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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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    代理模型技术及其应用:现状与展望

    吕利叶鲁玉军王硕刘印...
    254-281页
    查看更多>>摘要：代理模型是计算复杂且费时的数值分析模型的替代模型,在一定程度上弥补了传统工程优化设计和数值仿真分析设计周期长、计算成本高、维数灾难等短板.近年来,代理模型技术蓬勃发展,成果丰硕,被逐渐应用在航空航天、船舶、汽车、发电等领域.首先对代理模型进行总体概述,调查了近三十年代理模型相关论文发表总量与年发表量,总体分析了国内外学者在此领域的投入与产出.其次从试验设计、单保真度代理模型、多保真度代理模型这三方面较为详细地介绍了代理模型研究现状.接着围绕代理模型在优化设计中的应用展开调查,分析与概述了代理模型辅助的多学科优化设计、多目标优化设计和不确定性优化设计.最后归纳总结了代理模型技术目前存在的问题,并对未来的研究方向提出了一些建议.

    代理模型试验设计多保真度序列取样多目标优化设计多学科优化设计

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    马氏体时效钢激光选区熔化成形过程介观尺度数值模拟

    宋军唐倩罗智超冯琪翔...
    282-295页
    查看更多>>摘要：激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形过程涉及多种发生于介观尺度下的物理现象,采用试验方法难以揭示物理现象复杂的形成规律.以18Ni-300马氏体时效钢为SLM成形材料,采用离散元法与有限体积法建立了 SLM成形介观尺度热流耦合数值模型,并结合熔道成形试验验证模型的正确性.结合数值模拟揭示激光功率从60 W增加至270 W时单道SLM成形熔道形貌、熔池尺寸与温度、传热机制等熔池行为的基本特征;研究在0.2J/mm、0.3 J/mm和0.45 J/mm线能量密度下不同激光功率和扫描速度组合对熔道形貌、熔池尺寸与传热机制的影响规律;结合熔道搭接理论模型计算激光功率180 W和扫描速度600 mm/s组合下无搭接缺陷的扫描间距理论临界条件约为83 μm,并研究80 μm、100 μm和120 μm扫描间距下多道多层SLM成形熔道搭接行为和演变规律.该模型可用于筛选工艺参数区间,提高工艺优化效率,为单层/多层成形的工艺试验提供指导.

    激光选区熔化马氏体时效钢数值模拟熔池缺陷

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    基于迁移学习的变刀具-刀柄夹持状态下数控铣削稳定性预测研究

    邓聪颖邓子豪林丽君陈翔...
    296-304页
    查看更多>>摘要：分析刀具-刀柄结合状态变化时的数控铣削稳定性,其效率因需重复测量刀尖点频响函数而降低.针对此问题,引入迁移学习提出仅需测量目标刀具少量悬伸量下刀尖点频响函数的铣削稳定性预测方法.首先,测量源刀具多个悬伸量和目标刀具少量悬伸量的刀尖点频响函数,采用铣削稳定性解析法获取各铣削参数组合的加工振动状态信息,构建充足的源域数据和少量的目标域数据,并通过源域和目标域的相似匹配筛选源域样本,然后结合神经网络和TrAdaBoost迁移学习算法,自适应更新源域与目标域混合样本权重,建立目标刀具的铣削加工振动状态分类器.以三组刀柄-刀具组合进行实例分析,少样本下采用迁移学习后两组目标刀具的分类器精度分别提升了 10.93％、6.25％,并通过铣削实验验证了所提方法的有效性.

    铣削加工稳定性预测刀具夹持长度迁移学习

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    电场驱动复合微纳3D打印低频透明电磁屏蔽玻璃

    台玉平朱晓阳李红珂于志浩...
    305-318页
    查看更多>>摘要：为解决大面积高性能低频透明电磁屏蔽玻璃难以低成本批量化制造的挑战性问题,提出一种基于电场驱动微喷射和电镀的复合增材制造新方法,用于制备银镍复合金属网栅低频透明电磁屏蔽玻璃,阐述了制备银镍复合金属网栅的基本原理和工艺流程;通过实验揭示了主要工艺参数(打印电压、打印速度、打印气压、打印高度、电流密度、电镀时间)对制备银镍复合金属网栅电学性能、光学性能的影响规律;并结合优化的工艺参数,制备了线宽10 μm、方阻0.76 Ω/sq、网栅透过率90.2％、在低频波段(10 kHz～30 MHz)屏蔽效能大于40 dB的银镍复合金属网栅透明电磁屏蔽玻璃,复合金属网栅与衬底的黏附力为5B,实现了高屏蔽效能和高透过率电磁屏蔽金属网栅的制造,为高性能低频透明电磁屏蔽玻璃的批量化制造提供了全新的解决方案.

