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中国机械工程

中国机械工程

2026年09期

《中国机械工程》由中国科协主管、中国机械工程学会主办，是中国机械工程学会会刊，是中国机械工程领域的权威期刊。曾入选国家期刊方阵“双高”期刊，获三届国家期刊奖、三届全国百强科技期刊。

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智能诊断与运维专栏 | 小样本无监督跨域故障诊断方法

智能诊断与运维专栏 | 小样本无监督跨域故障诊断方法

摘要:针对故障诊断中小样本条件下的数据标注缺失及跨域应用中的域偏移问题,提出了一种融合对比学习的域适应策略。通过层级化特征对齐机制,联合优化域级对抗适应与类级对比学习,兼顾域不变特征迁移与类判别性保持,提高目标域故障分类精度。构建一维域共享卷积神经网络提取源域和目标域数据的共性特征,结合无监督域判别损失与梯度反转层优化域级适配,增强域不变特性的可迁移性。设计无监督对比损失函数优化类特定信息,在特征空间内约束类内紧凑性与类间可分性,实现有限样本下类级对齐,有效抑制类边界误识别。在搭建的行星齿轮箱试验台数据集和公开轴承数据集上的跨工况无监督实验结果表明,在多个跨工况迁移任务中,诊断准确率普遍超过95%。所提方法相较于几种无监督域适应方法取得了明显的性能改进,验证了该方法在小样本无监督跨工况故障诊断中的有效性与优越性。
智能诊断与运维专栏 | 基于 A-Zernike 矩的精密运动平台定位误差校准方法

智能诊断与运维专栏 | 基于 A-Zernike 矩的精密运动平台定位误差校准方法

摘要:针对光刻及类似精密装备中,微米级精密运动平台误差校准存在的精度不足、操作复杂且高成本方法普及难的问题,提出了一种基于A-Zernike矩(自适应梯度Zernike矩)的高性价比视觉校准方法。依据靶标形态特征筛选边缘初值,通过线性渐变模型、梯度采样与高斯拟合实现亚像素边缘的自适应提取,精确获取靶标中心位置。依据误差变化规律建立系统参数与靶标位置变化的关联模型,实现多参数联合标定。基于标定结果构建图像坐标与平台位移的转换关系,完成定位误差的解算与补偿。实验结果表明:A-Zernike矩边缘检测精度较传统方法的边缘检测精度提高了47.41%,校准后平台最大定位误差由15.601μm降至0.783μm。该方法显著提高了微米级运动平台的校准效率与可靠性。
智能诊断与运维专栏 | 轴孔类零件单目内窥成像位姿检测研究

智能诊断与运维专栏 | 轴孔类零件单目内窥成像位姿检测研究

摘要:为保障复杂轴类零件内孔表面缺陷检测的内窥成像质量并避免内窥镜与工件碰撞划伤,提出了一种轴孔类零件单目内窥成像位姿检测方法。针对单目内窥成像干扰轮廓多的特点,提出一种基于长度约束与最小包络圆约束的干扰轮廓去除方法。基于改进最大类间方差阈值分割方法对图像进行阈值分割,采用Suzuki轮廓提取算法进行边缘轮廓提取,采用所提出的干扰轮廓去除方法进行目标轮廓筛选并采用径向搜索提取目标内孔轮廓点集。针对轮廓点集离散且存在误差点,以及内窥光源位姿偏移较大时光照不均导致目标轮廓不完整的问题,提出了一种基于轮廓恢复的椭圆检测算法。针对位姿求解的二义性问题,基于成像仅有圆特征、灰度信息丰富且位姿检测时由机械臂移动工件、内孔中心靠近光轴的特点,提出一种基于角度约束与灰度分布的二义性去除方法。实验结果验证了提出的轴孔类零件单目内窥成像视觉位姿检测方法的有效性,该方法在X、Y轴方向上的位置检测精度为0.062 mm,绕X、Y轴旋转的姿态检测精度在1.4°以内,均达到了企业的要求。
智能诊断与运维专栏 | 基于光纤光栅传感器的精冲机换向阀阀芯卡滞间接故障诊断

