机械工程学报

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王国庆, 王鹏飞, 李振, 耿新宇, 王昕, 林新

机械工程学报. 2025, 61(16): 1-12. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.001

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航班化运输、载人登月等国家重大任务对先进装备的发展提出了新的要求，其关键部组件的性能指标甚至需要有数量级的跃升。然而，传统设计和制造方法存在材料、结构、制造、功能要素分离的局限，难以满足上述需求，亟须发展能够实现超强性能/功能结构的新制造技术。在前期探索实践基础上，提出超结构制造的概念，并尝试从维度、尺度与序度层面对超结构制造的内涵和特征进行探讨，梳理超结构制造的技术体系，介绍超结构制造方面的若干研究案例，最后从物质利用、能量转化、信息调控视角对超结构制造的应用场景进行分析与展望。通过本文，希望能够广泛凝聚行业研究力量，突破传统理念和范式，开辟超结构制造技术全新学科领域。

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管路制造偏差传递建模与位姿精度不确定性分析

安鹏宇, 张意章, 刘中华, 邹德坤, 张旭方

机械工程学报. 2025, 61(16): 13-27. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.013

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为开展航空发动机外部管路偏差传递建模和位姿精度不确定性分析，首先定义管路弯制的长度偏差、角度偏差、转管偏差，以及焊接长度偏差、翘曲角度和翘曲方向偏差，并结合偏差旋量表示方法建立管路制造偏差传递的指数积模型，进而基于行业标准GJB 3054—97具体化了卡箍安装位置和管路末端连接位置精度评价准则；在此基础上，进一步结合制造偏差均匀和正态概率模型开展管路关键点位姿精度不确定性分析，获得偏差分量对管路整体位姿精度影响的参数全局灵敏度。结果表明偏差旋量和指数积模型能够为管路制造偏差传递建模和位姿精度评价提供有效方法；含有九个制造环节的外部管路模型共需考虑36个偏差分量的耦合影响，其整体位姿精度合格率低于10%；首个弯制和焊接环节对管线整体位姿精度影响最为显著；就偏差类型而言，弯制角度偏差对管路位姿精度影响占比超过75%。为此，工程实践中应加强首个弯制和焊接环节及各环节角度的偏差控制，以提高外部管路整体位姿精度水平。

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基于精细复合缩放多尺度加权排列熵的跨域故障诊断方法

肖扬, 王华庆, 李华, 王庆锋

机械工程学报. 2025, 61(16): 28-39. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.028

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离心压缩机、蒸汽轮机、烟气轮机等大型旋转机械是石油化工企业的核心动力设备，实现设备常见典型故障的智能诊断对于开展智能运维至关重要。针对旋转机械跨域迁移诊断中存在早期微弱故障提取难、抗噪声干扰性能弱、不同故障状态信号特征易混淆以及跨工况数据共性特征学习性能低的难题，研究构建一种有效获取全频带范围微小振荡模式的精细复合缩放多尺度加权排列熵指标，并提出一种旋转机械跨域故障迁移诊断方法。首先，对多源典型故障数据库中原始振动信号分解、筛选和重构并提取其敏感共性特征；其次，采用多核孪生集成特征学习策略不断迭代提升模型对转子不平衡、轴系不对中、动静碰摩、油膜涡动和喘振五类源域故障特征的学习分类性能；然后，利用半监督流形特征迁移策略缩小目标域和源域特征分布差异，并通过强分类器映射匹配故障类别标签；最后，基于真实工程故障案例数据验证了该方法的有效性，并与文献公开的五类熵特征和六种故障诊断方法进行对比，表明所提方法对不同设备多工况条件下的跨域故障具有更优越的诊断性能。

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基于勒贝格采样的锂电池“单体→成组”迁移驱动寿命预测

吕东祯, 张斌, 向家伟

机械工程学报. 2025, 61(16): 40-56. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.040

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单体电池寿命预测研究是当前的热点，而电池组的退化过程由于涉及多个单体电池的叠加效应，进一步增加了预测的复杂性。一方面，现有电池组寿命预测研究的样本数量较为有限，且过度依赖于对未来电流和电压信息的提前获取，难以实现真正的寿命预测，无法满足实际应用需求。另一方面，随着机器学习方法的广泛应用，计算资源日益紧张，因此在保证预测准确性的前提下，如何大幅提升预测方法的计算效率成为一项亟待解决的重要课题。为此，首先设计试验对单体电池和电池组之间的退化过程进行了研究。然后，提出一种基于勒贝格采样的锂电池“单体→成组”迁移驱动寿命预测方法。该方法引入勒贝格采样技术，实现时间空间特征的提取以及差分模型的构建，优化目标域和源域之间的邻域差异，快速精准地计算勒贝格抵达时间的概率分布。在仅采用单体电池的退化数据进行训练后就成功预测电池组的失效寿命。所提出的方法在早期预测场景以及实时预测场景均获得了1.5%左右的寿命预测误差，在此基础上还实现了毫秒级至秒级的计算效率，整体的预测精度以及计算效率均大幅领先现有诸多成熟的寿命预测方法。

