机械工程学报

Select

王维民, 刘延振

机械工程学报. 2026, 62(2): 1-16. https://doi.org/10.3901/JME.260035

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

叶片振动与叶尖间隙是反映航空发动机运行状态的关键参数，蕴含着丰富的故障与健康信息。通过实时监测与深度分析，可实现发动机的故障诊断与早期预警。综述叶片振动接触式测量方法以及叶尖定时和叶尖间隙等非接触式测量方法，介绍近年来国内外相关技术研究的重要成果，主要阐述叶片振动类型及典型故障、监测及辨识方法、故障诊断及预警方法共三个方面。其中，重点探讨这些技术在颤振、喘振和碰摩等典型故障中的应用。最后，从高精度高速采集、机理及演化路径、多源融合测试、故障数据库优化以及机器学习智能诊断五个方面，对基于叶尖监测的航空发动机故障诊断与预警技术的未来发展趋势进行了展望。

Select

基于热电式传感器的测温方法及其在智能刀具中的应用现状综述

韩文康, 赵金富, 刘战强, 王兵, 汪澎洋, 宋清华, 任小平, 王赵鑫

机械工程学报. 2026, 62(2): 17-34. https://doi.org/10.3901/JME.260151

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

准确测量切削温度可以为阐明切削机理与验证温度理论提供依据，指导切削参数与切削工艺的优化，进而改善切削高温、刀具磨损及加工表面质量等。基于热电效应及电阻热效应等热电式传感器的测温方法因其满足多种测温需求且在智能刀具中得到较好的应用。因此综述了目前基于热电式传感器的切削温度测量方法及其在智能测温刀具中的应用现状，阐述其基本原理、优缺点以及适用范围，并且预测未来切削温度测量方法的发展趋势。通过综述，可以为科学研究者或机加工生产从业人员面对不同工况测温需求提供测温手段的选择依据。

Select

基于Halbach阵列的温度-振动协同测量自感应智能刀柄研究

王东前, 孙艺文, 邢艳明, 张昕, 蔡永林, 张磊, 梁志强

机械工程学报. 2026, 62(2): 35-47. https://doi.org/10.3901/JME.260152

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

航空航天领域中的腔体、肋板等关键重要结构件多采用铝合金材料，该类关重件在铣削过程中极易受到温度与振动影响造成加工质量下降与刀具寿命缩短等问题。为了实现对铣削过程中温度与振动的同步监测，提升关键结构件的加工质量并延长刀具使用寿命，设计了一种基于Halbach阵列的温度-振动协同测量自感应智能刀柄系统，利用飞秒激光加工和高温固化工艺，制备了嵌入式K型热电偶测温子系统；将MEMS三轴加速度计集成至智能刀柄回转中心轴，进行高灵敏度振动信号采集。利用该智能刀柄系统开展铣削试验，结果表明系统在1 000 r/min下可实现供电；通过上位机对加工过程中温度与振动数据进行实时采集，证实了智能刀柄具备良好的可靠性与稳定性，且所测温度比热像仪具有更高的精度；基于实测温度反求刀-屑接触区域的动态热源强度并对温度场进行重构，预测温度曲线与实际温度曲线之间的误差率在8%以内，重构后的温度场能预测前刀面上最高温度位置，上述研究结果为铣削工况下刀具状态的实时感知与监测提供了新的方法。

Select

基于临界折射纵波的碳纤维复合材料应力检测方法的研究

潘勤学, 赵广源, 于昊申, 徐佳褀

机械工程学报. 2026, 62(2): 48-60. https://doi.org/10.3901/JME.260036

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)在国防、民生等领域大量应用，已成为国家高质量发展进程不可或缺的组分，高效准确地检测和评估复合材料结构的服役状态对于生产安全至关重要。超声无损检测具有快速、准确等优点，被广泛应用于应力检测。通过研究临界折射纵波(Critically refracted longitudinal，LCR)在正交各向异性材料内部的传播规律，基于等效刚度矩阵建立CFRP应力检测模型，对各向异性材料平面应力系数标定的检测方法进行理论推导。通过有限元方法对CFRP材料的声速、声场指向性、LCR激发角度与渗透深度之间的关系等方面进行分析、模拟、试验，实现了应力的定量表征。以T700碳纤维复合材料为研究对象，搭建超声应力检测系统，进行CFRP中LCR波传播特性试验和应力诱导超声检测试验，与有限元仿真结果一致。利用单轴拉伸预应力加载试验对超声应力系数进行标定和验证，得到超声应力系数最大偏差不超过5%，研究结果为复合材料的结构应力检测提供了有效支撑。

