《机械工程学报》2017年最受关注论文前10名推荐

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电动车辆锂离子动力电池建模方法综述

重庆大学机械传动国家重点实验室的胡晓松等指出电动车辆是可持续交通系统的重要组成部分,然而动力电池技术是目前制约电动车辆发展的关键瓶颈技术,其直接造成公众对电动车辆续驶里程、充电时间、安全性等问题的顾虑。为了确保动力电池系统在复杂车载环境下的高效、安全和可靠运行,先进电池管理系统至关重要。由于传感技术目前不能直接测量电池内部关键微观物理量,所以如何建立高保真的电池模型是电池管理系统开发的重要挑战,严重影响电池管理的有效性和鲁棒性。简述车用动力电池的种类与性能比较结果,展示锂离子电池在综合性能上的优越性。介绍锂离子电池管理系统的基本功能,强调电池建模的意义和重要性。分别从电学特性模型、热模型、电热耦合模型、老化模型四个方面,较为具体地综述了文献中已有建模方法,并对各种方法进行系统分类。重点阐述面向控制的新模型结构与建模思路,以期促进先进的基于模型的电池管理算法的开发。 

引用本文

胡晓松, 唐小林. 电动车辆锂离子动力电池建模方法综述[J]. 机械工程学报, 2017, 53(16): 20-31.

HU Xiaosong, TANG Xiaolin. Review of Modeling Techniques for Lithium-ion Traction Batteries in Electric Vehicles. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(16): 20-31.

9

设计思维研究综述

四川大学制造科学与工程学院的李彦等指出计与创新是当前时代的主题。创新不等同于技术发明,而是通过设计将技术传递给用户的过程中创造价值,实现这种创新过程的思维方式就是设计思维。设计思维是一种有影响力、高效、可广泛采用的创新方式。设计思维可以广泛地扩展和整合到社会各领域、各层次,任何人或团体都可以利用设计思维高效地创造出新想法、实现这些想法,并使之发挥作用。目前,国内外学者对于设计思维及其相关方面已展开较为广泛的研究工作。从设计思维的内涵、设计思维的实施过程、设计思维方法和工具、以及设计思维的研究方法等方面系统地评述国内外学者对设计思维的研究现状,并给出目前研究存在的问题以及进一步研究的一些建议。   

引用本文

李彦, 刘红围, 李梦蝶, 袁萍. 设计思维研究综述[J]. 机械工程学报, 2017, 53(15): 1-20.

LI Yan, LIU Hongwei, LI Mengdie, YUAN Ping. Review on Research of Design Thinking. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(15): 1-20.

8

高速动车组齿轮箱疲劳裂纹机理分析研究

北京交通大学机械与电子控制工程学院的李广全等指出齿轮箱作为高速动车组牵引系统重要传动设备,在运用过程中主要承受来自于线路激扰的冲击作用,齿轮箱体出现了疲劳裂纹。以某型齿轮箱体为研究对象,统计开裂齿轮箱体的运营里程并对其进行疲劳断口分析,疲劳裂纹源发生于齿轮箱体内侧拐角处,该部位存在因齿轮箱体结构及凹坑等缺陷引起的应力集中。基于高速铁路线路测试,得到典型工况下轴箱、齿轮箱体的振动加速度信号及表面的动应力响应,并对齿轮箱体的自由模态进行分析研究。研究结果表明,列车高速直线运行时,轮轨激扰引起的齿轮箱体振动频率与其固有频率产生了交集,齿轮箱体产生局部共振,共振使齿轮箱体局部产生较高的动应力幅值,从而导致箱体出现裂纹。该研究对确保高速列车运用安全及齿轮箱体新型结构的设计提供参考。 

引用本文

李广全, 刘志明, 王文静, 杨广雪. 高速动车组齿轮箱疲劳裂纹机理分析研究*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(2): 99-105.

LI Guangquan, LIU Zhiming, WANG Wenjing, YANG Guangxue. Fatigue Crack Mechanism Study on High-speed EMU Gearbox. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(2): 99-105.

