机械工程学报

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卢成宇, 洪兆溪, 张志峰, 顾大强, 聂婕, 冯毅雄, 谭建荣

机械工程学报. 2025, 61(13): 1-19. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.001

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价值链协同是工业5.0的重要组成部分，是实现工业5.0中以人为本、可持续、弹性化生产理念的关键。数据和机理作为新一代信息技术与价值链融合的重要技术支撑，已经成为了价值链协同管理中的关键要素。然而，当前价值链协同仍存在数据孤岛和业务壁垒等问题，阻碍了价值链上企业的信息共享和价值共创，成为了当前制造业向工业5.0转型的巨大挑战。为了给数据机理融合在价值链协同的应用提供理论支撑，本文总结了价值链协同理论与数据机理融合方法的研究进展；同时探索了数据机理融合在产品设计协同、生产调度协同、制造装配协同、装备运维协同、生产服务协同等5个部分的工程应用。最后，讨论了数据机理融合在价值链协同中面临的挑战，展望了未来的发展方向。期望相关工作能为相关学者进一步开展价值链协同中的数据机理融合的理论技术研究和工程应用提供参考与启发。

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面向算网资源智能适配与融合调度的价值链协同模式研究

冯毅雄, 金柯兵, 洪兆溪, 张安思, 李少波, 谭建荣

机械工程学报. 2025, 61(13): 20-28. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.020

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算力网络是新型基础设施的一个重要组成部分，是计算能力和大数据资源的关键。然而，目前仍缺乏有效的算力网络全生命周期价值链协同设计方法，存在算网融合需深入、异构计算产业需完善、资源利用需提高、安全体系需健全等关键问题。将价值链协同与算力网络融合，成为推动企业在全球价值链中的数字化升级与转型的重点。针对以上问题，提出了一种算网资源智能适配与融合调度的价值链协同设计方法。首先，对算网资源智能适配与融合调度问题进行建模，构建系统状态转移函数，设计了基于贪心搜索的动态计算任务执行决策算法，通过动态调节执行策略与感知网络状态，综合做出资源调度决策；其次，计算变量与系统状态的时序序列，构建针对算网资源调度的复合损失函数，基于梯度下降方法，对变量进行优化以最小化算网资源调度损失并动态制定执行策略实现融合调度；最后，将新型价值链协同设计方法应用于仿真环境，进行实验验证。研究表明，所提出的算网资源智能适配与融合调度的价值链协同设计方法有效，能够综合评估网络状态做出高效资源调度决策，为算力网络价值链上实现算力价值最大化、成本最小化提供了参考。

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价值链协同赋能的核电建造质量智能管控研究

徐梦宇, 雷玮剑, 易茜, 司恒远, 冯毅雄, 易树平

机械工程学报. 2025, 61(13): 29-44. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.029

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设计一种价值链协同赋能的质量智能管控体系，以解决核电装备建造过程跨企业质量标准不一致、跨平台质量信息难共享、跨领域质量认知不统一与协同管控过程易造假等问题，并开发支持其有效运行的关键使能技术，包括三跨特征下协同质量价值建模与定量测度方法、基于协同质量价值激励的信息共享与可信交互机制、价值链各参与主体协同质量管控行为网络演化博弈以及增值导向下协同质量计划与见证方法，以期实现三跨场景下质量活动高效开展与有效协同，促进数据信息和业务流程的联动，提升全价值链质量管控与追溯能力。在核电协同质量管控典型业务开展应用示范，验证了所提体系与技术的有效性，为协同质量智能管控平台开发及其关键技术的落地应用提供了参考。

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新能源汽车齿轮高效精密加工技术与装备研究进展

黄潇辉, 李聪波, 陶桂宝, 张友, 张乘辉, 曹华军

机械工程学报. 2025, 61(13): 45-66. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.045

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齿轮是新能源汽车电驱动传动系统的核心基础件，对整车性能具有重要的影响。随着新能源汽车渗透率和电驱动传动系统功率密度的快速提升，齿轮面临高转速、低噪声、抗疲劳等高服役性能挑战，实现其高效精密加工是保障高服役性能的根本途径。但目前新能源汽车齿轮高效精密加工在创成机理、关键技术、加工装备等方面还存在一些难点。为此，在概述新能源汽车齿轮高效精密加工需求的基础上，围绕蜗杆砂轮磨齿工艺、内啮合强力珩齿工艺等典型工艺的高性能齿面创成机理、高效精密加工关键技术、齿轮高效精密加工典型装备的国内外研究现状进行了系统的论述与总结，并对新能源汽车齿轮高效精密加工技术的发展趋势进行了总结和展望，为后续研究提供理论和技术指导。

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智能核电技术的发展及展望

司恒远, 薛杨, 杨秦秦, 彭锦, 金思奇, 吕杰, 雷玮剑

机械工程学报. 2025, 61(13): 67-79. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.067

