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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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    Al含量对粉末冶金CoCrFeMnNi高熵合金组织结构与性能的影响

    冒爱琴陈诗洁贾洋刚邵霞...
    134-143页
    查看更多>>摘要：CoCrFeMnNi高熵合金具有优异的延展性和断裂韧性,但是其较低的强度和硬度使其在结构材料领域的应用潜力受到很大限制.目前关于Al粉添加对粉末冶金CoCrFeMnNi组织结构和性能的报道较少.以CoCrFeMnNi高熵合金粉体和A1粉为原料,采用真空热压烧结法制备了不同A1含量的CoCrFeMnNi高熵合金,借助于X射线衍射、扫描电子显微镜/能量散射光谱、纳米压痕、显微硬度、室温压缩性能和极化曲线等测试方法,研究了 Al含量对CoCrFeMnNi高熵合金组织结构和性能的影响.结果表明:随着Al含量从0增加到5wt.％,高熵合金致密度提高,在FCC基体中析出的网状富Cr的BCC相体积分数增大.当Al含量增加至5wt.％,高熵合金FCC相的纳米压痕硬度和弹性模量略有增加且BCC相明显高于FCC相,维氏硬度由248.4 HV增加到508.3 HV,室温压缩强度也大幅度提高,而析出强化效应是硬度和强度提高的主要原因;同时高熵合金具有最小腐蚀电流密度,耐腐蚀性明显提高.但是,过量A1含量使得Al元素产生偏析、BCC结构体积分数和微观组织结构不均匀性急剧增大,导致材料硬度、弹性模量以及耐腐蚀性能降低.

    CoCrFeMnNi高熵合金粉末冶金Al含量微观组织纳米/维氏硬度耐腐蚀性

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    2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊成形过程分析

    林智雄邵震梁鑫裕崔雷...
    144-152页
    查看更多>>摘要：拉拔式摩擦塞补焊(Friction pull plug welding,FPPW)是一种高效率的固态修补焊接技术,广泛应用于航空航天领域.采用分阶段焊接和全过程焊接两种模式,分别研究12 mm厚铝合金FPPW成形过程和组织性能.结果表明,依据焊接过程拉力变化,可将FPPW划分为预摩擦阶段、拉力加载阶段、恒力焊接阶段和拉锻阶段.分阶段焊接结果表明,焊接初期,摩擦方式以滑动摩擦为主预热界面;随着焊接过程推进,热量上升,界面出现局部结合,滑动摩擦转化为滑动-粘着摩擦;焊接后期,在粘着摩擦主导作用下,界面具备焊合条件,并在拉锻阶段实现焊合.全过程焊接结果表明,焊接拉力为50kN时,脆性第二相在结合界面连续分布,强度相对较低.随着焊接拉力增加至60 kN,结合界面第二相在摩擦挤压下破碎,降低了第二相的不利影响,强度得到提升.然而,焊接拉力升至70 kN时,接头发生颈缩,结合界面出现连续微小孔洞,强度明显下降.研究结果为中厚板FPPW成形提供了参考.

    2219铝合金拉拔式摩擦塞补焊成形过程力学性能

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    2024铝合金填丝TIG焊接头搅拌摩擦加工组织和性能研究

    吴洁沈以赴黄国强
    153-161页
    查看更多>>摘要：熔化焊方法在铝合金连接方面发挥着重要作用,但所产生的焊缝存在一些冶金问题.因此,针对铝合金熔化焊焊缝开发具有较高加工柔性裕度的有效改性/修复工艺尤为迫切,这对提高接头服役性能、延长服役寿命具有重要工程意义.通过对使用ER4043焊丝典型AA2024铝合金TIG焊接头焊缝进行搅拌摩擦加工(Friction stir processing,FSP),研究了 FSP对熔焊缝微观结构和性能的影响规律.结果表明,TIG焊接头焊缝由粗大铸态树枝晶、Al-Si共晶网和冶金缺陷组成;经FSP处理后,焊缝铸态组织被完全消除,转变为致密、均匀、细晶的Si颗粒增强复相组织,导致TIG焊接头强塑性和耐蚀性同步提升.建立了 FSP前后TIG焊接头微观结构演变与性能改善之间的构效关系,揭示了 TIG焊接头FSP后性能提高的微观结构根源,为其他合金体系熔焊接头改性/修复提高性能提供新的思路和方法.

