中国机械工程

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2023, 34(19): 0.

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钛合金超声冲击强化研究现状及发展趋势

查旭明, 袁智, 秦浩, 袭琳清, 张涛, 姜峰

2023, 34(19): 2269-2287. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.001

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梳理、介绍了钛合金超声冲击强化技术的工艺原理与研究进展；统计分析了不同超声冲击工艺参数（静压力、超声振幅和滚压次数）对钛合金表面层性能的影响规律，结果表明不同工艺参数的择优对钛合金性能强化有重要影响，同时各工艺参数也会存在优化临界值，超过临界值反而会降低其服役性能；总结了现阶段超声冲击强化技术在工程应用上面临的难点，并结合智能制造提出超声冲击强化技术未来发展方向。

线性液动压抛光流场的循环交变动压力衍生机制

谢重, 文东辉, 成志超, 孔凡志

2023, 34(19): 2288-2295. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.002

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针对线性液动压抛光过程中结构化抛光辊子与抛光工件表面之间形成的周期性流场，研究了该流场中工件表面的动压力作用规律。基于流体动力润滑理论，以楔形槽抛光辊子流场为例推导了工件表面的动压力数学模型，并建立了工件表面动压力随时间变化的全局性数学模型，采用MATLAB语言编程绘制了该全局性数学模型的动压力分布曲线，并与流体力学仿真结果进行了比较验证。基于抛光工艺参数（抛光转速、抛光间隙和抛光液浓度）对动压力幅值的影响，并结合不同转速下工件进给速度对动压力周期的调节作用，建立了线性液动压抛光流场的循环交变动压力衍生机制，实现抛光工件表面动压力大小及其分布均匀性的可调节。

结构参数约束下的磁场补偿式双层时栅角位移传感器研究

杨继森, 周润, 张天恒, 卢渝, 吴灼, 张迪, 张静

2023, 34(19): 2296-2303，2312. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.003

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时栅角位移传感器广泛运用于数控机床、工业机器人等领域中的角度测量。针对双层时栅角位移传感器测量过程中时变磁场分布不对称问题，提出了一种磁场补偿驱动方案，该方案通过对双层平面线圈分层分幅值激励来提高时变磁场的对称性。首先建立了传感器时变磁场参数化数学模型，根据磁场补偿思路确定了两层激励信号幅值比与传感器结构参数的关系；然后构建了仿真模型，并搭建了传感器实验系统；最后，进行了原有驱动方案与磁场补偿式驱动方案的对比仿真与实验分析。仿真数据表明，磁场补偿驱动方案优化了磁场分布，有效地减小了传感器节距内互补位置的感应电动势幅值差，双层时栅角位移传感器节距内测量误差减小了37.4%；实验数据表明，磁场补偿驱动方案使节距内测量误差降低至（-20.8″，12.6″）。仿真与实验数据的对比验证了磁场补偿驱动方案的有效性。

2PPaPaR并联机构性能分析及优化设计

蒲志新, 郭建伟, 潘玉奇, 白杨溪

2023, 34(19): 2304-2312. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.004

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提出了一种新型的四自由度3T1R并联机构——2PPaPaR并联机构，该机构具有结构简单、构型对称、工作空间大、定位精度高、灵巧度好等特点，可广泛应用于分拣、搬运以及包装等操作中。基于螺旋理论验证了该机构自由度的数目和种类，通过对其构型进行分析，基于闭环矢量法求得运动学正逆解模型，并利用正逆解算例进行了验证，以运动学逆解作为约束条件，基于数值法计算出该并联机构的工作空间。对机构的输入和输出速度特性进行分析，建立了机构雅可比矩阵，并基于此分析了该机构的奇异位形，给出了几种典型的奇异构型。以可达工作空间、定位精度和可操作度三种性能评价指标为目标函数，采用粒子群算法对机构几何尺寸参数进行优化设计，对比发现，优化后机构的运动性能有了明显的提高，从而为后续样机搭建提供了参考。

动力稳定作业参数对道床稳定性的影响

赵泽民, 王立华, 黄洪燚, 陈太茂, 蒋维

2023, 34(19): 2313-2319，2369. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.005

