机械工程学报

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潘逢群, 蒋翔俊, 范叶森, 李智, 巴静静

机械工程学报. 2020, 56(9): 1-8. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.001

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大型周边桁架可展开天线的索网结构随卫星运动过程中长期受到太阳和行星的热辐射，会产生较大的热变形及力学松弛，从而导致天线性能衰退。以索网结构型面精度为目标，提出形状记忆合金和索网结构集成优化的设计方法，利用形状记忆拉索的形状记忆效应提高索网天线的型面精度。建立了形状记忆索网结构几何非线性有限元分析模型，采取型面精度主动调节策略，计算拉索的预张力，对温度影响下的型面变形进行主动优化计算。研究结果表明，合理选择形状记忆拉索的材料与结构参数，可以明显改善形状记忆索网结构的型面精度，实现索网结构天线的在轨保形设计。最后通过一个数值算例验证了该方法的可行性。

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Bennett机构交错角区间和机构类型的关系

鹿玲, 张一同, 牟德君, 胡波, 卢文娟

机械工程学报. 2020, 56(9): 9-17. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.009

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目前Bennett（BNT）机构根据回转副轴线的方向，分成非对称安装和线性对称安装两类。为了研究这两类机构的共性和区别，在杆件交错角（0，2π）的区域内，用相邻象限组合为4个区间，由S₁₂（第1-2象限）区间和S₃₄（第3-4象限）区间各得到1组非对称安装的左旋和右旋BNT机构；由S₂₃（第2-3象限）和S₄₁（第4-1象限）区间各得到1组线性对称安装的左旋和右旋BNT机构。把前后2组机构进行对比，只有轴线方向是非对称的，机构结构本身都是对称的。由于S₁₂和S₃₄区间的非对称安装机构，通过交错角的设定，可以转换为S₄₁区间的线性对称机构，所以线性对称和非对称之间并无本质差别，4组机构本质是相同的1组。因为S₄₁区间机构的运动副的轴线方向指向相同，轴线的正方向与相邻杆内角逆时针的角位移方向一致，所以把S₄₁区间改用交错角锐角表示的R₄₁（第4-1象限）区间作为交错角的工作区间，就得到线性对称的右旋型和左旋型两种BNT机构基本类型，这两类机构的运动链是相同的，只是以不同构件为机架得到两种机构的形式。根据这些概念，左旋型和右旋型BNT机构，采用交错角锐角给出了统一的结构参数方程和含相邻杆内角表示的闭环位移方程。这种交错角为锐角的统一参数方程，简单，直观，便于应用。研究强调并补充了相邻杆的交错角不能在作用区间的同一象限选取的一个必要的约束条件。

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机械臂动力学分析及关节非线性摩擦模型建立

段书用, 李昌洛, 韩旭, 刘桂荣

机械工程学报. 2020, 56(9): 18-28. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.018

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现有研究大多采用分段线性组合而成的拟非线性摩擦模型来描述机械臂各关节摩擦力矩大小及其分布，忽略了低速区关节摩擦的实际非线性变化，而该非线性变化恰恰是影响机械臂轨迹精度及稳定性的关键因素之一。基于此，着重研究机械臂关节非线性摩擦模型及其对机械臂末端轨迹的影响。对多关节机械臂进行几何机构建模，对任意设定的机械臂理想运动轨迹，通过机构运动学分析得到各关节的角位移、角速度和角加速度。考虑非线性摩擦，建立高可靠性的关节非线性摩擦的一般模型。对给定的理想运动轨迹下的角位移、角速度和角加速度进行Newton-Euler反向动力学分析，从而得到各关节的非线性驱动力矩。基于一般非线性摩擦模型，将得到的驱动力矩代入正向动力学模型中得到机械臂末端实际的运动轨迹。通过上述分析步骤，深入研究各关节在不同类型驱动力矩组合条件下对机械臂末端运动轨迹、及各关节角位移的影响。研究结果表明机械臂各关节的不同摩擦形式对末端运行轨迹影响显著，各关节驱动力矩的变化对其相邻关节的角位移也有明显影响。

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三层赋形网状天线预张力设计方法

李欢笑, 马小飞, 范叶森

机械工程学报. 2020, 56(9): 29-35. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.029

