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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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    Kriging-高维代理模型建模方法研究与改进

    孟原史宝军张德权
    249-263页
    查看更多>>摘要：传统代理模型技术在处理高维问题时,由于变量维数增加使得建模所需样本数量呈指数型增长,将导致计算成本显著提高.为了构建适用于高维问题的代理模型,在DIRECT优化算法基础上,改进其初始样本点位置,实现初始样本集的扩充,并将克里金(Kriging)建模方法与高维代理模型(High-dimensional model representation,HDMR)相结合,这样可避免建立的模型陷入局部最优,提出一种改进的Kriging-HDMR建模方法.iKriging-HDMR建模方法利用高维代理模型的优点,将高维问题的响应函数等效为一系列低维函数的叠加,发挥iKriging-HDMR建模方法的优势以减少建模过程所需样本点个数,提出一种新的收敛条件,从而减小代理模型的局部误差以保证建立的代理模型具有较高的精度.通过数值算例和机器人工程应用,验证了提出方法的有效性.结果表明,所提出的iKriging-HDMR建模方法可显著减少建模所需样本点数量,具有很好的计算精度和效率.

    高维代理模型KrigingDIRECT采样试验设计工业机器人

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    基于首次穿越PDF自适应估计的时变可靠性分析方法

    俞水吴晓郭鹏王志华...
    264-275页
    查看更多>>摘要：针对机械产品全寿命周期的时变可靠性问题,提出了自适应首次穿越点(First-crossing time point,FCTP)的概率分布模型,可获得寿命周期内可靠性的演化规律,为机械产品在全寿命周期内可靠性分析和设计提供了工具.对于传统时变可靠性首次穿越法中首次穿越率模型估计困难的问题,首先基于支持向量回归提出首次穿越时间点自适应代理模型;其次,采用拉丁化部分分层抽样(Latinized partially stratified sampling,LPSS)估计首次穿越时间点代理模型的四阶原点矩;再次,以距离代理模型一阶矩最近的点为中心,结合均匀分布构建自适应学习函数;然后,以相邻两次迭代的各阶矩最大误差为收敛条件,建立最优的首次穿越时间点的代理模型;最后,基于最优代理模型,利用核密度函数求解首次穿越点的概率密度函数(Probability density function,PDF),获得产品寿命周期内时变可靠性的演化趋势.通过三个算例验证了所提方法的有效性.

    时变可靠性全寿命周期首次穿越时间点自适应代理模型核密度函数

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    融合消费者群体创造的产品创意设计方法

    朱上上于慧伶董烨楠罗仕鉴...
    276-287页
    查看更多>>摘要：当今产品创意设计已由B2C(Business-to-Customer)向C2B(Customer-to-Business)转型,消费者参与度提升成为了企业的增长点.消费者参与有利于提高其参与感和对品牌的认可度,并能辅助企业人员完成创意探索、迭代过程.但当前消费者群体参与不够深入,且其碎片化创意元素无法有效捕捉利用.针对该问题,提出了一种融合消费者群体创造的产品创意设计方法,旨在促进消费者群体持续参与到产品创意设计过程中,辅助企业人员灵活捕捉并运用群体多元灵感来优化设计方案.首先,分析了群体创造在创意设计过程中的应用,建立了融合消费者群体创造的产品创意设计过程模型;然后运用文本挖掘和基于粗数的TOPSIS方法,研究了基于群体灵感的创意元素量化与识别方法以及基于群体评价的创意方案推演与优化方法,并在此基础上开发了融合消费者群体创造的产品创意设计系统.以桌面加湿器的设计为例,验证了所述方法的可行性与有效性.结果表明,所提出的方法能够有效拓展企业人员创意探索空间,提高消费者群体参与感.

