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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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    面向城市空中交通的电动飞行汽车关键性能指标分析

    刘文学侯聪杨亚联陈智航...
    257-275页
    查看更多>>摘要：深入理解并研究城市空中交通(Urban air mobility,UAM)场景下电动飞行汽车的飞行动力学及关键性能,对于研发和升级航空动力电池系统具有重要意义.首先,从概念和动力学模型两方面详细综述了当前七种典型的电动飞行汽车;然后,系统研究了 UAM场景下的电动飞行汽车关键性能指标,包括航程、有效载重、巡航速度、能量效率、功率保持率、经济性、环境影响及安全性,并与常见地面车辆进行对比研究,进一步从动力电池系统角度阐述了提升上述关键性能指标的有效措施.研究结果表明,对于60 km的点对点通勤,电动飞行汽车相比电动乘用车能够节省约75 min.各类飞行汽车在满载满航程条件下的能量效率均分布于地面车辆区间,特别是倾转旋翼、倾转机翼、可停转机翼以及倾转涵道型飞行汽车具有与电动乘用车相当的能量效率.在电动飞行汽车起飞和着陆阶段,电池会经历超过5C的峰值电流并在电池系统侧产生约10％的功率损耗,而电动乘用车电池仅损耗约4％,考虑循环老化后电池功率损耗将会加剧.长远来看,固定翼飞行汽车在航程、有效载重和能量效率等方面具有显著优势,是未来城市空中巴士和末端配送等典型UAM应用场景的理想选择.

    城市空中交通电动飞行汽车动力电池系统关键性能指标

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    通信拓扑结构随机切换及干扰下的多车队列事件驱动控制

    刘赢徐利伟采国顺卢彦博...
    276-290页
    查看更多>>摘要：为了解决通信拓扑随机切换、信息时延和外部干扰下的队列系统稳定性控制问题,提出一种基于事件触发机制的鲁棒控制策略.基于有向图理论建立通信结构切换下的马尔可夫跳跃拓扑模型,同时将对队列稳定性影响巨大的外界随机风速扰动、数据丢包与信息时滞、车载传感器数据离散化特性等因素整合到队列中,构建通信拓扑结构随机切换下的异质多车队列模型.为了保证队列系统的内稳定性,根据H∞控制和马尔可夫跳跃系统的稳定性理论,提出一种基于事件触发机制的分布式随机稳定鲁棒控制方法.此外,还给出了 L2随机队列稳定性的定义,以减小扰动在整个队列中的扩散.试验结果表明,在通信拓扑随机切换、信息时延和外部干扰下,与传统队列鲁棒控制方法相比,所提出控制方法可以获得更小的相邻车间距和速度跟踪误差,同时能够以较低的计算负荷实现队列系统的稳定性.

    多车队列通信拓扑切换外部干扰队列稳定性事件驱动控制

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    汽车钢制车轮组合焊接的残余应力场研究

    代金垚刘献栋单颖春姜二...
    291-301页
    查看更多>>摘要：车轮是汽车中承受载荷最为恶劣的部件之一,其结构安全性直接影响着汽车性行车安全,且由车轮断裂产生的交通事故时有发生.商用车钢制车轮是由预先制成的轮辐与轮辋经过盈装配、焊接而成,其焊趾部位是车轮上最易发生疲劳开裂的部位,该部位的总应力是焊接残余应力与工作应力的叠加.车轮的构型复杂且应力分布不均匀,很难通过试验方法测量车轮组合焊接残余应力分布,但为准确预测车轮应力进而进行准确的轻量化设计,需要精确预测焊接残余应力分布.为此,首先构建考虑焊接过程中金属相变的车轮热-力-相变场耦合焊接仿真模型,通过对比试验与仿真中熔池形状初步验证热源模型热量输入的准确性;接着,进一步对比分析仿真所得温度场与试验所得温度场,以验证仿真所得温度场的准确性;之后,通过盲孔法测量焊接残余应力验证了仿真方法所得残余应力场具有较高准确性,并且还发现轮辋焊趾处残余应力沿周向呈周期分布,轮辋焊趾在正对通风孔处焊接残余应力小于正对通风孔间辐板处焊接残余应力,过盈装配对轮辋焊趾处焊接残余应力无明显影响.所进行的汽车钢制车轮组合焊接残余应力场研究,有助于获得车轮在考虑焊接残余应力下的真实应力分布,进而对车轮进行更为有效的轻量化设计.

