- 赵常捷;郭为忠;
机器人操作的装配连接系统在太空应用中具有重要价值。然而，目前该类连接系统的设计主要依赖设计者的经验，缺乏系统化的设计方法，这在一定程度上限制了该领域的发展。为此，文中提出了一种面向机器人装配的链式运动特征接头系统设计方法。该方法基于旋量理论，建立了接头系统的分析、运算和建模框架，旨在为设计者提供从需求到方案的清晰设计路径，并拓宽设计方案的选择空间。该方法通过深入分析机器人装配操作特性，将接头系统的设计过程划分为运动特征序列设计、运动副元素设计和约束设计三个主要部分。在运动特征序列设计中，提出了运动副运算规则；在运动副元素设计中，明确了各类运动副元素及其运算对应的设计流程；约束设计则讨论了如何通过合理组合力源特征和运动副元素，实现对构件的完整约束。此外，文中还引入阵列设计和柔性设计，作为性能优化设计的补充手段。该设计方法特别适用于机器人作业能力受限、对操作简便性要求较高的场景，能够根据不同设计元素的选择，生成多种可行的装配接头方案。最后，通过两类典型的单步操作装配接头设计流程，验证了所提方法的有效性。
2026年01期 v.42;No.221 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 2548K] <正>安徽工程大学是一所以工为主的省属多科性高等院校和安徽省重点建设院校,是国家中西部高校基础能力建设工程(二期)项目建设高校,坐落在国家级开放城市芜湖。学校办学始于1935年安徽私立内思高级职业学校,历经芜湖电机制造学校(隶属于原国家第一机械工业部)、安徽机电学院等办学阶段,2010年更名为安徽工程大学。2015年获批安徽省高校综合改革首批试点院校,2016年获批安徽省系统推进全面创新改革试验高校创新自主权改革试点单位,2019年获批安徽省立项建设博士学位授予单位。学校校舍建筑总面积65万平方米,教学科研仪器设备总值3.98亿元。
2026年01期 v.42;No.221 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 811K] -
<正>《机械设计与研究》期刊是集学术性和技术性于一体的机械类刊物、《中国科技期刊精品数据库》收录期刊、中国科技论文统计用期刊、全国中文核心期刊、中国科学引文数据库来源期刊、美国剑桥科学文摘（CSA）收录期刊。本刊国内外公开发行，有阵营强大的国内外编委队伍。本刊系双月刊，每双月20日出版，大16开本，每期传递信息量约69万字。
2026年01期 v.42;No.221 4页 [查看摘要][在线阅读][下载 120K] - 林沛骏;姚振强;杜海峰;黄新页;
主泵在失水工况下，水润滑推力轴承会失去冷源换热，带来复杂的热瞬态影响。针对主泵下飞轮区域推力盘的结构特点及失水工况条件，建立下飞轮-推力盘系统有限元模型，对上、下推力盘的轴向变形进行分析。结果表明，在失水工况下，推力盘在内部不均匀温度作用下产生使液膜厚度减小的热变形，在飞轮端板与推力盘之间环形水隙引发的非均匀水压作用下，产生使液膜厚度增大的弹性变形；揭示弹性变形对于热变形的补偿作用，减轻失水工况对推力盘变形影响。比较不同转速下发生失水工况后推力盘的变形情况发现：低转速发生失水工况时，弹性变形减小，推力盘的轴向变形量更大，会增加轴承润滑失效的可能性，在主泵运行中应避免该工况的发生。
2026年01期 v.42;No.221 10-14+24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1932K] - 吴志伟;裴香丽;段晋军;刘书豪;薛景锋;戴振东;
机翼盒段作为飞机的重要组成部分，其内部结构的定期检修对飞机的可靠与安全运行至关重要。由于机翼盒段内部空间狭小、结构复杂，传统人工检修面临诸多问题，为此设计了一种可应用于机翼盒段检测的小型窄体四足机器人。然而，机翼盒段底部的弧形坡面为四足机器人在该环境下的全向运动控制带来了一定挑战。为解决这一问题，改善机器人在弧形坡面上的全向运动稳定性，提出了一种通过动态调整机身位姿以适应二维坡度变化的控制策略。首先，建立了机器人足端位置与姿态角的映射关系，进而分析其位姿调整方法；其次，设计了基于比例-微分控制器的全向自适应姿态稳定控制策略，以提高机器人对弧形坡面的全向自适应能力。最后，进行了位姿调整方法和控制策略的静态实验，并在机翼盒段内部开展了机器人坡面运动实验。结果表明该控制策略能够保证机器人主动适应动态变化的坡面环境，机身姿态角变化不超过±5°,可实现机器人在机翼盒段内部的全向稳定运动，为足式机器人完成机翼盒段内部检修提供有价值的参考。
2026年01期 v.42;No.221 15-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 2718K] - 李泽雁;丁晓红;张横;
低温阀瓣作为控制低温介质流动的关键组件，其密封性能直接影响到系统的安全和效率。研究了低温阀瓣的软密封性能，特别关注聚三氟氯乙烯(PCTFE)软密封材料从室温(300 K)到极低温条件下(77 K)的适用性。通过有限元分析方法，分析了阀瓣密封压力、阀座与密封垫初始接触宽度和低温介质压力对密封面接触应力分布及泄漏量的影响。研究发现，密封压力从2.5 MPa增加到5.0 MPa时，平均接触应力显著提升，显示出接触应力对密封压力的显著正相关性，但随着密封压力增大边缘效应更为显著，应力集中现象增强；随着密封宽度从1.5 mm增加到3.5 mm,接触应力的均匀性得到显著改善，但是泄漏量显著增加；介质压力从0.5 MPa提高到1.5 MPa,导致平均接触应力剧烈降低以及泄漏量增加，强调了适当的介质压力在维持良好密封性能中的重要性。研究结果为低温阀门的设计和优化提供了重要的工程应用价值，确保了低温介质的安全有效应用。
2026年01期 v.42;No.221 25-31+38页 [查看摘要][在线阅读][下载 2262K] - 范骏;何人方;李俊龙;胡俊峰;
双稳态结构能够在两种稳定形态之间可逆切换，在软体机器人、航空航天和可重构超材料等领域具有重要应用价值。然而，传统双稳态结构的设计通常依赖于复杂的拓扑设计或使用复合材料，制作过程复杂、难以大尺度集成与部署。针对上述问题，提出了一种基于剪纸(Kirigami)技术的可拓展双稳态结构，具有制造简便、稳态丰富、可扩展性强的优势。首先，设计了一种双稳态剪纸单元，实验验证了其稳态切换的对称性和可逆性。在此基础上，拓展出两种基础剪纸结构(Ⅰ型和Ⅱ型),其形态由稳态状态决定，差异显著且可调控。然后，提出了可无限扩展的链式剪纸结构，由交替排列的Ⅰ型和Ⅱ型结构组成。实验表明：该结构具有可重构与多形态特性，且通过排列组合可形成丰富构型。基于此，提出一种形状设计方法，将目标形状拆解为稳态值，实现了任意形状的可控构建，并以字母“S”为例证明了其有效性。研究表明：剪纸双稳态结构制造简便、可扩展性强，具备多稳态与可重构特性，为机械逻辑门、可编程超材料等提供了新思路，其拓展设计在大规模部署任务中具有显著潜力。
2026年01期 v.42;No.221 32-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 2222K] - 王明海;张闯;王启家;
针对传统舱段装配对接技术自动化程度低，产品的一致性差、品质不稳定的问题，设计了一种针对舱段总装的自动对接调姿机构。首先，设计了一种混联机构，该机构采用4-UP型并联机构与4-PP型串联机构的混合配置可实现五自由度的调姿。且基于柔性钢索结构，在舱段对接过程中对接舱段可在同固定舱段接触时自动调整补偿偏航角，实现舱段的柔性对接。然后，通过运动学分析，建立了组成方式4-UP的并联机构位置逆解模型和4-PP的串联机构的D-H参数模型，结合坐标变换方法构建了混联机构的复合运动学分析模型，并综合得到混联机构的数学反解模型。其次，提出了一种利用视觉技术实时测量舱段的位姿偏差，进而实现舱段自动对接闭环控制的方案，并通过蒙特卡洛法对调姿机构进行误差分析且深入分析了双目视觉系统的误差，确保舱段对接精度。最后，搭建试验样机并进行了工程验证，试验成功率达100%,完成对接平均时间约为11.1 min。研究结果表明，该机构可实现舱段自动化柔性精准对接，对舱段总装生产线的设计具有重要的参考意义。
2026年01期 v.42;No.221 39-44+52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2016K] - 孙渊;熊廖强;唐剑锋;