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为了提升核电厂智能水平，建成具备自诊断、自寻优、自适应等特征的智能核电厂，提出了“智能核电”技术构想，基于目前核电厂监控体系设计架构，给出了一种基于智能感知和执行机构、先进通信网络、智能工控平台和智能监控和管理平台的智能核电技术方案。在智能感知和执行机构中分析了如光纤传感器、异音检测和机器人技术在核电厂中的应用；给出了一种智能核电厂通信网络架构方案；研究了智能工控领域的启动顺控和先进控制技术，以及智能主控室功能方案；同时结合工业互联网、人工智能和大数据分析等智能技术，构建了基于运行管理中心、设备管理中心和生产作业中心业务为主的智能监控和管理平台方案，并分析了各业务中心应用业务场景。本文最后阐述了核电厂未来应用智能技术面临的挑战，并对智能技术在核电领域应用进行了展望和总结。

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面向隧道场景的智能车雷达与视觉协同感知研究

孙念怡, 赵津, 黄磊, 王广玮

机械工程学报. 2025, 61(13): 80-95. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.080

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相机与毫米波雷达被广泛应用于智能车感知系统，但在隧道中，由于环境的影响对相机和毫米波雷达的感知带来了挑战。隧道出入口的光线变化快、光照条件差，使得相机在观测目标特性时出现较大波动，导致目标检测失败。而隧道属于半封闭场景、噪声反射强，使得毫米波雷达难以区分直接反射回来的信号和经过多次反射后回来的信号，导致将虚假目标的信号识别为真实目标。因此，面向隧道场景，对出入口处因光照突变导致相机图像质量不佳、细节丢失等问题展开研究，提出了自适应曝光控制模型来调整相机的曝光时间。该模型通过分析图像帧中不同语义类别的特征点数量随曝光时间变化的关系，以确保相机在快速变化的光照条件下仍能清晰成像。并创建了隧道感知数据集，有效提高模型感知能力的同时，弥补了隧道类数据集的稀缺。此外，针对车载毫米波雷达在隧道场景中面临多径回波干扰所导致的虚假目标问题，通过构建多径传播理论模型，分析雷达回波中潜在虚假目标位置以及能量衰减的特点，提出多径假目标消除策略对虚假干扰目标进行消除。最后，在相机与毫米波雷达融合关联中引入运动目标的角点光流估计，以提高相机与毫米波雷达协同感知的可靠性，并搭建实车平台在隧道场景中进行试验。结果表明，提出的协同感知算法相比于其他模型在检测准确率上提高了4.8%，有效抑制了隧道出入口光照突变条件下对智能车的感知影响，并减少毫米波雷达在隧道环境中多径回波的干扰，实现传感器之间信息的互补和优势互补，为智能车在隧道环境中的安全行驶提供了重要保障。

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复杂产品全生命周期价值链协同：理论、进展与趋势

赵泽田, 胡炳涛, 冯毅雄, 宋秀菊, 谭建荣

机械工程学报. 2025, 61(13): 96-119. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.096

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全生命周期价值链协同能够提升复杂产品设计、制造和运维全流程协同效率和响应速度，促进价值链企业群协同管控服务和价值效益共创。分析了复杂产品价值链协同研究发展脉络，总结其概念内涵和多维演变特征。提出了面向全生命周期的复杂产品价值链协同理论框架，阐述了以价值活动为主线的复杂产品全生命周期价值链协同的组织构成、增值机理和动态控制逻辑。基于所提框架，对价值链协同业务建模与流程融合、多维要素互联与协同决策和协同运行过程管控优化等研究方向进行了论述，分析了研究现状与不足之处。最后分析了全生命周期价值链协同在典型制造行业的应用案例，通过深入研究不同行业应用的模式特征与运行机制，总结出未来全生命周期价值链协同集成化、精益化和闭环化的发展趋势。

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价值链协同的人机联合认知驱动产品设计研究综述

洪兆溪, 冯毅雄, 计若松, 宋秀菊, 易树平, 李志武, 谭建荣

机械工程学报. 2025, 61(13): 120-141. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.120

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任何科技成果要转变为制造业价值链协同中有竞争力的商品，设计都起着关键性的作用。以设计理论为指导，在产品研发中同时注入计算机的强大计算能力和人类的独特认知能力，增强设计过程的知识自动化表达与处理，可以大幅度提高设计问题的求解效率，为产品设计提供新的动力源泉。提炼了制造业价值链协同下人机联合认知驱动产品设计的重要意义，揭示了其中的智能因素分类与内在机理流程，对产品设计中的人机联合认知与人工智能算法做了系统梳理。以虚拟现实、认知计算、脑机接口和可信人工智能为代表，介绍人机联合认知驱动设计的关键技术。从市场情景分析、用户偏好挖掘、设计意图理解、设计方案求解、设计行为决策等重要设计环节详述了人机联合认知驱动产品设计的研究进展，总结了当前设计中人类智能和机器智能“形合而神不合”的具体表现，指出产品设计由人机联合认知驱动向人机物共融认知驱动的必然发展趋势。

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高能效制造研究现状及展望

吴少卿, 李聪波, 曹华军, 王凌, 李新宇

机械工程学报. 2025, 61(13): 142-157. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.142

