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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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    剥肋滚压复合工艺及其设备研究

    蒋飞赵升吨范淑琴王可心...
    132-142页
    查看更多>>摘要：面对我国对建筑钢筋的庞大需求以及钢筋两端高效精密制造出螺纹的要求,迫切需要新的加工工艺和设备来满足.分析各类螺纹滚压工艺原理、特点和工艺参数之间的关系,提出一种钢筋剥肋滚压复合新工艺.基于该工艺设计并研制了对称式剥肋滚压设备,滚压模具相位保持机构和对称机构显著提高了钢筋端头螺纹成形的可靠性和效率.通过静力学分析了主轴变形以及箱体模态.利用有限元分析了滚压过程的塑性变形情况和材料流动规律,发现滚压过程中螺纹成形的等效应变随着模具的进给而增加,在切入段集中在齿廓周围,校正段和成形段均分布在整个螺纹,且坯料芯部没有应力和应变发生.牙侧材料从底部流向顶部导致齿高逐渐变高,且牙底的轴向位移最大.在所研制的设备上开展了剥肋滚压试验,验证了剥肋滚压工艺及其设备的可行性与可靠性,结果表明适当增加钢筋的剥肋直径可消除齿顶拉尖现象,同时精确的模具中心距是保证成形螺纹尺寸精度的重要因素.

    钢筋螺纹滚压滚压设备有限元塑性变形

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    GH4151合金的热变形行为及动态再结晶研究

    孙悦牛文龙张麦仓
    143-153页
    查看更多>>摘要：借助MTS810-25T低周疲劳试验机在不同变形温度下对锻态GH4151合金进行热变形试验以研究变形温度对合金组织演变以及动态再结晶的影响.结果表明,GH4151合金热变形过程真应力应变曲线中的峰值应力随变形温度降低和应变速率增大而增加.基于真应力应变曲线,经线性拟合获得锻态GH4151合金的Arrhenious本构方程,能够较好地描述锻态GH4151合金的热压缩变形规律,同时得到合金的热变形激活能Q=218.09 kJ/mol.微观组织分析表明,变形温度较低时,合金的动态再结晶中以γ'相诱发动态再结晶和在晶界弓出形核的不连续动态再结晶机制为主.变形温度升高,动态再结晶形核以不连续动态再结晶和以亚晶旋转聚合为特征的连续动态再结晶机制主导.

    GH4151镍基高温合金热压缩变形本构方程热加工图动态再结晶

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    Ni和Cu合金化对Fe-Mn-Al-C奥氏体轻质钢微观组织和力学性能的影响

    杨阳王泽奎陈晨马华...
    154-164页
    查看更多>>摘要：为进一步提高Fe-Mn-Al-C系高强度钢的服役性能,利用Ni和Cu对80Mn20A15奥氏体轻质钢进行合金化.通过扫描电子显微镜、透射电镜和电子背散射衍射等手段,分析对比了固溶态、冷轧后900 ℃和1 000 ℃退火态的80Mn20Al5、80Mn20Al5Ni6和80Mn20Al5Cu2钢的微观组织和常规力学性能.结果表明:三种试验钢在固溶态下均为单相奥氏体组织,平均晶粒尺寸均约为80 μm,强塑性能相近.经过冷轧和900 ℃退火处理后,三种试验钢强度都得到了提高,而延伸率基本不变,其中80Mn20Al5钢为单一奥氏体组织,而80Mn20Al5Ni6钢的组织为奥氏体与细小的B2-AlNi相,并且保留了部分冷轧变形组织特征,形成了层状混晶,这都促使其获得了最优的强塑性搭配.80Mn20Al5Cu2钢的组织为奥氏体与弥散分布的富铜相,晶粒尺寸细化显著,约为8 μm,细晶强化与富铜相弥散强化的共同作用提高了试验钢的强度同时保持了较高的塑性.而经冷轧和1 000 ℃退火后,三种试验钢的奥氏体晶粒也得到细化,强塑性能仅略有提升.

