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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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    铁道车辆结构模态匹配设计准则研究

    李凡松宋烨戴焕云曾京...
    324-337页
    查看更多>>摘要：提出适用于铁道车辆结构模态匹配设计的具体准则,指导车辆设计过程中各组件间或结构自身动力学特征参数设计,以减少车辆异常振动问题的发生.随着对铁道车辆的运营速度、运行品质、轻量化等要求越来越高,基于传统行业标准的静态设计方法已无法满足设计需求,大量的车辆服役数据表明即使在满足现有标准的前提下,车辆部分结构仍存在异常振动或失效问题,且振动信号多表现为谐波振动,属于模态匹配设计异常范畴.因此基于动力学理论和不同领域模态匹配设计方法,研究并给出铁道车辆结构模态匹配设计准则,并利用两个典型实例进行验证.最终建议在进行结构模态匹配设计时,需要重点关注模态有效质量(Modal effective mass,MEM)占结构弹性模态MEM总和5％以上的模态;对于考虑动力学性能的模态匹配设计,激励主频与关注模态频率差值至少为模态频率的15％,建议在20％以上;对于仅考虑结构振动疲劳的模态匹配设计,建议此数值至少为10％.

    铁道车辆模态匹配隔振设计准则模态有效质量

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    复合材料伺服液压缸精准摩擦特性测试方法研究

    姜琳琳于天李瑶焦宗夏...
    338-347页
    查看更多>>摘要：复合材料伺服液压缸是液压缸轻量化的创新解决方案,能否利用其替代传统液压缸,摩擦特性是核心因素之一,它对电液伺服系统的控制精度和动态性能产生影响.传统液压缸摩擦测试一般采用粗放的启动压力测量法,针对新研制的复合材料液压缸,提出一种宽速高效的精准摩擦测试方法.该方法采用对顶拖动原理,向位置拖动缸施加控制指令,使位置拖动缸拖动被测缸进行变速运动,获得被测缸在宽速范围内的摩擦力、速度实测值,然后拟合摩擦力-速度曲线,辨识获得被测液压缸的摩擦特征参数.提出高频段摩擦力-速度特征点标记方法与变步长宽速拖动方法,提升摩擦特性测试精度.搭建碳纤维液压缸摩擦试验台,验证该测试方法的有效性,测试结果指导碳纤维液压缸筒的刚度匹配设计.

    液压传动伺服液压缸摩擦特性复合材料摩擦测试

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    蚁穴式节流元件控压机理和空化特性研究

    刘银水丁爽爽马玉山吴新宇...
    348-356页
    查看更多>>摘要：针对高压大流量条件下控制阀节流元件减压控速不平稳、空化气蚀严重等问题,提出一种新型空间蚁穴式节流元件.基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)仿真分析,详细对比研究节流元件级间压力、速度及气体体积分数在不同降压级数、不同压力等级下的变化规律,获得不同降压级数的临界空化压力值,与常规迷宫式节流元件的流场特征进行对比.搭建试验系统测得不同降压级数节流元件在不同阀口压降条件下的级间压力和流量并与仿真结果对比.结果表明,相比迷宫式节流结构,蚁穴式节流元件减压控速更平稳,具有更好的线性度.蚁穴式节流元件空化主要发生在最后一级,阀口压降与降压级数之间呈线性关系.基于所获得的阀口压降与降压级数之间的线性关系表达式,可为设计最佳的降压等级与降压级数组合提供理论指导,避免空化气蚀的发生,提高控制阀的使用寿命.试验测得数据与仿真数据一致性较好,验证了仿真模型的准确性.