    消费者参与群体创造创意设计过程模型产品设计创意设计系统

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    基于温度相似性评价的机床热误差重构模型

    徐凯李喆裕李国龙苗恩铭...
    288-295页
    查看更多>>摘要：数据驱动方法广泛用于热误差建模,然而缺乏机理支撑的开环黑箱运行模式难以保证模型在新工况中的鲁棒性,模型极易失效.为进一步提升机床热误差模型的精度和稳定性,提出了一种基于温度相似性评价的机床热误差重构模型.通过对预测组温度均值向量与建模组温度均值向量的相似性评价,从原始建模批次中筛选出与预测组温度相似的特定批次,并基于偏最小二乘算法进行热误差模型重构.为验证重构模型的有效性,进行了累计31批次的热误差预测,结果表明重构模型在保证稳定性的前提下,可将预测结果的均方根误差均值进一步降低至2.2 μm,相比常规的模糊聚类结合多元线性回归模型与偏最小二乘模型,预测精度可分别提高15％、35％,效果显著.方法对于评价数据驱动热误差模型的适用性,提高模型预测精度具有参考价值.

    相似性评价重构模型偏最小二乘算法稳定性

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    基于间隙预测模型的自动铺带轨迹优化方法

    张鹏尹来容仝永刚黄龙...
    296-316页
    查看更多>>摘要：自动铺带技术是一种先进复合材料低成本制造技术.轨迹规划是其关键环节,直接影响铺放过程的精度、效率以及最终产品的质量.由于缺乏铺放间隙的预测模型,现有的自动铺带轨迹规划方法通常需要多次迭代才能得到满足间隙要求的铺放轨迹,这一过程计算量较大且无法得到较优解.有鉴于此,提出一种基于间隙预测模型的自动铺带轨迹优化方法.建立铺放间隙的预测模型,反映初始铺放条件、模具曲面几何特征、铺放路径测地曲率等因素对间隙大小的影响.基于间隙预测模型提出两种铺放轨迹优化策略,将自动铺带轨迹规划问题转化为求解线性规划问题,得到典型模具曲面上较优的铺带轨迹.试验结果表明,在所有算例中,预测间隙与真实间隙之间的最大偏差在15％以内,且大多数情况中预测间隙对真实间隙的吻合程度远优于此值.所提出的轨迹优化方法在防止铺放褶皱的前提下,得到满足间隙约束的较优铺放路径,同时避免繁琐的迭代过程,对开发高性能自动铺带软件具有指导意义.

    自动铺带轨迹规划铺放间隙优化线性规划

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    刀具介观几何特征成形技术及其作用研究

    杨树财韩佩佟欣刘献礼...
    317-351页
    查看更多>>摘要：绿色制造技术是当今制造业的发展潮流,迎合了可持续发展理念的发展要求.金属刀具切削加工也朝着绿色、无污染、高效、低耗、节能的绿色干切削加工方向发展.基于该理念,介观几何特征刀具概念被提出.介观几何特征(刃口、微织构)是介于宏观和微观尺度的微小特征.刀具表面置入微织构可以减小刀-屑接触长度、捕获磨粒和切屑等杂质,从而改善刀具切削性能、提高工件表面质量;刀具刃口处理同样可以提高刀具耐磨性、改善切削状态及已加工表面质量.研究发现,介观几何特征对加工过程中力-热特性、工件表面质量以及刀具寿命等产生重要影响.因此,总结归纳了介观几何特征对刀具各方面切削性能影响的研究现状,探讨介观几何特征对刀具综合切削性能的影响规律,并为后续介观几何特征刀具的优化设计及制备提供参考.

    介观几何特征成形技术作用机理切削性能工件质量

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    一种圆柱型车齿刀的安装模型及无干涉设计方法

    贾康王浩任东旭洪军...
    352-361页
    查看更多>>摘要：车齿加工由于其兼具滚齿的连续切削运动和插齿的端面切削模式,对于内齿结构和双联齿轮结构具有卓越的加工性能.相较于圆锥型车齿刀由于前刀面刃磨引发切削刃改变,圆柱形车齿刀可以确保刀具全生命周期内的无理论误差刃型,但是其零度后角更易于造成加工过程中刀齿侧面与工件齿槽面的干涉.然而目前国际主流圆柱型车齿刀的安装模型都封装在计算机辅助制造(Computer aided manufacturing,CAM)系统中,限制了国内圆柱型车齿刀的设计开展与推广应用.因此,研究圆柱型车齿刀偏位安装模型形成无干涉设计对于打破国外技术垄断至关重要.针对通用的5轴车齿机配置,提出了一种圆柱型车齿刀的安装模型,并给出了从安装模型参数确定、切削刃求解和切削仿真、刀齿切削干涉判定的完整计算流程,进而形成圆柱型车齿刀的无干涉设计方法,最终通过针对内齿圈的设计和加工仿真验证了该方法的有效性.