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面向紧耦合协作空间的人-机点云快速重建与碰撞检测方法研究

董元发, 黄继涛, 黎海凡, 周彬, 彭巍, 安友军

机械工程学报. 2025, 61(16): 57-69. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.057

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高可靠的人机碰撞检测是紧耦合协作空间下机械臂安全运行面临的主要挑战。针对紧耦合协作空间下点云遮挡导致人体障碍空间感知不全、障碍包络空间冗余导致协作机械臂姿态规划失败等问题，结合人机骨架信息与稀疏采样方法实现了人机点云的快速重建，提出一种基于体素逼近策略的紧凑型轴对齐包围盒生成与碰撞检测方法，并结合某型减速器人机协作典型场景验证了所提方法在人体障碍空间感知的精准度。试验结果表明作者所提方法能够在不损失效率的前提下实现人机点云的快速、完整重建与碰撞检测，可有效减少障碍包络空间体积92.38%，扩大机械臂避障运动空间1.15 m³。

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基于WGAN的多维数据生成方法及其在RUL预测中的应用

张晟斐, 李天梅, 胡昌华, 司小胜, 张博玮

机械工程学报. 2025, 61(16): 70-82. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.070

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考虑到大数据背景下随机退化设备监测数据呈现出“碎片化、高维化、不完整”的特点，提出一种存在数据缺失情形下的随机退化设备剩余寿命(Remaining useful life, RUL)预测方法。面向非理想的传感器数据，基于Wasserstein生成对抗网络(Wasserstein generative adversarial network, WGAN)分析利用数据隐藏信息，扩充补全不连续的时间序列，从而改善数据质量。此外，考虑到多性能退化变量相互耦合、相互影响，采用Hausdorff距离分别从时间和空间属性上衡量数据之间的多维相似度，深度挖掘各变量之间的潜在关联。最后，融合多源传感器监测数据，构建设备性能退化模型，通过退化特征首达失效阈值的时间实现RUL预测。

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粉末热等静压离散元-有限元耦合模拟与形变预测

郭磊, 田文卿, 陈辉, 蔡超, 史玉升

机械工程学报. 2025, 61(16): 83-91. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.083

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粉末热等静压(Hot isostatic pressing, HIP)过程中，不均匀的粉末初始密度分布会引起包套和零件的不均匀收缩。粉末初始相对密度信息对提高数值模拟中的零件变形预测精度至关重要。介绍一种新的粉末热等静压工艺的数值模拟方法，将离散元填粉结果中的相对密度信息原位添加至有限元模型中进行形变模拟。该方法能够在有限元模型中耦合离散元粉末相对密度信息，并提高轮廓预测的准确性。比较离散元-有限元耦合模型、单一有限元模型的轮廓预测精度，证明耦合模型预测精度更高，局部误差最多减小0.71 mm。通过改进焊接位置的几何轮廓和材料属性，可以进一步提高模拟精度。离散元-有限元耦合模型为粉末热等静压提供了一种更加准确的预测方法，并且在圆柱形包套上进行了规律性探索，有望对复杂零件的模拟提供新思路。

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内陷形微通道流动传热分析及结构参数影响规律研究

邓大祥, 张全福, 曾龙

机械工程学报. 2025, 61(16): 92-101. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.092

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为克服传统微通道传热性能受限问题、实现强化传热，采用数值模拟方法，研究具有上部狭缝、下部凹腔的内陷形微通道单相流动传热特性，并探究凹腔直径、狭缝宽度、狭缝高度等结构参数对内陷形微通道流动换热性能的影响规律，实现内陷形微通道结构参数优化。结果表明：随凹腔直径、狭缝宽度增大，内陷形微通道传热性能均呈现增大趋势，而狭缝高度对内陷形微通道传热性能影响较小。微通道独特内陷形结构破坏了热边界层的正常连续发展，并引起节流效应使得凹腔内热边界层变薄，从而强化传热。随凹腔直径、狭缝宽度增大，其流动压降逐渐减小，而狭缝高度增大则导致流动压降趋于增大。以内陷形微通道换热、压降综合性能来考虑，优选凹腔直径0.9 mm，狭缝宽度0.4 mm，狭缝高度0.2 mm。从而为高性能微通道散热器提供了新的微通道结构形式，并为其设计与制备提供了依据和参考。

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基于结构应变参数的焊接结构高/低周疲劳行为统一分析方法

雷林森, 李向伟, 邢世柱, 刘小超, 李永哲, 裴宪军

机械工程学报. 2025, 61(16): 102-115. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.102

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工程焊接结构服役条件日益严苛，导致其在服役周期内往往会承受高/低周疲劳载荷的共同作用。为统一分析高/低周疲劳载荷给焊接结构造成的疲劳损伤，对结构应力参数进行扩展，给出结构应变参数定义。针对工程应用中普遍存在的三种横向约束条件及三种弹塑性本构模型，提出根据截面合力及合力矩计算结构应变参数的具体方法。结构横向约束条件包括平面应力、平面应变和给定三维应力约束因子条件；弹塑性本构关系包括线性强化模型、Ramberg-Osgood硬化模型和自定义应力-应变曲线硬化模型。利用结构应变方法及主E-N曲线对872组不同母材焊接结构的高/低周疲劳数据进行分析。结果表明，等效结构应变参数可以统一分析不同母材焊接接头的高/低周疲劳数据。相对于等效结构应力参数，等效结构应变是用于评估焊接结构疲劳行为的更普适疲劳参数，可以统一分析不同母材、不同接头类型的焊接接头高/低周疲劳行为。