    蚁穴式节流元件空化汽蚀减压控速流场仿真计算

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    深度学习增强的智能矿用电铲挖掘轨迹跟踪控制

    付涛张天赐崔允浩宋学官...
    357-366页
    查看更多>>摘要：矿用电铲是露天开采中重要的采装设备之一,用于地表覆盖物的剥离、矿石物料的装载.随着智慧矿山建设的不断推进,矿用电铲无人化、智能化成为发展趋势.不同于传统的人工操作,智能电铲采用自主作业方式,工作流程主要包括环境感知、挖掘轨迹规划与轨迹跟踪.挖掘轨迹跟踪控制的精度直接决定了作业效率和质量,对于智能化矿用电铲的开发具有重要意义.矿用电铲具有机身结构庞大、运行惯量大、作业环境复杂,挖掘过程中外部载荷剧烈变化等特点,使得模型存在较强的非线性和不确定性,基于传统线性反馈控制器开展智能矿用电铲挖掘轨迹跟踪存在控制滞后、精度低等问题.因此,提出一种深度学习增强的跟踪控制策略,利用深度长短时记忆神经网络建模电铲系统固有的逆动态响应特性,将规划的最优挖掘轨迹变换为可以减少跟踪误差的参考轨迹作为控制系统的输入.深度学习增强的智能矿用电铲轨迹跟踪算法不需要访问电铲内部控制回路,也不需要显式建模电铲动力学,在实践中具有可行性.为了验证控制策略的有效性,在由真实矿场物料搭建的试验场地下,利用1:7智能电铲缩比样机开展对比试验研究.结果表明深度学习增强的挖掘轨迹跟踪精度更优,其中MAE 降低了 28.67％,RMSE 降低了 12.9％,MAPE 降低了 7.83％.

    智能矿用电铲挖掘轨迹跟踪控制长短时记忆网络

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    三参数威布尔形状参数估计方法的比较与推荐取值

    杨小玉谢里阳杨奕凤赵丙峰...
    367-376页
    查看更多>>摘要：机电产品寿命大多数服从威布尔分布,其形状参数与潜在的失效机制有关,在相似环境下运行的产品的寿命概率分布通常有大致相同的形状参数.然而,目前在许多实际应用中威布尔形状参数值的范围和取值是基于两参数威布尔分布估计得到,这使得威布尔形状参数范围出现了较为分散的现象.首先使用偏差和方均根误差两个统计特征比较三参数威布尔形状参数估计的相关系数法、最小二乘法和最小偏差法.通过蒙特卡洛仿真验证,表明了相关系数法估计的形状参数更加准确.收集文献中的疲劳试验数据和其他机电产品寿命数据均使用两参数威布尔分布、三参数威布尔分布和对数正态分布进行拟合并通过K-S检验,通过比较三种分布的D值,说明三参数威布尔分布拟合效果最好.使用相关系数法得到三参数威布尔分布形状参数的取值和范围,计算结果表明机电产品的形状参数范围为1.0～3.0,均值为1.774.

    三参数威布尔分布形状参数相关系数法最小二乘法最小偏差法

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    自激振荡脉冲空化射流喷嘴谐振机理及协同优化研究

    袁晓明王宁王卫东张立杰...
    377-389页
    查看更多>>摘要：自激振荡脉冲空化射流喷嘴的打击力峰值和打击力脉动幅值是衡量其射流性能的重要指标,对其进行准确预测具有重要的理论和工程实践意义.为探究自激振荡脉冲空化射流喷嘴内外流场的演化机理,建立该喷嘴射流过程仿真模型.以入口圆角、腔径、腔长、下喷嘴直径为设计变量,以打击力峰值和打击力脉动幅值为目标变量,将正交试验法、反向传播神经网络与非支配排序遗传算法相结合,确定自激振荡脉冲空化射流喷嘴协同优化设计方法.计算结果表明,在入口压力为IMPa时,各因素对喷嘴综合射流性能影响的主次顺序依次为入口圆角、下喷嘴直径、腔径、腔长;协同优化结果比正交试验最优结果的打击力脉动幅值提升62.68％,打击力峰值提升1.13％;喷嘴最优结构能产生明显的脉冲空化射流,喷嘴内腔空化区域随时间做周期性缩张;入口压力越大,谐振腔内空化强度越高,射流中空泡含量越高.基于协同优化结果,采用3D打印技术加工自激振荡脉冲空化射流喷嘴流场可视化试验模型,通过试验验证仿真模型的正确性.所得结论为自激振荡脉冲空化射流喷嘴设计理论的发展提供支持.

