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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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    考虑惯性载荷的结构热力耦合拓扑优化

    郑静荣轩霈姜潮米栋...
    130-140页
    查看更多>>摘要：现代复杂装备结构通常不仅处于热力耦合的复杂环境,而且承受着不可忽视的惯性力作用.针对这一类问题,提出了一种考虑拓扑相关惯性载荷的热力耦合拓扑优化高效求解方法.首先,构建了考虑热载荷、机械载荷以及惯性载荷的热力耦合拓扑优化模型,在体积约束条件下优化结构的柔顺度;其次,给出了惯性载荷的计算方法,针对低密度区域材料分布不收敛的问题提出了一种改进的材料插值惩罚模型,并基于此推导了结构柔顺度关于拓扑设计变量的敏度;最后,采用了基于梯度的移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)更新拓扑设计变量.此外,开发了基于MATLAB和ABAQUS的热力耦合拓扑优化平台,可适用于复杂工程中不规则结构设计域的拓扑优化问题.数值算例结果表明,所提出方法可有效避免低密度区域结构分布模糊的现象,具有良好的收敛性.

    拓扑优化热力耦合惯性载荷

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    基于物理信息神经网络的时变可靠性分析方法

    胡伟飞廖家乐郭云飞鄢继铨...
    141-153页
    查看更多>>摘要：传统时变可靠性分析(Time-dependent reliability analysis,TRA)往往通过大量实验设计样本(Design of experiments,DoE)构建代理模型,从而实现时变可靠性分析计算.在这个过程中,随着性能方程的非线性程度、响应求解难度等增加,DoE的计算成本愈发高昂,使得可靠性分析耗时冗长.针对该问题,创新性地提出了一种基于物理信息神经网络(Physics-informed neural network,PINN)的时变可靠性分析方法(PINN-based TRA,PBTRA).该方法在TRA过程中将约束系统响应的偏微分方程(Partial differential equation,PDE)融入PINN模型训练的损失函数,使用PINN模型预测系统的实际响应,并基于此构建性能方程,解决了传统时变可靠性分析依赖大量仿真计算获取实验样本的难题,有效降低了 TRA计算成本.同时针对传统PINN训练过程出现的收敛缓慢和模型欠拟合等问题,根据训练过程中PINN模型在不同采样区域的响应情况,判断相关区域是否接近系统响应的极限状态,并据此划分敏感区域,动态调整训练点采样分布,进一步结合神经网络的重采样机制,提出了一种基于区域响应权重的PINN模型动态采样训练方法,并且将其应用于TRA中.相较于传统的PINN,所提方法具有更快的训练速度与更高的性能响应计算精度,进而能够提升TRA精度与效率.文章中针对两个案例测试了所提出的PBTRA方法,并与传统TRA方法进行了对比,验证了所提出方法的优越性.

    时变可靠性分析优化设计物理信息神经网络重要性采样代理模型

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    基于工程损伤理论的高温装备可靠性评估与运维管理

    张显程谷行行刘宇王润梓...
    154-172页
    查看更多>>摘要：在航空航天、核电、能源化工等重要工程领域,高温装备服役于极端恶劣的工作环境,可靠性问题日益突出,如何确保其长寿命高可靠性服役是研究热点问题.一方面,高温复杂装备由众多零部件构成,部件失效模式多样以及不同部件失效模式耦合相关给可靠性评估带来极大的困难;另一方面,装备服役过程中载荷工况复杂多变,关键高温部件在多损伤交互作用下的性能退化行为具有明显不确定性,造成装备运维精细化管理难度大.基于工程损伤理论,围绕高温装备可靠性评估与运维管理两个方面进行了深入探讨,总结和梳理了高温装备可靠性研究的分析流程、主要研究手段、当前研究成果及需要解决的问题.

