机械工程学报

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1. 高速凸轮机构动力学分析及模态截断

金国光, 魏展, 秦凯旋, 张阳演

机械工程学报 2015, 51 (13): 227-234. DOI: 10.3901/JME.2015.13.227

摘要（3399）

PDF（pc）（1505KB）（154356）

高速凸轮机构广泛应用于车辆、纺织和印刷等机械中，对其进行动力学问题研究是提高机械性能的基础和关键。采用有限元法对凸轮机构柔性构件进行离散化处理，结合模态综合技术和Kane方程建立刚柔耦合凸轮系统动力学模型，所得动力学方程是一个更具一般性的柔性梁类动力学方程，且该方程在模态坐标下更便于计算机求解运算。通过对系统模态分析和动力学方程求解来分析其动态性能，在了解系统动态性能的同时进行模态截断研究。对截取不同阶数的动力学模型进行仿真，分析模态截取阶数对计算精度和计算速度的影响。研究结果对判断实际应用中的高速凸轮系统是否需要进行动力学分析具有重要指导意义，也为该类机构的动力学建模和模态特性研究提供依据。

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2. 当前中国机构学面临的机遇

刘辛军, 谢福贵, 汪劲松

机械工程学报 2015, 51 (13): 2-12. DOI: 10.3901/JME.2015.13.002

摘要（2331）

PDF（pc）（5623KB）（94604）

工业4.0以及智能制造是工业发展的必然趋势，但它们的发展必然是要建立在单元化装备尤其是机器人和高端制造装备的高品质基础之上的。近两年，机器人高调卷土重来，市场前景巨大；高端制造装备尤其是高档数控机床在我国需求依旧迫切。但不管机器人还是高档数控机床在我国的发展仍然不容乐观，它们仍然低迷的共同特征是所必需的基础元器件和数控系统依赖舶来品，受制于人，关键功能部件例如摆角头、高性能减速器(例如RV减速器)等制造技术缺失，导轨、丝杠等部件可靠性和性能保持性不足。尤其是，由于结构原理以及实现技术的原因，摆角头和高性能减速器均是串联式高端机床和机器人的核心功能部件，极大地决定了机床和机器人的功能和性能，也是机床和机器人行业能否达到和赶超世界先进水平的重要屏障。机构学是装备结构设计的基础学科，机构创新是装备创新的根本，在我国机床与机器人需要跨越式发展的当前，机构学领域担负着重要的创新责任。结合机床与机器人的结构、功能和应用特点，分析和探讨我国机构学在现阶段面临的机遇，为我国机构学者的研究与工业界对高端装备的需求实现有效结合提供参考。

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3. 钢轨中导波传播模式的半解析有限元分析与实验测量

卢超, 杨雪娟, 戴翔, 常俊杰

机械工程学报 2015, 51 (6): 79-86. DOI: 10.3901/JME.2015.06.079

摘要（3435）

PDF（pc）（2452KB）（92950）

导波传播模式分析是钢轨长距离导波检测和振动噪声控制的基础。钢轨中的导波传播模式可以通过波数频率关系和对应的结构形变来有效识别。应用半解析有限元法(Semi-analytical finite element method，SAFE)，基于虚功原理构建导波在任意截面弹性波导中传播的控制方程，求解弹性波导中导波传播的频散曲线和结构形变。应用该方法求解0～8 kHz频率范围自由状态CHN60型钢轨中导波传播的波数频散关系和结构形变，并讨论8个基本传播模式的特点。采用模态力锤及多传感器测量钢轨截面形变的模态分析试验方法得到钢轨横向和垂直振动模态导波的波数-频率系数，数值分析与试验结果相符合。

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4. 医疗机器人技术发展综述

倪自强, 王田苗, 刘达

机械工程学报 2015, 51 (13): 45-52. DOI: 10.3901/JME.2015.13.045

摘要（3137）

PDF（pc）（840KB）（87146）

医疗机器人在过去几十年获得了飞速发展，根据医疗机器人的功能和用途将医疗机器人分为：神经外科机器人、骨科机器人、腹腔镜机器人、血管介入机器人、假肢外骨骼机器人、辅助康复机器人和胶囊机器人。分别对当前已经商用化的代表性的医疗机器人做了介绍，对其功能、主要技术指标、优缺点做出对比和描述。探讨医疗机器人当前主要的前沿研究问题，对医疗机器人关键技术和难点问题做出分析和讨论，对医疗机器人未来的发展方向和机遇做了展望。