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随着航天技术的不断发展，卫星通信、深空探测等领域对星载天线提出了更高的要求。网状天线作为星载天线的一种，其大口径、高收纳比和质量轻的特性使其成为星载天线重要的一种形式。但受限于网状天线的固有的结构形式，对传统的网状天线进行反射面赋形是不可实现的。为了实现网状天线赋形目标，设计了一种三层网的索网结构，提出了一种针对三层网的赋形网状天线预张力设计方法，能够在已知电磁波反射网节点坐标的情况下，求解出三层网结构的赋形网状天线的预张力，利用有限元软件进行验证，结果表明，利用该方法计算得出的预张力可以使三层网结构节点稳定在设计位置，达到平衡状态，证明该方法正确、可行。

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气动软体机械臂模块变刚度性能分析

姚立纲, 李敬仪, 东辉

机械工程学报. 2020, 56(9): 36-44. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.036

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根据现有的气动软体机械臂的特征，为解决软体机械臂存在的结构刚度不足的问题，提出了一种软体机械臂模块。该模块采用耦合变刚度原理，由上下两端连接板、位于两连接板之间的外部弯曲硅胶气囊和中部变刚度硅胶气囊组成，可实现连续软体机械臂的模块化和变刚度，提升软体机械臂的负载能力。基于硅胶的超弹性材料特征，建立了新型软体机械臂模块的非线性力学模型并通过该模型完成了变刚度性能分析。在充分考虑各硅胶气囊的驱动力矩和模块的弯曲运动的基础上，设计了静态拉伸试验，对模块的变刚度气囊通过施加冗余驱动力矩来实现变刚度的效果进行了分析。通过试验与论证，总结出了模块充气压强与模块结构的刚度之间的变化规律，为气动软体机械臂刚度的计算和这种模块的实际应用提供了理论支持。

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一种四自由度冗余串并混联拟人机械臂的动载协调分配优化

李研彪, 王泽胜, 孙鹏, 徐涛涛, 秦宋阳

机械工程学报. 2020, 56(9): 45-54. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.045

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基于串联机构与并联机构的特点，提出了一种新型四自由度冗余串并混联拟人机械臂机构，弥补当前拟人机械臂的不足之处。针对该机构主动关节之间驱动力分配存在多解的特点，提出一种机构按照预定轨迹运动的动载协调分配优化方法。基于牛顿-欧拉法建立冗余混联机械臂机构的动力学模型，其中机械臂肩关节机构动力学方程为超静定方程，利用小变形叠加原理建立机构的变形协调补充方程；建立以平均功率、力矩波动和平均功率偏差为目标的多目标优化模型，利用主成分分析法对该模型进行优化求解；通过数值算例验证了该方法的正确性和可行性。研究结果表明，选取最优的分配输入组合可实现机械臂能耗低且平稳地工作。

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非圆齿轮设计、制造、检测及应用

李渤涛, 陈定方

机械工程学报. 2020, 56(9): 55-72. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.055

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非圆齿轮最早可追溯到14世纪左右，如今已有700多年历史。然而非圆齿轮的研究历史却并不那么久远，受限于非圆齿轮特殊的几何特性及落后的工业技术水平，非圆齿轮在过去一直未被广泛应用，相关研究亦少之又少。进入21世纪后，计算机辅助设计制造技术的迅猛发展，给非圆齿轮领域带来了新的活力，涌现出大量新的研究成果。鉴于此，归纳总结现阶段非圆齿轮（以非圆柱状齿轮为主）研究现状、预测非圆齿轮领域未来发展方向是很有意义的。现阶段，非圆齿轮领域主要可分为设计与分析、制造、检测及应用四个主要研究领域，通过对上述领域常用理论与方法的总结，可以看出各领域现阶段所面对的问题，预测今后发展方向，以期启发非圆齿轮领域的研究者们，进一步推动非圆齿轮发展与应用。

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基于球-滚道非完全接触状态下的球轴承载荷分布计算及刚度特性研究

张进华, 方斌, 朱永生, 闫柯, 洪军

机械工程学报. 2020, 56(9): 73-83. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.073

