中国机械工程

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2025, 36(05): 0.

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多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器研究

杨继森1, 2, 3, 袁俊松1, 3, 修府1, 3, 刘嘉诚1, 3, 张小龙1, 3

2025, 36(05): 889-897. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.001

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针对双列平面磁场式传感器两码道激励频率相同时磁场之间的相互串扰影响传感器测量精度并降低信噪比等问题，提出了一种多频磁场耦合的绝对式直线时栅位移传感器设计方案，在实现解算绝对位移的同时能够消除码道间磁场串扰的问题。传感器分为定尺和动尺，都采用双层交替结构，定尺使用两列增量式码道组合而成，分为精机和粗机，两列激励线圈的对极数为互质关系的两个整数，利用对极内位移差实现绝对位移测量。精机测量通道和粗机测量通道同时通入不同频率的激励电流信号，其中精机为1 MHz高频电流信号，高频激励电流信号可以有效增强感应信号，提高电气处理系统的信噪比。通过外差降频的方法来提高传感器分辨力，有效地解决了通过提高激励信号频率来提高信号信噪比与传感器解算高分辨力难以兼顾的问题。通过电磁仿真分析对传感器进行了理论验证和误差分析。最后搭建实验平台进行了样机实验，实验结果表明，采用多频磁场耦合的绝对式传感器结构有效消除了精机与粗机之间的磁场串扰，传感器信噪比得到提高，在140 mm的测量范围内测量误差小于±17.34 μm。

数模融合驱动的大型可展开天线精度调控研究

姜冬磊1, 赵强强1, 吴腾飞1, 马嘉2, 贾康1, 洪军1

2025, 36(05): 898-910. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.002

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为高效精准地通过杆系调整提高大型可展开平面天线形面精度,分别从有限元仿真分析和摄影测量两方面实现形面精度预测及准确性验证。根据材料力学原理和温度等效理论构建平面天线形面精度仿真模型,基于摄影测量建立形面精度快速测量系统。结合有限元仿真样本和摄影测量实测样本建立变可信度高斯过程模型,通过贝叶斯优化进行精度优化调整。实现了大型平面天线精度精准预测与现场快速装调,可为大型平面天线正向精度评估与反向优化调整提供仿真分析模型支撑。

高频时变负载下大规模离散系统的双层滑模控制研究

贾存德1, 2, 3, 孔祥东1, 2, 3 , 李韶光1, 2, 3, 李俊飞4, 张钧勇1, 2, 3, 冯俊学5, 艾超1, 2, 3, 姜文光1, 2, 3

2025, 36(05): 911-922. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.003

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针对负载高频突变下旋挖钻机钻进过程中大规模离散高阶系统控制的鲁棒性不足，采用分布控制思想提出了一种双层滑模耦合控制（DLSMC）策略。对于加压力的控制，与传统PID、自适应控制相比，所提滑模控制方案响应速度更快，误差更小。在整机试验中选取地质条件类似的相邻两桩孔，对比研究主机在有无控制器时的钻进情况，结果表明，无控制器介入的主机在钻进期间出现约15次动力头转速降为0的情况，扭矩出现10次幅度约为100 kN·m的波动，出现3次卡钻现象，而有控制器介入的主机动力头转速、扭矩相对平稳，无卡钻现象出现，验证了防卡钻控制策略的有效性，为整机智能化奠定了基础。

螺栓预紧状态下螺纹扩展应力分析

关焦月1, 高源1, 艾延廷1, 田晶1, 姚玉东2

2025, 36(05): 923-932. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.004

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螺栓在预紧状态下的螺纹受力情况无法准确判断，可能引发螺纹的强度破坏和过早松动，进而影响螺栓连接的可靠性。螺纹面接触状态通常采用绝对坐标系下的应力进行描述，而有限元计算应力方向与实际螺纹面存在一定角度，导致分析结果不直观。为此，推导了螺纹面数学表达式，并提出了螺纹接触面扩展应力分析法；然后针对螺栓连接结构特点建立了螺栓连接有限元模型，并通过试验验证了模型的准确性；最后应用扩展应力分析法研究了螺栓在预紧状态下的螺纹面应力及其分布特点。研究结果表明，仿真预紧力与试验预紧力的最大误差仅为5.78%，证明了仿真模型的准确性；扩展应力分析法能够反映螺纹面应力分布的连续性和单调性，且能体现最优预紧力的存在；同圈层螺纹面上的应力下降速率与应力大小成反比，从受力分析角度说明了螺纹牙上的应力主要集中在前三圈的原因。提出的螺纹扩展应力分析法使螺纹接触面受力分析更加直观、准确，研究结论可为螺栓连接结构防松分析与可靠性分析提供理论支撑。

