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2025年 第36卷 第12期    刊出日期：2025-12-25
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2025, 36(12):  0. 
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相关文章 | 计量指标
机械基础工程
坡道紧急制动工况下货车车轮踏面裂纹扩展行为研究
赵杰, 卢纯, 何家欢, 马亭海, 叶张
2025, 36(12):  2811-2819.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.001
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基于扩展有限元法，考虑摩擦生热、传导散热、材料参数随温度的变化，研究了坡道紧急制动工况下货运列车车轮踏面疲劳裂纹扩展问题。通过分析坡道紧急制动工况下车轮滚动过程中的温度场及应力场，发现踏面裂纹的存在会影响轮轨接触应力分布，使高接触应力区一分为二，并在裂纹前沿出现应力集中，踏面裂纹扩展行为与裂纹和接触斑的相对位置密切相关。在制动过程中，高温产生的周向压应力会抑制踏面裂纹扩展，但冷却后的残余拉应力会促进踏面裂纹扩展。在踏面温度上升阶段，踏面裂纹扩展模式是以Ⅱ型滑开裂纹为主导的Ⅱ-Ⅲ型多轴复合扩展，在冷却阶段踏面裂纹扩展模式是以Ⅰ型张开裂纹和Ⅱ型滑开裂纹为主导的三种扩展类型兼具的多轴复合扩展。
连续体机器人设计与导向路径损失补偿策略
杨明星, 沈佳乐, 高鹏, 张兴, 王俊翔
2025, 36(12):  2820-2828.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.002
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针对目前连续体机器人运动学建模精度低和轴向刚度不足的问题，提出了一种新型绳驱连续体机器人及其导向路径的驱动误差补偿策略。设计了一种具有灵活柔性支撑的切口柔性连续体和提高轴向刚度的柔性臂结构，随后建立了机器人的运动学模型并获得了柔性臂末端的工作空间，通过弯曲仿真证实了运动学模型的准确性。分析弯曲误差产生的原因，推导出套管传递损失和绳索穿过圆盘孔前后张力传递模型，提出了一种对驱动损失补偿及运动学模型参数修正的补偿策略。连续体机器人不同角度的弯曲实验表明：补偿后最大弯曲角度误差为4.11°，最大位置误差为6.11 mm，最大误差减小了48.0%。实验验证了所提出的机器人及驱动误差补偿控制策略的有效性。
改进YOLOv8的输送带损伤检测方法
袁媛, 白一超, 周利东, 孟文俊, 王淼, 曲文斌
2025, 36(12):  2829-2836.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.003
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提出一种基于改进YOLOv8算法的输送带损伤检测算法：用Focal Modulation模块替换YOLOv8原有的SPPF模块；针对损伤与背景相似度高的问题，引入DySample轻量动态上采样模块，使采样点集中在目标区域而忽略背景部分，实现损伤的有效识别；在颈部网络中加入高效多尺度注意力模块来获取更多细节信息，进一步提高损伤目标的关注度。引入PIoU v2损失函数，通过计算真实框与预测框之间的重叠面积精准定位损伤，同时考虑长宽比以更好地适应不同形状损伤。实验结果表明，改进后的模型对输送带损伤检测的精确度和平均精确度均值分别达到了90.3%和93.2%，相比于基线模型YOLOv8提高了2.3%和2.5%。改进YOLOv8的检测速度达 83帧/s，可充分满足输送带损伤实时检测的需求。
基于NURBS啮合线的高效双螺杆转子自适应设计方法
耿宇航, 何雪明, 高宗
2025, 36(12):  2837-2845.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.004
