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中国机械工程

中国机械工程

2026年10期

《中国机械工程》由中国科协主管、中国机械工程学会主办，是中国机械工程学会会刊，是中国机械工程领域的权威期刊。曾入选国家期刊方阵“双高”期刊，获三届国家期刊奖、三届全国百强科技期刊。

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绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于功能-结构-材料-工艺模型的产品全生命周期设计冲突量化与消解

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于功能-结构-材料-工艺模型的产品全生命周期设计冲突量化与消解

摘要: 在全生命周期设计中, 高维度、多目标的设计冲突难以有效量化与消解, 为此, 提出了一种基于功能-结构-材料-工艺(FSMP)多层级模型的全生命周期设计冲突量化与消解方法。首先构建FSMP信息模型, 实现跨生命周期设计信息的集成表达; 然后将设计冲突分解为目标冲突和决策冲突, 目标冲突采用层次分析法和模糊综合评价进行量化, 决策冲突基于元素-参数-量值模型与相似性度量进行求解; 最后提出融
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 碳纤维复合材料构件服役性能评估与低碳循环利用技术展望

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 碳纤维复合材料构件服役性能评估与低碳循环利用技术展望

摘要: 系统综述了近年来碳纤维复合材料(CFRP)构件失效检测/监测、性能评估、再资源化及再制造技术的研究进展。遵循“损伤感知-性能评估-循环利用”的技术逻辑, 聚焦CFRP构件再资源化过程中的三个关键问题: 劣化缺陷识别、服役性能评估及低碳循环利用。通过系统分析损伤缺陷检测方法、性能量化评估模型及高值回收/再制造工艺等方面的主要研究进展与技术瓶颈, 综合阐述了上述技术在飞行器、新能源汽车、压力
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 面向再制造的工业清洗现状与发展趋势

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 面向再制造的工业清洗现状与发展趋势

摘要: 清洗是机械制造全生命周期的关键工序, 直接决定零部件服役性能与再制造质量, 当前我国机械再制造领域面临混合污垢去除困难、绿色清洗技术自主创新不足、高端装备对外依存度高等核心瓶颈问题。从污染物特性与清洗技术两个核心维度, 系统剖析了工业污染物的分类、理化特征、形成与去除机理, 对比分析了化学、物理、微生物等主流清洗技术的应用特点与技术短板, 梳理了我国工业清洗设备的发展现状与行业挑战。明确
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于精英型遗传策略和空隙动态填充机制的矩形件优化排样方法

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于精英型遗传策略和空隙动态填充机制的矩形件优化排样方法

摘要:针对多品种、不同规模的矩形件排样问题,提出了一种精英型遗传策略和空隙动态填充机制相融合的矩形件优化排样方法。根据矩形件容差ε和长宽比α两个性能参数制定矩形件排样优先级的分类规则,并采用十进制整数序列编码矩形件信息,按矩形件排样优先级生成一种精英型初始种群,通过精英型遗传策略实现算法朝着更优解的方向加速收敛。以排样过程中最低水平线为基准,结合矩形件分类规则,计算当前待排矩形件与每个空隙间的匹
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 石材大板低碳切割系统建模及张力特性分析

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 石材大板低碳切割系统建模及张力特性分析

摘要:在石材大板多线切割技术中,线网张力剧烈波动易引发加工质量不稳和断线故障,进而造成材料浪费与附加能耗。针对该问题,建立了包含储线室与切割室的完整耦合动力学模型,实现了对单根切割线张力的精细化建模及线网整体张力状态的构建,并通过 MATLAB/Simulink 仿真与实验进行了验证。研究结果表明:走线速度和主辊半径增大会提高切割室张力水平,在设定工况下二者引起的平均张力增幅分别为10.8%和9
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 单颗金刚石磨粒微纳刻划CFRP界面行为研究

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 单颗金刚石磨粒微纳刻划CFRP界面行为研究

摘要:采用单颗金刚石磨粒对单向碳纤维增强复合材料(CFRP)进行微纳刻划试验,以揭示CFRP材料去除机理及界面力学行为,系统研究了刻划方向与速度对摩擦特性及损伤演化的影响。研究结果表明,CFRP表现出显著各向异性,法向摩擦因数约为轴向的3倍,刻划深度与裂纹宽度均遵循法向、轴向、径向依次递增的规律,径向刻划深度约为法向的1.6倍;材料去除以脆性断裂为主,未出现明显脆塑转变。基于能量分析建立了考虑纤
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 面向低碳的激光熔覆过程工艺参数多目标优化