智能诊断与运维专栏 | 基于光纤光栅传感器的精冲机换向阀阀芯卡滞间接故障诊断

摘要: 液压式精冲机作为高端制造装备, 其液压阀的健康与否关乎其寿命与加工精度。目前对阀芯卡滞故障诊断研究主要采用人工搭建的平台开展试验, 未在工业场景得到验证。为此, 提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器与一维卷积神经网络(1DCNN)的精冲机快进系统换向阀阀芯卡滞故障诊断方法。以HFB-500精冲机为对象, 通过AMESim仿真研究阀芯卡滞对滑块与阀的影响进而确定FBG传感器的测点与数据采集方法, 而后将试验数据通过Savitzky-Golay(SG)滤波以及去除基线漂移处理, 结果表明FBG传感器能够准确捕获阀芯卡滞故障下快进时间会增加这一特征。最后利用1DCNN对阀芯卡滞故障分类, 准确率达99.9%, 通过与支持向量机(SVM)及长短时记忆网络(LSTM)分类性能的对比验证了1DCNN的优异性能, 能够准确识别阀芯卡滞故障。
智能诊断与运维专栏 | 参数自适应变分模态提取及其在轴箱轴承故障诊断中的应用

智能诊断与运维专栏 | 参数自适应变分模态提取及其在轴箱轴承故障诊断中的应用

摘要:针对变分模态提取方法在轴箱轴承故障诊断时故障特征提取效果易受人为预设参数影响的问题,提出了一种基于改进平均峭度指标的参数自适应变分模态提取方法。采用一种无需预设子片段分割数量的改进平均峭度指标自适应确定惩罚因子和中心频率的最佳参数组合,并将与最大改进平均峭度值相对应的期望模态进行包络谱分析以诊断其故障类型。将所提方法分别应用于机车、地铁和客车轴箱轴承的3种不同故障类型试验数据分析过程,结果表明:所提方法能够有效解决变分模态提取方法的参数选取问题,并准确提取3种不同类型轴箱轴承的故障特征。通过与Autogram和CFFsgram方法对比,验证了所提方法在提取轴箱轴承故障频率及其倍频信息方面的优越性。
智能诊断与运维专栏 | 基于复合多尺度加权反向模糊散布熵和增强t分布随机邻域嵌入的滚动轴承退化评估

智能诊断与运维专栏 | 基于复合多尺度加权反向模糊散布熵和增强t分布随机邻域嵌入的滚动轴承退化评估

摘要:针对滚动轴承早期退化时刻难以准确检测的问题,提出了一种基于复合多尺度加权反向模糊散布熵(CMWRFDE)和增强t分布随机邻域嵌入(ATSNE)的退化状态评估模型。对采集到的振动信号利用CMWRFDE算法提取多尺度退化特征,然后利用ATSNE算法对提取到的多尺度特征进行压缩降维,构造出能准确表示滚动轴承性能变化的综合特性指标,最后通过切比雪夫不等式健康阈值策略得到滚动轴承的性能退化评估结果。结果表明,该模型能够准确描述滚动轴承性能退化规律,及时捕捉到初始退化时刻,从而实现对滚动轴承性能退化状态的准确评估。
智能诊断与运维专栏 | 机械元动作单元多故障耦合的动力学建模与特性分析

智能诊断与运维专栏 | 机械元动作单元多故障耦合的动力学建模与特性分析

摘要:针对机械元动作单元多故障并发时特征模糊导致诊断控制困难的问题,提出了一种基于多故障耦合建模分析故障特性的方法。以蜗杆转动元动作单元为例,提取关键故障,基于分段线性弹簧阻尼模型模拟支座松动,基于附加综合不对中激励力模拟联轴器不对中故障。融合滚动轴承动力学模型建立蜗杆动力学模型,集成上述故障模型,建立蜗杆转动元动作单元多故障耦合动力学模型。采用数值分析法求解蜗杆在正常、单一松动故障、单一不对中故障及耦合故障状态下的加速度响应并进行频谱分析。根据现有实验平台,采集并分析上述4种状态的实际加速度时域信号并进行频谱分析。仿真与实验结果对比验证了所建多故障耦合模型的准确性。
智能诊断与运维专栏 | 面向样本不平衡的机翼大梁裂纹损伤识别方法

