毁伤武器战斗部。未来作战环境和战略需求的不断变化，促使压装型PBX朝着高质量、高安全、高效率成型制造的方向发展。综述了压装型PBX在成型质量与性能调控、压制安全性、自动化制造三方面的相关研究现状及面临的问题。首先探讨了PBX在成型质量与性能调控方面的研究进展，包括炸药颗粒致密化演变规律与密度均匀性、损伤演化机制与界面性能调控、残余应力检测与调控；进而分析讨论了PBX的压制安全性以及在数字化和自动化制造方面的研究现状；最后基于对研究现状的分析，展望了PBX压制成型领域未来的发展趋势与面临的挑战。

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27. 液压支撑单点渐进成形临界角研究

尚苗, 李言, 杨明顺, 郑建明, 景张帅

中国机械工程 2024, 35 (01): 181-189. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.01.017

摘要（246）

PDF（pc）（10422KB）（64）

单点渐进成形复杂形状的薄壁制件时，不均匀厚度分布是影响产品性能和成形质量的主要原因。将液压支撑引入单点渐进成形过程中，提出一种液压支撑单点渐进成形工艺，该工艺通过对悬空板材增加柔性支撑来促进厚度的均匀分布。在静压和变压的辅助支撑下，采用Al1060板材单点渐进成形不同壁角的圆锥台制件，通过数值模拟和实验研究定量分析静压参数与变压方案对厚度分布及厚度均匀临界角的影响规律。结果表明，对厚度均匀分布临界角的有利静压压力范围为0～0.18 MPa，最有利的静压压力值为0.17 MPa。与无支撑单点渐进成形相比，液压支撑单点渐进成形工艺可以使厚度均匀临界角增大7°，有效提升板材的厚度分布均匀性和成形性能。

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28. 钛合金型材多点三维热拉弯成形工艺及其微观组织演化

高嵩, 孙荧力, 李奇涵, 盈亮, 郝兆朋, 张邦成

中国机械工程 2023, 34 (24): 2986-2995,3014. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.010

摘要（348）

PDF（pc）（20050KB）（164）

为解决钛合金等难加工材料型材的三维弯曲成形问题，提出了多点三维热拉弯成形工艺并研制了成形装备。通过成形试验探索了预拉伸量、补拉伸量和成形温度等工艺参数对TC4钛合金L形截面型材的三维热拉弯成形规律，其中成形温度是影响回弹变形的最主要因素，当温度一定时，采用预拉伸量为100%εs、补拉伸量为20%εs时（εs为屈服应变参数），型材达到最佳的成形状态。基于成形试验和材料力学性能测试结果建立了预测多点三维热拉弯成形工艺成形过程和回弹过程的有限元仿真模型，回弹预测误差小于15%，验证了模型的有效性。此外，对成形前后的TC4钛合金进行了微观组织观测，研究结果表明，与初始未变形样件相比，三维热拉弯成形后的TC4钛合金产生了相变，（101-0）晶面织构强度显著提高，两相晶粒尺寸均有所减小，TC4钛合金成形件的塑性变形能力得到了提高，且几何必需位错密度有所增大。

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29. 三层异种不等厚钢电阻点焊多场耦合模拟与分析

李坤航, 张思琦, 吴玮, 胡明卓, 孙娅铃, 熊鑫, 黄宏

中国机械工程 2023, 34 (24): 2996-3003. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.011

摘要（290）

PDF（pc）（12519KB）（146）

针对厚度1.0 mm的DC01、厚度1.2 mm和1.5 mm的DP590样片组，建立了电阻点焊的有限元模型，采用热场、电场、力场多场耦合分析了点焊过程能量分布和应力应变。试验结果表明：焊核尺寸的数值模拟计算结果与试验结果吻合良好，电流密度峰值随时间减小，其分布区域与两层板不同，与中板相比，在上板和下板分布的区域明显更大，电势变化说明点焊初期主要通过接触电阻产热，后期变成体电阻，温度在异种不等厚板材上分布不均匀，优先在中板下部和 DP590/DP590接触面上形核，熔核形成后中部受到压应力，母材区受到熔核拉应力，应变最大值存在于 DP590/DP590处。