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针对非完全接触状态下的球轴承建模及特性分析，提出新的初始位置假设，并结合球-滚道接触状态判定准则建立了不同载荷（轴向、径向及联合载荷）条件下高速球轴承的通用分析模型。在此基础上，运用球轴承刚度矩阵解析计算方法，构建嵌套式Newton-Raphson迭代算法，实现上述模型求解，并针对不同工况条件下的球轴承的内部载荷分布及刚度特性展开分析。计算结果表明，所得结果相比于Jones-Harris模型更具合理性和适用性，且轴承内部载荷分布及刚度特性受轴承外部载荷条件及内部接触状态共同作用，轴承内部接触区滚珠个数随轴承间隙、外部载荷及转速大小变化而改变，进而引起轴承刚度突变。此外，适当增加轴向载荷可有效改善轴承内部载荷分布及增加接触区滚珠个数。

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基于提升深度迁移自动编码器的轴承智能故障诊断

邵海东, 张笑阳, 程军圣, 杨宇

机械工程学报. 2020, 56(9): 84-90. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.084

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实际工程中，含标注信息的轴承监测数据严重缺乏，这将导致其智能故障诊断模型难以有效构建。提出了一种基于提升深度迁移自动编码器的新方法用于不同机械设备间的轴承故障智能诊断。首先，采用可缩放指数型线性单元作为标准自动编码器的激活函数，提升原始振动数据的映射质量。然后，非负约束用于修正代价函数，进一步减少重构误差。其次，构建提升深度自动编码器并用充足可用的源域数据进行预训练，得到的参数作为目标模型的初始化参数。最后，目标域中仅有的一个训练样本用于目标模型的微调以适应剩余的测试样本。将所提方法用于分析不同轴承的试验振动数据，结果表明，所提方法能基于原始振动数据有效实现不同种机械设备间的迁移诊断。

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自适应分块前向后向分段正交匹配追踪在重构滚动轴承故障信号中应用

孟宗, 石颖, 潘作舟, 陈子君

机械工程学报. 2020, 56(9): 91-101. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.091

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针对滚动轴承故障信号分块压缩感知过程中，因分块之间的稀疏度差异较大以及重构支撑集构造不合理，致使信号重构精度较低，影响信号整体重构效果的问题，提出基于自适应分块前向后向分段正交匹配追踪算法（Adaptive block forward and backward stagewise orthogonal matching pursuit，Adaptive Block-FBStOMP）。首先，依据短时自相关算法确定滚动轴承故障信号自适应分块长度，并根据此长度对信号进行自适应分块；其次，利用K奇异值分解（K-singular value decomposition，K-SVD算法训练稀疏字典；最后，提出FBStOMP算法，在重构过程中增加原子回溯和二次筛选过程，提高有效支撑集原子被全部选入支撑集中的可能性，改善重构效果。通过仿真信号和故障信号试验分析可知，与传统压缩感知重构算法相比，该算法能够有效提升滚动轴承故障信号的重构精度。

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数据驱动故障诊断方法泛化性能的经验性分析

郑怀亮, 王日新, 杨远涛, 尹建程, 徐敏强

机械工程学报. 2020, 56(9): 102-117. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.102

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近年来数据驱动的故障诊断方法被广泛研究，但是这些方法有效的一个前提条件是训练诊断模型的数据与待测试数据应需采集自相同的设备和运行环境，然而这个前提条件在实际的诊断情形中很难得到满足，实际能够用来训练诊断模型的通常是采集自同类型设备或不同工况的历史数据。对于实际诊断情形下存在潜在差异的数据集，数据驱动故障诊断方法是否有效的问题鲜有讨论。首先讨论了影响诊断方法泛化性能的可能因素，然后构建了多个跨数据集诊断任务，在此基础上对几个数据驱动诊断方法的泛化性能进行了经验性的分析，分析发现相较于模型复杂度数据集间的分布差异是影响跨域诊断泛化性能的主要因素；并进一步从信号特性分析的角度解释了设备型号差异和工况差异对跨域诊断性能影响的深层次原因。这些讨论有益于启发面向实际诊断情形的数据驱动诊断方法的研究。

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流固耦合作用下可倾轴承瓦块颤振失稳研究

赖勇能, 李庆峰, 仇健海, 杨建刚

机械工程学报. 2020, 56(9): 118-124. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.118

