机械工程学报

Select

周伟, 朱鑫宁, 连云崧, 游昌堂

机械工程学报. 2021, 57(8): 2-12. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.002

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

流场板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一，其流场结构直接影响着反应气体的传输分配以及燃料电池的排水与散热性能。常规流场往往存在水分布不均和局部热点的现象，容易导致燃料电池输出性能退化，甚至造成系统崩溃。三维流场具有优异的传质传热特性，能有效提高质子交换膜燃料电池性能，已成为当前研究热点。根据流场结构形式的不同，三维流场可分为复杂三维流场、销形三维流场、泡沫三维流场、集成三维流场、波浪三维流场和仿生三维流场等。通过介绍质子交换膜燃料电池的三维流场工作原理，重点分析了不同三维流场结构在水热管理方面的优势，并进一步讨论了增强水热管理的技术措施；总结概述了三维流场结构的常用加工制造技术，详细分析了加工制造技术的优缺点；最后归纳分析了三维流场在实际应用中面临的挑战及未来的发展趋势。

Select

基于微机械电子技术的黏度测量传感器

黄琳雅, 赵立波, 罗国希, 李支康, 吴德志, 林启敬, 杨萍, 蒋庄德

机械工程学报. 2021, 57(8): 13-22. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.013

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

黏度作为流体特性的基本问题，在生物化工等诸多工程中是控制生产流程、保证安全生产、进行医学诊断及科学研究的基础性热物数据，为满足各个领域高精度与高效快捷的黏度测量需求，近年来黏度测量手段已不局限于如毛细血管法、旋转法等传统意义的宏观测量方法，基于微纳米尺度的黏度测量技术已展现出其突出的发展与应用前景。微机械电子系统（Micro-electromechanical systems，MEMS）技术的蓬勃发展促使黏度测量集成化、智能化与实时性，多样化黏度测量方法不断涌现，其中谐振式黏度测量受到颇为广泛而深入的关注，并显示了瞩目的检测性能。首先回顾传统的黏度测量方法，然后再介绍了基于微机械电子技术的谐振式黏度测量方法，并分别总结了各自的特点。最后，对MEMS谐振式黏度测量方法的发展趋势进行了展望。

Select

先进光学制造技术最新进展

王振忠, 施晨淳, 张鹏飞, 杨哲, 陈熠, 郭江

机械工程学报. 2021, 57(8): 23-56. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.023

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在激光核聚变、大型天文望远镜等国家大光学工程及各种光机电产品的驱动下，高面形精度、高表面质量、多结构型式光学组件的需求量日益增加，因此，先进光学制造技术显得尤为重要。主要综述了近十年来光学超精密加工技术的发展情况，主要包括超精密车削、磨削和抛光技术。根据光学组件的材料特性、结构特征和加工要求等，阐述了超精密加工技术的具体研究进展，包括传统技术的迭代更新与新型技术的研制开发，并针对典型应用进行举例。最后，展望了超精密光学加工技术的发展趋势。希望能为光学制造领域后续深入研究提供参考。

Select

基于复合振动能量采集器的自供电无线传感微系统研究

薛晨阳, 张浩凌, 崔娟, 刘丹, 崔丹凤, 郑永秋

机械工程学报. 2021, 57(8): 57-64. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.057

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

工业机械装备的在线实时状态监测和故障预警是保障工业生产安全、提高工业生产效率的重要手段。目前大多数机械装备的状态监测设备都存在体积大、功耗高的问题，并且依赖于电缆或化学电池供电，机动性、灵活性、环境适应性差。本文提出了一种基于复合振动能量采集器的高集成度自供电无线传感监测微系统，设计了压电-电磁-摩擦电三种发电方式复合的能量采集模块采集机械设备的振动能量，通过能源管理电路进行电能存储和整个系统供电。搭建了基于振动-温度高集成微纳传感芯片的环境信号采集及无线传输电路，并进行了低功耗电路设计。系统集成能源管理模块和传感电路模块后进行了采煤机状态监测测试。测试结果表明，该系统能够实时采集煤机装备的振动、温度信号并无线传输给上位机，同时也证明系统内的能量采集模块能够收集采煤机的振动能量并转换为电能带动传感电路模块工作，这将为工业物联网传感网络节点的自供电、无线化发展提供技术支持。

