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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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    边部感应加热过程中的轧件热行为与温度均匀性研究

    彭文张丽李旭东刘军...
    119-131页
    查看更多>>摘要：用边部感应加热器提高带材边部温度,改善产品质量是近年来带材生产的新工艺.目前对于边部感应加热过程中带材的温度分布及感应加热后带材的温度均匀性的研究较少.为获得感应加热过程轧件宽向温度的分布规律,利用COMSOL软件建立了 C型边部感应加热器的电磁-热耦合的有限元模型,系统探讨轧件运动过程中工艺参数变化对电磁场分布、涡流密度及轧件宽向温度分布的影响规律.结果表明,使用边部加热器能够快速补偿边部温降,轧件边部温升与电流频率、电流大小成正比,与轧件厚度和运行速度成反比;为进一步研究感应加热后轧件运行过程中温度变化对温度分布均匀性的影响,用宽向温度标准差对宽向温度分布均匀性进行评价,研究发现边部温度提高有助于减小温度标准差,提升温度分布均匀性,但仍会由于边部过热出现"猫耳状"高温区,在感应加热过程中当边部温度提高约80 ℃时,精轧入口测温点处的宽向温度分布均匀性最优,温度标准差由13.71 ℃减小至6.15 ℃.研究结果能够为运动条件下轧件边部加热工艺的优化提供参考依据.

    热连轧感应加热电磁场温度场温度均匀性

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    热成形条件下软磁材料的磁感应强度预测模型

    胡成亮苗宏量曾凡赵震...
    132-139,149页
    查看更多>>摘要：爪极是车用爪极式发电机中的重要零件之一,其磁性能直接影响对应发电机的发电效率.热锻是当前工业界爪极制造的常用工艺,面向爪极热锻成形本文开展了爪极锻件磁性能的预测研究工作.以爪极用低碳钢软磁材料为对象,构建热成形条件下的磁感应强度预测模型,并介绍了该模型的主要参数及其确定方法;对爪极热锻过程开展数值模拟,引入磁感应强度预测模型试着对爪极锻件磁感应强度分布的进行预测;同时,在爪极预锻不同变形阶段的中心部位及终锻件不同位置进行取样,采用磁环法对具体磁感应强度进行实测,与模拟计算结果进行对比分析;模拟预测与实际测量值间最大误差小于10％,说明该预测模型具有良好的适用性,可为后续面向磁性能提升的爪极工艺设计优化奠定基础.

    爪极磁感应强度热成形预测模型数值模拟

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    基于阳极键合玻璃与铜的钎焊连接机理研究及其力学性能分析

    贾旭胡利方李子昊郑植...
    140-149页
    查看更多>>摘要：以铝箔作为中间层,采用Sn-9Zn-3Bi钎料通过阳极键合及钎焊工艺成功地实现了玻璃与铜片的连接.利用扫描电镜观察了玻璃-铝-钎料-铜接头的微观组织,分别讨论了钎焊温度和钎焊时间对连接过程的影响以及钎料和铝、铜的界面反应演化机制.研究发现玻璃-铝-钎料-铜的连接界面良好,玻璃表面阳极键合的铝箔随钎焊时间的增加逐渐被消耗,当钎焊温度为240 ℃,钎焊时间为15 min时铝箔消耗完毕.钎料与铜在240 ℃钎焊温度下随钎焊时间的延长依次出现Cu5Zn8和CuZn5金属间化合物层,且随钎焊时间的延长Cu5Zn8金属间化合物层厚度逐渐增加,CuZn5金属间化合物层由锯齿状逐渐变平缓.研究发现随钎焊温度升高,铝箔同样被逐渐消耗,界面处生成的金属间化合物层厚度也逐渐增加,且CuZn5金属间化合物层锯齿状更加明显.通过剪切试验发现玻璃-铜接头的剪切强度随钎焊时间的延长呈先增加后降低的趋势,在钎焊时间为10 min时剪切强度具有最大值20.29 MPa,断裂发生在玻璃基体内部,说明玻璃与铜实现了可靠连接.

