中国机械工程

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2025, 36(07): 0.

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多轴联动超精密车削的对心误差补偿技术

袁家斌, 郭曦鹏, 李蓉, 尹韶辉

2025, 36(07): 1397-1406. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.001

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针对非球面加工面形误差无法有效补偿的问题，提出了XZB三轴联动超精密加工方法。分析了车刀对心误差、车刀半径误差、刀尖对B轴回转中心误差对工件面形精度的影响，并提出相应的补偿方法。开展了镀镍凸非球面工件车削加工实验。采用XZB三轴联动车削加工方式后，工件面形误差由0.6774 μm降为0.0749 μm。实验结果表明，相较于XZ两轴联动车削加工方式，XZB三轴联动车削加工能有效提高小口径非球面的面形精度和表面质量。

三块平板对研的理论探讨

胡鹏浩1, 廖进伟1, 石照耀2, 管炳良3

2025, 36(07): 1407-1415. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.002

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三块平板对研法虽原理表述直观、便于操作，但缺乏理论分析，因此需要从理论上找到三块平板对研一定能获得高精度平面的原因。采用分形理论建立了平板三维模型，通过数学仿真方法模拟了三块平板对研的工艺过程。数据迭代计算揭示了三块平板对研后平面逐渐平整的内在机理。依据实验数据，通过点数和平面度误差评定验证了理论分析的正确性。

304不锈钢极薄带微流道气胀成形材料流动行为及微观组织

张鹏1, 3, 4, 5, 朱学卫2, 3, 4, 于保洋1, 3, 4, 武天枫1, 3, 4, 朱锦州1, 3, 4

2025, 36(07): 1416-1422. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.003

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针对304不锈钢极薄带开展了微流道气胀成形实验及数值模拟，研究了成形过程中坯料应力、应变的分布及不同位置的厚度变化规律，分析了气胀成形试样典型位置微观组织的演变机制。实验与模拟的成形流道轮廓对比验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果表明，在25 MPa的成形压力和常温条件下，上圆角处的厚度由100 μm减小至84.05 μm，是成形易破裂区域；模拟流道深度为619.67 μm，实验流道深度为556.34 μm。成形后，试样晶粒减小且位错密度增大，小角度晶界占比由58.04%提升至62.61%，加工硬化现象明显。

激光创成微结构几何精度与润湿性能的关联机制

倪敬1, 卢蝶1, 蒙臻1, 林少荣1, 王阳1, 傅云2

2025, 36(07): 1423-1429，1561. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.004

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通过对比分析不同激光脉宽制备的微结构几何精度与润湿性能，获取了微结构几何精度与润湿性能的关联规律。研究发现，减小激光脉宽有助于提高微结构的几何精度，增强表面疏水性能；皮秒激光加工在微结构底部形成了规则的乳突阵列结构，使其具有最优的疏水性能。

数控机床可靠性的故障模式、影响及危害分析研究现状及发展趋势

田海龙1, 2, 孙雨治1, 2, 杨兆军1, 2, 刘志峰1, 2, 陈传海1, 2, 何佳龙1, 2

2025, 36(07): 1430-1441. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.005

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故障模式、影响及危害分析在数控机床可靠性维护中发挥着重要作用，当前研究聚焦于多元因素综合评估、多源层次信息集成、多分析方法集成和动态特性建模四个方面。通过系统梳理现有研究成果，剖析了四个方面的优势与现存问题。通过整合行业需求特征，阐述了机床故障模式、影响及危害分析的演进路径，为构建高精度的机床可靠性评估体系提供了理论依据。

分形互锁设计的皮肤缝合界面拉伸破坏行为研究

徐林龙1, 纪小刚1, 2, 李华彬1, 江昊1

2025, 36(07): 1442-1452. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.006