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5. 基于外穿式交流电磁场检测的钻杆轴向裂纹在役检测技术研究

李伟, 袁新安, 陈国明, 葛玖浩, 姜永胜, 贾廷亮

机械工程学报 2015, 51 (12): 8-15. DOI: 10.3901/JME.2015.12.008

摘要（1297）

PDF（pc）（2653KB）（50848）

钻杆是钻井过程中易受破坏的关键部件，在其服役过程中进行检测，对于减少钻具失效事故具有重要意义。针对钻杆在役检测的特点，提出一种新型外穿式交流电磁场检测方法，建立针对钻杆外表面轴向裂纹的外穿式交流电磁场检测有限元仿真模型，分析钻杆表面感应电磁场分布以及裂纹引起的电磁场畸变信号与裂纹尺寸关系，在此基础上提取裂纹识别特征信号，基于仿真模型分析激励线圈提离高度影响，设计开发井口钻杆外表面轴向裂纹在役检测系统，并进行试验测试，仿真和试验结果表明：外穿式交流电磁场检测探头所提取的钻杆轴向裂纹特征信号Bx和Bz分别反映裂纹深度和长度，具有定量识别能力；激励线圈提离高度可满足在役检测需要；外穿式交流电磁场检测系统利用周向阵列检测线圈可有效检测钻杆表面轴向裂纹。

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6. 柔性机构及其应用研究进展

于靖军, 郝广波, 陈贵敏, 毕树生

机械工程学报 2015, 51 (13): 53-68. DOI: 10.3901/JME.2015.13.053

摘要（2795）

PDF（pc）（745KB）（21606）

柔性机构自20世纪80年代提出以来迅猛发展，已成为现代机构学一个重要分支。短短不足30年间，柔性机构设计理论的构建与发展，为柔性机构成功应用奠定了坚实基础。随着对柔性及柔性机构认识不断深入，柔性机构得到了广泛应用，不断涌现新的成功实例。继5年前综述了柔性机构设计方法研究进展之后，尝试从应用的视角鸟瞰一下柔性机构的最新进展。通过将柔性机构的主体应用划分为精密工程、仿生机器人、智能材料结构三大主阵地，概述柔性机构在每个阵地中的应用进展及研究热点情况，并对其发展做了展望。对四种最具发展潜力和应用前景的新型柔性机构(胞元式柔性机构、辅助接触式柔性机构、平面折展机构、柔性静平衡机构)进行简单描述。

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7. u-SVD降噪算法及其在齿轮故障诊断中的应用

曾鸣, 杨宇, 郑近德, 程军圣

机械工程学报 2015, 51 (3): 95-103. DOI: 10.3901/JME.2015.03.095

摘要（1438）

PDF（pc）（500KB）（18965）

为了提取机械设备被强背景噪声淹没的故障特征，采用一种具有通用意义的基于奇异值分解(Singular value decomposition, SVD)的子空间降噪算法对信号进行处理，即u-SVD降噪算法。传统的SVD降噪算法是u-SVD降噪算法中拉格朗日乘子时的一种特殊情况。u-SVD降噪算法包含滤值因子，能够抑制以噪声贡献占主导的奇异值对降噪后信号的信息贡献量。u-SVD降噪算法涉及延迟时间、嵌入维数、降噪阶次、噪声功率和拉格朗日乘子等5个参数。讨论了u-SVD降噪算法的参数选择方法，并着重研究降噪阶次和拉格朗日乘子对降噪效果的影响。齿轮故障仿真信号和齿轮早期裂纹故障振动信号的试验结果表明，u-SVD降噪算法在降噪效果方面要优于传统的SVD降噪算法，可以在强背景噪声情况下更好地提取出齿轮的故障特征。

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8. 基于Rife-Vincent窗衰减信号插值离散傅里叶变换