Select

基于运行数据驱动反向设计的复杂装备个性化定制

侯亮, 林浩菁, 王少杰, 连晓振, 张炜

机械工程学报. 2021, 57(8): 65-80. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.065

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

不同于消费类产品侧重外观配置等的显性个性化定制，装备产品往往需要在各种复杂环境和工况下高效、节能地完成预定任务。因此，装备产品的个性化定制不仅包含显性需求，还包含与使用场景或工况和运行性能与效率等相关的隐性个性化需求，后者对于提升产品竞争力具有更为重要的意义。在分析装备产品研发和运行特点及其面临的大数据机遇基础上，提出了一种基于运行数据驱动反向设计（Data-driven inverse design，DID）的复杂装备个性化定制方法（DID-MP）。首先给出了DID基本原理模型，并对比传统正向设计等方法分析了反向设计的基本特征。其次，基于传统大批量定制和运行数据驱动的反向设计，提出了一次定制和二次定制的概念，并给出了DID-MP的基本流程，阐述了反向设计目标选择、运行大数据采集、表征个性化使用环境的系统参数识别与建模，以及最优系统参数识别与前馈应用等关键技术。最后，给出了基于DID-MP的装载机变速箱模块优化定制以及动力传动控制系统定制升级的案例，并与传统设计结果对比表明DID-MP方法对于实现复杂装备个性化定制具有参考价值和意义。

Select

基于硅酸镓镧的声表面波高温压力器件的微结构加工制造技术研究

梁晓瑞, 徐芳萌, 薛涛, 谭秋林, 董和磊, 熊继军

机械工程学报. 2021, 57(8): 81-89. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.081

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用硅酸镓镧（Langasite，LGS）压电材料制备声表面波（Surface acoustic wave，SAW）高温压力传感器可解决高温、高压等恶劣环境下温度、压力等参数的实时原位测试的问题，但由于硅酸镓镧是一种高硬度难加工的硬脆性压电材料，因此开展了硅酸镓镧压电材料在高温等恶劣环境下的微结构加工制造技术的研究。通过分析LGS的化学与物理特性，利用湿法腐蚀工艺实现LGS的微纳成形制造和控制；以及利用高温热压直接键合工艺实现密封空腔的制造，研制出一套适用于LGS等硬脆性材料的微纳结构成形制造技术，并探究了微结构加工制造工艺的实用性。利用微结构加工制造技术实现的压力敏感微结构制备了基于LGS的SAW高温压力传感器样机并进行了测试，样机在25～1 000℃、20～500 kPa环境下能稳定工作，验证了LGS微纳结构成形制造技术在高温等恶劣环境下应用的可行性。

Select

结构自适应频谱塑形主动控制研究

刘金鑫, 陈雪峰, 张兴武, 乔百杰, 严如强

机械工程学报. 2021, 57(8): 90-97,106. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.090

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对复杂机械系统的靶向振动控制需求，提出不同频率分量幅值相位可控、任意频率可注入的自适应频谱塑形主动控制算法。首先，在传统的滤波自适应控制的结构中引入一个控制器的数字镜像模型，通过自适应算法在线更新该数字镜像模型的系数实现原控制器系数的随动修正，改善了控制系统的闭环特性，提升了控制系统的收敛性。其次，提出了广义塑形滤波器的设计方法，克服了传统算法缺乏相位塑形和频率注入能力的局限性，通过外加多频信号和噪声估计共同构造幅值、相位和频率可控的塑形滤波器，实现了任意频率成分的消除、消减、保持、增强、注射五种控制模式，拓展了算法的适用性。对所提出的算法进行了时域收敛性分析，推导分析结果和数值仿真结果吻合良好。通过某旋转机械实测振源信号及次级通道模型开展了算法验证，通过舱段柱壳模型开展了在线试验，结果均验证了所提出算法的有效性和优越性。

