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期刊信息/Journal information
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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    机械创新设计(ICMD2023)专辑序

    1页
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    设计理论与方法研究的回顾与展望

    孙之琳王凯峰顾佩华
    2-20页
    查看更多>>摘要：分析设计和制造领域相关文献的主题和关键词,梳理设计理论与方法研究的发展历程;分析制造技术与信息技术同设计理论之间的关系,从时间上将设计理论研究的发展分为四个阶段.从产品全生命周期阶段的角度对广泛使用的设计理论与方法进行分类总结,阐述各类方法的概念、特点及应用范围.从设计过程表达、设计知识管理以及设计评价决策的角度,总结促进设计理论进步的关键技术.最后从面向复杂系统的设计、人工智能与设计以及环境友好的绿色设计三个方面对未来研究趋势进行展望.

    设计理论设计方法制造技术信息技术

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    基于商空间理论的设计变更模型构建与优化研究

    王佳伟李文强向海周兴...
    21-32页
    查看更多>>摘要：针对现有设计变更模型存在冗余关系而影响设计变更效率和质量的问题,提出了一种基于商空间理论的设计变更模型构建及优化方法.基于商空间理论构建了多粒度下产品系统功能关系模型.通过功构映射建立了产品系统设计变更模型,采用合并策略建立了产品系统最小设计变更模型.根据变更传播强度确定设计变更模型优化目标,建立了一种基于改进蚁群优化算法的变更传播路径优化方法,建立了基于最小设计变更模型的变更路径搜索过程.以烧结炉的设计变更为例,验证了该方法的可行性与有效性.

    设计变更商空间理论合并策略路径优化烧结炉

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    复杂竞争产品的演化状态空间与可适应能力评价

    张健宋昕贤顾佩华
    33-47页
    查看更多>>摘要：具有竞争关系的产品共同构成一个相互作用、动态演化、难以预测的复杂人工系统.可适应能力是产品通过适应性调整以满足不同需求的能力.对于由竞争产品构成的复杂人工系统而言,赋予产品较高的可适应能力对企业管理决策、产品设计研发、生产制造、运维服务以及社会环境而言均十分有益.理解产品的客观演化规律与趋势对在设计过程中赋予产品可适应能力非常关键.通过指标比较与分析,提出了产品演化过程中的非劣设计原则及其判别式,进一步给出了竞争产品高阶演化状态空间的定义及其数学表达式,并指出该状态空间所具备的基本特性,即:关联性、动态性、统一性、有界性以及收敛性.基于高阶演化状态空间及基本特性,以物理(结构)单元的重用率为基础提出了产品高阶可适应能力的概念与评价方法.最后,以国内某公司的一款风力发电机作为案例,对其高阶演化状态空间与高阶可适应能力进行了分析与讨论,演示并验证了所提出的概念与方法.

    产品演化复杂系统状态空间设计评价可适应能力

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    基于高速图像特征提取的滑动轴承空化特性试验研究及其数值仿真分析

    童哲铭马廷良刘浩
    48-55页
    查看更多>>摘要：空化现象广泛存在于各种大型旋转机械的滑动轴承中,严重影响轴承的运行稳定性和承载能力.为研究其特性,本研究设计并搭建了一套滑动轴承油膜可视化试验系统,利用高速摄像机捕捉高速旋转下的油膜空化演变图像,提出了油膜空化特征图像处理及提取方法.结合数值模拟方法和试验手段进一步研究油膜空化特征及其影响因素.研究结果表明:径向滑动轴承空化气泡在油膜发散端呈现不规则轮廓的条状分布;油膜空化发展程度与轴颈转速和润滑油黏度成正相关,与供油压力成反相关.试验测试发现主轴转速从1 000r/min增大至5 000r/min,空化区域增大148％;润滑油黏度从50mm2/s增大至150mm2/s,空化区域增大170％;供油压力从0.025 MPa增大至0.150 MPa,空化区域减小77％.

    滑动轴承空化现象计算流体力学图像处理高速摄影技术

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    文本挖掘与专利数据协同驱动的产品功能扩展研究

    林文广刘晓东肖人彬
    56-70页
    查看更多>>摘要：功能扩展是实现产品创新设计的重要途径,而数据驱动又是产品功能扩展的关键支撑技术,据此提出文本挖掘与专利数据协同驱动的产品功能扩展研究方法,为已有产品的精准变更及升级提供定量研究方法.首先,分析目标产品功能-结构信息,并在现有网络模型基础上融合局部超图网络模型对产品进行建模,以此计算产品元件重要性;其次,在检索获取英文专利文本数据的基础上,运用词性标注(Part-of-speech tagging,POS tagging)和依存句法(Dependency parsing,DP)构建规则算法以挖掘语句中的主语-谓语-宾语(Subject-action-object,SAO),并获取同类产品的全部功能和结构信息;再次,以专利文本数据为语料库,通过基于变换器的双向编码器表示(Bidirectional encoder representations from transformers,BERT)训练词向量,作为查找相似结构和相似功能的工具,并结合协同推荐算法提出了四种扩展策略:目标元件其他功能扩展,目标元件相似功能扩展,相似元件其他功能扩展以及相似组件其他功能扩展.最后,结合企业需求以一种手持花洒产品为案例验证了研究方法的可行性及有效性.