针对核岛主设备中传统联轴器易腐蚀、易磨损、难以隔离振动和冲击等缺点，研究设计了一种耐腐蚀、无磨损、可靠性高的磁力联轴器。基于等效磁荷法(EMC)和设计约束，建立了物理模型，确定了合适的耦合材料。对磁力联轴器进行静磁场和瞬态场仿真，得到了磁体厚度、磁极张角、磁极对数、轭铁厚度与扭矩的特性曲线，以及有无隔离套时扭矩波动对比图；分析了隔离套厚度与涡流损耗的影响和内外转子不同步时扭矩丢失情况，研究了磁耦合效率随负载速度的变化及各类损耗随转角的变化。试验结果表明，10磁极对的磁力联轴器具有更高的扭矩密度，且扭矩波动仅为0.1%;在临界角下，永磁体与隔离套的涡流损耗为主要损耗来源，在最大速度时耦合效率为94.2%,最低速度时耦合效率为96.9%,满足了6 000 r/min内的扭矩传递要求。研究结果可为其他工况下的磁力联轴器设计提供理论依据。
2026年01期 v.42;No.221 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 2508K] - 何斌;韦宝琛;岳义;张华;
面向具有大跨距障碍物的复杂环境，针对传统轮式或足式机器人在此类复杂环境中适应性不足的问题，通过分析复杂环境的标准参数以及机器人拓扑结构选择与设计，设计一种带有移动关节腰部的轮足复合移动机器人。通过机器人单腿及整体运动学得到其单腿末端位置与身体位姿和腰部拉伸量之间的关系，基于蒙特卡洛法根据运动学参数解析得到经过移动关节腰部拉伸前后机器人的工作空间，证明了移动关节腰部能够有效提升机器人的工作空间范围，增强了机器人的越障性能。研究越障高度、宽度和机器人身体位姿的关系，以越障高度与越障宽度对机器人越障性能评估，确定了移动关节腰部与越障性能之间的关系。结合具体的机器人机构和结构参数，研究复杂环境障碍物的越障方式，建立了单腿越障及机器人整体越障规划，通过移动关节腰部与多腿协调的方式实现越障过程。通过虚拟样机仿真验证了所建立的越障方法在实际应用中的可行性，同时验证移动关节腰部结构在提升其越障性能方面所起到的作用。
2026年01期 v.42;No.221 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2486K] - 冯彬;顾彬;戚宇彤;李淑慧;
铝合金作为极具潜力的轻量化材料迫切需要一种既能保证成形性又能满足高服役性能要求的成形技术，为此开展了典型汽车用6111铝合金板材超低温力学性能和成形工艺实验研究。搭建了超低温变形条件下材料全场应变数字图像相关(DIC)测试平台，提出适合超低温测试的散斑制备方法。利用超低温单向拉伸实验机测试并对比分析了6111铝合金板材室温与液氮温度下的基本力学性能，实验结果表明：O态、T4态和T6态的6111铝合金板材在超低温下都表现出明显的“双增效应”,即延伸率和硬化指数同时提高的现象。进一步对不同预应变下6111-T4铝合金板材烘烤后力学性能进行评估，其强度接近甚至超过原始T6态强度。基于T4态铝合金优异的超低温塑性和烘烤强化性能，提出“T4态液氮浸泡-超低温成形-烤漆处理”的成形工艺路线，搭建了超低温冲压系统，增加液氮流道实现局部液氮喷淋，成功利用6111-T4态板材在超低温下成形出无破裂的W型防撞梁零件，实现成形性和高强度的协同调控。超低温成形技术可以有效地提升材料的成形性以及表面质量，是高强铝合金薄壁构件制造潜在的发展方向。
2026年01期 v.42;No.221 60-64+73页 [查看摘要][在线阅读][下载 1915K] - 施鸿渊;方子;付庄;
双目视觉系统通过两个相机同时拍摄的二维图像，建立起图像上指定工作空间中目标点所占像素点与三维空间中位姿的对应关系。传统的双目视觉定位过程包括双目相机标定、图像特征点提取与配准，以及通过特征点计算目标物体的三维位姿。针对现有的双目视觉系统提出结构和算法方面改进，旨在减小过程误差以提升定位精度。首先针对系统结构参数(如基线距离和夹角)对定位误差的影响，建立了数学模型并引入公共视野参数，通过MATLAB仿真确定了参数的最优取值，使系统总误差最小化。在算法优化方面，针对不可见光图像特征点稀少的问题，使用基于改进的霍夫圆检测评价函数作为特征点提取算法，提出了相对距离检测法，以提高特征点匹配的准确性。进一步结合光流法计算三维速度，并采用粒子滤波将位姿估计与速度信息相结合，增强了系统在动态环境下的稳定性和精度。实验部分通过搭建由UR机械臂、双目视觉系统和超声探头外壳组成的验证平台，进行了定位模块标定、手眼标定以及运动轨迹验证。实验结果显示，优化后的双目视觉系统在设定的工作空间内运动，轨迹误差由±0.43 mm降低为±0.22 mm,系统定位精度显著提高，验证了所提算法和结构优化的有效性。
2026年01期 v.42;No.221 65-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2029K] - 戚宇彤;李淑慧;顾彬;
铝合金在超低温单向加载时具有延伸率提高和硬化能力增强的“双增效应”,而在超低温循环加载时表现出的变形行为尚不清晰。文中以峰值时效态AA7075-T6铝合金为研究对象，进行了25℃～-196℃下预拉伸-反向压缩-再拉伸的循环加载试验，预拉伸应变为3%至7%,分析了超低温下的循环变形特征。结果表明，AA7075-T6在25℃～-196℃循环拉压时表现出包辛格效应、瞬态效应和永久软化。超低温变形时形成致密的位错结构，产生更大的内应力，同时位错反向运动能力增强，导致包辛格应力参数增大，包辛格效应增强。由于超低温下析出相对位错运动阻碍的增强和反向加载时硬化能力的提高，瞬态效应随着温度的降低而增强。此外，超低温下永久软化更加显著，与超低温循环加载时更多位错结构的消失有关。另外，相同温度下预拉伸应变对包辛格效应的影响较小，而随着预拉伸应变的增大，再拉伸阶段永久软化的超低温增强效果逐渐增大。综合来看，AA7075-T6铝合金在超低温下表现出更显著的包辛格效应、瞬态效应和永久软化特征，对铝合金超低温循环变形行为的研究，能够为超低温塑性理论的发展以及超低温成形工艺的仿真提供支撑。
2026年01期 v.42;No.221 74-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2043K] - 王珏;张睿;
复杂行星齿轮传动系统广泛应用于车辆、机器人、航空航天、机床、船舶和医疗设备，其复杂性体现在多传动级、多齿轮传动件对动力学模型建模求解的要求上。目前，专门针对复杂行星级齿轮系统自由度直接降维的研究非常少。文中提出一种复杂行星齿轮传动系统动力学模型降维方法，以期在少损失计算精度的前提下简化动力学模型，进而提高数值计算效率。将每一个行星齿轮传动级都简化为一个齿轮啮合对，太阳轮、行星轮、行星架及齿圈的质量和转动惯量分别向齿轮副等效。基于振动传递理论，将各行星级齿轮副产生的非线性振动通过振动传递路径传递至等效齿轮副，并以等效齿轮副非线性参数表示。以采煤机截割部齿轮传动系统为例，利用所提出的模型降维方法对该系统中的行星传动进行简化，进而求出平行轴齿轮传动系统的动态响应。将理论计算结果与其他文献结果以及动态特性实验结果进行对比验证。结果表明：综合考虑计算精度和计算成本，提出的动力学模型具有最佳性能，验证了所提出模型的准确率和计算效率；由于齿轮传动系统相连的齿轮箱体变形振动较大，位于滚筒附近的齿轮副受截割载荷和箱体壁厚变化的影响较大。所提出的动力学模型降维方法能够在少损失计算精度的前提下提高数值计算效率。
2026年01期 v.42;No.221 80-87+95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2588K] - 吕文强;王克俭;杨巧龙;柯敏;
近年来，手机直连卫星在国际掀起一股热潮，而手机直连卫星需要超大尺寸、多波束、大批量的相控阵天线进行通讯传输，与之匹配的是超大面积、大收纳比的太阳电池阵，二者在卫星上的布局兼容是一大难题。将超大面积太阳翼和相控阵天线合二为一的机构称为翼阵一体化机构，对天面为太阳翼，将太阳能转换为卫星所需电能，对地面为相控阵天线，为卫星提供收发功能，二者同用一套展开机构，可为卫星节省大量空间及发射成本。进行了翼阵一体化机构产品介绍、地面展开试验方案及零重力卸载设计，通过地面试验与仿真分析数据进行对比，验证设计的合理性和仿真的准确性。由于翼阵一体化机构本身特殊性，其地面零重力卸载及展开试验极为复杂，通过对比不同卸载方式的优缺点，最终确定翼阵一体化机构的卸载方式为气浮卸载，地面采用一维纵向加二维横向展开的方式模拟在轨展开，且对气足、防侧倾装置等进行了详细设计，在安全可靠可实施的情况下完成了一维纵向及二维横向展开试验。试验结果表明，翼阵一体化机构设计合理、展开过程与卫星无碰撞、展开轨迹与仿真轨迹一致，但仿真中忽略了摩擦阻力和空气阻力，展开时间比仿真时间略长，所研究内容可为翼阵一体化机构后续研发提供参考。