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为解决压缩机转子型线设计过程繁琐以及性能难以评判的问题，对双螺杆压缩机转子型线的反向设计进行了研究。利用NURBS曲线对转子啮合线进行分段拟合，求解出各段啮合线的控制点，并建立转子型线的优化模型，利用单纯形法调整啮合线控制点坐标实现对转子型线的自适应优化设计。将优化前后的转子型线与原始型线比较分析并进行流体仿真，结果显示，优化后的转子型线综合性能提高了11.38%，优化后的压缩机转子表面压力数值在三种工况下分别提高了5.16%、5.00%、4.93%，证明了双螺杆压缩机转子型线自适应优化设计的有效性。
钛合金管内表面的化学辅助磁性剪切增稠抛光实验研究
杨自豪, 范增华, 张翔, 高军
2025, 36(12):  2846-2853.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.005
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提出基于化学辅助的磁性剪切增稠抛光方法，设计并制备了一种新型抛光液。采用单因素实验方案研究了H₂O₂质量分数、pH值和表面活性剂质量分数对钛合金（TA2）管内表面粗糙度的影响规律。在H₂O₂质量分数为0.1%、pH值为5和表面活性剂质量分数为0.3%的最佳条件下，经过90 min的抛光，钛合金管内表面的表面粗糙度Ra从701 nm降低至56 nm。扫描电镜和超景深显微镜观测发现，化学辅助磁性剪切增稠抛光方法能够显著减少加工过程中产生的凸峰和划痕，获得无缺陷的光滑表面。
变截面涡旋盘精密铣削参数多目标优化
党旭, 刘涛, 闫敏, 徐智为
2025, 36(12):  2854-2861.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.006
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提出了一种基于改进NSGA-Ⅱ算法的变截面涡旋盘精密铣削参数多目标优化方法。利用多因素正交试验法设计实验，分析了铣削参数交互作用对表面粗糙度和主铣削力的影响。建立了目标函数的回归模型，并通过拟合度检验和残差分布分析等方式验证了其有效性。基于表面粗糙度最小、主铣削力最小和材料去除率最大三个优化目标构建了多目标优化数学模型，并在NSGA-Ⅱ算法中引入自适应交叉变异算子，以获取Pareto最优解集，最终确定了最佳铣削加工参数组合。最后通过涡旋盘加工实验验证了算法的有效性。实验结果表明，改进后的NSGA-Ⅱ算法显著优化了加工效果，与优化前相比，涡旋盘表面粗糙度减小8.19%，铣削力减小12.61%，材料去除率增大25.81%。
一种基于加工轨迹灵敏度指标的数控机床关键几何误差辨识方法
戴鑫, 刘焕牢, 王宇林, 李想
2025, 36(12):  2862-2869.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.007
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提出了一种基于加工轨迹的灵敏度分析方法对数控机床加工关键几何误差进行辨识。首先采用多体系统理论和齐次坐标变换，建立AC双转台五轴数控机床空间误差模型，并利用激光干涉仪和球杆仪进行几何误差的测量；进一步建立以机床位置为自变量的空间误差模型，基于加工轨迹中41项几何误差造成的误差矢量和空间误差的关系，提出一种新的灵敏度指标。以S试件加工轨迹为例，辨识出11项关键几何误差。最后，分别对11项关键几何误差和剩余30项几何误差进行了补偿实验，结果表明，补偿11项关键几何误差后加工误差降低了73.63%，补偿剩余30项几何误差后加工误差仅降低11.28%，证明了该灵敏度分析方法的正确性和有效性。
压力倍放高精感知机构应用研究
贺乐君, 习毅, 刘文, 严翔, 忻明杰, 王朝阳
2025, 36(12):  2870-2874.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.008
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针对现有燃气自闭阀在泄漏工况下切断响应滞后的问题，将压力倍放高精感知机构作为先导控制机构集成于阀体，利用其压力倍放效应实现高精度感知与驱动；通过FLUENT流场仿真揭示了压力倍放单元对压力感应区域的动态作用机制，明确了微小流量变化触发指数级压降跃升的过流切断机理；最后搭建了燃气泄漏实验系统并进行了实验验证。结果表明：应用该机构的燃气自闭阀可在流量达到1.211 m³/h时精准切断，与理论设定值偏差仅为0.0107 m³/h，压降数学模型预测准确，理论与实验值的平均绝对百分比误差为4.19%，证实了压力倍放单元在燃气自闭阀中应用的有效性。