    高温装备工程损伤理论系统可靠性可靠性评估运维管理

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    考虑客户满意度的带缓冲串行系统维护决策

    綦法群胡琴张桉铭王茜莎...
    173-181页
    查看更多>>摘要：串行生产系统的可靠性和维护活动极大地影响系统产能、产品质量、生产成本和服务水平等关键绩效指标.为提高系统可靠性、增加产能、降低运维成本、保证产品质量和服务水平,提出一种考虑客户满意度的带缓冲串行生产系统维护建模方法.引入客户满意度模型量化客户对产品质量和生产时间的要求,考虑设备退化对产品质量的影响,建立基于设备状态的产品质量损失模型.采用质量维护阈值离散质量损失过程,结合机会维护理论制定系统维护策略.以最大化订单利润为目标,求解最优预防性维护阈值和质量维护阈值.最后,以某15工位汽车生产线为例,验证了所提方法的有效性及可行性.

    串行系统客户满意度维护决策缓冲质量损失

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    考虑载荷及强度不确定性的结构安全系数精细化设计方法

    郝鹏杨浩陈发鑫曾耀祥...
    182-192页
    查看更多>>摘要：受制造加工以及服役环境影响,结构强度和所受载荷均存在较强不确定性.为保证结构安全,工程中常采用安全系数来抵御多源不确定性的影响.然而,现有安全系数设计方法大多基于工程经验或者简化理论模型,难以准确量化结构失效风险,致使结构设计过度冗余.因此,提出了一种面向载荷和强度不确定性的结构安全系数精细化设计方法,通过建立基于一阶可靠性方法的全局可靠度优化框架近似构建了失效概率与安全系数的区间映射关系.进一步,提出了基于单变量降维法的安全系数修正策略并通过构建关心域精细化Kriging模型,实现安全系数区间的高效、精准估计,有效平衡了结构轻量化与高可靠性的矛盾.数学算例和典型航天加筋筒壳算例验证了本方法的有效性和工程适用性.

    安全系数可靠度优化航天结构区间估计

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    变工况条件下角接触球轴承疲劳剥落故障演化加速试验载荷谱研究

    邓智铭黄土地黄洪钟尉询楷...
    193-204页
    查看更多>>摘要：航空发动机主轴轴承在实际运行中承受着复杂的时变载荷,如何在实验室内,在不改变失效机理的情况下进行主轴轴承的加速寿命试验是重大技术难题,重要原因是在变工况条件下进行航空发动机主轴轴承加速试验缺乏加速试验载荷谱.在此背景下,通过变工况条件下角接触球轴承的疲劳剥落故障演化机理分析,提出疲劳剥落故障演化加速试验载荷谱的研制方法.首先建立考虑温度与润滑的7208AC角接触球轴承的拟动力学模型,求解轴承接触参数.再基于扩展有限元法(Extended finite element method,XFEM),建立轴承滚道表面疲劳剥落故障演化仿真模型.然后,以接触参数为输入,以基于断裂力学分析得到的裂纹扩展速度与方向为迭代更新准则,实现对疲劳剥落故障演化的动态模拟.最后,基于剥落故障演化机理分析结果,插值制订加速因子为1.5的轴承变工况加速试验载荷谱,并利用疲劳剥落故障演化仿真模型对载荷谱的可行性进行验证.结果表明,在所制订的变工况加速试验载荷谱下,轴承的实际疲劳剥落加速因子与理论值相近.所提出的变工况载荷谱制定方法,可为航空发动机主轴轴承的加速试验提供重要的理论依据.

    拟动力学模型疲劳剥落裂纹扩展有限元分析加速试验

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    基于内嵌物理信息与注意力机制BiLSTM神经网络的臂架系统疲劳损伤预测模型

    付玲佘玲娟颜镀镭张鹏...
    205-215页
    查看更多>>摘要：臂架系统是工程机械的关键承载部件,其结构安全决定了工程建设施工安全.结构疲劳损伤预测可保证臂架系统全生命周期服役安全,但用于预测的应力历程数据难以长期可靠获取,融合深度学习的间接信号反推方法是一种有效方式,但存在输入信号与疲劳损伤之间等效关系难以掌握、预测精度低等问题.针对上述问题,提出一种基于内嵌物理信息与注意力机制BiLSTM神经网络的臂架系统疲劳损伤预测模型.该模型突破了输入信号与疲劳损伤的高精等效映射难题,通过将物理模型与数据模型结果回归融合,并创新提出了一种全新的物理引导损失函数,显著提升了模型疲劳损伤预测能力.研究结果表明,该预测模型对不同工况下臂架系统的疲劳损伤均有较高的预测精度.