扩压式自泵送机械密封端面的液膜汽化及其结构优化研究

饶远1, 孙见君1, 闻兰2

2025, 36(05): 933-941，953. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.005

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针对扩压式自泵送机械密封的液膜汽化问题，建立了基于Mixture两相流模型、黏温方程、饱和汽化压力和温度关系式的液膜汽化计算模型，研究了中高温工况下密封界面间液膜相变的主要区域和原因，并通过均匀实验法和NSGA-Ⅱ算法求得393 K工况下的最优端面结构参数。研究结果表明：相变主要产生于扩压环槽和密封面内径侧；随着介质温度的升高，气相体积分数增大以及介质的黏度降低，泵送效应减弱，高压区和低压区面积都减小；在保证密封运行稳定的前提下，求得刚漏比的最优解为257.17 GN·h/(m·L)，此时的端面结构参数螺旋角β、密封坝坝长wd、螺旋槽槽长wg、螺旋槽槽深hg、扩压环槽宽wk分别为34.4°、5.2 mm、8.9 mm、43.3 μm、5 mm。研究结果对端面结构优化设计、控制液膜相变和提高扩压式自泵送机械密封的密封性能具有指导意义。

基于频响函数的车轮多边形磨耗车载定量诊断方法

许文天1, 梁树林1, 池茂儒1, 蔡吴斌2, 陶公权1, 吴兴文2

2025, 36(05): 942-953. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.006

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车轮多边形磨耗问题对我国高速动车组安全运营造成困扰，目前车轮多边形磨耗车载监测的准确率仍远不尽如人意。传统二次积分方法在诊断车轮多边形时存在局限，这主要是因为它们未能有效地排除来自钢轨粗糙度的干扰，同时也没有充分考虑轮轨系统固有模态对测量结果的影响。提出一种基于频率响应函数的车轮多边形磨耗定量诊断方法，利用梳状滤波器滤除钢轨粗糙度的影响，留下更“纯”的车轮多边形响应成分，然后利用频率响应函数修正了结构固有模态的影响，从而由轴箱振动信号定量诊断多边形阶次和粗糙级。经过仿真与实测数据验证，相比于二次积分方法，所提方法面对各阶次时均能取得更佳的诊断效果，对车轮粗糙级的平均估计误差不高于3.5 dB，明显小于二次积分方法的最高估计误差14 dB。研究结果表明，所提方法适应范围更广、准确性更高，具有一定的科学和工程意义。

基于自抗扰控制算法的负载敏感多路阀阀口压差精准调控

类兴茂1, 丁海港1, 2, 王思民3, 杨程程1, 庞智珍1

2025, 36(05): 954-962，973. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.007

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负载敏感多路阀是工程机械液压系统的核心部件，通过压力补偿器保持阀口压差恒定，但压差易受阀芯开度和负载变化的影响，导致主阀流量控制精度低。提出了一种新型的负载敏感多路阀阀口压差连续调控方法，采用比例电磁铁推动补偿阀阀芯，利用自抗扰控制（ADRC）算法控制比例电磁铁推力，实现主阀压差闭环控制，从而对流量进行精确控制。介绍了系统工作原理，建立了数学模型，基于AMESim-MATLAB联合仿真平台建立了仿真模型，并搭建试验台架进行了实验验证，分析了负载变化、主阀开度变化工况下阀口压差保持特性以及主阀流量调节特性。研究结果表明：与负载变化相比，主阀开度变化对压差的影响更大，采用新型阀口压差控制结构与方法可以精准控制负载敏感多路阀阀口压差，达到精确控制流量的效果，并且可以在不改变主阀开度的情况下主动调控压差，从而实现流量的进一步调控。