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利用微热压印与光刻蚀硅模在钛合金表面构建耐久超疏水结构

章雨, 艾如玉, 高岩

机械工程学报. 2025, 61(16): 116-128. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.116

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仿生微纳结构的超疏水表面具有独特的非润湿性和自清洁特性，应用前景广阔，但是已报道的微纳结构普遍存在机械耐久性差的问题。因此，构建兼具良好机械耐久性的超疏水表面成为目前超疏水表面的重点研究方向。在应用广泛的TC4(Ti6Al4V)钛合金表面构建仿生微纳结构，首先通过光刻蚀法(光刻+湿法刻蚀)制备出具有微米级金字塔结构的硅模板作为模具，接着通过微热压印在钛合金表面压制出连续倒金字塔形微米框架结构；之后采用水热法在倒金字塔形微腔中原位生长TiO₂纳米结构，并进行低表面能物质修饰，获得钛合金超疏水表面。全面评估了不同环境对所构建微纳复合结构超疏水性能的影响。结果表明，在700 ℃、60 kN压印条件下，硅模板金字塔微结构能够精确地复制到钛合金表面，水热反应生成的TiO₂纳米结构能够均匀铺满倒金字塔型微腔表面。倒金字塔形微米框架结构对TiO₂纳米结构提供了有效保护和力学支撑，获得的钛合金超疏水表面具有良好的耐久性能、耐腐蚀性能和自清洁性能。

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低稀土镁合金在峰时效下的弥散析出及强化机制

张一凡, 聂慧慧, 陈洪胜, 郑留伟

机械工程学报. 2025, 61(16): 129-136. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.129

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高强稀土镁合金在航空航天和交通运输等领域具有广阔的应用前景，然而通过提高稀土含量获得高强镁合金的常规技术手段大幅增加了材料制备成本，因此亟待开发一种稀土含量较低的高强度低成本镁合金。探索Mg-5.3Gd-4.1Y-0.13Zr固溶态镁合金在轧制变形及后续时效过程中的组织性能演变规律，定量计算各强化手段的贡献值，重点阐明峰时效下特殊的析出强化机制。结果表明：全时期都存在的立方型化合物Mg₅(GdY)主要分布在晶界处，尺寸从40 nm到300 nm不等，质地较软，强化效果差。峰时效下观察到2~6 nm椭球状析出相弥散分布在基体中，由于稀土元素含量较低，该析出相只形核、不长大，对合金具有显著的强化作用。峰时效下，合金的屈服强度达到341.14 MPa，其中析出强化的贡献值为159 MPa，占比高达47%；抗拉强度达到504.40 MPa，优于多数Mg-Gd系和Mg-Gd-Y系合金。这是在低稀土含量条件下，通过调控析出相的形核生长行为从而调控其形貌及分布，最终获得高强镁合金的新方法，为借助析出相调控来设计开发高强稀土镁合金提供了新原理和新思路。

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尺寸效应对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

徐犇, 杨冰, 王栓程, 肖守讷, 阳光武, 朱涛

机械工程学报. 2025, 61(16): 137-145. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.137

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为研究载荷类型和试样尺寸对EA4T车轴钢疲劳性能的影响，首先采用旋转弯曲和轴向拉压两种加载方式，对最小截面直径分别为3 mm、6 mm和10 mm的EA4T车轴钢试样进行了疲劳试验；然后，利用高应力体积和威布尔分布理论分析载荷类型和试样尺寸对疲劳性能的影响；最后，基于应力梯度理论对材料的疲劳极限进行预测。结果表明：在试样最小截面直径相同的情况下，旋转弯曲加载条件下得到的疲劳强度总是大于轴向拉压加载条件下的结果；旋转弯曲加载条件下，疲劳强度随试样最小截面直径增大而减小，但在轴向拉压加载条件下并无该趋势，试样疲劳强度与最小截面直径无明显关联性；尺寸变化引起的应力梯度差异是EA4T车轴钢试样表现出尺寸效应的主要原因；量化了两种载荷类型疲劳极限之间的关系，提出的疲劳极限预测方法对试验数据有良好的拟合效果，可为EA4T车轴钢的疲劳极限预测提供参考。

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基于辊面位移非线性补偿的极薄带轧制过程前滑预报模型研究

任忠凯, 许雅楠, 陈佳钊, 刘晓, 刘亚星, 王涛

机械工程学报. 2025, 61(16): 146-156. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.146