Select

光伏电池图像序列的深度学习检测方法

邓堡元, 何赟泽, 王洪金, 张宏, 杨渊, 马敏敏, 牟欣颖, 杨瑞珍

机械工程学报. 2021, 57(8): 98-106. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.098

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了实现光伏电池工厂端的智能检测，使用热红外相机采集电致热成像（Electro-thermography， ET）与短波红外相机采集电致发光现象（Electroluminescence， EL）检测光伏电池缺陷。提出一种基于光流法处理光伏电池热流场的热图像序列分析方法，准确找到异常发热源。并与短波红外成像找到的异常发光源融合，建立光伏电池检测数据库。通过深度卷积神经网络，实现对光伏电池内部缺陷与划痕、覆盖、裂纹、缺损等人工缺陷的有效识别。试验结果表明，基于光流的深度学习方法在均方误差、平均梯度、信息熵指标上优于主成分分析（Principal component analysis， PCA）与独立成分分析（Independent component analysis， ICA），并在卷积网络的训练中，能使网络更快地收敛。

Select

基于声发射的活塞环-缸套摩擦润滑特征研究

魏娜莎, 闫献国, 谷丰收, 陈峙

机械工程学报. 2021, 57(8): 107-114. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.107

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

活塞环-缸套系统摩擦润滑过程产生的声发射信号是湮没在强背景噪声下的非稳态弱信号，特征难以提取和分析。为了有效抑制强噪声，提出一种基于信号物理特征的自适应阈值小波包降噪算法。根据小波包时频分析确定摩擦声发射的最佳特征提取频段，构建基于活塞速度廓形曲线的自适应小波包阈值函数，实现了对表征摩擦润滑的声发射信号的有效提取。将该算法用于分析发动机燃烧试验测得的声发射信号。使用三种不同润滑油（10W30、15W40和旧机油）验证算法的有效性。结果表明，该算法能有效地抑制由阀门开关、燃烧和喷油过程产生的大幅值的噪声。声发射特征值随着润滑油的黏度增大而增大，含有颗粒物的旧机油的声发射特征值随着转速的增大而明显增大。为实现在线监测和诊断活塞环-缸套系统健康状态进而评估润滑油的品质提供了可行的方法。

Select

TiAl基合金的增材制造技术研究进展

秦仁耀, 张国栋, 李能, 刘伟, 黄帅, 熊华平

机械工程学报. 2021, 57(8): 115-132. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.115

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

TiAl基合金是一种新型的轻质高温结构材料，在航空、航天领域具有很好的应用前景。增材制造技术作为一项先进的快速近净成形技术，非常适合用于具有复杂结构、高精度要求的发动机高温结构件的制造。在分析相关文献的基础上，评述了国内外TiAl基合金增材制造技术主要研究进展，包括激光熔化沉积、激光选区熔化、电子束选区熔化和电弧熔丝等增材制造方法的原理、优势和最新进展情况，以及TiAl基复合材料和有关梯度材料的研究现状，分析了现阶段TiAl基合金增材制造技术的不足，并在增材制造用TiAl基合金成分设计、工艺优化与组织性能改善、新型TiAl基材料开发和复合增材制造技术探索等方面提出了展望。

Select

近a型钛合金航空锻件宏观清晰晶形成机理及预测模型

张启飞, 金淼, 陈雷, 张禹森, 杨帅, 郭宝峰

机械工程学报. 2021, 57(8): 133-145. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.133

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在双相区锻造成形的某TA15钛合金模锻件表现出局部粗大的清晰晶缺陷。利用金相拼接技术及逐点统计手段对不同晶区的宏微观组织进行分析。研究发现清晰晶区域与模糊晶区域均表现为典型的双态组织。与模糊晶区域对比，清晰晶区域初生等轴α相（α_p）含量略低，次生α相片层略厚且存有大量的粗大原始β晶粒，其平均尺寸可达模糊晶区域的3倍以上。对比研究表明，粗大的原始β晶粒是导致清晰晶缺陷最主要因素，依据试验分析结果给出了锻件出现低倍清晰晶的临界条件。采用模锻件同批次原材料通过热压缩试验，获得了该材料在不同变形条件下宏微观组织的变化规律，进而建立TA15钛合金原始β晶粒尺寸的预测模型，实现了低倍粗晶的可视化预测。研究表明动态相变是造成β晶粒粗化的最主要原因，是导致低倍组织出现清晰晶的根本原因。清晰晶对温度、变形量及应变速率均敏感，当其他条件一定时，变形温度越高、变形量越大及应变速率越小，出现清晰晶的倾向均比较越大。