    奥氏体轻质钢合金化B2-AlNi相富铜相强塑性

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    金属橡胶无序式网格互穿结构的热力学性能研究

    任志英黄子豪方荣政王秦伟...
    165-175页
    查看更多>>摘要：金属橡胶是一种弹性多孔纯金属材料,其内部的网格互穿结构复杂而无序,难以通过一般方法准确描述,这限制了其在高温环境下的可控应用.为此,通过虚拟制备技术构建了综合考虑金属橡胶材料属性、线匝几何尺寸及工艺参数等因素的金属橡胶有限元模型.在此基础上,推导出金属橡胶内部金属丝微元热传导的动态理论公式并进行相关的有限元分析.结果表明:当仅有热载荷时,金属橡胶主要由连续金属丝实现传热并通过界面接触进行换热,温度场沿成形方向呈梯度分布.此外,由于材料的膨胀其宏观尺寸会增大,但在外部约束与孔隙收容机制的作用下其热膨胀系数小于实心材料的热膨胀系数.而当同时存在热-力载荷时,金属橡胶展现出了良好的结构稳定性与耐热性.通过材料高温准静态压缩试验对材料的热力学性能进行了测试,验证所建立的有限元模型能够有效地反映与预测金属橡胶材料复杂的热力学性能,为材料在高温环境下的应用提供了一定的理论指导.

    金属橡胶网格互穿结构虚拟制备热力学性能

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    钎焊时间对TiH2-65Ni+TiB2钎料钎焊连接TiAl合金接头的影响

    李力王一轩罗芬张文涛...
    176-185页
    查看更多>>摘要：基于Kissinger方程计算激活能对机械球磨法制备的(TiH2-65Ni)1-x(TiB2)x(x=0～17.70wt.％)复合粉末钎料进行成分优化,并采用TiB2含量为8.16 wt.％的最优钎料在1 230 ℃下钎焊连接Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.15B(at.％)合金.系统研究TiAl钎焊接头界面组织和形成机理以及钎焊时间(0～20 min)对接头界面组织和抗剪强度的影响规律,并在详尽分析接头界面组织与抗剪强度关联性基础上揭示TiB晶须的强化机制.结果表明,TiAl钎焊接头界面组织为γ-TiAl/α2-Ti3Al+τ3-Al3NiTi2(层Ⅰ)/T3-Al3NiTi2+α2-Ti3Al(层 Ⅱ)/α2-Ti3Al+τ3-Al3NiTi2+TiB(层 Ⅲ)/τ3-Al3NiTi2+α2-Ti3Al(层 Ⅱ)/α2-Ti3Al+τ3-Al3NiTi2(层 Ⅰ)/γ-TiAl.随着钎焊时间的增加,与钎缝基体热力学相容性较好的TiB晶须长径比先增大而后团聚堆积,钎缝中孔洞先消失而后又出现,时间过长时钎缝中还会存在裂纹和高的残余应力,导致接头抗剪强度先增加后急剧减小.钎焊时间10 min时,接头抗剪强度达到最大值332.87 MPa,以准解理断裂方式脆断于层Ⅱ中.通过改变钎焊时间来调控TiAl合金的溶解和扩散量以期生成较多大长径比的TiB晶须,促使接头组织细化、物相分布均匀,为TiAl合金的推广使用及其高质量钎焊连接提供技术支撑.

    钛基粉末钎料钛铝合金钎焊时间界面显微组织抗剪强度

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    考虑纤维波纹度的单向复合材料代表性体积元生成算法

    谢晨阳黄鲛肖光明张贤杰...
    186-195页
    查看更多>>摘要：提出一种单向纤维增强复合材料(Unidirectional fiber reinforced polymer,UD-FRP)周期性高保真代表性体积元(Representative volume element,RVE)的创建算法.首先基于随机游走算法,采用贝塞尔(Bézier)曲线表征纤维形态,使曲线各控制点处的切线方向的统计分布服从多变量冯·米塞斯-费歇尔(Von-MISES FISCHER)函数,创建出初步的软核模型.进而基于力偏置算法,在保证RVE内部纤维不产生过度扭曲的前提下,调整纤维间的重叠,创建出对应的硬核模型.调整过程中,通过引入三维近邻列表算法,大幅提高算法效率.最后对所创建的含有纤维波纹度特征的RVE模型进行了横向剪切渐进损伤分析,用以揭示该方法的研究价值及应用领域.结果表明,该方法能够快速有效地创建不同尺寸及纤维波纹度的RVE几何构型,这种含有波纹度特征的纤维构型会对UD-FRP的横向剪切性能产生一定影响,纤维波纹度越大,UD-FRP的横向剪切强度越大.