面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化方法
张旭, 李聪波, 张友, 张乘辉, 周峰
2025, 36(12):  2875-2884.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.009
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针对内啮合强力珩齿齿轮在传动时部分齿面纹理与传动接触线几乎重合导致出现噪声的问题，开展了面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化方法研究。首先分析珩齿齿面纹理分布的影响因素，并建立珩齿齿轮传动接触线上的纹理分布模型；然后基于有限元法分析齿面纹理与传动接触线间位置关系对噪声的影响，提出一种面向低噪的珩齿齿面纹理分布策略，并建立以低噪纹理分布为目标的珩磨轮几何参数优化模型。案例研究表明，采用优化后珩磨轮加工的齿轮，其振动坎贝尔图的能量密度相较之前有所改善，且随着转速的提高噪声水平明显下降，验证了所提方法的有效性。
可伸缩蛇形臂机器人的设计及运动学建模
王旭浩, 盛卧龙, 吴孟丽, 许贻龙, 赵晓巍, 曹轶然
2025, 36(12):  2885-2893.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.010
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提出一种新型蛇形臂机器人，该机器人模块化关节具有主动的可伸缩自由度，增加了整机运动的灵活性和复杂空间适应能力。建立了蛇形臂机器人的运动学模型，分析了驱动空间、关节空间与末端操作空间的映射关系。针对关节具有伸缩自由度的构型特点，提出了两种关节-末端逆运动学算法，即结合传统FABRIK算法与基于雅可比矩阵迭代法的组合算法、杆长迭代更新的改进FABRIK算法。为了验证两种算法的计算精度和效率，进行了数值仿真对比，结果表明两种算法均具有良好的运算精度，改进的FABRIK算法具有更高的运算效率。最后搭建了物理样机并开展了实验验证，证明了所提出蛇形臂机器人具有良好的弯曲性能和伸缩运动性能。
高海拔环境下无人机螺旋桨流场与电机温度场的数值模拟与试验分析
付博宇, 许泽华, 李康帅, 王浩宇, 贺嘉琪, 何强
2025, 36(12):  2894-2902.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.011
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基于一款X2212型无人机风冷永磁同步电机，采用数值模拟与试验验证相结合的方法，系统分析了510、2560、4280 m三种海拔高度及4000、6000、8000 r/min三种转速下螺旋桨气流对电机温度场的影响。通过搭建电机温度测试平台，测试了不同工况下电机温升分布，并与仿真结果进行了对比分析，验证了模型的准确性。研究发现，随着海拔的升高，电机最高温度在三种转速下都呈现逐渐降低的趋势，但电机的相对温升随海拔的升高而增大。结果表明，海拔变化带来的空气密度减小、气压降低与环境温度的变化协同影响电机的温度变化。随着海拔升高，环境温度的降低使电机整体温度呈下降趋势，但空气的稀薄削弱了螺旋桨气流的冷却能力，导致电机的散热效率下降，相对温升增大。
频率偏移补偿协同分步逐级优化的端/侧两面加工宽刃超声工具头设计方法
郭玉琴, 尹航, 杨栋杰, 刘晨曦, 李富柱
2025, 36(12):  2903-2910.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.012
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为满足热塑性纤维金属层合板材料超声振动辅助加热/成形一体化工艺（UVAIMP）中变维超声加工系统的功能要求，提出频率偏移补偿协同分步逐级优化的端/侧两面加工宽刃超声工具头设计方法。所设计加工的超声工具头在与超声发生器、换能器组成超声加工系统后，采用激光测振仪对其进行振动特性测量，结果表明：超声工具头可在20 101 Hz谐振频率下稳定工作，在50%的超声发生器功率输出情况下，其输出端面和侧面振动位移均匀区域的最大振幅分别达到16 μm和12.7 μm，有效工作区域分别达到110 mm×30 mm和110 mm×16 mm，振幅均匀度高于90%，满足前述变维超声加工系统对超声工具头端/侧两面加工的振动特性要求，证实了所提出的设计方法的可行性和有效性。