Select

大压下量限宽轧制AZ31镁合金板材的边裂行为及强化机制

聂慧慧, 郑留伟, 田静, 梁伟

机械工程学报. 2021, 57(8): 146-153. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.146

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

AZ31镁合金板在航空、航天、汽车、电子、武器等轻量化领域具有广阔的应用前景，但其塑性成形能力较差，无法承受单道次大压下量轧制变形，且易产生边裂。对AZ31镁合金板分别进行传统轧制和限宽轧制，结果表明，采用限宽轧制时，镁合金板材的单道次实际压下量最高可达50%，双向压缩应力状态可有效抑制边裂产生，裂纹长度在2 mm以内；同等压下量时，传统轧制的镁合金板边裂严重，中心区域也出现鱼鳞状裂纹。与原始板材相比，限宽轧制镁合金板的位错强化作用明显，沿轧向的屈服强度和抗拉强度分别提高了54.7%和54.1%，沿横向的屈服强度和抗拉强度分别提高了383.9%和131.1%。限宽轧制板材沿横向的强度和伸长率均高于轧向，主要原因是沿横向的细晶强化作用更强。

Select

不同胶接参数对CFRP层合板单搭胶接结构强度的影响及优化设计

胡春幸, 侯玉亮, 铁瑛, 李成, 毛振刚

机械工程学报. 2021, 57(8): 154-165. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.154

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对于碳纤维增强基复合材料（Carbon fibre-reinforced polymer， CFRP）层合板单搭胶接结构的优化问题，首先利用连续损伤力学模型、三维Hashin准则和内聚力模型研究不同胶接参数对CFRP层压板单搭胶接结构力学性能的影响，其次采用拉丁超立方试验设计方法和响应面法构建了拉伸强度代理模型，最后基于遗传算法和代理模型进行联合优化。结果表明，仿真与试验吻合较好，数值结果与试验结果的误差均低于10%，验证了有限元模型的精确性。随着搭接长度的增大，拉伸强度和层合板层间分层损伤程度逐渐增大，剪切强度和胶层自身剪切失效程度逐渐减小；胶接结构的力学性能及失效形式随着铺层方式的不同而改变。最佳铺层顺序、胶接长度、胶层厚度和搭接宽度分别为[0₃/90₃]_2s、20 mm、0.060 7 mm和10 mm。与常规单搭胶接结构相比，拉伸强度和剪切强度分别提高了25.92%和25.88%。采用遗传算法对CFRP层合板单搭胶接结构进行优化，对提高单搭接接头的力学性能具有重要意义。

Select

功能梯度压电材料梁的热-机-电耦合振动及屈曲特性分析

周凤玺, 蒲育

机械工程学报. 2021, 57(8): 166-174. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.166

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为提高梁理论对静动态响应预测的可靠性和准确性，基于一种n阶广义梁理论，研究外驱动电压及轴向机械载荷共同作用下功能梯度压电材料（Functionally graded piezoelectric material， FGPM）梁在热环境中的耦合振动及屈曲特性。考虑温度沿梁厚按不同类型稳态分布，采用Voigt混合幂率模型表征FGPM梁的材料属性，应用Hamilton原理统一实施静动态建模，采用Navier法求解FGPM简支梁的动态响应。分析不同梁理论、不同温度分布、热-机-电耦合效应、材料组份梯度指标、跨厚比等诸多参数对梁振动频率和屈曲临界载荷特性的影响，揭示多因素影响下FGPM梁耦合屈曲和耦合振动这两类静动态力学行为之间的二元耦联性。结果表明，通过改变外驱动电压大小和极化方向均可实现FGPM梁在热-机-电耦合作用下的振动控制以及稳定性安全设计。