刁瑞朋, 孟庆丰, 范虹

机械工程学报 2015, 51 (4): 1-7. DOI: 10.3901/JME.2015.04.001

摘要（1145）

PDF（pc）（457KB）（18452）

频谱泄漏和栅栏效应是影响衰减信号离散傅里叶变换精度的主要因素。为了提高多频衰减信号离散傅里叶变换频谱参数的校正精度，提出一种加窗两点矢量插值校正算法。对信号加M阶余弦窗并计算加窗后信号的离散傅里叶变换，利用真实频率附近的两根谱线的矢量比建立方程，通过求解方程获得频率偏移量和衰减因子，利用上述获得的两个参数计算出信号的频率、幅值和相位。余弦窗的最大旁瓣衰减特性能有效的降低频谱泄漏的影响，两点矢量频域插值可以消除栅栏效应，两者结合极大地提高了算法的参数校正精度。仿真和试验结果表明，算法具有较高的参数校正精度和稳定性，且计算效率较高，适用于实时处理及对计算资源要求苛刻的场合，为多频衰减信号的特征提取提供了一种可选的方法。

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9. 空投装备气囊缓冲系统评价方法

洪煌杰, 王红岩, 李建阳, 芮强, 张芳

机械工程学报 2015, 51 (4): 148-154. DOI: 10.3901/JME.2015.04.148

摘要（926）

PDF（pc）（2147KB）（17123）

以热力学理论和有限元法为基础，建立装备-气囊系统有限元模型，并利用试验数据对模型进行验证。对比结果表明，所建模型系统的精度较高，可以用在下一步的仿真分析工作中。针对缓冲气囊的复杂非线性模型计算规模大、难以进行大规模计算的问题，以着陆初速度、初始侧倾角、初始俯仰角、横向速度和地面坡度为变量，分别以最大冲击加速度、最大侧倾角、最大俯仰角以及气囊最大内压为响应，结合扩展拉丁超立方设计，采用径向基函数构建多工况响应代理模型。考虑空投装备在着陆过程中环境因素以及空投装备着陆姿态的影响，利用蒙特卡罗法结合代理模型对多工况下的空投装备着陆成功概率进行计算。通过计算得到着陆成功概率为95.84%，冲击加速度为其主要影响因素，气囊内压为次要因素。

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10. 等几何分析研究概述

吴紫俊, 黄正东, 左兵权, 刘清华, 殷小亮

机械工程学报 2015, 51 (5): 114-129. DOI: 10.3901/JME.2015.05.114

摘要（1357）

PDF（pc）（916KB）（16744）

提出等几何分析(Isogeometric analysis, IGA)是一种新的物理场数值求解方法，它可实现CAE数值分析与CAD建模工具的集成，给出一条使设计、分析和优化紧密结合的新途径。以等几何分析方法的计算框架为基础，详细介绍等几何分析方法中样条几何模型的描述方式和建模方法；并以NURBS为例，阐述了IGA中的分析模型的参数化表示以及网格模型的细化方法；结合现有的经典有限元的分析过程，简单介绍IGA的离散方法、边界条件和积分方法；系统总结等几何分析在热、流体、接触和优化方面的应用，并给出了一个简单的二维问题的IGA求解实例。

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11. 硅片传输机器人手臂结构优化设计方法

刘延杰,吴明月,王刚,蔡鹤皋

机械工程学报 2015, 51 (1): 1-9. DOI: 10.3901/JME.2015.01.001

摘要（6424）

PDF（pc）（821KB）（16162）

提出一种以硅片传输机器人末端竖直方向上由手臂静变形引起的静偏移为约束、以刚性杆柔性关节系统固有频率为优化目标、以各手臂壁厚为优化参数的硅片传输机器人手臂结构优化设计方法。建立硅片传输机器人刚性杆柔性关节动力学模型，通过系统固有频率分析以及模态分析确定对轨迹精度影响较大的模态为一阶模态与二阶模态；通过分析结构参数对一阶与二阶固有频率影响的灵敏度以及权值选择小臂与末端手臂的质量作为优化参数；建立以手臂厚度为变量、以手臂结构尺寸为约束的手臂挠度模型与末端竖直方向静偏移模型，分析手臂厚度对末端竖直方向静偏移的影响规律并对末端手臂与小臂的厚度尺寸进行优化设计；对结构优化设计前后硅片传输机器人手臂的性能进行对比分析。结果表明：该方法在大幅度降低手臂质量的同时可显著提高硅片传输机器人手臂的一阶与二阶固有频率，大幅度降低了末端竖直方向上的静态偏移及内应力，大幅提高了系统竖直方向上的振动频率。