6-UPRU并联机器人动力学建模及基本动力学参数确定
倪涛, 赵亚辉, 赵泽仁, 杨凯强
2025, 36(12):  2911-2919.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.013
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为克服并联机器人动力学模型应用难题，以6-UPRU型并联机器人作为研究对象，对其精确动力学建模及基本动力学参数确定问题进行了研究。首先对机器人的各运动构件进行详细的运动学分析；然后基于牛顿-欧拉法推导机器人的精确动力学模型，并结合提出的模型线性化运算规则，将其转化为关于动力学参数的线性表达形式；随后，以最小化观测矩阵条件数为优化目标，设计了一条满足物理约束的五阶傅里叶级数形式的激励轨迹；进一步，通过对观测矩阵进行QR分解，成功提取了基本动力学参数，将动力学参数从29个减少至17个，有效解决了参数冗余问题；最后，通过SimMechanics和ADAMS仿真平台下的力拟合实验以及样机基本动力学参数辨识实验，验证了理论模型的正确性。
变高度双轮足平台自适应平衡控制算法设计
张雷, 杨聪楠, 李崴一, 赵一洁, 王晓聪
2025, 36(12):  2920-2926.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.014
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轮足式平台在腿部结构末端安装驱动轮，兼具铺装路面的高通过性和越野路面的高机动性，平台变高度时重心位置的变化对稳定性影响较大。为增强变高度自适应能力，建立平台的动力学模型，并在平衡点处作线性化处理。根据线性化状态方程特点，基于积分控制原理扩张状态变量，建立了扩张后的状态空间模型。采用线性二次型调节器分层控制方法获得反馈控制律，搭建了仿真模型，试制了物理样机，开展了仿真及实验研究。结果表明，提出的反馈控制率能够很好地实现平台的自平衡，扩张的状态变量也能很好地平衡重心位置的变化，实现平台变高度自适应平衡控制。
基于光滑粒子流体动力学-有限元法耦合算法的膨胀管磨铣效果影响因素研究
罗敏, 黄聪剑, 李巧珍, 徐亭亭, 付彦博
2025, 36(12):  2927-2935.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.015
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在地层压力作用下膨胀管会发生变形，如限制井径易引发卡钻，从而影响生产，需磨铣去除膨胀管，但磨铣效果受多种因素影响。以磨鞋、膨胀管、套管和水泥环为研究对象，考虑膨胀管磨铣的几何非线性、膨胀管与磨粒之间的非线性接触特性，采用光滑粒子流体动力学-有限元法（SPH-FEM）耦合算法建立了膨胀管磨铣非线性动力学模型和数值计算方法。通过与文献数据对比验证，得到磨削过程中磨削力平均误差为8.84%。研究磨削尺寸、磨粒形状、铺焊材料三种影响因素对磨铣效果的影响，结果表明：磨削深度不宜超过0.6 mm；磨削厚度不宜超过0.8 mm；十二棱柱磨铣效果最佳；YG8合金宜作为铺焊材料。
智能制造
基于IWOA-IECA-BiLSTM模型的刀具磨损监测
包振科, 曹华军, 秦逢泽, 陈志祥, 陶桂宝
2025, 36(12):  2936-2943.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.016
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为了提高加工过程中刀具磨损监测精度，提出一种基于改进的鲸鱼优化算法（IWOA）和改进的高效通道注意力机制（IECA）的双向长短期记忆网络（BiLSTM）模型。通过对PHM2010刀具磨损数据进行片段截取并提取多域特征，再结合皮尔逊系数筛选得到刀具磨损强相关特征。输入特征训练模型，模型中BiLSTM模块能有效捕捉数据中的时序特征；IECA注意力机制模块能提高特征表征能力；IWOA模块能优化模型超参数，进一步提高模型精度。最后基于三折交叉验证测试模型性能，并与其他多个模型进行对比，结果表明，IWOA-IECA-BiLSTM刀具磨损监测模型在多数测试集上具有最佳表现，在C₁、C₄、C₆三个测试集上均方根误差分别低至6.5、12.46、9.28。