金刚石切削单晶镍纳米表面生成机理研究

郑江锋1, 2, 3, 张国庆1, 2, 3, 韩俊鸿1, 2, 3, 赖志慧1, 2, 3

2025, 36(05): 963-973. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.008

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为研究单晶镍超精密切削加工表面生成机理，建立了金刚石切削单晶镍分子动力学仿真模型，通过结果分析得到不同参数对单晶镍纳米加工的影响；对单晶镍工件进行金刚石切削实验，采用白光干涉仪和扫描电子显微镜对切削表面和切屑形态进行表征，从理论和实验两方面对单晶镍切削加工工艺参数进行优化。研究结果表明：切削深度在一定范围内与单晶镍表面质量成正相关；刀具负前角有利于提高表面质量，但会带来毛刺；单晶镍在金刚石切削过程中未发生非晶化，位错类型以Shockley位错为主导，共存少量的Hirth、Stair-rod和Frank位错，（110）晶面的［1-10］晶向亚表面损伤最小，为最佳加工晶向。研究结果可为优化单晶镍的超精密加工工艺及提高加工精度提供一定参考。

一种考虑弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的机器人刚度辨识方法

郭万金1, 2, 3, 4, 李儒1, 王利斌1, 郝钦磊1, 曹雏清2, 赵立军2, 4

2025, 36(05): 974-985. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.009

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为解决含有弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的3T2R型高灵巧性机器人的刚度辨识问题，提出一种机器人刚度辨识方法。分析机器人紧凑性和经济性复合式构型设计的结构特点及作业姿态调整高灵巧性的运动特点，构建机器人雅可比矩阵，并建立机器人末端变形模型，分析机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构对机器人末端变形的影响；考虑机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的共同作用影响及机器人弱刚性大变形的结构特征，进行机器人关节刚度辨识，并对移动关节3进行变刚度建模。实验结果表明，所提方法比常规刚度辨识方法辨识出的机器人关节3、关节4和关节5的刚度分别增大了146.59%、30.18%和36.07%；在所选6组机器人位姿处末端综合变形实测值和理论计算值的误差率为4%~6％，验证了所提刚度辨识方法的有效性。

基于刀具许用载荷的复杂型腔多刀具优化铣削方法

韩飞燕, 赵一鹏, 李洪阳, 张浩, 王彻, 彭先龙, 张传伟

2025, 36(05): 986-994. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.010

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对于2.5D复杂型腔数控铣削粗加工，现有刀具组合优选方法未充分考虑刀具的实际许用载荷，且采用环切刀轨加工时切削载荷会突变，易导致崩刃、断刀，影响铣削粗加工的安全性和效率，为此，提出了一种基于刀具许用载荷的复杂型腔多刀具优化铣削方法。建立了以刀具许用载荷为约束的铣削加工效率优化模型，并基于遗传算法从可用刀具集中选取最优刀具组合；根据所选刀具组合，给出了复杂型腔自适应加工区域划分方法及多刀具加工摆线-环切混合刀轨生成方法；以某2.5D复杂型腔零件铣削粗加工为对象进行算例分析，在刀具许用载荷约束下选取了最优刀具组合并生成了摆线-环切混合刀轨；最后与NX软件的摆线铣削方法进行加工对比验证，结果表明，所提方法的加工效率提高了25.9%，加工过程中机床负载变化平稳，验证了所提多刀具优化铣削方法可行且有效。

刚强约束的主轴结构设计研究

尚欣1, 陈宇2

2025, 36(05): 995-1007. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.011

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针对主轴结构主要由人依据经验进行设计，设计结果与人的经验有很大相关性且不能充分考虑热影响等因素，很难实现智能设计的问题，通过定义主轴结构的几何结构函数，建立主轴结构的强度约束和刚度约束，实现主轴结构的刚强耦合分析，最终建立了主轴结构设计可扩充的数学模型；根据建立的主轴结构数学模型，通过数值求解获得主轴符合刚强耦合要求的主轴外廓形状曲线，然后结合装配要求，利用分段直线拟合的方法，将曲线转化为易加工的直线外廓，从而获得主轴各段的直线外廓，完成基于刚强耦合的主轴结构设计。最后，以一个立式加工中心的主轴结构设计为例，验证了所提方法的正确性和可行性，为主轴结构智能设计提供了基础。