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前滑作为极薄带轧制过程中的重要指标参数，直接影响到轧制稳定性与工艺参数的设定。针对极薄带轧制过程中前滑预报问题，通过分析以Dresden公式、Fleck模型、有限元法等前滑计算典型方法与计算结果，得出对于Fleck模型在极薄带轧制过程前滑值计算中具有较强的适应性。同时，考虑极薄带轧制变形区实际辊面对Fleck模型中辊面位移的影响及产生的计算误差，提出辊面位移对前滑值的趋势影响因子的概念，分析不同压下率、摩擦因数、带材屈服强度、前张力、后张力等工况下对趋势影响因子对前滑的影响规律。基于最优趋势影响因子与辊面位移4阶多项式补偿，基于不同工况参数对补偿系数的随机森林重要度评分，建立基于辊面位移非线性补偿的极薄带轧制过程前滑预报模型，并进行了模型验证，实现了极薄带轧制过程前滑值的准确预报，为极薄带轧制稳定性与工艺参数设定提供了理论支撑，具有较大的推广应用价值。

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功率调制振镜扫描激光辅助脉冲TIG深熔焊机制

张刚, 康治, 蒙旭, 石玗, 樊丁

机械工程学报. 2025, 61(16): 157-165. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.157

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针对中厚板六氟化铀容器高效无衬板打底单面焊双面成形的工程技术需求，提出一种功率调制振镜扫描激光辅助脉冲TIG深熔焊接方法，建立其焊接试验平台，开展多组有无功率调制振镜扫描激光辅助的脉冲TIG焊接工艺试验，研究电弧-熔池动态演化及熔池背部温度场分布特征规律，揭示功率调制振镜扫描激光辅助脉冲TIG熔深增加的物理机制。结果表明，此工艺能够稳定实现Y型坡口6 mm钝边对接缝的单面焊双面成形；当激光功率从1 800 W减至720 W再增至1 080 W时，熔池背部峰值段均温在1 700~1 850 ℃范围，基值段均温在1 550~1 600 ℃范围，激光对熔池的热作用不明显；而理论计算金属蒸汽反冲压力为0.017 N，激光对熔池的力作用显著。高能束激光瞬间汽化熔池底部微区域液态金属，产生较大金属蒸汽反冲压力，穿透金属薄膜形成小尺寸熔孔，且电弧穿过熔孔被径向压缩，能量密度提高，将电弧热传至熔池底部进一步熔化金属形成全熔透熔池是实现深熔的物理本质。

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航空钛合金电阻点焊的动态特征分析

易润华, 邓黎鹏, 刘奋成

机械工程学报. 2025, 61(16): 166-179. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.166

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当前对电阻焊中多参数动态特征的规律缺乏系统性研究。钛合金电阻点焊过程中的动态特征与焊接质量有着密切的关系，采用智能型三相次级整流点焊机的数据采集系统及可视化功能获取动态信息，分析点焊过程各阶段的特点，对比研究通电阶段电极压力、焊接电流和电极位移在不同工艺参数条件下的动态特征及其变化规律，提取反映焊点质量的动态特征量。结果表明，压力动态变化同步于焊接电流，而电极位移滞后于焊接电流，每周压力均值、电流有效值和电极位移变化特征在整个通电期间的前期动态变化幅度比较大，后期变化平稳，焊接过程中的压力变化量、电流有效值变化率、位移上升率、最大位移量等动态特征量受到点焊工艺参数焊接压力、焊接电流和焊接时间的重要影响，从而影响最终的点焊质量，可作为焊接质量评定的指标。为钛合金点焊在线质量监测提供了基础。

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锂离子电池快速充电策略设计研究进展

毛阳阳, 邓海鹏, 王冰川, 王勇

机械工程学报. 2025, 61(16): 180-203. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.180

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作为新型储能器件的代表，锂离子电池因其优异的性能表现与环保特性得到广泛应用。然而，无论是低速充电导致的漫长充电时间，还是快速充电导致的电池退化仍然是阻碍锂离子电池进一步推广与发展的关键问题。鉴于此，对锂离子电池的快速充电策略进行设计成了近年的一个研究热点。为了总结研究进展，从快速充电策略设计的核心内容充电问题描述、电池模型建立、充电方法设计三个方面对现有的研究进行了系统的综述。首先，介绍快速充电策略设计的研究背景，调查充电问题的优化目标、约束条件、设计变量的设置方式；然后，简述锂离子电池的内部机理与几种常用的电池模型，并归纳融合机器学习的建模方法；接着，重点分析现有的不同充电方法，并根据方法特点进行分类与讨论；最后，基于研究现状总结未来的可能研究方向，希望为学者提供研究思路以设计更高效、更易应用的快速充电策略。

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基于内模控制框架的机电复合传动系统扭转振动抑制策略

刘辉, 杨殿钊, 高普, 张伟, 焦佳新, 严琦, 关双元, 项昌乐

机械工程学报. 2025, 61(16): 204-216. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.204