基于YOLOv11-Seg与Transformer模型的刀具磨损多步向前实时预测方法
肖御风, 张超勇, 赛希亚拉图, 孟一帆, 朱传军
2025, 36(12):  2944-2951.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.017
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针对传统刀具磨损预测精度低、泛化能力差、难以实现磨损状态实时预测的问题，提出一种融合YOLOv11-Seg模型与Transformer模型的刀具磨损多步向前实时预测方法。搭建数控机床刀具磨损在机监测实验平台，采用PMC编程实现刀具自动切削和磨损区域自动拍照。采用改进YOLOv11-Seg模型进行刀具磨损量检测，引入CoordAtt坐标注意力机制和Shape-IoU损失函数以提高磨损区域分割的精度。基于刀具磨损时序数据和实时磨损量数据构建改进Transformer多步向前刀具磨损预测（AFTWP）模型，并在改进Transformer模型中引入残差校正机制，提高了MFTWP模型预测的精度和稳定性。采用公开数据集和实验数据集测试改进模型，将结果与传统预测模型进行比较，验证了提出的多步向前实时预测模型的精确性和泛化能力。
基于改进精细复合多尺度样本熵与贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法
仝兆景, 王鹏超, 樊永奎, 韩广洋, 王自奇
2025, 36(12):  2952-2959.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.018
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针对传统多尺度样本熵（MSE）在粗粒化过程中易造成特征信息丢失、在尺度因子较大时故障信号中的特征信息不易提取等问题，提出一种基于改进的精细复合多尺度样本熵（IRCMSE）与算术优化算法（AOA）优化贝叶斯网络的滚动轴承故障诊断方法。将传统粗粒化过程中求均值的处理方式替换为交叉采样的方式，得到每一尺度的时间序列，并改变不同尺度下计算熵值的方法，提取时间序列的特征信息。利用IRCMSE提取滚动轴承故障特征信息，构成故障特征样本，将故障特征样本输入到AOA优化后的贝叶斯网络模型中进行故障识别。将改进方法与基于多尺度样本熵、多尺度散布熵（MDE）和精细复合多尺度样本熵（RCMSE）的故障诊断方法进行对比实验，验证了所提方法的可行性且具有更高的故障识别率。
基于流模型的冗余机器人逆运动学解高精度计算
印峰, 黄欣, 周佳义
2025, 36(12):  2960-2967.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.019
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为提高深度神经网络计算冗余机器人逆运动学解的精度，并降低自碰撞解的出现概率，提出了一种基于条件标准化流模型的求解方法。采用改进列文伯格-马夸尔特（L-M）算法对条件标准化流模型生成的初始解进行二次优化以提高计算精度。通过提取自碰撞先验信息训练多层感知机，构造自碰撞解检测器以剔除自碰撞解。结果表明，求解的位置和角度误差分别小于0.01 mm和0.1°，自碰撞率低于0.1%，并且单次计算的时间稳定在10 ms以内。该方法可用于对冗余机器人逆运动学问题的高效稳定求解。
一种自适应目标区域提取的小样本丝印字符缺陷检测方法
胡新宇, 张骏巍, 艾佳, 李云翎, 严爽
2025, 36(12):  2968-2977.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.020