2026年01期 v.42;No.221 88-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2459K] - 杨伟东;蔡子行;孟德状;代福增;朱东彬;
为提升增材制造过程的质量和可靠性，实时监测和仿真模拟已成为优化生产过程和确保质量的重要手段，数字孪生通过建立物理实体和虚拟模型之间的映射关系，能够实时反馈和预测系统状态，为增材制造过程提供了有力的支持。然而，当前数字孪生与增材制造结合的研究尚处于起步阶段，针对该领域的综合性研究文章仍然较为缺乏，亟需归纳增材制造领域中数字孪生技术的构建理论和实施方法。针对数字孪生技术在增材制造中的典型应用场景，通过分析近年来数字孪生与增材制造相结合的应用案例及实现目的，首先总结了数字孪生在增材制造过程中的关键使能技术，围绕多源异构数据的感知与融合、知识-数据混合驱动的多尺度建模和工艺知识的积累与优化三个方面展开讨论。其次阐述了主要的技术手段和实施工具，并探讨了它们在实现实时监控、过程控制、质量预测及优化中的具体方式。最后，从数据感知网络、跨尺度数据关联和自适应工艺优化三个方面，展望了数字孪生与增材制造深度融合的未来发展趋势。
2026年01期 v.42;No.221 96-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 1936K] - 苏晨;雷雨欣;胡俊;李晶;马振宇;马原驰;
随着露营活动的全球兴起，消费者对户外产品的需求逐渐向个性化、智能化和多功能转变。为降低产品功能设计与用户感性认知之间的大数据挖掘成本，减少露营产品设计过程中产品同质化的现象，提出一种基于复杂网络与功能-行为-结构(FBS)模型的产品设计方法。运用自然语言处理技术对网络在线评论信息进行分析，识别潜在的感性需求节点集合，使用复杂网络模型对各个需求节点进行影响力的量化研究，识别核心需求，借助FBS模型，完成露营产品创新方案设计，最后通过系统可用性量表进行方案评价。以露营炉具产品为例，研究发现质量、火力、包装、价格和收纳等5个设计要素显著影响设计认同度，FBS模型需求转换提升了露营炉具产品的使用体验，最终设计出一款便携耐用、多功能且适应户外环境的露营炉具产品。结果证明该方法不仅可获取用户真实需求，还能为产品功能与结构的优化提供科学指导，为如何提高露营产品的市场竞争力与用户满意度提供重要参考。
2026年01期 v.42;No.221 103-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2687K] - 景智深;耿怀德;王全锁;郑向军;王波;权龙;
近年来，各类装备正朝着高端化、绿色化方向发展，对液压系统的轻量化、集成化和绿色化提出了更高要求。油路块作为液压系统集成设计的核心部件，广泛应用于各类工业装备，实际应用中存在重量体积大、流道压损高、结构工艺复杂等问题，制约了整机装备及液压系统性能的进一步提升。为此，提出一种液压系统低压损无阀块集成化设计方法，将各类控制阀、功能附件及油路块进行一体化集成设计，采用铸造方法替代传统机加工方式，以实现管路平滑过渡、缩短流道路径等流道结构优化重构，在降低压损的同时，实现液压系统的集成化与轻量化设计。研究中，首先以硫化鞋机开合模自调控制系统为对象，介绍了液压系统的工作原理和原机系统阀组构成；进一步采用计算流体动力学(CFD)方法，对比分析原油路块阀组与集成阀组的压力云图分布及压损情况。结果表明：相较原有油路块阀组产品，设计的集成阀组空间体积减少53.76%,重量降低约74%,流道压力损失降低50%以上，并有助于简化制造工艺流程、降低生产成本，为现有工业装备的液压系统低压损集成设计提供一种新的思路和方法。
2026年01期 v.42;No.221 111-116+123页 [查看摘要][在线阅读][下载 2116K] - 张威;刘鹏;王波;李欣欣;程书岩;刘顺;莫威;罗磊;
在大型多筒体装配过程中，调姿过程的自动化程度和操作效率往往较低，传统的手动调姿方法不仅耗时且容易出现精度问题，严重影响装配质量和效率。因此，研究高效且精准的调姿装置，提升自动化装配能力，具有重要的实际意义和应用价值。旨在设计一种六自由度的调姿系统，用于提高多筒体的位姿调整自动化程度和效率。该系统采用激光跟踪仪自动化测量采集筒体特征点数据，通过筒体位姿控制系统对反馈信息进行实时处理，拟合出准确的筒体位姿，并生成可视化图像。系统利用伺服电机精确调整初始筒体位姿，将其作为后续筒体调姿的基准，从而实现多筒体的自动化调姿，便于后续装配及焊接工作。研究根据工件几何特征和机械结构特征，基于欧拉角和四元数的系统运动学分析方法，通过ADAMS软件进行了运动仿真，获得了多自由度位姿曲线，进一步验证了理论分析的准确性。根据运动学理论与仿真验证结果表明，该装置筒体位姿调整能力达到实际要求，该系统能够高效地实现多筒体的姿态调节，有效提升了自动化装调的效率、稳定性和一致性。
2026年01期 v.42;No.221 117-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 2270K] - 陈铁日;王明海;孙英浒;王贵轩;
为了改善17%SiCp/Al复合材料的加工性能，进行了常规铣削和激光加热辅助铣削试验。通过激光束加热使材料的屈服极限降低，在刀具的作用下增强颗粒产生塑性变形，从而优化加工性能、减少表面损伤以及刀具磨损。考虑了复合材料加工中由于增强颗粒的存在而引起的两体滑动摩擦和三体滚动摩擦，基于假设条件建立了兼顾两体滑动摩擦和三体滚动摩擦的切屑-刀具界面复合摩擦系数公式。使用SPSS软件进行极差分析，得出影响激光辅助铣削表面粗糙度大小的参数依次为：进给速度、激光功率、切削深度。常规铣削随着进给速度及铣削深度的降低，使得切屑由碎断状切屑过渡到节状切屑。激光加热辅助铣削随着激光功率的不断增加，切屑状态由节状切屑向带状切屑的转变。从切削力、切屑形态、表面质量三个方面分析出材料去除机理，为改善17%SiCp/Al复合材料的加工性能提供科学依据、方法和创新技术。
2026年01期 v.42;No.221 124-129+135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1896K] - 刘禹岐;刘永辉;梁丙臣;张丁文;袁鹏;吕忠利;
研制多激光、大幅面的金属激光选区熔化(SLM)成型设备成为近年来金属增材制造领域的主要发展方向之一，获得均匀、稳定的成型仓内流场分布，是实现多激光、大幅面金属SLM设备高质量成型的主要难点之一。针对多激光、大幅面金属SLM成型仓内部流场复杂、保护气体速度衰减快和分布不均匀等问题，建立了某型号四激光金属SLM设备成型仓系统(“两进两出”风道)的流场模型，采用计算流体动力学(CFD)方法，对多激光、大幅面金属SLM成型仓内部的流场特性及流场均匀性进行了仿真分析。根据仿真结果对成型仓的风道结构进行了针对性改进，实现了成型平台上方区域和激光振镜下方区域的“双层风幕保护机制”,将成型平台上方10 mm平面区域内的气体均匀性指数从0.90提高到0.96(提高了6.7%),将激光振镜下方30 mm平面区域内的气体均匀性指数从0.68提高到0.86(提高了26.5%),并改善了成型仓系统内的流场分布，有效提高了黑烟去除能力，并保证了制件的成型质量，为提高多激光、大幅面金属SLM成型仓内流场特性和流场均匀性提供了理论依据。
2026年01期 v.42;No.221 130-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 2618K] - 刘鸿远;周维;陈安柱;李天景;
大功率混合动力车辆采用多速比变速器，可有效适应需求功率变化大的驾驶场景，并有助于提高系统效率。然而，集成多离合器增加挡位的同时，也易导致换挡频繁度上升和控制复杂度提高。为提升车辆换挡品质，针对集成双离合器的两挡功率分流式大功率混合动力车辆，设计了一种输出扭矩平稳的动力性换挡协调控制策略。该策略通过优化离合器和制动器的时序控制，实现惯性相与转矩相的交替切换，完成动力性换挡过程。在转矩相和惯性相阶段，分别对驱动电机实施转矩协调控制，并采用PID算法调节离合器油压，使惯性相中离合器能够跟踪设定的参考轨迹，从而保障换挡过程中动力输出的平稳性。为评估换挡过程的瞬态特性，建立了四种状态下的换挡动力学模型，并与未采用转矩协调的控制策略进行对比分析。仿真结果表明：所提出的控制方法可有效降低换挡时的冲击度与滑摩功，且在换挡两相期间，变速器输出轴平均角加速度的变化幅度由165.57%降至19.57%,车辆驾驶平顺性得到明显改善。