    功能扩展协同推荐专利文本局部超图BERT

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    基于各向异性材料插值的点阵散热结构跨尺度拓扑优化

    肖蜜李奇石高亮沙伟...
    71-80页
    查看更多>>摘要：点阵结构凭借其轻质、快速散热等特点,广泛应用于信息电子、航空航天等领域,提出了一种基于各向异性材料插值的点阵散热结构跨尺度拓扑优化方法.在微观尺度上,设计了添加连接壁的十字型点阵单胞,保证了相邻单胞的连接性,通过旋转单胞使其呈现各向异性的热学属性,并改变其体分比进一步扩大设计空间;在宏观尺度上,以最小化散热柔度为目标、高导热材料体积分数为约束,构建了点阵散热结构拓扑优化模型,基于各向异性材料插值函数快速计算单胞的宏观等效热学属性,同时优化点阵单胞在宏观设计域的分布、点阵单胞的几何参数与旋转角度.最后,结合算例实现了不同边界条件下的点阵散热结构跨尺度拓扑优化.进一步考虑最小化平均温度、最小化温差、最小化最高温度等三类典型热学性能目标,开展跨尺度拓扑优化设计,结果表明提出方法设计的点阵结构具有良好的热学性能.

    跨尺度拓扑优化点阵散热结构各向异性材料插值点阵单胞旋转

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    基于混合指标自适应采样代理模型的多目标优化设计方法

    赵峰胡伟飞李光邓晓豫...
    81-91页
    查看更多>>摘要：随着现有工程问题高非线性、高计算复杂度、高维度等特征的凸显和对低成本高保真度仿真模型的要求,基于多学科耦合的工程结构多目标优化设计求解难度显著提高,且计算量大,这一问题引起了广泛的研究.针对这一挑战,本文提出了一种基于混合指标自适应采样代理模型实现工程结构多目标优化设计的方法.为降低优化设计成本,综合考虑了优化设计空间的全局探索与局部开发特征,提出了一种基于Voronoi区域划分的混合指标自适应采样方法,用于全局代理模型构建,经与不同案例及方法对比测试,在保证精度的前提下显著降低了样本数量;为实现工程结构多目标优化问题的求解,提出了一种基于优势面旋转投影和区域划分新型拥挤度算子的多目标优化设计NSGA-Ⅱ-RD(Improved non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ based on a rotation and density operator,NSGA-Ⅱ-RD)算法,经与不同算法对比测试,该方法求解收敛速度更快且计算结果准确.最后,将提出的混合指标采样代理模型构建方法与NSGA-Ⅱ-RD算法结合,在绝缘栅双极晶体管母排的结构设计上进行应用,针对母排的质量、电路压降与疲劳损伤进行多目标优化设计.结果表明,该方法不仅保证了母排的轻量化与良好导电性能,还使其具备了更好的抗超声焊接疲劳性能.同时,验证了该方法在保证低成本与高精度仿真模型的前提下,能够有效解决实际工程中的多目标优化设计问题.

    混合指标自适应采样代理模型NSGA-Ⅱ-RD多目标优化设计

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    复杂热流承载结构拓扑优化设计研究

    李宝童刘策洪军刘庆芳...
    92-121页
    查看更多>>摘要：随着多领域高端装备的快速升级与发展,迫切需要面向复杂服役工况的高性能热流承载结构优化设计.然而,缺乏热流耦合物理场的高效求解手段以及考虑复杂边界条件的热流承载结构设计能力不足仍是制约装备更新换代速度和质量的两大关键问题.因此,提出了一种新的无网格粒子方法——等几何粒子流体动力学方法(NURBS-based particle hydrodynamics,NBPH).通过配置真伪粒子,基于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)基函数的插值构建粒子通讯,缓解了偏微分方程数值求解质量与分析域离散化程度之间的强耦合关系,提升了算法的计算效率.其次,将所提出的NBPH方法与固体各向同性材料惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法结合,搭建了一种新的无网格法拓扑优化框架——NBPH-topology Optimization,用于复杂热流场景的优化设计.根据体素分布构造了粒子流动阻力场,实现了流场与结构场的关联,通过求解连续伴随灵敏度,指导结构拓扑的连续演化.为了验证NBPH-TO框架的有效性和鲁棒性,研究了液冷和风冷两大典型散热场景,完成了优化设计与实验验证,结果表明该研究为复杂热流承载结构拓扑优化设计提供了可行的解决方案和有效的数值工具.

    NBPHSIMP无网格法拓扑优化热流耦合

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    基于知识挖掘的HDMR优化方法与工程应用

    刘肖佐王鹏何瑞轩李靖璐...
    122-129页
    查看更多>>摘要：在工程问题中,尽管积累了大量的实验、仿真和设计经验,传统的设计方法仍然面临着知识利用率不高的挑战.为了有效利用知识信息来加速装备的设计与开发,一种基于知识挖掘的高维模型表示(High dimensional model representation,HDMR)优化方法被提出.首先,引入了一种改进的多元模型筛选策略,以提高HDMR子项的构建效率和预测精度.之后,提出了一种基于知识挖掘的优化策略.该策略使用全局代理模型替代真实函数,以最优样本为中心点构建HDMR子项,并在每个子项代表的维度上分别寻找局部最优点,并通过置信度对比挖掘全局潜在较优点,以加速算法寻优.最终,利用该方法开展翼身融合水下翔机(Blended-wing-body underwater glider,BWBUG)外形优化设计.在满足体积约束的条件下,将滑翔机的升阻比提升了 5.04％,优于无知识辅助下升阻比提升2.93％的优化结果,验证了所提方法中知识挖掘的作用.

    知识挖掘高维模型表示全局优化翼身融合水下滑翔机

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