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为研究缝合皮肤术后伤口界面的几何结构对创面拉伸破坏行为的作用机制,开展了基于分形互锁机制的皮肤缝合界面拉伸破坏行为研究。参考Koch互锁模型对皮肤界面进行分形设计,对直线及正弦中心线分布的界面构建等效力学模型;结合数值模拟和数字图像相关法对制备的各类缝合结构进行拉伸试验研究,聚焦分析了二阶齿皮肤缝合结构的渐进破坏行为,同时进一步探究了齿尖角度、分形阶数及中心线分布形式对该结构拉伸性能的影响规律;最后,以拉伸强度为评价指标,构建了各敏感因素的参数映射模型。研究结果表明,二阶齿界面的破坏行为表现为载荷由两侧齿向中间齿界面层传递,导致二级齿的均匀脱落。较小的齿尖角度以及较高的分形阶数均会提高皮肤界面的拉伸性能,同时正弦中心线分布使结构拥有较大的拉伸强度。研究结果可为后续提高临床缝合术后皮肤创面愈合率提供参考。

基于动态输出反馈的汽车横摆与侧倾稳定性控制

尹夕志1, 2, 3, 胡三宝1, 2, 3, 冯智勇1, 2, 3

2025, 36(07): 1453-1462. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.007

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为提高轮毂电机驱动电动汽车在高速、低附着等极限工况下的横摆与侧倾稳定性，建立了车辆横向动力学三自由度多胞型模型，并提出一种鲁棒分层控制策略。通过迭代搜索求得上层降阶动态输出反馈控制器的局部最优解，以同时满足极点配置和H∞性能约束。以轮胎综合负荷率最小为优化目标，求得下层最优的四轮转矩。Simulink和CarSim联合仿真表明：该控制策略能明显提高车辆的稳定性，且对系统参数变化和外界干扰保持鲁棒性。

全金属多向隔振装置的减振性能分析

郑超, 刘建超, 吴俊, 薛新

2025, 36(07): 1463-1470. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.008

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为满足海洋船舶装备在多向载荷和复杂环境中的减振降噪需求，结合球铰结构的灵活性和紧凑性，设计了一种全金属柔性多向隔振装置。基于非线性动力学理论模型和有限元仿真模型，系统分析了本构参数演化对动态响应的影响。通过正弦扫频试验，并结合阻抗与力传递率表征，对装置的隔振性能进行了定量评估。试验采集的加速度频响验证了理论与仿真模型的准确性。结果表明，该装置具备优异的隔振性能，力传递率最低可达0.01，且理论、仿真与试验的结果高度一致。

基于折衷规划法的航发齿轮传动壳体结构热柔度协同拓扑优化

黄昊1, 王曾2, 李波2, 卢泽华1, 刘怀举1

2025, 36(07): 1471-1478. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.009

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齿轮传动机匣是航空发动机的核心组件，常面临极端恶劣的服役环境和轻量化的设计需求。目前的机匣壳体结构设计依赖工程经验，难以满足航空发动机的高功率密度设计需求。基于折衷规划法提出一种考虑热传导性能的壳体多目标拓扑优化方法，以轴承孔错位量和优化区域的体积分数为约束条件开展拓扑优化，实现了壳体减重6.1%，最大von Mises应力减小5.2%，最高温度降低2.3%，轴承孔中心错位量减小9.3%。

基于Lotka-Volterra模型的复杂产品设计指标分解关联定量分析

谷孙权, 张海柱, 黎荣, 饶坝, 汪豪

2025, 36(07): 1479-1486. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.010

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针对复杂产品设计指标演化过程中关联关系往往会使分解的子功能结构设计指标被高估或低估的问题，且鉴于设计指标分解与群落生态学类似，提出了一种基于Lotka-Volterra模型的设计指标分解关联定量分析方法。分析了复杂产品演化过程，定义了设计指标分解过程中的生态主体和关联关系；基于Lotka-Volterra模型构建了系统与子功能结构设计指标之间的分解关联模型，利用龙格库塔法结合最小二乘法求解了模型系数，定量分析了设计指标之间的关联关系；最后，以高速列车系统指标能耗与子功能结构设计指标关联求解为例，验证了方法的有效性。研究结果表明，该方法能够量化识别复杂产品设计指标演化过程中的相互作用关系，可为正向创新设计优先突破的方向提供定量依据。

船用起重机多绳减摇系统的非线性稳定控制

赵庭祺1, 程宏宇2, 孙茂凱1, 王生海1, 王浩然1, 陈海泉1

2025, 36(07): 1487-1496. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.011

