期刊,机械工程学报 2024年卷5期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

机械工程学报

主　　编：宋天虎

出版周期：半月刊

国际刊号：0577-6686

电子邮箱：jme@cmes.org cjme@263.net

电　　话：010-88379907

邮政编码：100037

地　　址：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。

正式出版

收录年代

考虑弹性变形的行星滚柱丝杠接触特性

吴林萍马尚君许千斤张耀...

130-141页

查看更多>>摘要：为揭示行星滚柱丝杠螺纹承载产生弹性变形对螺旋曲面接触特性的作用机理,根据行星滚柱丝杠结构特点与承载原理,提出了一种可同时考虑丝杠、滚柱和螺母受力变形和不同螺纹接触侧载荷分布规律的螺旋曲面接触位置计算方法.基于行星滚柱丝杠传动原理和螺旋曲面相切接触条件,系统构建考虑弹性变形时丝杠、滚柱和螺母的螺旋曲面方程和螺纹接触方程.通过与现有模型接触位置参数计算结果对比,验证了所建模型的正确性.同时考虑受力变形和螺纹牙载荷分布规律,研究了载荷分布对内外啮合螺旋曲面接触半径和接触偏角的影响规律.结果表明,在弹性变形的作用下,内外啮合螺纹牙的接触点位置是变化的,丝杠-滚注侧接触点在偏离丝杠和滚柱中心连线的同时,逐渐向滚柱中径和丝杠大径方向移动;螺母-滚柱侧螺纹的接触点位置逐渐远离两者中径节圆的切点处,并且接触位置总是沿着滚柱中径节圆移动.

关键词：

行星滚柱丝杠弹性变形螺旋曲面方程接触方程接触位置

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水声吸声尖劈的低频吸声特性及其背衬影响规律

钟杰管峰杨海滨赵宏刚...

142-156页

查看更多>>摘要：水声探测技术的低频化发展对水声吸声尖劈(Underwater sound-absorbing wedge,USAW)的低频吸声性能提升提出了迫切需求.以侧重低频吸声性能的视角,从建模分析方法、低宽频吸声特性和背衬影响规律三个方面入手,重新审视水声吸声尖劈的低宽频吸声特性.首先,基于分层等效-传递矩阵方法,建立了背衬输入阻抗与吸声尖劈总输入阻抗之间的解析关系,指出了背衬条件对吸声尖劈吸声性能影响的必然性,并发现传统建模方法忽略基体材料的剪切效应对表征吸声尖劈的吸声性能影响非常小,而忽略排布间隙水域则会高估其低频吸声性能.然后,系统比较吸声尖劈和吸声平板的吸声特性差异发现,若仅关注低频吸声性能,吸声尖劈并不比等厚度的吸声平板更优,其优势主要体现在兼顾低频和宽带吸声设计方面.最后,深入比较吸声尖劈在几种典型背衬下的吸声特性表明,不同背衬条件对吸声尖劈的低频吸声性能影响显著,并进一步阐释了相关影响机理.

关键词：

水声吸声尖劈低频输入阻抗边界效应

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含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振系统的动力学特性分析

马召召周瑞平杨庆超LEE Heow Pueh...

157-168页

查看更多>>摘要：双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator,TQZS VI)可以有效地抑制低频振动以及迅速衰减高频振动,电磁分流阻尼器(Electromagnetic shunt damping,ESD)也被证明是从振动结构收集能量的可行方式.通过集成TQZS VI和ESD,提出了一种能够实现振动控制和能量收集双功能的新型TQZS VI.所提出装置的准零刚度是通过垂直弹簧与两个并联的横向弹簧实现的,电磁分流阻尼作为上下层之间的黏性耗散元件,由连接到外部谐振电阻-电容-电感(Resistance-capacitance-inductance,RCI)串联电路的ESD提供.首先,建立了含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator with electromagnetic shunt damping,ESD-TQZS VI)的力学模型和数学模型.然后,采用谐波平衡方法(Harmonic balance method,HBM)和弧长延拓方法求解了 ESD-TQZS VI的幅频响应方程.从力传递率和输出功率的角度,分析了系统参数对振动隔离和能量收集性能的影响,发现大阻尼比有利于衰减谐振峰,同时对能量收集影响较小;大分流电阻不利于衰减谐振峰,而且会使得系统隔振频带变窄.最后,揭示了参数优化后ESD-TQZS Ⅵ的分岔及吸引子共存特性.结果表明,ESD-TQZS VI能够显著衰减低频振动的谐振峰值,同时实现振动能量收集.

关键词：

准零刚度双层隔振低频振动能量收集电磁分流阻尼

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双谐振结构同轴微波等离子体炬调谐特性分析

喻明浩白锦旗王伟胡宇喆...