超大规格面齿轮实测齿面数值滚检

李光俊1, 2, 马敬1, 2, 段宏1, 2, 胡锡文1, 2, 徐磊1, 2, 毛世民3, 彭先龙4

2025, 36(05): 1008-1017. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.012

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某反应器是乏燃料后处理的关键设备，超大规格面齿轮传动是该设备的核心技术。在获得面齿轮实测齿面后，将面齿轮的实测齿面拟合为非均匀有理B样条（NURBS）曲面，使该样条曲面与圆柱齿轮齿面啮合进行数值滚检，依据数值滚检的印痕和传动误差对圆柱齿轮齿面实施修形设计，以解决超大规格面齿轮加工精度不易控制从而降低啮合性能的问题。建立了圆柱齿轮的双向修形齿面模型，构造了由面齿轮实测齿面坐标拟合的样条曲面，给出了数值齿面啮合接触分析的模型。数值算例表明，面齿轮实测齿面与圆柱齿轮双向修形齿面的啮合能够获得较理想且稳定的接触印痕和传动误差，数值与实验滚检结果一致，证明圆柱齿轮双向修形可补偿面齿轮的加工误差且面齿轮传动的数值滚检是可行的。

基于变分模态滤波和注意力机制的重载机器人铣削系统颤振辨识方法

梁志强1, 2, 陈司晨1, 杜宇超1, 刘宝隆1, 2, 高子瑞1, 乐毅3, 肖玉斌4, 郑浩然1, 仇天阳1, 刘志兵1

2025, 36(05): 1018-1027,1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.013

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提出了一种定参变分模态滤波、包络滤波和注意力机制网络辨识相结合的重载机器人铣削系统颤振辨识方法。首先，根据变分模态滤波理论，通过合适地优选二次惩罚项实现对目标高频非颤振信号分量的剔除；然后，为快速辨识当前的加工状态，从信号时域分布出发，结合频域在时域上的映射规律，采用包络滤波方法实现低频主轴转速相关信号分量的剔除；最后，构建基于注意力机制的网络辨识模型，对预处理后的多时序短时信号片段进行分类以实现加工状态辨识，并开展重载机器人铣削系统加工验证实验。实验分析结果表明，通过剔除高频非颤振信号和低频主轴转速相关信号分量，再生颤振辨识准确度得到了进一步提高，辨识准确度可达98.75%。通过与其他辨识方法对比，所提出的重载机器人铣削系统颤振辨识方法可以有效地识别重载机器人铣削系统加工过程中的再生颤振，为后续重载机器人铣削系统颤振在线抑制提供技术支撑。

基于模糊阻抗控制的机器人气囊抛光恒力控制系统研究

李路骋, 王振忠, 黄雪鹏

2025, 36(05): 1028-1034. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.014

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为保证气囊抛光过程中的接触力恒定，设计了能够实时调节阻尼系数的模糊阻抗控制机器人气囊抛光恒力控制系统，进行了机器人气囊抛光恒力控制系统仿真，仿真结果表明该系统具有较好的接触力收敛效果。开展了平面光学元件和曲面光学元件抛光实验、力/位执行器对比抛光实验，实验结果表明该系统实现了气囊抛光时接触力的恒定控制，可将力波动范围控制在3 N以内。该控制系统在机器人气囊抛光领域能够有效控制接触力的波动范围，保证加工后工件表面精度的一致性。

基于模型定义的三维模型信息完备性检查技术研究

刘泉泉1, 方喜峰1, 程德俊1, 张胜文1, 罗兰珍2, 孔俊龙1

2025, 36(05): 1035-1043. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.015

