2022年, 第58卷, 第12期 
刊出日期:2022-06-20

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  • 机械工程学报. 2022, 58(12): 0-0.
    摘要 ( 41 ) PDF全文 ( 55 )   可视化   收藏
  • 仪器科学与技术
  • 雷亚国, 杨彬, 李乃鹏, 李响, 武通海
    机械工程学报. 2022, 58(12): 1-9. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.001
    摘要 ( 296 ) PDF全文 ( 335 )   可视化   收藏
    机械故障迁移诊断运用已学习到的设备(源域)诊断知识解决相关设备(目标域)的诊断问题,可望克服大数据下标签数据稀缺、故障信息不全的智能诊断难题。为有效地跨域迁移故障诊断知识,使智能诊断模型能够在不同设备间迁移应用,现有研究要求目标域的数据标签空间相对源域的偏移较小,且两者相互对称,这在跨设备迁移诊断中难以满足,降低了智能诊断模型的迁移诊断精度。受“靶向治疗”基本原理启发,提出机械故障靶向迁移诊断方法。首先建立领域共享的深度卷积网络,将源域与目标域的数据映射到深层特征空间;然后设置目标域中极少量的标签数据为制导锚点,并根据制导锚点与源域数据的标签对应关系确定深层特征空间中的靶向区域;最后规划目标域数据向靶向区域移动的制导轨迹,进而基于最优传输理论适配深层特征的局部分布。通过不同设备之间的轴承故障迁移诊断试验对提出方法进行验证,结果表明:提出方法能够定向适配深层特征的局部分布,提高了智能诊断模型在不同设备间的轴承故障迁移诊断精度。
  • 顾长智, 史皓天, 张洪朋, 马来好, 孙玉清
    机械工程学报. 2022, 58(12): 10-17. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.010
    摘要 ( 93 ) PDF全文 ( 184 )   可视化   收藏
    液压油是机械设备的关键介质,其携带的磨粒可反映设备的运行状态,有效地预测设备的早期故障,达到预知维修。为了实现液压油磨粒监测,设计并研究一种多线圈阻抗传感器。其中硅钢片用来增强检测区域的磁场强度,双矩形检测通道可以充分利用磁场分布区域,从而提高传感器的检测精度和通量。串并联线圈的对比试验表明,线圈同向串联时,传感器具有较高的检测灵敏度,更适合于磨粒的监测。该多线圈阻抗传感器可根据电感脉冲信号的方向以及电阻和电感脉冲信号的有无来判断区分金属磨粒的属性,可有效检测和区分的最小金属磨粒为46 μm的铁颗粒和110 μm的铜颗粒。此类阻抗式磨粒传感器基于电感和电阻两个参数进行检测可以获得更为准确的磨粒信息,弥补传统电感式传感器对非铁磁性金属磨粒检测精度有限的不足。
  • 王哲, 李晓, 陈启梦, 赵梓朝, 孟祥凯, 于源华
    机械工程学报. 2022, 58(12): 18-28. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.018
    摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 202 )   可视化   收藏
    针对常规传感器标定方法无法满足体外凝血检测传感器性能分析等实际问题,建立一种体外凝血检测传感器性能分析与测量不确定度评定方法。根据体外凝血检测传感器工作原理及结构特点,采用光谱共焦位移传感器对凝血检测传感器进行静态特性分析,并且借助于五轴精密机械加工机床进行位移标定,搭建运动轴、测量轴、传感轴三轴共线的测量装置,通过建立高阶曲线拟合方程对传感器性能参数进行在线标定;采用误差精度理论,对传感器自身误差引入的不确定度、传感器安装误差引入的不确定度、上级溯源引入的不确定度等因素进行不确定度分析与评定。利用本方法对体外凝血检测传感器进行性能分析与不确定度评定,标定结果表明传感器灵敏度为0.659 V/μm,迟滞为4.88%,线性度由0.007 6%提高到0.002 5%,重复性为0.003 3%,通过计算合成测量不确定度为0.84 μm,小于体外凝血检测传感器频响特性指标允许误差为±1 μm。所以搭建的测量系统的精度可以保证体外凝血检测的精度,验证了建立的体外凝血检测传感器性能分析与测量不确定度评定方法可以满足传感器精度分析的要求,为提升此类传感器的研制工艺提供核心技术。