    汽车钢制车轮复合热源模型车轮组合焊接焊接残余应力

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    基于图像和点云实例匹配的智能车目标检测和跟踪

    李尚杰殷国栋耿可可刘帅鹏...
    302-310页
    查看更多>>摘要：针对智能车的环境感知任务,为了结合相机图像中丰富的语义信息与激光雷达点云中准确的位置信息,提出一种基于图像和点云实例匹配的融合检测方法.通过实例分割网络预测图像中目标的实例掩膜,通过透视投影变换将点云投影至图像平面,根据每个目标的实例掩膜提取属于该目标的点云,然后利用聚类算法去除点云中的噪声,并利用凸包轮廓逼近算法拟合点云的三维轮廓,实现对目标的融合检测.在所提出的融合检测方法的基础上,设计跟踪门实现多目标的数据关联与管理,基于卡尔曼滤波对目标进行跟踪并估计各目标的运动状态.试验结果表明,该方法能够有效地对图像数据和点云数据进行信息融合,从而准确快速地对目标的位置、尺寸、方向角进行拟合并对目标的速度进行估计,且在不同试验场景中表现出鲁棒性.

    智能车目标检测目标跟踪传感器融合实例分割透视投影

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    铁道车辆转向架振动疲劳载荷定义方法探讨

    张振先吴兴文吴圣川刘开成...
    311-328页
    查看更多>>摘要：载荷是铁道车辆转向架抗疲劳设计的基本输入,梳理现有标准载荷定义方法和阐明标准载荷与实际服役载荷的差异,对铁道车辆转向架抗疲劳设计具有重要意义.基于此,梳理铁道车辆转向架部件振动疲劳失效的普遍特点、主要诱因及解决方案;从动力学角度阐释转向架构架主体载荷的定义方法,提出实测载荷谱向标准三阶段载荷系数的转化方法,探讨浮沉和侧滚载荷系数的安全裕量;针对转向架附属部件振动谱,探明标准轴箱振动谱与实测振动谱的差异性.结果表明:转向架失效的部件主要以附属部件为主,轮轨高频振动导致的结构共振是转向架部件振动疲劳失效的主要诱因.标准定义的车辆浮沉系数相比实际服役条件具有较高的安全裕量,侧滚载荷系数受车辆稳定性影响较大;现有标准转向架轴箱振动谱低估了高频范围的振动能量,提出了考虑轮轨多特征频带的轴箱振动平直谱定义方法.针对转向架振动疲劳载荷定义的相关讨论,为铁道车辆转向架振动疲劳正向设计提供理论参考.

    铁道车辆转向架振动疲劳疲劳载荷系数轴箱振动谱

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    锂离子电池膨胀力试验台开发及试验验证

    曲杰黄美华
    329-339页
    查看更多>>摘要：为测试充放电过程中锂离子电池膨胀力,拟开发一台锂离子电池膨胀力测试试验台.试验台由机械结构部分和测控部分组成,其中由上/下电池固定垫片及电池所组成的测试系统是机械结构中的核心部分.首先为模拟不同结构固定垫片对测试系统散热性能影响,建立测试系统散热仿真模型,其中锂离子电池是基于电池纵横剖面建立的均质化模型,热源的体积功率经混合脉冲功率特性(Hybrid pulse power characteristic,HPPC)脉冲充放电测试后计算得到;其次建立整个试验台架的热力耦合有限元模型以分析不同结构垫片对电池膨胀力传递效率的影响,模型中将充放电过程中锂离子电池与试验台之间的相互作用简化为一个等效的热力耦合作用;然后采用短脉冲试验及膨胀力试验来验证仿真结果的有效性.最后基于开发的试验台,得到不同预载荷下的膨胀力-荷电状态(State of charge,SOC)曲线,为融合电池膨胀力的电池管理系统的开发提供基础数据.

