中国机械工程

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2022, 33(07): 0.

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脆性材料机械加工表面粗糙度模型的研究进展

马廉洁, 李红双

2022, 33(07): 757-768. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.001

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表面粗糙度受众多因素影响，脆性材料的特有属性使其表面形成机制更为复杂，导致其加工质量难以控制。通过构建表面粗糙度模型，可以对表面粗糙度进行预测，进而控制加工质量。为更好地借鉴前人的研究成果，总结了表面粗糙度的表征参数，归纳了建立表面粗糙度模型的方法，并对模型的主要研究流派及其发展历程、主要学术贡献、模型特点等进行了详细的分析及总结。最后，对表面粗糙度模型构建的未来研究方向进行了展望。

基于动态模态分解的叶道涡非定常解耦与重构

童哲铭, 辛佳格, 童水光,

2022, 33(07): 769-776. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.002

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为进一步探索混流式水轮机偏负荷工况下叶道涡的演变机制，引入动态模态分解方法并结合数值模拟与实验对水轮机叶道涡的非定常流场进行相干结构的解耦。数值结果表明，叶道涡呈低频特性，演化的主频为0.5倍水轮机转频；涡管状叶道涡空腔起源于叶轮上冠，并与叶片背面的片状涡连为一体。应用动态模态分解方法获得了叶道涡速度场的动态模态，并将该方法与本征正交分解方法进行了对比。结果表明，动态模态分解方法在特定频率下对叶道涡流动结构进行分解可得单倍频率特征，更便于进行相干结构的流动机理分析。两种方法都可在平均流态和主要模态的基础上对水轮机速度场流动结构进行降阶重构，但对局部复杂叶道涡区域的重构存在局限性。

牙轮钻头用单金属密封瞬态启动动力学模型与密封性能

马艺, 陈宇涛, 孟祥铠, 赵文静, 彭旭东,

2022, 33(07): 777-785. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.003

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牙轮钻头的频繁启动以及振动工况直接影响单金属密封的可靠性和工作寿命。基于热-流-固-动耦合场，建立了复杂工况下单金属密封瞬态启动动力学模型，采用有限差分法和Newmark法联合求解润滑方程和动力学方程，考察钻头转速和轴向激励对单金属密封动态密封性能的影响，结果表明：随着钻头不断启动至恒转速阶段，高压（p0=30 MPa）下单金属密封端面液膜沿径向始终呈发散型分布，端面温升在轴向激励下振荡增加至稳定波动，瞬时泄漏率呈正负交替波动状态，幅值远大于稳态泄漏率幅值，特别是当泄漏率为负值时，外径侧泥浆极易侵入密封间隙；单金属密封动态性能随钻头转速和轴向激励载荷增大而进一步恶化。

滑移线连续和平稳分布的变径车轮设计

殷勇辉, 陈司晨

2022, 33(07): 786-796. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.004

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基于轮地接触动力学理论，设计出一种适应沙壤土环境、具有内外双层紧贴刚性轮片和中部轮刺的新型变径车轮。分析了变径轮不同断面与土壤的作用机理和土壤流动滑移模型，通过对滑移线公式详细推导和数值计算，获得其滑移半径和等效轮周的变化规律，提出了以断面高度为主、倾角为辅的设计思想。建立了满足平稳和连续滑移线模型的剪切滑移交错层断面（可调轮刺）高度与倾角和变径比的函数关系。

长窄型薄壁叶片的套料电解加工

张晓博, 朱栋

2022, 33(07): 797-803，810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.005

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为实现长窄型薄壁叶片的套料电解加工，设计了电解液沿叶片轮廓四周进液的流动方式，开展了导流式出液和开放式出液的仿真对比分析，结果表明，导流式出液可以明显改善加工区域内流场的均匀性。开展了薄壁叶片套料电解加工试验研究，在进给速度1.4 mm/min下实现了薄壁叶片的套型加工，轮毂表面粗糙度从0.532 μm 降低至0.307 μm，叶片型面粗糙度从0.816 μm 降低至0.583 μm。