2026年01期 v.42;No.221 136-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 2004K] - 蒲志新;李宗羿;程轶;白杨溪;
随着亚健康问题的日益普遍和康复需求的增加，传统按摩疗法在效率和一致性上面临挑战，开发高效、精准的按摩机器人成为研究热点。并联机器人因其高刚性、高精度和大工作空间的特点，在按摩领域具有显著优势。本研究旨在设计一种三平移冗余并联机构的按摩机器人，以实现对人体背部、肩颈等部位的高效按摩。首先对三平移并联机构进行构型分析，确定机构自由度数，接着对机构进行运动学建模，推导其逆运动学和正运动学方程。结合运动学模型对4-PRRR并联机构各杆件及动平台进行速度、加速度、动能及势能分析，通过Adams仿真对加速度分析结果进行验证，仿真表明4-PRRR并联机构适合于人体按摩。对该机构进行了工作空间分析，研究了结构参数的变化对4-PRRR并联机构各性能指标的影响(即灵巧度分析以及刚度评价)。对以上性能评价指标进行了总结，给出了并联机构满足性能指标的结构参数，为后续机构参数的选择提供了参考，为机构应用设计与优化提供了理论依据。
2026年01期 v.42;No.221 143-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 2309K] - 赵全明;梁子暄;
心血管疾病是全球范围内导致死亡的主要原因，其中心律失常是导致心脏猝死的重要因素之一，心律失常的准确诊断对于降低心血管疾病的发病率和死亡率至关重要。心电图(ECG)信号是诊断心律失常的重要工具，但现有的深度学习模型在特征提取方面存在局限性，无法全面捕捉ECG信号的复杂特征。针对以上问题，结合现有深度卷积等模型的缺陷，提出一种基于注意力双连接残差和堆叠长短时记忆网络(AD-ResNet-LSTM)的双通道特征融合心率失常分类方法。首先基于跳跃连接思想和注意力机制构建了注意力双连接残差模块(AD-ResNet),并通过短时傅里叶变换(STFT)、格拉姆角场(GAF)和递归图(RP)三种图像转换算法将一维时序信号转化为二维多模态特征融合图像，随后将一维信号和二维图像同时输入到AD-ResNet-LSTM双通道心率失常分类模型中。最后将两个通道提取的特征输入到Transformer中进行特征融合，并通过全连接层进行心律失常的分类。该算法在MIT-BIH心律失常数据集和PhysioNet2017数据集上的平均准确率为99%。实验结果表明，融合特征比单一特征有更好的表征能力，能够提高一定识别率，并且改进后的网络模型在处理少数类别时表现优异，展现出较高的识别性能，适用于可穿戴式心电设备及远程监护领域。
2026年01期 v.42;No.221 151-159+171页 [查看摘要][在线阅读][下载 2388K] - 崔雨龙;廖映华;王卫;王宏瑞;王乐酉;
在道路安全与节能减排的背景下，对汽车车身结构的耐撞性与轻量化研究具有重大意义。为增强车辆在正碰事故中的结构耐撞性能及实现车身轻量化，以在开发节点的某SUV为研究对象，创建正面100%重叠碰撞工况下的有限元模型，并进行实车碰撞对标实验，通过多方面验证了所建模型的准确性。根据碰撞仿真分析结果，对不合理的结构提出优化方案，并验证了优化方案的可行性，提高了车身耐撞性能。为车身实现轻量化，优选了15个设计结构件，采用最优拉丁超立方生成125组样本点，以125组仿真结果创建数据集，在BP神经网络的基础上构建了Tent-SSA-BP预测模型，对车体加速度峰值、碰撞吸能值、前围板侵入量和设计结构件重量进行预测，结果表明，该预测模型预测准确、精度较高。最后，通过多元线性回归方程拟合出二阶响应面相似模型，运用多目标遗传算法Ⅱ代(NSGA-Ⅱ)算法进行正碰多目标优化，以设计结构件重量最小和碰撞吸能最大为目标进行参数寻优。结果表明，车身减重5.6 kg;车体加速度峰值从39.96 g下降到36.76 g;整车OLC值降低1.6 g;同时，白车身结构安全性能均满足设计要求。
2026年01期 v.42;No.221 160-171页 [查看摘要][在线阅读][下载 3356K] - 王娜;于敏;张永选;李强;
针对三平移并联机器人机构的耦合度高所引起的控制复杂的问题，基于方位特征方程的并联机构拓扑设计方法，提出一种新型正向位置符号化、部分位置解耦的空间三平移并联机器人机构。分析得到并联机器人机构拓扑特性，通过杆长约束条件建立运动学方程并推导出运动学位置解，分析机构的速度、加速度、奇异性，并通过算例分析对速度、加速度进行仿真验证。研究机构的工作空间与灵巧度等性能，并通过改进的变步长球坐标搜索算法得到工作空间三维图。同时，研究了结构尺寸参数对工作空间和灵巧度的影响趋势，建立无空洞情况的工作空间与全局灵巧度目标模型，采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)完成工作空间体积和全局灵巧度多目标优化。结果表明：变步长球坐标搜索算法能够根据搜索边界特征因子η自适应调整搜索步长，快速高效得到工作空间，并且能够判断工作空间是否有空洞；该机构工作空间沿着y=0平面对称，具有正解符号解，优化得到无空洞的工作空间和较大的全局灵巧度，运动性能优良，为三平移并联机器人机构分拣工业场景应用提供了理论基础。
2026年01期 v.42;No.221 172-180页 [查看摘要][在线阅读][下载 2717K] - 田海波;张美婷;牛海鹏;张泽南;张文财;苏鑫;
为满足钻孔救援需求，解决矿井机器人运动机构灵活性不足、倾覆后难以自恢复等问题，将3-RPS/(H)变胞并联机构应用在并联机械腿中，设计了一种具有倾覆后自恢复能力的变结构探测机器人。根据机械腿的构态变换特点，研究了机器人倾覆后自恢复的运动机理，并选定构态Ⅰ和Ⅲ进行刚度及灵巧度分析。分析机械腿的串并混联特性，结合螺旋理论，考虑了驱动和约束的变形，分别建立子系统柔度模型，利用线性叠加原理，推导了机械腿的整体刚度模型，并与有限元仿真结果进行对比验证，评估了其在任务空间随位姿变化的末端刚度分布。建立两构态的雅可比矩阵，分析其灵巧度空间分布。根据实际工况，对比分析机械腿的主要结构参数对刚度和灵巧度性能指标的影响。以构态Ⅰ的全域灵巧度和构态Ⅲ的方向综合刚度为性能评价指标，采用NSGA-Ⅱ算法对机械腿的结构参数进行多目标优化设计。结果显示，相比优化前，机械腿的灵巧度指标F_1提高了23%,刚度性能指标F_2提高了7%,机械腿整体性能得到提升，为后续样机研制提供了理论依据。
2026年01期 v.42;No.221 181-191+199页 [查看摘要][在线阅读][下载 2919K] - 于大国;邓文斌;
为了弥补传统激光-位置敏感探测器(PSD)直线度检测方案中由于装置倾斜引起误差的缺陷，提出了一种基于角锥棱镜与双PSD的新型深孔直线度检测方案。设计了以角锥棱镜逆向反射特性为基础的深孔直线度检测系统，系统主要由自定心单元、激光发生器、光学系统以及双PSD组成。孔外一束激光经过新型分光棱镜分成基准激光A和激光B,利用孔外基准激光A与装置上的角锥棱镜将深孔的直线度特征反映到孔外的PSD-A上，另一个PSD-B用于接收并测量经过装置上反射镜反射回激光B的光斑位置，计算检测装置中角锥棱镜的倾斜方向和角度。分析了角锥棱镜的倾斜对直线度测量的影响及其纠正原理，对采集的原始数据进行倾斜误差修正，通过最小二乘法拟合出深孔直线度。所设计的深孔直线度检测装置对孔有自定心、自适应不同孔径的功能，通过对内径105 mm实物管进行重复检测实验，证明了检测系统的重复测量精度为0.06 mm,对比是否考虑装置倾斜对直线度误差的影响，表明了装置倾斜会减小所测深孔直线度，但远低于直线度检测装置的重复测量精度，最后利用专用直线度检测仪进行实验，验证了检测方案的可行性和准确性，为深孔领域提供了一种直线度检测的新方案。
2026年01期 v.42;No.221 192-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 2244K] - 胡飞;罗彪;冯文明;向廷沂;何富华;杨侨;