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制造业能源需求的不断上升导致了巨大的环境和经济问题，提升制造业的能量效率(又称能效)十分迫切。高能效制造研究已成为目前制造系统领域的热点问题，受到了广泛的关注。为了更详细的分析国内外趋势，基于作者们在高能效制造领域的研究基础，开展高能效制造理论与应用研究现状的综述性研究。首先，在制造系统能量效率内涵的基础上，从机床设备、加工工艺和制造车间三个层面构建了高能效制造研究的内容框架；然后，系统总结高能效制造内容框架下的国内外最新研究成果，并基于此归纳四点高能效制造的挑战难点；最后，提出高能效制造可参考的未来发展方向。

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基于协同质量流图的核电建造质量形成表征方法

易茜, 王鹤翔, 徐梦宇, 刘杰强, 易树平

机械工程学报. 2025, 61(13): 158-173. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.158

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核电装备在跨企业协同智能建造环境下产生海量数据，其质量形成过程难以“清晰可溯”，为此提出一种基于协同质量流图的质量形成表征方法。分析核电智能建造下协同质量管控的特点，提出一种将质量数据知识化的方法，定义“协同质量元”数据模型与“协同质量流图”，据此获取与组织质量知识。建立质量知识三元组结构，基于改进骨架法构建协同质量流图的业务层本体模型，提出BFAC模型对质量文本非结构化数据进行质量实例抽取，并基于R2RML方法对业务平台中的结构化数据进行知识映射，完成业务层本体的实例化知识填充，并利用Neo4j图数据库融合存储质量知识，构建协同质量流图。用协同质量流图对核电建造质量形成解析，能够对所关注点的质量形成进行可视化表征，并跨平台传递质量形成信息。从施工管理系统、不符合项系统等业务平台收集某核电站安全壳焊接施工中的结构化及非结构化数据构建钢衬里焊接协同质量流图，展示了所关注点的质量形成信息可视化表征与跨平台传递应用，效果良好。所提出的协同质量流图可为以核电装备为代表的复杂产品在质量形成、演化及追溯等的表征上提供一种参考方法。

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核电装备价值链协同质量管控知识图谱构建研究

杨佳幸, 温沛涵, 胡亚萍

机械工程学报. 2025, 61(13): 174-191. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.174

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针对核电装备价值链上各类信息孤立、缺乏联系以及在组织与平台间流动存在信息损耗和数据量缺失的问题，分析核电装备价值链质量管控的需求，提出引入知识图谱组织质量文本中蕴含的知识，以便分享和重用，从而支持协同质量管控的思想，并研究其构建和应用。首先，基于对核电装备价值链质量文本特点的分析，设计一个多阶段层次化跨时空的领域本体模型。其次，提出一种基于小样本学习的实体识别模型和基于相对位置的实体关系匹配方法，进而提取知识三元组，构建知识图谱。再次，综合场景分析与专家访谈，设计一套用户与知识图谱交互的问答模版，定义一个检索增强式的问答框架，并开发一个面向核电装备价值链协同质量管控的问答应用。最后，通过与ChatGPT大语言模型和关键词匹配模型对比，验证上述方法的有效性及优越性。改进的实体识别模型在处理质量文本数据集较小的情况下展现出更好的效果，借助用户与知识图谱交互可有效支持核电装备价值链协同质量管控，对提升管理水平及效率均具有较好的作用。

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碳化硅陶瓷材料的摩擦与润滑研究进展

罗子超, 刘秀波, 程巍, 李新功, 夏杰, 郑军

机械工程学报. 2025, 61(13): 192-212. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.192

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结构陶瓷材料具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温及化学性质稳定等突出优点，被广泛应用于摩擦学领域。随着服役工况的日益复杂，在高温、重载、强辐射等环境下，结构陶瓷摩擦元件的应用仍然面临着巨大的挑战。因此，工业界对陶瓷的摩擦性能提出了更高的要求，降低陶瓷材料的摩擦磨损成为材料科学与摩擦学领域重要课题之一。由于陶瓷材料磨损形式和机理复杂，目前未见通用的摩擦学模型可以解释所有陶瓷的摩擦磨损。本文以碳化硅陶瓷材料为例，对碳化硅的摩擦与润滑研究进展进行了综述，涵盖碳化硅陶瓷的磨损机制，水润滑技术，固体润滑复合材料，表面工程技术及制备工艺等方面，旨在促进SiC陶瓷材料在摩擦学领域的应用与发展，同时为其他结构陶瓷材料的润滑技术提供参考。

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磁性液体密封自愈合特性的影响因素实验研究

陈诺, 李德才

机械工程学报. 2025, 61(13): 213-221. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.213

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磁性液体密封的自愈合特性是其独有特性，尤其在复杂危险的特殊环境中，可以在密封发生失效后发挥应急作用，迅速恢复一定密封能力。为探究此性能，设计了一套实验系统，从磁性液体本身物理化学性质以及密封结构两个方面的影响，对磁性液体密封自愈合特性进行了实验探究。结果表明，黏度为531.40 mPa·s的磁性液体，在自愈合长度15 mm情况下的密封拥有非常高的自愈合能力，最终自愈合平衡耐压比可达90%以上。同时，对于不同黏度的磁性液体存在最佳注入量，能够保证一定的密封能力的同时，也可以维持较高的自愈合能力水平。此外，提高磁性液体的饱和磁化强度，降低密封腔室内压力上升的速率，也都可以提高磁性液体密封的自愈合能力。

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铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究