    物理信息深度学习臂架系统疲劳损伤注意力机制

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    基于知识工程的产品设计研究综述

    余隋怀王鹏超王磊初建杰...
    216-234页
    查看更多>>摘要：产品设计是一个知识演化的过程,包含了大量复杂知识的推理和转化.知识工程在组织管理知识的基础上,推动设计系统不断向智能化方向发展,从而提高产品设计的质量与效率.在阐释知识与知识工程内涵的基础上,围绕设计知识挖掘、设计知识表示、设计知识检索、设计知识推送和设计知识重用这五个方面,重点分析了知识驱动的产品设计研究现状.针对产品设计中面临的问题,提出了基于知识工程的产品设计关键技术.针对互联网、云计算、人工智能、大数据等新兴信息技术快速发展对产品设计带来的深刻变革,提出了知识工程的未来发展趋势.

    知识工程产品设计设计知识挖掘设计知识表示设计知识检索设计知识推送设计知识重用

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    考虑多源不确定性的三维CAD软件质量综合评价

    程锦吕昊刘振宇谭建荣...
    235-246页
    查看更多>>摘要：三维CAD软件质量综合评价需考虑功能、性能、兼容性、易用性等多种类型指标,各类指标数据获取方式不同,样本量各异,且包含不同来源的不确定性.现有软件质量评价方法未充分考虑不同类型指标数据的特点及不确定性进行针对性描述,也未根据各类指标数据不确定性和可信度的差异进行赋权,难以保证质量综合评价结果的可信度.为此,提出考虑多源不确定性的三维CAD软件质量综合评价方法,根据三维CAD软件的特点确定质量评价指标体系,考虑大量重复自动化测试所得性能指标充足样本数据中包含的软件性能本身不确定性和测试环境不稳定干扰,提出自减逆向云发生器以实现对两类不确定性的细分,并避免现有逆向云发生器求解云模型超熵时可能失效的问题;充分考虑易用性指标有限样本数据中的主观偏好不确定性和全局代表性,提出基于拓展区间数的易用性指标数学表征方法.在此基础上,建立三维CAD软件多类型质量指标的云模型统一表征,考虑各指标的可信度进行变权求和,获得具有可信度的三维CAD软件质量综合评价结果.

    三维CAD软件质量评价不确定性云模型拓展区间数可信度

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    考虑滚柱偏斜的行星滚柱丝杠载荷分布计算方法

    付晓军徐烨刘更李欣...
    247-256页
    查看更多>>摘要：滚柱在实际工作状态下不可避免的偏斜,会引起螺纹严重承载不均,是导致螺纹发生严重压溃失效的主要原因之一.针对现有静力学模型均基于螺母、丝杠和滚柱轴线相互平行假设的不足,提出了一种考虑滚柱偏斜及螺纹牙脱啮现象的行星滚柱丝杠载荷分布计算方法.建立了包含滚柱相对螺母与丝杠偏斜的静力学模型,推导了计入各对螺纹牙啮合状态变化的刚度矩阵和平衡方程,给出多载荷步求解流程.通过与有限元模型在无误差及包含滚柱偏斜时的载荷分布计算结果对比,验证其正确性.分析了滚柱偏斜对行星滚柱丝杠螺纹牙啮合状态和载荷分布的影响规律.结果表明,滚柱偏斜角φq和Ψq均会对螺纹牙间的载荷分布产生显著影响.合适的偏斜角φq能够改善螺纹牙之间的载荷分布.偏斜角Ψq的增加会引起螺纹牙所受最大接触力的急剧增加.当|Ψq|＞1.0'时,螺纹牙会出现明显脱啮现象,且最大螺纹牙受力约为理想状态的3倍.

    行星滚柱丝杠偏斜脱啮载荷分布弹性变形

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