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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（84）

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（133）

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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