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 面向低碳的激光熔覆过程工艺参数多目标优化

摘要:针对激光熔覆过程中工艺系统能量转化效率低、加工周期长与物耗大等问题,提出一种面向低碳的激光熔覆过程工艺参数多目标优化方法。深入分析了激光熔覆工艺过程碳排放特性,以激光功率、送粉速度及扫描速度作为关键工艺参数,构建以碳排放、粉末利用率及质量(宽高比)为目标的激光熔覆工艺参数多目标优化模型。提出了一种改进的广义差分进化三代算法(GDE3),引入混沌记忆权重因子增强种群多样性,可有效解决算法过早
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 纳米流体静电雾化和同轴静电雾化润滑的加工性能对比分析与综合评价

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 纳米流体静电雾化和同轴静电雾化润滑的加工性能对比分析与综合评价

摘要:研究了水基和油基纳米流体静电雾化润滑及不同外/内流量比的纳米流体同轴静电雾化润滑的荷电与雾化特性及润湿性能,对比分析了这些条件下的铝合金铣削性能,并结合熵权-逼近理想解排序法对铣削性能进行了综合评价。结果表明,纳米流体同轴静电雾化润滑的铣削性能均优于纳米流体静电雾化润滑,其中外/内流量比为2:1的纳米流体同轴静电雾化润滑表现出最佳的铣削性能。这归因于其优异的荷电性能与雾化效果、良好的润湿性
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 考虑比能耗、能量利用率和高宽比的激光定向能量沉积工艺参数优化及性能分析

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 考虑比能耗、能量利用率和高宽比的激光定向能量沉积工艺参数优化及性能分析

摘要:针对激光定向能量沉积制备TC4钛合金,以激光功率、扫描速度和粉末进给速度为主要工艺参数,采用 L16(43)L_{16}(4^{3}) 正交试验设计,系统研究了各工艺参数对能量利用率、比能耗及沉积层高宽比的影响规律。通过极差分析与方差分析,明确了各参数对能效与形貌指标的影响显著性,并确定了优化的工艺参数组合(激光功率800W,扫描速度600mm/min,粉末进给速度6g/min)。试验验证
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 6061铝合金厚层搅拌摩擦增材工具凸台的影响

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 6061铝合金厚层搅拌摩擦增材工具凸台的影响

摘要:为提高搅拌摩擦增材制造效率,开发了一种高沉积层厚工艺,探究了工具凸台对沉积层内材料流动、组织演变与力学性能的影响。研究结果表明,沉积层稳定温度和均匀表面确保了高质量成形;工具凸台导致沉积层内形成凸台作用区与非作用区,凸台作用区材料呈碗口状涡旋流动,非作用区表现为稳定层流;沉积层晶粒相比原料均显著细化,凸台作用区因高应变率与短时高温,抑制晶粒再结晶过程,而非作用区在适中条件下实现了充分的动态
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于产品能谱模型的制造过程能耗基准建模与浪费识别方法

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于产品能谱模型的制造过程能耗基准建模与浪费识别方法

摘要:针对当前制造过程能耗管理中海量能耗数据难以转化为节能价值以及系统性能源浪费难以识别的问题,提出了基于产品能谱(PEP)模型的能源浪费识别与量化方法。该方法首先将分析单元从生产设备转向产品价值创造过程,构建描述单位产品各工序能耗构成的PEP模型;然后通过对历史生产大数据的统计学习,生成代表企业最优实践的数据驱动型能耗基准;最后将实际生产能耗与该基准进行对标,实现工序级能源浪费的精准量化与诊断
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 考虑储能工况的退役动力电池退化建模与剩余寿命预测

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 考虑储能工况的退役动力电池退化建模与剩余寿命预测

摘要:提出了一种融合鲸鱼优化算法(WOA)、卷积神经网络(CNN)、门控循环单元(GRU)和自注意力机制(SA)的深度学习模型,用于精准预测退役电池的剩余使用寿命。该模型充分发挥了CNN的特征提取能力、GRU的时序建模优势以及自注意力机制的长程依赖捕捉能力,并通过WOA实现超参数的全局最优配置。基于CALCE公开数据集的对比实验结果表明,所提WOA-CNN-GRU-SA模型在测试集上取得均方根误
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 考虑锂电池老化与热效应的电动汽车SAC能量管理策略