Select

基于聚磁原理的钢丝绳断丝无损检测方法

孙远, 王大刚, 张德坤, 李陈晨, 汤梁

机械工程学报. 2026, 62(2): 61-72. https://doi.org/10.3901/JME.260037

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

服役钢丝绳断丝呈现空间复杂螺旋分布及空间断丝位置相邻很近等特征，钢丝绳断丝检测难度大和准确性低。因此，开展基于聚磁技术和三维漏磁检测的钢丝绳断丝无损检测研究，对提高钢丝绳断丝检测准确性和保障钢丝绳承载安全性具有重要意义。基于Maxwell有限元软件和试验平台开展了钢丝绳不同断丝模式下(断口长度、断丝数量、断丝位置)漏磁场有限元分析和断丝检测试验，揭示了聚磁装置对钢丝绳断丝漏磁场变化规律以及钢丝绳不同断丝模式下漏磁信号特征演化规律。结果表明：聚磁装置对钢丝绳断丝漏磁检测具有增益效果，且磁导凸台中心处漏磁信号变化最为显著；钢丝绳断丝三维漏磁检测信号与钢丝绳断丝特征(断口长度、断丝数量)呈正相关，钢丝绳断丝特征变化越大，漏磁信号变化越显著；不同方向漏磁分量对钢丝绳断丝特征敏感程度大小关系如下：轴向分量>径向分量>周向分量；钢丝绳内部与外部存在相同断丝数时，外部断丝时信号变化更显著；钢丝绳出现轴向邻近断丝时，邻近断丝时漏磁场发生叠加，其三轴漏磁分量均有显著增加(较于单根断丝)；钢丝绳出现周向多处断丝时，断丝距磁导凸台越近，断丝信号变化越显著。

Select

多频谱融合评价方法及高铁转向架轴承故障诊断方法

张兴武, 孙浩瑜, 李妍琦, 刘一龙, 陈雪峰

机械工程学报. 2026, 62(2): 73-90. https://doi.org/10.3901/JME.260038

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

转向架是高铁的重要动力传输单元，转向架轴承作为转向架中的承力元件，长期承受交变载荷，是极易发生故障的部位。现有用于滚动轴承故障诊断的频域分析方法对适用条件有严格的要求，如快速谱峭度方法在分析具有较大干扰信息或是背景噪声的信号时，极易导致方法的失效，大大限制了相关方法在实际工程中的广泛应用。针对上述问题，提出多频谱融合评价的故障诊断与决策方法。构建一种频域分析方法的加权评价准则，从诊断效果、稳定性以及计算时间等三个方面进行构建，实现算法工程适配性的量化。提出一种频谱评价准则，实现对频域分析方法诊断效果的评价。针对高铁运营中的数据积累与完备的两个阶段，分别通过频谱特征降维融合以及最优化Fisher判别比进行频谱评价赋权，以获得具有最好诊断效果的融合频谱。通过数据采集试验对方法进行了有效性验证，表明该方法具有较好的工程适用性及鲁棒性。

Select

柔性可穿戴泛在湿气供能-传感一体化器件研究

孙浩, 杨锦添, 林佳雯, 东辉, 高永卓, 董为, 何龙, 李文荣

机械工程学报. 2026, 62(2): 91-103. https://doi.org/10.3901/JME.260039

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为解决可持续能源迫切需求，以离子浓度梯度能量采集理论为基础，研制一种新型泛在湿空气能量收集（Moisture energy generation,MEG）器件。器件选择羟基化碳纳米管作为发电功能材料，设计界面、梯度和电极（液态合金-银）三重不对称理化结构，有效增强离子扩散效率和浓度梯度。借助多场耦合仿真计算，解析器件内动态物理过程，量化离子浓度梯度对发电效能的关键影响。融合液态合金机械力涂覆、区域化等离子体表面处理等工艺制备了新型MEG器件原理样机。由微观形貌、成分分析等表征测试结果可知，发电微结构界面稳定，制备工艺能够有效提高官能团分布梯度。当相对湿度为80%,MEG器件开路电压为1.1 V，短路电流为260μA，体积功率密度可至166.7μW/cm³。采用并/串联模式，即可满足多数可穿戴电子设备的充电需求。器件能够在扭转、拉伸和弯曲等机械力致变形后，仍然能维持稳定的电力输出。可至少稳定供电近3 h，并可按需规模化扩展。此外，以可饮用果汁为待检样本，验证了“供能-传感”集成一体化双能MEG器件的可行性。所述方法是传统发电与传感器技术的重要补充，在智慧、外骨骼机器人、环境与食品安全监测等方面具有广阔应用前景。

Select

基于超声导波谱估计的频散曲线重构与薄壁结构损伤定量评估方法

李从昱, 高飞, 刘璐, 李弈林, 林京

机械工程学报. 2026, 62(2): 104-114. https://doi.org/10.3901/JME.260040

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

薄壁结构广泛用于航空、航天、交通等领域，其结构完整性是保障装备服役安全的前提。由于疲劳、冲击、复杂环境等因素，薄壁结构易出现腐蚀、裂纹等多种不易辨识的缺陷。随着薄壁结构的日益大型化、复杂化，传统检测方法通常难以兼顾检测的快速性和准确性。为此，提出了基于超声导波的局部波数重构与损伤量化评估方法，可兼顾检测效率和损伤量化评估，实现薄壁结构损伤定位与深度评估。首先，通过导波在薄壁结构中传播的特性研究，揭示导波频散特性与结构损伤的关联影响机制，为定量化评估结构厚度损伤提供理论依据。其次，建立了改进空间谱估计算法，以波数作为输入参数建立了导向矢量，通过信号子空间与噪声子空间的正交特性搜索，重构了局部测试下的导波波数数值，从而实现结构局部状态信息重构。此外，针对基于二维傅里叶变换的波场处理技术应用与大型金属板材损伤识别时间长、成本高的问题，提出了分区域少采样的损伤检测策略，从而提升了检测效率和重构精度。最后，通过有限元仿真和试验研究，实现了局部损伤的尺寸和深度估计，误差在5%以内，验证了论文方法的有效性和准确性。