孙建芳, 曾志华, 苏峰华, 袁熙, 谢美婷

机械工程学报. 2025, 61(13): 222-230. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.222

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针对铝合金汽车关键零部件冲压成形中破裂、起皱和回弹等质量缺陷问题，进行铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究。基于Yoshida-Uemori混合随动硬化模型、Vegter2017屈服准则和成形应变极限曲线构建了铝合金3003力学模型，并将双向拉伸试样进行成形极限减薄率仿真结果与Nakazima试验值对比，验证了Vegter2017屈服准则的有效性。基于3D表面形貌数据和摩擦润滑试验数据构建多尺度动态摩擦模型，并将力学模型与多尺度动态摩擦模型进行交互耦合,且对新能源汽车液冷板冲压成形进行仿真模拟，结果表明，回弹分布和厚度分布的仿真结果与实验值相对误差的平均值分别为3.51%和2.86%。基于力学模型与多尺度动态摩擦模型的交互耦合模型在铝合金冲压成形数值模拟中更具准确性和可行性。

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改性复合材料表面铣削过程中球头铣刀磨损预测

张博宇, 孙凯, 穆晗, 郭贺阳, 孔令满, 蹇锡高

机械工程学报. 2025, 61(13): 231-245. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.231

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针对斜缠改性烧蚀防热复合材料(简称“改性复合材料”)的表面铣削过程，提出了一种新的球头铣刀磨损体积预测方法。该方法不仅分别考虑了后刀面和切削刃在与工件相互作用过程中的实际应力状态，还根据表面铣削过程中的动态力热状态对磨损系数和刀具表面硬度做出了动态调整，从而全面保证了预测结果的准确性。经验证，该方法的平均预测误差小于15%。基于该方法，分析了改性复合材料表面铣削过程中的刀具磨损规律。结果表明，切削刃的磨损主要与切削刃刚度和刀-工实际接触距离有关。为降低切削刃的磨损，可通过减小刀具前、后角提升切削刃的刚度，或选择低主轴转速和高进给量减小刀-工实际接触距离。后刀面的磨损则取决于后角和工件已加工表面的回弹高度。为降低后刀面的磨损，需使用大后角刀具在高主轴转速和低进给量下进行加工。由于降低切削刃磨损与降低后刀面磨损的策略相反，综合来看，选用减小切削刃磨损的策略更有利于降低整个刀具磨损程度。

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高速机械密封端面冷却通道热混合效应强化机理研究

马学忠, 崔元召

机械工程学报. 2025, 61(13): 246-254. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.246

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为实现高速下密封温度的可控性，增加微尺度润滑液膜汽化裕度，应用ANSYS Fluent建立了端面引流槽-环槽冷却通道机械密封的热流体动力润滑(THD)模型，研究并讨论了槽区冷热流体的流动特性及其对液膜温度的影响，揭示了热混合效应强化机理，分析了结构尺寸与工况参数对密封性能的影响规律。结果表明：引流槽与环槽连通后消除了引流槽槽根壁面的阻碍作用进而避免了流体流动死区的出现、流通能力增强，从而显著强化了外径侧低温流体与内径侧高温流体的混合流动。这使得密封冷却能力显著提升，从而有效降低了润滑液膜与密封端面的温度，较低的液膜温度下流体粘度损失更小从而具有更强的动压效应与更大的下游泵送能力，密封承载性能与摩擦学性能大幅提升。转速越大热混合效应强化程度越高，转速为20 000 r/min时液膜与端面温度降低约15 K、温升降低约36%，显著增加了低压内径侧高温液膜的汽化裕度，同时液膜开启力提高约30%。冷却通道深度最优值为50 μm，此时热混合效应强化水平、冷却能力与密封性能综合最优。这可在高速工况下显著提升液膜的汽化裕度、限制端面热变形，对高速机械密封的优化设计提供了科学依据。

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空间反射镜胶接建模及面形精度分析

周杰臣, 刘检华, 夏焕雄, 张秀敏, 赵裕玺, 孟军峰

机械工程学报. 2025, 61(13): 255-264. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.255

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胶黏连接技术广泛应用于空间反射镜光学组件的装配环节，是影响反射镜面形精度的关键制造工艺之一。空间反射镜高度轻量化的镜片与背部支撑结构之间采用胶黏连接装配，其黏接固化应力是引起反射镜镜面变形的关键因素。针对空间反射镜硅橡胶黏接装配工艺，建立了基于广义Maxwell模型和时固等效原理的硅橡胶非线性黏弹性力学模型，综合考虑了胶黏剂固化收缩、物态变化以及松弛蠕变行为，实现了重力场作用下硅橡胶黏接固化过程中空间反射镜应力变形演变的仿真计算，并分析了胶接位置、胶层厚度及胶斑面积等胶接参数对650 mm口径的反射镜面形精度的影响规律，最后采用灵敏度分析法从三个角度对反射镜面形RMS值对胶接参数的敏感性进行了分析。研究结果为精密光机产品胶接装配工艺分析与优化提供了模型理论基础和分析方法借鉴。

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基于云-边协同的分布式协同制造任务生产进度预测方法

朱海华, 王健杰, 李霏, 刘长春, 蔡祺祥, 唐敦兵

机械工程学报. 2025, 61(13): 265-281. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.265