  • 曾德政, 吕继亮, 屈盛官, 尹鹏, 李小强
    机械工程学报. 2022, 58(12): 29-38. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.029
    摘要 ( 150 ) PDF全文 ( 265 )   可视化   收藏
    下肢外骨骼机器人是一种用于辅助人体下肢运动的智能化可穿戴装置,而人体步态识别是实现外骨骼机器人智能化最重要的技术之一。研制出一种适用于下肢外骨骼机器人的步态检测系统,并将硬件系统集成于智能传感鞋中,小巧而实用;在此基础上以下肢助力外骨骼样机为试验平台,完成了人体步态数据采集试验。另外,将支持向量机(Support vector machine,SVM)和逆传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)算法模型进行优化和整合,提出了基于SVMBP的运动识别算法,试验结果表明基于SVMBP的下肢外骨骼机器人步态检测系统能够完成6路足底压力信号的采集与实时显示,SVMBP算法对步行相位的平均分类识别准确率达99.39%,其平均识别准确率高于单一的SVM和BPNN算法,对于步行中各相位的识别更稳定,增强了算法的可靠性并且提高了算法的识别准确性。
  • 材料科学与工程
  • 孔祥霞, 翟军军, 孙凤莲
    机械工程学报. 2022, 58(12): 39-54. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.039
    摘要 ( 129 ) PDF全文 ( 744 )   可视化   收藏
    随着电子封装无铅化、高集成度需求的不断提升,开发低成本、高性能的无铅封装材料对传统含铅材料进行有效替代已成为全球关注的热点。目前所开发的Sn-Ag-Cu系无铅钎料中含银量最低的Sn-0.3Ag-0.7Cu (SAC0307)钎料具有较好的延展性、抗冲击跌落性能且成本低等优点,但也存在熔点高,力学性能和抗热疲劳性能低等问题导致其可靠性降低。为进一步促进电子封装用低银SAC0307钎料的发展,改善其力学性能和可靠性,新型低银SAC0307复合钎料的研究成为重要研究方向之一。简述近十年来国内外低银SAC0307复合钎料的研究现状,着重从添加合金元素、金属纳米颗粒、金属氧化物颗粒、碳纳米颗粒及其他非金属材料方面回顾总结了低银SAC0307钎料改性工作方面的研究成果,以期为后续研发高性能的新型低银SAC0307复合钎料提供一定的帮助。
  • 康粟, 李冬晓, 李晓光, 管卫, 武少杰, 崔雷
    机械工程学报. 2022, 58(12): 55-63. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.055
    摘要 ( 164 ) PDF全文 ( 335 )   可视化   收藏
    利用三分量力传感器测得了8 mm厚5A06-H112铝合金搅拌摩擦焊过程中的轴向压力(Fz)、前进阻力(Fx)、侧向力(Fy)信号,着重分析了力周期性波动的规律及其与焊接缺陷的关系。研究发现:在稳定焊接过程中,FxFy均呈现了周期性波动,波动频率与搅拌头的旋转频率一致;Fy波形滞后于Fx,相位差为π/2;Fz波动较小。FxFy的均值随搅拌头转速的提高而降低,随焊接速度的增加而升高。在一定工艺参数范围内,焊接缺陷与FxFy波动特征有良好的对应关系:当焊缝中无孔洞缺陷时,FxFy值域无重叠且波形接近正弦波;当焊缝中存在孔洞缺陷时,FxFy值域部分重叠且波形发生畸变。模拟分析表明,搅拌头偏心为0.01 mm时,Fx呈现周期性波动,搅拌头不存在偏心时,Fx未呈现周期性波动,因此认为搅拌头的偏心旋转是造成Fx呈周期性波动的主要原因,而且搅拌头偏心旋转导致了周围材料应力场和流场的周期性变化。随着搅拌头的持续旋转和进给,形成了周期性的焊缝内部组织和表面成形。
  • 陈源, 李淑慧, 李永丰, 林忠钦
    机械工程学报. 2022, 58(12): 64-74. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.064
    摘要 ( 148 ) PDF全文 ( 454 )   可视化   收藏