Select

多模态磁控电源及9% Ni钢K-TIG打底焊成形优化机理研究

詹家通, 刘志忠, 叶雄越, 石永华, 钟少涛

机械工程学报. 2026, 62(2): 157-169. https://doi.org/10.3901/JME.260044

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了解决9% Ni钢中厚板高效K-TIG打底焊导致的热量集中、熔池下漏及侧壁不熔合等焊接难题，提出采用外加辅助磁场优化焊缝成形质量。首先根据励磁线圈的物理特性选定了磁控电源功率主电路的拓扑结构，设计了其电感电容参数，结合正弦脉宽调制(Sine pulse width modulation,SPWM)技术，阐述了多模态电流产生原理，并在Simulink中搭建了仿真电路从理论上论证其可行性。随后以STM32F103为主控芯片，设计了相应的数字环路控制算法，实现了直流、脉冲、交流正弦等任意可调的多模态电能输出。最后利用该磁控电源进行了9% Ni钢中厚板K-TIG打底焊接试验，结果表明外加交变纵向磁场可促使电弧旋转摆动，有效避免了传统K-TIG焊热量集中造成的下漏、侧壁不熔合等缺陷，对焊缝成形质量优化效果良好。进一步地，建立了相应的三维电弧数值计算模型，阐明了外加交变磁场对K-TIG焊接电弧的影响机理。

Select

焊接变形对大型薄板结构承载能力的影响研究

梁伟, 李希贤, 邓德安

机械工程学报. 2026, 62(2): 170-180. https://doi.org/10.3901/JME.260045

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

焊接变形不仅直接影响结构件尺寸精度、降低产品外观品质，而且还会影响焊接结构的服役能力。为了定量地研究焊接变形对薄板焊接结构承载能力的影响，基于通用有限元软件平台ABAQUS，建立了用于模拟焊接温度场、焊接变形及残余应力的热-弹-塑性有限元法，并利用该方法对典型焊接接头的固有变形进行了计算。随后，基于固有应变理论，在ABAQUS平台上开发了用于大型薄板结构焊接变形高效高精度预测的弹性有限元预测方法。该方法将焊接结构中各个典型焊接接头的固有变形转化为相应的固有应变分量，并进行弹性有限元分析，估算出整体结构的总变形。最后，对焊接变形后的结构施加压缩载荷，研究了焊接变形对承载能力的影响。研究结果表明，焊接变形会明显降低结构的弹性稳定性和承载能力。与无焊接变形的结构相比，焊接变形使结构更容易在外载荷下发生屈曲变形。

Select

考虑剪切区非均匀硬化行为的剪切硬化模型研究

林艳丽, 许恩萁, 苏一博, 钱泉, 李悦童, 何祝斌

机械工程学报. 2026, 62(2): 181-194. https://doi.org/10.3901/JME.260046

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

剪切试验常用于测试金属材料在循环加载和大应变下的塑性硬化特性，但试验中端部效应和边界效应导致变形区应变不均匀，存在硬化差异，限制了其应用。基于Q890高强钢和AA2219-O铝合金的双槽剪切试验，研究了剪切变形区应变不均匀性对其屈服和塑性流动的影响；进而考虑剪切应变非均匀分布而导致的硬化差异，建立剪切应力应变分析模型；通过小孔拉伸试验与仿真分析对比，验证模型的准确性。结果表明，同一变形时刻剪切应变从剪切区边缘到中心逐渐减小，对于Q890高强钢和AA2219-O铝合金，边缘应变比中心点应变最多分别增大6.30%和12.90%；不考虑剪切应变不均匀性将造成对双拉区应力结果预测不准确，对于Q890高强钢和AA2219-O铝合金，以不同区域应变标定的屈服轨迹最大差值分别为82MPa和19 MPa，相对差值分别8.80%和32.80%；在同一应力水平下，对于Q890高强钢和AA2219-O铝合金，边缘应变比中心点应变最大分别增大26%和47%；对小孔拉伸试验颈缩区壁厚预测误差高达9%。而通过所提模型考虑剪切应变的非均匀性后将显著提高小孔拉伸试验颈缩区壁厚预测精度，颈缩区壁厚预测误差小于1%。