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为提高船用起重机机械式减摇控制算法的鲁棒性，并避免多绳减摇系统的减摇索与主吊索之间无效的同步运动导致的减摇索过载，设计了带有改进趋近律的快速终端滑模非线性减摇控制器（FTSMASC-IRL）和模糊自适应滑模同步控制器（FASMSC）。仿真实验表明，FTSMASC-IRL的吊重摆角减小80%，优于恒张力控制器的吊重摆角减幅70%；相对于传统的增广PD控制器，FASMSC的误差控制性能至少提高75%。

大倾角坐姿乘员在汽车正面碰撞中的损伤

武和全1, 2, 龚创业1, 2, 李羿辉1, 2, 胡林1, 2

2025, 36(07): 1497-1504. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.012

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自动驾驶将乘员从驾驶任务中解放出来，乘员能选择更舒适的坐姿。研究了乘员在3种倾角坐姿下正面碰撞的运动响应与损伤,结果表明，大倾角坐姿下的乘员会发生下潜，增大损伤风险。针对这一现象，提出了座垫翻转的防护策略,该策略能大幅度降低乘员的损伤风险，座椅安全带约束下，120°坐姿乘员的肝脏应变降低至42.1％，150°坐姿乘员的心脏应变降低至24.3％。

基于随机森林算法的行星滚柱丝杠副摩擦力矩预测

徐洋, 祖莉, 李伟龙, 刘晓玲, 何建樑, 刘俊

2025, 36(07): 1505-1511. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.013

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摩擦力矩增大会加剧行星滚柱丝杠副磨损，严重影响其使用及寿命。探讨了利用机器学习算法预测行星滚柱丝杠副摩擦力矩的可行性，分析了行星滚柱丝杠副摩擦力矩与磨损状态的关系。采用基于随机森林、支持向量回归和BP神经网络的机器学习算法预测了不同转数行星滚柱丝杠副的摩擦力矩变化。研究结果表明，基于随机森林算法对行星滚柱丝杠副摩擦力矩的预测准确率达到97%。

软硬混编预制体窄缝通道连续碳纤维束引纬系统的设计及实验验证

邢力鹏1, 2, 董九志1, 2, 陈云军3, 李锐1, 2, 蒋秀明1, 2

2025, 36(07): 1512-1519. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.014

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为解决软硬混编预制体成形过程中窄缝通道引纬环节手工操作导致的劳动强度大、成形效率低的问题，设计出一种基于连续碳纤维束S形引纬轨迹的自动化引纬系统。通过分析S形引纬轨迹的形成机理，建立了碳纤维束位置与各机构动作的协同关系，并据此设计了以递纬机构、电子引纬机构、已引纬纱控制机构为核心的系统架构。样机实验表明该系统能在窄缝通道中实现12.5纬/分钟的连续稳定引纬。

基于生成模型的三维波束形成图像压缩方法

赵昀杰, 贺岩松, 张志飞, 徐中明

2025, 36(07): 1520-1529. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.015

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针对通道压缩方法在高压缩率下导致DenseNet模型定位性能显著降低的问题，提出一种基于改进向量量化变分自编码器(VQ-VAE-2)模型的三维波束形成图像压缩 (3D-BFMC) 方法。先利用VQ-VAE-2模型的层级编码器将三维波束形成图压缩为向量化局部特征矩阵，再将该矩阵输入DenseNet模型实现三维定位。仿真结果表明，使用3D-BFMC方法压缩数据训练的DenseNet模型在定位精度、频率泛化性能、噪声鲁棒性上均优于通道压缩方法。单声源试验验证了3D-BFMC方法在真实环境中的有效性和可行性。

机理与数据融合驱动的复杂航空复材部件关键装配误差元素辨识方法

郭飞燕1, 张辉2, 宋长杰1, 张硕1

2025, 36(07): 1530-1543. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.016

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复杂航空复材产品的装配中，考虑零件受力变形、多装配参数等因素，建立定位装夹、连接、下架回弹等关键装配环节的变形误差源模型，修正表示误差传递关系的雅可比旋量矩阵，构建装配误差传递机理模型；建立以装配误差为基础的支持向量回归模型，构建机理模型与数据模型的融合模型；依据装配误差机理模型计算值与实际偏差的预测补偿模型，采用Sobol灵敏度分析方法计算不同误差元素的全局灵敏度系数，辨识了对装配精度影响较大的关键误差元素。最后，以某机翼盒段装配为例验证了所提方法的有效性。

