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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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    单晶金刚石衬底超精密加工损伤层无损测量与表征

    李子清崔长彩卞素标李慧慧...
    239-249页
    查看更多>>摘要：针对超精密加工后单晶金刚石衬底表面损伤层具有超薄(试验仅几个纳米)且透明的特点,提出一种基于光谱椭偏的测量和表征方法,实现衬底损伤层厚度和折射率的无损测量和表征.首先,建立"粗糙层+纯基底"两层光学模型,利用离散型穆勒矩阵椭偏测量模式测量加工前籽晶衬底,分析测量数据获得其光学常数,作为后续加工损伤层椭偏数值反演的基础,以避免损伤层与衬底间椭偏参数耦合;然后,根据衬底加工后的特征,建立"粗糙层+损伤层+纯基底"三层光学模型,采用多点拟合分析策略,在此基础上,实现粗磨和精磨两个典型加工阶段金刚石衬底损伤层的无损表征,并进一步探究单面磨削和双面磨削损伤层差异.结果表明,籽晶折射率与金刚石折射率理论值接近,且随波长的变化趋势一致,说明测量模式和拟合策略可行;粗磨后衬底损伤层的厚度和折射率均高于精磨后衬底损伤层的厚度和折射率;双面磨削与单面磨削损伤层的折射率在红外波段基本一致,在紫外-可见波段具有差异.损伤层厚度椭偏测量结果与透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)测量结果进行比对分析,验证椭偏测量方法的准确性.所提方法可无损测量单晶金刚石衬底超薄损伤层厚度和折射率,表征超精密加工后衬底表面质量,有助于金刚石衬底超精密加工过程的工艺优化.

    单晶金刚石衬底超精密加工损伤层光谱椭偏无损测量

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    基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法

    王小丫王鉴秦鹏韩星程...
    250-258页
    查看更多>>摘要：由于超声导波的多模态特性和频散特性,实际检测时在同一激发频率下存在多种模态的混合信号,影响导波检测的灵敏度.针对上述存在的问题,在建立导波频散信号的数学模型的基础上,提出一种基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法.首先根据频散传递函数建立各模态导波信号的数学模型,将各模态导波信号构建为一组导波模态基,之后,以模态基函数为投影变换核,对接收信号进行投影变换,从而实现多模态混叠信号中单模态导波信号的提取.通过对板中的Lamb波S0、A0和A1混合模态仿真和实际信号处理试验表明,提出的方法无需频散补偿即可实现多模态混叠信号中单模态导波信号的有效提取.

    导波导波基投影变换模态提取

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    轻量化材料新型连接工艺与应用现状

    张越卢岩彭锐涛朱琳伟...
    259-283页
    查看更多>>摘要：随着全球汽车产业低碳化转型,与车身轻量化相关的连接技术挑战不断增加,综合考虑轻量化的成本与效果,合理选用车身材料,搭配不同连接工艺,在满足行业质量标准降低产品重量的前提下为产品设计提供更多思路,已经成为轻量化技术发展的必然趋势.合理运用各类轻量化材料,可以有效减轻车身重量、提高车身性能,对不同的车身轻量化材料的若干新型连接工艺的研究进展进行系统归纳,从冶金连接技术、机械连接技术、粘接技术及复合连接技术四个方面进行综述分析,阐述近年来各种新型工艺及其延伸工艺的研究进展,重点分析各类工艺的技术原理、连接强度准则、工艺优势、局限性及应用现状,以期为汽车轻量化材料新型连接工艺的设计与制造提供有益借鉴,为车身轻量化连接工艺保驾护航.

    轻量化连接工艺冶金连接机械连接复合连接

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    航空齿轮钢表面完整性与滚动接触疲劳性能关联规律研究

    吴吉展魏沛堂刘怀举吴少杰...
    284-295页
    查看更多>>摘要：齿轮接触疲劳是限制航空、航天、新能源汽车、舰艇等高端装备可靠性、长寿命、轻量化需求的重要瓶颈.抗疲劳制造是实现高表面完整性和服役性能的关键,揭示齿轮表面完整性与疲劳性能之间的关联规律成为工程及学术界的研究重点.讨论了常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等加工工艺对AISI 9310渗碳淬火航空齿轮钢表面完整性及滚动接触疲劳性能的影响,并给出抗接触疲劳主动设计方法.通过对不同制造工艺的试件开展滚动接触疲劳试验,揭示表面完整性与服役性能之间的关联规律.结果表明,2 500 MPa接触应力状态下,相对于磨削状态,二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整能使接触疲劳寿命分别提升75.7％、62.3％、117％;常规喷丸、喷丸光整加工工艺能使滚动疲劳极限分别达到2 269 MPa和2 553 MPa,相对于渗碳磨削状态分别提升2.9％和14.87％.