Select

液锻压力对ZTA/HCCI复合材料界面结合性能的影响

邱博, 孙彪, 敖晓辉, 邢书明, 王东

机械工程学报. 2026, 62(2): 195-206. https://doi.org/10.3901/JME.260047

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对非润湿型复合体系氧化锆增韧氧化铝（ZrO₂ toughened Al₂O₃,ZTA）陶瓷增强高铬铸铁（High chromium cast iron,HCCI）材料界面相容性差、材料性能提升不足的问题，采用液态模锻技术在压力作用下实现ZTA与HCCI的良好结合。研究液锻压力（0 MPa、40 MPa、70 MPa和100 MPa）对界面结合状态、界面结合率以及界面结合强度的影响，探讨ZTA/HCCI界面的形成过程与结合机制。结果表明：对于确定的陶瓷表面形貌（Sa=2.046μm），随着制备压力由40 MPa提高到100 MPa，陶瓷与金属的结合率由37.71%提高到98.89%，啮合强度由16.73 MPa增加到24.91 MPa，增幅为48.9%。此外，当制备压力由40 MPa提高到70 MPa以及由70 MPa提高到100 MPa时，啮合强度的增幅在变缓（由30.1%降至14.5%）。说明虽然压力的增加可以提高界面强度，但当制备压力增大到一定值后，陶瓷与金属几乎实现完全结合，结合强度将基本不再变化。界面结合强度的提高可归因于陶瓷与金属结合面空隙在压力作用下由大变小的过程，即结合率的提高。ZTA/HCCI界面在压力作用下经历接触阶段、初步结合阶段、强化结合阶段以及几乎完全结合阶段，从而实现微观尺度上的机械啮合，获得高结合强度。为解决非润湿型陶瓷/金属复合材料的界面结合问题提供新的思路与方法，丰富此类复合材料的界面控制理论，为金属基复合材料的工业化应用奠定理论基础。

Select

TIG焊接参数对Ti-4Al-2V钛合金焊接组织及性能的影响

陈尧, 刘肖, 张祯迪, 张尚林, 郭楠, 吴军

机械工程学报. 2026, 62(2): 207-217. https://doi.org/10.3901/JME.260048

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

Ti-4Al-2V钛合金作为一种新型钛合金，目前对其不同焊接参数下的焊接组织及性能的影响因素研究较少，为了进一步扩宽其应用范围，非常有必要开展研究。以不同钨极氩弧焊(Tungsten inert gas,TIG)焊接参数制备的Ti-4Al-2V钛合金焊接接头为研究对象，对比分析热影响区各微区及焊缝区的显微组织特征，结合准静态纳米压痕及维氏硬度试验，研究了焊接参数对焊接接头微观组织的影响，构建了工艺参数、焊接组织与性能之间的关系。研究结果表明，焊接热输入量越大，热影响区(Heat-affected zone,HAZ)各微区受焊接热循环作用越大，α相长大变形越严重，片层状二次α相也越粗大。焊缝区(Fusion zone,FZ)温度梯度越大，片层状二次α相更细小、均匀，焊缝区平均纳米硬度也越高。二次α片层含量及大小是影响大小角度晶界占比的主要原因。不同焊接参数条件下，Ti-4Al-2V钛合金焊接接头纳米硬度、维氏硬度变化趋势相同，平均硬度最高区域为HAZ完全重结晶区。Ti-4Al-2V钛合金焊接接头热影响区网篮组织平均纳米硬度最高，焊接时更期望得到该组织。研究结果可为Ti-4Al-2V钛合金TIG焊接工艺迭代优化提供重要技术参考。

Select

钛螺纹空心铆钉电磁拉铆成形工艺研究

于萌辰, 宋彰桓, 张铭豪, 霍鲁斌, 曹勇, 曹增强

机械工程学报. 2026, 62(2): 218-228. https://doi.org/10.3901/JME.260049

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于电磁加载原理的电磁铆接技术是一种能够实现精确调节加载幅值、脉宽且具有良好一致性和重复性的铆接工艺。为拓展电磁加载方式在封闭/半封闭结构单向连接的应用，实现难成形材料空心铆钉的高质量、高一致性拉铆成形，研制了一款基于电磁加载的手持式钛螺纹空心铆钉安装设备，该设备能够通过旋转机构旋入旋出铆钉，同时具备平头和弯头拉铆两种拉铆方式，可以实现正常工况以及狭窄工况下空心铆钉的单向安装。使用该设备在不同铆接电压下进行安装工艺试验并观察钛螺纹空心铆钉的成形情况，获得了平头与弯头拉铆成形能够实现高质量铆接的电压选取范围；最终通过ABAQUS数值模拟并结合铆枪施加的铆接力波形、铆钉内部应力场分布以及失效风险位置区域建立了铆接电压与铆接质量的关系图谱，并分析了空心铆钉的成形过程与镦头断裂原因。试验结果表明，手持式电磁拉铆设备具有良好的一致性，且能够实现两种工况下空心铆钉的高质量单向成形。

Select

纵向压钩力对空载货运列车道岔转辙区脱轨影响

蒋益平, 池茂儒, 郭舜

机械工程学报. 2026, 62(2): 238-249. https://doi.org/10.3901/JME.260051

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

纵向压钩力对长编组货运列车安全运行有着重要影响。为了研究纵向压钩力对空载货运列车在道岔转辙区脱轨的影响，基于一起空载货运列车侧逆向通过道岔转辙区脱轨事故，建立考虑道岔转辙区尖轨变截面特点的空载货运列车-道岔动力学模型；基于该模型分析空载货运列车道岔转辙区脱轨过程，以及纵向压钩力对空载货运列车侧逆向通过道岔转辙区脱轨的影响；并分析纵向压钩力与车钩转角的关系。结果表明：空载货运列车在纵向压钩力的作用下形成车钩转角，产生车钩横向力，传递至轮对后加剧轮轨相互作用，促使轮对横移和爬轨，且纵向压钩力越大，空载货运列车道岔区的脱轨风险越大。在纵向压钩力、道岔尖轨变截面结构以及轮轨摩擦因数的共同作用下，脱轨风险增大，车轮在道岔转辙区爬轨乃至脱轨。此外，纵向压钩力的大小和作用时机可引起车钩转角方向差异，从而引起列车中不同位置的转向架脱轨。

