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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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    新型马氏体耐热钢耦合控制下蠕变-疲劳循环变形研究

    赵雷张利宾宋恺徐连勇...
    118-129页
    查看更多>>摘要：蠕变疲劳相互作用(Creep fatigue interaction,CFI)是制约电力和航空等领域高温部件可靠运行的主要因素.采用应变控制(Conventional strain-controlled creep fatigue interaction,CCFI)和应力-应变混合控制(Hybrid stress-strain controlled creep fatigue interaction,HCFI)两种耦合控制模式研究新型马氏体耐热钢的蠕变-疲劳性能,对比两种模式下的蠕变损伤累积规律和微观损伤机制,分析总应变范围、保载时间和保载应力对新型马氏体耐热钢蠕变-疲劳性能的影响.结果表明,CCFI和HCFI的断裂寿命随总应变范围增大而降低.此外,增大保载应力以及保载时间会降低HCFI寿命.当HCFI中保载应力或保载时间增加时,单个循环所累计的蠕变损伤会显著增加,这说明HCFI试验更适合表征蠕变损伤主导的CFI.针对两种控制模式下的蠕变-疲劳寿命预测,讨论寿命分数法(Time fraction,TF)、延性耗散法(Ductility exhaustion,DE)以及修正的应变能密度耗散法(Modified strain energy density exhaustion,MSEDE)的预测精度.结果表明,修正的应变能密度耗散法由于考虑平均应力对蠕变-疲劳的影响,可以更好地表征蠕变疲劳中的蠕变损伤.对于HCFI采用了平均蠕变速率对DE和MSEDE模型进行修正,使得其预测的平均相对误差降低了一半.

    蠕变-疲劳应力-应变混合控制寿命预测损伤演化

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    新型三辊皮尔格曲面构型设计方法及成形效果分析研究

    李帅楚志兵杨博文薛春...
    130-140页
    查看更多>>摘要：目前,冷轧管机市场主要由两辊锥形辊型和三辊周向同圆辊型的冷轧管机构成.两辊锥形辊型冷轧机具有道次变形量大,产量高的特点,但其产品精度低;三辊周向同圆的辊型冷轧机具有轧制精度高的特点,但道次变形量小.因此,以传统两辊锥形辊型设计方法为研究对象,结合三辊周向同圆的辊型断面设计方法,构建一种新型三辊皮尔格曲面构型设计方法,用于解决传统两辊锥形辊型冷轧机产品精度低的缺陷.借助有限元仿真软件,对两辊锥形辊型和新型三辊皮尔格曲面构型辊型轧制AZ31镁合金管材进行完整的仿真,通过对比圆整度、轧制力、三向应力、残余应力、回弹量等关键数据,得到新型三辊皮尔格曲面构型轧制出的管材全面优于两辊锥形辊型轧出的管材的结论.

    皮尔格轧制冷轧成形三辊轧制辊型设计

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    脉冲熔化极气体保护焊熔池振荡行为检测及特征分析

    李春凯代悦王嘉昕顾玉芬...
    141-150页
    查看更多>>摘要：熔池表面振荡行为与熔透之间存在明确的物理对应关系,然而在熔化极气体保护焊焊接过程中受熔滴传质过程的影响,想要从熔池表面的多维振荡行为中传感并明析反映熔透状态的振荡特征信息较为困难.基于此,提出采用激光视觉测量脉冲熔化极气体保护焊熔池振荡行为的方法,对未熔透、临界熔透和全熔透状态下的五/单线激光条纹进行采集,采用图像处理算法获取不同熔透状态下熔池的振荡频率、振荡幅度、曲率以及宽度振荡特征信息,并对上述振荡特征与熔池自由表面波动行为以及背面熔透状态之间的相关性进行分析.结果表明:三种熔透(未熔透、临界熔透、全熔透)状态下的熔池表面振荡模式均为行波模式;熔池振荡频率与振荡模式直接相关,不同熔透状态的振荡模式并未发生改变使频率特征也未出现突变;曲率、宽度与熔池上表面体积之间存在相关性,从未熔透到全熔透熔池上表面体积变化较小使曲率、宽度特征也未发生突变;而振荡幅度主要取决于熔池底部约束条件的变化,在全熔透状态下由于熔池底部第二自由表面的出现导致熔池整体振荡的自由度增加,使其出现特征突变.特征突变即该振荡特征在不同熔透状态下具有显著变化.