    钛合金热冲压是高温板料在室温模具中成形的非等温热成形工艺,其应力演化十分复杂,不仅和成形阶段高温塑性变形相关,还受保压阶段应力松弛的影响,进而影响最终的回弹。为精确预测钛合金热冲压过程中的应力松弛行为,亟需建立不同工艺条件下应力松弛的统一描述。针对钛合金TA15薄板,基于GLEEBLE热模拟试验机开展在温度550~850℃及不同初始应力条件下的应力松弛测试实验,发现钛合金TA15在高温条件下的应力松弛行为呈现短时快速的特征,初始应力主要影响应力松弛率,而温度影响应力释放的百分比。基于钛合金应力松弛发生的微观物理机制主要为位错攀移和亚晶界迁移,建立了以位错密度为内变量的宏微耦合本构模型。结合试验数据识别了模型参数,试验值与模型预测值的拟合结果表明,所提出的模型能够综合描述钛合金TA15在复杂工况下的应力松弛行为。
  • 庄蔚敏, 王恩铭
    机械工程学报. 2022, 58(12): 75-82,92. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.075
    摘要 ( 176 ) PDF全文 ( 219 )   可视化   收藏
    为研究胞孔孔径对泡沫铝压缩力学性能的影响,使用基于Voronoi模型的ABAQUS泡沫铝建模插件建立了三维实体泡沫铝模型。根据泡沫铝孔隙率关于胞孔数量及平均壁厚的响应面模型,建立了三种孔隙率(90%、80%、70%)下具有不同胞孔孔径的泡沫铝模型。使用ABAQUS有限元仿真软件进行准静态压缩仿真,对比分析了胞孔孔径对泡沫铝压缩力学性能的影响。在考虑胞孔孔径的影响下,对现有泡沫铝单轴压缩刚塑性硬化模型(R-PH模型)进行了修正。结果表明,相同孔隙率下,具有较小胞孔孔径的泡沫铝在压缩过程中各阶段的应力值更大,其单位体积吸能量增大,最大吸能效率降低,吸能能力减弱,致密应变及平台应力增加;在低孔隙率的泡沫铝中,胞孔孔径对泡沫铝平台应力影响显著;考虑胞孔孔径的修正R-PH模型能很好地预测不同孔隙率及胞孔孔径的泡沫铝的压缩力学行为。
  • 宋明, 祖毅真, 马帅, 王炳英, 曹宇光, 蒋文春
    机械工程学报. 2022, 58(12): 83-92. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.083
    摘要 ( 121 ) PDF全文 ( 330 )   可视化   收藏
    小冲杆试验作为一种微损测试技术,在评估石油化工行业在役设备材料性能劣化方面具有广阔的发展潜力。提出了一种使用贯穿型预制缺口小冲杆试样评价材料断裂韧度的方法,以X80高钢级管线钢为目标材料,开展了小冲杆试验评价材料断裂韧度的研究。首先,设计一种贯穿型预制缺口试样,并进行小冲杆试验。其次,进行缺口试样的有限元模拟,结合试验数据修正模型,并确定缺口试样的最佳尺寸。最终,通过数值模拟围线积分法得到贯穿型缺口试样的回路J积分曲线,结合起裂位移确定小冲杆试验的临界断裂韧度JC (SP),同时进行标准SENB试样三点弯试验得到材料JC值,通过引入系数k建立二者的关联关系,建立使用贯穿型预制缺口小冲杆试样获得X80高钢级管线钢断裂韧度的方法。
  • 刘聪, 马立峰, 贾伟涛, 雷军义, 乐启炽, 袁媛, 潘虎成
    机械工程学报. 2022, 58(12): 93-102. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.093
    摘要 ( 110 ) PDF全文 ( 407 )   可视化   收藏
    为提高镁合金低温压缩时有限的成形性,防止过早断裂。采用铝、铜套筒约束压缩AZ31镁合金方法在变形温度200℃,应变速率0.01~1 s-1条件下用Gleeble-3800热模拟试验机进行单轴压缩变形试验和有限元模拟,分析不同应变速率和不同套筒材料对AZ31镁合金成形性的影响。结果表明,与无约束压缩相比,约束镁合金压缩变形区域的应力应变呈现带状分层分布,金属约束流动使非自由变形区沿鼓型集中扩散;45°剪切开裂现象消失但在1 s-1下出现45°鼓型畸变;损伤分布与组织变形程度呈负相关,与约束材料的韧性呈正相关;约束变形区孪晶和动态再结晶晶粒增加。对比分析试验和模拟结果,得到在应变速率0.01 s-1下,套筒Cu约束下的镁合金变形区域分层集中,组织变形均匀性更好,损伤值较小并有效抑制开裂,使镁合金成形性得到提高。