Select

动车组设备舱底板疲劳损伤特征试验研究

徐宁, 孙占勇, 杨超, 任尊松, 杨广雪, 周义昌, 屈升

机械工程学报. 2026, 62(2): 250-260. https://doi.org/10.3901/JME.260052

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

车体设备舱底板疲劳可靠性受振动和气动载荷等多种因素的影响，致其更易于发生疲劳损伤，其疲劳可靠性是车辆安全运用中不容忽略问题。以某型动车组车体设备舱底板为研究对象，完成多节车车下设备舱底板不同位置动应力测点布置，于某客运专线进行跟踪测试。基于测试动应力数据，经数字信号处理和统计计数，得到各疲劳关键测点的应力谱。结合Miner损伤理论及母材和焊缝S-N特性，计算设备舱底板及其安装梁各测点单位里程损伤及全寿命周期下等效应力幅，分析不同运行速度、明线稳态及隧道通过等运行工况变化对于应力响应特征及疲劳损伤的影响情况，分析设备舱底板动应力的频域特征及不同频段振动能量对其疲劳伤损的贡献。结果显示，运用速度对设备舱底板疲劳损伤影响较大，由200 km/h增至300 km/h时，中部螺栓安装孔边的等效应力幅增加近30 MPa。与直线运行相比，曲线通过过程对设备舱底板螺栓安装孔的应力影响并不明显，等效应力幅增加小于3 MPa。运用中处于迎风侧的设备舱底板，其损伤要一定程度大于其处于非迎风侧的情况。设备舱底板中部疲劳伤损更多来自纵向振动，纵向和横向振动均对安装孔边位置疲劳损伤有一定贡献，且以20～40 Hz频段成分的贡献为主。运行速度提高后，设备舱底板弹性振动更易被激发。隧道通过时，对22 Hz这一主频下振动幅值有明显增加，对其他主频对应幅频特征改变很小。

Select

气动激励下高速列车车体受电弓平顶声振特性研究

刘舫泊, 肖新标, 张捷, 杨吉忠

机械工程学报. 2026, 62(2): 261-270. https://doi.org/10.3901/JME.260053

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为掌握受高速列车电弓区域气动荷载对车体顶板的作用机理及顶板结构的声振响应与传递特性，采用计算流体力学方法对受电弓区域流场进行数值模拟获得气动激励；采用“波数-频率”方法提取到顶板壁面脉动压力的声学分量和对流分量；分别以扩散声场模型和Corcos湍流激励模型分析声学分量和对流分量作用下顶板结构的声振响应及传递特性，并定量分析受电弓平顶各部件对车内噪声的贡献。研究结果表明：受电弓对平顶气动激励主要有涡脱落引发的气动声压以及脱落的漩涡撞击车体壁面产生的湍流激励。350 km/h来流速度下，受电弓平顶壁面总的脉动压力为144.2 dB，其中对流分量为143.5 dB，声学分量为136.4 dB。而由于声学分量的波数更接近受电弓平顶结构的弯曲波波数，因此更能激发受电弓平顶的声振响应：气动声压激励下受电弓平顶的辐射声功率为80.4 dB (A)，湍流激励下的声功率为60.6 d B (A)。气动激励下车体型材是最主要的结构声源，振动传递至内饰顶板辐射噪声是该区域第二大结构噪声源。气动声压激励下车体型材对车内贡献占比77%，内饰顶板占比为17.9%；湍流激励下车体型材对车内贡献占比为67.7%，内饰顶板占比为21.6%。

Select

面向连续弯道的改进人工势场建模与动态避障路径规划

张志勇, 姜志昊, 胡林, 黄彩霞

机械工程学报. 2026, 62(2): 271-282. https://doi.org/10.3901/JME.260054

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

传统人工势场(Artificial potential field,APF)算法在弯道进行避障路径规划时，存在道路APF未体现车速对安全风险的影响，障碍物APF容易导致规划的路径波动的缺陷。为了弥补这些缺陷，建立改进的交通环境综合APF。针对车辆在高速过弯时可能因偏离车道中心线而发生碰撞的风险，提出根据车速动态调节道路边界约束强度的方法，在Frenet坐标中建立改进道路APF。为准确描述车辆和障碍物相对速度表征的碰撞风险，在分析传统障碍物APF的缺陷基础上，基于向量法定义相对接近系数，建立基于相对接近系数和相对位置关系，同时适应静态和动态障碍物的改进障碍物APF。为验证建立的改进APF性能，在Carsim/Simulink联合仿真环境下进行对比分析。结果表明，所提出的改进道路APF能有效减小车辆高速过弯时偏离车道中心线的程度，显著减小发生道路边界碰撞的风险；改进障碍物APF能根据相对接近系数动态调节分布范围，平滑地规划出避障路径；由上述两个APF构成的交通环境综合APF能更安全地引导车辆在连续弯道上行驶与避障。