    铝合金TIG焊接头搅拌摩擦加工改性与修复

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    基于能量法的管件自由弯曲失稳起皱预测和变形规律研究

    高昇吴建军闫晶张荣霞...
    162-172页
    查看更多>>摘要：以自由弯曲成形管件为研究对象,对管件制造过程中的失稳起皱现象进行预测和规律研究.首先通过对纯弯曲成形管件起皱预测的研究建立自由弯曲管件分析模型,并且推导自由弯曲管件成形的波纹函数.其次,结合管件弯曲变形能计算公式和纯弯曲管件能量预测公式,得到临界能量计算公式.然后,运用ABAQUS有限元仿真软件进行仿真计算,利用自由弯曲临界能量计算公式对管件的失稳起皱现象进行预测,并且进行验证.最后,运用自由弯曲失稳起皱预测方法对影响管件自由弯曲失稳起皱的几个因素进行探索.结果表明,弯曲半径、相对管径和单位长度扭转角是影响薄壁管数控弯曲精确成形过程失稳起皱发生的因素.研究结果为自由弯曲成形过程参数的确定和优化创造了条件.

    自由弯曲失稳起皱能量法影响因素

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    钨/钢异种金属电阻扩散焊接头组织与性能

    于江唐小雅孙宇张洪涛...
    173-180页
    查看更多>>摘要：提出高电阻率石墨作为热补偿辅助电极,纯Fe箔作为中间层,在一定焊接时间下,通过电阻缝焊输出的恒定电流产生的焦耳热实现纯钨板与CLF-1低活化铁素体/马氏体(RAFM)钢的电阻扩散焊连接.同时,对比获得的钨/钢和钨/铁/钢焊接接头的界面组织、接头强度和断裂形式去揭示中间层在焊接过程中的作用机制.结果表明:由于钨/钢异种金属界面之间引入了中间层,获得的钨/铁/钢焊接接头的界面结构发生显著变化,由原来的钨/钢连接界面转变为钨/铁界面和铁/钢界面,同时,中间层的加入会导致整个焊接接头电阻增加,焊接过程中生成的焦耳热增多,导致界面处元素相互扩散距离增加,由原来的2 μm增加至4 μm,获得的焊接接头剪切载荷得到提高,为12 313.3 N,相对前者提高约30.82％,接头表面实时温度场表明整个焊接过程中辅助电极石墨的温度最高,达到910 ℃,但小于母材熔点,这亦表明整个焊接过程界面以扩散为主,为电阻固相扩散连接.此外,断口形貌表明中间层的加入导致断口处反应区域增加,主要断裂位置位于钨合金处,表明钨/钢之间形成较好的冶金结合.

    电阻扩散焊焦耳热钨低活化铁素体/马氏体钢

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    船用智能设备与系统的发展现状与展望

    马勇胡祖硕王雯琦常兴山...
    181-192页
    查看更多>>摘要：船用智能设备与系统指安装在船舶上的各种智能装置,以及这些装置之间相互连接和协同工作的整体系统,用于提高船舶的操作、运行和管理效率,增强安全性,降低能耗,提升效率.这些系统覆盖了智能航行、智能能效、智能机舱、智能运维、智能集成平台以及岸基航运系统等多个方面,不仅关注单一装置的智能化,也强调整体系统的协同和优化.当前,国内外对此类设备的研发及应用已取得一定成就,但同时也面临技术、协调和环保等多方面的挑战.未来,随着信息技术和物联网技术的进一步发展,预计船用智能设备与系统将更加普及,其研究将更加深入,特别是在自动化和远程控制技术方面,有望实现更大的突破,为航运业的安全性和环境友好性提供更强大的支撑.

    船用智能设备与系统智能航行智能机舱智能能效智能运维智能集成平台岸基航运系统及设备

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    基于电化学-热耦合模型的长/短刀片型锂离子电池性能比较研究