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针对因电子器件丝印字符材质反光引起分割精度差、检测图像位姿不确定难以自适应定位提取目标区域、缺陷检测目标小及样本少导致识别准确率低的问题，提出自适应目标区域提取的小样本丝印字符缺陷检测方法。设计基于大津阈值法的自适应二次阈值分割算法，减少反光材质表面光亮目标区域信息损失，实现光照不均匀图像的准确分割；提出自适应目标区域定位提取与角度矫正算法，解决因字符大小及位姿变化难以实现自适应目标区域的精确定位与提取问题；研究了缺陷检测目标初识别、置信度低小目标字符二次精识别方法，实现了小目标、少样本缺陷检测目标的准确识别。实验结果表明：二次阈值分割算法能够实现光照不均字符图像的准确分割，自适应目标区域定位与角度矫正准确率达99.5%，轻量化深度学习模型的字符分类识别率达99.1%，字符缺陷检测准确率达98.6%，检测速度为0.083 s/张，满足工业生产中在线检测精度与速度的需求。
融合二维卷积与门控循环神经网络的滚动轴承多故障诊断方法
张雄, 董乐聪, 王文强, 渠伟瀅, 万书亭
2025, 36(12):  2978-2985.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.021
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针对滚动轴承在复杂工况下的单一或复合故障诊断与分类困难的问题，提出了一种二维卷积神经网络（2D-CNN）与门控循环神经网络（GRU）融合的轴承故障诊断方法。首先采用2D-CNN层和GRU层提取空间特征与时序特征，并引入批量标准化（BN）层防止过拟合，然后通过权重融合综合二者提取的空间与时序信息特征，再使用全局平均池化层代替展平层，最后用协方差矩阵和t-SNE算法对模型训练过程进行可视化分析并通过激活函数Softmax分类输出结果。通过故障预测与健康管理（PHM）数据集和XJTU-SY数据集对模型进行验证，并和其他模型作对比，结果显示了所提模型良好的准确率和泛化性。
一种基于改进SAC算法的六轴机械臂路径规划
妥吉英, 徐笑南, 李俊, 张玉琛, 黄安, 胡都, 刘梓林
2025, 36(12):  2986-2992.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.022
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为提升柔性动作-评价（SAC）算法的收敛速度及训练的稳定性，在引入优势函数与奖励聚中机制的基础上，提出一种改进SAC算法。为验证改进SAC算法的训练效果，在六轴机械臂路径规划场景中进行了仿真分析，并与深度确定性策略梯度（DDPG）算法、双延迟深度确定性策略梯度（TD3）算法及SAC算法进行对比。结果显示，改进SAC算法在收敛速度和稳定性上均超越DDPG、TD3与SAC算法，训练1500回合后其路径规划成功率较SAC算法提高4.8%。进一步的实验验证了改进SAC算法的规划结果在真实环境中的可行性与有效性。
基于DeepLab-高效多尺度卷积注意力解码器的全位置焊接熔池识别与偏差测量方法
熊烨成, 刘海生, 王中任, 史铁林, 夏海, 杨洪波
2025, 36(12):  2993-3001.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.023
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提出了一种基于DeepLab-EMCAD的全位置焊接熔池识别与偏差测量方法。采用轻量级MobileNetV3网络作为模型编码器主干网络，并优化空洞空间金字塔池化模块，以减少模型参数量、提高分割效率。在解码器中集成EMCAD多注意力机制，提高熔池的分割精度。基于熔池分割结果，提出一种偏差计算方法来定量描述偏差。实验结果显示，相较于基线模型，所提出的模型在熔池分割中的平均交并比、平均像素精确度分别提高了5.72%和5.5%，推理时间缩短了29.69 ms，参数量减少了4.854×10⁷个；相比于经典分割网络，所提出的模型在熔池边缘处理上效果更优，焊接偏差检测误差控制在0.1 mm之内。
激光高速高精加工非均匀有理B样条曲线插补方法
封雨鑫, 刘坚, 邓宏贵, 余强, 王战, 叶浩泉
2025, 36(12):  3002-3009.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.024