  • 肖旭东, 张博伦, 乔丹, 杨明顺, 高天宇
    机械工程学报. 2022, 58(12): 103-110. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.103
    摘要 ( 162 ) PDF全文 ( 209 )   可视化   收藏
    喷丸成形工艺包含较多控制参数,零件的固定约束方式和强度往往被忽视,导致喷丸成形结果预测不准或成形结果不稳定。经典喷丸变形分析理论是在强固定约束条件下建立的,而喷丸成形中因零件尺寸较大、约束强度较低或约束方式及位置变化,使得喷丸成形工艺实际上是在弱固定约束条件下完成。分析了完全固定约束和自由约束两种极限状态、以及弱固定约束状态下喷丸应力场、成形曲率及延展应变的演化机理,提出弱固定约束条件下分阶段分析喷丸成形过程的方法,引入固定约束释放间歇次数J等效表征固定约束强度。完全固定约束时J值为1,自由约束时J值趋于无穷大,固定约束强度越低,J值越大。结果表明,J值增大,喷丸残余应力、成形曲率和延展应变增大,分析方法及结果对喷丸成形工艺参数规划和成形结果预测具有极大的指导意义和参考价值。
  • 郑开魁, 林有希, 蔡建国, 雷成迁
    机械工程学报. 2022, 58(12): 111-120. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.111
    摘要 ( 196 ) PDF全文 ( 334 )   可视化   收藏
    超声滚压技术是一种经济高效的新型表面光整强化工艺,可有效提高金属表面的质量。采用激光熔覆技术在H13模具钢表面涂覆铁基合金,研究了超声滚压工艺参数对激光熔覆层表面微观结构与质量的影响。利用SEM、EDS和XRD研究了滚压表层的微观结构;利用表面粗糙度仪、白光干涉仪、硬度计和残余应力测试仪研究了滚压表面的粗糙度、硬度和残余应力。研究结果表明,熔覆层经超声滚压后表层显微组织细化明显,晶粒随着距表面深度的增加而逐渐增大,组织形变方向与超声滚压方向相同。滚压后的表面粗糙度与初始表面粗糙度成正相关关系。随着压下量、静压力、滚压速率和滚压次数的增加,表面粗糙度先减小后增大,表面硬度先增加后降低;表面残余应力随压下量、静压力和滚压次数的增加先增后减。压下量0.10 mm、静压力0.45~0.65 MPa、滚压速率2 100 mm/min、滚压次数3时,金属表面可获得良好的光整强化效果。
  • 运载工程
  • 徐建华, 豆毅庚, 丁子豪, 宋春雷, 陈家斌, 杨永亮
    机械工程学报. 2022, 58(12): 121-129. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.121
    摘要 ( 113 ) PDF全文 ( 267 )   可视化   收藏
    道路消失点检测算法广泛应用于智慧交通、自动驾驶等领域。现有的基于图像纹理特征的道路消失点检测算法易受场景中竖直灯杆等建筑物影响,存在着部分场景下鲁棒性差的问题。针对这一问题,提出一种复杂场景非结构化道路消失点检测算法。首先,该方法通过图像纹理角度特征对投票点权重进行更新,使得竖直建筑物中的图像纹理被削弱;其次,使用区域生长算法得到道路区域并对该区域内的投票点权重进行加强,进而增强图像感兴趣区域的纹理提取。试验表明,提出的算法能够在复杂场景下准确地检测到道路消失点,且具有一定的鲁棒性。
  • 杜雪林, 葛东明, 杜敬利
    机械工程学报. 2022, 58(12): 130-139. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.130
    摘要 ( 122 ) PDF全文 ( 133 )   可视化   收藏
    在现有可展开天线索网形态分析的研究中,往往不计金属反射丝网的影响,且忽略了索段连接器,将其简化为节点进行处理。实际上,索网结构由索段和索段连接器组成,索网结构上还铺设有金属反射丝网,因此索网结构的形态分析中应考虑反射网和索段连接器所带来的影响。基于四元数来描述索段连接器的姿态,引入各向等应力薄膜单元,推导了索段连接器中心的力平衡方程和力矩平衡方程,建立考虑索段连接器的索膜结构形态优化模型。分别对考虑索段连接器和不考虑索段连接器的索膜结构进行形态分析,讨论索段连接器对分析结果的影响。最后,建立了索膜结构的有限元模型,对形态分析的结果进行验证。结果表明,建立的形态优化模型能够进一步提高所设计索膜结构的型面精度。