    透明电磁屏蔽微纳3D打印复合金属网栅电场驱动喷射电镀

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    多层级异质异构吸波超材料功能化设计及熔融沉积3D打印

    杨贞梁庆宣段玉冰刘攀...
    319-327页
    查看更多>>摘要：针对吸波材料向工程应用方向发展需具备轻质和宽带吸波的关键需求,提出了一种有损谐振结构和功能化介质层调控的多层级复合异质异构吸波超材料,通过对介质层进行仿生结构化设计实现吸波超材料轻量化和宽带吸波性能.将热塑性聚合物材料和银铜合金复合制备了特定电导率的复合材料,通过优化银铜合金重量比和复合材料的打印工艺实现了谐振结构电导率的精确控制.基于此,设计了两层有损谐振结构层来调控宽带阻抗匹配和欧姆损耗,利用双材料熔融沉积3D打印工艺实现了多层级异质异构吸波超材料的可控制备.所制备的吸波超材料等效密度为0.3 g/cm3,电磁性能测试结果表明在垂直入射条件下,吸波超材料在3.8～19.24 GHz频段实现了高效吸波性能.同时,电磁波在横电波(Transverse electric,TE)和横磁波(Transverse magnetic,TM)模式下、入射角在50.范围内时,吸波超材料都具有良好的宽带吸波性能.这种多层级异质异构吸波超材料的设计和制造方法为推动吸波材料向工程应用化方向发展提供了技术支撑.

    多层级异质异构吸波超材料3D打印

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    丝束同轴冷阴极电子枪电子束注腰位置影响因素分析

    石毅磊权银洙许海鹰王壮...
    328-336页
    查看更多>>摘要：丝束同轴电子束熔丝增材制造(C-EBAM)大部分能量作用于丝材可以避免轴侧送丝模式对成形质量所造成的不利影响,为了进一步提高C-EBAM的成形精度和成形效率,优化电子束流品质,开展了丝束同轴冷阴极电子枪电子束注腰位置影响因素分析的工作.针对C-EBAM电子枪束源等离子阳极透镜结构表征困难,在理论分析电子束注腰空间位置参数的基础上,采用数值模拟与试验分析相结合的方法,研究了阴-阳极电极结构、工作电压、放电气体类型以及气体压力等对束流注腰位置特征参数的影响规律.数值模拟结果表明,阴极球面半径与阳极倾角对束流起静电汇聚能力影响着注腰处电流密度,表现为先增大后减小趋势.试验分析表明,工作电压、放电气体类型以及气体压力影响等离子体电离度与粒子运动速度,改变了注腰空间位置特征参数,即随着工作电压、气体流量增加,电子枪下端面至注腰轴向中心距离、注腰长度分别增大.

    电子束熔丝增材制造丝束同轴电子枪结构CST电磁仿真注腰位置

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    金刚石高效超低损伤加工机理与工艺研究现状

    袁菘郭晓光金洙吉康仁科...
    337-353页
    查看更多>>摘要：随着电子器件向高频高压、大功率方向发展,对半导体器材的性能提出了更高的要求.单晶金刚石具有高热导、耐高温、超宽禁带、击穿电压高等特性,被视为终极半导体材料.若要充分发挥金刚石的性能,其表面需要具有超光滑和近乎无损伤的表面.然而,金刚石不仅硬度大、化学性质稳定、难去除,而且脆性大、断裂性韧性低、极易产生加工损伤,这严重制约了金刚石在半导体领域的应用.有关金刚石高效超低损伤的加工机理和工艺,国内外学者展开了大量研究.但到目前为止,并没有一套适合于金刚石高效超低损伤的加工理论和工艺.在介绍了金刚石现有加工方法及其优缺点的基础上,概述了金刚石加工工艺的研究现状,并从实验表征和模拟计算两方面系统地总结了有关金刚石高效超低损伤加工机理以及相关的工艺研究进展,最后分析了目前实现金刚石高效超低损伤加工面临的问题、难点及未来发展趋势,为今后金刚石半导体器件的制造技术及理论提供借鉴.分析表明,机理方面,实验表征与模拟计算相结合是获得更多的动态原子细节信息的有效方式,是未来在原子尺度阐明加工机理的发展方向.工艺方面,化学机械抛光方法可以用于平坦化大尺寸材料加工,同时也可以获得具有超光滑超低损伤表面的金刚石,但去除率低是限制该方法应用的瓶颈问题,通过金刚石磨粒+强氧化剂+外部能场辅助的加工方法是实现金刚石高效超低损伤加工的发展方向.