    试验台架电池管理系统电池膨胀力数值仿真分析

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    基于二系横向主动悬挂的高速列车晃车控制

    石怀龙曾京
    340-350页
    查看更多>>摘要：针对高速列车在轮轨低锥度状态下发生的一次蛇行即晃车问题,提出二系横向主动悬挂控制方法,改善车辆的蛇行运动稳定性和运行平稳性.建立车辆主动悬挂系统动力学模型,输入实测的轮轨廓形和抗蛇行减振器参数,采用线路试验结果验证模型.设计主动悬挂布置方案,提出天棚阻尼、刚度和惯容器等全主动控制策略,并验证典型半主动控制策略对晃车的抑制效果,讨论增益系数、卸荷力和控制时滞等影响.试验和仿真结果表明:轮轨低锥度下发生晃车的原因主要是蛇行模态与车体摇头模态和上心滚摆模态发生耦合,车体横向加速度超过0.10g,主频为1.4 Hz左右,横向平稳性指标超过3.0;天棚阻尼全主动控制能够有效抑制晃车,各项动力学指标都显著降低,车速越高所需要的阻尼系数越大,建议取30kN.s/m以上;相比于整车安装4根作动器情况,当仅半数作动器工作时需要提高阻尼系数和卸荷力至两倍才能抑制晃车;天棚刚度控制能够抑制晃车,改变了车体固有模态频率和阻尼比进而改变共振条件,车速越高所需要的刚度系数越大,建议取1.0MN/m以上;天棚惯容器控制仅能将横向平稳性指标控制在2.75左右,不能完全抑制晃车;车速越高所允许的临界时滞越小,针对晃车工况时滞应小于100ms.主动横向悬挂能够综合提高车辆动力学性能,对提升高速列车的广域适应性具有重要意义.

    动力学主动横向悬挂蛇行稳定性运行平稳性

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    月壤水冰组构特征模拟及其力学特性研究展望与构想

    姜生元刘君巍李雄耀汪恩良...
    351-363页
    查看更多>>摘要：随着深空探测技术的发展,月壤水冰逐渐成为了地外天体探测的热点和焦点.目前,世界各国纷纷启动月壤水冰物质剖面潜入原位探测,使得月壤水冰组构特征模拟及其力学特性研究成为了迫切需求.然而,月壤水冰物质与地面冻土存在明显的地.月差异性,尤其是其来源、演化机制、赋存形态和分布等特征.总结月壤水冰的探测历程,概述国内外在月壤水冰组构特征模拟及其力学特性测试的研究进展,着重分析月壤水冰物质的目标特性,展望月壤水冰组构模拟及其力学特性研究的未来发展趋势.提出未来研究过程中需要重点解决的四大关键技术,并给出相应的研究构想.最后,对月壤水冰组构特征模拟及其力学特性测试在当前研究中存在的问题进行总结,并对其发展应用前景进行展望.

    月壤水冰演化机制组构特征模拟力学特性测试

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    精密光学元件胶接装配性能研究进展

    熊健张之敬陈骁萨仁其木格...
    364-384页
    查看更多>>摘要：胶接是精密光学元件广泛采用的一种装配连接方式.随着航天、航空、仪器仪表等领域对光学系统精度要求的不断提升,胶接装配后,胶接应力对精密光学元件非均匀应力分布、面型精度、成像质量等装配性能指标的不利影响逐渐凸显,并成为国内外研究热点.综合阐述和分析了国内外精密光学元件胶接装配研究现状,首先分析了目前精密光学元件的主要胶接装配形式,在此基础上,重点论述了胶层中胶接应力形成机理及数值仿真计算方法、胶接光学元件内部非均匀应力场与精度及其稳定性的形成机理、面向精度和性能的光学元件胶接装配工艺参数优化方法等相关研究成果,分析了存在的一些不足,最后,就精密光学仪表胶接装配理论和技术未来的研究方向提出了若干建议.

    精密光学元件胶接装配胶接应力装配性能工艺参数优化

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    深海海底钻机钻探技术现状与发展趋势

    万步炎彭奋飞金永平彭佑多...
    385-402页
    查看更多>>摘要：海底钻探取芯是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术,而海底钻机是深海钻探最具发展潜力的技术装备.首先,对世界几种主要深海海底钻机的现有技术特点与钻探案例进行阐述;然后,分深海海底浅孔钻机、深海海底中深孔钻机、深海海底深孔钻机以及深海海底超深孔钻机四个阶段系统总结中国深海海底钻机技术特点和钻机钻探取芯应用情况;最后,分析深海海底钻机的发展趋势以及面临的挑战——将朝着超水深、超钻深、高品质和多功能四个方向发展,以及面临材料、密封、支撑、收放等四个方面的挑战.通过全面综述国内外深海海底钻机的技术特点以及钻探现状为后续深海海底钻机的设计及研究提供参考依据.

    深海矿产资源海底钻机钻探取芯

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