    熔池振荡激光视觉熔透状态特征分析

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    玻璃与碳化硅阳极键合机理及其力学性能研究

    刘伟胡利方郑植高伟...
    151-159页
    查看更多>>摘要：碳化硅作为第三代半导体材料,在微纳机械电子系统中有着广阔的应用前景.通过阳极键合技术实现玻璃与碳化硅的直接连接,SEM测试结果表明玻璃与碳化硅键合界面平整光滑无缺陷,通过TEM对键合界面进一步检测发现界面处碳化硅被氧化,玻璃与碳化硅实现化学键连接.通过SEM观察经氢氟酸腐蚀后界面的微观形貌发现键合界面处玻璃基体内形成Na+耗尽层,研究发现随着键合温度和电压的增大Na+耗尽层宽度在增大,最大达到了 1.1 μm.在键合过程中,键合电流的变化分为急速上升、急速下降和相对稳定三个阶段.通过拉伸试验发现玻璃-碳化硅接头的断裂起源于键合界面处,进而延伸至玻璃基体内,拉伸强度随着键合温度和电压的增大而增大,在键合条件为500 ℃、1 000 V时抗拉强度达到 18.2 MPa.

    阳极键合耗尽层玻璃碳化硅力学性能

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    基于三维微观结构的SiC/AZ91D复合材料单轴拉伸过程中裂纹萌生扩展机制

    李怡然尧军平梁超群肖鹏...
    160-170页
    查看更多>>摘要：为避免基于线弹性力学对裂纹问题模拟时,需要在试件中预制裂纹且在裂纹尖端存在奇异性的弊端,提出在颗粒界面引入内聚力单元来模拟研究SiC/AZ91D镁基复合材料在单轴拉伸情况下裂纹萌生扩展机制,提供一种解决裂纹扩展问题的新手段.结果表明:SiC颗粒的引入能够有效阻挡裂纹的萌生扩展,颗粒体积分数增加或者颗粒尺寸的增加均会加速复合材料的裂纹扩展过程,降低其伸长率,与试验情况吻合较好;SiC/AZ91D镁基复合材料拉伸过程中裂纹萌生扩展机制是颗粒与基体交界处萌生裂纹,微裂纹相互连接形成主裂纹,并绕开颗粒进行扩展致使材料断裂.

    SiC/AZ91D镁基复合材料有限元分析内聚力模型单轴拉伸裂纹扩展

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    排列角度对高氮钢双丝GMAW熔滴过渡行为及成形特性的影响

    杨东青谢高齐郭顺彭勇...
    171-179页
    查看更多>>摘要：为了实现高效稳定的高氮钢熔化极气体保护焊接(Gas metal arc welding,GMAW),着重研究双丝排列角度对高氮钢熔滴过渡行为、电信号特征及焊缝成形特性的影响.结果表明:随着双丝排列角的减小,熔池的铺展性变差,熔池重叠部分的高度增加,熔滴过渡的不稳定性增加;当排列角度不小于45°,熔池铺展性好,双丝的熔滴过渡相互作用影响减小.双丝焊接电流和电弧电压的峰值随排列角度的增加由相互重叠变为错峰出现,双丝熔滴过渡平稳;单丝焊接相比,双丝焊接在送丝总量相同条件下双丝飞溅小、成形更好.在双丝共熔池条件下,随着排列角度的增大,焊缝成形变好.

    高氮钢熔化极气体保护焊接双丝排列角度熔滴过渡成形特性

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    基于微观孔隙演变的Ti-6Al-4V粉末高速压制致密化机理研究