智能诊断与运维专栏 | 面向样本不平衡的机翼大梁裂纹损伤识别方法

摘要:针对机翼大梁裂纹检测中普遍存在的类别样本不平衡问题,提出了一种基于跨尺度特征融合的改进Swin Transformer V2(CSFF-ISTV2)裂纹分类模型,并设计了三元组动态权重平衡损失函数。在Swin Transformer V2模块中引入全局注意力机制,增强全局长距离依赖建模能力,同时结合门控线性单元与Swish激活函数优化多层感知机,提高特征表达精度;构建跨尺度注意力融合结构,弥补单尺度感受野特征提取不足的缺陷;通过三元组动态权重平衡损失强化少数裂纹样本的识别能力。实验结果表明:在多类别显著样本不平衡工况下,所提模型几何平均准则值为86.27%,准确率为98.29%;相较于基线Swin Transformer V2,两项指标分别提高了33.5%和4.44%。
智能诊断与运维专栏 | MBGA-FuseNet: 双分支图网络与多域自适应融合的轴承故障诊断框架

智能诊断与运维专栏 | MBGA-FuseNet: 双分支图网络与多域自适应融合的轴承故障诊断框架

摘要:针对复杂工况下滚动轴承故障信号存在多尺度特征提取不足、时空依赖能力弱及跨域特征融合不充分等问题,提出了双分支图网络与多域自适应融合(MBGA-FuseNet)的轴承故障诊断框架。构建双分支图神经网络架构:将改进位置编码的图级Transformer与自适应多尺度切比雪夫图卷积结合以增强节点拓扑性从而实现不同邻域信息的跨尺度自适应融合,并结合块间全局自注意力编码器提升特征的深度表达与层级关联。设计了非线性典型相关分析(NL-CCA)逐节点级跨通道特征融合模块,在节点层面实现跨分支特征的自适应关联与动态加权融合,并提出一种改进的通道融合注意力模块(CFAM),通过引入快速卷积门控线性单元(Faster-CGLU)机制,细化通道门控信号的细粒度。最后在时序特征建模方面,采用双向门控递归单元(BiGRU)结构捕获时间依赖关系,结合提出的多域交互融合框架(HIFTFS),将时域、频域与空间域特征进行深度交叉融合。将所提方法在多个公开轴承数据集上进行了实验验证,不同工况与信噪比条件下的准确率均优于其他对比模型。
智能诊断与运维专栏 | 生成对抗数据增强与多模态特征融合的风电机组变桨系统故障诊断

智能诊断与运维专栏 | 生成对抗数据增强与多模态特征融合的风电机组变桨系统故障诊断

摘要:针对风电机组变桨系统的故障诊断面临数据不平衡、特征提取困难等问题,提出了一种基于改进条件生成对抗网络(ICGAN)与多模态特征融合网络(MMFNet)的故障诊断方法。在传统条件生成对抗网络架构基础上引入注意力层,增强模型对输入特征关键信息的捕捉能力;采用自回归模型生成随机噪声,使生成样本更具多样性与真实性;加入奖励机制,优化模型训练过程,提高生成样本质量。在此基础上构建MMFNet模型,用于实现对风电机组变桨系统多故障的精准诊断。实验结果表明,所提出的ICGAN-MMFNet模型在不同样本数量比例下,精确率和F1分数都在0.96以上,召回率都在0.97以上,说明了所提故障诊断模型在不平衡样本下的有效性和泛化性。
机械基础工程 | 轻量化液压双足机器人机械腿拓扑优化设计

机械基础工程 | 轻量化液压双足机器人机械腿拓扑优化设计

摘要: 目前在双足机器人轻量化设计过程中, 许多零件的优化设计仍未能获得理想的结构形态, 最终只能依靠设计者的经验进行后续的调整和修正。基于此, 对现有的拓扑优化方法进行了系统梳理, 并将其引入机械大腿的结构设计中。通过构建机械大腿轻量化优化设计的数学模型, 并按照拓扑优化的流程对机械大腿的初始设计几何模型进行了不同单元密度和优化最小尺寸的减重设计, 最终获得了四种拓扑结构, 分别使质量减小了 535.4 g、494.3 g、423.8 g 和 569.2 g。根据实际工况和机加工工艺的要求, 选择了第三种方案进行强度仿真校核, 仿真结果表明, 与已加工构型相比, 在设定分布力的工况下, 优化设计的最大位移变形量为 0.9012 mm, 明显小于原设计的最大位移变形量 1.188 mm; 在设定分布力及力矩合力的工况下, 最大位移变形量为 1.799 mm, 也小于原设计的最大位移变形量 2.377 mm。部件质量减小了 38.45%, 优化设计的性能表现优于原设计, 验证了有限元模型的准确性及优化设计的有效性。
机械基础工程 | 面向工程臂架系统的高维全局参数优化设计方法