厚壁铝管斜入射线聚焦垂直剪切波电磁超声探头设计

蔡卓越, 涂君, 张旭, 邓志扬, , 吴樵, 宋小春,

2022, 33(07): 804-810. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.006

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为将斜入射线聚焦垂直剪切(SV)波用于厚壁铝管缺陷探伤，提出了用于激励SV波的曲面曲折线圈优化设计方法。以不同曲率工件为检测对象，研究了以平面、平面弯曲及优化曲面的曲折线圈为主要元件的三种仿真模型，结果表明，优化曲面的曲折线圈在大曲率工件中的改进效果最为明显，其指向性精度最高可提高14.53%，探伤幅值最大可增强37.42%。最后以厚壁铝管直径4 mm横通孔为人工缺陷开展试验研究，发现最大曲率管的探伤幅值增大了338.84%。

模块化机器人几何误差分析及参数辨识研究

高文斌, 黄琪, 余晓流,

2022, 33(07): 811-817，851. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.007

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为解决模块化机器人重构后误差的快速补偿问题，对模块化机器人几何误差来源进行分析，将其划分为模块参数误差和模块间装配参数误差。基于指数积公式和齐次变换对关节模块、连杆模块及模块间装配位姿进行数学描述，建立关节-连杆子装配体的实际运动学模型。给出一种基于精密球和外部测量的模块参数及模块间装配参数辨识方法，完成子装配体运动学参数的辨识。针对两种典型构型的关节-连杆子装配体进行参数辨识和验证试验。试验结果表明，经误差补偿后子装配体的平均定位误差约为补偿前误差的1/30。

钢-玄武岩纤维树脂混凝土结合面法向接触刚度数值计算研究

徐平, 徐戍廷, 沈佳兴, 于英华

2022, 33(07): 818-824. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.008

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为解决分形接触理论中最大接触面积难以准确计算导致结合面实际接触面积难以有效获取的问题，基于离散化数值计算方法建立了一种结合面实际接触面积的计算方法，并将该方法与结合面接触刚度理论模型相结合，建立了一种新的钢玄武岩纤维树脂混凝土（BFPC）结合面接触刚度计算方法。通过模态实验对五种预载荷下的钢BFPC结合面组件的接触刚度进行了测量，将实验结果与理论计算结果对比分析，确定了二者的相对误差均小于6.0%。

使用CNN-SVR的汽车组合仪表组装质量预测方法

何彦, 肖圳, 李育锋, 吴鹏程, 刘德高, 杜江

2022, 33(07): 825-833. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.009

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汽车组合仪表组装过程质检时间长、效率低，因此提出卷积神经网络与支持向量回归相结合的汽车组合仪表组装质量预测方法。结合仪表组装工艺，将卷积神经网络提取的生产数据特征作为支持向量回归的输入，对表征仪表质量的指针偏转角度做出预测。通过车间质检系统获取了仪表原始生产数据，对不同质检情况下的指针偏转角度进行了预测；结果表明所提方法预测误差较小，且具备较强的泛化能力，能够准确有效地预测汽车组合仪表的组装质量。

硬脆性材料用柔性磨具研磨的加工表面粗糙度建模

章玉强, 胡中伟, 朱泽朋, 崔长彩, 陈铭欣, 谢斌晖, 李瑞萍

2022, 33(07): 834-841. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.010

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通过分析磨粒与工件表面的作用过程，建立了硬脆性材料柔性磨具加工表面粗糙度的理论预测模型。以橡胶结合剂金刚石研磨盘为柔性磨具、蓝宝石衬底为工件，在不同弹性模量、磨粒浓度、磨粒粒度和研磨压力下开展研磨试验，将不同研磨条件下的表面粗糙度试验值与理论预测值进行比较，发现试验结果与理论模型预测结果的趋势一致，且预测误差为7.71%~10.1%，验证了所建立理论模型的可靠性。

