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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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    基于惯性传感器的呼吸测量技术综述

    方续东邓武彬吴祖堂李进...
    1-23页
    查看更多>>摘要：随着对疾病预测和诊断需求的不断增长,面向人民生命健康的科技创新成为迫切需求,监测生理信号的可穿戴装备越来越受到关注.呼吸是反映人体生理状态的重要参数,例如肺炎、睡眠呼吸暂停综合征、肺栓塞等重大疾病往往伴随着人体呼吸参数的变化,监测呼吸参数可以有效地预测和诊断相关疾病,但其可穿戴监测技术尚未取得显著进展.惯性传感器由于低侵入性、重量轻等优点,非常适合开发成监测呼吸信号的可穿戴装备.首先从惯性传感器监测呼吸的发展历程展开,详细论述了惯性传感器监测呼吸的四个发展阶段(呼吸波形的提取、呼吸暂停的识别、睡眠姿态识别以及走跑时的呼吸监测)、惯性传感器监测呼吸的方法以及惯性传感器的数据处理方式.其次,对惯性传感器监测呼吸的不同阶段进行了对比分析,详细地阐述了不同方法的优缺点.再次,对惯性传感器监测呼吸存在的挑战和未来发展方向进行了总结和展望.最后,对基于惯性传感器可穿戴呼吸监测装备的开发提出了一些建议和预测.

    惯性传感器可穿戴装备加速度计IMU呼吸测量呼吸频率生理参数监测

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    船用柴油机轴系不对中在线检测与自愈调控方法

    张进杰王怀磊窦全礼王子嘉...
    24-34页
    查看更多>>摘要：船用柴油机及其动力轴系受力状态复杂,结构装配、船体变形等影响相互耦合,常发生轴系不对中故障,易导致轴承严重磨损、联轴器断裂、发动机曲轴断裂等严重事故.受结构、工况等条件影响,传统的振动时频特征分析方法难以实现轴系不对中故障的准确定量检测,工频、二倍频特征频率也易与其他故障特征混叠并造成误判.基于不对中状态下的轴系结构形态特性,建立一种不对中形态特征计算模型,针对不对中形式、机械结构影响提出了在线检测方案;以柴油机输出轴为研究对象,建立6自由度故障模拟试验台,完成了不对中检测方法的试验验证;进一步提出一种轴系不对中故障自愈调控方案并完成试验验证,实现了轴系不对中故障的在线自愈调控.数据表明:基于轴系形态特征的不对中检测方法实现了不同工况条件下的不对中在线检测,准确率超过90％;伺服电缸驱动的自愈调控装置可在10 s内使轴系不对中量降低超过75％.

    不对中自愈调控结构形态特性在线检测船用柴油机

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    W形金属封严环成形型面几何质量在机检测研究

    裴昊男杜思哲罗明
    35-50页
    查看更多>>摘要：金属封严环是一种广泛应用于航空发动机的静密封结构件,其型面成形质量是保证航空发动机密封性能的关键,对减少发动机内流损失、提高发动机推重比具有重要意义.目前,金属封严环成形质量主要采用破坏性抽样终检,缺少成形过程几何质量检测方法,导致无法及时发现其成形缺陷.为解决上述问题,开展了 W形金属封严环成形型面几何质量在机检测方法的研究.提出了一种基于多层配准与距离阈值的异形截面轮廓测量点云预处理方法,解决了 W形金属封严环截面轮廓测量点云存在的严重异常值、缺失与噪声叠加问题;提出了基于最小面积外接矩形的轮廓几何特征参数提取方法、基于中轴线的壁厚提取方法、基于曲率与预定位的圆特征参数提取方法,实现了封严环截面复杂几何特征的提取.集成所提方法,采用对位安装的双激光轮廓传感器搭建在机测量系统,开发了 W形金属封严环在机检测软硬件模块.最后,通过某型W形金属封严环的六个成形道次样件的几何质量检测,验证了本文方法的准确性.与传统破坏性检测结果相比,轮廓几何特征参数的平均相对误差为1.350％,壁厚尺寸的平均相对误差为3.219％,圆特征参数的平均相对误差为1.372％.