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12. 基于PVDF的三维纳米谐振触发测头及定位系统

李志渤, 黄强先, 史科迪, 韩彬, 余惠娟

机械工程学报 2015, 51 (2): 1-6. DOI: 10.3901/JME.2015.02.001

摘要（1267）

PDF（pc）（668KB）（14709）

微纳米三坐标测量机(Coordinate measuring machining, CMM)是目前微纳米三维测量领域的一个研究热点，针对微纳米CMM中三维纳米测头的研究瓶颈，提出一种与现有机械接触式测头和光学非接触式测头工作原理完全不同的、可达到纳米/亚纳米量级触发分辨力的新型谐振测头。利用聚偏氟乙烯(Poly vinylidene fluoride, PVDF)薄膜的压电特性和其谐振参数对微小作用力的高敏感性，PVDF薄膜与一体式光纤微测杆测球相结合构建成了基于PVDF薄膜的三维纳米谐振触发测头。该测头在z向以轻敲模式接触，在x、y向以摩擦模式接触。经过试验验证，由该测头与三维纳米定位平台、数据处理及反馈控制系统相结合构建成的三维谐振纳米触发定位系统在x、y、z三个方向的触发分辨力都达到了亚纳米量级，分别为0.12 nm、0.10 nm、0.12 nm；三维重复性误差分别为26 nm、36 nm、10 nm。试验结果证实了新型三维谐振测头及其系统的有效性。

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13. 碳纤维复合材料结构件自动铺放技术与装备研究进展

柯映林, 曲巍崴, 李江雄, 程亮, 柯臻铮, 吴剑波, 祝建彬, 杨迪, 杨倩, 蔡志嘉, 王青, 朱伟东, 董辉跃, 徐强, 俞慈君, 王庆涛, 倪佐僖

机械工程学报 2023, 59 (20): 401-435. DOI: 10.3901/JME.2023.20.401

摘要（819）

PDF（pc）（2278KB）（14610）

现代航空航天飞行器结构中复合材料的应用比例已成为衡量其先进性的重要指标，不断提升复合材料的应用水平是实现航空航天结构轻量化、功能化和智能化的重要途径。然而，复合材料的高端应用是一项复杂的系统工程，涉及材料、力学、设计、制造、控制和计算机等多个领域，整体水平提升需要产-学-研-用多方面协同发展。从航空复合材料结构件自动化铺放应用切入，通过剖析大尺寸双曲度飞机壁板和异形回转体进气道两类典型结构的自动化铺放需求，探讨热固性复合材料结构件自动铺放的主要技术发展方向。进而，从复合材料自动铺放工艺规划技术、自动化铺放装备研制，以及铺放工艺规划软件开发3个方面全面分析和总结国内外研究和应用现状，探讨高端复合材料构件制造面临的核心技术问题。然后，分析指出复合材料结构设计制造一体化能力的形成需要深入分析设计、工艺和制造等要素之间的复杂耦合关系，通过单要素分析多要素协调机制实现工艺优化和制造反馈。最后，提出我国在自动铺放技术装备方面的发展思路，为加速构建我国高端复合材料结构件制造能力提供方向性参考。

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14. 新能源汽车动力电池系统故障诊断研究综述

孙振宇, 王震坡, 刘鹏, 张照生, 陈勇, 曲昌辉

机械工程学报 2021, 57 (14): 87-104. DOI: 10.3901/JME.2021.14.087

摘要（2339）

PDF（pc）（2110KB）（10496）

随着新能源汽车保有量的增加，新能源汽车安全问题日益突出，严重威胁着驾乘人员的生命财产安全，制约了新能源汽车产业发展。动力电池问题是新能源汽车着火事故发生的主要原因（占着火事故60%以上），发展先进的动力电池系统故障诊断技术已成为新能源汽车安全防护领域的热点。为填补该领域最新中文综述的空白，基于动力电池系统故障发生位置的差异，将故障分类为内部故障和外部故障，描述过充电、过放电、外部短路、内部短路、过热、热失控、传感器故障、连接件故障、冷却系统故障的失效机理。从内部故障和外部故障两个角度出发，总结锂离子动力电池的基于知识、模型、数据驱动三类故障诊断方法的研究现状与最新进展。讨论当前动力电池系统故障诊断技术研究中存在的主要问题，提出电池故障诊断技术的未来发展趋势，以期实现动力电池系统故障的准确诊断和早期防控，提高新能源汽车安全性，保障驾乘人员生命财产安全，推动新能源汽车产业进一步发展。