  • 王腾飞, 周劲松, 季元进, 王秋实
    机械工程学报. 2022, 58(12): 140-150. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.140
    摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 592 )   可视化   收藏
    针对转向架设计初期阶段,仿真计算随机激励下构架振动响应谱计算量大与名义应力法预测构架焊缝疲劳寿命具有离散性的问题,建立简化的地铁车辆有限元模型,将大质量数置入轮轨接触点,依据虚拟激励算法与大质量法理论,将轨道不平顺位移激励转化为力激励施加于大质量点,直接求解构架振动响应的绝对位移功率谱,分别基于频域名义应力法与频域主S-N曲线法对构架进行随机振动疲劳寿命预测。计算过程表明,虚拟激励算法能快速、准确地求解构架振动响应谱;计算结果表明,构架的沉浮、横移与扭转模态对其疲劳寿命有较大的影响。同时,频域主S-N曲线法预测的构架焊缝疲劳寿命结果具有更好的一致性与准确性,且还可有效地识别焊缝的应力集中现象。
  • 任尊松, 赵宇嘉, 李玉怡, 王斌杰, 吴养民
    机械工程学报. 2022, 58(12): 151-158. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.151
    摘要 ( 138 ) PDF全文 ( 380 )   可视化   收藏
    牵引装置和制动装置是高速动车组的重要部件,前者牵引列车车体和转向架行进,后者停止列车前行。牵引和制动均产生载荷,引起转向架相应结构产生损伤甚至疲劳。目前高速动车组牵引和制动方面的研究主要关注牵引功率和制动类型及效率等,极少关注结构自身承受的载荷和引起的损伤。提出高速动车组牵引装置和制动装置载荷测试方法,实际线路测试某型高速动车组运行过程中牵引和制动载荷引起的应变信号,数据处理后获得这两种载荷的时间历程和频域内幅值谱分布。分析列车速度、曲线通过以及运行方式对载荷的影响,获得列车启动加速、惰行、减速以及制动等工况下的载荷特性。采用雨流计数法,统计并给出不同速度下两种载荷的载荷谱。构建多种速度下两种载荷的载荷谱,计算牵引和制动等效载荷,给出不同幅值载荷对结构的损伤贡献。结果表明,牵引载荷与列车运行速度和运行状态密切相关,与列车曲线通过无关。制动载荷不仅与速度和制动有关,而且与制动装置振动密切相关,与列车曲线通过关系不明显。牵引装置的结构损伤主要由牵引载荷引起,振动载荷对其结构损伤贡献较小。制动装置的结构损伤由振动和制动载荷引起。
  • 刘永锋, 陶功权, 刘子通, 赵鑫, 温泽峰
    机械工程学报. 2022, 58(12): 159-167. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.159
    摘要 ( 326 ) PDF全文 ( 181 )   可视化   收藏
    六轴(Co-Co)和八轴(2(Bo-Bo))和谐型大功率电力机车在诸如小曲线和大坡度等线路上运行时,车轮名义滚动圆附近频繁发生沿车轮一周连续分布且近似横向的第3类滚动接触疲劳(简称RCF3),严重影响列车的安全运营。为了分析轴式对机车车轮RCF3的影响,基于SIMPACK多体动力学软件建立六轴和八轴机车的动力学模型,结合损伤函数预测车轮的RCF3。结果表明,曲线通过时,六轴和八轴机车仅在转向架端轴非导向轮对的高轨侧车轮发生RCF3,考虑左、右曲线和机车换向运行,曲线可导致RCF3发生在六轴机车的1、3、4和6轴以及八轴机车的所有车轮。轨面干态下通过平面曲线或曲线下坡时六轴机车车轮的裂纹萌生速率约为八轴机车的1.2~2.5倍,而轨面湿态下通过曲线上坡时八轴机车的磨耗速率约为六轴机车的1~1.5倍,因而六轴机车更易发生RCF3。其原因是六轴机车转向架固定轴距更大,导致曲线引起的负纵向蠕滑力幅值更大。在直线轨道运行时,轴式对车轮RCF3无影响;直线下坡运行时,RCF3在所有车轮发生。轨面干态下RCF3的生长速率随着曲线半径的减小或下坡坡度的增加而增大,轨面湿态下RCF3的生长速率随下坡坡度的增加先增大后减小,其原因是湿态下车轮纵向蠕滑率显著增大而引起磨耗,可磨掉萌生的RCF3。