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高端装备制造产业链涉及单位多、专业门类广、地域分布广，产品订单被分解为数个子任务下发到不同制造车间进行跨企业生产，具有典型的分布式制造特征。在业务流程和制造系统环境愈发复杂和不稳定的当下，各订单子任务生产进度的精准预测可以及时发现生产计划交期波动，避免整体项目的长时间停滞，确保项目有序推进和交付。针对传统数据分析方法不适用于复杂制造环境、各企业利用分布式制造资源能力较弱的问题，提出一种基于云-边协同的分布式协同制造任务生产进度预测方法。以多车间生产情况和服务需求为导向，实现高自由度和易于管理的分布式协同制造平台架构。基于平台架构，提出云-边数据协同和模型协同两大关键协同机制。针对生产进度预测需求，分别提出车间数据的传输与集成、制造数据预处理和分布式协同制造任务生产进度预测三个关键方法。最后，以分布式制造案例为对象验证了所提方法的可行性和有效性。

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数控机床精度保持性指标体系与综合评价方法研究

刘阔, 邢家鹏, 王永青, 赵地, 宋磊, 李凯, 刘海波

机械工程学报. 2025, 61(13): 282-292. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.282

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精度保持性是数控机床关键性能指标之一，描述了机床保持其原始精度的能力。精度保持性的表征与评价是衡量机床精度保持能力的重要手段，是国产数控机床精度保持性提升工程的理论基础。针对现有机床精度保持性评价方法存在的指标体系不健全、综合评价方法缺乏等问题，明确了机床固有精度保持性和服役精度保持性的内涵；构建了包含精度裕度、精度退化量、精度退化率、精度保持度和精度保持时间的精度保持性指标体系，从退化条件、退化过程和退化结果等多角度表征了机床精度保持能力；提出一种静/动态评价相结合的精度保持性绝对性综合评价方法，评价步骤包括：离散精度退化数据函数化、精度退化过程动态综合评价和精度保持能力静态综合评价。最后，结合实例验证了提出方法及模型的有效性。

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物理-数据融合驱动的天然橡胶疲劳寿命预测建模方法

刘湘楠, 杨宇鑫, 石伟, 何宽芳

机械工程学报. 2025, 61(13): 293-301. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.293

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在现有的天然橡胶疲劳寿命预测模型中，物理模型存在建模复杂、适用范围窄等问题，而数据驱动模型始终受限于小样本工况，导致疲劳寿命预测精度低。为解决上述问题，融合物理建模方法的理论优势和数据驱动方法的高效性，提出了一种物理-数据融合驱动的天然橡胶疲劳寿命预测建模方法。该模型以对数应变幅值、应变比为输入变量，以实测疲劳寿命与物理模型预测寿命之间的相对误差值为输出变量。根据天然橡胶单轴疲劳试验数据，分别建立了基于裂纹萌生法的天然橡胶疲劳寿命预测物理模型、基于支持向量机的数据驱动模型以及物理-数据融合驱动模型。以天然橡胶实测疲劳寿命为基准，比较了三种模型的预测精度。研究发现，相较于现有的疲劳寿命预测模型，物理-数据融合驱动模型在预测精度方面表现更佳，预测寿命均分布在实测寿命的1.5倍分散线内。研究结果表明：利用物理-数据融合驱动模型能够更精准地预测天然橡胶的疲劳寿命，从而为天然橡胶结构件的抗疲劳设计提供理论依据。

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静电液压驱动软体机器鱼设计、建模与实验

王神龙, 王宏伟, 任飞宇, 苑家豪, 苏泽焜, 徐开谊, 李国瑞

机械工程学报. 2025, 61(13): 302-314. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.302

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基于静电液压软体驱动器的工作原理，以蝠鲼为仿生原型设计了一款可实现水下高机动性能的无缆软体机器鱼。首先，提出一种对称式静电液压软体驱动关节，将此关节作用于机器鱼的胸鳍推进部分，基于扑动-波动混合型仿生推进模式获得软体机器人推力。其次，机器鱼背鳍引入浮沉机构，通过对电磁线圈施加一定的频率的正反向电流，驱动背鳍叶片左右摆动来产生向下的推进力，进而实现下潜运动。最后，通过实验分析了胸鳍驱动器的运动特性、力学特性，建立了胸鳍水下扑动的动力学模型，并开展相应的性能测试和功能集成。研究结果表明，该软体机器鱼可以实现34.46 mm/s (0.15 BL/s) 的运动速度，其转弯半径为15.2 cm，下潜速度为14.33 mm/s，该机器鱼的力学分析、驱动设计和系统集成方法可以推广到多种软体机器人与柔性智能器件设计，为新一代电驱动软体机器人与水下装备的设计提供新思路。

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基于电场驱动微3D打印复合增材制造银/铜/镍基金属网格透明天线

靳茂鹏, 张厚超, 王飞, 李言胜, 陈硕, 李义睿, 白彦军, 李红珂, 许权, 赵佳伟, 张广明, 兰红波

机械工程学报. 2025, 61(13): 315-326. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.315