基于最大刚度原则的铣削机器人位姿确定方法

宜亚丽1, 2, 程阳洋2, 陈晓卫2, 陈一凡2, 张振东2, 金贺荣1, 2

2025, 36(07): 1544-1552. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.017

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针对机器人弱刚度位姿下开槽铣削加工精度低的问题，提出一种基于最大刚度原则的机器人位姿确定方法。首先通过关节刚度辨识实验获取刚度；然后结合刚度定向评价指标分析工作平面刚度的分布，并基于刚度最大原则求解机器人最优铣削位姿；最后开展末端加载与铣削试验。研究结果表明，铣削高度1.6 m、1.2 m的最优姿态末端综合变形量最小值分别为92 μm和63 μm；位姿优化后，铣削振动幅值最大减小60.88%，最大壁厚误差仅40 μm。

滚动轴承的退化特征信息融合与剩余寿命预测

张建宇, 王留震, 肖勇, 马雅楠

2025, 36(07): 1553-1561. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.018

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针对滚动轴承剩余寿命预测的需求，提出一种基于稀疏自编码器（SAE）和双向长短期记忆网络（BiLSTM）的预测模型。以滚动轴承全寿命振动数据为研究对象，通过构建反双曲变换的状态退化指标和频域谐波退化因子形成退化指标集，并利用SAE特征融合提取关键特征，消除冗余信息。同时，结合BiLSTM模型捕捉时序特征，实现全周期寿命预测。实验结果表明，所提模型优于支持向量回归、极限学习机、卷积神经网络等模型，预测误差更小，泛化能力更强。

基于轴承退化状态评估和改进图注意力双向门控循环单元网络的轴承剩余寿命预测

宋李俊, 刘松林, 辛玉, 马婧华, 谢正邱

2025, 36(07): 1562-1572. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.019

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受工作条件和运行工况影响，滚动轴承全寿命周期的运行状态监测数据存在强噪声干扰，且轴承运行寿命退化呈非线性，严重影响剩余寿命预测的准确性。提出了一种结合高精度故障始发时刻退化状态评估和改进图注意力双向门控循环单元网络的轴承剩余寿命预测方法，并利用XJTU-SY全寿命周期轴承数据集验证了所提方法的有效性。研究结果表明，所提预测方法能有效捕获表征轴承退化状态的深度时空特征，与CNN-LSTM等方法相比，剩余寿命预测精度显著提高。

数字孪生环境下飞机装配过程中的激光跟踪仪位置优化

文笑雨1, 张昊1, 张玉彦1, 刘思仁2, 吉硕1, 郭伟飞1, 李浩1

2025, 36(07): 1573-1581,1635. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.020

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为解决激光跟踪仪在引导装配或下架检验中的位置优化问题，在数字孪生环境下提出一种基于Q学习的改进粒子群算法。首先建立激光跟踪仪的空间位置约束模型及装配车间要素仿真的数字孪生场景；然后构建马尔可夫决策模型来动态调整目标权重；最后以激光跟踪仪所在位置的通视率为评价基准，基于数字孪生环境进行验证并与其他算法进行性能对比。结果表明该算法在优化激光跟踪仪位置及通视率方面具有更好的效果。

17-4PH不锈钢挤出成形制品的疲劳性能

姜世杰1, 2, 蔡尚港1, 英洪玮1, 陈佳琦1

2025, 36(07): 1582-1591. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.021

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随着金属材料挤出成形产品应用范围的扩大，为确保可靠性和安全性，须研究其疲劳性能。建立了考虑成形方向和填充角度的金属材料挤出成形烧结制品损伤疲劳寿命预测模型。制备了不同成形方向和填充角度的金属材料挤出成形烧结试件，并对其完成了密度、收缩率、拉伸性能和疲劳性能的研究。结果表明：疲劳寿命的理论值与实验值的误差为1.50%~11.83%，验证了所建模型的正确性；试件烧结后的尺寸收缩率、拉伸性能和疲劳性能呈各向异性。

