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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

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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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    基于"桥式"阻尼声学黑洞结构的振动抑制机理分析

    汪恒黄薇季宏丽裘进浩...
    134-143页
    查看更多>>摘要：在工程中通常采用大面积敷设均匀阻尼材料的方式实现结构振动抑制,但是大量阻尼耗材的使用导致结构重量增加,而且振动抑制效率不高.声学黑洞(Acoustic black hole,ABH)作为一种新型轻质阻尼,通过结构厚度剪裁实现以高效波能量聚焦与耗散,近年来受到广泛关注.该研究提出"桥式"声学黑洞阻尼结构(Bridge-ABH,B-ABH)设计,将声学黑洞结构内嵌于阻尼层材料中,提升结构的振动能量耗散效率的同时减轻结构重量.通过有限元仿真建立B-ABH结构数值模型,研究了具有高损耗特征的B-ABH阻尼材料结构波能量传播特性.同时通过对B-ABH阻尼结构振动机械能流分析,探究了 B-ABH结构特性对高阻尼材料中的能量耗散效率影响,揭示了B-ABH阻尼结构振动抑制机理.此外,采用附加质量进一步提升结构低频振动效果.研究结果表明,附加质量B-ABH阻尼结构相比较均匀阻尼层质量减少30％的同时,结构振动抑制在10～1 000 Hz频率范围内平均降低了4.6 dB.

    声学黑洞高阻尼能量聚集机械能流

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    响应型固体功能表面的浸润性可逆调控研究进展

    吴春亚孙瑞江侯博李曦光...
    144-173页
    查看更多>>摘要：浸润性可逆调控响应型表面是一种通过外部刺激响应材料或形貌可控微观结构实现静态/动态浸润性可逆转换的固体表面,可有效解决传统特殊浸润表面性能单一、结构固定等问题,更符合基础研究和工程现场的多样化、时变性应用需求.着眼于表面浸润性能主观调控中关键技术的发展态势,综述分析了响应型固体表面的类型特征、制备方法和应用前景.根据外部刺激类型,将响应型功能表面归纳为基于化学组成和基于微观结构两大类,重点围绕光响应型、温度响应型、pH响应型和磁场响应型等功能表面的响应材料、响应原理、调控机制及性能特点展开系统分析,聚焦于两类响应功能表面制备方法,梳理其基本原理、技术特色及其优劣性,并深入探讨了两类表面在可控油水分离、微液滴/流体操控等领域的潜在应用价值.最后指出了浸润性可逆调控表面在发展过程中需要面临的挑战和仍需注重解决的问题,希望能为后续人工响应型功能表面研究工作的大规模推进提供参考.

    功能表面可逆调控浸润性响应类型制备方法应用前景

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    磁场作用下水基磁流体对TC4与Si3N4摩擦学性能影响的实验研究

    王优强徐莹莫君何彦...
    174-183页
    查看更多>>摘要：钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料,其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但其摩擦学性能限制了其进一步的应用.近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势.利用摩擦磨损实验机研究了磁场作用下水基磁流体对钛合金摩擦学性能的影响.首先实验研究了水基磁流体的磁学性能.采用超声清洗机对原磁流体进行稀释,获得质量分数分别为0.3％、0.6％、0.9％、1.2％、10％、20％、36％稳定的水基磁流体.利用振动样品磁强计(VSM)、场发射透射电镜(TEM)和静态接触角测量仪分别测试了磁性颗粒的大小和形貌,研究了不同质量分数的水基磁流体的润湿性,探讨了水基磁流体的磁学性能.实验结果表明:Fe3O4颗粒呈球形,平均粒径为14nm,具有良好的顺磁性.水基磁流体的润湿性随质量分数的增大而增大.其次,研究了水基磁流体的摩擦学性能.以TC4钛合金与Si3N4陶瓷球为试件,利用UMT-3往复摩擦磨损试验机测定了不同磁场强度下不同质量分数水基磁流体润滑时钛合金表面的摩擦因数,并用高精度粗糙度仪对磨损量进行测量.结果表明,通过与基液实验结果进行对比发现,不同质量分数的水基磁流体都表现出一定的减摩效果,其中质量分数为1.2％的磁流体减摩效果最好,摩擦因数降低了 16.99％.但在施加外磁场时,不同质量分数的水基磁流体的磨损量都会比基液水润滑时有所增加.但是,随着颗粒质量分数和磁场强度的增大,磨损量逐渐减少.最后,通过实验数据对不同磁场作用下不同质量分数水基磁流体的摩擦学性能的作用机理进行分析,为水基磁流体将来在润滑领域的应用提供了实验依据.

