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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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    基于声发射信号稀疏表示的铝合金板材拉伸过程识别方法

    焦敬品孙延东李光海赵鹏经...
    1-9页
    查看更多>>摘要：针对钣金成形过程质量监测的需要,提出一种基于声发射信号稀疏表示的铝合金板材拉伸过程自动识别方法.该方法对钣金拉伸过程监测的声发射信号进行非负矩阵分解,提取其在低维子空间映射的特征系数,用于构造训练字典和测试样本,并利用l1范数进行稀疏分解和信号重构,进而实现对拉伸过程中弹性、塑性、屈服、强化和颈缩5个不同应力-应变状态的自动识别.同时,研究了声发射信号的数据类型对不同应力-应变状态识别准确率的影响.结果表明,提出的基于声发射信号稀疏表示方法可以很好实现铝合金拉伸过程中5个不同应力-应变状态的识别,相较于快速傅里叶变换类型数据,利用短时傅里叶变换数据的识别准确率更高.研究工作为钣金成型质量监控提供了可行的解决方案.

    拉伸过程稀疏表示声发射应力-应变状态非负矩阵分解

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    自冲铆机械内锁结构形态的超声无损检测方法

    曾凯田海邢保英张洪申...
    10-16页
    查看更多>>摘要：自冲铆机械内锁区的结构特征直接影响着结构件连接强度和疲劳寿命,是其成形质量评价的重要指标.主要开展自冲铆机械内锁几何特征尺寸及缺陷的无损检测方法研究.基于聚焦超声探头焦平面声压分布,建立结构体边缘声强分布理论公式,并进行试验验证,明确声束扫描结构体边缘时反射回波信号的演变规律,据此提出一种自冲铆钉脚扩张直径的无损检测方法.结果表明:当超声声束靠近钉脚尖边缘时,回波反射声强的变化率呈现先增大再减小的趋势;反映在钉脚扩张底平面上的超声C扫图中时,对应钉脚尖边缘处的灰度-位置曲线的斜率也存在相同的变化趋势,其灰度值变化率的"极值点"可作为钉脚扩张直径测量的边界点.与实际试件剖切测量结果相比较,该检测方法的相对误差为0.14％～1.87％,验证了该方法的可行性.其次,通过分析扩张底平面上的超声C扫图,还可直观地甄别出铆接过程出现的铆接偏心、裂纹等铆接缺陷.

    自冲铆机械内锁结构超声检测灰度分布

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    基于改进低秩稀疏分解的光斑图像降噪方法研究

    孙梦楠董祉序徐威孙兴伟...
    17-26页
    查看更多>>摘要：为了提升光斑质心定位精度,提出了一种基于改进低秩稀疏分解(Low-rank and sparse decomposition,LRSD)的图像降噪方法.以增强LRSD降噪能力为目标,在加权核范数最小化(Weighted nuclear norm minimization,WNNM)模型基础上引入全变差(Relative total variation,RTV)范数构建了 RTV-WNNM 模型,并采用交替方向乘数法(Alternating direction multiplier method,ADMM)对该凸问题进行求解;以增强LRSD细节保持能力为目标,分别引入免疫扰动和退火策略改进了粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO),并用于LRSD低秩奇异值阈值自适应选取,从而形成一种兼顾噪声去除与局部维系的图像降噪融合算法.仿真和试验结果表明,提出的方法相比于非局部均值滤波(Non-local mean filtering,NLMF)、BM3D等当前主流算法具有更好的降噪效果,显著地提升了含噪光斑图像质心定位精度.

    光斑图像质心定位图像降噪低秩稀疏分解粒子群优化

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    激励参数对Q235钢增量磁导率蝶形图的影响研究

    涂洪铭伍剑波柯瑞夏慧...
    27-35页
    查看更多>>摘要：增量磁导率检测法是一种新型电磁无损检测方法,能够实现对铁磁性材料多种特性的定量或定性检测与评估.由于增量磁导率信号特征值容易受电磁影响,不同的激励条件会影响其最终评价的结果,且尚未有研究分析激励参数对增量磁导率蝶形图的影响.通过多种激励参数变化下的增量磁导率检测方法试验,分析高频/低频磁化的频率、强度、叠加方向以及提离效应带来的影响,探究不同激励参数下增量磁导率的变化规律,结果表明高频/低频磁场强度、频率、方向以及提离对增量磁导率信号及其蝶形图的特征值影响程度各不相同,为增量磁导率检测法的信号分析和工业应用奠定理论基础.