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15. 浅水域探测型无人水下航行器波浪能发电系统设计

丁文俊, 宋保维, 毛昭勇, 赵晓哲

机械工程学报 2015, 51 (2): 141-147. DOI: 10.3901/JME.2015.02.141

摘要（1481）

PDF（pc）（1676KB）（10428）

为了实现浅水域探测型无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle, UUV)探测设备水下长时间工作，提出波浪能发电系统，可以将近水面的波浪能收集转化为电能。详细叙述永磁发电机的原理结构及设计参数;根据Lagrange方程建立系统的数学模型;采用Runge-Kutta方法求解简化的运动方程，研究不同海况条件下对发电性能的影响。研究结果表明提出的波浪能发电系统是合理可行的，在一般海况下，能够满足探测设备的能源需求。同时表明频率与幅度以及耦合横摇对发电性能影响比较大，而耦合垂荡对其影响基本可以忽略。研究结果将为后期波浪能发电系统的工程试验提供一定的理论依据。

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16. 计及间隙和摩擦非线性的汽车传动系统瞬态振动冲击研究

杨亮, 夏元烽, 庞剑, 褚志刚

机械工程学报 2021, 57 (10): 50-64. DOI: 10.3901/JME.2021.10.050

摘要（3060）

PDF（pc）（2243KB）（9859）

由于汽车传动链存在间隙，在离合快速接合过程中，轮齿之间的瞬态冲击容易产生严重的振动噪声问题，降低了整车声品质。为了分析由离合快速接合引起的传动系统瞬态振动冲击，针对后驱车传动系统，基于间隙和摩擦非线性理论，建立了包含分段线性的间隙单元和非线性摩擦单元的9自由度集中参数动力学模型。数值模拟了离合器在快速结合过程中，传动链产生的瞬态振动冲击现象。平面相位图揭示了在每次瞬态冲击时，齿轮间隙单元内的多次碰撞反弹现象，并且剖析了轮齿相对接触位移和相对运动速度之间的关系。和驱动桥间隙单元相比，变速器间隙单元产生的瞬态冲击力和弹性势能最大。在飞轮和离合器转速同步过程中，分析不同正压力条件下飞轮和离合器从动盘之间的摩擦转矩和摩擦Stick-Slip现象。和广泛使用的Karnoop摩擦模型相比，在离合器接合过程中，所建立的数值摩擦模型更好地仿真飞轮和离合器从动盘之间的摩擦转矩变化和摩擦同步产生的传动链瞬态振动冲击。上述数值分析结果得到了整车试验验证。

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17. 变形轮爪构型无人平台结构优化与运动学分析

刘建峰, 孟庆凯, 舒用杰, 柯志芳, 刘城, 魏巍

机械工程学报 2025, 61 (19): 91-100. DOI: 10.3901/JME.2025.19.091

摘要（314）

PDF（pc）（628KB）（9735）

针对陆空两用无人平台的在复杂楼宇行驶环境中难以穿行且越障能力有限的问题，提出了一种具有大展开比特征的高通过性变形轮爪构型无人平台，可从圆轮状态切换至轮爪状态。然后建立以变形轮变形触发力矩和压力角均值最小为目标的结构参数优化模型，采用二次序列规划法(SQP)对该约束优化问题进行求解。此外，基于对单个变形轮的周期性运动分析，搭建了无人平台整机运动学模型，并通过多体动力学仿真和动作捕捉试验对理论模型进行了验证。结果表明，相较于优化前的初始结构，优化后的变形触发力矩降低了20%，压力角均值下降了38.5%，优化后的触发力矩理论值与仿真结果的误差仅为6.25%。根据优化结果得到的无人平台整机位移与速度曲线与仿真及试验结果的趋势基本一致，变形轮爪式无人平台在展开比为2.0时可越过高度为500 mm的障碍物，为后续高通过性无人平台动力学模型和轨迹优化提供了理论基础。