169-182页

查看更多>>摘要：在C02分解转化方面,微波等离子体装置因其具有高效、节能等优势,已成为实现碳中和目标的有效技术手段.然而微波类装置在使用时,通常需要调节谐振频率,才能高效稳定地工作.为了提高Co2微波等离子体装置的能量利用效率和工作稳定性,探究了同轴谐振器的结构参数对调谐带来的影响,并提出了双变量调谐模式.首先,建立了同轴微波等离子体炬的物理模型和等效电路模型,分析了等离子体炬的放电强度与同轴谐振器轴向尺寸之间存在的相互联系;然后建立了不同放电状态下的电导率分布模型,并通过COMSOL仿真得到了对应分布模型下的端口反射系数S11与同轴谐振器的轴向尺寸之间的调谐曲线;最后将仿真结果与等效电路模型进行了对比验证,并分析了单变量调谐与双变量调谐的效果,以及双变量调谐模式的可行性及特点.研究结果表明,相较于单变量调谐模式,双变量调谐模式可以将|S11|平均提高5％～15％,并可在3/4波长内获得不同放电状态下的最小S11值(即最佳谐振状态),可以进一步提高装置的功率耦合效率,减小能量损失,从而提高C02分解转化效率.

关键词：

同轴谐振器等效电路调谐微波等离子体

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钻井液流变性对转盘钻井钻柱耦合振动抑制的参数影响研究

陈益丽柳军梁爽

183-195页

查看更多>>摘要：当钻头钻进时,环空内的钻井液因混合大量岩屑会表现出较强的非牛顿流变性,对钻柱振动行为产生较大影响.采用Hamilton变分原理建立了转盘钻井钻柱纵-横-扭耦合(Axial-lateral-torsional coupling,ALTC)非线性动力学模型,模型充分考虑了钻柱结构阻尼、钻井液非牛顿流变阻尼、钻头-岩石互作用及钻柱-井壁接触等因素的影响.提出一种瑞利阻尼矩阵计算方法,采用纵、横、扭、纵-横、横-扭、纵-扭阻尼矩阵联合求得纵-横-扭耦合阻尼矩阵,实现了在钻柱ALTC振动阻尼中考虑钻井液的影响.采用有限元法结合Newmark-β法实现了系统非线性振动模型的离散及求解,并借助现场实测数据验证了模型的有效性.利用模型探究了钻井液流变参数对钻柱ALTC振动响应的影响机理,结果表明:较大的钻井液屈服应力和稠度系数(τHy=7,k=5),及较小的幂律指数(n=0.2)可更好地抑制钻柱系统纵向振动,降低跳钻风险;较大的钻井液屈服应力和稠度系数(τHy=7,k=5),幂律指数n=0.8可更好地抑制钻柱系统横向振动,保持井眼直径;较大的稠度系数和幂律指数(k=5,n≥0.8)可更好抑制钻柱系统粘滑振动,提高机械钻速.研究结果可为优化钻柱及钻井液参数,降低钻柱有害振动,提高钻井效率提供理论支撑.

关键词：

转盘钻井钻柱振动耦合振动钻井液流变性粘滑振动

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基于三明治阻尼结构的高速列车制动摩擦振动噪声抑制

项载毓莫继良贺德强朱松...

196-208页

查看更多>>摘要：针对高速列车制动系统在列车低运行速度、强制动盘/片摩擦作用时存在的制动尖叫噪声问题,设计了一种三明治阻尼结构以实现制动尖叫噪声的抑制以及摩擦自激振动能量的收集.在自主研制的高速列车制动性能模拟试验台上开展制动摩擦学试验,并基于该试验装置开展摩擦块磨损及瞬态动力学分析,研究三明治阻尼结构对摩擦块表面磨损、制动界面接触及制动系统动力学行为和输出电压特性的影响.结果表明,三明治阻尼结构能够有效抑制制动摩擦振动噪声并显著影响其产生和演变,且依托自身良好的变形能力将制动摩擦振动能量转换为电能;三明治阻尼结构能够显著减小摩擦块的偏磨角度,改善摩擦块表面摩擦磨损特性和制动界面接触行为,减少制动摩擦热的产生和聚集;三明治阻尼结构良好的弹性变形能力可实现制动盘与摩擦块接触状态的实时调整,进而建立稳定的界面接触关系,使得摩擦块表面均匀磨损且整体处于滑动摩擦状态,最终实现了制动系统摩擦自激振动的有效抑制.

关键词：

高速列车三明治阻尼摩擦振动噪声振动抑制能量收集

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硅外延生长反应腔内外延反应过程的数值仿真建模及实验研究

邓世伟沈文杰陈宇宏白天...