针对车载式激光破拆装备齿轮传动系统在不对中工况下的热-结构耦合问题，文中探究了角度不对中误差和齿向修形参数对齿轮稳态温度场及热变形场的影响。基于齿轮啮合原理、势能法及切片耦合理论，建立了耦合数值模型，通过迭代计算得到考虑角度不对中误差和齿向修形影响下的齿轮啮合面的载荷分布，并结合齿面接触摩擦热、对流换热及热传导理论，通过有限元方法分析了不对中误差(0°～0.04°)和齿向修形参数(鼓形量0μm～15μm)对齿面稳态温度场和热变形的影响，研究不同参数下齿轮温度场和热变形场的分布规律，揭示了各因素影响机理。研究表明：不对中误差引发偏载使热源偏移，促使齿宽边缘处形成载荷与摩擦热流密度集中区，最高温区向单侧齿缘迁移，导致该区域温升；齿向修形促使齿宽中部载荷集中，导致该区域温升而齿缘降温，其优化效应可改善载荷均匀性，并抑制偏载温升。热变形分析表明，齿向修形量与最大变形呈正相关，而不对中误差主要影响变形分布模式，对最大变形幅值影响较小。该研究可为车载式激光破拆装备齿轮传动系统的减振降噪设计及修形工艺提供理论基础。
2026年01期 v.42;No.221 200-208+216页 [查看摘要][在线阅读][下载 2832K] - 王慧;刘旭杰;周国强;平浩楠;李之同;
双级过载保护安全阀优化设计可显著提升其性能与可靠性。由于双级过载保护安全阀在运行过程中受到外界干扰因素影响较多，现有方法难以探究不同设计参数对安全阀性能的影响规律，存在优化效果不佳的问题。为此，开展双级过载保护安全阀优化设计及三维流场仿真研究。该方法对双级过载保护安全阀开启时与开启后的状态展开建模进行了调查，将分析结果作为依据，对安全阀参数进行改进，在Fluent软件内根据参数优化结果建立安全阀三维模型，并设置相关边界条件，与此同时对安全阀三维模型展开三维流场仿真分析。仿真结果表明，设计的双级过载保护安全阀，其一级和二级阀芯均展现出卓越的稳定性和灵敏反应。动态特性方面，一级阀芯在1.9 ms内达到压力峰值(超调21.36%),7 ms后稳定，流量呈现非线性波动；二级阀芯压力峰值时间为2.5 ms(超调18.7%),6 ms内稳定，流量在3 ms达峰值后伴随高压冲击振荡，两者均展现出高灵敏度与场景适配能力。启溢闭特性优化后，一级阀芯压力波动范围从473～511 bar降至435～458 bar, 1.5 s内达稳态，启溢比压力合规；二级阀芯优化后压力整体降低且波动减弱，1.5 s后稳定，极值满足检验标准，安全阀应用效果较好。
2026年01期 v.42;No.221 209-216页 [查看摘要][在线阅读][下载 2199K] - 李娜;杨龙;商跃进;雪明翔;
制动盘螺栓作为基础制动装置的关键紧固件，对保障列车安全性至关重要。为提高制动盘螺栓连接可靠性，以轴装制动盘螺栓为研究对象，考虑材料非线性，建立热机耦合作用下的制动盘螺栓松动演化模型。基于热机耦合有限元法，以螺栓预紧力衰退、螺纹接触面黏着-滑移接触状态变化为松动行为表征，引入预紧力衰退率，量化螺栓连接结构的松动行为特性，探究螺栓的初始预紧力、比热容及热膨胀系数对螺栓松动行为的影响。研究结果表明：热机耦合作用下，制动盘螺栓的高应变区集中在靠近盘体的一侧，螺栓的第一圈工作螺纹为受力薄弱部位。一次紧急制动时，螺栓塑性变形所导致的预紧力衰退未达到螺栓松动的临界阈值。预紧力衰退阶段，螺纹间的局部滑移逐渐累积，螺栓松动可能性增加；总拉力增加阶段，螺栓轴力显著增大，导致螺纹间的摩擦力增大，螺栓较难发生松动。螺栓材料的比热容的大小对螺栓的松动性能影响较小；适当增大初始预紧力可降低螺栓松动风险；螺栓与制动盘热膨胀系数的差异在一定范围内时，螺栓的热膨胀系数越小，螺栓松动风险越低。
2026年01期 v.42;No.221 217-223+231页 [查看摘要][在线阅读][下载 2161K] - 胡德友;尚洪帅;余海东;
喷淋淬火技术因其换热效率高、可控性强等优势被广泛应用于火箭贮箱箱底等大型薄壁结构的成形过程中，但目前仍然缺少可用的热处理调控手段，导致大型薄壁结构在热处理后依然存在显著的变形，从而影响后续装配。因此，文中提出一种综合全流程建模、神经网络预测与多目标优化的方法，旨在实现箱底结构喷淋淬火工艺参数的形性协同调控。结合全流程热-力耦合仿真模型，揭示了结构底端的端面波浪形变形特征以及装夹区域的底端收缩尺寸最大规律。然后，基于BP神经网络构建以换热系数与工装参数为输入、变形与性能指标为输出的高精度预测模型，并结合NSGA-Ⅱ算法对径向收缩、圆度、最大应力和冷却速度开展多目标优化。提出外表面高对流换热系数与工装参数协同作用下的最优解集，为复杂薄壁结构热处理工艺的智能优化与形性精准调控提供理论及方法支撑。
2026年01期 v.42;No.221 224-231页 [查看摘要][在线阅读][下载 2056K] - 秦汉林;徐志江;周俊;
金属表面缺陷检测作为工业质检的关键环节，其精度直接影响产品质量与生产安全。针对当前金属表面检测精度较差的问题，提出了一个新的网络架构模型。通过对YOLOv11算法进行改进，实现了一种基于全局注意力机制(GAM)和多尺度融合的金属表面缺陷检测算法。网络中添加了GAM模块，对缺陷区域赋予更高的权重，强化了缺陷区域的特征；使用了小尺度特征和大尺度特征融合的目标检测方法，充分发挥各自在大小目标检测中的优势；边界框回归损失函数使用基于交并比的最小点距离(MPDIoU)的损失计算方法，改进了原有的完全交并比(CIoU)损失计算方法，解决了对长宽比不敏感导致的定位偏差问题。在保留YOLOv11所具备的快速检测的基础上，进一步提高金属表面缺陷检测的精度。使用天池的铝材数据集，均值平均精度(mAP)@0.5达到64.2%,相比原来的YOLOv11算法，mAP值提升了3.5%,FPS达到111,取得了很好的检测效果。
2026年01期 v.42;No.221 232-238页 [查看摘要][在线阅读][下载 2064K] - 郑光泽;夏开琴;欧康;杨金才;李晓峰;
随着新能源汽车产业发展，电机功率密度与转速不断提高，齿轮传动系统输入转速显著提升。采用喷油润滑的齿轮传动系统内流场分布变得更加复杂，齿轮旋转产生的空气流场显著影响齿面润滑油的分布，进而影响齿轮传动系统的可靠性。以输入转速为20 000 r/min高速齿轮传动系统为研究对象，采用光滑粒子流体动力学方法和有限元法建立高速齿轮传动系统喷油润滑性能仿真分析模型，研究齿轮传动系统内部空气流场对齿轮啮合副齿面润滑性能的影响。研究结果表明：空气流场的扰动作用导致进入齿轮啮合副的润滑油体积减少8.3%,但齿面润滑油分布面积的占比增加5%;齿面齿宽方向上，由于齿轮副啮合处存在轴向流动气流，啮入侧轮齿啮合区域的润滑油体积有所增加；齿轮啮合过程中，从齿面两端面到喷油口正下方，油膜厚度逐渐增大，齿面的润滑效果逐渐增强，齿面油膜厚度系数H′≥0.2的面积占比约为50%,齿轮啮合副端面润滑性能相对较差。
2026年01期 v.42;No.221 239-245+253页 [查看摘要][在线阅读][下载 2563K] - 曾小超;葛世荣;王大刚;王昊;种海浪;徐子阳;邓俏;李陈晨;王博;郭一楠;
千米级废弃矿井具有数量多、规模大、分布广的特点，其天然高度差为重力储能系统的构建提供了独特的优势。在基于千米级废弃矿井的重力储能系统中，提升钢丝绳与摩擦衬垫间的动态接触应力和滑移行为，严重制约提升系统的抗滑安全性，进而影响重力储能系统的储能效率和运行可靠性。为了研究重力储能系统中提升钢丝绳时变动载特性，构建了基于千米级废弃矿井的重力储能摩擦提升系统的动力学模型，获取了加速、匀速、减速、爬行和停车五个阶段下提升钢丝绳的动张力变化趋势。结合ABAQUS/CAE有限元软件，建立了提升钢丝绳-摩擦衬垫-摩擦轮接触的有限元模型，探究了提升钢丝绳与摩擦衬垫之间的动态接触应力及滑移特性。结果表明：在不同运行阶段，摩擦轮两侧切点处钢丝绳张力波动幅值随提升高度增加而降低，并且在相邻阶段的过渡过程中会出现不同程度的突变；在不同围包角下，钢丝绳与摩擦衬垫接触模型横截面上的应力呈现出从钢丝绳顶部到摩擦衬垫的下降-上升-下降的变化趋势；提升钢丝绳与摩擦衬垫接触区域的应力最大，易发生塑性变形；钢丝绳与摩擦衬垫的动态接触区域可划分为滑移区和混合区。
2026年01期 v.42;No.221 246-253页 [查看摘要][在线阅读][下载 2253K] - 阳若林;夏军勇;黎宇辉;周宏娣;