20辊轧机非对称冷却的板形预报模型及影响因素分析

崔熙颖1, 王文奇1, 徐世浩1, 刘阔1, Sahal Ahmed ELMI1, 白振华1, 2, 3

2025, 36(07): 1592-1599,1610. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.022

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针对20辊轧机成品带钢板形的边浪缺陷问题，提出多边界条件与乳化液传热系数耦合的温度场计算方法，建立了20辊轧机的上下工作辊异温热辊型计算模型。对支撑辊分段压下形式的辊系进行受力分析，阐明了多层辊系的变形协调关系。构建的薄板带20辊轧机精密轧制过程板形预报模型使计算精度提高31.1%，揭示了上下工作辊原始凸度差异、一中间辊锥型、支撑辊背衬轴承压下等因素对薄板带板形的影响规律。

Cf/SiC复合材料微小孔的钻削加工特性

杨昊天1, 何文博1, 2, 3, 赵国龙1, 年智文1, 杨吟飞1, 2, 3, 李亮1

2025, 36(07): 1600-1610. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.023

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采用金刚石钻头在垂直和平行于Cf/SiC复合材料编织面方向上加工了直径0.5 mm的孔，探讨了钻削方式和工艺参数对钻削力、孔质量和刀具磨损的影响，研究了材料的去除机理和刀具的磨损机理。研究结果表明，与平行钻削相比，垂直钻削的轴向力大30%、孔口损伤因子小8%、圆度误差大20%且刀具磨损速率小。分层缺陷导致平行钻削的孔壁表面粗糙度小于垂直钻削。纤维方向角对材料去除机理有较大影响，纤维方向角为0°～90°时，碳纤维发生剪切断裂，表面质量较好；纤维方向角为90°～180°时，碳纤维发生弯曲断裂，表面质量较差。

新能源汽车动力电池系统的集成化设计技术

时培成1, 单子贤1, 朱海龙1, 海滨2, 王磊2, 陆发燕2

2025, 36(07): 1611-1623. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.024

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阐述了新能源汽车动力电池系统的集成化设计技术，通过分析无模组、电池底盘一体化和电池车身一体化等技术展现了它们在空间利用、续航里程、成本控制等方面的优势。其他典型电池技术通过结构创新、热管理优化和快充方案推动了汽车产业的发展。从智能集成、可持续性材料和标准化三个方面展望了动力电池系统集成化技术的发展方向。

激光直接成像机靶标识别算法的设计及抗扰性能测试

王瑞洲1, 张宇龙1, 王华2, 张宪民3

2025, 36(07): 1624-1635. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.025

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在激光直接成像领域，扰动导致靶标识别性能劣化，降低寻靶对位精度及效率。设计了激光直接成像(LDI)机视觉寻靶装置，提出了随机一点与随机三点自适应切换的取点求圆策略，采用随机抽样一致方法完成再拟合，并设计了靶标识别算法。分析了扰动源的生成机理，设计了光照条件与离面位移可控的量化激励装置。加工了包含典型靶标异常特征的基板，搭建了LDI机扰动源的可控量化生成与测试系统。测试结果表明，LDI机靶标识别算法的抗扰动性能较强。

船舶大构件几何特征建模及装配干涉检测方法

顾世民1, 刘金锋1, 钱天龙2, 景旭文1, 王学敏2, 毛包晨1, 沈阳2, 陈宇1

2025, 36(07): 1636-1649. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.07.026

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船舶构件制造和装配中的制造误差与装焊变形影响肋板拉入装配的成功率和效率。提出了基于几何特征的船舶大尺寸构件快速建模及装配干涉检测方法。该方法先定义装配特征，再利用改进的ASPacNet准确识别装配特征，接着进行局部重建与拼接，最后通过时间域间断配合间隙计算方法检测装配干涉。实验显示，该方法在船舶大尺寸构件上的建模效率较传统方法提高66.01%，建模均方根误差为0.206 mm，干涉检测准确率达98.81%，能有效减少试装，为船舶大构件高效装配提供新技术手段。

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2025, 36(07): 1650.

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