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机电复合传动系统(Electro-mechanical transmission，EMT)是一种将电驱动系统和传动系统集成于一体的复杂系统，其特性在特殊工况下会迅速恶化，该问题可通过主动扭振抑制策略有效解决。然而，大多减振策略基于过度简化的模型开展，导致其与实际场景的匹配性差。另外, 大多控制策略在改善振动情况时易造成响应延迟问题。为改善上述问题，搭建了EMT27自由度扭转振动模型，提出一种基于模态贡献评价和刚度灵敏度分析的模型降阶方法，实现将模型由27个自由度降阶至5个自由度且使0~100 Hz模型相似度高达99.89%的效果。针对扭振强抑制与响应小延迟的固有矛盾问题，探究驱动转矩激发EMT扭振的机理，优化驱动转矩频域中的主频和能量分布，设计干扰至半轴转矩的理想传递特性，最终基于降阶模型提出一种的EMT扭振抑制内模控制策略(Internal model control-based torsional vibration suppression，IMC-TVS)。经仿真与试验验证，IMC-TVS相比PID和线性二次型调节器在扭振抑制方面具有较好的先进性和实时性。

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混合动力车辆滑摩起动离合器扭矩实时估计方法

彭程, 陈俐

机械工程学报. 2025, 61(16): 217-226. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.217

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混合动力车辆中的滑摩起动过程中，需要通过离合器滑摩作用进行发动机的拖起。然而，离合器滑动摩擦性质会随温度、转速差等因素发生变化，使离合器滑摩扭矩的实际值与名义值之间出现极大的偏差，导致基于离合器滑摩扭矩名义值的滑摩起动控制与补偿失效。据此，提出一种基于未知输入观测器的扭矩实时估计方法用于估计滑摩起动过程中离合器滑摩扭矩。由于滑摩起动过程中离合器两端转速差会急剧减小，湿式离合器润滑油带来的黏性摩擦阻力不可忽略，因此建立基于“库仑+黏性”摩擦的离合器滑摩扭矩模型，并进行试验验证。开展台架试验，对不同油温和初始转速差工况下滑摩起动过程中的离合器滑摩扭矩进行实时估计，结果显示该估计算法有较好的精度。

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基于端云协同优化的混合动力车辆实时能量管理策略研究

杨超, 杜雪龙, 王伟达, 杨刘权, 项昌乐

机械工程学报. 2025, 61(16): 227-238. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.227

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改善燃油经济性与降低计算资源的占用是提升网联式混合动力车辆性能的重要途径。为了实现这一目标，提出一种基于端云协同优化的混合动力车辆实时能量管理策略。为了有效利用云端存储的驾驶工况信息，设计一种子工况划分方法，利用划分后的子工况构建拟合函数以减轻车端的在线优化负担。提出触发式端云协同优化策略，推导获取事件触发周期并据此设计综合事件触发机制，实现非触发时刻降低计算量和参数更新频次，触发时刻结合拟合解完成动作修正改善车辆实时运行性能。结果表明，所提出的触发式端云协同优化策略在不同测试场景下能够显著改善车辆的燃油经济性，同时有效降低了控制动作输出的计算成本，策略的应用潜力在混合动力试验台架上得到了验证。

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基于体素特征注意力的交通锥桶点云目标检测算法

练秋酉, 郑少武, 涂新奎, 李巍华

机械工程学报. 2025, 61(16): 239-249. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.239

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交通锥桶是道路可行驶区域边界的重要标识之一，精确高效的交通锥桶检测对自动驾驶汽车安全行驶具有重要意义。针对现有交通锥桶点云目标检测方法存在特征提取能力弱，无法关注到空间中的关键信息而导致鲁棒性和精度较差的问题，提出一种基于体素特征注意力的交通锥桶点云目标检测算法，称为AttenPillar。以PointPillars作为基线模型，并采用编码器-解码器结构作为主干网络，同时将ReLU激活函数替换为GELU(Gaussian error linear unit)激活函数。为了更好地捕捉特征，提出混合域注意力机制模块PillarWise，它能够聚合体素中点的特征，并利用混合域注意力机制生成注意力张量。通过在网络主干的输入和输出特征层与注意力张量之间进行混合域注意力操作，能够减少下采样过程中的空间几何信息损失，并增大输出特征图中非空体素的权重。这使得网络能够更关注非空体素部分，从而充分提取不同点云数量的体素中的点云特征。最后通过检测头输出三维预测框。采集并构建交通锥桶点云数据集进行算法验证，所提算法相较基线模型PointPillars在BEV AP(IoU=0.7)、3D AP(IoU=0.7)分别提升10.90%、14.41%，在嵌入式计算设备NVIDIA AGX Xavier上速度可达78.86帧/s，在保证实时性的前提下，有效提高了锥桶检测精度。

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轴向柱塞泵配流副温度分布压力影响试验研究

段仪征, 侯潇男, 吴维, 苑士华

机械工程学报. 2025, 61(16): 250-258. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.250