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针对三维模型信息标注不规范、结构差异难诊断、尺寸冗余缺失以及人工检测效率低等问题,提出了整体的完备性检查方法。通过调用三维计算机辅助设计(CAD)软件应用程序接口(API)函数,对三维CAD软件的检查功能模块进行二次开发,完成对基于模型定义(MBD)技术中三维模型信息的检查与纠正;通过二次开发CAD软件实现对MBD模型基本方向视图的自动捕获,再通过Python调用OpenCV库,将新捕获的视图与数据库中已有模型视图利用图像结构相似性(SSIM)指标进行对比,得到最相似模型视图图像,将两者通过图像减法运算对结构差异区域进行提取并高亮显示;最后对三维模型尺寸按照分类规则分类,通过深度优先搜索(DFS)算法结合尺寸冗余缺失检查规则,完成尺寸的完备性检查。以某厢舱汽车产品为对象验证了所提方法的可行性。

多策略改进粒子群算法的机械臂时间最优轨迹规划

王桂荣, 倪志强, 周坤, 王斌锐

2025, 36(05): 1044-1053. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.016

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针对工业机器人在满足运动学约束的前提下以时间最优为目标完成工作的问题，设计了一种时间最优轨迹规划方案。首先对机械臂进行建模分析并建立运动学方程，引入3-5-3多项式函数作为轨迹规划研究基础，并建立了运动学约束下的时间优化目标函数。然后在标准粒子群算法的基础上进行改进优化，采用tent混沌映射初始化种群，并引入动态变化学习因子、非线性递减修正惯性权重和遗传算法中的变异操作，提出了一种多策略改进粒子群优化（MIPSO）算法。最后，使用不同算法对机械臂运行时间取优，对比结果表明MIPSO算法具有更高的求解精度。将求解得到的最优时间应用到实物机械臂中，得到的关节运动曲线连续无突变，验证了所提方案的可行性。

一种基于改进YOLOv8n的气缸套缺陷检测方法

罗亮1, 2, 郎霄1, 祖国庆2, 张农1, 杨林3, 沈雄伟4

2025, 36(05): 1054-1064. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.017

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珩磨网纹缺陷是气缸套质量的重要指标，广泛采用的人工质检方法存在检测精度与效率低及人工误差等问题，且相关自动化检测方法不能区分缺陷类别，因此，提出一种基于改进YOLOv8n模型的气缸套缺陷检测方法，可细致识别7类珩磨网纹缺陷。首先基于几何特征参数定义7类珩磨网纹缺陷；然后基于轻量化卷积设计SC-C3模块以减少模型计算参数；同时，引入通道优先注意力机制提高网络的特征提取能力；最后，采用Wise-IoU损失函数减小低质量样本的负面影响。研究结果表明，所提检测方法可以在复杂网纹背景下较好地识别区分复合缺陷，且检测模型的mAP@0.5（交并比为0.5时的平均精度均值）达到96.7%，帧率达476帧/s，较YOLOv8n模型时提高了2%识别精度并降低了0.7 GFLOPs（每秒十亿次浮点运算次数）。该研究为气缸套内表面缺陷检测提供了高速自动化高精解决方案。

基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断

杨康1, 陈学军1, 2, 张磊3, 刘烽3

2025, 36(05): 1065-1073. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.018

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变工况下轴承故障数据分布差异大，故障诊断模型实际识别精度较低，且目前大多数轴承跨域故障诊断研究侧重于域间对齐和类内对比而忽略了子域间的影响，为此，提出了一种基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法。为突出故障特征，对轴承振动信号进行短时傅里叶变换将其转化为时频图，输入特征提取模块，得到故障特征，并通过领域自适应方法将从源域学到的知识迁移到目标域，实现跨域识别。在域适应过程中采用联合子域对比对齐策略，将来自相同子域样本拉近的同时分开不同子域样本，对齐源域与目标域中同类别样本所属子域分布，从而提高模型在目标域上的泛化能力。在模型架构上使用Resnet34作为特征提取网络，在网络输出端使用最大均值差异，对齐源域与目标域的全局分布。基于凯斯西储大学轴承故障数据集进行实验验证，与经典域适应方法进行对比，实验结果表明基于联合子域对比对齐的轴承跨域故障诊断方法具有更好的特征迁移能力。