    二次喷丸微粒喷丸滚磨光整表面完整性疲劳寿命疲劳极限

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    基于第一性原理的镍/碳化钨复合钎涂层界面分析

    王星星吴港何鹏杨晓红...
    296-304页
    查看更多>>摘要：镍/碳化钨复合涂层具有高硬度、高耐磨性、低摩擦因数等优点,已在农业机械、磨料磨具、新能源领域广泛应用.为此,采用第一性原理密度泛函理论研究工程机械用镍/碳化钨复合钎涂层Ni(111)/WC(0001)界面和Ni(111)/W2C(0001)界面行为,讨论碳化钨增强镍基复合钎涂层中W2C相对耐磨涂层性能的影响规律.第一性原理计算结果表明,选取5层Ni(111)表面、9层WC(0001)表面和9层W2C(0001)表面代替块体特征,在6种堆叠方式中,Ni(111)/WC(0001)界面C终端B位置堆叠黏附功最高为7.42 J/m2,即界面结合强度最高;系统分析不同界面电子结构发现,镍原子更倾向与碳原子结合成键,Ni-C之间主要为离子键特性,界面镍原子金属键性质比非界面镍原子大幅减弱,复合涂层界面应严格控制W2C相生成.可为高耐磨高硬高强复合涂层的制造生产提供理论依据.

    镍/碳化钨涂层钎焊界面行为第一性原理界面黏附功

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    高频脉冲电流辅助镁/铝合金一步轧焊复合板制备及界面接合机理

    张婷婷许振波王艳卞功波...
    305-315页
    查看更多>>摘要：针对传统热轧制备镁/铝合金复合板大下压率复合时异种金属协调变形差、界面氧化膜去除困难和金属间化合物层(Intermetallic compounds,IMCs)生成不易控制的问题,提出采用高频脉冲电流辅助一步轧焊成形制备镁/铝合金复合板的新方法.探讨30 kHz、400 A、50％占空比的脉冲电流通电120 s作用,不同压下率复合板界面的结构形貌及结合强度.结果表明:压下率为16.8％时,复合板剪切强度最高,达到27.87 MPa;不同压下率复合板横截面界面处均出现不同程度的熔融液相金属液珠挤出的现象,当压下率较小时(压下率为16.8％和22.3％)界面IMCs较厚,约为7.8 μm,且界面呈现明显的"齿状"结构形貌;随着压下率的增大,IMCs逐渐减薄且界面形貌趋于平直.综合分析发现,高频脉冲电流辅助作用可实现镁/铝合金复合板的小压下率复合;其界面结合机理可归纳如下:镁/铝合金连接界面局部高温导致的界面微区部分母材金属熔化的熔钎焊接和原子扩散连接的冶金结合机理.分析其原因主要是连接界面微区局部高温并超过Mg-Al相图共晶温度形成的共晶液相,而界面局部高温一方面是异种金属连接界面待复合微区的局部接触电阻增大导致的瞬时高温;另一方面是高频脉冲电流在待连接界面微区的集肤和邻近效应导致的.

    镁/铝合金复合板高频脉冲电流轧焊复合成形部分母材金属熔化冶金结合机理

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    用于延性材料力学性能测定的圆柱平面-小冲杆试验新方法与应用

    周甜蔡力勋韩光照
    316-325页
    查看更多>>摘要：针对均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料圆片试样,以圆柱平面小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的、用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的圆柱平面-小冲杆试验(Flat small punch test,F-SPT)弹塑性模型,并提出获取材料应力-应变曲线和力学性能指标的F-SPT新方法.通过有限元分析对不同弹性模量、屈服强度和硬化指数组合的48种预设材料进行新方法的数值验证,以及对10种金属材料完成F-SPT,结果表明,由新方法获得的应力-应变曲线与有限元分析预设曲线和传统单轴拉伸试验结果吻合良好,此外,由新试验方法获得的弹性模量、屈服强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果误差大部分低于7％.