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30. TC11钛合金整体叶轮铣削加工表面完整性研究

吴泽刚, 侯永峰, 苗清, 李靖, 张定华, 罗明,

中国机械工程 2023, 34 (23): 2862-2872. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.010

摘要（286）

PDF（pc）（11094KB）（103）

考虑叶轮真实加工参数，探究了切削速度、每齿进给量、行距、切深、冷却液对整体叶轮叶片的表面完整性（包括表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度、金相组织、残余应力）的影响。结果表明：行距和每齿进给量对叶片表面粗糙度影响最大，行距和每齿进给量越小，叶片表面粗糙度越小，当行距从0.3 mm减小至0.16 mm时，平均粗糙度Ra从0.64 μm减小至0.48 μm，当每齿进给量从0.1 mm减小至0.06 mm时，平均粗糙度从0.62 μm 减小至0.4 μm；行距和每齿进给量对表面形貌影响最为明显，随着行距和每齿进给量的增大，叶片表面的残留高度增大；切削参数选取相对合理，叶片表面没有产生划痕、划伤和毛刺等缺陷；在合理的参数条件下，叶片表面的力热水平较低，使得叶片表面的显微硬度变化不明显，各切削参数下表面平均硬度在335HV左右浮动，同时也没有产生区别于基体的变质层；叶片表层残余应力均表现为压应力，行距、切深对残余应力的影响较小；随切削速度和每齿进给的增大，表层压应力先增大后减小，沿深度方向表现出先微弱减小再增大到峰值最后到达基体的趋势，平行和垂直进给方向上最大残余应力分别可达275 MPa和400 MPa；水基冷却液在加工表层达到远大于油基冷却液的残余压应力，但残余应力在深度方向下降明显。

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31. 面向航空航天的薄壁锥形筒件轧制成形过程几何状态综合控制方法

谢涵, 汪小凯, 韩星会, 华林, 张科, 郑戈飞

中国机械工程 2023, 34 (23): 2873-2880. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.23.011

摘要（243）

PDF（pc）（15727KB）（112）

针对航空航天薄壁锥形筒件轧制过程几何变形状态难以控制的问题，研究了薄壁锥形筒件轴线偏移、轴线倾斜、小端拉缩三种典型异常变形状态及形成机理，提出了基于筒件线速度反馈的锥辊运动协调控制方法，建立了锥形筒件轧制过程锥辊运动控制模型；提出了薄壁锥形筒件坯料优化设计方法，并建立了相应的芯辊倾斜进给控制策略，保证了锥形筒件直径长大速度的一致性，消除了因金属轴向和周向流动不匹配导致的小端拉缩现象；基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发，建立了集成所提控制方法和策略的薄壁锥形筒件轧制有限元模型。对比分析了常规规划控制、上述方法独立控制和综合控制下的筒件轧制成形效果，结果表明，综合控制方法下的轴线偏移量、圆度误差、同心度误差和倾斜角误差等指标相比于常规规划控制在整圆阶段内分别降低了93.6%、75.3%、95.1%、97.2%。

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32. 不同弯曲方法对辊弯成形回弹的影响研究

韩飞, 孙玮隆, 张若青

中国机械工程 2023, 34 (19): 2353-2361. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.010

摘要（360）

PDF（pc）（14189KB）（150）

为研究辊弯成形过程中不同弯曲方法对回弹的影响，采用试验与有限元仿真相结合的方法分析了不同弯曲方法、圆角半径、板材厚度对回弹的影响；对不同弯曲方法下辊弯成形过程中的应力应变分布情况进行分析，揭示了不同弯曲方法下辊弯成形的回弹机理。研究结果表明：根据不同弯曲方法（定半径法及定长度法）的工艺原理，各道次圆角半径与弯曲段弧长的设计差异是影响两者应力-应变分布以及回弹量不同的主要因素；定半径法回弹量随道次数的增加而增大，增幅也随之增大；定长度法回弹量随道次数的增加变化不明显，且幅值大于定半径法的幅值；在两种弯曲方法下，回弹量均出现随圆角半径增大而增大、板材厚度增大而减小的趋势。