    金属封严环几何质量在机检测点云预处理特征提取

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    基于Feature Boosting的管道电磁内检测多传感信号缺陷解析算法

    傅杨张跃毛颖唐小华...
    51-67页
    查看更多>>摘要：随着管道在能源运输中发挥越来越重要的作用,管道的健康管理势在必行.管道内检测是一种常用的管道寿命维护方法.在管道内部环境极其复杂的地方,内部检测得到的信号含有较强的噪声和干扰.因此,如何准确地识别缺陷信号是一个难题.基于管道内检测器的多传感检测信号,提出了一种基于Feature Boosting的信号解析缺陷检测算法框架.该框架通过加强特征构建和层次分类,不仅可以对管道内检测各种复杂信号进行正确分类,还可以实现缺陷信号的准确识别.同时,为了展示检测算法框架的高灵活性和鲁棒性,在实验室环境、模拟环境和实际环境三种不同环境下对标本进行了试验和验证.在实际环境检测信号的分类中,与不同算法进行了比较,并使用f评分进行了定量评价,验证了所提框架的有效性.

    管道内检测缺陷检测及定位多传感融合FeatureBoosting

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    铁磁材料漏磁信号对拉伸应力的响应研究

    曾少昔赵春田李红梅
    68-76页
    查看更多>>摘要：铁磁材料不同初始磁化状态对应力磁测有较大影响,因此需要被克服以提高磁测结果的鲁棒性.通过力磁耦合理论分析,适当地增大外加磁场强度H0能使铁磁材料初始磁化状态稳定且可控;同时,应力致磁化曲线上升段被稳定地约束在远小于一般工作荷载的40 MPa以内,其下降段随应力的增大呈现出近乎线性的变化规律.基于此,为明晰铁磁材料漏磁信号对拉伸应力σt的响应,进行了有多处截面几何宽度突变的Q235低碳钢板试件的单轴拉伸力磁耦合试验.通过有限元应力分析获得了不同荷载作用下试件的应力分布状态,进而分析了外加磁场强度H0和拉伸应力σt对漏磁信号法向分量Hp(z)的影响.研究结果表明:通过局部增强H0,在铁磁试件受检部位形成较为可控且稳定的局部磁通回路,能有效地克服金属磁记忆中铁磁试件初始磁化状态随机且多变、检测信号微弱和信噪比低等问题.引入影响系数φ综合反映σt对特征参数峰-峰振幅S(z)p-p的关联影响,在0MPa≤σt≤168 MPa范围内,随着σt的增大,系数φ最大增加了 18.4％.

    初始磁化状态外加磁场强度力磁耦合有限元分析漏磁检测

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    45/316L复合管三辊斜轧组元金属变形规律研究

    季策吴晋李子轩王涛...
    77-87页
    查看更多>>摘要：针对具有组元熔点高、变形抗力大、界面复合难等特征的高强耐蚀无缝金属复合管高效连续成形难题,提出了无缝金属复合管三辊斜轧复合工艺.基于ABAQUS软件建立了 45/316L复合管三辊斜轧复合过程数值仿真模型,研究了不同减径量和初始组元金属壁厚占比时的减径率、减壁率、伸长率和组元金属壁厚占比等参数变化规律,最后通过试验成功制备了45/316L复合管,验证了仿真分析准确性.研究结果表明:在端部焊接、轧辊和芯棒多重约束作用下45碳钢管和316L不锈钢管实现被迫同步变形,组元金属壁厚占比基本不变,为实现目标尺寸规格精准控制奠定理论基础;拉剪试验表明拉剪断裂发生于45碳钢基体侧,侧弯试验后复合界面无开裂,复合界面实现高强冶金结合.因此,三辊斜轧复合工艺为实现高强耐蚀无缝金属复合管的组元厚比精确可控、界面高强冶金结合、高效连续近终成形提供了新思路.

    复合管斜轧变形规律层厚比冶金结合

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    中厚板铝/铜异种金属双面搅拌摩擦接头微观组织与力学性能

    唐九兴石磊武传松吴明孝...
    88-98页
    查看更多>>摘要：采用双面搅拌摩擦焊实现了12mmAA6061-T6铝合金与T2纯铜的焊接,研究工艺参数对接头微观组织与力学性能的影响.研究发现,当两面焊缝采用相同工艺参数时,由于焊接变形,两面的焊缝成形具有明显差异,难以同时兼顾双面焊缝成形以获得优异的接头性能.为了进一步提高接头性能,将第一道焊缝的转速和焊速分别固定为600 r/min和400 mm/min,对第二道焊缝的焊接参数进行了优化.一方面通过优化第二道焊缝的焊速,即将第二道焊缝的转速固定为600 r/min,焊速分别采用300 mm/min,200 mm/min和100 mm/min,无缺陷的焊接接头在焊速100 mm/min时取得;另一方面通过优化第二道焊缝的转速,即将第二道焊缝的焊速固定为400 mm/min,转速分别采用800 r/min和1 000 r/min.结果表明当转速800 r/min时,接头横截面无缺陷且获得了最大抗拉强度达到151 MPa,此时接头无宏观孔洞缺陷、铝/铜界面处无微裂纹且界面处生成了相对较薄的金属间化合物层,接头拉伸断裂于铝/铜界面,断裂方式为韧-脆混合断裂.