机械基础工程 | 面向工程臂架系统的高维全局参数优化设计方法

摘要:针对参数化几何模型稳定性不足、仿真精度与效率难以兼顾以及高维代理模型精度损失等问题,提出面向工程臂架系统的高维全局参数优化方法。该方法以自适应参数化几何建模拓展设计空间,以系统级响应重构兼顾有限元计算精度与效率,并通过代理信息迁移融合径向基函数(RBF)与Kriging模型,构建SITFO代理辅助优化算法。以59 m混凝土泵车臂架系统为例,优化后质量减小18.46%,最大变形量减
机械基础工程 | 高速移动载荷作用下的垂-轴向耦合弹性梁动态响应分析

机械基础工程 | 高速移动载荷作用下的垂-轴向耦合弹性梁动态响应分析

摘要:针对高速移动载荷作用下的轨道动态响应问题,提出一种考虑轨道垂-轴向耦合变形与装配界面摩擦滑移的弹性梁动态响应分析框架,综合电磁斥力、电枢扩张力、预紧力、后坐力、摩擦力等输入载荷的时空分布特性,建立了包含轨道垂-轴向耦合振动、封装壳/绝缘体轴向振动以及封装壳-轨道-绝缘体装配界面动态滑移特性的完整结构动力学模型。通过与光纤光栅传感器实测应变数据对比,检验了所提模型的准确性。研究表明,电枢通过后直至出口前,在电磁后坐力和枢轨摩擦力的共同作用下,轨道中前段区域存在显著的轴向变形,可能引发低周疲劳和蠕变等劣化损伤。此外,在电枢前方轨道观察到高速前驱波特征,推断其源于电磁后坐力所致轴向应力波的前向传播。研究结果弥补了当前轨道动态响应研究缺乏垂-轴向耦合变形分析的缺陷,为封装壳-轨道-绝缘体装配结构的延寿优化与可靠性评估提供了理论依据。
机械基础工程 | CFRP/钛合金叠层结构制孔刀具磨损研究进展

机械基础工程 | CFRP/钛合金叠层结构制孔刀具磨损研究进展

摘要:碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与钛合金组成的叠层结构在航空航天等领域应用广泛,但其制孔过程中因材料性能差异巨大而面临严峻的刀具磨损挑战,直接影响装配质量与加工成本。系统综述了CFRP/钛合金叠层结构制孔刀具磨损的研究进展,重点阐述了刀具在CFRP层和钛合金层中的磨损机理及其在叠层加工中的耦合作用,分析了刀具材料、刀具几何结构、切削参数等关键因素对刀具磨损的影响。探讨了刀具磨损对制孔质量的恶化效应,总结了通过冷却润滑技术、振动辅助钻削等工艺抑制磨损的策略。概述了基于多传感器融合与机器学习算法的刀具磨损状态监测技术。对未来研究方向(如新型刀具材料开发、智能刀具设计、复合工艺优化以及智能化磨损监测系统等)进行了展望,为实现CFRP/钛合金叠层结构的高质、高效、精密制孔提供了理论参考。
机械基础工程 | 面向微型遮光检测组件的精密装配方法