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为解决非均匀有理B样条（NURBS）曲线在实时系统中难以动态计算的问题，提出了一种基于加速度连续加减速规划的实时NURBS曲线插补方法。将曲线在曲率极值处打断，通过预处理赋以曲线合理的衔接速度，全程使用S形速度规划方法保证速度和加速度连续，加加速度峰值可控。实验结果表明，所提出的方法能够实现单轴加速度连续。在使用NURBS曲线加工时该方法可以有效处理频繁的曲率变化带来的单轴速度的平滑度损失，保持整个加工过程中单轴加速度的连续变化，有效减小单轴加加速度的峰值，同等激光加工机床设备下比传统的插补规划方法具备更高的效率和精度，工件加工质量更好。
增材制造
随动热锤辅助水轮机关键过流部件电弧增材再制造强塑协同调控
熊晓晨, 周岩, 周祥曼, 吴海华, 华林, 胡泽启, 秦训鹏, 邓少华
2025, 36(12):  3010-3016.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.025
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水轮机关键过流部件电弧增材再制造易产生粗晶和高水平残余应力，严重影响其力学性能，引入随动热锤工艺辅助制备薄型修复层可提高强度，却易损失塑性。针对该问题，提出随动热锤辅助单道多层增材实现强塑协同的构想，基于最优随动热锤参数制备单道多层增材层，采用光学显微镜、X射线衍射仪及力学性能测试，研究了随动热锤对增材层组织力学性能的影响规律，并揭示其作用机理。结果表明，随动热锤作用下单道多层增材工艺可使增材层强度、塑性得到同步提高，轧制方向屈服强度和抗拉强度与对照组相比分别提高约18.7%和13.5%，延伸率与对照组基本持平；法向屈服强度和抗拉强度分别提高约15.2%和9.1%，延伸率提高约14.9%。增材层强塑协同调控机制为：通过反复高温变形和奥氏体再结晶实现晶粒细化和均匀化；通过单道多层增材对先变形层进行循环回火热处理，有效消减变形层内高密度位错。
增材喷管收扩段磨粒流光整分子动力学仿真与参数优化研究
吕谦, 刘维伟
2025, 36(12):  3017-3022.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.026
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针对增材制造复杂内流道表面光整困难的现状，开展了磨粒流光整工艺的多尺度仿真与试验研究。首先通过流体仿真确定常用压力下的磨料流速范围，然后采用LAMMPS软件模拟磨粒微切削过程，建立速度-微切削力映射关系。结果表明，磨粒速度为60~70 m/s时切削力稳定适中，基材去除均匀，表面无毛刺与凹陷划痕，可视为理想光整条件，为优选工艺参数提供了理论依据。基于收扩段流道设计增材特征件并进行三因素三水平正交试验，对比光整前后表面形貌和粗糙度可知，磨粒流可显著去除粘粉、阶梯效应、大小球化及支撑残留等典型缺陷，使Ra由7 μm降至0.7 μm以下，Rp由21 μm降至1.25 μm以下。
先进材料加工工程
铝合金搅拌摩擦焊系统非线性振动特性
莫帅, 张燕琛, 李亚鑫, 李贝贝, 陈素姣, 彭南江, 张伟
2025, 36(12):  3023-3029.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.027
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铝合金搅拌摩擦焊相比传统焊接方式接头质量好、残余应力小，研究其非线性动力学特性有助于优化焊接工艺，提高焊接质量。考虑热塑性材料流动、时变顶锻力和塑性金属摩擦模型等多种因素，建立了铝合金搅拌摩擦焊系统非线性动力学模型。采用Runge-Kutta法求解系统微分动力学方程，利用分岔图、相图等描述搅拌针转速和进给速度对系统非线性行为的影响。结果表明：随着搅拌针转速增大，系统依次呈现混沌与倍周期交替后单周期振动的特性；随着搅拌针进给速度增大，系统由单周期振动经历混沌与倍周期状态后回到单周期振动。同时，当进给速度在560~570 mm / min时，随搅拌针转速增大，系统反而趋于失稳。合理选取搅拌针转速与进给速度可预防系统失稳，有效降低系统振动幅度。
高强钢AH36薄板随焊热拉伸焊接失稳控制及其机理
易斌, 刘延斌, 付玲, 薛丁琪, 柳志诚, 王江超
2025, 36(12):  3030-3039.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.028