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 考虑锂电池老化与热效应的电动汽车SAC能量管理策略

摘要:针对电动汽车混合动力储能系统在复杂动态工况下的多目标协调带来的实时决策与鲁棒性挑战,提出了一种基于软动作-评价(SAC)的能量管理策略。该策略融合专家先验约束以抑制非理性探索,加速在高维连续动作空间中的学习并增强稳定性。显式引入锂离子电池的热效应与老化模型,在充放电与功率分配上实现多目标协同优化,兼顾系统效率与电池寿命。在混合工况的10℃、25℃、40℃条件下,所提策略的能量损失性能分别达
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于双注意力网络深度强化学习的柔性作业车间节能调度方法

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 基于双注意力网络深度强化学习的柔性作业车间节能调度方法

摘要: 针对柔性作业车间节能调度研究中工序-机器复杂关系建模不足, 算法效率与解质量难以兼顾, 冗余信息干扰决策等问题, 以最小化最大完工时间与机器总能耗为优化目标, 提出一种基于双注意力网络深度强化学习的调度优化方法。首先, 构建双目标调度问题数学模型并转化为马尔可夫决策过程; 设计包含工序消息Agent与机器消息Agent的双注意力网络, 用于分别建模工序优先级约束和机器竞争关系与加工资格,
绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 张力架线电动张力机能量回收系统及其控制策略

绿色集成设计与低碳制造研究专题(续 | 张力架线电动张力机能量回收系统及其控制策略

摘要: 在分析张力机高占比、长周期张力工况的基础上, 提出了一种基于电阻耗能的能量回收系统。该系统通过整合张力系统、动力电池与耗能系统形成能量闭环, 实时监测整机参数, 并依据自适应控制算法调节耗能电流, 实现系统能量的动态平衡。试验研究表明, 该系统可调控回收电流, 持续耗散富余能量, 有效规避电池过流、过充及电气元件过压等风险, 确保系统安全稳定运行。该能量回收系统适配高占比、长周期能量回收
机械基础工程 | 热带海洋环境下风电设备传动系统失效机理研究现状与展望

机械基础工程 | 热带海洋环境下风电设备传动系统失效机理研究现状与展望

摘要: 热带海洋风电是全球可再生能源战略核心领域, 其高盐雾、高湿度、高温、强台风及强紫外的极端环境, 使风电设备传动系统失效概率较陆上增加 35% 以上, 核心部件寿命缩短近 50%, 成为制约工程化规模化落地的关键瓶颈。基于国内外文献、行业权威报告及热带风电场的实测故障数据, 系统综述了热带海洋环境下风电设备传动系统失效机理研究进展。综述阐明的理论创新点包括: 明确场域划分规范, 固定式风电
机械基础工程 | 数控机床直线进给系统精度设计与装配误差控制方法研究进展

机械基础工程 | 数控机床直线进给系统精度设计与装配误差控制方法研究进展

摘要:从误差传递机理研究、精度设计、装配误差控制等方面梳理了机床直线进给系统精度设计与装配误差控制方法技术体系。对机床直线进给系统装配误差与运动误差的建模方法进行归纳,并围绕误差权重分析、精度优化及仿真验证等方面梳理了直线进给系统的精度设计流程。梳理了直线进给系统装配流程,通过误差溯源将装配误差反馈到精度设计环节,优化设计参数并指导再次装配,从而控制机床直线进给系统装配误差。在现有研究基础上,
机械基础工程 | 面向切削冷却的高压CO_{2}射流马赫盘结构优化调控

机械基础工程 | 面向切削冷却的高压CO_{2}射流马赫盘结构优化调控

摘要：通过计算流体动力学和实验研究系统分析了高压 CO2CO_{2} 冷却射流的马赫盘结构特性并构建了马赫盘结构与质量流量、喷嘴直径和压力的关系式。基于SST k−ωk-＼omega 湍流模型和欧拉两相流方法，建立含 CO2CO_{2} 凝结相的数值模型，并通过实验验证了模型的可靠性。研究结果表明：马赫盘位置和直径的仿真平均误差分别为5.34%和4.92%;针对常用马赫盘结构经验公式，比例系数 C
机械基础工程 | 多工况下风电齿轮箱行星轮滑动轴承耦合系统啮合与润滑分层优化