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金属网格透明天线在5G/6G通信、智能驾驶、可穿戴电子等领域应用广泛。然而随着通信技术的快速发展，透明天线的迭代升级速度加快，当前高性能金属网格透明天线的低成本、快速、灵活制造是制约其产品设计、性能验证以及商业化应用最大的技术瓶颈。针对这一挑战性难题，提出一种银/铜/镍基复合金属网格透明天线，具有高导电性、低导体损耗的优势；提出了一种基于电场驱动微3D打印的复合增材制造方法实现多材料复合金属网格微结构的灵活快速制造。该技术通过电场驱动喷射沉积微3D打印实现任意形状导电图案的灵活制造，并结合电镀的体成型特点实现高性能复合金属天线的快速制造。通过实验揭示了打印、电镀工艺参数对金属网格精度和质量的影响及规律。基于提出的方法及优化的工艺参数，设计并制造了中心频率2.45 GHz的透明微带天线，线宽20 μm，周期500 μm，方阻0.29 Ω/sq，透光率78%，实现了2.24 dB的峰值增益和38.26%的辐射效率。结果表明，该方法通过成型银/铜/镍结构，克服了传统工艺制造的金属网格透明天线方阻高、增益和辐射效率低的问题，克服了制造存在的成本高、效率低(如光刻)或分辨率低(如喷墨打印)的问题，在高性能透明天线快速迭代开发上具有显著优势，具有工业化应用前景。

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基于磨削机理的表面形貌和粗糙度预测模型研究进展

彭飞, 张彦彬, 崔歆, 刘明政, 梁晓亮, 徐培明, 周宗明, 李长河

机械工程学报. 2025, 61(13): 327-359. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.327

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工件表面形貌和粗糙度是磨削加工的重要衡量指标，实现其精准预测对于精密制造的智能化转型升级尤为重要。然而，磨削工件表面创成是一个具有随机性的复杂物理过程，目前基于物理机制的模型预测精度亟待提升。基于此，通过考虑磨削过程的几何学和运动学，详细综述了工件表面形貌的预测模型与方法。首先，综述了包括随机平面方法在内的6种磨粒几何建模方法，探索了磨粒表征参数对拟真性的影响规律。其次，总结磨粒在砂轮表面位姿随机分布的数学模型，探索模型参数对磨粒的突出高度等参数的影响规律，并关联总结磨粒可控排布的砂轮的制备与修整方法。随后，分析了平面磨削、超声辅助磨削等不同磨削工艺的磨粒运动学模型，讨论在不同接触形式下磨粒与工件表面之间的相互作用机理，结合动态有效磨粒模型归纳了表面粗糙度的预测模型。最后，统计分析现有粗糙度模型预测误差，误差范围4.47%～37.65%、平均误差11.59%。为磨削表面形貌和粗糙度的精准预测提供新思路，能够为磨削机理与数据分析相融合的智能预测方法提供借鉴。

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多能场辅助微细磨削技术研究进展

李可欣, 任莹晖, 李伟, 黄向明, 陈根余

机械工程学报. 2025, 61(13): 360-385. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.360

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为实现难加工材料微小零件或表面功能微结构的几何和性能一体化高性能制造，多种能场辅助微细加工新原理、新方法迭出不穷。然而，能场耦合作用对于微结构加工表面创成机制尚不明确，难以为其工业化应用提供精准指导。首先分析了微小零件和表面功能微结构加工现存技术瓶颈，再讨论了电化学、激光、超声等多种能场对改善材料可加工性、提升加工效率与质量等方面的协同作用机理。并以典型能场辅助微细磨削技术为例，对能场辅助微细磨削技术工艺原理、应用特点及现存难题展开综述。展望微小零件或表面功能微结构的高性能制造在能场协同方法创新、工艺装备开发等方面的未来工作，以期为学术和工业界提供理论指导与技术支持。

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深窄槽电火花加工放电点分布机理与规律研究

王津, 李晓东, 郭建梅, 何虎, 贾志新

机械工程学报. 2025, 61(13): 386-396. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.386

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深窄槽电火花加工中底面间隙放电比例直接影响加工效率和加工精度，然而目前对间隙内放电点分布机理和规律缺乏直观认识，限制了其加工工艺水平的进一步提升。对此，通过观察实验和仿真分析，阐释放电点分布机理，结合放电图像与放电波形，研究电参数对底面间隙放电比例的影响规律。结果表明，受极间间隙内气泡动态演变和加工屑分布的影响，放电点由底面间隙局部位置产生后以蔓延的方式一直扩展至侧面间隙。各电参数下的底面间隙放电比例均随加工深度增加呈下降趋势；峰值电流对底面间隙放电比例的影响与加工深度相关，深度较浅时各峰值电流下放电比例接近，深度超过4 mm后峰值电流13.5 A下的底面间隙放电比例最大；随脉冲宽度增加底面间隙放电比例表现出先升高后降低的特点；对于开路电压而言，高压辅助击穿模式的加入使底面间隙放电比例有所下降，进而降低了加工效率。研究结果揭示了深窄槽电火花加工放电点在加工间隙中的分布机理与规律，为调整工艺参数、提高深窄槽电火花加工工艺水平提供新思路。