209-218页

查看更多>>摘要：硅外延片是大规模集成电路、半导体器件等的基础功能材料,是通过外延反应在单晶硅片上生长均匀的外延薄层.外延层的厚度和电阻率的均匀性控制是硅外延生长的关键技术难题,其生长质量受反应腔室的结构与热流场设计影响较大.基于单片式硅外延生长反应腔室的结构,建立了反应腔内气体输运与外延反应的多物理场仿真模型,分析了腔室结构对热场分布均匀性的影响规律.随后通过数值仿真,研究了载气流量、进气梯度、基座转速等工艺参数对硅外延生长反应过程的影响.随后,开展了反应腔内多测点温度的测试实验,结果表明不同工艺条件下数值仿真预测的温度与实测的温度分布及变化规律相较一致,最大温度预测偏差＜1.2％.基于仿真分析,获得了优化的外延生长工艺参数组合,并开展了 200 mm硅外延生长反应实验,测试结果表明硅外延层的厚度不均匀性＜0.76％,电阻率不均匀性＜1.58％,满足集成电路硅片制造所需的外延层高品质生长要求.

关键词：

硅外延层外延生长化学气相沉积热流场反应腔室

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TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造中熔滴偏距对熔池形貌的影响机制研究

杜军王谦元何冀淼张永恒...

219-230页

查看更多>>摘要：针对传统d属熔滴微喷沉积成形中气孔、冷叠等冶金缺陷难抑制的问题,提出一种TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造新方法.基于计算流体力学方法,建立铝合金TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型,对比研究了 3组不同熔滴偏距下的熔池行为,通过与堆积层特征尺寸(层高、层宽、熔深)实测值相比较,验证所建熔池行为数值模型的有效性,澄清了单层单道堆积成形中熔滴偏距对熔池热流场和堆积层形貌的影响规律.结果表明:随着熔滴偏距的增加,熔滴与TIG电弧熔池一侧基板表面的接触面积增加,熔池与基板之间的散热效率得到提高,熔池凝固前沿的对称性被打破,进而导致熔滴冲击诱导的熔池热流场与堆积层形貌呈现明显的非对称特征.研究结论可为TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据.

关键词：

增材制造TIG电弧熔滴沉积熔池行为堆积层形貌

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碳化硅纳米抛光亚表面损伤机理的分子动力学模拟

华东鹏周青王婉李硕...

231-240页

查看更多>>摘要：碳化硅(SiC)在表面微纳加工过程中损伤机理的研究不足限制了 SiC的加工表面质量及应用,因此了解不同抛光参数下SiC的损伤机理对提高SiC的纳米加工表面质量具有重要意义.采用分子动力学模拟研究了单晶SiC在纳米抛光过程中的亚表面损伤机理,并考虑了抛光速度和抛光深度的影响.结果表明,随着抛光深度的增加,SiC的去除机制逐渐由以黏附和犁沟机制为主转变为以切削机制为主.微裂纹通过滑移面层间Si-Si键的断裂形成于滑移带尖端.此外,抛光深度越大,工件吸收动能的效率越高,从而导致抛光速度对工件温度和力学性能的影响越显著.因此较小的抛光深度和较大的抛光速度可以获得更好的表面加工质量.这些结果为解释SiC纳米抛光实验中的变形损伤机理提供了新的见解,可以指导设计纳米抛光工艺以获得更好的SiC表面质量.

关键词：

碳化硅纳米抛光微裂纹亚表面损伤分子动力学模拟

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平面光学元件超平整吸附装载的优化设计与分析

赵承伟张文豪龚天诚张逸云...

241-248页

查看更多>>摘要：在平面光学元件加工和应用中,采用真空吸附方式进行装载,具有快速、稳定的优势,而真空吸附对平面光学元件的面形影响不可忽视.基于有限元分析方法,针对功能窗口限制、倒立装载等特殊需求,对真空吸盘气道进行优化设计,并通过实验对真空吸盘的实际效果进行分析.实验结果表明,在吸盘不锁紧状态下吸附,平面光学元件在中心Φ10mm、Φ20mm和Φ40 mm范围内,面形PV分别为1.2 nm、5.1 nm和20.8 nm.在此基础上,论文进一步分析了装载平台平整度、吸盘装载方式和吸盘锁紧力对吸附结果的影响,结果表明:平面光学元件吸面型随着装载平台平整度的提升而提升;装载平台平整度2µm条件下,采用四螺钉、2.5 N·m扭矩进行边沿固定,吸附效果达到最好,在中心Φ10 mm、Φ20mm和Φ40mm范围内,面形PV平均值分别为7.8 nm、27.7 nm和114.2 nm,装载重复性标准差为0.93 nm、3.2nm和10.6nm.

关键词：

真空吸附气道优化有限元分析面形测量扭矩控制

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