    单向纤维增强复合材料纤维波纹度随机游走周期性边界条件近邻列表算法力偏置算法横向剪切

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    16MnDR钢焊接接头组织特性及在氢氟酸环境中的腐蚀行为

    顾玉芬鲁娜石玗孙青岭...
    196-203页
    查看更多>>摘要：16MnDR钢中厚板核贫料储罐焊接接头采用脉冲钨极氩弧焊(P-TIG)打底和埋弧焊(SAW)填充及盖面工艺制造.只采用P-TIG焊接的打底层组织为针状铁素体+索氏体,但SAW填充后的打底层发生了组织转变,变为多边形铁素体+蠕虫状屈氏体.通过对焊接接头在0.1 M氢氟酸中的浸泡腐蚀试验发现,SAW填充后的打底层的耐蚀性发生严重退化,其原因是蠕虫状屈氏体极细的片层结构在腐蚀溶液中发生了微电偶腐蚀,从而近表面的屈氏体就相当于一个块状的渗碳体,然后与周边多边形铁素体形成的大阴极小阳极的腐蚀电偶加速了铁素体的腐蚀溶解,进而屈氏体失去支撑,最终松动脱落并在宏观上形成了腐蚀坑.这一发现为核贫料储罐的安全服役奠定了理论基础,为后续工艺的优化设计指明了方向.

    16MnDR钢焊接显微组织热循环腐蚀

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    EH36钢焊接接头预腐蚀下的疲劳性能及断裂机制研究

    杨思愚徐连勇赵雷韩永典...
    204-211页
    查看更多>>摘要：通过盐雾腐蚀试验和腐蚀疲劳试验研究不同盐雾腐蚀时间下EH36钢焊接接头的腐蚀疲劳性能.在盐雾环境中,试样的腐蚀产物主要为FeOOH、Fe2O3和Fe3O4,试样表面出现了大量的点蚀坑,盐雾腐蚀速率和最大点蚀坑深度随腐蚀时间的增大而增大.对比不同盐雾腐蚀时间下试样的腐蚀疲劳寿命发现,盐雾腐蚀后疲劳试样的寿命降低35％～77％,盐雾腐蚀时间对试样腐蚀疲劳性能的影响随应力范围的降低而增大.试样疲劳断口形貌显示,未经盐雾腐蚀处理的疲劳试样和盐雾腐蚀疲劳试样的腐蚀疲劳裂纹都萌生于裂纹源区内EH36钢焊接接头表面的点蚀坑.前者表面的点蚀坑由腐蚀和应力的共同作用产生,后者表面的点蚀坑在盐雾腐蚀过程中产生.两种试样的裂纹扩展区瞬间断裂区的微观形貌相似.盐雾腐蚀对腐蚀疲劳性能的影响主要体现在盐雾腐蚀产生的点蚀坑降低了疲劳试样的裂纹萌生寿命.

    盐雾腐蚀腐蚀疲劳EH36钢断口特征腐蚀性能

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    高速动车组转向架构架动应力特征研究

    邹晓龙杨广雪张波李国顺...
    212-223页
    查看更多>>摘要：针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究.首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动应力主频来源以及不同速度级和线路条件等因素对构架动应力的影响.结果表明:进出站工况下,构架在道岔区段产生较大的应力,且存在频率范围较宽的高能量振动,匀速工况下构架应力主频分别对应周期性激扰频率;构架各测点等效应力幅值随速度等级提高而增大,其中横侧梁连接区域测点增大程度在37％以上;构架在京广线上的动应力水平高于京沪线,且部分路段损伤值存在明显较大的现象;随着曲线半径增大,各测点等效应力整体呈减小趋势.研究结果可为构架的优化设计及疲劳强度分析提供一定理论参考.

    转向架构架线路测试动应力疲劳强度时频分析

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    基于分数阶模型的锂离子电池荷电状态估计

    石琴蒋正信刘翼闻魏宇江...
    224-232,244页
    查看更多>>摘要：荷电状态精确估计是锂离子动力电池安全应用的关键技术之一,现有的估计方法并不完全适配锂离子电池系统,在准确性、稳定性和实用性方面均有较大的提升空间.为了准确描述锂离子电池系统动态特性并且提升估计精度与稳定性,提出一种基于分数阶电池模型的自适应扩展卡尔曼粒子滤波方法.在采用免疫遗传算法对锂离子电池分数阶模型进行参数辨识的过程中,应用"记忆库"减小算法计算量,引入"亲和度"缓解算法陷入局部最优解的问题.采用基于模型开发的手段,将提出的控制算法下载到电池管理系统控制器中,经过ECE和UDDS工况测试对比验证:二阶分数阶电路模型的端电压误差最大不超过13.96 mV,平均误差为2.4～4.2 mV,表明分数阶模型对电流的变化更为敏感且更能表现电池的电压变化性能,可以有效保证电池荷电状态的计算精度.提出方法较EKF的荷电状态估计精度提升50％以上,并且收敛时间大大缩短,表明在粒子滤波中引入自适应卡尔曼滤波进行校正,可以滤除噪声、增强估计算法准确性和鲁棒性.

    电池荷电状态分数阶电池模型自适应卡尔曼粒子滤波免疫遗传算法

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