Select

基于自抗扰控制的高速列车虚拟编组短间距协同巡航控制

王美琪, 温中亮, 刘鹏飞, 戚壮, 王瑞晨, 余志强

机械工程学报. 2026, 62(2): 283-300. https://doi.org/10.3901/JME.260055

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

当前，虚拟编组列车已成为轨道交通领域的研究热点，由于虚拟编组列车缺乏物理车钩连接，运行过程中所面临的小间距安全跟踪控制问题以及传统控制策略在强干扰下稳定性不高、鲁棒性差的缺点，提出一种基于自抗扰的高速列车虚拟编组短间距跟踪控制算法，分析了由4节动力单元构成的虚拟编组列车在直线、曲线与长大坡道线路上进行连挂跟踪的过程。结果表明，在不同的路况以及不同车间距离均能实现准确的虚拟连挂和虚拟跟踪，与传统PID控制和人工势场控制相比，多动力单元短间距协同巡航自抗扰控制策略具有更强的抗干扰能力和更高的跟踪精度，也能够减小列车加减速时的纵向振动，提高虚拟编组列车的稳定性。

Select

独立轮对差速主动导向控制策略研究

李涛涛, 凌亮, 刘建新

机械工程学报. 2026, 62(2): 301-312. https://doi.org/10.3901/JME.260056

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于独立轮对两侧车轮旋转运动的解耦，其自动复位能力弱于传统刚性轮对。为改善独立轮对的自动复中能力，提出在独立轮对基础上加装电磁差速耦合器，作为独立轮对主动导向控制的作动器控制两侧车轮转速差，并阐述独立轮差速主动导向控制的可行性。基于一阶光滑饱和函数的双幂次趋近律，设计出差速主动导向控制策略以控制独立轮对两侧车轮的转速差，实现独立轮对的主动导向，并根据Lyapunov理论证明和数值仿真验证了差速主动导向控制的有效性。利用数值仿真分析，探究了差速主动导向控制的布置方案以及与独立轮对车辆一系悬挂定位刚度适应性方案。结果表明，导向轮对配置差速主动导向控制，非导向轮对为无控制的独立轮对的布置方案，可以获得更优的曲线通过性能，车轮冲角减小11.8%、轮轴横向力减小23.5%、脱轨系数减小34.9%、轮重减载率降低25.8%以及磨耗数减小4.7%；给出一系悬挂定位刚度对主动导向控制的独立轮对车辆非线性临界速度、曲线通过性能的影响规律。

Select

基于交错式栅格粒度地图的非平坦地形环境下无人车辆路径规划

杨秀建, 袁志豪

机械工程学报. 2026, 62(2): 313-328. https://doi.org/10.3901/JME.260057

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对非平坦地形环境下无人车辆路径规划问题，提出一种交错式栅格粒度地图模型，并基于该地图模型建立一种改进的A^*路径规划算法，即交错式栅格粒度A^*（Interleaved granularity A^*,IGA^*）算法。首先，建立一种交错式栅格粒度地图模型，通过两幅子地图交错的方式，存储相关环境信息，生成对应的陡峭度地图，完成对环境信息的理论描述；然后，基于传统A^*算法并结合交错式栅格粒度地图模型，从地形坡度、地面阶跃高度、地形陡峭度三个方面对路径节点进行通过性评估，建立新的代价函数，引导算法避开不适宜通过的地形路径点；最后，建立IGA^*路径规划算法策略。在四种不同的地图环境下对所提出的IGA^*算法进行了测试评价，并与传统A^*算法、文献改进A^*算法进行了对比分析。结果表明，所提出的IGA^*算法能够兼顾算法效率和路径规划质量，相较于传统A^*算法，规划时间、单位路径高程变化、单位路径地面陡峭度变化分别平均可减少65.5%、61.2%、73.2%，与文献改进A^*算法相比，IGA^*算法在平均减少87.3%规划时间的同时，单位路径高程变化、单位路径地面陡峭度变化还可以分别平均减少18.2%、38.1%，能够实现更高效、更安全的路径规划。

Select

蛇行运动状态下高速列车轮轨动态接触特性分析

柴非凡, 杨云帆, 凌亮, 王开云, 翟婉明

机械工程学报. 2026, 62(2): 329-343. https://doi.org/10.3901/JME.260058

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

高速列车在运营服役过程中会出现不同程度的蛇行运动现象，大幅度的蛇行运动会显著恶化轮轨接触关系，威胁行车安全。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了考虑轮轨非赫兹接触行为的高速车辆-轨道空间耦合动力学模型。利用所构建的数值模型，系统地对比分析不同轮轨磨耗和匹配状态下高速列车蛇行运动行为对轮轨系统动态相互作用的影响。研究结果表明：蛇行运动条件下高速列车轮轨界面应力动态响应出现周期性波动，同时轮轨应力幅值显著高于稳态运行状态下的轮轨应力幅值；轮轨黏着性能随着轮对蛇行横移量变化速率的增加而下降；蛇行运动状态下车轮踏面磨耗总量显著高于稳态运行条件下车轮踏面磨耗总量。