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18. 磨料水射流加工技术研究现状及展望

王军, 景延延, 杜鑫豪, 郑李娟, 王成勇, 陈平

机械工程学报 2025, 61 (9): 46-77. DOI: 10.3901/JME.2025.09.046

摘要（727）

PDF（pc）（1287KB）（9122）

磨料水射流作为一种“冷柔”加工技术得到越来越广泛的应用，尤其在热敏及新型材料加工领域有很好的应用前景，是解决难加工材料零件制造难题最有效的技术之一。自磨料水射流加工技术问世以来，全球学者开展了大量的研究工作，对高压和超高压磨料水射流技术背后的科学问题取得了较好的理解，也使得磨料水射流加工成为比较成熟的先进制造技术。为了促进以后的研究和研发工作，分析、讨论和总结了磨料水射流加工领域前期的研究工作，涵盖高压水射流和磨料水射流的形成原理以及流场和冲击特性、射流冲击区的流体力学特性和能量传递规律、冲蚀导致的材料微观去除机理和宏观切口形成机理，以及新技术和新工艺，从理论、技术和工艺层面为后期研究提供支持。最后，对磨料水射流技术未来的发展以及研究方向提出作者的见解。

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19. 构建具身智能新范式：人形机器人技术现状及发展趋势综述

陶永, 万嘉昊, 王田苗, 熊友军, 王柏村, 张文博, 邓昌义, 陶雨, 杨赓, 魏洪兴

机械工程学报 2025, 61 (15): 121-147. DOI: 10.3901/JME.2025.15.121

摘要（1940）

PDF（pc）（922KB）（8861）

当前人形机器人技术正在加速演进，已成为全球科技创新与产业升级的新高地。在“人本智造”理念下，人形机器人作为具身智能的重要代表，具有广阔的发展前景。针对人形机器人技术多学科交叉、体系复杂与高度集成的特点，结合该领域的最新研究成果与发展动态，综述人形机器人的技术现状及发展趋势。首先，介绍人形机器人的定义与发展历程，从技术水平、产业格局、政策支持等方面描述国内外现状，对比总结典型技术发展特征与产品特色。重点剖析了核心零部件、环境感知与场景理解、步态控制与灵巧操作、具身智能与大模型、人机共融与交互、操作系统与工具链等关键核心技术，讨论其实现途径与当前研究进展。进而，介绍人形机器人在特殊服役环境、智能制造、家庭及社会服务等领域的典型应用，并探讨其在新兴应用领域的拓展潜力。进一步，围绕技术瓶颈和应用难题，分析当前人形机器人发展面临的主要挑战。最后，针对以人形机器人为代表的具身智能在多模态垂直大模型、高算力仿真训练平台以及安全与伦理等方面的发展趋势进行了展望。希望在总结把握人形机器人前沿技术发展动态的同时，为相关研究人士提供参考与启发，助力推动我国人形机器人技术进步与产业化发展。

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20. 基于机器学习的设备剩余寿命预测方法综述

裴洪, 胡昌华, 司小胜, 张建勋, 庞哲楠, 张鹏

机械工程学报 2019, 55 (8): 1-13. DOI: 10.3901/JME.2019.08.001

摘要（5124）

PDF（pc）（1101KB）（8779）

随着科学技术的发展和生产工艺的进步，当代设备日益朝着大型化、复杂化、自动化以及智能化方向发展。为保障设备安全性与可靠性，剩余寿命（Remaining useful life，RUL）预测技术受到了普遍关注，同时得到了广泛应用。传统的统计数据驱动方法受模型的选择影响明显，而机器学习具有强大的数据处理能力，并且无需确切的物理模型和专家先验知识，因而机器学习在剩余寿命预测领域表现出了广阔的应用前景。鉴于此，详细分析和阐述了基于机器学习的设备剩余寿命预测方法。根据机器学习模型结构的深度，将其分为基于浅层机器学习的方法和基于深度学习的方法。同时疏理了每类方法的发展分支与研究现状，并且总结了相应的优势和缺点，最后探讨了基于机器学习的剩余寿命预测方法的未来研究方向。

