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机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
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    310S不锈钢焊接接头高温力学性能及组织演变

    姜云禄陈静阚盈吴昌忠...
    250-258页
    查看更多>>摘要：耐热不锈钢是高放废液固化容器的理想材料,而焊接接头的高温性能和组织演化对固化容器的尺寸稳定性和服役安全具有重要影响.基于等离子弧焊接技术制备310S奥氏体不锈钢焊接接头,研究不同温度(室温～1100 ℃)对焊接接头拉伸性能的影响和分别在600 ℃和1 100 ℃条件下焊接接头的蠕变性能.借助光学显微镜、扫描电镜、背散射电镜、透射电镜和拉伸试验机,对金相组织、断口形貌、相组成及元素分布和拉伸性能进行分析.结果表明:敏化温度附近材料的伸长率最低,拉伸断口出现较大空洞,随着温度升高至1100 ℃,断口表面出现氧化.焊接接头具有优异的抗高温蠕变性能,600 ℃蠕变试验后在母材区形成孪晶组织,1100 ℃蠕变后焊缝区铁素体消失,晶粒尺寸出现长大.高温和应力作用促进晶界处析出M23C6相,削弱晶界强度,裂纹在晶界处形核、长大和扩展,最终造成焊接接头出现沿晶断裂.研究成果为高放废液固化容器的服役安全提供参考,同时丰富了高放废液后处理的基础数据.

    310S不锈钢焊接接头高温力学性能组织演变蠕变

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    聚合物挤出成型过程狭缝组合流道出口流动平衡系数解析解

    张广冬黄翔
    259-267页
    查看更多>>摘要：对于薄壁类塑料异型材挤出制品,其挤出模具成型段流道为狭缝组合流道.在挤出成型过程中,模具出口处的流动平衡状态直接影响着挤出制品的成型质量.狭缝组合流道出口处流动平衡系数通常依赖于数值模拟求解,技术门槛高,求解难度大,应用范围受限.针对上述问题,提出狭缝组合流道出口流动平衡系数的解析模型.首先,对流动平衡系数理论公式进行完全平方公式展开,得到流动平衡系数的速度相关项和无关项.然后,假定幂律流体在狭缝流道中充分发展流动,通过理论推导,得到狭缝流道出口处流动平衡系数的解析式.接着,基于狭缝组合流道的区域划分,根据不同狭缝流道子区域的速度比公式,建立狭缝组合流道出口流动平衡系数的理论模型.最后,针对典型的狭缝组合流道,采用数值模拟方法对流动平衡系数的解析值进行验证.结果表明,在各个子区域的宽高比大于10时,流动平衡系数的解析解和数值解的误差小于5％,满足实际应用需要.

    挤出模具流动平衡狭缝组合流道解析解数值解

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    零应力温度和模型简化对CCGA器件寿命评估的影响

    冯明祥蒋庆磊王旭艳
    268-276页
    查看更多>>摘要：在有限元方法评估陶瓷柱栅阵列封装(Ceramic column grid array,CCGA)器件温度循环疲劳寿命的问题上,国内外相关研究对零应力温度取值存在不同意见,也存在较多不同的模型简化方法.针对上述问题,选取一种CCGA封装器件,使用有限元分析方法和Darveaux模型计算在不同零应力温度取值和不同的模型简化方法下的温度循环疲劳寿命.结果表明零应力温度取室温和温度循环试验的最高温度疲劳寿命计算差异小于0.1％,零应力温度取焊料凝固温度会轻微低估焊柱的温度循环疲劳寿命.缺省镀层铜箔、缺省部分印制电路板、片状模型和子模型简化方法均能得到相近的疲劳寿命计算结果,其中的片状模型简化方法在减少计算量上表现最突出,片状模型简化方法相比于初始模型可减少模型网格单元数量95％以上,且疲劳寿命计算结果偏差小于10％.