机械基础工程 | 多工况下风电齿轮箱行星轮滑动轴承耦合系统啮合与润滑分层优化

摘要:风电齿轮箱复杂低速重载工况、构件复杂变形及斜齿轮动态啮合弯矩的综合作用易引发滑动轴承边缘接触与齿轮啮合偏载,影响系统可靠性。以某型6MW级风电滑动轴承齿轮箱为研究对象,考虑行星轮滑动轴承弹流润滑与关键构件变形,建立风电滑动轴承齿轮箱摩擦动力学耦合模型;采用代理模型方法重构多工况-齿轮修形参数-系统响应映射关系,求解最优齿轮修形参数;将优化结果代入动力学耦合模型,重构多工况-滑动轴承参数-系
机械基础工程 | 物理内嵌高斯过程模型及其在智能汽车路径跟踪控制器参数整定中的应用

机械基础工程 | 物理内嵌高斯过程模型及其在智能汽车路径跟踪控制器参数整定中的应用

摘要:高精度动力学模型是基于模型的强化学习框架实现智能汽车路径跟踪控制器参数自动整定的关键基础。针对物理模型因简化假设导致精度不足、数据驱动模型泛化性差的问题,提出一种物理内嵌高斯过程(PEGP)模型,将物理模型的预测状态嵌入高斯过程的特征空间,引导高斯过程学习物理模型的建模误差,实现物理信息与数据驱动的融合。实车试验结果表明,PEGP模型的预测精度和泛化性能优于物理模型与纯数据驱动模型等基准模
机械基础工程 | 基于工艺特征结构优化的薄壁腔体构件数控加工刚度增强方法

机械基础工程 | 基于工艺特征结构优化的薄壁腔体构件数控加工刚度增强方法

摘要:在航空薄壁腔体类构件数控铣削加工过程中,由于材料去除量大,导致型腔腹板等部位加工时刚性不足,极易产生颤振和加工精度下降等问题,同时,一些悬空腹板等加工部位也难以采用辅助支承和外部抑振装置。提出了一种基于工艺特征结构优化的薄壁腔体构件数控加工刚度增强策略。对薄壁腔体构件薄弱区域进行了动态特性分析,基于振动响应幅值设计出工艺特征结构;基于响应曲面法进行了工艺特征结构优化设计,通过有限元和模态试
机械基础工程 | 海上作业直升机液压助降装置捕获快速性分析

机械基础工程 | 海上作业直升机液压助降装置捕获快速性分析

摘要:为提高海上作业直升机液压助降装置的捕获快速性,设计了一种基于并联液压缸与链传动系统的液压驱动系统,并对其捕获性能开展研究。在分析液压助降装置捕获原理基础上,建立捕获过程动力学模型,据此探究蓄能器捕获压力、粗液压缸阻尼力、传动链张紧力、摩擦力以及液压油温度对捕获速度的影响机制,建立各影响分项的数学表征,揭示作用机理,并提出影响权重评价方法。对比试验结果表明,在常温工况下,粗液压缸阻尼力对捕获
机械基础工程 | α/β-SiAlON陶瓷刀具高速铣削GH4169性能与表面完整性

机械基础工程 | α/β-SiAlON陶瓷刀具高速铣削GH4169性能与表面完整性

摘要:利用微波烧结技术制备了可转位带槽形α/β-SiAlON陶瓷刀具,系统研究了微波烧结的复杂刃形SiAlON陶瓷刀具高速干切削镍基高温合金GH4169的切削性能、失效机理和加工表面完整性。研究结果表明:微波烧结的复杂刃形α/β-SiAlON陶瓷刀具寿命随铣削速度先增长后缩短,铣削深度对刀具寿命影响不明显,可转位复杂刃形α/β-SiAlON陶瓷刀具更适合高速大切深的粗加工,最优切削参数为铣削速度
机械基础工程 | 基于危险振型齿根环线位移特征的齿轮避振优化方法

机械基础工程 | 基于危险振型齿根环线位移特征的齿轮避振优化方法

摘要: 针对某航空发动机锥齿轮运行时频发的节径共振失效问题, 提取模态分析后齿根环线节点的柱坐标位移, 将含 k(k⩾2)k(k \geqslant 2) 节径振型图像在环向具有的明显周期特征量化为齿根环线节点在柱坐标各方向位移波形图中相等的 k 个周期数, 并将纯节径振型与耦合节径振型间的差异转化为模态阶次的先后差异, 实现节径振型与耦合节径振型的区分, 完成齿轮危险节径振型的判别; 通过
机械基础工程 | 叶片不等距分布对泵作透平影响的数值计算