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33. 基于不等分剪切模型的ZM5镁合金本构参数的逆向辨识

王伏林, 肖强, 来书宁, 唐能艺

中国机械工程 2023, 34 (19): 2362-2369. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.011

摘要（277）

PDF（pc）（4435KB）（173）

为了解决ZM5镁合金动态力学性能参数缺失的问题，提出基于不等分剪切模型的ZM5镁合金J-C本构参数逆向识别方法。根据金属切削理论建立主剪切区的应力、应变、应变率及温度分布模型，将正交切削试验和准静态拉伸试验相结合，采用混合粒子群算法确定ZM5镁合金的J-C本构参数，并应用于仿真。将所获得的仿真值与试验结果进行对比，所求得的J-C模型参数用于仿真能较好地反映实际切削试验中的切削力和切削温度，从而证明了所提出的逆向辨识方法的可行性。

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34. 高强钢Q960E对接接头残余应力与焊接变形的数值模拟

骆文泽, 成慧梅, 刘红艳, 王义峰, 叶延洪, 邓德安

中国机械工程 2023, 34 (17): 2095-2105,2141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.009

摘要（406）

PDF（pc）（10205KB）（306）

利用等强匹配焊丝和混合气体保护焊方法制备了Q960E低合金高强钢的多层多道对焊接头。采用实验法测量了焊接温度循环、焊接变形以及焊接残余应力，同时观察了焊接接头的微观组织，并测量了硬度分布。基于焊接接头的组织特征，以SYSWELD软件为平台，开发了考虑“热-组织-应力”多物理场耦合的热-弹-塑性有限元计算方法。重点考虑了热影响区的固态相变材料模型，采用JMAK方程描述加热阶段的奥氏体化过程，采用K-M关系模拟冷却阶段的马氏体相变过程，同时基于Leblond模型考虑了冷却过程中的相变诱导塑性。数值模拟结果与实验测量结果的对比表明，有限元模型得到的残余应力分布和焊接变形与实测数据吻合较好，同时数值模拟结果还证明了固态相变对Q960E钢对接接头热影响区的残余应力分布与大小均有显著的影响。

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35. 高钢级管道焊缝材料应力应变本构关系确定方法

张东, 刘啸奔, 孔天威, 杨悦, 武学健, 吴锴, 张宏

中国机械工程 2023, 34 (17): 2106-2114. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.010

摘要（317）

PDF（pc）（6547KB）（284）

高钢级管道环焊缝作为油气管道关键薄弱环节一直受到工程界与科研界的关注，它作为一种典型的焊接结构具有明显的非均质性，这会导致环焊缝材料轴向力学性能无法准确测试，严重影响管道环焊缝安全评价的准确性。基于MATLAB-PYTHON-ABAQUS联合仿真提出了一种高钢级管道焊缝区材料应力应变本构关系优化反演方法。开展了4组不同缺口尺寸的单轴拉伸试验，得到了各试样的载荷位移曲线；利用贝叶斯正则化反向传播（BRBP）神经网络与灰狼优化算法（GWO）得到了焊缝区材料真实应力应变本构关系，并通过试验数据充分验证了本构关系的准确性，结果表明相对误差小于1%。所提出的反演思路同样适用于均质金属材料大应变范围应力应变曲线的测定。该反演方法的提出可为高钢级管道环焊缝安全评价提供准确的应力应变本构关系及强度匹配关系，进一步保障了油气管道的安全运行。

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36. 超声辅助注射成形碳纤维增强聚丙烯制件性能研究

刘莹, 陈越, 赵雪利, 于同敏, 祝铁丽,

中国机械工程 2023, 34 (16): 1975-1981. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.011