    无损检测增量磁导率激励参数矫顽力

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    基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态监测方法研究

    殷晓康朱鹏飞赵雨生邵鑫宇...
    36-49页
    查看更多>>摘要：钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界,其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全.超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段,然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷,对可直接影响水泥最终质量的固化过程关注较少.在此基础上,提出一种基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态的监测方法,该方法利用SH导波对钢管外水泥剪切特性的敏感性,通过测量并计算不同位置处接收信号幅值的衰减来判断钢管外水泥的剪切特性,从而监测其固化状态.首先,建立钢管周向SH导波的频散方程并绘制频散曲线,选取激励频率并设计电磁声换能器;其次,在COMSOL软件中建立单一钢管和带管外水泥环钢管的有限元模型,通过对比研究了 SH导波在钢管外水泥层中传播及衰减情况;最终,搭建电磁超声监测系统并配制水泥进行模拟监测试验.仿真和试验结果表明,SH导波在单一钢管中衰减较小,且传播距离长,但在带管外水泥环钢管中衰减明显,且随着水泥固化过程衰减越来越大,验证了 SH导波对钢管外胶结介质剪切特性的敏感性,进而验证了在不耦合条件下利用SH导波监测钢管外水泥固化状态的可行性.

    电磁声换能器SH导波钢管水泥胶结结构水泥固化监测

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    物理模拟与数据驱动混合的Z型立柱片剪切刚度认知预测方法

    吕志军褚铭周亚勤肖雷...
    50-61页
    查看更多>>摘要：高层工业货架的货载量通常远大于结构自重,立柱片剪切刚度对货架整体的侧向稳定性至关重要.由于结构尺寸及连接方式的多样性,目前建立较为通用的立柱片剪切刚度计算模型还比较困难.以常见的Z型立柱片为例,提出了物理模拟与数据驱动混合的剪切刚度认知预测方法,以期提高工业货架抗侧倾设计的科学决策能力.首先,建立了基于力学性能试验的立柱片剪切刚度有限元仿真模型,并获取了不同立柱片结构的剪切刚度分析数据集;其次,采用XGBOOST算法建立了立柱片剪切刚度智能化预测模型;相比于卷积神经网络和长短期记忆网络,其预测效率较高且更接近于有限元数值计算,便于立柱片剪切性能的快速评估.以此为基础,选取SHAP(Shapley additive explanation,SHAP)值可视化分析方法对立柱片预测模型计算结果进行理解与认知.重要性分数显示,改善立柱片剪切性能的关键在于斜横撑结构的设计;而立柱片跨距对剪切性能影响相对有限,可以根据需要灵活配置.另外SHAP摘要图和依赖图显示,分离型斜横撑配置模式下增大结构件规格尺寸可以明显提高立柱片的剪切刚度值.

    数据驱动剪切刚度XGBOOST认知预测立柱片

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    GTN细观损伤模型的发展与应用综述

    陈鑫杨立飞于雪龚颖颖...
    62-80页
    查看更多>>摘要：细观损伤力学分析广泛应用于韧性金属损伤、断裂、成形极限预测等领域.Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型是细观损伤力学领域最为重要的经典模型之一.该模型将材料的细观孔洞演化过程与宏观力学行为相结合,描述材料在外部载荷作用下的细观损伤机理及宏观损伤失效行为.大量试验研究表明,在剪切载荷为主的应力状态下,材料内部孔洞体积分数并没有明显增加,但依然会发生失效.由于传统GTN模型只考虑孔洞体积分数变化对金属材料损伤行为的影响,使得GTN模型并不适合中、低应力三轴度下的损伤及断裂预测,因此多位学者都对原始GTN模型进行了修正.概述细观损伤力学和GTN模型的发展历程,并分析GTN模型的几种典型修正方法及其适用范围和优劣势,总结GTN模型参数标定方法.将GTN细观模型在工业领域中的应用分类整理,展望GTN模型的发展趋势,可为今后GTN模型的研究与应用提供参考.