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以某试验台可倾轴承为对象，考虑瓦块与轴颈之间的运动耦合关系，建立可倾轴承油膜-瓦块流固耦合动力学模型。采用Newmark-β法求解可倾瓦块动态响应，得到升速过程中瓦块摆角及位移的波形、频谱。研究发现，在一定条件下，可倾轴承上瓦块会失去稳定位置，绕其支点作摆动及径向移动，导致瓦块颤振。随着转速升高，颤振幅度增大，一定转速后出现频率锁定现象，增加预载荷可以抑制瓦块颤振。计算和试验观测到的瓦块颤振特征相似。针对某台660 MW机组发生的不稳定振动故障进行了分析，发现颤振导致瓦背制动弹簧断裂，加剧了瓦块颤振，引发大幅振动，进而导致进油边乌金损坏、柱销及柱销孔磨损。通过增加预载荷及更换弹簧，解决了该机组不稳定振动问题。

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基于自适应经验傅里叶分解的机械故障诊断方法

郑近德, 潘海洋, 程军圣, 包家汉, 刘庆运, 丁克勤

机械工程学报. 2020, 56(9): 125-136. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.125

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为了克服傅里叶变换、经验模态分解与傅里叶分解方法在分析非平稳信号方面的不足，提出一种适合非线性和非平稳信号分析的新方法——自适应经验傅里叶分解（Adaptive empirical Fourier decomposition，AEFD）。AEFD方法以快速傅里叶变换为基础，通过对变换系数进行分组重构，能够将一个非平稳信号自适应地分解为若干个瞬时频率具有物理意义的傅里叶本征模态函数（Fourier intrinsic mode function，FIMF）之和。研究了AEFD的分解正交性和精确性，通过仿真信号分析，将其与经验模态分解，变分模态分解和傅里叶分解方法等进行了详细对比，结果表明了AEFD的优越性。最后，为了提高故障诊断的精度和验证AEFD的有效性，将AEFD应用到转子碰摩和滚动轴承局部故障诊断中。试验数据分析结果表明，与经验模态分解等方法相比，AEFD不仅能够有效地诊断故障，而且诊断精度更高。

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液态金属用作润滑剂的研究现状与展望

徐明宇, 陈渭

机械工程学报. 2020, 56(9): 137-146. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.137

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液态金属作为一种新型材料，通常是指熔点低于200℃的低熔点合金，是一种不定型的、可流动的金属，其中室温液态金属的熔点更低，在室温下即呈液态，正是因为这种不定型的液体形态，使其有着很好的流动性、导热性、热稳定性等性能，目前已经应用于诸多领域。国外在20个世纪就已经开始了对液态金属润滑性能的研究，但国内对液态金属用作润滑剂的研究目前还在起步阶段。介绍了液态金属的制备过程，从液态金属的润滑性能、液态金属的润滑机理和液态金属轴承的工作性能三大方面出发，总结了液态金属用作润滑剂的研究现状，并且提出了我国今后在该研究上的努力方向以及未来使用液态金属作润滑剂要解决的几个问题和技术。

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基于模态应变能的接触刚度识别方法

赵广, 金鑫, 崔颖, 冯志飞, 王亭月, 熊志亮

机械工程学报. 2020, 56(9): 147-153. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.147

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由于模态应变能对结构局部变形敏感，因而在以螺栓连接结构为代表装配结构中，预紧力变化对接触刚度和结构固有特性的影响可以采用模态应变能的方法进行分析，据此提出基于模态应变能的接触刚度识别方法，提高粗糙表面接触刚度识别的精度。以螺栓连接的T型块试验台为例，通过测试不同螺栓预紧力下结构前3阶固有频率，并采用薄层单元等效粗糙表面接触特性；考虑结构各阶模态应变能权重，进行了接触刚度识别和识别误差分析。研究结果表明，各阶模态应变能权重随着接触刚度或螺栓预紧力变化可能呈现不同的趋势，导致基于单阶模态的接触刚度识别结果之间存在较大差异；基于模态应变能的接触刚度识别方法由于综合考虑各阶模态的权重，反映了各阶固有频率的总体变化趋势；随着螺栓预紧力增大，接触刚度总体非线性增加，接触刚度识别误差总体下降。所提出的基于模态应变能的接触刚度识别方法，建立了螺栓连接结构中预紧力变量、粗糙表面接触刚度和模态固有频率耦合机制，为粗糙表面接触刚度建模提供了一种精确的识别方法。