7

利用粒子滤波与谱峭度的滚动轴承故障诊断

大连理工大学机械工程学院的李宏坤等针对快速谱峭度在低信噪比情况下分析效果差的问题,提出应用粒子滤波的前处理降噪方法来提高信噪比,从而解决谱峭度受噪声干扰效果差的问题,进而提高滚动轴承故障诊断的成功率。建立振动信号的状态方程,提取原始信号的背景噪声,将其与状态方程之和作为观测方程。联立状态方程与观测方程来建立状态空间模型。采用粒子滤波对信号重新估计,得到新序列即是降噪之后的信号,结合快速谱峭度方法,获取最佳分析频带。并结合频谱分析得出故障频率。对比快速谱峭度与经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法降噪的谱峭度分析诊断结果,证明所提方法的有效性。 

引用本文

李宏坤, 杨蕊, 任远杰, 何德鲁, 郭斌. 利用粒子滤波与谱峭度的滚动轴承故障诊断*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(3): 63-72.

LI Hongkun, YANG Rui, REN Yuanjie, HE Delu, GUO Bin. Rolling Element Bearing Diagnosis Using Particle Filter and Kurtogram. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(3): 63-72.

6

超声加工技术的应用现状及其发展趋势

北京交通大学机械与电子控制工程学院的房善想等根据近年来超声加工技术的发展状况,综述了超声加工技术的应用现状及其发展趋势。超声加工技术具有其极强的切削能力、极小的切削抗力、极细微的光整能力以及极高的强化能力。国内外学者对超声振动系统中的超声换能器和变幅杆进行研究,目的在于增加系统的功率与变幅杆的振幅,以及适用于特定的加工环境。超声加工技术以其工艺优势在难加工材料加工、深小孔加工、薄壁件加工、超声表面光整强化、超声焊接和磨粒冲击等加工领域获得越来越广泛的应用,并且其应用涉及半导体工业、高速列车、汽车制造、航空航天、光学元器件、医疗工业等产业领域。随着超声加工技术应用的日益普遍,超声复合加工、微细超声加工、旋转超声加工以及超声骨切削技术也将得到进一步的发展和运用。  

引用本文

房善想, 赵慧玲, 张勤俭. 超声加工技术的应用现状及其发展趋势[J]. 机械工程学报, 2017, 53(19): 22-32.

FANG Shanxiang, ZHAO Huiling, ZHANG Qinjian. The Application Status and Development Trends of Ultrasonic Machining Technology. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(19): 22-32.

5

表面织构化在工业摩擦学领域的研究现状与展望

西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室的于如飞指出表面织构化是一种在物体表面制备一系列规则且具有一定尺寸和分布的凹槽、凹坑或凸起等结构的加工技术,自其问世以来就备受国内外同行学者们的普遍关注,当然也存在一定的争议和分歧,主要在于理论研究的结果是否能够完全且成功地应用到实际工程中,以及实际或模拟试验中存在的一些现象又如何通过理论来合理解释。从理论与试验两大方面出发,对现有表面织构化技术的研究情况进行梳理和分析,并进一步指出当前所存在的主要问题及将来的发展趋势。

引用本文

于如飞, 陈渭. 表面织构化在工业摩擦学领域的研究现状与展望*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(3): 100-110.

YU Rufei, CHEN Wei. Research Progress and Prospect of Surface Texturing in Industrial Tribology. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(3): 100-110.

4

承压设备无损检测与评价技术发展现状

中国特种设备检测研究院的沈功田指出承压设备包括锅炉、压力容器和压力管道,其运行安全对保障国家经济运行和人民日常生活至关重要。在承压设备建造阶段,无损检测与评价技术被应用于原材料生产和焊接质量的检测与控制。在使用阶段,无损检测与评价技术被用于及时发现承压设备在运行过程中出现的各种材料劣化和损伤等缺陷,并可根据检测结果对承压设备的安全状况进行评价,并对承压设备的剩余寿命进行评估。首先,论述对承压设备进行无损检测与评价的重要性,给出目前已成熟和正在发展的无损检测与评价技术;然后,重点对辐射、声学、电磁以及其他领域的各个新的检测技术进行介绍,简述这些技术的原理、特点、适用范围,并指出其存在的不足和发展趋势;最后,对未来承压设备对无损检测与评价技术的需求进行总结,指出将来需进一步开展的主要研究领域和重点任务,以便更好地保障承压设备的运行安全。 

引用本文

沈功田. 承压设备无损检测与评价技术发展现状[J]. 机械工程学报, 2017, 53(12): 1-12.