    自激振荡脉冲空化射流喷嘴谐振机理协同优化

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    一种考虑跟随误差的S形轨迹残余振动抑制可靠性分析方法

    胡俊宇韩旭陶友瑞李珊瑚...
    390-399页
    查看更多>>摘要：S形抑振轨迹规划方法因其高效便捷广泛用于柔性伺服系统残余振动抑制,实际抑振效果会受到伺服跟随误差的影响.基于区间过程模型,提出一种考虑跟随误差的伺服系统残余振动抑制可靠性分析方法.首先建立电机动子位移跟随误差的不确定程度到柔性末端振动响应区间的映射模型,为度量残余振动抑制的可靠性,分别提出残余振动能量抑制及振动抑制鲁棒性的可靠度评估模型.最后结合工程算例验证该方法的有效性,并量化位移跟随误差平稳区间过程特征参数(半径函数与自相关函数)对可靠度指标的影响程度.该可靠性分析方法为考虑跟随误差的柔性伺服系统残余振动抑制效果评估提供理论支撑.

    柔性伺服系统S形轨迹规划残余振动主动抑振区间过程可靠性分析

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    数据驱动的离散制造系统性能退化机理建模与预测控制方法研究

    王文波张映锋顾寄南张耿...
    400-411页
    查看更多>>摘要：异常事件的主动感知与优化控制是制造系统可靠运行的关键.针对离散制造系统中生产环境不确定性强、关键性能退化规律复杂和数据云端融合时间长等带来的异常识别滞后与优化响应困难的问题,提出一种数据驱动的离散制造系统性能退化机理建模与预测控制方法体系.通过对基于边云协同的离散制造系统智能环境配置与性能提取、基于跨时空状态数据的制造系统关键性能退化机理建模、融合运维知识与预测性能的制造异常预警与主动优化控制等关键技术的深入分析和研究,建立一种具有边云协同交互决策能力的智能制造系统,并实现异常事件事前预警与主动自适应优化决策.所提体系架构和关键技术可以为下一代"智能工厂"的预测性控制方案的落地应用提供重要基础理论和技术支撑.

    智能制造自适应优化离散制造系统性能退化预测控制

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    面向性能保障的新一代飞机结构装配质量控制技术

    郭飞燕肖世宏肖庆东王仲奇...
    412-428页
    查看更多>>摘要：装配是飞机研发中的关键环节之一,直接影响产品最终性能、质量及可靠性.随着数字化技术、高端制造装备的发展,零部件设计水平与加工一致性得到显著提高,飞机研制质量和整机装配性能的保障正在由最初的设计加工环节逐渐向装配环节转移,相关技术受到广泛关注.首先,根据飞机结构装配的技术内涵与外延,结合新一代飞机在结构、寿命、性能、材料方面在结构装配质量控制中带来的新难点,从装配精度传递与质量控制基础方法、复合材料装配等方面分析装配技术状态;其次,结合实际装配生产中的装配工艺及质量控制环节,指出现场装配中存在的工程瓶颈难题,并结合技术发展现状总结分析国内的技术差距,以此解析高性能装配的技术内涵且建立面向装配性能保障的"几何-力学-数据-质量"四维模型;最后,从几何-力学-数据三个方面出发,指出新一代飞机结构装配在基础理论与方法层面的发展思路及方向,为实现航空产品的高性能装配与可靠服役奠定坚实技术基础.

    飞机装配装配工艺质量控制性能保障四维模型

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    旋叶式压缩机多体碰摩响应与试验

    何泽银向银陶平安曹昱坤...
    429-440页
    查看更多>>摘要：针对旋叶式压缩机启动阶段碰摩激励引起的异常振动问题,考虑转子、叶片和缸体的动态接触关系,以多刚体接触力与气体力为激励源,建立转子-叶片-缸体系统多体接触动力学模型,分析压缩机启动阶段碰摩动力学响应;而后,搭建压缩机振动测试试验台,验证启动阶段整机振动响应计算模型合理性.结果表明,整机碰摩振动试验与计算模型振动响应变化规律基本一致,验证了启动阶段整机振动响应计算模型的合理性;吸、排气压力差较小时,叶片与缸体、叶片槽发生了反复碰撞,整机振动出现明显锯齿波动;随着吸、排气压力差增大,叶片与缸体最终将保持稳定接触,转子及整机振动将趋于稳定;可设计油路机构缩短油路长度,以获得更快的背压响应,从而减小压缩机启动阶段振动时长;研究结果可为旋叶式压缩机碰摩振动控制提供参考.

    旋叶式压缩机碰摩振动多体动力学振动试验

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