    铝/铜异种焊接双面搅拌摩擦焊中厚板界面金属间化合物力学性能

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    不同热处理对激光定向能量沉积制造TC4钛合金组织和拉伸性能的影响

    荣鹏成靖邓鸿文陶常安...
    99-107页
    查看更多>>摘要：激光定向能量沉积技术(Directed energy deposition,DED)是一种逐点逐层熔化沉积从而直接制造致密金属零件的高性能加工成形技术.由于其制造的TC4钛合金的显微组织与传统锻件有很大的不同,选用合适的热处理工艺是改善其力学性能的关键.因此,研究了三种不同热处理制度对DED制造TC4钛合金对成形构件晶粒形貌、显微组织和室温以及高温拉伸性能的影响.研究结果表明,经过600 ℃和800 ℃退火处理后,α片层均出现不同程度的粗化,且α相含量略微提高,经975 ℃双重退火处理后生成了部分等轴α相,室温拉伸塑性得到改善,与800 ℃退火处理试样相比,横向面缩率增加了约26.1％.在400 ℃高温拉伸时,975 ℃双重退火后的合金具有最高的横向平均高温断后伸长率,表现出优异的高温强度-塑性匹配.

    增材制造激光定向能量沉积Ti-6Al-4V显微组织室温性能高温性能

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    轧机工作辊水平非线性振动及智能衬板吸振

    和东平蒋莉徐慧东刘元铭...
    108-119页
    查看更多>>摘要：板带轧机振动理论的研究对板材的质量和设备的稳定运行至关重要.考虑轧制力的水平动态激励、工作辊轴承座与牌坊之间的非线性阻尼、非线性刚度以及间隙等因素的影响,建立轧机工作辊水平非线性振动分数阶动力学模型.通过平均法求解得到了上工作辊水平非线性振动的幅频特性曲线方程,分析轧制力的水平动态激励幅值、刚度系数、非线性阻尼系数以及分数阶微分项的系数与阶次对系统主共振幅频特性曲线的影响.设计一种用于安装在轧机牌坊和上工作辊轴承座之间的液压智能衬板,运用多尺度法求解得到安装智能衬板系统的幅频特性曲线方程,分析衬板的刚度系数和阻尼系数对幅频特性的影响,通过数值仿真研究智能衬板对水平非线性振动的控制效果,最后通过试验验证智能衬板设计的可行性和正确性,为轧机非线性动力学分析及稳定性控制提供了一种新思路,对现实生产具有重要指导意义.

    轧机水平非线性振动分数阶建模多尺度法智能衬板

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    基于内禀耗散理论的高周疲劳双尺度伤演分析

    张伟李如俊葛士涛彭艳...
    120-133页
    查看更多>>摘要：金属构件高周疲劳裂纹萌生于内部的部分晶粒,经典唯象损伤理论无法揭示细观晶粒尺度上的损伤形态和演化过程,难以建立损伤真实描述.基于唯象损伤力学内稟耗散理论和Lin-Taylor假设,建立一种表征晶粒不可逆应变耗散的细观塑性耗散势,并利用细观积分思想获得晶粒尺度累积塑性应变的宏观当量表征,进一步建立了一种高周疲劳损伤演化双尺度模型.该模型同时考虑了损伤驱动力循环特性和裂纹闭合行为的单双边效应,适用于单轴、多轴比例以及多轴非比例加载工况.通过ABAQUS实现构件受载工况,使用UMAT子程序嵌入计算损伤驱动力.最后利用航空工业常用的金属材料铝合金LY12CZ、5％铬钢和C35钢在不同加载路径下的试验数据来评估和验证所提出的双尺度模型,并与多个已有模型进行对比验证,结果表明,新建模型具有良好的寿命预测效果.新模型揭示细观力学行为与唯象损伤演化的主要关联,为解决金属材料疲劳损伤破坏这类涉及多尺度行为的复杂力学问题提供了新思路.

    高周疲劳内禀耗散累积塑性应变双尺度寿命预测

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