    纳米添加剂水基磁流体磁场强度摩擦学减摩润滑性能

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    混合润滑下考虑表面形貌的齿面摩擦与接触特性

    陈守安肖科程功韩彦峰...
    184-194页
    查看更多>>摘要：齿轮传动系统在各种装备中有着广泛的应用,其性能的改善有着重要的价值.而齿轮接触界面的摩擦磨损情况与接触刚度特性对齿轮传动系统的整体性能有重要的影响.由于加工齿轮方法的不同,真实齿面具有不同的表面形貌,在考虑润滑的情况下这些齿轮的摩擦磨损和接触刚度也会不同.首先通过傅里叶变换和JOHNSON变换模拟生成不同加工方法得到的齿轮表面,然后采用三维线接触混合弹流润滑模型,求解得到膜厚与压力的分布,在此基础上计算摩擦因数并采用Archard模型计算磨损量,同时计算齿轮啮合过程中的接触刚度变化.得到三种典型加工形貌齿面的摩擦磨损与接触刚度在齿轮啮合过程中的变化情况.通过对比,确定了剃齿加工的齿面有更好的摩擦磨损特性和接触特性.在此基础上,对剃齿加工表面形貌齿面在不同速度和载荷下的摩擦学特性和接触特性进行了讨论.

    齿面形貌混合润滑摩擦磨损接触刚度

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    考虑磨损率随温度变化的列车制动摩擦块高温磨损仿真分析

    蒋鑫池卢纯莫继良陈孝婷...
    195-202页
    查看更多>>摘要：随着铁路运输速度的提高和复杂线路的开通,制动闸片摩擦块的高温磨损问题日益凸显.为此,首先通过制动台架试验测得铜基粉末冶金摩擦块磨损率随温度的变化关系,然后建立了考虑磨损率随温度变化的摩擦块高温磨损仿真分析方法,最后研究了随温度变化的磨损率对摩擦块摩擦磨损行为预测准确性的影响.结果表明,制动摩擦块的磨损率随着温度的上升迅速升高.考虑随温度变化的磨损率与否,对于摩擦块的磨损量和磨损分布预测至关重要.当制动界面温度低于80 ℃时,不考虑界面温度对摩擦块磨损率影响时的预测误差在10％以内;当界面温度高于200 ℃时,不考虑磨损率随温度变化的摩擦块磨损预测误差超过60％.研究结果可为我国铁路列车制动摩擦块磨损行为的精准预测提供基础试验依据和可靠分析方法.

    磨损率制动摩擦块高温磨损磨损预测铁路列车

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    粗糙表面轴承微极流体润滑的平均流量模型

    朱少禹张向军孙军王大刚...
    203-211页
    查看更多>>摘要：目前研究轴承的微极性流体润滑时,一般不考虑轴承表面粗糙度的影响.为处理重载工况下的轴承润滑需要建立综合考虑表面粗糙度和微极性流体综合影响的数学模型.基于平均流量法推导了适用于任意三维粗糙表面轴承的广义平均Reynolds方程.应用此方程分析了不同综合粗糙度均方根和表面方向参数下轴承的无量纲最大平均油膜压力随偏心率、无量纲微极流体特征长度和耦合系数的变化.结果表明,轴承的综合粗糙度均方根参数与无量纲微极流体特征长度和耦合系数具有很强的耦合特性.随着无量纲微极流体特征长度的减小或者耦合系数的增大,轴承的综合粗糙度均方根值越大,轴承的无量纲最大平均油膜压力越大.而且轴承的表面方向参数也具有类似的特性.提出的广义平均Reynolds方程是对现有微极流体润滑理论的补充,可以方便地用于任意三位粗糙表面轴承的微极流体润滑分析.此外,提出的广义平均Reynolds方程不仅适用于流体动力润滑领域的径向滑动轴承和推力轴承等摩擦副,而且也适用于混合润滑领域的活塞环-缸套等摩擦副.