热风干燥是物料干燥的重要干燥手段之一，干燥温度直接影响到干燥物料的质量。在山楂片的热风干燥过程中，易出现热风干燥温控精度差、干燥温度梯度大的问题，导致山楂片表面出现起皱和开裂的现象。为提高温度控制精度，优化温度分布均匀性，以自研的山楂片干燥装备为对象，建立热风干燥系统流、固、热多物理场耦合仿真模型。在Fluent软件的自定义函数功能(UDF)中，引入模糊比例-积分-微分(PID)温控算法，通过数值模拟得到传感器温度数据曲线图，温度曲线的变化趋势验证了模糊PID算法在提高山楂片温控精度方面的有效性。对多物理场耦合仿真得到的温度云图以及风速云图进行分析，探讨了温度分布与风速的关系。对热源及热流场结构进行设计优化，提高了山楂片表面温度分布的均匀性及温控精度。实验结果表明，在算法控制及结构改进后，山楂片的干燥温度平均值为80.55℃,温度极差为16.11℃,温度均匀度为94.55%,温度控制效果得到了优化。证明了结构优化有效地提升了山楂片干燥过程温度控制性能。将实验中的温度实测数据与数值模拟结果对比，得到最大相对误差为6.70%,可见仿真模型及仿真结果有较高的可信度。
2026年01期 v.42;No.221 254-260+268页 [查看摘要][在线阅读][下载 2308K] - 彭帝;柳忠彬;曾涛;刘少北;佘海龙;
A~2/O工艺被广泛应用于生活污水处理。为提高该工艺好氧池的氧利用率、降低能耗并改善污泥活性，设计了一种微压内循环好氧池，通过对比分析了其与普通好氧池在不同曝气速率下的氧传质特性，并利用PIV技术探究了上导流板角度及曝气速率对其内流场特性的影响。结果表明：微压内循环结构能有效优化气泡分布和延长气液接触时间。在0.24～0.72 m~3/h曝气速率范围内，相比普通好氧池，K_(La)(20)提升超10%,■平均提高16%,显著强化了氧传质，具有节能潜力。上导流板的角度对流场特性影响显著。相较于35°与45°,60°角在保证高径向平均速度与低轴向返混的同时，涡量最高；0.60 m~3/h时，液相速度矢量分布最佳，低速区面积小，液相混合均匀。60°角更利于形成稳定大尺度旋涡，促进气泡裹挟和传质，且正涡量区域分布更广、更均匀。从结构优化角度考虑，60°上导流板角度在降低能耗同时，更有利于提高氧利用率、促进生物膜更新和降低污泥沉积老化风险。该研究从细观PIV液相流动特性优化系统结构，为增强传质特性、提升设备效能提供新思路及借鉴。
2026年01期 v.42;No.221 261-268页 [查看摘要][在线阅读][下载 3096K] - 郜海超;崔夏菁;
针对五轴数控机床存在的阻尼惯性振动干扰和轮廓误差超出公差范围的问题，提出一种阻尼振动干扰下的五轴数控机床前馈整形轮廓误差补偿方案，在有效削弱阻尼振动干扰的同时实现轮廓误差的有效补偿。采用三脉冲零振荡微分输入整形器对所有轴的数控伺服驱动器输入控制信号进行整形处理，从而有效消除输入控制信号中的阻尼振动干扰成分。为有效降低输入整形器延迟项和伺服驱动器带宽误差项所带来的轮廓误差，通过将前瞻性函数与前馈整形补偿器相结合，利用伺服驱动器的闭环动态模型预测未来时刻的轮廓误差，并在向伺服驱动器发送位置指令之前进行预测补偿，从而有效降低工件加工过程中的轮廓误差。最后在改装后的五轴数控机床平台进行验证，实验结果表明，所提方案可以有效削减数控机床的阻尼振动干扰分量，并将轮廓误差控制在0.05 mm以内，与广义预测控制反馈校正方案和三阶迭代预测补偿方案相比，所提方案拥有更好的轮廓误差控制性能。
2026年01期 v.42;No.221 269-277+285页 [查看摘要][在线阅读][下载 2496K] - 彭飞;
随着城市地下交通设施防洪标准的不断提高，传统防淹门因机械接口复杂、凸起式门槛阻碍车辆通行及操作模式繁琐等问题，已难以满足现代工程对平战结合功能的需求。基于模块化设计理念，提出新型防淹门结构方案，重点解决三大核心问题。首先，创新设计随动密封式电动闭锁机构，采用转角门框与仿形密封技术协同作用，在消除底部门槛的同时确保下部密封可靠性，并集成手电双模操作功能；其次，通过轴驱式高强铰页技术研发，验证大自重门体在高抗力工况下的结构可行性，实现失电条件下自动切换至手动操作的应急保障；最后，建立系统化性能评估体系，结合实例分析探究关键参数关联性、力学模型构建准则及应力分布规律，基于毁损阀值识别薄弱部件，揭示其在等效静载作用下的动态响应机制。研究结果表明：该设计方案使土建接口复杂度降低40%以上；电动操作时间缩短至40 s以内，较传统系统效率提升65%。本研究验证了模块化防淹门在复杂工况下的技术可行性，为特种防护设备标准化设计提供实践参考。
2026年01期 v.42;No.221 278-285页 [查看摘要][在线阅读][下载 2481K] - 赵伟方;李红江;阮浩;王炉;
目前虚拟现实(VR)系统以其进入产品后期生命阶段的特点而广泛应用于工业产品的设计过程，VR技术能够降低产品设计中的不确定性和产品设计的成本，但是常规产品设计中模型的种类多、数量巨大，难以创建VR产品的资源库，VR产品的每次设计都需要重新开发，实践使用中效率低，造成VR技术使用困难。而油缸可以基于其产品平台进行大部分产品的衍生设计，结构大多是由已有的产品平台组成，产品平台具有数量适中、模型行为固定的特点，但是目前油缸设计初期的结果往往经过多次修改，甚至主机测试后才能满足使用需求，设计中存在较大的不确定性。本研究提出面向油缸衍生设计过程的VR系统，将产品实体平台与虚拟实体平台等资源建立知识库，并建立映射关系，基于衍生设计结构查找VR资源，使用可重复利用的VR资源提高VR系统的创建效率，并结合VR系统的优势降低油缸设计中的不确定性和成本。在系统开发中，使用Unity 3D软件建立虚拟现实的用例环境，使用C#和Java语言编写产品平台行为模型并建立知识库，最后使用HTC VIVE设备实现用户的虚拟体验，并将体验反馈用于产品改进。
2026年01期 v.42;No.221 286-292页 [查看摘要][在线阅读][下载 2344K] - 常皓;王文建;张文超;李中盼;
为进一步提高硬脆半导体材料及金属材料的切割加工质量和生产效率、降低其生产成本，提出研制一种新型金刚石线锯电火花复合多线切割装置，用于实现硬脆半导体材料及其他金属材料的高效、高质量、低成本加工。该装置可通过调节线间距，实现对切片厚度或切槽宽度的改变，能够对硬脆半导体材料及金属材料进行多线高效切割。为使装置结构紧凑、体积小以及质量轻，以减轻多线槽导轮支撑体质量和提高其一阶固有频率为目标，构建多目标优化数学模型，开展拓扑优化。对优化后的装置模型进行重构，并验证其力学性能。利用金属3D打印技术制造样件，开展运丝和加工试验。结果表明，优化后的上支撑体和下支撑体质量分别减轻57.4%和59.4%,一阶频率分别提升了48.6%和59.3%,优化后装置力学性能和动态特性得到明显改善。装置工作稳定、金刚石线与被加工工件之间能够实现稳定放电以及连续稳定切割。
2026年01期 v.42;No.221 293-299+305页 [查看摘要][在线阅读][下载 2408K] - 张加;何俊;张玉强;赵腾瑞;张执南;李振;
针对电静压作动器在启停与换向过程中因液压冲击存在的瞬态振动问题，提出一种基于速度环指令规划的瞬态振动抑制算法。通过构建多传感器同步框架，解决了实时机与模拟采集系统间的时序失配，实现了启动不同阶段控制信号、系统状态信号与振动加速度信号的时域对齐。在此基础上，提出了瞬态振动抑制算法，实现了加速度的平滑过渡，从源头降低液压冲击；进一步地，根据启动过程特征提出一种分段多参数优化策略，在振动阶段维持抑振效果，在加速阶段提升动态响应。试验结果表明：瞬态振动抑制算法使振动量级降低了87.5%,并通过多参数优化将启动阶段响应时间缩短了36%,显著提升了电静压作动器的综合控制性能。
2026年01期 v.42;No.221 300-305页 [查看摘要][在线阅读][下载 2111K] - 徐国栋;赵辉;李巨文;陈淋册;刘菁菁;
原理复原张衡候风地动仪并实现其验震功能，是地震学界承认和接受其是科学仪器的关键。对历史文献错误解读，现有复原模型不能实现其验(微)震功能。候风地动仪“验之以事，合契若神”,明确说明其验震功能可重复、可检验，是一种科学仪器。对都柱、中、道、关、机、候风等给出合理解读。改进主次结构系统，将都柱与樽断开，都柱不再承载樽，樽直接放置于地面，便于候风地动仪制作、安装和调试，更符合历史记载。改进关机系统设计方案，通过简单调试，使悬垂摆推动关机的力可以很小且与位移放大倍数m×n无关，铜丸实现同转向推动关机且助力在悬垂摆端放大m×n倍。只要承认“都柱”为不动件，“八道”只能是八根悬垂摆；候风地动仪的制作过程必须伴随大量实验，只要承认“地动”和“仪”均指代都柱，都柱必插入土中且为悬垂摆提供悬挂位置；随后关、机、牙机、龙首与铜丸，“一龙发机，而七首不动”的自动闭锁系统等，其原理及设计便自然浮现而出。正确客观地解读历史文献技术部分，认为历史文献清晰地给出了候风地动仪的总体构造；文中给出的“主次结构共振的次结构激发模型”、关机系统设计方案等，与历史记载相符，为“验之以事，合契若神”提供有力技术支撑。