考虑厚向应力的板材临界起皱判据建立及影响

杜冰1, 2, 李扬1, 2, 刘凤华1, 2, 董明鑫1, 2, 万宇凡1, 2, 钟庆帅1, 2

2025, 36(05): 1074-1082. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.019

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起皱失稳是影响薄壁件实现精确塑性成形的主要技术挑战之一，在板料成形过程中厚向应力状态对板料的成形极限有很大影响，研究了不同厚向应力条件下板材塑性成形过程中的起皱失稳现象。采用ABAQUS软件中的Buckle-Dynamic算法结合实体单元建模建立扇形件充液压缩数值分析模型，并通过试验验证模拟算法的准确性。根据起皱分叉理论和数值分析结果，采用一种考虑厚向应力的板材临界起皱时刻界定方法建立了板材压缩条件下的临界起皱判定线。探讨了厚向应力对扇形件压缩起皱行为、抗皱性及临界起皱判定线在空间中位置的影响。研究结果表明，施加厚向应力可以提高板材的抗皱性，改善成形质量。研究结果可为板材成形工艺参数的选取及典型零件的试制提供参考及试验依据。

几何参数对空心铝型材拉弯起皱特性的影响规律及机理

刘志文1, 2, 雷冲1, 孙凯博1, 欧阳八生1, 李落星2, 刘筱3, 李发智1

2025, 36(05): 1083-1093. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.020

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基于板壳理论推导了空心铝型材拉弯成形的起皱能和外力做功函数表达式，结合能量准则建立了空心型材拉弯起皱理论预测模型，并通过实验验证了模型的准确性。揭示了空心型材拉弯起皱缺陷的产生机理，定量研究了几何参数对起皱极限及形态的影响。研究结果表明：三种不同弯曲半径下，空心型材起皱数量和高度的理论预测与实验结果吻合性较好，最大差异分别为1.2和0.55 mm，相对误差分别为16.93%和11.28%。弯曲成形阶段的外力做功增速大于起皱能增速，且随弯曲时间的增加，外力做功大于起皱能，导致产生起皱失稳。增大型材厚高比和厚宽比，起皱率降低，起皱极限提高，且起皱数量减少，起皱高度增大；增大型材宽高比，起皱率提高，起皱极限和起皱数量减少，起皱高度增大；在型材型腔增添内加强筋可提高起皱极限，但起皱数量增加，起皱高度减小。

分区差异润滑对5A02铝合金三通管成形质量的影响

徐勇1, 2, 3, 张驰1, 解文龙2, 3 , 夏亮亮4, 杨宝成2, 3, 张士宏2, 3, 黄新越5, 王晟诚5

2025, 36(05): 1094-1102,1131. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.021

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为提高三通管的成形质量，采用液压成形工艺提出了分区差异润滑方法。通过有限元模拟验证了分区差异润滑相比于传统润滑方式的优势，从材料流动性出发，对三通轴向单元和环向单元在变形过程中所受到的拉应力和压应力进行提取，分析了差异润滑区域面积大小对成形质量的影响。研究结果表明，相较于传统润滑方式，分区差异润滑能够有效地降低三通管支臂侧面和顶部的壁厚减薄率，同时可以减少侧面进给补料量从而降低失稳起皱的风险；随着胀形区润滑面积的增大，支臂单元所受的轴向拉应力逐渐减小，降低了三通支臂侧面的减薄率；随着非胀形区人工粗糙面积的增大，三通管侧壁单元所受的轴向压应力减小，但环向拉应力逐渐增大，材料更易向管身与支臂的过渡区流动，避免在管身中部出现材料堆积现象，从而降低了失稳起皱的风险。研究结果可为三通管零件的成形提供技术支撑与理论参考。

柔弹性复合点阵结构面内剪切性能及交互机制研究

牛国法1, 纪小刚1, 2, 王炜1, 王广阳1

2025, 36(05): 1103-1110. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.022