机械基础工程 | 面向微型遮光检测组件的精密装配方法

摘要:微型遮光检测组件在各类高精度位移和运动传感器中应用广泛,其尺寸微小且配合精度要求较高。针对该组件自动化装配过程中的视觉检测和连接控制任务,开展了微型遮光检测组件精密装配方法研究。研制了自动化精密装配系统;借助六自由度机械臂运动灵活的优势,以搭载于精密运动机构上的定位销作为参考标记,消除了机械臂重复定位误差的影响,不需要增加额外的硬件,仅通过单一相机即实现了复杂微装配中零件的多方位测量与对准引导;为保证微胶连的可靠性,建立了基于胶滴预点样的参数调节和针头定位方法,结合标定块和视觉测量完成胶量和胶滴位置的控制。实验结果表明:利用机器人引导多向视觉对准,能够实现的装配误差小于10μm,姿态偏角小于0.2°,对于直径为300μm的胶滴,胶滴位置偏差小于±10μm,直径大小的一致性偏差小于9%,满足装配作业对组件对准和胶连的要求。
机械基础工程 | 行星轮瞬态变形对行星齿轮传动系统动态特性的影响研究

机械基础工程 | 行星轮瞬态变形对行星齿轮传动系统动态特性的影响研究

摘要:以某型风电齿轮箱行星轮用滑动轴承支撑的行星轮系为研究对象,综合考虑行星轮瞬态变形、齿面承载接触和构件动态位移,提出了一种多齿瞬态三维接触模型,利用齿轮副接触与滑动轴承支撑作为界面协调条件将各构件进行耦合,建立行星轮系刚柔耦合动力学模型,分析了行星轮瞬态变形对行星轮系动态特性的影响。研究结果表明,在啮合力和油膜力共同作用下,行星轮会发生椭圆状变形,其局部振动响应与齿轮副啮频相关;行星轮瞬态变形能够缓解齿轮副啮合挤压程度,降低振动响应,改善系统均载,但过大的结构柔性会使齿轮副周期性地出现“接触-脱齿-接触”非线性啮合现象,易使齿面出现瞬时峰值载荷,增大疲劳失效风险。
机械基础工程 | 非轴对称双列深沟球轴承密封单元接触特性影响机理与失效准则

机械基础工程 | 非轴对称双列深沟球轴承密封单元接触特性影响机理与失效准则

摘要:借助有限元方法对双列深沟球轴承密封单元进行三维分析,采用多元回归分析和主成分分析,揭示了密封圈内径、密封圈圆角半径、卡环内径和内圈圆角半径对密封单元接触特性影响程度的强弱;探究了这4种参数对双列深沟球轴承密封单元接触特性的影响机理。结果表明:结构参数对密封单元接触特性的影响程度由大到小依次为密封圈内径、内圈圆角半径、密封圈圆角半径、卡环内径;改变前3个因素会改变密封圈与内圈接触部位的接触形貌,进而改变单一因素的梯度变化规律。优化后最小有效接触应力提高16.28%,摩擦力降低30.95%。通过试验验证了有限元计算方法及密封单元接触特性计算结果的准确性。
机械基础工程 | 基于分层种群策略的机器人静刚度位姿优化

机械基础工程 | 基于分层种群策略的机器人静刚度位姿优化

摘要:提出了一种面向精密磨抛场景的刚度性能指标,基于分层自适应遗传算法优化位姿以提高机器人刚度。构建了机器人运动学与静刚度模型,并通过关节刚度辨识实验获取操作刚度矩阵;以机器人磨削点处的柔度椭球为依据,结合磨抛路径上的机器人刚度及其稳定性,设计了适用于磨抛工况的综合刚度性能指标;引入适应度驱动的参数调整和种群分层机制,针对种群不同层使用差异化遗传策略,对磨削点位姿进行优化。实验结果表明,在不改变机器人结构和材料的情况下,变形量降低了约80%,机器人刚度得到有效提高。
机械基础工程 | 微行程尺度下精密线性平台装配误差解耦与定位精度优化研究

机械基础工程 | 微行程尺度下精密线性平台装配误差解耦与定位精度优化研究

摘要:为提高微行程尺度下精密线性平台定位精度,根据不同位移尺度定位精度机理,基于装配误差,提出一种装配误差解耦与定位精度提高优化方法。首先,采用提炼的概率密度函数传递算子,通过“组件-装配误差项-几何精度”多对多误差分布耦合映射关系,建立包括装配过程定位精度变化趋势,以及装配误差传递规律的精密运动平台综合预测模型;然后,以装配次序为变量,通过间接改变装配误差的耦合关系,进行误差测量验证和耦合映射关系表征;最后,依据误差传递规律,实现了平台装配优化和定位精度的提高。优化后的装配实验结果表明:依照ISO标准,在1 mm行程下双向定位误差由20 μm降低到6 μm,分布均值绝对值从3.9 μm降低至0.5 μm,标准差从4.9 μm降低至2.4 μm,说明该方法对精密线性平台定位精度的提高行之有效。
机械基础工程 | 密封圈越孔磨损特性和失效模式研究