2026年01期 v.42;No.221 306-312页 [查看摘要][在线阅读][下载 1913K] - 邹光贵;赵建国;李昆;赵新;郝健坤;王国荣;刘啸宇;董学成;
平板闸阀是油气钻井节流压井管关键装备，主要用于关井和通道切换，长期使用极易失效，显著增加了井控风险。基于此，首先系统全面调研分析了近3年塔里木现用国内外3种规格189套节流管汇使用情况，明确了力矩异常是高压平板闸阀主要失效形式(总失效69次，力矩异常55次，占比79.7%);其次，建立了高压平板闸阀启闭力矩计算模型，开展了阀板-阀座、阀杆、轴承等失效机理分析，明确了高压平板闸阀力矩主控因素，包括阀板-阀座摩擦系数、阀杆摩擦系数和轴承摩擦系数，且启闭力矩占比为74%、20%和6%;最后，研究了降低高压平板闸阀启闭力矩和减少启闭异常对策，提出优化阀板、阀座材料和交工工艺，降低表面摩擦系数，形成阀板和阀座摩擦系数异常更换标准；设计了防砂阀座结构，减少岩屑堆积导致的开关异常情况；采用高强度、高硬度阀杆材料，结合滚压加工工艺，提高阀杆表面光洁度和硬度，降低阀杆摩擦系数。本研究对降低高压平板闸阀失效率，提高油气钻井安全具有重要的意义。
2026年01期 v.42;No.221 313-321页 [查看摘要][在线阅读][下载 2407K] - 陈樱语;陶璟;邬如靖;周海伟;
跨组织协同成为应对全生命周期设计挑战的必然要求。然而，各协同主体由于利益目标、技术水平等差异性，会产生诸多方面冲突。冲突管理知识作为一种设计实例知识，隐藏在设计过程之中，难以被结构化表达，且目前缺乏有效的管理方法。知识库作为一种知识管理和共享工具，可以存储大量的冲突实例，从而在面对复杂的全生命周期设计跨组织协同冲突时，为设计人员提供决策支持。提出了一种基于本体模型的全生命周期设计跨组织协同冲突管理知识表达模型，实现了冲突管理知识结构化和标准化表述。以知识表达模型为基础，构建了全生命周期设计跨组织协同冲突管理知识库系统方案，阐述了知识库系统关键功能实现技术以及基于网络的知识库系统开发部署方法，并通过应用实例对系统实现进行演示验证。研发的全生命周期设计跨组织协同冲突管理知识库可以为全生命周期设计中跨组织协同冲突管理提供高效、智能、可持续的解决方案，有助于提升产品全生命周期设计冲突管理的质量和效率。
2026年01期 v.42;No.221 322-329+337页 [查看摘要][在线阅读][下载 2506K] - 胡俊锋;乔宇;张龙;覃青霞;严雪竹;
当轴承出现早期局部故障时，微弱故障冲击特征往往被强背景噪声淹没。共振解调广泛用于轴承故障冲击特征提取，其中带通滤波器频带参数通常由寻优算法来自适应确定，但存在参数寻优范围过大而导致计算量大的问题。包络谱峭度作为常见的寻优指标能有效表征包络谱中冲击的强弱但无法有效表征包络谱故障频率及倍频的周期特征，当寻优范围不准确时可能导致滤波效果不佳或误诊。针对上述问题，通过对具体待诊断轴承进行有限元模态分析确定带通滤波器中心频率的初始值，从而缩小参数搜索范围。首先，将模态分析得到的个体轴承的第一阶弯曲振型频率作为Morlet小波滤波器的初始中心频率；其次，以滤波后信号的包络谱峭度最大作为优化目标，利用粒子群算法对滤波器中心频率和带宽进行寻优；最后由最优滤波信号的1.5维包络谱进行轴承个性化故障识别。实验结果表明：与传统的基于带通滤波器的共振解调方法相比，该方法既减少了寻优工作量又能避免包络谱峭度的局限性，从而提升了轴承故障特征提取效果。
2026年01期 v.42;No.221 330-337页 [查看摘要][在线阅读][下载 2451K] - 徐浩力;叶培仓;陈思宇;黄向明;
立柱作为高精度复合立式磨床的重要支撑部件，其静动态特性直接影响整机的加工精度和稳定性。随着高精度加工需求的不断提升，对立柱结构进行优化具有重要意义。本文以某型号复合立式磨床立柱为研究对象，开展高精度复合立式磨床静动态特性研究。首先，建立磨床立柱的有限元模型，通过有限元静态分析，得出立柱结构最大变形量为21μm,并研究了导轨面在滑台位于不同位置时的y方向形变曲线。建立基于反向传播(BP)神经网络和遗传算法(GA)的多目标优化模型，以质量、变形量及一阶固有频率为优化变量，对立柱11个关键结构参数进行优化设计。优化后的立柱质量为8 215 kg,最大变形量降至13.6μm,一阶固有频率提升至140.01 Hz。采用锤击法对优化后的立柱结构进行模态测试，结果表明，其一阶固有频率为139.46 Hz,与仿真结果误差仅为0.7%,验证了所提优化方法的有效性。
2026年01期 v.42;No.221 338-343页 [查看摘要][在线阅读][下载 2149K] - 毛娅;占海里;包卿希;刘新亮;
针对于日产6 000 t的LANE型第四代篦冷机熟料冷却过程，利用用户自定义标量(UDS)法编写了气-固双能量方程仿真程序，并建立了熟料冷却换热模型。该模型下模拟所得各出口温度与实际测量值的误差均在3%以下，说明模型能够较好地反映熟料冷却过程。在此基础上，研究进一步分析了风室风速对熟料层温度、各出口温度、冷却效率、风机功率消耗以及改进熵产数的影响。结果表明：当风速小于1.33 m/s时，二、三次风出口温度随风速增加而迅速升高；当风速大于1.33 m/s时，该温度随风速增加呈缓慢下降趋势。出口熟料温度与废气低温风温度则随风速的增大而逐渐降低。改进热熵产数在风速小于0.95 m/s时，随风速增加而明显升高，当风速大于1.71 m/s后则呈缓慢增长；改进耗散熵产数、风机总功率及冷却效率均随着风室风速的提高而逐渐增加，其中冷却效率在风速小于1.33 m/s时，变化较为显著。基于响应面法，并在保证各出口温度满足相应约束条件的前提下，以冷却效率最大、风机总功率最低及总改进熵产数最小为优化目标，对风室风速配比进行了多目标优化，获得了三种配风优化方案。结合工程应用需求，并以降低能耗为主要目标，最终选择了风机总功率最低的方案，该方案可使风机总功率减少4.11%。
2026年01期 v.42;No.221 344-351页 [查看摘要][在线阅读][下载 2342K] - 李文斌;陈章兴;林俊哲;王伟煌;
玻纤复合材料横担具有力学性能和电气性能兼备的优点，是新型特高压输电塔的关键结构，在新型电力系统中展现了巨大的应用潜力。目前，针对复合横担强度和刚度已经有较多的研究，但复合横担结构相关稳定性研究较少。与钢铁横担相比，复合横担结构显著不同，且玻纤复材模量较低、存在强各向异性，复合横担稳定性分析仍缺少准确的方法。文中以500 kV输电塔复合横担为研究对象，通过考虑初始缺陷和几何非线性，开展了结构稳定性建模研究，并对结合典型工况下的过载实验进行验证。结果表明，采用非线性失稳建模方法能够准确预测横担结构稳定性，实验与模拟的失稳载荷误差在10%以内。不同加载工况会导致拉杆失效和结构失稳两种失效形式，结构设计中需考虑拉杆与压杆的性能匹配。同时，研究发现边界条件和几何缺陷对复合横担结构失稳载荷有一定影响，但横担结构整体表现出初始几何缺陷不敏感的特点。本文研究方法和结论为复合横担的设计优化与安全性评估提供了理论依据与工程参考。
2026年01期 v.42;No.221 352-357页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K] - 吴青龙;赖玉莲;张潇;
通过桁架结构拓扑及尺寸两阶段优化设计方法，在前序工作中得到轻量化的塔式起重机臂架结构。为验证该优化方法的有效性以及对优化臂架结构强度和刚度的影响，选取臂架末三节结构开展相似缩比模型试验。首先基于相似理论，采用量纲分析法，以长度和材料弹性模量为基本量纲推导了塔式起重机臂架的相似准则。以5∶1的相似比对原始臂架和优化臂架进行了相似缩放，并结合市面上能购买到的杆件，对相关尺寸进行了圆整，得到塔式起重机臂架相似缩比模型，并对模型开展了有限元分析。然后制定试验方案，应力测量采用应变片与应变分析仪，结合有限元分析结果规划应变片的布置方案，主要测量上弦杆顶部、下弦杆底部及部分腹杆的应力。变形测量采用百分表，在臂架中间和端部共布置3组百分表，以此得到3个位置的变形数据。载荷施加通过电子吊秤精确控制。试验数据分析结果及与有限元仿真数据的对比表明，相较于原始臂架优化臂架重量有一定减轻，整体应力水平降低，静态刚度保持一致，验证了设计方法的有效性。