SHEN Gongtian. Development Status of Nondestructive Testing and Evaluation Technique for Pressure Equipment. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(12): 1-12.

探花

面向多目标的汽车悬架控制臂拓扑优化研究

重庆大学机械传动国家重点实验室的张志飞等针对结构的多目标拓扑优化设计,提出一种基于折衷规划法归一化子目标建立综合目标函数、以灰色综合关联分析确定综合目标函数中子目标权重系数的方法。以某商用车悬架控制臂为例,运用动力学分析、静力学分析和模态分析,得到控制臂在典型工况下的刚度性能、强度性能和固有频率。用板结构进行拓扑优化和形貌优化确定控制臂外轮廓形状,再分别采用单目标拓扑优化降低典型工况下的柔顺度和提高前三阶固有频率,并采用多频率加权方式来抑制频率单目标优化时的振荡现象。将单目标拓扑优化形成的子序列与各个目标最优值形成的最优序列进行灰色综合关联分析,得到子目标的权重系数。用折衷规划法进行多目标拓扑优化,根据优化结果对控制臂进行改进设计。改进后结构分析表明:优化后的控制臂质量减轻9.3%,整体刚度性能和强度性能明显增强,各阶固有频率均有不同程度提高。 

引用本文

张志飞, 陈仁, 徐中明, 贺岩松, 李伟. 面向多目标的汽车悬架控制臂拓扑优化研究*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(4): 114-121.

ZHANG Zhifei, CHEN Ren, XU Zhongming, HE Yansong, LI Wei. Research on Multi-objective Topology Optimization of Vehicle Suspension Control Arm. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(4): 114-121.

榜眼

软体机器人:结构、驱动、传感与控制

北京航空航天大学机械工程与自动化学院的王田苗等指出软体机器人由软材料加工而成,自身可连续变形,与刚性机器人相比具有更高的柔顺性、安全性和适应性,在人机交互、复杂易碎品抓持和狭小空间作业等方面具有不可比拟的优势。综述软体机器人的发展历程,将软体机器人归为传统绳索驱动/气动肌肉机器人、超弹性材料软体机器人和智能材料软体机器人三大类。从仿生结构和仿生运动、驱动与加工、传感与控制三个方面对软体机器人的相关科学问题以及存在的技术难点进行总结与分析。分析了软体机器人在仿生结构、抓持作业和医疗康复等领域潜在的应用价值。对软体机器人目前的发展现状和存在的关键科学难点进行了系统的总结,并得出刚柔耦合、可变刚度和驱动传感控制一体化等研究方向可能是未来软体机器人研究新的突破点。

引用本文

王田苗, 郝雨飞, 杨兴帮, 文力. 软体机器人：结构、驱动、传感与控制[J]. 机械工程学报, 2017, 53(13): 1-13.

WANG Tianmiao, HAO Yufei, YANG Xingbang, WEN Li. Soft Robotics：Structure， Actuation， Sensing and Control. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(13): 1-13.

状元

基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解

华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室的林阳等指出几何结构不满足Pieper准则的机器人被称为一般机器人,其逆运动学运算不能采用封闭解法,而采用数值解法又需要庞大的计算量,且存在奇异位置无法求解的问题。为此,将多种群遗传算法应用于运动学逆解运算,提出一种适用于一般机器人的高精度并行求逆算法。为避免机器人位姿收敛精度不同,该算法将目标函数分解为位置和姿态函数,同时引入适应度函数权值系数来平衡两函数收敛速度;为避免局部收敛,该算法采用多点交叉和均匀交叉相结合的交叉算子,并逐步增大均匀交叉概率来抑制短子串偏差,使搜索趋于稳健;为提高收敛速度,该算法采用动态变异率的变异算子,以及种群替代和个体替代相结合的移民算子来克服全局收敛的盲目性。以封闭解法和数值解法无法求逆的6R一般机械臂为对象,开展与单种群遗传算法的对比试验,结果表明:该算法可在避免局部收敛的基础上保证算法稳定性,且能够大幅提升收敛精度和速度。

引用本文

林阳, 赵欢, 丁汉. 基于多种群遗传算法的一般机器人逆运动学求解*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(3): 1-8.

LIN Yang, ZHAO Huan, DING Han. Solution of Inverse Kinematics for General Robot Manipulators Based on Multiple Population Genetic Algorithm. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(3): 1-8.

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