机械基础工程 | 密封圈越孔磨损特性和失效模式研究

摘要:提出了一种基于分层材料模型和自适应网格的有限元模型以研究密封圈循环越孔运动的磨损行为,该分层材料模型可有效减少超弹性材料模型在自适应网格计算过程中的梯度状态变量错误。通过大规模仿真计算和实验发现,不同材料的密封圈越孔运动的受力特征、磨损特性分为两类,并产生了相应的两种失效模式:越孔运动磨损后接触失效模式和越孔运动变形后剪切失效模式。在越孔运动磨损后接触失效模式下,接触应力具有高度可预测性。进一步研究了越孔密封圈失效机理,为其可靠性设计提供了理论基础和优化策略。
先进材料加工工程 | SPS烧结添加导电增强相的 Si₃N₄ 基复合陶瓷刀具材料的电热行为仿真与试验研究

先进材料加工工程 | SPS烧结添加导电增强相的 Si₃N₄ 基复合陶瓷刀具材料的电热行为仿真与试验研究

摘要: 放电等离子烧结(SPS)技术的高升温速率会导致烧结系统产生较大的温度差异, 进而影响烧结试样结构和性能的均匀性。借助 COMSOL Multiphysics 软件, 通过引入 PID 算法, 构建了温度随时间可控的二维热-电耦合有限元模型, 并通过烧结实验验证了模型对电流场和温度场计算的可靠性与准确性。基于有效介质渗流理论, 分析了添加的导电相 TiCN 含量对 Si3N4
先进材料加工工程 | 微激光辅助切削硒化锌晶体去除机理研究

先进材料加工工程 | 微激光辅助切削硒化锌晶体去除机理研究

摘要:进行了硒化锌晶体在传统超精密加工和微激光辅助切削( μ -LAM)的对比实验,分析了 μ -LAM时激光功率对表面形貌、表面质量的影响规律,获得了最优工艺参数。为揭示 μ -LAM机理,采用变温纳米压痕技术分析了硒化锌的力学性能随温度的变化规律。研究表明,在相同的切削条件下, μ -LAM能够显著改善工件的表面质量,但激光功率过大会导致表面质量的恶化,在最优激光功率2.34W下,可
先进材料加工工程 | TC4钛合金射流电解质等离子体微加工流场仿真与实验研究

先进材料加工工程 | TC4钛合金射流电解质等离子体微加工流场仿真与实验研究

摘要:提出了一种射流电解质等离子体微加工(Jet-EPM)方法。以TC4钛合金为研究对象,开展了定点射流加工实验,探究加工时间对加工形貌演化的影响机制。通过移动射流微加工实验,分析了喷嘴移动速度及扫描重叠率对加工形貌的影响规律。结果表明:定点射流加工初期,材料去除集中于射流接触中心区域;随着加工时间的延长,加工定域性逐渐降低。微槽加工中,加工质量随喷嘴移动速度提高而提升,但速度过高会导致路径两端材料过度去除。扫描加工时,若路径重叠率低于75%,工件表面将出现垂直于扫描方向的波纹状起伏。
先进材料加工工程 | 几何缺陷结构对钻具螺纹强度与疲劳寿命影响分析