    细观损伤GTN模型损伤力学塑性成形剪切修正

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    金属的应变率效应及其动态本构研究进展

    徐腾邓春阳冉家琪龚峰...
    81-98页
    查看更多>>摘要：绝大多数金属均存在复杂的应变率效应,屈服强度和流变应力在不同应变速率下的值不同,不同应变速率范围内应力变化趋势也会不同,表现为应变率强化效应和应变率弱化效应.应变速率影响着金属材料的宏观力学性能以及内部微观组织结构,不同变形速度下的金属材料塑性变形行为存在明显差异.在板材高速拉深等高速冷成形过程中,材料局部应变速率的提升将导致该区域内塑性变形功转化为热量造成瞬时温升,局部的高温高压使材料的拉深成形性能和表面质量受到不同程度的影响.在金属板材高速成形领域,建立考虑应变率效应以及绝热温升效应影响的动态本构模型是准确获取材料力学行为响应、实现形性一体化高精密成形的重要前提.综述金属应变率效应以及应变速率对金属塑性变形行为的影响,并对金属动态力学行为和动态本构模型研究进展进行了总结,着重对唯象本构、物理本构、人工神经网络本构这三类模型的研究工作,以及流变应力的应变率效应进行了论述和分析,最后就金属应变率效应研究和构建金属高速成形动态本构关系研究工作中的不足进行了总结讨论,为开展金属高速成形动态本构相关的研究工作给出了一定的建议和展望.

    应变率效应高速成形绝热温升动态力学行为动态本构模型

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    TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接过程中焊合区组织及其织构演变

    杜随更刘冠翔陈虎胡弘毅...
    99-106页
    查看更多>>摘要：线性摩擦焊接是制造异种或异质合金整体叶盘的关键技术.焊接过程中焊合区的组织形成与变化规律决定了焊接接头的组织和性能,也是线性摩擦焊接连接机理的主要研究内容.通过扫描电镜、电子背散射衍射等观察分析了 TC17(α+β)/TC17(β)同种异质钛合金线性摩擦焊接过程中不同时刻停振得到的焊接接头组织,研究了焊接过程中热力影响区范围的变化规律、焊合区的动态再结晶及织构变化规律.结果表明,摩擦时间仅为0.5 s时,焊接界面中心区已发生了动态再结晶,生成了亚稳定β晶粒.随摩擦时间加长,乃至停振顶锻之后,细晶区宽度逐渐变窄,晶向分布越来越集中,小角度晶界占比增加,大角度晶界角度占比减小,动态再结晶晶粒面积逐渐加大.焊合区最终形成了与体心立方三种滑移系相对应的三种织构,{112}<111>、{110}<111>和{123}<111>.该织构形成的主要作用机制是摩擦压力,而非摩擦剪力.当接头承受轴向拉力时,该织构晶粒容易产生剪切塑性变形,降低接头强度.

    线性摩擦焊钛合金EBSD动态再结晶织构

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    异形截面复合材料构件成形及力学性能预测方法研究

    黄浩单忠德张丽娇孙正...
    107-118页
    查看更多>>摘要：柔性导向三维织造技术成形构件层间性能强、应用广泛,但受织造过程路径规划和成形工艺的制约,使得织造时间长、构件性能不稳定.同时异形截面构件的复杂性使得原有工艺难以准确成形,且缺少相应的力学性能预测方法,严重阻碍三维织造技术在异形截面构件上的应用.本文深入探究柔性导向三维织造技术的织造机理,提出分区域织造的工艺方案,通过分段拟合逼近截面形状,有效解决了复杂异形截面构件成形难的问题.基于此工艺方案,建立牵引拉杆的宏细观尺度有限元力学性能预测模型,并以细观尺度预测结果为材料属性,分析牵引拉杆轴向承载时的应力状态.进一步建立纤维体积分数模型,分析了XY向纤维体积分数与力学性能之间的关系,为织造过程的形性调控奠定基础.试验结果表明,有限元预测Z向弹性模量的误差在4.2％以内,为异形截面构件的早期设计和工程应用提供基础.

    异形截面柔性导向三维织造力学性能预测成形工艺纤维体积分数

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