2026年01期 v.42;No.221 358-364页 [查看摘要][在线阅读][下载 2519K] - 陈中亚;张婷婷;周孟玉;毛涵韬;陆时捷;马凯;丛林;
在部分雨雪霜冻严重地区，风电机组冬季运行时，叶片结冰导致的停机是一个棘手难题，常造成发电量显著下降。目前，风电机组叶片热鼓风加热除冰系统已在部分低海拔风场实现小批量应用，并表现出良好的除冰效果。然而，该系统能否适用于更高海拔的同型号机组，仍需进一步研究与分析。为拓展该热鼓风加热除冰系统的适用范围，文中聚焦于该系统在高海拔环境中的应用可行性。结合某低海拔机组叶片热鼓风加热除冰系统的现场实测数据，采用数值仿真方法，分析计算了在海拔0～4 000 m变化条件下，除冰系统在较恶劣环境中的除冰性能。研究结果表明：随着海拔高度从0 m升高至4 000 m,叶片前缘除冰区域玻璃钢内外壁温度呈线性下降，降幅约为5℃;在不同海拔高度、外界环境温度为-10℃、环境风速为15 m/s的条件下，启动除冰系统并将加热器出口温度控制在70℃时，叶片散热功率不超过25 kW。这表明，25 kW加热器能够满足0～4 000 m海拔范围内的除冰需求，且热空气温度不会对叶片材料造成损伤，叶片前缘除冰区域玻璃钢外壁的温升符合除冰要求。该系统在高海拔同型号机组中具备应用潜力，建议后续在高海拔风场开展实地测试，以推动其广泛应用。
2026年01期 v.42;No.221 365-370页 [查看摘要][在线阅读][下载 2361K] - 张政;刘凯磊;杨静;龚佳明;刘东航;王程远;
电液伺服系统中存在着非线性、参数时变性及未知负载扰动等因素，在对系统输出力进行控制时，易出现控制精度低、响应速度慢等问题。因此，提出了一种基于改进自抗扰控制(ADRC)和模型预测控制(MPC)的电液伺服系统输出力控制方法。首先，根据电液伺服系统的工作原理，搭建了系统的数学模型。其次，设计改进自抗扰控制器，并基于李雅普诺夫理论验证其稳定性。然后，设计模型预测控制器，通过MPC的预测能力进行在线补偿。最后，构建了Simulink-AMESim联合仿真平台，并基于该平台对所提出的控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明：与传统ADRC控制器和PID控制器相比，所提出的改进ADRC-MPC控制器的响应速度分别提高了约60%和80%,稳态误差分别减少了约58.3%和80.7%,较大程度地提高了电液伺服系统的输出力响应速度和控制精度。
2026年01期 v.42;No.221 371-377页 [查看摘要][在线阅读][下载 2098K] - 刘兴旺;姜永为;杨航;舒悦;
涡旋压缩机在实际运行的过程中，由于压缩腔之间存在微小间隙，会产生不同程度的泄漏，使得容积效率减小，整机能效下降。其中涡旋压缩机相邻压缩腔之间的径向泄漏是阻碍压缩机性能提升的关键因素，随着压缩机工况范围的拓展，相邻压缩腔间的压差越来越大，致使径向泄漏气速动辄达到声速。原有的光滑间隙密封结构和迷宫密封结构已难以满足密封要求。为此，提出了一种拉法尔喷管+迷宫密封的组合密封结构。在用实验验证了数值模拟方法可靠性的基础上，用Fluent软件模拟了三种密封结构在不同压差和泄漏间隙下的马赫数、压力、泄漏量等特性参数。重点对组合密封结构中泄漏气体的气动特性进行了分析研究。设计正交试验，验证了压差与泄漏间隙的无关性。结果表明，组合密封结构中拉法尔喷管后锥段的降压特性对提升密封性能的效果明显；组合密封结构对压差的敏感度低，在高压差工况时密封效果较好；组合密封结构中依然存在一定的直通效应，减小泄漏间隙可有效减小泄漏量。上述规律可供工程应用参考。
2026年01期 v.42;No.221 378-384页 [查看摘要][在线阅读][下载 2216K] - 田江波;李文峰;赵振华;杨洋;
强风地区电力连接金具易发生磨损失效，直接影响输电线路的安全运行。目前，常采用摇摆磨损试验机进行不同工况下电力金具磨损试验，但在磨损试验时不能测量磨损过程中的应力应变分布，导致电力连接金具的磨损机理尚不清楚。针对上述问题，采用有限元软件对电力连接金具磨损过程进行了仿真分析。通过对U-21100-U-21100环环连接金具进行有限元仿真和试验结果比较，验证有限元仿真方法的有效性。选择YH-21130-U-21100环环连接金具和L-16-120-450-Z-16100槽型连接金具为研究对象，对不同载荷、不同摆动频率、不同材质和不同连接型式电力连接金具进行磨损仿真分析。结果表明，随着载荷的增加，不同型式连接金具的磨损量逐渐增加。随着磨损频率的增加，不同型式连接金具的磨损量逐渐增加。采用35CrMo材质的不同型式连接金具磨损量远远小于采用35#钢材质的金具。在相同工况下，槽型连接金具的磨损量远小于环环连接金具的磨损量。磨损影响因素分析结果可用于指导强风地区电力金具的设计和运维。
2026年01期 v.42;No.221 385-389页 [查看摘要][在线阅读][下载 2134K] - 柴博;魏鹏飞;蒲志新;白杨溪;郭建伟;
在液压滑阀的工作过程中，节流槽结构及尺寸对滑阀的整体性能具有显著影响。针对U+K形节流槽液压滑阀在工作过程中存在流量波动以及阀芯受热导致阀芯卡滞的问题，对基础U+K形节流槽结构进行了结构改进，进而提高液压滑阀的整体性能。通过计算节流槽的阀口面积及流量，根据流量曲线确定了流动特性更具稳定性的节流槽结构，即加入坡度、U形槽处圆角半径以及过渡处圆角半径等结构，弥补了基础U+K形节流槽滑阀流量波动较大的缺点；并利用ANSYS软件进行热流固耦合仿真，进一步验证了改进结构的合理性；最后通过多目标优化的方法，对改进结构的尺寸进行进一步优化，以减小阀芯稳态液动力、温度以及径向变形量。进而提高阀芯的工作性能并减少因温度升高、变形量增大导致的阀芯卡滞现象。优化结果显示，经过改进优化后的U+K形节流槽阀芯稳态液动力减少了10.8%,平均温度减少了37.2%,径向变形量峰值降低了26.7%,验证了改进设计的有效性。该研究为液压滑阀节流槽的结构优化设计提供了重要参考。
2026年01期 v.42;No.221 390-396页 [查看摘要][在线阅读][下载 2343K] - 曹莉凌;汤磊;曹守启;孙青;周国峰;
随着电子商务和智能交通的快速发展，物流配送的复杂性显著增加，路径规划成为提高物流效率的关键挑战。在物流配送中，路径需要满足多个必经点约束，这对路径的求解速度和优化效果提出了更高要求。针对智能车全局路径规划算法在处理大量必经点约束时易出现求解速度减慢和路径过长的问题，提出了一种融合A~*算法与改进禁忌搜索算法的解决方案。首先，基于A~*算法计算配送站点之间的最短路径并保存，为后续路径优化提供高质量的初始解。然后，设计了引入自适应禁忌机制、动态邻域结构以及反向扰动策略的改进禁忌搜索算法，对满足必经点约束的全局配送路径进行迭代优化，以提升在复杂配送网络中全局搜索能力和求解效率。最后，通过卫星地图模拟真实物流配送场景，对算法的性能进行了实验分析。研究评估且对比了分层Dijsktra、融合A~*和改进遗传粒子群、融合改进A~*和模拟退火、融合A~*和禁忌搜索算法四种算法，并分析了各算法在路径长度和求解速度方面的表现。实验结果表明：在保证求解速度的前提下，改进的算法规划出的路径长度平均缩短了9.6%～13.7%,在路径优化效果上明显优于其他算法。研究结果可为物流配送领域的智能化应用提供重要参考，同时为智能车路径规划中考虑必经点约束问题提供有效的解决方案。
2026年01期 v.42;No.221 397-404页 [查看摘要][在线阅读][下载 2098K] -
<正>书名:机械类专业课程思政教学指南作者:郭为忠张执南杨培中主编出版社:华东师范大学出版社ISBN:9787576045635出版日期:2024年7月定价:55.00元内容简介:本书系统总结了上海交通大学在机械工程专业基础课程思政建设和教学实践方面的经验和做法,细致梳理了机械类专业课程思政的教学理念、培养目标、思政元素体系、保障机制等,归纳整理出机械类专业课程思政的教学设计、实施、评价和管理等要求和做法。
2026年01期 v.42;No.221 405页 [查看摘要][在线阅读][下载 343K] <正>上海交通大学设计专业成立于1986年,是中国较早成立的设计学科之一。自钱学森学长提出发展工业设计倡议以来,学科建设得到了稳步推进,1999年开始招收研究生,与上海全球科创中心和“设计之都”建设同频共振,2017年成立设计学院,入选“创新设计”国家双一流学科群,2018年获批设计学一级学科博士点。
2026年01期 v.42;No.221 406页 [查看摘要][在线阅读][下载 641K]