    径向滑动轴承微极性流体表面粗糙度平均流量方法

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    整体叶轮圆角立铣刀五轴U摆线剥铣轨迹规划

    李佳男魏兆成冯景洋王学勤...
    212-223页
    查看更多>>摘要：摆线剥铣工艺具有加工效率高、切削力小、刀具耐用度高的优点,然而由于缺乏五轴剥铣加工的轨迹规划方法,导致高效剥铣技术难以应用于整体叶轮加工.针对该问题提出一种整体叶轮圆角立铣刀五轴U摆线剥铣的轨迹规划方法.安排系列切削力实验,验证圆角立铣刀U摆线剥铣相较于现有球头立铣刀U摆线剥铣的加工优势.在此基础上建立叶轮模型降维映射关系,将三维叶根曲线映射到二维平面上,作为边界规划降维刀触点,基于刀触点与流道两侧叶片的比例关系计算刀轴矢量和刀位点,实现圆角立铣刀五轴U摆线剥铣轨迹初步规划.计算叶根过渡面上点到刀具特征面的距离,建立圆角立铣刀与叶根过渡面的干涉判据模型.使用投影法将干涉的叶根过渡面点集向刀轴矢量投影,计算刀具的最大轴向干涉量,从而优化刀位点排除叶根过渡面干涉.最后应用叶轮加工仿真验证五轴U摆线轨迹方法的有效性,结果表明五轴U摆线轨迹能够顺利实现整体叶轮圆角立铣刀剥铣加工,加工过程中无过切干涉,残留材料均匀,可为叶轮后续加工提供良好的基础.

    摆线加工剥铣刀具轨迹叶根干涉

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    融合磨粒特征和工艺参数的粗糙度智能预测研究

    方从富李弘扬沈剑云吴贤...
    224-235页
    查看更多>>摘要：针对加工对象受磨削工具表面状态和工艺参数的综合影响而造成表面粗糙度难以有效准确预测问题,提出了融合磨粒特征和工艺参数的表面粗糙度智能预测方法.基于采集的金刚石磨粒图像,利用图像处理技术提取了工具表面的单位面积磨粒数、磨粒分布均匀性和磨粒出刃高度三个关键特征信息,并评价了提取的特征信息的有效性.在此基础上,提出了融合磨粒特征和工艺参数的粗糙度智能预测算法,开展了YG8硬质合金铣磨加工实验,并将加工结果与预测结果进行对比.结果表明:提出的智能算法可以提高粗糙度预测的准确性和稳定性,其预测的准确率可达到95.6％,而基于传统工艺参数回归模型的准确率仅为86.3％,所提出的方法为粗糙度智能预测提供了参考.

    磨粒加工图像处理特征信息智能算法粗糙度

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    数据-机理混合驱动下考虑刀具柔性的柔性加工工艺参数能效优化方法

    赵希坤李聪波杨勇吕岩...
    236-248页
    查看更多>>摘要：在柔性加工过程中,加工任务不断变换导致加工刀具更换频繁,现有研究主要面向固定加工刀具开展工艺参数能效优化,无法快速响应加工刀具频繁更换的加工环境.为更好的满足变刀具条件下柔性加工工艺参数能效优化的需求,提出一种数据-机理混合驱动下考虑刀具柔性的柔性加工工艺参数能效优化方法.首先揭示变加工刀具条件下柔性加工能耗特性,构建数据-机理混合驱动的柔性加工能效优化模型,然后融合马尔科夫理论和优势动作评论算法,提出考虑刀具柔性的柔性加工工艺参数能效优化方法,最后通过案例分析与算法对比,验证所提出方法能在变刀具条件下实现柔性加工工艺参数的高效优化决策.

    柔性加工能效优化刀具柔性工艺参数

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    基于差分融合长短期记忆神经网络数控机床热误差建模

    刘占广张云刘晴雨
    249-257页
    查看更多>>摘要：数控机床的热效应是制约机床加工精度的主要因素,为了进一步提高机床热误差预测的精度,针对热误差表征参数温升和位移的相对量特性,引入差分预测,综合直接预测和差分预测的优点,提出一种基于差分融合长短期记忆神经网络的数控机床热误差预测模型.以某型号卧式外圆磨床为实验对象,按照不同电机频率设计四组实验,连续采集温度和刀具(砂轮)轴向伸长量数据,基于随机森林和特征交叉递归移除方法确定四个温度敏感点,随机选定训练集与测试集进行训练和预测,通过与现有普遍使用的人工神经网络方法对比验证,提出的热误差模型能够在数据趋势性和波动性间取得较好平衡,且预测结果有更高的精度和更好的鲁棒性,印证了引入差分预测的合理性,对于实际数控机床热误差预测补偿具有一定的参考意义.

    热误差预测相对量差分融合长短期记忆神经网络

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