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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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    双资源约束的柔性作业车间鲁棒调度方法

    梁志珍王晓佳
    114-126页
    查看更多>>摘要：针对考虑工人技能水平差异和加工时间随机性的设备、工人双资源约束的柔性作业车间调度问题(Flexible job shop scheduling problem,FJSP),构建双资源约束的柔性作业车间鲁棒调度模型(Dual resource constraint flexible job shop robust scheduling problem,DRC-FJRSP).将粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)的学习机制引入差分算法(Differential evolution,DE)的交叉部分,设计PSO-DE混合求解算法,实现问题的加速求解并有效避免搜索停滞的窘境.选取DE算法、遗传算法(Genetic algorithm,GA)、PSO算法作为对比算法进行仿真试验,试验结果显示,所提出的PSO-DE混合求解算法平均鲁棒性为5.331,在三个仿真算例调度makespan求解中表现最好.验证了 DRC-FJRSP模型的合理性以及PSO-DE混合求解算法的鲁棒性.最后,以一个制造企业的FJSP为例进行求解,给出调度甘特图.研究解决了设备、工人资源不足给FJSP带来的加工冲突,降低了加工时间的随机扰动,优化了调度的makespan.

    双资源约束柔性作业车间鲁棒调度PSO-DE混合求解算法

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    复杂产品智能设计与主动运维"双馈式"制造服务方法体系

    任杉王晋赵欣张映锋...
    127-136页
    查看更多>>摘要：利用生命周期数据实现设计与运维协同是复杂产品开发和维护的主要模式,也是保证产品稳定、可靠运行的重要途径.在分析当前制造企业面临的挑战与现有制造服务模式研究不足的基础上,提出一种复杂产品智能设计与主动运维"双馈式"制造服务新模式,并设计相应的体系架构.提出并讨论上述新模式的关键技术体系,包括融合物联技术的制造与运维数据主动感知与增值计算、运维过程多源异构数据与知识工程融合的智能化设计、基于产品设计知识与运维过程感知的主动预防性维修等.通过上述技术的实施,可有效促进产品生命周期各阶段数据的交互共享和业务的协同优化,进而可构建一种生命周期数据泛在互联、设计前馈指导运维服务、运维反馈改进产品设计的闭环运作机制,以提升产品设计的智能化和产品运维的预见性.所提新模式和技术体系对生命周期数据驱动的智能制造研究和应用有重要借鉴价值.

    产品生命周期智能设计主动运维双馈式制造服务

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    边-云协同下智能制造单元作业的数字孪生任务调度方法

    王跃飞王超许于涛孙睿...
    137-152页
    查看更多>>摘要：智能制造单元作业数字孪生任务的高保真建模和调度优化是智能制造系统实现的关键问题之一.针对该问题,提出一种边-云协同下智能制造单元作业数字孪生任务的调度方法.基于智能制造系统端-边-云架构的虚拟现实交互框架,提出智能制造单元作业与数字孪生任务的映射方法,建立作业数字孪生任务调度的问题模型.考虑智能制造系统虚拟现实交互的快速响应性和偏差问题,提出一种基于端-边-云协同的数字孪生任务混合重调度策略.针对作业数字孪生任务调度的优化目标,设计环境自适应多因子优化遗传算法(Environmental adaptive multi-factor optimization genetic algorithm,EAMO-GA).试验数据表明,EAMO-GA算法满足结果正确性验证,并且其有效性和收敛性都优于其他算法,可满足大规模、并行式数字孪生任务的调度场景需求.

    智能制造单元数字孪生端-边-云协同遗传算法

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    机械式真空快速切换开关机构多目标优化设计

    姜文涛刘晓明李培源陈海...
    153-162页
    查看更多>>摘要：针对机械式真空切换开关斥力机构设计参数相互耦合、输出动态特性相互关联的多变量多目标优化问题,提出一种基于非支配排序粒子群的多目标优化方法.计及材料特性影响的快速切换开关机构物体模型(实模)与数值模拟模型(理模)建模与分析,是机构本体设计和过往载荷全生命周期性能评估的基础.理模参数设计难以真实反映实模在不确定性条件与不同工况下输出特性及可靠性.采用数字孪生方法,进行理模与实模特征量设计,将理模与实模耦合建模计算层、多目标优化计算层相结合,优化机构本体参数;并与物理实体层参数同步实现孪生,进而实现机构整机理模到实模的多目标优化设计.数字孪生处理后的电流误差下降5.69％,分闸时间误差下降5.49％,为新一代智能电器产品多目标优化设计提供了一种新的可行性方法.