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配流副作为轴向柱塞泵的关键摩擦副之一，其温度分布直接关系着轴向柱塞泵的使用性能和工作寿命。为了得到负载压力对配流副油膜温度分布的影响规律，提出配流副温度原位测试方案，对比5种常用插值方法的均方根误差，其中采用基于格林函数的双调和样条插值拥有最小的插值误差。测量7种压力下的油膜温度，并将采集到的离散温度信息通过相应插值算法反演得到配流副油膜温度场。结果表明，最高温度出现在下死点高压侧脱离区，最低温度出现在低压侧加强筋处。下死点高压侧脱离区平均温升最大，且随着负载压力的升高先下降，在15 MPa时达到最小，之后上升。低压侧加强筋处的平均温升最小。测点最大温升随负载压力的升高呈现先下降后上升，而平均温升和最小温升受压力影响相对较小。原位测试方案能够获得配流副更为准确的油膜温度，后续可从优化配流盘三角槽结构的角度进行进一步研究。

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考虑多辆前车影响的混动汽车速度规划与节能控制协同优化

张风奇, 张涛, 解少博, 田泽杰, 胡晓松

机械工程学报. 2025, 61(16): 259-272. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.259

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跟车场景中，速度规划与能量管理协同优化有助于提升能效。然而，前方车辆速度波动均会影响主车的速度规划，进而影响跟车安全性、经济性及舒适性等。针对由多辆前车构成的跟车场景，首先，采用极限梯度提升算法预测前方车辆速度，并与多种预测方法进行对比；在此基础上，结合可变车间时距和人工势场法，建立考虑多辆前车影响的可变车间时距策略，进而以车辆安全性、舒适性和经济性等为目标函数，运用模型预测控制实施车速规划与能量管理协同优化。最后，对分层控制、协同控制以及不同车间时距策略的协同控制进行综合分析，结果显示，与固定车间时距策略相比，采用可变车间时距的协同控制策略不仅能够优化主车速度，而且可令用车成本减少4.3%。

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基于轨面状态模糊辨识的高速列车最优黏着控制策略研究

苗堉淏, 凌亮, 杨云帆, 王开云, 翟婉明

机械工程学报. 2025, 61(16): 273-282. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.273

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针对低黏着接触状态下高速列车车轮易打滑问题，提出一种基于轨面状态模糊辨识的最优黏着控制策略。为了实现轮轨最优黏着利用的目的，通过模糊逻辑推理判断当前轨面黏着状态与标准轨面的相似程度，实时辨识其最优轮轨蠕滑率阈值，然后利用PID控制算法对电机输出转矩进行调整。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立高速车辆-轨道垂纵耦合动力学模型，对比分析复杂黏着条件下不同防滑控制策略对轮轨系统动态相互作用的影响。仿真结果表明，在复杂黏着条件下，相比于方差辨识方法，模糊辨识方法能够更稳健地判别轨面黏着状态并计算最优轮轨蠕滑率阈值。PID控制算法可及时对电机转矩做出调整，实现对车轮空转打滑现象的预防抑制。因此采用基于轨面状态模糊辨识的最优黏着控制策略可有效提高轮轨黏着利用率。

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基于车轮踏面凹磨演化控制的动车组运行稳定性优化研究

王泽根, 宫岛, 周劲松, 刘广宇

机械工程学报. 2025, 61(16): 283-292. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.283

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某型动车组列车在正常服役过程中，出现了因车轮踏面凹磨不断发展导致的列车运行稳定性显著下降的问题，为了提升车辆的运行稳定性并保证列车的行车安全，开展了车轮踏面磨耗和构架振动特性的跟踪试验研究，提出一种基于车轮踏面凹磨演化控制的动车组运行稳定性优化方法，从踏面磨耗源头着手解决稳定性低下问题。该方法提出采用凹磨位置、凹磨深度和凹磨宽度来定义车轮踏面的凹磨状态，然后基于BP神经网络建立实测踏面凹磨参数与等效锥度的映射关系模型，分析得到低等效锥度对应的凹磨参数特征，再筛选出关键车辆动力学参数并开展正交优化来改善车轮踏面的凹磨状态，进而提升车辆的运行稳定性。结果表明，通过该方法优化后，同公里数的车轮踏面凹磨深度降低了14.46%，踏面凹磨状态得到明显改善；同公里数的车轮等效锥度降低了16.39%，构架横向振动加速度降低了32.02%，车辆的运行稳定性得到显著提升；同时优化后的车辆平稳性和安全性仍满足标准要求。本研究将踏面凹磨演化和稳定性下降问题协同考虑，提出的优化方法可为其他高速列车稳定性下降问题的治理提供一定参考。

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基于波高与光伏实时预测的光柴储无人艇能量管理策略

付助, 陈伟民, 陈俐

机械工程学报. 2025, 61(16): 293-304. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.293

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光柴储混合动力系统可延长常值守无人艇航程，支持不间断执行任务，提升深远海海上维权水平。然而在复杂海况下，波高时变性与光伏间歇性引起动力系统负载侧和供能侧双边功率大幅波动，给能量管理带来挑战。为此，提出一种基于波高与光伏实时预测的能量管理策略。建立基于卷积神经网络(Convolutional neural network，CNN)和长短期记忆网络(Long short-term memory，LSTM)相结合的CNN-LSTM混合模型进行波高与太阳辐射强度实时预测，进而获得复杂海况下未来负载需求功率和光伏功率；采用模型预测控制(Model predictive control，MPC)进行能量流实时分配，并与采用传统预测方法的MPC能量管理策略相比较，硬件在环试验结果表明提出的方法在高海况下显著提升能效；以最大光伏功率和平均负载需求功率构建的无量纲工况因子可反映不同海况特征。相关性分析表明，无量纲工况因子与能效提升度显著相关。提出的方法可提高光柴储无人艇能量管理策略的航行环境适应性，具有工程指导意义。

