2019年, 第30卷, 第5期　
刊出日期：2019-03-10

  

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机械基础工程
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  2018年度机械工程学科国家自然科学基金管理工作综述

  赖一楠, 叶鑫, 曹政才, 李宏伟

  中国机械工程. 2019, 30(5): 505-513. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.001

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  介绍了2018年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械工程学科（工程科学二处）科学基金项目的申请、评审和资助情况以及科学基金项目的进展与结题情况；总结了项目执行过程中取得的典型性创新成果；阐述了机械工程学科在学术交流与合作、人才培养、团队建设等方面的具体举措及取得的成效。
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  多片湿式离合器快充油过程影响因素分析与控制

  李春芾, 席军强, 刘春颖

  中国机械工程. 2019, 30(5): 513-518. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.002

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  为了获得理想的离合器快充油控制效果，通过理论分析与模型仿真，研究了液压油温度、发动机转速和离合器转速对离合器快充油时间的影响规律，研究结果表明：影响离合器快充油时间的主要因素为液压油温度和发动机转速。制定了离合器快充油控制策略并进行了试验验证，试验结果表明所提控制策略可行。
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  钛合金曲面磨粒流加工扰流流道仿真与试验研究

  张利, 黄一, 陈国达, 傅昱斐

  中国机械工程. 2019, 30(5): 519-527. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.003

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  针对具有复杂曲面的钛合金工件磨粒流抛光后表面粗糙度Ra不均匀问题，提出一种具有扰流结构的仿型约束加工流道。借助计算流体动力学（CFD）分析软件，结合SST k-ω湍流模型、离散相模型（DPM）和Oka冲蚀模型，仿真分析原始流道和5种不同扰流角度的扰流流道内磨粒流动力学特性。数值模拟结果表明：扰流流场中的磨粒流相较于原始流场在工件表面具有更大的湍流动能、动压力和冲蚀速率，其中扰流角度为30°时冲蚀均匀性较好。基于仿真条件搭建了磨粒流加工试验平台，使用原始流道和30°扰流流道分别进行了加工试验。试验结果表明：使用原始流道加工5 h后，工件表面曲率不同区域的表面粗糙度Ra值分散，加工效果均匀性较差；使用扰流流道加工5 h后，工件表面各区域表面粗糙度Ra的均匀性明显优于无扰流流场的加工均匀性。
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  多轴特种混动车辆工况自适应驱动力分配控制

  钟恒, 李广含, 曾小华, 杨向东, 许诺, 王锐

  中国机械工程. 2019, 30(5): 528-534. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.004

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  针对多轴电子驱动桥式特种混合动力车辆，提出基于工况自适应识别算法的驱动力协调分配控制策略。基于C-WTVC以及WUVSUB车辆标准行驶循环工况划分运动学片段，利用聚类分析的方法对车辆行驶工况分类，并基于简化的神经网络算法建立车辆行驶工况在线识别机制；基于工况识别结果提出工况自适应驱动力预分配控制策略，包括平均分配、动力性分配及经济性分配，其中经济性分配系数基于系统效率最优进行解算；在驱动力预分配的基础上，基于多轴车辆动力源冗余配置的特点，提出驱动力失效分配控制策略，保障车辆在故障状态下仍具备一定的行驶能力；最后通过仿真测试验证了驱动力协调分配控制策略的有效性。仿真结果表明：所提策略能够有效保证车辆在动力源失效状态下的动力性能，提高了车辆运行可靠性。
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  采用粘结法的磁性磨粒制备工艺及实验研究

  赵文渊, 李文辉, 白小云, 李秀红, 杨胜强, 郝志明

  中国机械工程. 2019, 30(5): 535-541. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.005

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  现有的粘结法制备工艺存在混合不均等问题，且磁介质相和磨粒相在破碎过程中会发生分离，易造成浪费，为此，提出了一种新的粘结法磁性磨粒制备工艺。在相同条件下，运用两种不同工艺分别制备了两种磁性磨粒，并进行了实验研究。采用扫描电镜、三维超景深显微镜观测试件表面，并用电子天平测试试件光整加工前后的质量变化。实验结果表明，采用新粘结法工艺制备的磁性磨粒对试件进行光整加工10 min后，表面粗糙度值Ra从0.800 μm减小到0.076 μm，材料去除率的最大值为0.67 μm/min。与现有粘结法工艺制备的磁性磨粒相比，新粘结法制备的磁性磨粒的微观结构良好、各成分分布均匀，加工性能更加优异。
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  电动静液压主动悬架双滑模控制研究

  寇发荣, 许家楠, 刘大鹏, 张凯, 孙凯

  中国机械工程. 2019, 30(5): 542-548,553. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.006