    快速切换开关斥力机构非支配排序粒子群优化多场耦合数字孪生

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    激光选区熔化过程声发射信号的降噪与分类预测方法

    张赛凡李博轩福贞
    163-176页
    查看更多>>摘要：激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)中激光工艺参数显著影响成形件质量,而现行的工艺优化路径大多是基于激光能量密度经验性公式的"盲摸"工艺试验,难以全面反映影响成形件质量的诸多环境因素,且在SLM过程中,熔池失稳、激光辐照不连续的情况时有发生,因此亟需开发SLM过程中工艺参数在线动态调控及质量监测技术,以保障制造工艺的可靠性和成形件质量的稳定性.通过声发射信号处理与神经网络算法,实现对采用不同激光工艺参数的熔道SLM成形过程的声发射信号分类预测.在降噪模块中,为确定经验模态分解的分解层数从而将其作为神经网络输入神经元的数量,提出一种基于序列间相关性和反双曲正切函数的直观评判方法.在分类预测模块中,对比基于经验模态分解和小波包变换两种声信号特征提取方法所设计的神经网络性能.研究结果表明神经网络模型对于不同激光参数产生的声发射信号进行分类预测的可行性,从而可直接指导SLM工艺参数的在线调控优化或优选,并为SLM过程的成形质量在线监测系统奠定理论方法基础.

    声发射监测机器学习激光选区熔化小波包分析经验模态分解

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    列车车体柔性装配精度预测的力学-数据混合建模方法

    王俊玖刘金玉侯秀娟齐振国...
    177-186页
    查看更多>>摘要：列车车体作为典型的焊接薄壁装配结构,具有刚度低、易变形、受焊接工艺影响显著等特点,使得车体制造精度控制难度大,影响装配质量与生产节拍.车体焊接装配精度预测需要同时考虑随机几何偏差、零部件整体柔性变形和局部焊接变形的综合影响.结合柔性偏差分析和基于数据的焊接变形预测方法,提出一种力学-数据混合柔性偏差建模方法以实现焊接薄壁结构高效统计偏差仿真分析.提取各零件刚度矩阵,采用子结构方法缩减得到结构变形的力学模型;利用有限元获取焊接接头在不同匹配间隙下的局部收缩和角变形数据,构建几何误差与局部变形的BP神经网络(Back propagation neutral network)数据模型;最后,考虑重力、间隙与焊接变形作用,结合上述力学与数据模型建立焊接结构的柔性装配偏差分析模型.基于提出的偏差建模方法开展车体侧墙高度与轮廓度分析,对比实测数据验证方法的有效性.仿真结果表明,力学-数据混合建模方法避免了随机输入偏差下的焊接仿真过程,结合子结构方法能够极大提高统计偏差仿真的计算效率.

    列车车体柔性装配偏差分析子结构方法BP神经网络力学-数据混合模型

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    面向叶片损伤修复的机器人电弧熔丝沉积工艺研究

    陈祉旭李晨星杨春利
    187-196页
    查看更多>>摘要：电弧熔丝沉积修复薄壁变宽度叶片时,控制尖角处熔塌和确保各层等高是一大技术难题.本文面向整体叶盘叶片损伤修复工艺技术需求,通过设计TC4钛合金叶片模拟件,进行机器人操作钨极气体保护电弧(Gas tungsten arc,GTA)熔丝沉积工艺技术研究.提出一种控形拘束片控制尖角处熔塌及沉积成形的方法.针对界面上散热条件的不同,结合脉冲电流工艺精确调控热输入分布,实现了首层至前5层沉积宽度及高度一致性良好的成形.此时沉积层成形宽度均匀,上表面高度波动范围在±0.12 mm.随后结合恒定工艺参数进行了 40层沉积,沉积区壁厚控制精度为士 0.17 mm,各层上表面成形基本平整.模拟修复件组织细小均匀,平均极限抗拉强度和伸长率分别达到基体的92.5％和94.7％,为叶片高精度修复奠定了工艺基础.