摘要（273）

PDF（pc）（14149KB）（53）

利用自行研制的超声辅助注射成形系统，成形了碳纤维质量分数为20%的增强聚丙烯制件，并借助X射线衍射、扫描电镜观测以及拉伸试验等方法，研究了不同超声功率和模具温度、聚合物熔体温度及注射压力对制件内部的分子凝聚态结构与其力学性能的影响。结果表明，在较高的模具温度、较低的聚合物熔体温度及较小的注射压力下，施加功率600 W的超声振动，能够明显增大聚合物熔体的流动剪切速率，进而提高聚合物分子链和碳纤维的取向程度，促进晶核生成与晶体生长，使制件的拉伸强度得到明显提高。

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37. 考虑周向波形特性的航空管路弯曲成形起皱理论建模与临界成形半径分析

刘衡, 汪志能, 宾光富, 林伟明, 林姚辰, 马雁翔

中国机械工程 2023, 34 (16): 1982-1990. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.012

摘要（268）

PDF（pc）（3878KB）（134）

针对传统弯曲起皱理论模型忽略管材周向波形特性造成预测精度不高的难题，基于理论推导和参数拟合建立了管材起皱周向波形函数，结合管材弯曲应力特性建立了其成形起皱机理模型，采用有限元仿真以及实验方法验证了该理论模型的正确性。研究结果表明：新建理论模型的管材起皱预测准确度达到了94. 5%，较传统模型提高了12%，改善了传统模型预测精度不高的难题；弯曲半径越小，管材越易起皱。工程中为避免起皱，临界弯曲成形半径不应小于1.89倍管道直径。

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38. 弹线膛一体径向精锻成形身管内膛轴向褶皱缺陷的形成机理

杨宇召, 杨晨, 徐诚, 樊黎霞

中国机械工程 2023, 34 (16): 1991-2000,2008. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.16.013

摘要（339）

PDF（pc）（9744KB）（111）

弹线膛一体径向精锻工艺能同时成形身管的弹膛和线膛，内膛同轴度高，成形效率高，但该工艺成形的身管内壁会产生轴向的褶皱，褶皱在后续锻造中会演化成裂缝，从而严重影响身管的安全性。为了研究内膛褶皱缺陷的形成机理，建立了三维径向精锻有限元模型，设置进给速度、转速、锤头角度、夹持压力等多组工艺参数变量进行了仿真。仿真结果表明，内膛轴向褶皱是在锻造过程的下沉段形成的，其形成机理是由于四锤头之间存在间隙，导致每次锻打时同一截面工件径向发生不均匀变形，使得径向位移产生差异，经过多次锻打累积，内壁相邻节点的径向位移差就形成了轴向褶皱。同时研究表明，锤头角度越大，毛坯厚度越小，毛坯内径越小，则褶皱形成越晚。建立了以减径量为指标的下沉段褶皱成形判据，通过径向精锻实验验证了该判据的正确性。

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39. Cu-Diamond复合材料的多次电弧烧蚀性能研究

王飞, 凤仪, 李新朝, 刘铸汉

中国机械工程 2023, 34 (13): 1599-1604. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.009

摘要（322）

PDF（pc）（8853KB）（158）

采用真空热压烧结法制得金刚石分布均匀，且与铜基结合良好的Cu-Diamond复合材料（金刚石体积分数为5%）。在空气气氛中对Cu-5vol.%Diamond复合材料进行多次电弧烧蚀，通过场发射扫描电子显微镜（SEM）和三维激光共聚焦显微镜（3D LSCM）对烧蚀表面进行观察分析，利用能谱仪（EDS）和X射线光电子能谱仪（XPS）对烧蚀后的成分进行分析，结果表明，经过100次9 kV高电压电弧烧蚀后，复合材料烧蚀区域中的铜基体出现熔化和溅射，并被氧化成了CuO和Cu2O，同时金刚石颗粒较大幅度提高了该复合材料的抗电弧烧蚀能力。

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40. 变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

曹蕾蕾, 康凡军, 郭城臣, 宋绪丁, 吕文彻

中国机械工程 2023, 34 (13): 1605-0610,1627. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.010

摘要（319）

PDF（pc）（5864KB）（304）

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点，其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷，焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估，基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法，即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型，求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程，并在结构应力平面上合成载荷路径，求得非比例加载路径的等效应力范围，最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比，结果表明：分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性，且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致，说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。

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