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  为了抑制电动静液压作动器（EHA）主动悬架作动器输出主动力的脉动，改善车辆的动态性能，提出了一种EHA主动悬架双滑模控制策略。建立了EHA主动悬架动力学模型，设计了基于模型参考的外环滑模控制器和电机内环滑模控制器，仿真分析了不同路面激励下该悬架的输出主动力特性和车辆动态特性，并开展了台架试验测试。结果表明，双滑模控制策略能够抑制电机输出主动力所产生的脉动，使实际输出主动力有效跟踪理想主动力，提高了EHA主动悬架的动态特性。
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  基于概率模型检测的机电系统动态可靠性评价

  侯翌, 杨培林, 徐凯, 刘青, 樊娟妮

  中国机械工程. 2019, 30(5): 549-553. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.007

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  为克服传统动态可靠性分析方法的不足，提出基于概率模型检测的机电系统动态可靠性评价方法。介绍了概率模型检测的概念及概率模型检测工具PRISM。用形式化建模语言描述系统单元的状态变迁过程，建立了机电系统的形式化模型。利用连续随机逻辑对机电系统可靠性评价指标进行形式化描述，建立了可靠性指标的规约表达式，借助概率模型检测工具自动解算可靠性指标，实现了基于概率模型检测的机电系统动态可靠性评价。所提方法建模过程简单，能有效提高机电系统动态可靠性分析的效率。
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  高速铣合金铸铁实验结果的稳健设计优化分析

  杜茂华, 王军华, 张建飞, 王神送

  中国机械工程. 2019, 30(5): 554-559. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.008

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  针对高速切削新型合金铸铁类难加工材料时，因刀具磨损严重而导致刀具成本高的问题，采用成本较低的硬质合金刀具对Cr15Mo工件进行了铣削实验，研究了切削参数对切削力和表面粗糙度的影响，获得了可达到磨削加工效果（Ra=0.4 μm）的最佳参数组合，即切削速度v_c=800 m/min，轴向切削深度a_p=0.4 mm和进给量f=0.6 mm/r。基于稳健设计优化原理对实验结果进行了理论分析，研究结果表明：理论分析结果与实验结果具有很好的一致性，为同时实现高速、高质量和低成本加工的多目标参数优化方法提供了一种有效的途径。
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  二次冷轧过程变形区油膜厚度模型

  崔亚亚, 白振华, 李小峰, 姜明光

  中国机械工程. 2019, 30(5): 560-567. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.009

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  为了定量预报二次冷轧过程轧制变形区油膜厚度，结合二次冷轧机组乳化液直喷系统的设备与工艺特点，分析了带钢表面析出油膜、工作辊表面附着油膜的形成机理，建立了一套二次冷轧过程轧制变形区带钢上下表面油膜厚度模型，定量分析了乳化液流量密度、乳化液浓度、乳化液析出距离、轧机入口轧制速度、轧制咬入角、带钢入口变形抗力、后张力、轧制油初始动力黏度、轧制油压力黏度系数对轧制变形区带钢上下表面油膜厚度的影响，并将该模型应用到某1220二次冷轧机组的生产实践，编制出了相应的模型计算软件，实现了二次冷轧过程变形区油膜厚度的预报，为二次冷轧过程润滑性能的控制奠定了理论基础。
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  基于工况风险评估的叉车门架多工况拓扑优化

  邹坤, 侯亮, 卜祥建, 方奕凯

  中国机械工程. 2019, 30(5): 568-577. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.010

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  以某3T型内燃叉车的标准门架为例，实现了典型工况下门架系统的整体非线性有限元分析；基于工况数据（工作时长、结构应力及形变位移），提出了工况风险评估方法及工况风险指标（RI）的概念；依据工况风险指标，提出了一种分配多工况拓扑优化权重系数的方法；采用折中规划法，以多工况下门架加权柔度最小为目标函数对门架结构进行拓扑优化；根据优化结果对门架结构进行改进设计，并进行了有限元分析。研究结果表明：风险评估法较传统平均分配法能得到更优的目标值；与原门架结构相比，新门架结构在3种典型工况下的最大应力分别减小10.05%、10.25%和1.58%，最大位移分别减小13.17%、12.93%和8.28%，质量减小7 kg。
可持续制造
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  生物去除加工现状综述及其技术分析

  马飞, 黄辉, 徐西鹏

  中国机械工程. 2019, 30(5): 577-585. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.011

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  介绍了生物去除加工技术产生的背景、发展概况和加工机理。着重对生物去除加工的材料种类、生物去除加工所用的微生物种类和培养基种类进行了详细的综述。分析了目前生物去除加工尚未得到应用的原因，展望了生物去除加工技术未来的研究方向，为深入研究生物去除的加工机理、拓展生物去除加工的应用领域提供参考。
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  基于结构和性能相似度分析函数的机械产品优化设计方法

  柯庆镝, 李杰, 吕岩, 刘光复, 宋守许

  中国机械工程. 2019, 30(5): 586-594. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.012

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  从结构设计角度出发，分析了主动再制造模式下的产品服役性能要求及其关键零部件的设计需求。通过分析设计参数与服役性能的映射关系，采用支持向量机（SVM）方法构建了性能相似度分析函数。基于结构和性能相似度分析函数，提出了面向主动再制造的零部件结构优化设计方法，实现对再制造时域的优化调整。最后以叶轮零件为例，验证了所提方法的有效性和可行性。
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  基于粗糙集的机械产品绿色设计知识更新