先进材料加工工程 | 几何缺陷结构对钻具螺纹强度与疲劳寿命影响分析

摘要:以某双台肩钻具连接螺纹为研究对象,考虑缺陷结构对螺纹力学性能的影响,建立了能有效模拟上扣扭矩和复杂接触状态的钻具连接螺纹轴对称等效模型,开展了弯曲井段下螺纹结构的强度与疲劳寿命分析。计算结果表明:在给定上扣扭矩、内外压力、轴向载荷和弯矩的作用下,螺纹最大应力发生在内外螺纹啮合的第一圈齿根位置,经强度评定和疲劳分析,螺纹结构能够满足工程需求。当螺纹结构产生缺陷后,其最大等效应力总是出现在缺陷底部位置;缺陷位置距离外螺纹第一圈齿根越近,等效应力增幅越大,缺陷位置对等效应力的影响由大到小依次为首圈齿根、首圈齿廓根部、首圈齿廓中部。随着缺陷深度的增大,螺纹整体应力逐渐增大,当缺陷深度增至2.3 mm时,最大应力增大50.1%,疲劳寿命降低94.8%;随着缺陷宽度的增大,螺纹整体应力逐渐减小,但相较于无缺陷螺纹结构,宽度为1.6 mm时,最大应力仍然增大了34%,疲劳寿命降低了75.2%。
先进材料加工工程 | 基于改进 DeepLabv3+ 模型的电阻点焊表面缺陷检测方法

先进材料加工工程 | 基于改进 DeepLabv3+ 模型的电阻点焊表面缺陷检测方法

摘要: 针对机器视觉技术对电阻点焊表面的油污、反光、曲面等因素敏感, 使得图像处理困难和分割精度低等问题, 提出一种基于深度学习的语义分割方法, 通过改进 DeepLabv3+ 模型实现对焊点图像特征的智能分割、识别与分类。实验结果表明: 采用 MobileNetV3-Large 作为主干网络实现了模型轻量化; 添加改进的 CBAM-change 注意力模块提高了模型的分割性能; 改进后的 DeepLabv3+ 模型的平均交并比达到 92.15%、F1 分数达到 95.86%、准确率达到 99.81%、处理单张焊点图像的平均时间为 26.24 ms, 可实现白车身焊点缺陷精准分割。
工程前沿 | 铆钉结构对 CFRP/钛合金摩擦铆焊工艺及接头力学行为的影响

工程前沿 | 铆钉结构对 CFRP/钛合金摩擦铆焊工艺及接头力学行为的影响

摘要:针对预制孔复合材料与钛合金叠层构件,提出基于半空心铆钉的复材单层制孔摩擦铆焊(C-PDFR)工艺:驱动钛合金铆钉进入CFRP板材预制孔,铆钉高速旋转与钛合金板材相互作用,实现管状铆钉体与板材的摩擦焊连接,并通过钉帽锁紧CFRP板材,实现CFRP与钛合金的高性能连接。研究了外倾型、对称型、内倾型铆钉尖端结构对摩擦焊过程中材料流动方向、铆钉/钛板界面焊合质量的影响规律,分析了典型接头的微观组织特征、硬度分布及拉剪性能。结果表明,铆钉/钛板界面形成了细晶搅拌区,在铆钉的旋转进给作用下,细晶区形成金属飞边,并向铆钉内外侧流动。采用外倾型或对称型铆钉时,大量金属飞边流向铆钉内部,造成界面焊合质量降低。而内倾型铆钉能够有效抑制金属飞边向内部流动,进而改善界面焊合质量。外倾型铆钉获得的接头在拉剪测试中呈现低强度界面失效,而内倾型铆钉的接头呈现高强度铆钉剪切断裂,拉剪峰值力和能量吸收分别提高了137.0%和159.1%。
工程前沿 | 三模块分布式驱动虚拟轨道列车的驱动防滑控制

工程前沿 | 三模块分布式驱动虚拟轨道列车的驱动防滑控制

摘要:针对虚拟轨道列车因铰接结构与多车轮配置引发的打滑问题,提出了一种三模块分布式防滑控制模型,包含驾驶员控制、防滑控制与转矩协调控制模块。驾驶员控制基于模糊控制算法,以速度误差及其变化率为输入,输出踏板开度,实现车辆目标速度精准跟踪。防滑控制采用基于滑转率偏差的PID算法,调节电机驱动力矩,有效抑制车轮打滑。为解决因力矩差异引起的转向偏差问题,提出“同轴低选”原则,实现同轴车轮力矩协调,保障行驶稳定性。仿真结果表明:该模型在速度控制中的误差小于0.5%;在未施加防滑控制的情况下,车轮滑转率及驱动力矩表现出明显波动,验证了防滑控制措施的必要性;在低附着系数及对接路面工况下,系统可实现滑转率稳定控制与加速性能改善。将该方法与滑模控制方法进行对比实验,结果显示,PID控制在控制精度与系统稳定性方面表现更优。在对开路面工况下,转矩协调模块通过“同轴低选”策略统一同轴车轮力矩,有效避免了转向偏差,提高了车辆操控稳定性。
工程前沿 | 曲线段轨道梁参数对磁浮车-桥耦合动力学的影响