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基于切削微刃的圆柱型车齿刀节圆尺寸对刀齿寿命的影响分析

贾康, 韩蓄, 张银行, 徐伟, 洪军

机械工程学报. 2025, 61(13): 397-406. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.397

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车齿加工是一种适用于内齿、多联齿结构的高效高精展成加工方法，伴随新能源汽车的发展具有强大的市场竞争力。车齿刀作为车齿加工的重要工具之一，其结构参数直接决定刀具的切削性能与服役寿命。当前刀具的优化设计主要围绕刀齿前刀面以及螺旋角等结构参数基于传统齿轮刀具设计经验与有限元仿真分析开展。然而，车齿刀/工件的节圆尺寸直接决定刀齿切削刃与工件齿槽的具体啮合切削状态，对车齿刀的服役寿命产生影响。为此，以通用的圆柱型车齿刀为对象，采用切削微刃的分析方法对刀具/工件节圆尺寸对刀齿切削性能的影响从瞬时前角、非变形切削厚度、切削服役周期角度进行综合分析，为车齿刀的刀具寿命优化设计从节圆选择角度提供指导。

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TC11钛合金电脉冲辅助螺旋铣孔试验研究

孙富建, 王磊, 梁志强, 鲁艳军, 肖玉斌, 黄浩, 袁剑平

机械工程学报. 2025, 61(13): 407-417. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.407

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基于电致塑性效应和滑动电接触原理，电脉冲辅助切削能够改善金属材料的塑性变形行为和摩擦学状态，而螺旋铣孔作为一种高效制孔工艺，能够一次成形大直径孔。针对钛合金高效钻孔需求，提出电脉冲辅助螺旋铣孔加工方法，对比研究了有无电脉冲辅助的螺旋铣孔刀具磨损与加工性能，揭示了脉冲电流参数对切削力、切削温度、表面粗糙度和孔径精度的影响规律。试验结果表明，电脉冲辅助螺旋铣孔表面粗糙度比普通螺旋铣孔降低了23.1%，刀具磨损下降了大约20%，孔径的精度也大幅度提升。证实了电脉冲辅助螺旋铣孔能够有效用于钛合金高效钻孔加工。

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基于边界几何方法的铣削加工仿真

张俊, 李怡, 汤伟民, 葛姝翌, 郭德敏, 落海伟

机械工程学报. 2025, 61(13): 418-428. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.418

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铣削力和刀具振动的准确建模是铣削加工仿真的关键。在考虑铣削系统非线性动态再生效应的影响下，将刀具振动和刀具跳动引起的刀具位置变化叠加在铣削加工轨迹中，提出了一种仿真铣削加工过程的边界几何方法。该方法以微元线段表征刀齿与工件的实体特征，通过微元线段之间的几何关系识别刀具-工件切削接触区域和计算瞬时未变形切屑厚度，利用刀齿微元切削扫描区域实现工件的材料去除。基于此，使用微元积分法计算铣削力，然后建立铣削系统的动力学方程，并采用四阶Runge-Kutta方法求解刀具振动位移。为了验证仿真模型的可靠性，分别进行了铣削力和刀具振动位移测量试验。试验结果表明，所建立的仿真模型能够准确地预测铣削力和刀具振动位移，且相对误差小于10%，为后续铣削加工数字化研究奠定基础。

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高球形度钛基复合粉末制备与激光选区成形

赵朔, 郭蒙, 任宇航, 谢依莲, 杨光, 王向明

机械工程学报. 2025, 61(13): 429-439. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.429

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激光选区熔化技术(Selective laser melting, SLM)由于其粉末成分的可控性，被广泛用于新型复合材料制备。基于对粉末床的均匀性和平整度的需求，要求所用粉体具有较高的球形度与粉末粒径错配度。利用高能球磨技术，在氩气环境中分别采用干球磨、湿球磨以及空心混粉三种不同的混粉工艺制备Ti-6Al-4V/TiB₂复合粉末，研究不同介质、不同工艺下磨球、强化相、基体粉末间相互作用机制。研究发现，转速为230 r/min，球磨时间为24 h，无球磨球空心混粉，是使复合粉末保持良好球形度以及保证混合均匀性的最佳混粉工艺。通过对磨球、Ti-6Al-4V及TiB₂颗粒的动态受力分析与能量累积效应研究，发现在高能磨球的冲击下应力焊合机制使增强相与基体粉末间形成强结合，但巨大冲击作用使球形粉末发生了严重变形。提出的新型空心混粉技术在保证Ti-6Al-4V粉末球形度的同时，强化了相与粉末之间形成有力的钉扎作用，为制备高质量块体Ti-6Al-4V/TiB₂复合材料提供了重要的粉体基础，最后利用SLM技术并优化混粉工艺成功制备了块体高性能钛基复合材料，研究其致密度、组织与力学性能之间的关系。

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基于选择性腐蚀的难熔高熵合金电火花线切割加工材料蚀除机制研究

张竟赛, 岳小康, 陈顺华

机械工程学报. 2025, 61(13): 440-448. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.440