    金刚石高效超低损伤半导体材料工艺与机理

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    半球谐振子关键性能及制造工艺研究新进展

    马传震刘赫男陈明君田金川...
    354-372页
    查看更多>>摘要：半球谐振陀螺具有结构简单、精度高、可靠性高、工作寿命长等特性,在国防军事、通信卫星、载人航天、天文观测、海洋工程等领域具有重大应用场景.半球谐振子作为半球谐振陀螺仪的核心器件,其加工质量直接影响半球谐振子的频率裂解和品质因数,进而影响半球谐振陀螺仪的工作精度和使用寿命,因此非常有必要对半球谐振子的性能及制造工艺进行研究.主要从半球谐振陀螺仪工作原理和研究历程、半球谐振子的频率裂解和品质因数、半球谐振子的制造工艺三个方面进行综述,重点分析了半球谐振子的频率裂解与品质因数的研究方法和最新进展以及半球谐振子的超精密磨削工艺和抛光工艺,并探讨分析了其在发展过程中面临的挑战和仍需要解决的问题,希望为后续精确计算、测量半球谐振子的频率裂解和品质因数,改进半球谐振子的制造工艺,提高半球谐振陀螺仪的导航精度提供参考.

    半球谐振子频率裂解品质因数制造工艺

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    晶粒对多晶材料超精密切削影响的研究进展

    何春雷王姝淇李东洋耿昆...
    373-392页
    查看更多>>摘要：多晶材料是一类广泛应用于超精密切削加工的工件材料.在超精密切削中,每转进给量、切削深度等工艺参数与多晶材料的平均晶粒尺寸接近,而不同晶粒之间的力学性能存在显著差异,因此晶粒对超精密切削加工过程有重要影响,甚至成为影响多晶材料超精密切削表面加工质量的关键因素.围绕该问题,针对多晶材料超精密切削加工中晶粒的影响进行综述.首先评述了晶粒对表面粗糙度影响的研究进展,重点介绍了晶界台阶现象及其影响因素;其次评述了晶粒对切削力影响的研究进展,分析了几种考虑晶粒影响的切削力模型;最后总结了超精密切削中控制晶粒影响的方法,并简要分析了相关领域的发展趋势.上述研究进展对提高多晶材料超精密切削的加工质量具有参考意义.

    超精密切削多晶材料晶粒表面粗糙度切削力

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    前混合水射流喷丸覆盖率计算及对渗碳钢表面完整性的影响研究

    马泳涛孙宁王俊龙李春凡...
    393-404页
    查看更多>>摘要：为了探究渗碳钢试样表面喷丸处理后覆盖率数值及其影响,从覆盖率的理论计算出发,分析了单颗粒的接触尺寸,并通过试验对理论结果进行了验证.为了获取试件表面覆盖率对残余应力、形貌及粗糙度的影响,在专用前混合射流装备平台上,对18CrNiMo7-6渗碳钢试样进行不同覆盖率的表面喷丸强化.结果表明,当覆盖率从2 500％增加至25 000％时,表面粗糙度略有波动但总体呈现出上升的趋势,表层最大残余应力值逐渐增大.覆盖率提升对残余应力层的深度影响不明显,只在较高能量冲击下略有增加,变化量在30 μm左右,但过高的覆盖率会使试样表面残余压应力值降低.因此兼顾表面粗糙度及残余应力两种因素,对于该渗碳钢的表层强化应保持其覆盖率在2 500％～10000％范围内最佳.

    前混合射流渗碳钢覆盖率残余应力粗糙度

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