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车辆传动系统密封环局部高温热点的热失稳建模研究

宫燃, 占超, 徐宜, 张鹤

机械工程学报. 2020, 56(9): 154-161. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.154

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根据车辆传动系统密封环的服役特征，提出了一种密封环局部高温热点的热失稳有限元建模方法，可以用来计算密封环发生局部高温热点的临界速度。构建了密封温度存在扰动形式的表达式，基于伽辽金有限元算法，建立密封环局部高温热点的热失稳有限元模型，处理密封系统的热结构耦合关系，形成了密封环局部高温热点临界速度的计算方法。以铜基粉末冶金和灰铸铁密封环为例，计算了不同摩擦因数条件下发生高温热点的临界速度，并考察了临界速度与材料弹性模量、热导率、比热容、热膨胀系数的定量关系。利用自主开发设计的密封性能试验台进行密封热失稳试验研究，设计了密封环热失稳的试验方法，观测了两种密封材料温升及其扰动迁移情况，试验结果与模拟计算结果具有一致性，表明了密封环局部高温热点模拟方法的有效性。

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机械结合面接触刚度建模新方法

李玲, 王晶晶, 裴喜永, 褚崴, 蔡安江

机械工程学报. 2020, 56(9): 162-169. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.162

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建立精确、有效的结合面接触刚度模型是进一步开展机床整机动力学建模与分析的基础。提出了一种新的弹性接触刚度模型，该模型考虑基体变形的同时，对GREENWOOD和WILLIAMSON提出的粗糙表面微观接触模型（GW模型）进行了修正。为分析基体对接触变形的影响，首先建立含有基体的单个微凸体接触模型，并基于HERTZ接触理论，获得结合面的接触参数；然后，通过引入三角分布函数和解决GW模型在模拟微观接触行为中存在的问题，建立了新的弹性接触刚度模型，并揭示了分布函数、基体变形以及表面粗糙度对结合面接触特性的影响规律。研究表明：三角分布函数能有效地表征表面微凸体高度分布；基体变形的影响是由基体和微凸体相互作用引起，随着法向载荷的增大而明显；表面粗糙度是影响接触刚度的主要因素，相同载荷下，表面粗糙度越大，接触变形越大，接触刚度越小。

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基于ALE流固耦合方法的刷式密封刷丝接触变形特性理论与试验研究

孙丹, 杜宸宇, 刘永泉, 战鹏, 信琦

机械工程学报. 2020, 56(9): 170-180. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.170

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刷式密封刷丝接触变形引起的泄漏损失、刷丝断裂等问题较为突出，现有刷式密封流固耦合方法存在因刷丝接触引起网格畸变而难以计算的问题。提出基于ALE（Arbitrary Lagrange-Euler）流固耦合方法建立刷式密封刷丝接触变形特性三维瞬态求解模型，设计搭建刷式密封刷丝接触变形观测试验装置，设计加工基本型和有/无压力腔低滞后型共三种刷式密封试验件，在理论计算与试验测试结果相互对比验证的基础上，系统研究压比和刷式密封结构对刷丝接触变形和接触应力的影响，基于接触摩擦力量化分析比较三种刷式密封的滞后效应。研究结果表明，ALE流固耦合方法解决了传统刷式密封数值方法难以计算的问题，可准确计算刷式密封的流场特性与刷丝接触变形特性；在所研究工况下，无压力腔低滞后型刷式密封泄漏量和刷丝轴向变形量最大，其刷丝固定端接触应力也最大，基本型刷式密封泄漏量和刷丝轴向变形量最小但产生的滞后效应最强，有压力腔低滞后型刷式密封可以减弱刷丝变形和滞后效应，但末排刷丝与后挡板的接触应力最大，该位置易发生因应力集中而导致刷丝断裂。