    CCGA封装有限元仿真疲劳寿命零应力温度模型简化

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    长时高温时效对T23钢水冷壁焊缝微观组织影响

    尹少华张振华孙志强罗震...
    277-286页
    查看更多>>摘要：对 T23 水冷壁管接头焊缝进行530 ℃×100h、530 ℃×500h、530 ℃×1 000h、600 ℃×100h、600 ℃×500h、600 ℃×1000h共6组参数的高温时效试验.对接头焊缝区进行系统研究发现:首先,焊缝区产生再热裂纹主要是由于M23C6型析出物在晶界析出、长大导致晶界形成软化区,同时与M23C6伴生的孔洞进一步减弱了晶间结合力,在应力松弛过程中应变主要集中在晶界;其次,未热处理的焊接接头运行后,焊缝区短期内出现二次硬化,晶内强度与晶界强度差增大,再热裂纹敏感性曾高,导致T23水冷壁接头短期内发生泄漏;第三,焊后热处理使不稳定的焊缝区组织发生预先转变,碳化物大量析出,基体发生回复与再结晶,降低了晶内强度,同时晶界附近合金元素贫化消除,晶内和晶界强度的差异减小,塑性变形能力明显提升,再热裂纹敏感性降低.

    高温时效T23钢水冷壁焊缝区再热裂纹

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    后端设置扰流板对圆柱流场与气动噪声影响

    朱剑月袁咏祎陈羽徐俊起...
    287-300页
    查看更多>>摘要：采用延迟分离涡模型进行数值模拟,基于涡声理论和声类比方法,计算分析雷诺数Re=6×10 4下后端设置不同长度扰流板(不大于圆柱直径)的圆柱杆件周围流场与气动噪声特性,并与具有相同特征长度的普通圆柱杆件工况进行对比.圆柱杆件远场气动噪声计算值与声学风洞测试结果的频谱曲线吻合良好,验证数值模拟的准确性.结果表明,圆柱后端加设扰流板后,流动分离形成的涡脱落发展被限制在扰流板两侧,使得类圆柱杆件尾迹内分离剪切层长度增加,涡运动耗散增强,近壁面涡旋波动强度和尾迹内规则涡脱落强度减弱,降低几何体周围近场四极子气动噪声源强度,同时减小类圆柱杆件气动力脉动和阻力平均值,降低涡脱落诱发气动噪声的谐频峰值,有效降低远场偶极子噪声的声压级幅值,取得较好的气动噪声降噪效果.

    圆柱扰流板气动噪声流场特性噪声控制

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    基于多熵融合的动力电池故障诊断与应用研究

    洪吉超张昕阳徐晓明李仁政...
    301-312页
    查看更多>>摘要：高效、稳定、可靠的动力电池故障诊断对于保证新能源汽车的安全运行至关重要.首先基于所筛选熵的本征分析,将其分为时序性熵与多尺度熵,并选取五种典型熵开展动力电池故障诊断效果验证,结果表明时序熵计算速度快、计算量低,适合进行实时故障诊断,而多尺度熵对于波动性异常的诊断能力更加突出.然后分别选取两种熵进一步探索关键计算因子和故障诊断效果之间的耦合关系,结果表明修正香农熵诊断效果与计算窗口之间呈近似对数函数演变规律,修正多尺度熵诊断效果与尺度因子之间近似正态分布关系.最后,提出面向实际工程应用的多熵融合故障诊断策略,并从在线状态识别、实时故障诊断与全面故障排查等方面给出具体应用思路.以上研究结果可以显著提升动力电池故障诊断效率和诊断覆盖面,实现高效率的动力电池在线状态监控和故障全面排查,对后续开发高安全性动力电池管理系统和健康监管系统具有重要的理论指导意义和广阔应用前景.

    新能源汽车动力电池故障诊断本征分析多熵融合

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    基于BP神经网络和遗传算法的简单链型悬挂接触网结构优化

    卢琪苏凯新张继旺闫涛...
    313-320页
    查看更多>>摘要：受电弓和接触网之间的接触力标准差是评价弓网受流质量的重要指标.为了优化弓网受流质量,建立经EN 50318标准和已有文献仿真结果验证的弓网耦合仿真模型.采用中心复合设计方法设计输入-吊弦间距和接触线预弛度参数试验表,然后根据该试验表调整弓网耦合仿真模型,并进行仿真,提取输出-接触力标准差.采用BP神经网络(Back propagation neural network,BPNN)建立输入和输出之间的关系模型,模型预测精度达95.50％.然后,采用遗传算法(Genetic algorithm,GA)搜寻该BP神经网络模型的最小接触力标准差及所对应的最优输入参数组合.优化结果表明,BPNN-GA优化方法能显著降低弓网接触力标准差,从而提高弓网受流质量.最后,通过将优化后的接触网与原始接触网不同速度下接触力标准差进行比较,验证了优化接触网的弓网受流改善效果.经优化后的接触网可为实际接触网设计、施工、维修提供指导.