Select

铰链分布数量对机械弹性车轮力学特性的影响

林棻, 朱晓龙, 赵又群, 刘轩江, 臧利国

机械工程学报. 2026, 62(2): 344-353. https://doi.org/10.3901/JME.260059

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

机械弹性车轮作为一种新型的非充气车轮，具有抗扎、防爆、缓冲减振等优点。由于机械弹性车轮采用独特的悬浮式承载方式，铰链分布数量对车轮的力学特性有着重要影响。基于有限元法建立机械弹性车轮有限元模型，通过负荷特性试验验证了模型的有效性。设置多种仿真工况对四种不同铰链分布数量的机械弹性车轮的垂向刚度、侧向刚度和接地特性进行分析，并通过轮胎力学特性试验台对四种不同铰链分布数量的车轮样机进行了力学特性试验。通过仿真进一步分析了铰链分布数量对匹配机械弹性车轮的整车平顺性的影响。结果表明，仿真数据与试验数据具有良好的一致性。随着铰链分布数量的增加，机械弹性车轮的垂向刚度、侧向刚度、接地印迹宽度和最大接地压力均有不同程度的增加，接地印迹长度和接地印迹面积逐渐下降，匹配机械弹性车轮的整车平顺性变差。研究结果为机械弹性车轮的结构优化设计提供了参考。

Select

锂离子电池内部温度检测与估计研究进展

陈瑞, 董明, 任明, 张崇兴, 王若谷

机械工程学报. 2026, 62(2): 367-384. https://doi.org/10.3901/JME.260061

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着新能源发电规模的持续扩大，储能需求显著增长。以锂离子电池为代表的电化学储能技术，凭借其高能量密度和长循环寿命等优势，已成为电化学储能领域的主导技术。然而，近年来大规模锂离子电池储能电站的安全问题日益突出，热失控及火灾事故频发。锂离子电池内部温度是反映其工作状态的关键指标，可为早期热失控提供精准预警。目前，电池管理系统(Battery management system,BMS)主要通过布置在电池表面的温度传感器进行温度监测，但该方法存在测量误差和响应滞后等问题。首先对锂离子电池内部温度升高时的微观结构变化和热失控机制进行了介绍，然后从嵌入温度传感器内部测温、基于电化学阻抗谱(Electrochemical impedance spectroscopy,EIS)内部温度估计以及基于机器学习算法的内部温度预测三个方面展开分析与综述，通过比较三种方法的优缺点，系统梳理了其研究进展，并展望了未来发展方向。研究结果为BMS实现锂离子电池温度精准预测提供了理论参考，同时也为锂离子电池热失控预警研究提供了新的思路和基础。

Select

基于频率法的风电机组混合塔筒拉索索力检测技术研究

姚帅, 戴巨川, 吕伟荣

机械工程学报. 2026, 62(2): 385-396. https://doi.org/10.3901/JME.260062

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对风电机组混合塔筒体外预应力拉索无约束构造及存在转向装置引发的索力检测精度不足问题，提出一种基于局部刚性耦合的检测技术，以提高索力检测精度。通过设计局部刚性耦合装置，利用索箍结合灌注的环氧树脂，有效改善频率法测试条件。基于欧拉梁振动理论，建立考虑局部刚性耦合装置和转向装置影响的拉索简化动力学模型，推导自振频率方程，并通过数值模拟验证模型的有效性。研究表明，拉索频率受转向装置的影响而表现为两段索频率的叠加，当转向装置支撑刚度大于1.5×10⁷ N/m时，索的频率叠加效应可忽略，模型可简化为两段简支拉索形式。现场试验采用加速度传感器采集拉索振动信号，结合简化模型计算索力，实测结果与理论值误差控制在1.03%以内，满足测试精度要求。研究验证了局部刚性耦合装置可有效提升检测精度，提出的简化动力学模型为混合塔筒拉索索力检测提供了实用技术方案。

Select

喷射和点火角度对高压缩比直喷甲醇发动机性能的影响

于立信, 王标, 尹晓军, 王锡斌, 段浩, 胡二江, 曾科

机械工程学报. 2026, 62(2): 397-406. https://doi.org/10.3901/JME.260063

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

甲醇作为内燃机低碳燃料颇具前景，提高压缩比并结合缸内直喷（Direct injection,DI）是改善甲醇发动机性能的关键途径。本试验针对一台高压缩比缸内直喷点燃式甲醇发动机，通过试验方法在65 k Pa和87 k Pa两种进气压力下探究了喷射角度（Start of injection,SOI）和点火角度（Spark timing,ST）对其燃烧、性能及排放特性的影响。研究结果表明：在两种进气压力下随着SOI的推迟，火焰发展期缩短；指示平均有效压力和指示热效率均在-240°时达到最大值；充气效率和燃烧效率先升高随后明显降低。SOI对NO_x和CO排放影响存在明显的折中关系，且甲醇和甲醛的排放随SOI推迟而增加。在两种进气压力下随着ST推迟，火焰发展期缩短、燃烧持续期延长。在进气压力为65 kPa和87 kPa下，ST分别为-19°和-18°时，指示平均有效压力和指示热效率达到最大值。推迟ST可以改善NO_x和CO排放，但会增加甲醇和甲醛的排放。本研究可为提升高压缩比直喷点燃式甲醇发动机性能、降低排放提供理论依据和数据支撑。