  • 李长龙, 崔纳新, 常龙, 张承慧
    机械工程学报. 2022, 58(12): 168-179. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.168
    摘要 ( 152 ) PDF全文 ( 183 )   可视化   收藏
    锂离子电池通常串并联成组使用以满足实际的功率和能量需求。然而运行过程中的产热积累和单体间的放电不一致性会影响电池模组的寿命与性能,严重时甚至引发安全事故。为此,以强制风冷条件下的并联电池模组为对象,研究其建模方法和不一致特性。首先建立模组的多物理场耦合模型,该模型可以描述电池模组中各单体的电化学特性、单体间的电流不均衡分布,以及风冷条件下电池的散热特性;然后开展电池单体和并联模组的放电试验,验证各子模型及其耦合关系的可靠性;进一步,基于该模型对风冷并联电池模组进行1C恒流放电仿真,分析放电过程中单体间电流、温度和荷电状态的不一致性;最后开展参数化研究,分析入口风速、电池间距和连接电阻等因素对模组特性的影响规律。研究为动力电池模组提供了系统的建模和分析框架,对其优化设计具有指导意义。
  • 陈俊杰, 郭孔辉, 殷智宏, 王琼瑶, 张磊
    机械工程学报. 2022, 58(12): 180-187. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.180
    摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 267 )   可视化   收藏
    囊式空气弹簧的结构参数及橡胶气囊力学特性是影响其力学特性的关键因素,解决结构参数辨识和橡胶气囊建模难题是计算囊式空气弹簧刚度特性的关键途径。以单曲囊弧长和盖板有效法兰半径为关键设计参量,建立基于关键设计参量的囊式空气弹簧结构参数模型;采用线弹性模型、Coulomb摩擦模型、分数导数Maxwell模型并联建立橡胶气囊迟滞非线性力学模型;基于结构参数模型和橡胶气囊模型,建立囊式空气弹簧垂向刚度统一模型。试验与计算表明,两样品结构参数最大相对误差为12%,证明CAS结构参数模型的正确性和通用性;振幅5 mm和8 mm测试工况下迟滞回线损耗能量相对误差均小于0.2%,静刚度相对误差均小于4%,不同频率下的动刚度最大相对误差小于1%,验证垂向刚度统一模型的有效性。以样品1为例,指出橡胶气囊刚度的占比总体在8%~14%,并揭示橡胶气囊对总刚度的影响规律。研究结果为设计阶段准确计算囊式空气弹簧的力学特性奠定基础,也为其结构优化、性能匹配提供理论支撑。
  • 周素霞, 邵京, 孙宇铎, 雷振宇, 卢俊霖
    机械工程学报. 2022, 58(12): 188-196. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.188
    摘要 ( 85 ) PDF全文 ( 336 )   可视化   收藏
    目前,高速列车制动闸片剩余厚度采用人工方法测量,耗时费力,成本较高。闸片与制动盘的贴合情况也难以判断,影响了制动安全性。为了解决此问题,通过对高速列车转向架基础制动结构空间、实际工况的充分考虑,基于阿贝原则,考虑测量误差补偿,结合现场运用环境,采用光电与机械方法相结合,并考虑数据测量精度,应用模块化设计的理念,建立了合理的检测模型并进行了误差分析,验证了模型的可行性。
  • 可再生能源与工程热物理
  • 陈恭, 汤勇, 张仕伟, 钟桂生, 孙亚隆, 李杰
    机械工程学报. 2022, 58(12): 197-212. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.197
    摘要 ( 430 ) PDF全文 ( 1177 )   可视化   收藏
    随着第五代移动通信技术(5G技术)的出现与快速发展,电子产品尤其是智能手机、平板电脑等产品,越发朝着高性能、高集成和微型化的方向发展。功耗成倍的增长将导致电子芯片在狭小空间内产生过高的热流密度和工作温度,进一步引发严峻的热失控难题。超薄均热板具有优异的导热性能,较大传热面积、较好的均温性能和高可靠性等优点,是解决电子设备散热问题的首要途径。为满足5G时代下现代微型化电子设备散热需求,均热板进一步超薄化是当前业界和学术界的研究热点。基于此,对超薄均热板传热原理进行概述,重点综述国内外超薄均热板结构设计研究现状,包括气液通道排布结构和吸液芯结构等,介绍目前超薄均热板封装制造工艺,并分析其实现极端超薄化中存在的问题,最后对其在高集成超轻薄电子设备等散热领域的研究趋势和发展前景进行了科学的展望。