    周剑徐宏坤刘焜
    180-189页
    查看更多>>摘要：采用二维多颗粒有限元法模拟Ti-6Al-4V粉末高速压制成形过程,定量表征颗粒间孔隙的形态特征,详细分析压制过程中多种典型孔隙的形态和面积填充变化规律,从微观孔隙演变的角度研究粉末致密化机理.模拟结果发现,当宏观压制压力低于临界压力(约为1 500 MPa),颗粒主要通过重排和塑性变形来填充孔隙,密度-压力曲线斜率较大,致密化较容易;超过临界压力后,曲线斜率逐渐减小,致密化越来越困难.微观上,在颗粒重排和塑性变形阶段,颗粒体系中存在大量面积比较大且压制角度较小的四边形孔隙,以及拱形结构容易被破坏的五边形孔隙.这些孔隙在压制过程中会转化为其他多边形孔隙,填充速率较快且具有较高的填充率,在粉末致密化的前中期起主要作用.高于临界压力值之后,大多数四边形和五边形孔隙均转化为三边形孔隙,此外还存在少量具有特殊堆积结构的多边形孔隙,这些难以填充的孔隙导致后期粉末致密化较为困难.研究结果建立不同类型孔隙的形态演变与粉末致密化难易程度之间的定性关联,为构建压制本构方程和优化成形质量提供理论指导.

    Ti-6Al-4V高速压制粉末致密化多颗粒有限元法孔隙形态

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    铝锂合金疲劳性能及预测研究-基于试验和"浅层"+"深度"混合神经网络方法

    赵德望姜超赵延广杨文平...
    190-199页
    查看更多>>摘要：铝锂合金以其优异的力学性能在航空航天领域有着愈发重要的应用,是目前发展最为迅速的轻量化材料之一.疲劳与断裂是引起航空航天结构件失效的主要原因之一,且疲劳破坏具有很强的不确定性和突发性,因此针对铝锂合金疲劳性能评估及预测成为研究热点.开展考虑取样方向、缺口等因素的2A97铝锂合金疲劳试验,获得8组完整S-N曲线,分析相关因素对铝锂合金疲劳性能的影响;提出一种基于浅层网络+深度学习的混合神经网络模型,首先利用浅层算法对低周疲劳试验数据进行训练,实现了数据衍生,进而通过深度学习精准预测出不同工况下的铝锂合金疲劳极限.该方法为快速精确评估材料疲劳性能研究提供新的解决思路.

    铝锂合金疲劳性能浅层网络深度学习

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    飞机液压刹车系统的自激振动分析与抑制

    徐远志焦宗夏冯昊谢彦...
    200-208页
    查看更多>>摘要：飞机液压刹车系统为压力控制系统,采用压力伺服阀将刹车指令转化为对应的输出压力,驱动刹车作动器进行刹车.某型飞机刹车系统遇到压力振荡问题,存在周期性的压力波动,严重影响刹车系统的控制性能.建立飞机液压刹车系统数学模型,开展振动原理分析,提出振动机理为一种含有正反馈的阀-管路系统非线性自激振动.采用龙格库塔法对建立的微分方程数学模型求解计算,得到相轨迹为稳定的极限环,即自激振动.提出增大回油容腔和取消回油反馈两种抑制方法,基于AMESim软件进行仿真分析,并开展了试验验证,证明自激振动理论的正确性和抑制方法的有效性.提出的理论方法,可分析和判别压力伺服阀的自激振动风险,对飞机液压刹车系统设计具有良好的指导意义.

    液压刹车系统压力伺服阀正反馈自激振动

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    基于姿态信号分布测量的空间太阳能电站惯性张量参数辨识

    倪智宇李自森邬树楠吴晨晨...
    209-221页
    查看更多>>摘要：当空间结构的尺寸较大时,集中布置的姿态传感器测量得到的信号会受到柔性振动的明显影响.为了减小结构振动对于姿态信号测量的影响,研究空间太阳能电站的姿态传感器分布式布置问题,并提出一种变遗忘因子耦合最小二乘方法辨识该结构的惯性张量参数.该方法通过计算系统均方差来确定递推过程中的时变遗忘因子,之后基于姿态信号的分布式测量结果辨识得到系统的惯性张量参数.数值仿真结果表明对于这样一个大型柔性空间结构,姿态传感器的分布式布置能够在一定程度上降低振动对于姿态信号测量精度的影响,提高惯性张量参数的辨识精度.分析结果还证明了提出的算法能够有效地识别该大型柔性空间结构的惯性张量参数,具有抗噪声能力高和计算复杂度较低的特点.当量测信噪比为15 dB时,与传统的递推最小二乘方法相比,所提出的算法的平均相对误差的绝对值和相对值分别最大降低了 25.4％和68.9％.

    惯性参数辨识空间太阳能电站传感器优化配置大型柔性结构变遗忘因子

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