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面向性能的定制产品感性意象评价方法研究

冯毅雄, 娄山河, 王绪鹏, 郑浩, 高一聪, 王云, 谭建荣

机械工程学报. 2020, 56(9): 181-190. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.181

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机械产品的设计已经从功能层面的满足上升到情感层面的满足，功能不再是唯一的重点，机械产品特别是定制产品的性能越来越受到重视。感性意象是用户对产品性能表现形成的印象，决定了产品是否能够满足用户高层次的情感需求。提出一种面向性能的定制产品感性意象评价方法，采集脑电信号用于反映用户的感性意象，并以此为主要依据，验证产品的性能。为了精确、全面地反映用户对于定制产品性能的感性意象评价，综合客观评价法和用户主观评价结果对采集的脑电信号分级标定。以乘客对于高速电梯乘运性能的评价为例，通过小波包分解提取乘客脑电信号的特征，利用随机森林算法实现对于电梯运行过程中脑电信号的分类。从而建立一种针对高速电梯乘运性能的感性意象评价模型，实现脑电数据特征的约简，得到了一种新的电梯乘运性能评价指标。通过脑电信号将乘客使用电梯产品时的愉悦感、舒适性量化表达，为定制产品感性意象评价提供了一个新的理论与方法。

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船舶分段多工位协同制造系统数学模型研究及应用

张倩, 单忠德, 吴乐, 王绍宗, 田媛

机械工程学报. 2020, 56(9): 191-198. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.191

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针对船舶分段制造生产过程中存在的生产计划柔性差、异常信息处理不及时、系统变化响应速度慢等问题，提出针对生产过程工位级的协同控制系统，通过开展协同模型分析，多工位间协同动态调整机制，构建多工位协同系统制造数学模型，采用案例对协同结果进行验证。通过应用多工位协同数学模型可有效提高生产计划精度和柔性，实现船舶制造车间互联互通，对提高船舶制造生产效率具有重要意义。

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CE-GA协同进化算法求解人机共同作业的U形装配线平衡问题

郑逸凡, 钱斌, 胡蓉, 张长胜, 向凤红

机械工程学报. 2020, 56(9): 199-214. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.199

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针对一类广泛存在的生产装配问题，建立人机共同作业的资源约束U形装配线平衡问题（Resource constraint U-shaped assembly line balancing problem with man-robot cooperation，RCUALBP_MRC）模型。该模型中机器人与助理均为有限资源，机器人可替代人工操作，助理可协助工人操作，优化目标为同时最小化总成本指标和最大化线效率以及负载标准差综合指标。一种用于求解RCUALBP_MRC的基于交叉熵（Cross-entropy，CE）方法与遗传算法（Genetic algorithm，GA）的协同进化算法（CE-GA Co-evolutionary algorithm，CE-GACEA）被提出。首先，根据问题特点，对解中工序子序列设计了一种基于工序选择因子的编码（Task selection factor based code，TSFBC）。其次，在算法的全局搜索阶段对解中工序子序列和机器人及助理子序列所确定的子空间，分别利用GA和CE的操作进行协同搜索，可丰富搜索方向并发现优质解区域；局部搜索阶段加入种群分裂-合并机制，可有效平衡算法的全局与局部搜索，改善算法性能。最后，通过在不同规模问题上的仿真试验和算法对比，验证所提CE-GACEA的有效性。

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序列图像约束的点云初始配准方法

孙殿柱, 沈江华, 李延瑞, 林伟

机械工程学报. 2020, 56(9): 215-222. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.215

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针对现有算法难以精确配准重叠区域较小的点云，提出一种结合二维序列图像的点云初始配准方法。基于移动式三维测量方法获取实物表面灰度图像及三维数据，根据透视投影原理对相机在点云局部坐标系中的位置进行定位，获取点云到对应相机坐标系的变换矩阵，并以灰度图像的特征点及其匹配点作为匹配对，通过重建序列图像对相机外参数予以全局优化，根据初始配准公式实现点云初始配准。试验结果表明，该算法可正确配准重叠区域较小的点云，且能显著提高配准过程的稳健性及配准效率。

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纳米孔阵列加工技术研究进展

张鹏程, 温秋玲, 姜峰, 沈少鑫, 陆静

机械工程学报. 2020, 56(9): 223-233. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.223