    小冲杆试验能量密度等效幂律硬化材料应力-应变关系力学性能

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    基于高强高韧焊丝的脉冲GMAW焊缝金属强韧化机理研究

    崔桂涵杨春利
    326-334页
    查看更多>>摘要：采用新型高强高韧钢焊丝对10Ni5CrMoV钢进行脉冲气体保护焊接,对焊缝金属的微观组织、力学性能和强韧化机理进行分析.结果表明,焊缝金属微观组织主要由板条贝氏体、粒状贝氏体、针状铁素体和细晶铁素体组成.贝氏体组织内部的高密度位错相互作用,对于提高焊缝金属强度具有很大的作用.焊缝金属中存在的少量的M-A组元,在铁素体基体上弥散分布并阻碍裂纹扩展,一定程度上提高了焊缝金属的强度和韧性,但其强化作用十分有限.焊缝金属中存在的少量非金属夹杂物,一方面细化晶粒,另一方面促进针状铁素体形核,提高了焊缝金属强度和韧性,少量的非金属夹杂物并不会大幅损害焊缝金属的韧性.焊缝金属的平均屈服强度为793 MPa,伸长率17.2％,-50 ℃KV2冲击功131 J,焊缝金属的强韧性匹配良好.

    焊缝金属强韧性微观组织

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    超高强耐磨钢NM500多层多道对接接头残余应力的研究

    胡龙刘红艳成慧梅陈维奇...
    335-344页
    查看更多>>摘要：基于SYSWELD软件平台,以新型NM500钢的多层多道对接接头为研究对象,开发一种考虑固态相变的"热-冶金-力学"耦合计算方法来模拟对接接头的温度场、组织体积百分数以及焊接残余应力.同时,采用光学显微镜观察对接接头的显微组织,采用显微硬度计测量接头硬度分布,以及采用小孔法测量对接接头表面残余应力.数值模拟结果与试验测量结果的比较表明:使用实际焊接热输入模拟得到的对接接头超过冶金熔点以上的温度区域与实际焊接接头熔化区吻合较好;纵向残余应力峰值位于紧邻热影响区的母材上,其值约为1 600 MPa,与母材的常温屈服极限相当;横向残余应力在焊缝厚度方向呈现"拉-压-拉"的分布形态.总体而言,数值模拟得到纵向及横向残余应力的大小及分布与试验测量结果吻合较好,验证了"热-冶金-力学"耦合计算方法的有效性.基于数值模拟结果,探讨了 NM500钢多层多道对接接头焊接残余应力的形成机理.

    耐磨钢焊接固态相变残余应力数值模拟

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    TWIP钢/IF钢热轧复合板材的微观结构和界面结合性能

    马艺星杨蔚涛关肖虎杨旗...
    345-356页
    查看更多>>摘要：界面结合可靠性是影响层状复合板材力学性能的重要因素.采用热轧复合和退火工艺制备TWIP钢/IF钢/TWIP钢三层复合板材,通过拉剪试验、显微硬度测量、结合界面周围合金元素分布的定量分析、变形前后微观组织表征,研究层状复合板材的结合界面形成、界面结合可靠性以及层间剪切变形行为.结果表明:复合板材的相邻层之间形成平均宽度约12 μm的界面结合区域,其内部包含片条状马氏体组织,且该薄层区域的硬度显著高于两侧TWIP钢和IF钢的硬度;邻近界面结合区域,主要合金元素C和Mn发生明显重分布.基于上述表征与分析,提出复合板材层间结合界面的形成机制.复合板材的层间结合剪切强度大于IF钢的剪切强度,拉剪试样断裂失效发生在IF钢基体,表明结合界面区域在其两侧分别和IF钢和TWIP钢之间形成良好的冶金结合.拉剪过程中,IF钢良好的塑性变形能力有助于抑制结合界面区域两侧平行微裂纹和结合界面内部垂直微裂纹的形成和扩展.

    层状复合板材微观组织界面结合性能剪切变形和断裂行为

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