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基于无人直升机的多连杆仿生腿起落架系统集成与验证技术

任佳, 刘小川, 王计真, 高峰, 孙竞, 尹科

机械工程学报. 2025, 61(16): 305-320. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.305

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针对传统的无人直升机起落架系统存在的智能化水平低和复杂地形着陆适应性差的问题，设计出一种基于多连杆构型的仿生腿起落架系统，作为原有固定式起落架的有效补充。在分析应用场景需求的基础上，给出仿生腿起落架的设计理念和总体构型，在基础上进行系统集成和验证技术的研究。首先，基于六腿式设计构型，提出仿生腿起落架的结构设计和驱动/ 控制系统设计方法；然后，用于某型无人直升机验证平台，构建仿生腿起落架物理样机，提出飞控-腿控-地形识别系统的协同控制与融合设计方法；最后，通过样机，完成了全机振动特性测试试验和地面共振分析、实验室承载能力测试、外场飞行着陆验证等试验。研究结果表明，多连杆仿生腿起落架可实现占最大起飞重量不大于25%的轻量化设计，能够在起伏不大于200 mm的非结构地形着陆，其驱动/控制设计方法有效实现了起落架着陆过程的缓冲和机身的稳定性控制，可作为起落架的有效补充，实现无人直升机的野外非结构地形自适应着陆，相比于传统起落架具备可折叠、着陆姿态调整、复杂地形适应等优点。

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基于改进PNM控制的并联数字阀及其系统主动容错控制研究

王佩, 高紫乐 LINJAMA Matti, 王定煜, 姚静

机械工程学报. 2025, 61(16): 321-337. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.321

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并联数字阀由多个结构简单、耐污能力强且可靠性高的开关阀组成，具备独特硬件冗余优势，一定程度保证了系统安全可靠性。然而，长期高频切换不可避免会导致其组成阀发生卡滞和泄漏等故障，使得原有开关组合控制失效，无法匹配目标需求，导致性能降级。因此，提出改进的脉冲数调制(Pulsenumber modulation, PNM)控制及故障自适应循环切换控制在减少切换次数下保证控制精度与各阀切换均匀性。在此基础上，提出基于信号自适应重构的主动容错控制方法改善故障性能。首先，介绍并联数字阀工作原理，基于高速开关阀的典型故障建立各故障下并联数字阀流量模型，利用并联数字阀独特的冗余特性，设计自适应信号在线重构以实现剩余功能重组与典型Ⅰ、Ⅱ类故障的容错机制，建立故障发生在泵侧和油箱侧的容错流量方程，设计不同工况下容错切换监督控制，分析不同工况下两类典型故障信号并联数字阀自适应重构机制与阀组协同控制下交叉错流的容错补偿效果，形成自适应主动容错补偿控制方法，优化故障下系统性能并保证可靠运行。基于等编码并联数字阀控缸试验台进行容错试验，结果表明，Ⅰ类故障最大误差可减少约27%；Ⅱ类故障最大误差可减少约12%，平均误差减少约12.5%。

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三维高分辨率流场重构的深度学习方法

战庆亮, 刘鑫, 白春锦, 葛耀君

机械工程学报. 2025, 61(16): 338-346. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.338

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获得机械结构中的三维高分辨率流场对机械设计与优化尤为关键。然而受机械结构及传感器的尺寸等因素制约，难以直接获取三维高分辨率的流场数据，而基于二维卷积的深度学习方法无法直接处理三维时变流场数据。针对上述问题，提出基于有限测点流场时程样本的三维高分辨率流场的深度学习重构方法。对高雷诺数(Re=2.2×10⁴)下方柱绕流样本进行了建模与训练，得到三维湍流场的低维表征模型，进而构建高精度的坐标-表征编码的映射关系，实现流场的三维高分辨率重构，与目标值吻合良好。证明了方法能够实现三维湍流场的高分辨率重构，可为机械流动问题中基于测点传感器的时程数据分析提供新的方法。

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点阵结构天线窗力热电性能表征与耦合分析方法

葛明璇, 杨利鑫, 李彦斌, 费庆国

机械工程学报. 2025, 61(16): 347-357. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.347