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难熔高熵合金(Refractory high entropy alloy, RHEA)通常存在着复杂多变的微观结构、组成相以及严重的元素偏析，使得其电火花线切割加工过程中的材料蚀除机制难以明晰。由于合金组成相之间的元素富集差异以及加工表面存在多孔结构的重铸层，加工样品通常会发生选择性腐蚀。基于这一特性，对具有多相结构的W₁₅(TaVZr)₈₅ RHEA电火花线切割加工样品进行了不同时长的电化学腐蚀处理。通过对不同腐蚀时间后的表面形貌和不同深度处的元素原子分数及分布进行表征与分析，发现该合金在电火花线切割加工过程中基体中的V和Zr元素向重铸层发生了明显迁移。根据组成相与富集元素之间的对应关系以及组成相物理性能和晶体结构稳定性之间的差异性，揭示了电火花线切割加工过程中次要相倾向于被优先蚀除的材料蚀除机制。当前工作为金属材料电火花加工过程中的材料蚀除和重铸层形成机制等研究提供了一种潜在策略。

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基于动态压痕的RB-SiC陶瓷裂纹生成-扩展及材料去除机理研究

刘立飞, 梁奉爽, 吴明阳, 张明德

机械工程学报. 2025, 61(13): 449-460. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.449

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当前，高应变率条件下的SiC陶瓷动态力学性能及其对裂纹生成-扩展规律和材料去除机理的影响机制尚不明确。因此，针对上述机理性研究不足，基于改进的霍普金森压杆装置开展了RB-SiC陶瓷准静态和动态压痕试验研究。结果表明，随着压痕载荷从0.98 N增加到9.8 N，RB-SiC陶瓷的准静态和动态硬度均表现出压痕尺寸效应，且动态硬度高于准静态硬度，材料准静态断裂韧性值逐渐增大，动态断裂韧性值逐渐减小且小于准静态断裂韧性值。相比准静态压痕，动态压痕区材料破碎加剧，棱边裂纹萌生并随载荷增加迅速扩展，直至与对角线裂纹连接形成环状闭合裂纹，导致材料发生剥落去除和块状破碎去除。动态压痕亚表面裂纹倾向于以大量微裂纹形式在压痕区局部扩展，因此，亚表面裂纹以横向裂纹为主，只有少量裂纹沿纵向扩展，亚表面损伤层深度降低。基于研究成果，建立了RB-SiC陶瓷动态压痕裂纹模型，为从物理本质上揭示SiC陶瓷高应变率下的磨削去除机理提供实践借鉴。

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负前角刀具切削圆截面钢筋2D数值分析及考虑切屑堆积影响的切削力计算理论

乔世范, 冯超博, 檀俊坤, 王刚, 李杨

机械工程学报. 2025, 61(13): 461-473. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.461

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盾构截桩时刀具切削钢筋的切削力是影响盾构推进参数的重要因素。主要针对第一次切削时的切削力进行研究，基于二维有限元对负前角刀具正交切削的初始切削阶段进行分析，观察其滑移面模式，结合已有的滑移线理论及剪切带模型，提出在不同切深条件下考虑切屑堆积影响的负前角刀具第一次切削二维圆截面的切削力计算模型，并与数值模拟结果比较。计算模型得出的水平切削力与数值模拟结果相近，误差绝对值最大为33.85%，误差绝对值平均值为14.23%，但竖向切削力计算误差较大，误差绝对值最大为64.2%，误差绝对值平均值为14.06%。同时通过比较分析，发现刀前切屑堆积影响对水平切削力的计算影响较大，而滑移线上平均应力的变化对水平切削力的计算影响较小。所提出的理论计算模型可对刀具水平向受力进行初步估计，可为后续多次切削及其他边界条件下切削二维圆截面钢筋及三维刀具切削钢筋的切削力计算模型提供理论基础及思路，但还需进一步研究及改进本文提出模型以减少其相对于数值计算结果的误差。

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铌酸锂原子级抛光缺陷形貌演化机理研究

郭江, 杨哲, 徐海俊, 李琳光, 王东周, 张鹏飞

机械工程学报. 2025, 61(13): 474-482. https://doi.org/10.3901/JME.2025.13.474

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铌酸锂晶体由于具有优良的压电、声电、电光、非线性光学等特性，被誉为“光学硅”，并已成为探测、通讯等领域中关键器件的重要基体材料。但由于铌酸锂材料自身的软脆特性，在研磨及化学机械抛光过程中不可避免会产生划痕、麻点等缺陷降低器件使用性能，且当前缺陷的演化机理仍不明确。针对现有问题，研究了不同研磨液对铌酸锂表面缺陷产生的影响；探究了不同抛光时间铌酸锂表面缺陷的演化规律；仿真分析了抛光液中磨粒对缺陷的作用情况，阐明了铌酸锂原子尺度抛光的表面平坦化机理。结果表明，使用4% 1 μm粒径氧化铝、0.6% H₂O₂、pH=11的研磨液可有效减小缺陷深度；由于磨粒在抛光过程中对缺陷边缘的冲蚀作用较大，研磨阶段产生的划痕逐渐演化为单一的麻点缺陷；麻点缺陷深度随抛光时间增加而减小，宽度随抛光时间增加先增大后减小。使用新型抛光液抛光9 h后，表面缺陷被全部消除，表面粗糙度Sa由研磨后51.49 nm降至0.10 nm，实现了原子级抛光。

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刊出日期：2025-07-05

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