    车齿圆柱刀干涉检测偏位安装切削刃计算切削仿真

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    基于降维映射的五轴U摆线铣削刀轨生成研究

    冯景洋魏兆成王敏杰舒鑫...
    362-377页
    查看更多>>摘要：刀具轨迹生成作为数控加工的重要组成部分,是包含铣削方式、刀具工件结构以及加工余量等多因素在内的复杂体系.U摆线铣削是在摆线铣削基础上结合侧铣加工特性的走刀策略,能够以大轴向切深完成粗加工,平稳切入切出的走刀形式可以有效平滑切削力,分散局部载荷.以整体叶轮流道为目标,提出一种基于降维映射的U摆线铣削刀轨生成方法.建立U摆线铣削几何模型,定义摆线表征参数并给出摆线残留量计算方法.根据刀具运动规律将轨迹离散为系列微元,以刀具与前一刀轨迹的交点为划分依据将轨迹划分为多个区域,分别获得相应摆线位置角下刀-工包角计算方法.安排了系列实验,验证了 U摆线铣削在切削力及刀具磨损方面的加工优势.结合U摆线铣削特征建立铣削边界预处理方法,考虑到三维空间刀具轨迹计算复杂,定义空间几何域及降维参数域,在此基础上给出平铺微弧的降维映射方法并分别在不同摆线区间计算降维轨迹.为获得无干涉U摆线铣削刀轴矢量,借助等参数方程建立双向比例域映射算法,通过求解系列偏转角度实现任意矢量逆映射.最后将轨迹矩阵编码为通用机床语言,通过仿真算例及铣削实验验证刀轨生成方法的可行性.

    U摆线铣削降维映射刀-工包角五轴铣削刀具轨迹

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    基于等效物理模型的脉冲电解微加工精度及定域性表征研究

    赵传军王冀鹏许立忠
    378-389页
    查看更多>>摘要：针对脉冲微细电解加工多场耦合模型求解复杂、定域性难以量化表征的问题,基于电极/溶液GCS双电层模型,建立脉冲电解加工等效物理模型.利用该等效物理模型,分析双电层极化电压及各支路等效电流的瞬态响应规律,得到两种提高脉冲电解加工精度的方法:缩短脉宽和控制极化电压.分别揭示两种精度提高方法的作用机理,并建立其精度预测方程.根据工件分解电压特性,定义阳极加工区和过切区边界;通过对极化峰值电压随极间距变化规律的研究,采用加工区极化峰值电压差描述电解定域性,并建立定域性表征参数模型.利用Matlab对影响定域性工艺参数进行数值仿真分析,并通过微孔电解加工实验对理论分析结果进行验证.

    脉冲电解加工等效模型定域性表征仿真分析精度预测

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    低频扭转振动辅助螺旋铣孔切削力模型研究

    冯勇周豪杰周智远贾晓林...
    390-402页
    查看更多>>摘要：晶须增强钛基复合材料因其高比刚度、比强度等优异性能,被广泛用于航空航天、车辆运输以及新能源等领域;然而,由于材料各向异性,在常规制孔加工中极易产生缺陷,限制了其大量推广和应用.为此,结合低频扭转振动的运动特点和螺旋铣削的加工特点,提出低频扭转振动辅助螺旋铣孔(低频扭振螺旋铣孔)工艺方法,并进一步推导了其切削力模型;在此基础上,开展了 TiBw/TC4复合材料的铣孔实验研究,验证了切削力模型的合理性.仿真分析表明,扭振切向进给与切向每齿进给相同,扭振频率与切削频率同频时,端面合力的平均切削力峰值较常规螺旋铣孔分别下降近13.05％和13.64％.实验研究表明,低频扭振螺旋铣孔有助于减少出/入口毛刺、孔壁划痕、破碎等缺陷,并可有效降低刀具磨损;相较于常规螺旋铣孔,孔壁粗糙度降低36.29％.

    TiBw/TC4复合材料低频扭振螺旋铣孔切削力模型制孔质量

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