Select

304不锈钢板材冲压成形中应变诱发马氏体及其影响

杨钒, 梁君, 杨瑞霞

机械工程学报. 2021, 57(8): 175-183. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.175

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

X射线衍射分析、磁针分析和力学性能及硬度测试等的结果表明，冷轧（固溶处理）状态的304奥氏体不锈钢板材在冷成（变）形过程中产生了应变诱发马氏体（Martensite，M），扩孔、杯突成形时可达35% M，单向拉伸变形不足10% M。另一方面，发现须在一定程度的应变量驱动下冷轧304钢的亚稳态奥氏体（Austenite，A）才能较明显地转变为马氏体，拉伸试验时此门槛值约为20%；对304钢板料扩孔成形的有限元分析表明，在应变约为10%时即可生成22%的马氏体；那些较高硬度地点，即应变诱发马氏体量较多的部位，也正是扩孔应变量最大的区域。分析认为，二向拉应力状态的扩孔、杯突成形更有利于具有体积膨胀效应的A→M转变，能在主要变形区域（凸台、杯突处）诱发多量的马氏体，产生的综合硬化效应可达Δ35 HRB。304钢薄板成形中所诱发的马氏体是甚低碳（w_C<0.05%）的体心立方强韧结构（α'-马氏体），具有增加n值、促进变形传播和应变均匀化等作用，有利于不锈钢板料伸长类成形性能的提升以及获得高的扩孔值λ、杯突值IE，也有利于提高304不锈钢冲压制件的结构强度。

Select

基于运动学信息融合的四轮驱动汽车纵向车速自适应估计方法

任彦君, 殷国栋, 沙文瀚, 沈童

机械工程学报. 2021, 57(8): 184-194. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.184

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对四轮驱动汽车纵向车速难以直接测量的问题，考虑多源传感器信号置信度动态变化特征，提出一种基于运动学信息融合的纵向车速自适应估计方法。研究行驶环境对车载传感器信息的影响规律，建立基于Kalman滤波框架的运动学信息融合模型，设计面向有色噪声的车速自适应滤波算法，实现对车轮滑移和道路坡度等非随机时变因素的扰动补偿。为兼顾算法稳定性及估计最优性，提出融合衰减记忆因子的强跟踪滤波改进策略，有效避免了极限工况下的滤波发散现象。在Carsim/Simulink联合仿真环境下，采用坡道加速、车轮滑转和双移线等工况验证算法的有效性并与H_∞滤波等方法进行对比。开发了处理器在环试验系统，分析算法在嵌入式控制器中运行的一致性和实时性。研究结果表明，所提出的车速自适应估计方法准确性高、稳定性好，与现有方法相比具有更好的工况适应性，估计结果不依赖先验噪声统计特性的获取，实时性能够满足车载控制器要求，解决了复合工况下四驱汽车高精度纵向车速的统一估计问题。

Select

四轮轮毂电机驱动电动汽车驱动系统参数多目标优化匹配

丁晓林, 王震坡, 张雷

机械工程学报. 2021, 57(8): 195-204. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.195

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为改善四轮轮毂电机驱动电动汽车平顺性和降低整车能耗，提出一种驱动系统参数多目标优化匹配方法。基于台架测试数据，建立永磁同步轮毂电机广义效率模型和质量模型；分别以经济性和稳定性为目标，基于动态规划法提出最优驱动与制动扭矩分配策略；以降低整车能耗和簧下质量为优化目标，求解驱动系统参数多目标优化匹配问题，获得整车能耗与簧下质量的帕累托最优集。仿真结果表明，在不同动力性指标约束下，整车动力性和经济性之间存在矛盾关系，动力性指标越高，车辆在测试工况下的能耗也越高，驱动系统最优配置方案为“前轴大电机，后轴小电机”；电机尺寸优化时，应尽量减小电机轴向尺寸，以提升车辆的操稳性和平顺性；驱动系统能耗与测试工况具有强相关关系，构建具有地域特异性的测试工况对轮毂电机设计具有重要意义。

Select

复合工况下四轮驱动电动汽车操纵稳定性控制

许男, 李小雨

机械工程学报. 2021, 57(8): 205-220. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.205