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通过试验和数值模拟对复合点阵结构在面内剪切载荷状态下的剪切性能和交互机制进行研究。试验分析了基体体心立方（BCC）结构的损伤失效历程和失效方式；以BCC单胞结构为基体，采用结构嵌合的方式探寻嵌合结构杆径对复合结构剪切强度和剪切模量的影响规律；最后通过面心立方（FCC）结构的试验验证了有限元分析的可靠性，探究了FCC-BCC结构在面内剪切载荷下的交互机制。试验结果表明，结构之间的嵌合增强了复合点阵结构的承载能力，同时结构的嵌合会影响复合结构的应变；当结构杆径尺寸均为0.45 mm时，FCC-BCC和简单立方体心立方（SC-BCC）的极限剪切强度相比于基体本身分别提高了159%和80%。

多功能车体间外风挡在高速动车组上的适用性研究

赵苍鹏, 代亮成, 池茂儒, 郭兆团, 曾鹏程, 孙宝恺

2025, 36(05): 1111-1122. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.023

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高速动车组为了增强车辆之间的耦合作用，通常在车端安装了车体间纵向减振器，然而它体积大、成本高，与未来高速动车组车端连接系统轻量化、易操作、高可达需求之间的矛盾突出，为此提出了一种多功能车体间外风挡装置，使其不仅具有传统外风挡隔音减阻、抵挡雨雪的功能，同时具备刚度和阻尼特性，可以替代车体间纵向减振器起到车间减振的作用。基于多功能车体间外风挡的工作原理建立了其子单元结构的数值仿真模型，并通过对比子单元与车体间纵向减振器同工况下的动态特性参数，确定了多功能车体间外风挡能够等效车体间纵向减振器减振功能时子单元的数量，最后利用Simulink将多功能车体间外风挡数值仿真模型与高速动车组车辆动力学模型进行联合仿真，对比研究了车辆无车端减振装置和分别安装车体间纵向减振器与多功能车体间外风挡对车辆动力学性能的影响。研究结果表明，相比于车体间纵向减振器，多功能车体间外风挡可以进一步减小车体的摇头角位移振幅和横向振动加速度幅值，能更加高效地抑制车体的摇头振动，并进一步提高车辆运行的横向平稳性。

基于非线性模型预测控制的分布式驱动电动汽车多目标扭矩协调控制

阚小博1, 赵又群1, 李丹阳1, 林棻1, 何鲲鹏1, 2, 尤庆伸2

2025, 36(05): 1123-1131. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.024

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针对目前分布式驱动电动汽车存在横摆稳定性控制目标单一的问题，提出了一种基于非线性模型预测控制（MPC）的多目标扭矩协调控制策略。上层控制器为基于七自由度车辆模型的非线性MPC速度及横摆力矩控制器，下层控制器为兼顾稳定性和经济性的多目标扭矩协调控制器，在目标函数中考虑了路面附着利用率和轮毂电机功率损耗，可实现扭矩动态协调分配。最后，选用低附着系数的双移线工况和驾驶循环工况，在CarSim/Simulink联合仿真平台上将所提方法与传统方法相比较。仿真结果表明：所提出的控制策略能够使车辆质心侧偏角、横摆角速度较好地追踪理想值，车辆稳定性较传统方法得到了提高，同时能够降低电机能量损耗，改善车辆的经济性。

磨料水射流修复钢轨工艺参数优化研究

郑燕

2025, 36(05): 1132-1141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.05.025

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为提高磨料水射流修复钢轨的效率及修复质量并降低能量损耗，对我国U71Mn 60 kg/m重轨开展了磨料水射流修复钢轨正交试验，基于中心复合设计（CCD）响应曲面法建立了钢轨修复质量回归模型，探究了各工艺参数对修复质量的影响。研究结果表明，喷嘴进给速度较水射流压力对截面轮廓度、切割磨削区表面粗糙度和变形磨削区表面粗糙度的影响更显著；得到了侧重于修复质量以及侧重于修复效率的两套不同适用条件下的工艺参数优化组合，通过试验验证发现，截面轮廓度、切割磨削区表面粗糙度和变形磨削区表面粗糙度的预测值与试验值的误差均小于6%，平均误差小于4%，证明该模型可有效预测切割面的表面粗糙度，为磨料水射流修复钢轨实际应用奠定了理论基础。

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2025, 36(05): 1142.

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