    陆浩然邹梦珍李哲
    193-207页
    查看更多>>摘要：新能源汽车快速发展对动力电池的能量密度和安全性提出了更高的要求,刀片电池构型显著提高了动力电池体积利用率,弥补现有磷酸铁锂(Lithium iron phosphate batteries,LFP)电池材料体系能量密度低的缺点.通过搭建刀片电池1D电化学+3D热耦合模型,进行如下三方面的探究:第一,探究环境温度、充电倍率和换热系数三类变量对不同长度刀片电池的容量、内阻等电化学性能的影响,通过直流阻抗分解法(Directive current resistance,DCR)溯源影响性能的原因并定位了对应的物理化学过程;第二,探究上述三种变量对长/短刀电池温升过程和充电末期电池最大温差的影响,通过产热分解法(Heat production decomposition,HPD)揭示电池各部件的产热程度;第三,探究电池尺寸和换热系数对电池温度均一性的影响.结果表明:①刀片电池长短对电化学性能的影响源于集流体电阻,其电阻随电池长度增加而增大;刀片电池长短对热性能影响由电池产热、传热和表面散热三者共同决定,长度增加增大集流体产热,降低电池各向均温性能:②环境温度和换热系数对电化学性能和热性能影响较小,倍率增大使过电势增加造成电池容量下降;电极产热随倍率增加均有所增大.换热系数增强提高长度方向均温性能,L400,L800,L1200计算结果表明,控制电池长度和提高材料热导率亦有利于增强电池各向均温性能.

    刀片电池跨尺度电热耦合阻抗分析产热分析均温设计

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    有轨电车车体垂向异常振动特性及成因分析

    汪群生曾京魏来蒋雪松...
    208-216页
    查看更多>>摘要：有轨电车在运营过程中出现车体垂向异常振动现象,严重影响旅客乘坐舒适性,针对该问题通过线路测试、理论分析和仿真再现等途径,研究有轨电车车体垂向振动特性,并阐明异常振动的形成原因.研究结果表明,车体垂向振动主频7.5 Hz是造成有轨电车平稳性指标恶化的主要原因,列车呈现为中间拖车上下浮沉运动、相邻车反向点头的模态振型;弹性铰纵向刚度对车体点头频率影响明显,转向架二系垂向刚度和车体重心纵向偏移的影响较小,初步成因判断是车铰刚度实际刚度过小;实测的弹性铰纵向刚度为11.87MN/m,远小于设计值,基于实测数据的仿真模型再现了车体垂向异常振动现象,验证了弹性铰纵向刚度过小是导致有轨电车异常振动的根本原因.相关研究为有轨电车异常振动问题的解决和性能提升提供技术支撑.

    有轨电车异常振动列车模态振型试验研究成因分析

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    面向无信号灯十字路口的自动驾驶多车协同控制方法研究

    唐小林杨剑英杨凯李文博...
    217-228页
    查看更多>>摘要：针对无信号灯十字路口场景下多车协同控制安全性不足、交互性差的问题,提出一种分布式自动驾驶多车协同控制方法.首先,利用轨迹预测模型获取路口内所有车辆未来3 s的运动轨迹,作为冲突筛查的输入;其次,建立基于责任敏感安全(Responsibility sensitive safety,RSS)的冲突筛查模型,通过对车辆的预测轨迹进行评估获得车辆之间的交互关系;再次,构建基于博弈论和智能驾驶员模型(Intelligent driver model,IDM)的多车协同控制框架,将冲突车辆之间的交互过程建模为纳什均衡问题,通过求解优化问题生成多车协同控制策略,无需交互的安全车辆由IDM进行控制,从而实现对所有车辆的分别控制和联合行动.最后,在无信号灯十字路口仿真场景对所提出方法进行验证.试验结果表明,与基准方法相比,所提出方法的安全性、实时性和通行效率得到有效提升.

    无信号灯十字路口多车协同控制博弈论运动预测安全评估

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    基于全尺寸轮轨滚动试验台的高速车轮多边形磨耗再现试验研究

    吴越胡晓依王佳诺金学松...
    229-239页
    查看更多>>摘要：列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于我国高速列车车轮上,列车高速运行时会显著增大轮轨之间的相互作用力,严重影响列车运行安全性和舒适性,其产生和发展机理值得全面深入地探究.依托全尺寸轮轨滚动试验台,针对国内某型动车组的拖车轮对,开展高速车轮多边形再现滚动试验,在实验室内再现车轮多边形磨耗产生和发展的整个过程.掌握了车轮多边形磨耗随滚动里程的演变规律,验证了车轮多边形磨耗产生的机理以及发展的关键条件,提出了通过变速运行和严格控制初始轮轨表面不规则状态的车轮多边形磨耗抑制措施.研究结果可为轨道车辆车轮多边形形成机理和抑制措施的相关研究提供重要参考和指导.

    车轮多边形磨耗机理全尺寸轮轨滚动试验台高速抑制措施

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