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

设计一个考虑车辆侧纵向耦合的模型预测控制器（Model predictive control， MPC）用于提升四轮驱动电动汽车在复合工况下的操纵性和稳定性。基于传统UniTire轮胎模型，推导面向控制器设计的复合工况UniTire轮胎模型解析表达式；基于前后轮侧偏角相平面提出一种新的车辆稳定性评价标准，通过前后轮侧偏角的位置到坐标原点的距离判断车辆的稳定性，给出定量的稳定性指标；采用MPC控制器结构将车辆操纵性控制、稳定性控制以及四轮滑移率约束作为目标函数，采用复合工况UniTire轮胎模型表达式和双轨车辆模型构建预测模型，并且通过稳定指标和轮胎滑移率实时调整各个目标的权重以达到最优的控制效果；通过Simulink-CarSim联合仿真和硬件在环（HiL）测试对算法进行验证，结果表明，该控制器能够根据车辆稳定性指标动态调节跟踪权重，有效提升车辆的操纵性和稳定性。并且由于复合UniTire轮胎模型的使用，极限工况下控制器决策的四轮力矩更小，有效地抑制轮胎滑移率的增加。

Select

服役过程中高速列车动态损失定量分析方法

孙文君, 刘志亮, 王佳鑫, 秦勇

机械工程学报. 2021, 57(8): 221-229. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.221

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

高速列车故障所导致的事故会造成很大的经济损失与社会影响，而现有的高速列车风险评估方法未能考虑列车服役过程中外界环境的时变特性。选择考虑多环境因素共同作用下的动态损失系数对静态值进行更新，建立适用于高速列车的运行风险定量评估方法。通过对与损失密切相关的典型环境因素进行分析，首先利用逻辑斯蒂分布构建不同环境因素对高速列车运行损失代价的影响的概率模型，进而应用层次分析法完成对不同环境因素的影响权重分配，最终将环境影响权重与概率模型相结合实现高速列车的动态损失量化评估。对某型高速列车运行过程的仿真验证结果表明，计算结果不仅能满足高速列车对动态风险评估的需求，而且能合理地刻画不同环境因素综合作用条件下的动态损失。该方法将实时的外界环境因素对于运行事故的损失引入高速列车定量风险评估中，能够为相关人员的决策提供一种有效的参考指标。

Select

低温环境下制动参数对列车制动材料摩擦性能的影响

张超, 马蕾, 丁昊昊, 郭立昌, 王文健, 郭俊, 刘启跃

机械工程学报. 2021, 57(8): 230-239. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.230

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

利用销-盘式摩擦磨损试验机与温度控制装置模拟低温环境下列车的制动行为，研究了低温环境（-20℃）下制动压力、制动速度对制动盘与制动闸片摩擦磨损性能的影响。研究结果表明，低温环境（-20℃）下制动盘与闸片之间的摩擦因数和磨损率均比室温环境（20℃）下略微提高。在低温环境下，制动压力和制动速度对制动材料摩擦磨损与损伤行为有明显影响。制动盘与闸片之间的摩擦因数随制动压力的增大呈现先减小后趋于稳定的变化趋势；随制动速度增加，摩擦因数呈现先减小后增加的变化趋势。制动盘和闸片的磨损率随制动压力的增大均呈现先增大后趋于稳定的变化趋势，且闸片材料的磨损率均大于制动盘材料的磨损率；随制动速度的增大，制动盘磨损率呈现快速减小的趋势而闸片磨损率呈现先减小后趋于稳定的趋势。随制动压力和制动速度的增大，闸片磨损表面第三体层分布更加均匀，表面剥落坑数量与面积呈减小趋势。

Select

变转速耦合偏心结构实现高效层流混合的荧光可视化试验研究

刘海龙, 吴洪雷, 曹宇, 孙靖晨, 毛保东, 王军锋

机械工程学报. 2021, 57(8): 240-246,254. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.240