    GTA电弧熔丝沉积控形拘束片电流调控脉动送丝成形控制

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    DP780双相钢U弯回弹预测影响因素研究

    郑学斌韩龙帅李学涛鄂宏伟...
    197-206页
    查看更多>>摘要：回弹是影响冷成形高强钢零件尺寸和形状精度的关键因素,而高强钢回弹预测精度取决于材料模型的准确性,研究材料模型对回弹预测精度的影响规律具有重要意义.基于两种不同应变量的拉伸-压缩试验及多循环拉伸-压缩试验,确定了DP780双相钢Yoshida-Uemori(Y-U)随动硬化模型参数.采用LS-DYNA有限元仿真软件分析了不同硬化模型和屈服准则对U弯回弹预测的影响规律,并与回弹试验进行对比.结果表明,通过不同拉伸-压缩试验策略获得的Y-U模型参数存在较大差异,采用多循环拉伸-压缩试验获得的Y-U模型具有更高预测精度,U弯回弹误差可控制在5％以内.随预应变增加,DP780双相钢的弹性模量先急剧降低后逐渐趋于平缓,考虑弹性模量衰减的Y-U模型可提高U弯回弹的预测精度.相比Swift各向同性硬化模型,Y-U随动硬化模型结合Hi1148屈服准则可得到更高的回弹预测精度.屈服准则对DP780双相钢回弹的预测有一定影响,但其对回弹精度的影响程度显著低于硬化模型.研究结果对先进高强钢材料模型的选择和回弹预测精度的提升提供了理论依据.

    双相钢Y-U模型屈服准则弹性模量回弹预测

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    非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层热氧/湿热老化研究

    梁玉陆国权梅云辉
    207-215页
    查看更多>>摘要：高压电力电子器件的发展对其绝缘封装提出了更高要求.提出一种可以提升功率器件高压绝缘性能的非线性电导调制绝缘涂层,并对其性能进行研究分析.首先研究了非线性电导调制SiC/环氧树脂复合材料的制备工艺方法,并研究了材料电导率随电场强度及温度的变化规律.之后采用非线性电导调制SiC/环氧树脂作为绝缘涂层封装器件,通过有限元电场仿真结合试验的方法,验证了复合材料对器件局部放电性能的改善效果,结果表明采用非线性电导调制SiC/环氧树脂封装的器件的电场峰值相较于对照组降低了 38.6％,且局部放电试验结果表明,非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层可以将器件的局部放电起始电压提升44.9％以上.最后,对非线性电导调制SiC/环氧树脂绝缘涂层的长期可靠性进行了研究,通过热氧老化与湿热老化试验对其长期绝缘可靠性进行了试验验证,并从微观机理对试验结果进行分析.最终结果表明,采用非线性电导调制SiC/环氧树脂涂层封装的功率器件长期绝缘可靠性仍优于对照组.

    非线性电导涂层局部放电绝缘材料功率器件封装

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    考虑损伤的热成形淬硬硼钢失效行为建模研究

    戴明华胡平盈亮陈帅...
    216-226页
    查看更多>>摘要：热成形钢淬硬后强度高、韧性差,热成形过程的高温变形损伤会进一步加剧淬硬后材料的断裂失效,导致零部件服役抗撞性能被高估,造成安全隐患等问题.以600 ℃下淬火得到的淬硬硼钢为对象,研究了高温预应变对淬硬后材料力学性能和失效行为的影响规律,发现高温预应变越大,材料的强度和伸长率越低,并发生明显的韧脆转变现象.设计了 5种应力三轴度子样件,通过DIC系统测得其断裂失效应变并结合有限元反算优化方法,获得了 4种预应变下淬硬硼钢的失效双曲线和GISSMO损伤失效模型参数.进一步开展了淬硬硼钢帽型梁结构的轴向压溃试验,探究了考虑成形损伤及引入失效模型对结构抗撞性能预测精度的影响.结果表明:只引入GISSMO失效模型可以较好地预测淬硬零部件的失效行为,但其预测值偏高,而耦合热成形预应变历史并引入相应失效模型的联合仿真,对淬硬硼钢结构的抗撞性能预测最佳.

    热成形淬硬硼钢GISSMO损伤失效建模

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