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点阵结构具有比刚度高、耐热性能好、透波性能优、可设计性强等优点，能够满足高速飞行器天线窗多功能的使用需求。针对点阵结构天线窗分析方法缺、设计迭代周期长的问题，提出一种针对点阵结构的力热电耦合分析方法。基于均匀化方法给出点阵结构力/热性能表征方法，基于S参数反演法给出点阵结构电磁性能表征方法，建立点阵结构力热电耦合分析方法；研究点阵结构设计参数对天线窗力学性能、热性能及电性能的影响规律，提出点阵天线窗力热电性能的关键设计指标。研究结果表明：所提出的点阵结构力热电耦合分析方法具有较好的精度，误差小于4.32%；胞元杆径与边长的比值是点阵结构的关键设计指标，点阵天线窗的力学、热学、电磁性能取决于胞元杆径与边长的比值，该值越大点阵天线窗的刚度越大、导热性能越好、透波性能越差。所提出的点阵结构力热电耦合分析方法为点阵天线窗的性能分析提供了一种解决方案。

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含AI模型机电系统环境适应性试验与评估方法

张书锋, 宋国锋, 李兴格, 陈循

机械工程学报. 2025, 61(16): 358-373. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.358

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机械化、信息化和智能化的深度融合是未来装备的发展趋势，越来越多的人工智能(Artificial intelligence, AI)模型嵌入机电系统，其环境适应性评估不仅需要考虑硬件失效，更需要考虑环境对AI模型功能的影响。针对含AI模型机电系统的环境适应性评估需求，以数据分布度量函数为切入点，讨论含AI模型机电系统的环境适应性内涵，构建基于数据分布度量的环境适应度评价指标。考虑到基于性能数据的建模方法可以提供更多定量化信息，能够将模型性能变化数据与环境适应度函数结合起来，分别提出基于性能变化轨迹和性能变化量分布的环境适应性定量评估方法。最后，以含AI模型视觉感知系统为例，选择浓雾恶劣天气和振动两种环境应力开展试验，获取视觉感知系统元数据集在不同测试环境样本下的性能变化量，得到系统的环境适应度曲线和平均失效差异值，验证方法的准确性与有效性。

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铸造过程带批处理机的绿色混合流水车间调度研究

王静, 唐红涛, 雷德明

机械工程学报. 2025, 61(16): 374-383,393. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.374

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针对铸造过程带批处理机(Batch processing machines, BPM)的绿色混合流水车间调度问题(Energy-efficient hybrid flow shop scheduling problem, EHFSP)，提出一种反馈人工蜂群算法(Feedback-based artificial bee colony, FABC)以同时最小化最大完成时间、总延迟时间和总能耗。该算法采用两个雇佣蜂群之间的新型协作方法以及三种搜索情形：雇佣蜂阶段与跟随蜂阶段或雇佣蜂阶段与协作或雇佣蜂阶段，根据两个雇佣蜂群进化质量和自适应阈值建立反馈机制以在每一代动态决定执行哪种情形。设计新型侦察蜂阶段以及重组操作。通过试验来验证FABC的性能，试验结果表明FABC在求解所研究的EHFSP方面具有较强的优势。

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基于互信息和BO-LSTM的挖掘机液压系统压力软测量

谭林, 马伟, 殷晨波, 杨中良, 王大宇

机械工程学报. 2025, 61(16): 384-393. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.384

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压力信号是参与挖掘机电液比例控制的重要参数。目前，压力信号的获取依赖于压力传感器，但在恶劣的工作条件下，传感器容易出现故障，导致挖掘机控制失效。因此，提出一种基于长短时记忆(Long-short term memory, LSTM)网络的压力软测量模型。先分析SY375IDS挖掘机的液压系统原理，然后利用互信息法(Mutual information, MI)，确定了模型的输入。为了解决LSTM网络超参数选择困难的问题，利用贝叶斯优化(Bayesian optimization, BO)算法进行调优。最后，使用挖掘机90°甩方作业的实测压力数据验证了该模型的有效性。试验结果表明，与其他模型相比较，基于BO-LSTM的压力软测量模型具有更高的准确性和稳定性。考虑到多个传感器同时失效的情况，进行了进一步研究，构建基于BO-LSTM的多输出传统预测(Multi-output traditional prediction, MOTP)模型和多输出循环预测(Multi-output cyclic prediction, MOCP)模型。通过试验比较，MOCP模型表现出更优异的性能。

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潮流能水轮机两机组尾流相互作用试验

张智, 郑源, 刘志强, 王日升, 臧伟, 李城易

机械工程学报. 2025, 61(16): 394-402. https://doi.org/10.3901/JME.2025.16.394

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为探究单排两机组不同间距布置下的尾流场特性变化规律，在循环水槽进行潮流能水轮机两机组模型试验，并通过小威龙流速测量仪(Acoustic doppler velocimetry，ADV)测速仪对三个间距布置下的尾流场进行速度测量。试验结果表明：机组近尾流横向分布叶尖位置附近湍流强度较高，上下支撑柱对近尾流垂向分布影响强烈。间距小于2D后相邻尾流出现较明显融合现象，当相邻尾流完全融合后，越小的机组间距会导致越大的尾流速度亏损峰值。不同横向间距布置对两侧水轮机旋转中心线处的尾流垂向分布影响不大，而间距2D时两机组对称中心线处会出现良好的水流加速效果，可在其下游交错布置水轮机加以利用。两机组尾流相互作用试验研究结果可为合理布置多机组阵列提供参考。

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刊出日期：2025-08-20

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