机械基础工程 | 叶片不等距分布对泵作透平影响的数值计算

摘要:在传统轴对称等距叶片基础上设计了两种非轴对称不等距叶片,建立了包含前后腔、口环间隙、平衡孔等在内的全三维计算域,对其进行了结构化网格划分;基于计算流体动力学方法对其进行了内部非定常流动的数值计算;通过性能实验验证了数值计算方法的可靠性。研究发现,非轴对称不等距叶片分布能适当地提高泵作透平的能量回收效率。在中小流量工况下,不等距叶片分布会导致叶轮所受轴向力增大,而在大流量工况下,不等距叶片分
增材制造 | 外加能场辅助无掩模定域性电沉积三维金属微结构的研究进展

增材制造 | 外加能场辅助无掩模定域性电沉积三维金属微结构的研究进展

摘要: 在无掩模定域性电沉积(LECD)过程中引入激光、射流、超声波、磁场等能场, 可以克服传统单一电沉积电场加工技术的局限性, 满足某些特定性能需求。介绍了激光、流场、超声场、磁场等能场辅助无掩模LECD技术的作用原理、特点、代表性研究成果及其研究进展。业内学者的研究结果表明, 在无掩模LECD金属三维微结构过程中, 通过严格控制外加能场的强度、作用方向和时间等, 合理利用外加能场与电沉积电场
增材制造 | 大型水轮机转轮电弧增材再制造热力耦合数值模拟及残余应力分析

增材制造 | 大型水轮机转轮电弧增材再制造热力耦合数值模拟及残余应力分析

摘要:构建了大型水轮机转轮体电弧增材再制造热力耦合有限元模型,解析了温度场、应力场及最终残余应力的变化规律。结果表明:对于转轮体局部失效区电弧增材再制造,修复区及热影响区最终呈整体拉应力状态,纵横向越过修复区的基体区域呈低水平压应力状态。增材充型时,近熔池基体区域因受热膨胀作用呈压应力状态,伴随热源移出,熔池及近熔池基体区域发生冷缩,转变成拉应力状态,而远熔池基体区域因升温小,呈低水平压应力状
工程前沿 | 镍基单晶涡轮叶片热应力分布与局部塑性行为多尺度模拟分析

工程前沿 | 镍基单晶涡轮叶片热应力分布与局部塑性行为多尺度模拟分析

摘要:通过流-热-结构顺序耦合仿真流程,结合晶体塑性有限元方法(CPFEM),探究热障涂层(TBC)与单晶次级取向对航空发动机叶片热-机械行为及微观塑性滑移的具体影响。结果表明:TBC可显著降低叶片温度,使热点冷却效率提高约30%,但在强对流区隔热效果减弱并伴随热应力重分布加剧局部应力集中;结构干涉会诱发主导滑移系(DSS)转变,尤其在气膜孔区域表现为滑移系竞争行为增强;TBC可使孔周区域滑移混
工程前沿 | 基于双缸联动的液压挖掘机复合挖掘力分析及优化

工程前沿 | 基于双缸联动的液压挖掘机复合挖掘力分析及优化

摘要:针对液压挖掘机中传统基于单油缸驱动的静态力学模型导致理论值显著低于实际工况值引发“挖不动”的技术瓶颈问题,提出了基于双缸联动机制的整机理论复合挖掘力动态分析方法。通过建立多油缸协同作用下的复合力学模型,系统分析了挖掘过程中的运动学约束、机构奇异位形等关键限制因素,创新性地引入姿态空间奇异阈值判别准则,构建了覆盖全工作空间的复合挖掘力解析模型。通过对三款典型机型的理论计算与实机测试来进行交叉
工程前沿 | 基于电磁锁紧原理的蛟龙号钻头更换装置设计

工程前沿 | 基于电磁锁紧原理的蛟龙号钻头更换装置设计

摘要:为解决潜水器每次下潜仅能单根取芯、钻头更换困难、传统换头机构不适配等问题,提出基于电磁原理和力平衡理论的钻头更换装置设计方法,创新设计电磁锁紧钻头更换机构,通过虚拟样机快速完成机械构型,经ANSYS仿真优化制动销轴等关键件,缩短研制周期。按7000 m级工作目标完成工程样机研制与深海压力试验,2025年3月参航蛟龙号专项设备海试航次,在南海2000 m级深海完成海试验证,实测电磁锁紧力15

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