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为提高道床稳定性，采用离散元有限元耦合方法建立了动力稳定装置道床耦合模型。采用正交试验法，以动力稳定作业参数为研究对象，道床密实度和下沉量为评价指标，对作业参数进行了显著性与灵敏度分析。搭建了动力稳定装置试验台，验证了仿真模型的合理性。仿真和试验结果显示：动力稳定作业参数对道床稳定性的显著性影响关系为激振力幅值＞激振频率＞垂向下压力；动力稳定装置最优作业参数为激振频率35 Hz、激振力幅值197 kN。

飞机钛合金蒙皮战伤便携气动铣切试验研究

高昆, 任延岫, 朱悦, 齐乐华, 罗俊

2023, 34(19): 2320-2326. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.006

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针对战伤飞机钛合金蒙皮破孔损伤难以被高效切割的问题，提出了气动铣切结合复合油雾喷射（CMJ）润滑的原位切割修理新工艺，采用开发的飞机蒙皮便携气动切削试验平台开展了薄壁钛合金蒙皮气动铣切试验。试验结果表明，铣切厚度为1.5 mm的钛合金蒙皮时，采用逆铣方式、10 mm铣刀、铣削宽度ae为1～3 mm时，可使气动马达工作在最佳功率段内；采用CMJ润滑，每次切削后，保持原有铣削宽度再切削1～2次，可提高刀具寿命和切口形状精度。采用该便携气动铣切与润滑装置及优化工艺参数在某机体上成功实现了破孔损伤部位的修复用圆孔切割，为飞机钛合金损伤修理提供了简单、实用的技术方法。

碳纤维复合材料制孔结构超声无损检测及评价

杨亮, 蔡桂喜, 刘芳, 李建奎

2023, 34(19): 2327-2332. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.007

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为实现碳纤维复合材料制孔结构的无损检测与评价，基于超声波脉冲反射法原理，研制了便携式超声螺旋C扫描检测仪器，建立了制孔结构质量评价的数学模型。通过对人工试样和在役孔进行超声波检测试验，基于静矩原理确定了不规则超声C扫描图像形心，提取了图像中过形心的最长轴线，计算了最长轴线与孔的公称直径比值（RLN）以评价制孔质量。结果表明，该检测方法可大幅提高检测速度;分层缺陷测量值与实际值相当;检测结果与在役孔的实际形貌具有一致性;RLN因子可准确评价多种形式的分层缺陷。

考虑冷却能耗的干切机床效率分析及评价模型

王倩玥, 曹华军, 林江海, 赖科旭, 李本杰, 葛威威

2023, 34(19): 2333-2342. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.008

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为研究机床用于维持热平衡的冷却能耗，更准确地揭示机床能效提升潜力，对干切机床及其冷却系统进行了分析，提出了机床效率评价指标，建立了综合考虑材料去除能耗和冷却能耗的效率评价模型，并以高速干切滚齿加工为例，验证了该模型的可行性与可靠性。研究结果表明，高速干切滚齿机床冷却设备的效率均在30%以下，且损失率高；为提高机床能效，需降低空气过滤器和空气压缩站的损失，提高空气压缩站和液压站的效率。该研究可为干切机床精密绿色运行的评价与节能优化提供理论支持。

面向刮底安全的电池包防护结构轻量化设计

王超, 成艾国, 张承霖, 于万元, 何智成

2023, 34(19): 2343-2352. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.009

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为保护刮底工况中的电池包，提出了一种铝合金防护结构的截面-布置设计方法。建立了整车刮底仿真模型，并定义了电池包模组侵入量目标，通过对防撞梁进行三点静压试验和仿真分析验证了材料模型的准确性；对铝合金防护梁的截面进行拓扑优化，确定了防护结构的最优截面形状为“人”字形结构；对比分析了不同截面形状、安装位置和布置参数对刮底性能的影响，并研究了刮底防护的机理；最后，构建了混合近似模型，采用多目标海洋捕食者算法对结构进行截面-布置优化。研究结果表明，优化后的两种铝合金防护结构方案与原钢制结构方案相比，分别减重59.6%和46.8%，且电池模组侵入量满足要求。

不同弯曲方法对辊弯成形回弹的影响研究

韩飞, 孙玮隆, 张若青

2023, 34(19): 2353-2361. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.010