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

机械搅拌广泛应用于化工、食品、冶金、环保等过程工业领域。层流搅拌工况下，搅拌槽内由于搅拌桨叶的规律性扰动使桨叶的上下方产生环状隔离流场。隔离流场的封闭性使流场内外工质无法交换，成为实现高效层流混合的主要障碍。采用平面激光诱导荧光（Planner laser induced fluorescence， PLIF）技术显示瞬态流场结构。通过编写图像处理程序，识别非混合区域并定量计算出混合效率。试验结果表明，传统中心搅拌的混合效率停留在63%左右，经过多个周期的变转速搅拌后混合效率可提升至约78%。搅拌轴的偏心布置破坏了流场的周期对称性，促使隔离区域减小。当偏心率E=0.1、0.3、0.4、0.5、0.6时，在200 s内混合效率分别为79%、85%、89%、90%、86%。研究发现偏心率与混合效率并非单调线性关联，偏心率存在最优值范围（E=0.4～0.5）。然而流动隔离区仅通过搅拌轴的偏心布置仍然无法完全消除。提出变转速耦合搅拌轴偏心布置的策略，通过施加非定常非对称扰动实现层流搅拌工况下的高效混合。荧光可视化结果表明，与中心变转速搅拌相比，偏心变转速搅拌对流场的改变更为明显。当偏心率E=0.3、0.4、0.5时，经过三个周期的变转速层流混合，隔离区域大幅缩减，混合效率最高可达97%以上。将为高效层流搅拌混合器的设计提供技术与理论指导。

Select

水润滑双螺杆空压机工作过程传热传质特性研究

王闯, 张益钦, 袁恒川, 邢子文

机械工程学报. 2021, 57(8): 247-254. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.247

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

水润滑双螺杆空压机由于能够提供绝对无油的洁净空气而引起了广泛的关注，为研究水润滑双螺杆空压机内部的传热传质特性，建立考虑干空气-水蒸气-液态水三相流动与传热传质的工作过程模型，并采用p-V图试验数据对计算结果进行验证。经对比发现，模拟结果和试验结果吻合良好，进而通过该模型，研究三相流体传热传质特性。结果表明，大量的水喷入转子腔仍未实现与湿空气的充分换热，使得湿空气在压缩过程仍有较大温升。而液态水的最大温升也不超过15 K，证明了液态水的蒸发是由于液态水表面与湿空气中水蒸气的密度差驱动的对流传质现象。并且，压缩和排气过程的大部分时间对流传质现象为湿空气中的水蒸气冷凝为液态水。因此，压缩过程中湿空气远未达到饱和状态，且随着压缩过程的进行更接近干空气。

Select

运行模式及参数对吸附制冷系统性能的影响

朱龙潜, 吴池力, 贺伟, 罗森文, 胡韩莹

机械工程学报. 2021, 57(8): 255-264. https://doi.org/10.3901/JME.2021.08.255

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

因为气候变暖及能源短缺，新能源制冷技术受到了越来越多的关注。为了验证吸附制冷技术在实际应用中实现节能减排的潜力及静电喷涂技术在吸附制冷系统中应用的可行性，研发一台双箱吸附制冷系统。吸附剂由硅胶构成，涂敷式吸附床由静电喷涂技术喷涂而成。研发了一种新型回质回热运行模式，为了探讨该运行模式对系统性能的影响，设计、测试并对比了多种运行模式，发现添加了该新型运行模式具有一定的优越性，相对于基本运行循环性能提升了113.7%。试验中通过控制变量法，对多个运行参数进行了研究及优化，例如：吸附/脱附时间、回质时间、回热时间、冷却水进水温度、热水进水温度等。发现各个运行参数对系统性能均有不同程度的影响。在25℃冷却水进水温度、90℃热水进水温度、16℃载冷水进水温度、660 s吸附/脱附时间、85 s回质时间、50 s回热时间、2 kg/min载冷水流速、8 kg/min热水以及冷却水流速的工况下，系统能效比为0.25、单位制冷量为180.4 W/kg。由试验结果可见，吸附制冷系统以及由静电喷涂技术制作而成吸附床对节能减排有促进作用，有一定的应用前景。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2021年, 第57卷, 第8期　
刊出日期：2021-04-20

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2021年, 第57卷, 第8期 刊出日期：2021-04-20

2021年, 第57卷, 第8期　
刊出日期：2021-04-20