  • 唐新姿, 顾能伟, 黄轩晴, 彭锐涛
    机械工程学报. 2022, 58(12): 213-236. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.213
    摘要 ( 345 ) PDF全文 ( 1338 )   可视化   收藏
    风电不可避免的随机性、间歇性和不确定性给并网、电力调度与消纳带来巨大挑战。通过风电功率预测对风电波动进行有效评估,对于降低风电不确定性风险推进风电稳步发展具有重要意义。针对当前大规模风电发展中至关重要的短期风功率预测精度问题,介绍了风电短期预测误差来源及影响,分类阐述了确定性和不确定性风电功率短期预测方法原理、优缺点、评价指标及适用性,从异常数据的检测与清洗、缺失数据的重构、数据特征的选择或提取、数据聚类、数据分解、优化算法改进和考虑物理模型等方面,探讨并综述了风电功率预测精度提升关键技术及其最新研究进展,最后对未来风电功率预测技术发展趋势进行了展望,为提升风电功率短期预测精度、推进精细化预测技术发展、保障系统安全稳定运行提供参考。
  • 王泽栋, 郝俊博, 易文武, 陈严, 黄志鸿
    机械工程学报. 2022, 58(12): 237-249. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.237
    摘要 ( 140 ) PDF全文 ( 282 )   可视化   收藏
    随着单风电场的风力机数量逐渐增加,风力机之间的尾流扰动已成为影响风电场布局优化的重要因素。为此,设计风洞试验以研究尾流扰动对下游风力机性能的影响。首先,通过Cobra探头对单台风力机进行速度测量并计算速度损失和湍流参数,结果表明单台风力机尾流速度损失近似高斯函数形式,并沿下游损失减小,风力机湍流主要分布在尾流中心和边界层;与此同时,在功率谱密度分析中,近尾流区域出现明显3p周期性,叶尖出现明显n×p周期性。接着,对两台风力机串列布置,通过改变来流风速、下游风机位置、偏航等参数,重点研究串列式风力机尾流对功率性能效率的影响,试验表明风力机间距增加、来流湍流度增加和上游风力机偏航均能提高下游风机发电效率;此外,下游转向对功率特性无显著影响。最后,还研究湍流强度对尾流速度恢复的影响,结果表明,湍流入流的尾流速度恢复快于均匀入流。在实际风电场中,可通过计算风轮等效风速评估功率特性,以确定风力机布置位置。
  • 交叉与前沿
  • 黄彬彬, 张映锋, 黄博, 任杉, 史丽春
    机械工程学报. 2022, 58(12): 250-260. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.250
    摘要 ( 358 ) PDF全文 ( 1095 )   可视化   收藏
    针对复杂产品运维过程虚实交互协作和智能管控难度大的问题,提出一种数字孪生驱动的复杂产品智能运维服务体系架构,详细阐述了其实现逻辑及核心技术,包括物理-虚拟空间形式化建模与交互协同、多源数据驱动的产品运维知识获取、虚实交互驱动的运行过程跟踪与监控、面向产品服务的实时诊断与主动维护等。通过上述体系架构和核心技术的实施,构建一种虚实空间交互融合、运维知识动态更新、运维服务主动执行的复杂产品运维管理与协作机制。最后,以某型数控机床为例,通过对体系架构的应用方式和运维关键性能指标的识别方法进行分析,验证体系架构、方法的有效性和可行性。所提体系架构和核心技术为复杂产品的智能化、协同化、服务化管理与应用提供一种参考解决方案。
  • 胡昱, SEAMUS D Garvey, 许未晴, 蔡茂林, 石岩
    机械工程学报. 2022, 58(12): 261-269. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.261
    摘要 ( 200 ) PDF全文 ( 365 )   可视化   收藏