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为研究辊弯成形过程中不同弯曲方法对回弹的影响，采用试验与有限元仿真相结合的方法分析了不同弯曲方法、圆角半径、板材厚度对回弹的影响；对不同弯曲方法下辊弯成形过程中的应力应变分布情况进行分析，揭示了不同弯曲方法下辊弯成形的回弹机理。研究结果表明：根据不同弯曲方法（定半径法及定长度法）的工艺原理，各道次圆角半径与弯曲段弧长的设计差异是影响两者应力-应变分布以及回弹量不同的主要因素；定半径法回弹量随道次数的增加而增大，增幅也随之增大；定长度法回弹量随道次数的增加变化不明显，且幅值大于定半径法的幅值；在两种弯曲方法下，回弹量均出现随圆角半径增大而增大、板材厚度增大而减小的趋势。

基于不等分剪切模型的ZM5镁合金本构参数的逆向辨识

王伏林, 肖强, 来书宁, 唐能艺

2023, 34(19): 2362-2369. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.011

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为了解决ZM5镁合金动态力学性能参数缺失的问题，提出基于不等分剪切模型的ZM5镁合金J-C本构参数逆向识别方法。根据金属切削理论建立主剪切区的应力、应变、应变率及温度分布模型，将正交切削试验和准静态拉伸试验相结合，采用混合粒子群算法确定ZM5镁合金的J-C本构参数，并应用于仿真。将所获得的仿真值与试验结果进行对比，所求得的J-C模型参数用于仿真能较好地反映实际切削试验中的切削力和切削温度，从而证明了所提出的逆向辨识方法的可行性。

永磁轨道参数优化和悬浮力特性研究

张明亮, 杨大伟, 李明远, 杨新梦, 刘丽茹, 张连朋

2023, 34(19): 2370-2380. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.012

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面向高温超导钉扎磁悬浮列车，提出了一种利用田口正交方法优化永磁轨道参数的方法，通过有限元法研究了Halbach型双峰永磁轨道的尺寸对磁场的影响，以综合磁场性能最佳为目标对影响因素进行了优化。基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导体的方法（简称等效处理方法），并通过实验数据验证了该方法的正确性。研究结果表明，永磁轨道截面高度对平均磁感应强度和单位质量平均磁感应强度的影响远超截面宽度对它们的影响，纯铁厚度为非显著影响因素；基于等效处理方法得到的悬浮力随悬浮间隙的减小而增大；优化永磁轨道提供的悬浮力为实验永磁轨道提供悬浮力的1.5倍，悬浮刚度随高温超导体行数的增大迅速增大。

精确预测近平面应变载荷下各向异性行为的屈服准则参数识别策略

都凯, 任彦强, 侯勇, 李小强, 陈帅峰, 孙亮, 左晓姣, 袁晓光

2023, 34(19): 2381-2393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.013

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随着现代汽车工业对冲压零部件成形精度要求的不断提高，描述商用汽车板材变形行为的模型的精度也必须相应提高。在此背景下，结合当前工业级实验室检测能力，提出一种基于单轴拉伸、等双轴拉伸和近平面应变数据标定先进各向异性屈服准则的参数识别策略。将新提出的校准方法应用于BBC2008屈服准则并与其他几种屈服准则（包括工业界广泛使用的Hill48和Barlat89，以及与BBC2008灵活性相当的Yld2004-18p、Yld2011-27p、Yoshida2013和Poly4*Hosford）进行比较。通过定量评估MP980和SPCE钢以及5182-O和A6XXX-T4铝合金的法平面屈服轨迹、对角线平面剪切屈服轨迹、等双轴和单轴拉伸屈服应力与塑性应变比的预测误差，验证了新参数识别策略的有效性和适用性。结果表明，新方法能够全面提升塑性各向异性方面的描述能力，尤其是对于对角线平面剪切屈服轨迹。不同屈服准则对商用汽车板材各向异性行为的描述能力表现出非常大的差异性。特别地，在使用相同力学性能数据校准屈服准则的前提下，释放指数的潜在调节能力比增加材料参数的数量更加重要。

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2023, 34(19): 2394.

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