    阳极键合钎焊玻璃铝铜

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    铝锂合金无针搅拌摩擦点焊接头组织演变与强化机制研究

    褚强杨夏炜李文亚范文龙...
    150-158页
    查看更多>>摘要：将2198铝锂合金无针搅拌摩擦点焊作为研究对象,围绕点焊接头微观组织与强化机制开展研究.结果表明,组织细化受连续动态再结晶、应变的几何效应和非连续动态再结晶的共同作用.其中,连续动态再结晶是主要的再结晶机制,同时伴随着剪切织构A/(A)({111}<110>),B/(B)({112}<110>),A1*/A2*({111}<112>).焊接过程中析出相同样发生了显著变化,与母材晶体结构呈现半共格/非共格特征的T1相受焊接热循环影响发生粗化或固溶,搅拌区析出相几乎完全固溶,仅观察到少量弥散的与母材晶体共格的β'相,其强化效应明显减弱.无针搅拌摩擦点焊(Probeless friction stir spot welding,P-FSSW)接头非均匀组织特征导致其强化机制由析出强化和形变强化逐渐转变为细晶强化和固溶强化.

    铝锂合金搅拌摩擦点焊微观组织强化机制

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    GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合行为数值分析

    樊丁李德全侯英杰黄健康...
    159-167页
    查看更多>>摘要：GMAW潜弧焊是GMAW在大电流范围内配合高速送丝实现高熔敷率、低飞溅率的一种高效焊接方法,可对中厚板进行有效焊接,显著提高焊接效率.为研究大电流细丝GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合机理,建立了细丝GMAW潜弧焊电弧-熔池耦合数学模型,其中特别考虑了熔滴过渡和金属蒸气的影响.数值模拟结果表明:纯CO2保护气下细丝GMAW潜弧焊电弧可稳定潜入熔池;GMAW潜弧焊电弧形态与普通GMAW钟罩形的电弧形态不同,电弧进入空腔后,在扩张的同时向下挖掘,使空腔深度显著增加;GMAW潜弧焊时,由热-力耦合引起的电弧-熔池动态演变是导致大熔深的根本原因,该模型的建立为GMAW潜弧焊的应用奠定了理论基础.

    GMAW潜弧焊数值模拟电弧-熔池耦合行为

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    金属粉末压制中多尺度力学特征不均匀性模拟研究

    张炜萧伟健袁传牛陈荣昕...
    168-177页
    查看更多>>摘要：针对金属粉末压制过程实际研究的复杂性,基于颗粒物质理论及离散元法进行压制过程的数值模拟,特别是结合宏观应力、细观力链及微观接触力各尺度力学特征量化提取分析方法,通过接触力基尼指数与参与指数、力链强度不均匀度参数、局部应力不均匀度参数对不同颗粒、侧壁摩擦因数工况下的多尺度力学特征不均匀性进行量化分析,同时探讨多尺度力学特征空间不均匀分布演化.多尺度模拟研究表明:随压制进行,各尺度力学特征不均匀性均逐渐降低;而随侧壁及颗粒间摩擦因数增加,各尺度力学特征不均匀性逐渐增加.其中在宏观力学尺度上,侧壁、颗粒间摩擦因数对不均匀性影响均较为显著,而在细观、微观力学尺度上,颗粒间摩擦因数较侧壁摩擦因数对不均匀性影响更显著;各尺度力学特征空间分布亦逐渐向均匀化发展且保持各尺度一致对应性.研究对于粉体成形力学的丰富及致密化行为解释,以及压坯致密化程度与成形质量提升具有理论铺垫及实际指导意义.

    离散元法金属粉末压制多尺度力学不均匀性力链

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    Cr、Si微量元素对钢/铝感应静压焊接接头组织及性能的影响

    高恺顾红历李坤
    178-187页
    查看更多>>摘要：为推进汽车车身的轻量化研究,对Q235与5052H32(1号)、40Cr与5052H32(2号)、Q235与6061-T6(3号)三组试样进行了感应静压焊接试验.结果表明:界面处生长的金属间化合物(IMC)主要包括近钢侧舌状Fe2A15相和近铝侧针状FeAl3相两种,Fe2Al5相的Gibbs自由能小于FeAl3相,故界面处Fe2Al5相优先生长;1至3号试样Fe2Al5相平均厚度分别为20μm、14μm、11 μm,对比1号和2号发现,40Cr钢中的Cr元素在界面处聚集并部分替换IMC中的Fe元素,降低Al在Fe中的扩散系数,抑制了 Fe2Al5相的生成,因此2号试样中Fe2Al5相比1号试样薄6 nm;对比1号和3号发现,6061-T6铝合金中Si元素参与界面反应,以固溶体的形式抑制了 Fe2Al5相的生长,因此3号试样中Fe2Al5相比1号试样薄9 μm;三种试样焊接头均为混合断裂,接头抗剪强度分别为31 MPa、68 MPa、73 MPa.