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纳米孔阵列在生物检测、传感器、发光器件、光学调制和新能源等领域具有重要的应用。综述了目前几种主流的纳米孔阵列加工技术的基本原理、研究进展、加工效率、加工精度、加工质量、适用范围，并比较了这几种加工方法各自的优势及其局限性。最后指出了纳米孔阵列加工技术当前所面临的挑战和今后的发展方向，以期为大面积纳米孔阵列的高效率、高精度、高质量、低成本制造提供新思路。

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油墨直写打印纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料：制备及性能研究

林坷升, 刘洁, 刘方政, 康红磊, 李锋, 史玉升

机械工程学报. 2020, 56(9): 234-242. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.234

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油墨直写打印（Direct ink writing，DIW）是一种基于浆料挤出的增材制造技术，其操作简单，成本低，可用于生物支架的制备和成形。本试验通过在纳米羟基磷灰石/聚乳酸（HA/PLA）的复合材料中添加10%海藻酸钠（Alg）作交联剂以支撑成形件，并对复合材料及DIW成形件的物理、化学、生物学性能进行了评价。结果表明：DIW成形件的最佳后处理温度80℃，拉伸试样的伸长率为0.06%，拉伸强度为0.5 MPa。复合材料在DIW打印成形和后处理过程后仍然具有PLA和HA材料的良好生物相容性和骨诱导性。在细胞毒性试验中，DIW成形件和压片成形件的细胞数量均呈现显著增长趋势，表现为无明显毒性。由此证明油墨直写打印成形此生物可降解材料是可行的，后续可进行优化提高DIW成形件的机械性能。

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基于微滴喷射3D打印的纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射研究

朱东彬, 吴民强, 王竹贤, 杨伟东

机械工程学报. 2020, 56(9): 243-251. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.243

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微滴喷射3D打印工艺中，墨水以单一液滴形式稳定喷射是保证喷墨打印质量的必要条件。但在微滴喷射瞬间，纳米颗粒悬浮墨水的流变学性能会随着剪切速率发生明显变化，对实现墨滴稳定喷射具有重要影响。通过测量墨水黏度与剪切速率之间的关系，建立变黏度喷墨打印有限元模型，并对微滴喷墨打印过程中墨滴黏度、墨滴速度、墨滴形貌的变化规律及影响机理进行研究。得出毛细管力是导致墨滴失稳的重要因素，最后对墨滴稳定喷射进行了数值模拟和物理试验验证，证明毛细管数-奥内佐格倒数（Capillary-ohnesorge reciprocal，CA-Z）纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射评价方法的可行性。CA-Z纳米颗粒悬浮墨水稳定喷射评价方法为微滴喷射3D打印墨水的制备及其打印参数的优化提供了理论和试验依据。

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基于解析方法的TANH材料本构模型研究

郝小乐, 岳彩旭, 陈志涛, 刘献礼, LIANG S Y, WANG Lihui, 严复钢

机械工程学报. 2020, 56(9): 252-264. https://doi.org/10.3901/JME.2020.09.252

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TANH材料本构模型在Johnson-Cook（J-C）材料本构模型基础上考虑了应变软化，可以进一步揭示切削过程中大变形高应变速率下材料的本质属性。为了验证TANH材料本构模型修正系数优化方法的精度，针对典型难加工材料Ti6Al4V的车削过程，在考虑热力耦合效应的基础上建立了基于TANH材料本构模型的正交切削力预测模型，切削力试验结果与预测结果吻合良好。同时，揭示了TANH材料本构模型修正系数与切削力之间的联系。基于TANH材料本构模型所建立的切削力预测模型输入参数仅包括切削用量、刀具几何参数和材料物理参数。提出了一种TANH材料本构模型修正系数选择区间的优化方法，并分析了切削力受TANH材料本构模型修正系数变化的敏感度，然后对修正系数进行了优化，在保证精度的前提下提高了切削力仿真效率。修正系数优化后的TANH材料本构模型明显捕捉到了应变硬化率对应变速率的依赖特性。研究结果为TANH本构模型深入研究及应用提供了理论基础。

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2020年, 第56卷, 第9期　
刊出日期：2020-05-05

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