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高强钢AH36薄板焊接失稳变形严重影响制造精度，且难以通过焊后矫形手段完全消除。随焊热拉伸工艺是一种有效控制薄板焊接失稳变形的方法。以感应加热为辅助热源搭建随焊热拉伸焊接试验平台，进行高强钢AH36薄板常规对接焊和随焊热拉伸工艺试验，待试板冷却至室温后，通过三坐标测量仪测量接头变形，在常规焊接下最大相对面外变形为23.88 mm，随焊热拉伸下减小至13.68 mm。随后建立接头有限元模型，进行热-弹-塑性有限元分析，计算得到的结果与测量结果十分吻合，且通过调整热拉伸温度，接头最大相对面外变形减小至4.42 mm。最后基于固有应变理论分析了高强钢AH36薄板焊接失稳变形产生的原因以及随焊热拉伸工艺的控制机理：辅助热源形成的热拉伸作用改变了母材对焊缝的拘束程度，导致升温过程中产生了更小的压缩塑性应变，而冷却过程中产生了更大的拉伸塑性应变，使得焊缝处固有应变减小，纵向收缩力减小26.4%；瞬时变形降低使得横向固有弯曲力矩减小95.2%，减小了失稳产生的初始扰动，进一步控制了薄板焊接失稳变形。
工程前沿
列车防爬吸能器负泊松比超材料填充结构设计
何昆, 周和超, 张济民
2025, 36(12):  3040-3046.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.029
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现有的列车防爬吸能结构吸能量较低且变形模式难以预测，在复杂工况下极易发生弯曲，造成吸能量的大幅下降并伴随爬车和脱轨的风险。基于改进的拓扑优化方法提出了一种将负泊松比超材料应用于列车吸能器填充结构上的方法。首先采用改进的具有惩罚因子的实体各向同性材料设计了一种负泊松比超材料，通过激光选区熔融工艺制备了样件，并验证了样件稳定的负泊松比变形模式和优良的能量吸收特性。随后通过拉伸、周期排列形成了吸能器填充结构，在对心和40 mm偏心工况下，所提出的负泊松比结构的比吸能与传统的蜂窝结构相比高出了17.9%，且在偏心工况下，比吸能劣化率明显低于传统结构。
整体叶盘叶片前后缘柔性抛光技术
刘承硕, 蔺小军, 钟波, 邓文辉
2025, 36(12):  3047-3056.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.030
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针对航空发动机叶片前后缘抛光加工效率低、表面质量及轮廓精度难以保证等问题开展了整体叶盘叶片前后缘自动化抛光工艺研究。分析了工艺参数对前后缘抛光接触区域尺寸的影响规律，建立了法向抛光力预测模型，预测值与实际值均方根误差为1.24 N；基于Preston方程对抛光接触区域内压缩量、主轴转速、海绵砂圈半径、进给速度和磨具粒度对材料去除的影响规律进行了建模。基于所提出的前后缘抛光材料去除深度预测模型进行实验，结果表明，叶片前后缘表面粗糙度降低至0.18 μm，验证了该预测模型可以有效地预测材料去除深度，海绵砂圈可以有效改善叶片前后缘粗糙度。
储罐底板轮式相控阵全聚焦成像及扫查系统设计
李健, 张凯, 王海斌, 王哲, 程经纬, 闫昶
2025, 36(12):  3057-3063.  DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.12.031
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针对常压储罐底板检测等日常维护作业中存在的成本高、检测效率低、质量不稳定等问题，开发了一套储罐底板超声相控阵检测系统。该系统采用机械扫查装置辅助实现局部腐蚀损伤的在线高效检测，为保障储罐长周期安全运行提供了技术支撑。提出一种轮式相控阵全聚焦成像算法，提高了检测精度与图像质量。实验结果表明：在12 mm碳钢底板检测中，可稳定检出符合JB/T 10765—2023标准规定的底板下表面深度为20%板厚的人工缺陷；焊缝内表面裂纹检测灵敏度可达5 mm（长）×0.5 mm（深）；缺陷检测图像信噪比相比常规方法增大约10.4 dB。
英文目次
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2025, 36(12):  3064. 
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2025, 36(12):  3065. 
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