    感应静压焊接金属间化合物微观组织力学性能

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    热成形工艺条件下7075-H18铝合金板材塑性流动行为的本构建模

    王刚谷诤巍于歌李欣...
    188-196页
    查看更多>>摘要：为支撑7xxx系高强度铝合金板材热成形工艺设计与模具开发,以适合于热成形连续生产的7075-H18板材为研究对象,采用Gleeble-3800热力模拟试验系统对7075板材在热成形条件下的热拉伸流变特征进行较系统地研究,并基于热拉伸试验数据构建改进型Arrhenius本构模型.热拉伸试验结果显示7075板材的流变行为对变形温度与应变速率较为敏感.在选定的温度区间(300～450 ℃)与应变速率范围(0.001～10 s-1)内,板材试样的塑性流动应力随着变形温度的升高或应变速率的减小而显著减小,断后延伸率随着温度或应变速率的升高而增大.改进型Arrhenius模型准确预测7075板材的塑性流动行为,预测数据与试验数据之间的Spearman相关系数达到0.997 7,均方误差小于13.2.所构建的改进型Arrhenius模型为7075-H18铝合金板材热成形数值模拟提供准确的材料本构模型.

    7075-H18铝合金热成形塑性流动行为本构模型数值模拟

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    考虑不同刚度退化模式的碳纤维增强复合材料失效模型开发

    余海燕贺宏伟邢萍
    197-208页
    查看更多>>摘要：对二维和三维Hashin失效判据以及Tan、Zinoviev和Tserpes刚度退化准则的特点进行比较分析,将二维Hashin失效判据与Tan刚度退化准则、三维Hashin失效判据分别与Tserpes刚度退化准则、Zinoviev刚度退化准则进行组合,提出三个失效模型CFRP-2HT、CFRP-3HT和CFRP-3HZ,并基于Abaqus软件进行子程序开发,用于提高碳纤维增强复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)的数值仿真精度.通过带孔平板的单向拉伸和三点弯曲试验,对子程序的功能和精度进行了验证.结果表明:CFRP-2HT、CFRP-3HT与CFRP-3HZ三个失效模型预测的带孔CFRP层合板单向拉伸强度的精度分别为80％、89％、93％,预测的失效形式与试验结果一致.三个失效模型在刚度退化模式、是否具备分层失效的预测能力、计算精度与计算效率方面各有优势,其中CFRP-3HT模型计算精度最高,而CFRP-2HT计算效率最高.

    碳纤维复合材料失效模型刚度退化数值仿真

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    集成水力翼板的深海着陆器水动力特性研究与结构优化

    薛钢刘延俊薛祎凡郭磊...
    209-223页
    查看更多>>摘要：为解决深海着陆器沉降速度和沉降轨迹不受控问题,提出集成水力翼板的新型着陆器,能够高效率、低能耗精准缓降着陆.以集成水力翼板的深海着陆器为研究对象,建立其运动学模型和水动力学模型,采用Fluent软件数值模拟分析着陆器沉降过程的绕流场演化规律,阐明水力翼板的缓降作用机理,并基于最优拉丁超立方抽样方法、高斯过程回归方法、Sobol,全局灵敏度分析方法、NSGA-Ⅲ多目标优化算法,实现了水力翼板的结构参数和开合角度的优化.研究结果表明:水力翼板的开合角度对着陆器沉降速度的影响权重最大,水力翼板增大了着陆器绕流场中的流体附加质量,减少了着陆器重力势能向着陆器动能的转换,从而降低了着陆器的沉降速度.集成水力翼板的结构形式为新型深海着陆器的设计与应用提供了参考依据.

    着陆器水力翼板水动力特性结构优化

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