工程前沿 | 曲线段轨道梁参数对磁浮车-桥耦合动力学的影响

摘要:针对曲线段高速磁浮车-桥耦合问题,基于多体动力学理论与UM软件建立了列车模型,分析了曲线轨道梁参数对系统响应的影响,并提出车速与曲线半径的匹配方案。研究结果表明:400 km/h 车速通过半径3000 m、横坡角12°曲线的车体横向加速度超限,需降速或增大半径;增大横坡角可抑制横向加速度但会增大垂向加速度;450 km/h通过6000 m半径曲线的各项响应均满足限值;横坡角不超过12°时,车速300 km/h、400 km/h对应的最小曲线半径分别为3000 m和6000 m;横坡角不超过9°时,车速450 km/h对应的最小曲线半径为9000 m。
工程前沿 | 预钻孔自冲铆接钢/铝接头工艺和性能的仿真与参数化研究

工程前沿 | 预钻孔自冲铆接钢/铝接头工艺和性能的仿真与参数化研究

摘要:为了系统研究工艺参数对预钻孔自冲铆接钢/铝接头的成形质量和力学性能的影响,提出了考虑铆接工艺过程和接头力学性能的仿真和参数化研究方法。建立了2D轴对称仿真模型来模拟铆接过程,并通过2D-3D一体化的转换方法建立了3D接头仿真模型来模拟接头的力学特性。通过对比试验和仿真的接头截面、失效模式、峰值载荷和能量吸收来验证仿真模型的准确性。基于2D轴对称模型模拟不同的工艺参数,并生成相应的3D接头模型来评估力学性能。基于贡献度和主效应分析研究工艺参数对预钻孔自冲铆接接头的影响,并建立了回归模型来预测接头质量。结果表明,较大的预钻孔直径会导致接头峰值力的降低,但对能量吸收的影响较小;铆钉长度与底切和力学性能正相关。建立的回归模型可用于接头成形质量和力学性能的预测,预测的绝对误差小于8.8%。
前沿快报 | 增材制造的前世今生:从快速原型(RP)到 “3D打印+X”

前沿快报 | 增材制造的前世今生:从快速原型(RP)到 “3D打印+X”

摘要:增材制造是先进制造领域最具代表性的变革性技术之一,已由早期快速原型(RP)逐步演进为面向复杂构件制造的系统化技术体系,并进一步拓展至4D打印、生物制造和太空制造等前沿方向。系统回顾了增材制造的起源、典型工艺形成及其由RP、快速原型制造(RPM)向“3D打印+X”演进的发展历程,分析了CAD/CAM/CNC等数字化制造技术对增材制造技术形成与发展的基础支撑作用,重点阐明了材料体系拓展与激光器等关键装备突破对增材制造由“样件制造”迈向“功能件制造”的推动作用。总体看来,增材制造的发展不是单一工艺的线性延伸,而是材料、工艺、装备等因素与应用需求协同驱动的结果,其技术内涵正由几何结构成形向智能化功能赋予不断拓展。结合4D打印、生物制造、太空制造及人工智能融合等发展方向,指出增材制造正在由一种先进加工方法快速演进为支撑未来制造的重要技术体系。
学会资讯 | 2026年创新设计活动周暨第十一届好设计颁奖大会系列活动通知

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“好设计奖”是经国家科学技术奖励工作办公室备案的全国性综合科技奖项，由路甬祥院士、潘云鹤院士与中国机械工程学会联合主办。该奖项自2015年创办以来，已成功举办十届，始终紧扣制造强国战略部署，深耕制造业创新设计领域，持续推动设计创新与实体经济深度融合，现已成为国内创新设计领域的标杆性奖项。2026年是“十五五”规划开局之年，也是我国制造业转型升级、提质增效的关键之年。制造业正加速向高端化、智能化、绿

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