  张雷, 郑辰兴, 钟言久, 秦旭

  中国机械工程. 2019, 30(5): 595-602. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.013

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  为适时地对机械产品绿色设计知识进行新旧更替以满足现代产品设计的绿色需求，基于本体思想对机械产品绿色设计知识进行表达，通过粗糙集构建机械产品绿色设计知识决策表，提取机械产品绿色设计知识规则，形成机械产品绿色设计规则集；结合设计人员的知识需求，通过绿色设计知识规则匹配，实现机械产品绿色设计过程中知识的更新换代。最后以活塞的绿色设计知识更新过程的研究为例，验证了该方法的有效性。
工程前沿
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  “蛟龙号”载人潜水器钴结壳取芯器的研究及应用

  鲁德泉, 丁忠军, 李德威, 刘保华, 杨磊, 任玉刚

  中国机械工程. 2019, 30(5): 603-607. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.014

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  结合大洋航次开展国际海底矿区调查和科学研究的需要，以及"蛟龙号"载人潜水器的作业特点，分析了取芯器的工作环境、取芯时的工作状态及技术需求；设计研制了可搭载于"蛟龙号"载人潜水器并由机械手进行操作，由自带的深水电池、深水电机驱动，可进行深海底钴结壳取芯的小型电动取芯器；介绍了取芯器的结构组成和工作性能参数，并进行了钻进试验。试验结果表明，所设计的取芯器达到了深海应用要求。
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  SUV发动机舱热管理一维/三维联合仿真与改进

  唐友名, 娄渊博, 陈基, 李志红, 陈义, 黄秋萍, 袁志群

  中国机械工程. 2019, 30(5): 608-614,629. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.015

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  在某款SUV正向研发阶段，为解决中低速爬坡和高速爬坡工况下发动机出水温度偏高的问题，利用一维/三维联合仿真工具，对模型进行发动机舱流场特性及冷却系统性能分析，发现现有防撞梁设计会影响进风量，从而影响发动机出水温度。基于仿真结果提出了改进方案，改进后发动机的出水温度在中低速爬坡和高速爬坡两种工况下分别下降了6.1℃和6.4℃，验证了联合仿真改进方案的可行性。样车阶段，在转毂试验台上采用大流量风机和轴流通风机来模拟汽车行驶过程中的来流空气，并对改进方案进行了整车热平衡试验。通过对比改进后的仿真结果与试验数据，验证了联合仿真模型精度高于95%。
先进材料加工工程
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  7075航空铝合金原位腐蚀-多轴疲劳行为分析

  刘辰辰, 陈亚军, 李柯, 王川

  中国机械工程. 2019, 30(5): 615-621. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.016

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  针对沿海地区飞机服役过程中的疲劳失效问题，利用自行开发的腐蚀装置对7075铝合金进行未腐蚀和3.5% NaCl盐雾原位腐蚀条件下，等效应力分别为200 MPa、250 MPa和300 MPa时的多轴疲劳试验。结合循环曲线和断口形貌对未腐蚀和原位腐蚀条件下的多轴疲劳失效机理进行对比分析，并提出改进的Manson-Coffin-Basquin （MCB）准则进行寿命预测。结果表明，随着等效应力的增大，7075铝合金未腐蚀和原位腐蚀条件下多轴疲劳寿命均下降；等效应力相同时，相对于未腐蚀试样，原位腐蚀试样的多轴疲劳寿命显著缩短，轴向和扭向滞回线的面积均不同程度增大；200 MPa等效应力条件下，试样多轴疲劳寿命在未腐蚀条件下为99 675周次，原位腐蚀条件下下降至55 284周次；未腐蚀和原位腐蚀条件下，裂纹源均出现在外表面，原位腐蚀试样扩展区有盐粒出现；修正的MCB准则引入加载条件和环境因素，得到了良好的预测效果，寿命预测值均位于两倍分散带内。
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  二维电液颤振对冷挤压成形的影响

  杨庆华, 覃郑永, 王志恒, 鲍官军

  中国机械工程. 2019, 30(5): 621-629. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.05.017

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  针对冷挤压成形过程中变形抗力大、金属流动困难导致模具磨损较大等问题，提出了一种二维电液颤振辅助冷挤压成形工艺，并运用Deform-3D有限元分析软件建立二维电液颤振辅助冷挤压成形的有限元模型，对比分析了无颤振成形方式以及轴向颤振激励下成形、径向颤振激励下成形及二维颤振激励下成形的成形过程。研究结果表明：与无颤振成形方式相比较，成形载荷在二维颤振激励、轴向颤振激励和径向颤振激励成形方式下，分别减小了26.1%、13.2%和5.7%。二维颤振激励成形方式下的成形载荷最小，且金属流速显著增大，应力场分布更加均匀。