    弓网仿真受流质量BP神经网络遗传算法

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    真实汽车事故中人体头部运动学边界对损伤机制影响研究

    王方尹嘉杰胡林王明亮...
    321-334页
    查看更多>>摘要：在弱势道路使用者(Vulnerable road user,VRU)与车辆碰撞交通事故中,VRU头部损伤一直是导致其死伤的最主要原因,但目前的行人保护测评规程中所用的头部冲击器方法仅考虑了单一的碰撞边界,不能全面反映真实事故中的头部碰撞响应全过程,且所采用的头部损伤评价准则HIC仅考虑头部线性运动,对头部损伤风险评价具有其局限性,同时针对其余VRU保护的测评规程还亟待开发.为了对VRU头部保护测评规程提供更全面的头部碰撞边界条件参考和更丰富的损伤评价准则,以更综合评价真实事故中头部碰撞损伤风险,本研究从已有交通事故数据库中筛选出50例可以用于事故虚拟重建且具有明显头部碰撞损伤的VRU-车辆碰撞事故案例,采用数值模拟方法对其进行动力学重建与损伤再现,以获取VRU头部与车辆碰撞边界条件及基于多种损伤评价准则的头部碰撞损伤响应参数;基于上述数据构建线性回归模型,深入探究头部碰撞边界条件与多样化头部损伤响应时间的相关性.结果表明,碰撞线性加速度、碰撞旋转加速度、碰撞速度和碰撞旋转速度与头部损伤间相关显著程度各有不同;相对头部线性运动,头部碰撞旋转运动边界条件参数与颅脑损伤响应表现出更强相关性,而碰撞持续时间则未与其显著相关;另外,事故案例头部碰撞载荷多样性需要根据各个碰撞边界条件的量级来参考不同的损伤评价指标.本研究成果有望为行人头部保护测试工况的扩展和头部损伤评价准则的选取提供参考.

    人-车碰撞事故头部/颅脑损伤事故重建碰撞边界条件损伤准则

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    基于特征优化和随机森林算法的锂离子电池SOH估计

    武骥方雷超刘兴涛陈佳佳...
    335-343页
    查看更多>>摘要：电池健康状态(State of health,SOH)估计是电动汽车动力电池管理系统的重要功能之一.对其准确估计有利于延长锂离子电池的寿命,保障车辆安全可靠运行.面向数据驱动的锂离子电池SOH估计方法,针对以往方法存在无法平衡SOH估计精度和模型计算成本的问题,提出一种基于特征优化的解决方案.首先基于部分充电电压曲线和增量容量曲线提取多个特征,通过随机森林算法中的基尼系数计算出各个特征的重要性;然后综合考虑模型的估计准确度和所选子集的特征数量等两方面因素选择出最优特征子集;最后应用随机森林算法建立电池老化模型并估计SOH.结果表明,该SOH估计方法的平均绝对误差和均方根误差分别在0.4％和0.5％以内.该方法中的特征优化策略能够选择出最优的特征集合,结合随机森林算法后可以在实现较高SOH估计精确度的同时降低模型的计算成本.

    锂离子电池SOH估计特征选择随机森林算法

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    空间大型可展开环形张拉机构动力学特性分析

    赵宏跃史创郭宏伟刘荣强...
    344-354页
    查看更多>>摘要：空间环形张拉机构是实现天线口径大型化的理想结构形式之一.为了研究环形张拉结构的动力学特性,首先介绍空间环形张拉结构的系统组成,然后对张拉结构的环形桁架进行了运动学分析.根据铰链节点的展开速度,对其展开过程进行运动规划.然后基于运动学结果建立环形桁架机构的动力学模型,通过牛顿—欧拉公式综合考虑了斜拉索索力、关节摩擦阻尼及关节锁紧力矩对动力学特性的影响,分析当机构采用无源驱动时,对斜拉索索力的影响规律.以斜拉索索力变化偏差均值及最大索力值最小为优化目标,对采用的弹簧驱动进行了优化设计,其中优化后的弹簧刚度降低了 24.5％,拉索张力偏差均值及索拉力峰值分别降低了 45.2％和41.6％.最后研制了缩比原理样机,进行动力学试验,通过试验结果验证了动力学分析方法的正确性.

    环形张拉机构运动学动力学分析驱动优化

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