高速干切滚齿机床能耗分布特性及其预测模型

倪恒欣, 阎春平, 孙菡, 徐腾, 黄一躬, 周超

2022, 33(07): 842-851. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.011

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针对高速干切滚齿机床的能耗优化问题，对变工艺参数下的机床能耗分布特性及其预测模型进行了研究。首先，以机床能耗元件为研究对象，建立了高速干切滚齿机床功率模型；然后，基于机床电路分布原理，通过滚齿实验对所建模型进行了分析验证，揭示了变工艺参数与机床不同部位的功率和能耗之间的关系；最后，构建了高速干切滚齿机床能耗预测模型。

基于荷电状态惩罚函数的能量管理策略优化方法

曾繁琦, 袁晓静, 王旭平, 张泽, 刘小方

2022, 33(07): 852-857，871. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.012

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为改善军用ISG混合动力车辆的燃油经济性，并有效维持动力电池荷电状态（SOC），将惩罚函数引入传统的等效能量最小策略（EEMS），提出了基于SOC惩罚函数的EEMS优化方法。首先对逻辑规则能量管理策略进行优化，然后在模拟越野循环工况下对优化方法进行仿真验证，最后对整车发电指标进行评价。优化后，动力源之间的转矩得到了更好的协调分配，发动机运行更加平稳，经济性得到了一定改善，稳压和稳流的效果更好。

异质辅助填丝熔化极电弧增材制造熔敷金属成分与性能调节

韩庆璘, 高佳, 李鑫磊, 张广军

2022, 33(07): 858-863. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.013

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为了实现高效、稳定的金属异质材料零件的增材制造，提出了异质辅助填丝熔化极电弧增材制造方法。向熔池中同时输送H08Mn2Si低碳钢焊丝与 H06MnNi3CrMoA 高强钢焊丝，开展了熔敷金属成分、组织、性能调节试验。结果表明，随着高强钢质量分数增大，熔敷金属组织中粒状贝氏体和针状铁素体的数量增加，提高了熔敷金属的抗拉强度与显微硬度，抗拉强度与显微硬度的调节范围分别为558～885 MPa和197HV～390HV。最后应用该方法成形了低碳钢/高强钢异质材料履带诱导齿模拟件，在两种材料之间通过成分梯度过渡连接，实现了硬度渐变，有效缓和了界面失配现象。

考虑热塑性变形的316H不锈钢Johnson-Cook本构参数逆向识别

李秀儒, 魏兆成, 郭明龙, 王敏杰, 郭江, 高伟, 孙昉

2022, 33(07): 864-871. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.014

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本构模型能表征材料变形过程中的动态响应，其精度对机械加工中切削力、切削温度的解析预测具有决定性作用。针对316H不锈钢本构模型缺失问题，提出一种基于切削理论的Johnson-Cook本构参数逆向识别方法。通过建立的不等分主剪切区的应力、应变、应变率及温度分布的数学模型，以及准静态压缩试验和正交切削试验的数据，采用粒子群算法逆向识别出316H不锈钢的本构参数。切削力预测模型验证了该逆向识别方法的可行性和本构模型的可靠性。

GH2132高温高应变率下力学性能分析与Johnson-Cook本构模型的建立

田宪华, 闫奎呈, 赵军, 王情情, 王延庆, 陈笑然,

2022, 33(07): 872-881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.07.015

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对铁基高温合金GH2132进行了准静态压缩试验和分离式霍普金森压杆（SHPB）试验，获得了该材料在不同温度和应变率下的应力应变曲线，分析了其力学行为。GH2132在准静态压缩过程中出现加工硬化且没有明显的屈服阶段。在SHPB试验中，GH2132有明显的温度软化效应，当应变率在4000～8000 s-1之间时表现出应变率强化效应，而在8000～10 000 s-1范围内表现出应变率软化效应。通过修正温度软化系数和应变率强化参数，建立了GH2132在高温高应变率下的Johnson-Cook本构模型。

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2022, 33(07): 882.

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