Select

智能加工中数据使能技术与应用

刘海波, 邓平, 迟庆宇, 刘天然, 刘阔, 李特, 黄祖广, 刘行健, 薄其乐, STEVEN Y LIANG, 王永青

机械工程学报. 2026, 62(2): 407-444. https://doi.org/10.3901/JME.260064

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

智能加工作为制造业向高精度与自主化转型的核心方向，其发展高度依赖数据使能技术对多源异构数据的深度解析与智能决策支撑。系统梳理数据使能技术在智能加工领域的研究进展，提出涵盖“在机测量-信号预处理-特征提取-特征融合-数据治理”的全流程使能框架，并重点分析多源传感信息融合、云-雾-边协同计算和工艺知识动态迁移三大关键技术。研究表明，数据使能技术有效增强了加工过程的实时响应与鲁棒性，显著强化了对加工过程可控与质量一致的保障，并在多工业场景中推动了智能化水平的跃升。然而，复杂工艺场景下多物理场耦合建模困难、虚实映射保真度不足、小样本知识迁移效率低等瓶颈仍制约技术应用。针对上述挑战，所提出融合动态联邦学习与因果推理的未来技术路径，为制造业向认知化高阶阶段演进提供系统性研究视角。

Select

同轴水-水射流的冲击性能试验及数值模拟研究

孙海超, 李亚林, 王希坤, 陶贤明

机械工程学报. 2026, 62(2): 445-454. https://doi.org/10.3901/JME.260065

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了获得低压工况下同轴水-水射流喷嘴几何参数和速度比对射流冲击性能的影响规律，基于正交试验方法设计了9种不同方案的同轴喷嘴，开展高速摄影试验，分析同轴射流冲击平板形成的水膜，并进行射流打击力试验；采用VOF-CSF耦合模型对水膜进行数值模拟，揭示了优化后同轴喷嘴冲击性能得到改善的本质原因。研究结果表明，在总流量为6 L/min条件下，内外喷嘴的相对位置对射流打击力有显著影响，内喷嘴厚度的影响最小。随速度比增加，多数喷嘴的打击力时均值会减小。在内喷嘴流量不变条件下，同轴水-水射流冲击平板形成的水膜半径试验数据与模拟结果较为吻合，水膜内部出现大量气泡，且随速度比增加，膜内流动紊乱性先增加后减小。喷嘴优化前后对比结果显示，相同速度比条件下的同轴射流具有相似性，且优化喷嘴模型展现出更好的射流集束性，更有利于将动能转化为压力能。研究结果对低压同轴射流喷嘴的优化设计以及工业应用都具有重要的借鉴意义。

Select

考虑参数慢时变的泵马达系统变速恒频控制研究

陈文婷, 王文龙, 张震, 艾超, 张珈瑞, 杜泽莉

机械工程学报. 2026, 62(2): 455-470. https://doi.org/10.3901/JME.260066

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对泵马达变速恒频系统在液压系统参数慢时变和外部参数扰动下的控制难题，提出一种结合反馈线性化与径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络自适应的复合控制策略。首先，建立泵马达系统的非线性数学模型，通过反馈线性化理论处理系统非线性特性，将其转化为线性形式；其次，利用RBF神经网络在线逼近系统中的未知函数项，并设计自适应算法实时调整神经网络权值矩阵及控制参数，以应对参数慢时变特性。将研究的泵马达闭式变速恒频系统应用于风力发电场景，仿真结果表明，在外部风速扰动和内部参数变化的共同作用下，该控制策略能够有效维持变量马达转速在并网国家标准(1 500±6) r/min范围内，保证风电机组顺利并网。最后，通过搭建24 kW液压型风电机组半物理仿真试验平台，对所提出的变速恒频控制策略进行了试验验证。试验结果进一步证实了理论分析和仿真研究的正确性，即所研究的控制策略在实际应用中具有良好的抗扰动性能和控制精度，为发电装备中的泵马达变速恒频系统的稳定、精准运行和高效能量捕获提供了有力的技术支撑。

Select

基于卷积神经网络的臂式斗轮机上部结构可靠性分析方法

刘鑫, 李飞虎, 刘凯, 万俊

机械工程学报. 2026, 62(2): 471-480. https://doi.org/10.3901/JME.260067

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对不确定性因素对臂式斗轮机上部结构安全性的影响，提出一种基于卷积神经网络的臂式斗轮机上部结构可靠性分析方法。分析臂式斗轮机实际工况过程中的不确定性因素，并完成上部结构数值模型的建立；基于证据理论对臂式斗轮机上部结构可靠性分析过程中的不确定性变量进行描述，并建立其可靠性分析数学模型；利用拉丁超立方采样技术和序列二次规划算法完成样本焦元的采集和极值分析，并基于样本焦元的数据特征和极值分析结果对卷积神经网络模型(Convolutional neural network,CNN)进行训练，实现样本焦元的特征属性识别；基于训练好的卷积神经网络模型对未知焦元进行识别，计算出上部结构在不同工况条件下的可靠性置信区间。结果表明：该方法能有效对臂式斗轮机上部结构的可靠性进行分析和评估，从而确保上部结构的安全性，在散料输送装备技术领域具有广泛的应用前景。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

2026年, 第62卷, 第2期　
刊出日期：2026-01-20

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

2026年, 第62卷, 第2期 刊出日期：2026-01-20

2026年, 第62卷, 第2期　
刊出日期：2026-01-20