    压缩空气储能(Compressed air energy storage,CAES)系统的成本问题备受关注,几乎所有CAES系统的研究都以高压空气和热能的形式来储存能量。对于CAES系统,利用地下岩洞或深水水域等天然环境形成的容器,系统的储存成本较低,但也因此对地理环境具有较高要求;而对于更具普适性的储罐式CAES系统,则受限于高压储气罐成本,经济性有待加强。基于㶲储存成本的分析对储罐式CAES系统成本的优化方法进行研究。提出两种降低储罐式CAES系统成本的策略,一是尽可能多的以热能形式储存㶲;二是将高压空气冷却后储存在低温气罐中。结果表明,与传统的CAES系统相比,采用高温压缩、低温储存的方式,CAES系统储能成本可以降低52%。考虑真实气体效应的影响,最优的储存压力约为21 MPa。
  • 徐梦宇, 易茜, 单玉忠, 熊世权, 曹华军, 易树平
    机械工程学报. 2022, 58(12): 270-282. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.270
    摘要 ( 174 ) PDF全文 ( 263 )   可视化   收藏
    针对核电装备建造过程中各参与主体因经济利益不同各自为战而造成的协同管理成本增加等问题,亟需解析协同质量价值形成,为此,提出一种基于系统动力流图的核电装备智能制造协同质量价值建模方法。界定核电装备智能制造协同质量价值的内涵,以协同质量管理活动为基础,分析其协同质量价值形成及增值过程,通过Vague集方法筛选出34个协同质量价值关键影响因素;用价值链方法构建核电装备智能制造协同质量价值链模型,在此基础上应用Vensim PLE7.3.5软件建立其系统动力流图,利用综合集成赋权法确定流图中各参数权重;基于系统动力流图分析协同质量价值增值过程的动态行为,揭示关键管理要素对协同质量价值增值的影响作用,并据此得出核电装备智能制造协同质量价值增值策略。研究为建立价值驱动的协同质量保障机制、实现核电装备全价值链价值最大化提供新的研究思路和方向。
  • 姜丙孝, 杨军虎, 王晓晖, 苗森春
    机械工程学报. 2022, 58(12): 283-292. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.283
    摘要 ( 227 ) PDF全文 ( 272 )   可视化   收藏
    针对泵反转作透平时效率偏低的问题,提出将径向基函数与高维模型表示方法结合的混合模型用于液力透平性能优化。以液力透平叶轮叶片为研究对象,用Bezier曲线将叶片型线参数化,分离出代理模型的自变量并确定模型的训练区间,结合Matlab、Creo和Fluent软件构建基于叶片型线控制变量的液力透平效率预测代理模型,运用粒子群算法对构造的代理模型在训练区间内全域寻优得出液力透平的最优效率点及对应的叶片几何参数,分别用数值模拟和试验研究的方法验证代理模型的预测数据。结果表明,经代理模型优化后的液力透平数值模拟性能曲线与试验结果大体相符,在最优工况点,优化后的液力透平数值模拟效率值较原型液力透平提升了4.78%,轴功率提升了6.22%;试验效率值较原型液力透平提升了3.7%,轴功率提升了4.8%。
  • 曹超, 赵继云, 李桂林, 丁海港, 康建宏, 韩静
    机械工程学报. 2022, 58(12): 293-300. https://doi.org/10.3901/JME.2022.12.293
    摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 168 )   可视化   收藏
    提出了用于软组织分离的医用水射流发生装置出口参数匹配设计方法,从射流动力匹配分离对象断裂性能和临床操作空间两个方面完善了射流参数的优化路径。面向软组织弹性变形特征,分析射流直径和冲击速度对冲击过程中水锤作用时间和范围的影响机制。基于微小尺度水射流的动力分布特点,建立与直径相关的射流初始段长度即临床操作时射流动力集中区间长度的计算模型。结果表明,针对力学性能不同的分离对象,在保证射流初始段长度的前提下,通过冲击速度或者压力与出口直径的组合设计能够优化临床应用效果。通过光学观测方法,以微小尺度射流发生系统试验验证了出口直径0.2 mm条件下形成的射流动力集中区域能够符合临床操作需要。研究结果为医用射流发生装置分级设计和应用奠定了理论基础。