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21. 锂离子动力电池热失控与安全管理研究综述

朱晓庆, 王震坡, WANG Hsin, 王聪

机械工程学报 2020, 56 (14): 91-118. DOI: 10.3901/JME.2020.14.091

摘要（1378）

PDF（pc）（7129KB）（8181）

锂离子动力电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，被认为是最具前景的一类动力电池。随着整体能量密度的不断提高和制造成本的降低，以热失控为特征的锂离子动力电池安全事故频发，严重威胁着乘客的人身和财产安全。因此，以防止锂离子电池热失控为核心的研究成为近几年电动车辆研究领域的热点，同时，相关领域的发展也需要这样的综述类文章来的引领。从动力电池安全角度出发，对目前锂离子动力电池热失控研究现状进行综述，总结了最新研究成果。较为具体地阐明了热失控触发条件和发生机理，比较全面地总结了提高锂离子动力电池系统安全性的方法，以期促进先进锂离子动力电池系统安全管理方法与策略的开发，进而提高动力电池系统的安全性。填补了该领域缺少中文综述的空白。

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22. 金属材料疲劳短裂纹萌生与扩展研究综述

王栓程, 杨冰, 廖贞, 肖守讷, 康国政, 阳光武, 朱涛

机械工程学报 2023, 59 (16): 32-53. DOI: 10.3901/JME.2023.16.032

摘要（836）

PDF（pc）（952KB）（8069）

系统梳理了金属材料疲劳短裂纹的定义、分类、试验方法、萌生机理及典型扩展率模型,对当前短裂纹行为研究面临的问题进行了总结与展望。研究结果表明,在萌生机理方面,材料自身的微观结构对短裂纹萌生及扩展有重要影响,短裂纹扩展至晶界处,受晶粒取向及晶界阻力影响,扩展率会下降,裂尖突破晶界束缚后,短裂纹扩展路径出现局部偏折。在扩展行为描述方面,短裂纹的扩展驱动力与承受的载荷水平、残余应力、表面处理方式、局部磨损状况等有关。扩展过程中,裂纹尖端材料在小范围内屈服而产生局部塑性区。同时,塑性尾迹区也逐渐形成,进而产生塑性诱导闭合,导致裂纹扩展门槛值降低。此外,晶体位错之间的相互作用和位错塞积会阻碍位错发展。机器学习算法作为一种先进技术手段,已在短裂纹扩展行为表征中得到应用,对提升预测精度有促进作用。随着金属材料短裂纹行为研究的进一步深入,未来可重点关注短裂纹萌生与扩展实时监测、试验影响因素控制、数据离散性分析、扩展率模型的工程应用等问题,探索建立适用于工程结构与零部件的在役长、短裂纹扩展率统一表征模型和实时监测与安全评估技术,结合先进的机器学习算法,实现对工程关键金属结构更有效、更准确的安全性评定和剩余寿命管理。

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23. 基于光纤传感的极端环境下装备制造与运行状态监测技术现状与发展

李天梁, 郭金秀, 吴冬健, 谭跃刚, 周祖德

机械工程学报 2022, 58 (8): 27-53. DOI: 10.3901/JME.2022.08.027

摘要（941）

PDF（pc）（1914KB）（6982）

大型制造装备的安全运行关乎国民经济发展和国防建设，先进传感技术是实现超高/低温、超高压、强辐射、强磁场等极端环境下制造装备性能精准评估及其状态动态监测的重要支撑技术。光纤传感器凭借体积小、耐高温、抗腐蚀、抗电磁干扰、防爆、无源传感、易于实现多点分布式测量等优势，成为了极端环境下装备制造与运行状态监测的一项重要利器。围绕极端环境下基于极端参量光纤传感的装备制造与运行状态监测技术，归纳并总结极端参量光纤传感器的设计、制备、标定、误差补偿与应用的发展现状。介绍极端参量光纤传感器能量变换体设计方法与光纤信号调制机理，阐述光纤传感器零件的制造方法与封装工艺，并归纳光纤传感器标定校准技术与误差补偿方法。总结概述极端参量光纤传感监测技术在装备制造与运行状态监测方面的研究成果。探讨极端参量光纤传感技术的未来发展方向，并对全文进行总结。

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24. 数字孪生驱动的装配工艺设计现状及关键实现技术研究

郭飞燕, 刘检华, 邹方, 翟雨农, 王仲奇, 李少卓

机械工程学报 2019, 55 (17): 110-132. DOI: 10.3901/JME.2019.17.110

摘要（1775）

PDF（pc）（1315KB）（6044）

基于制造过程中的全数字量协调传递方式，通过"虚实融合、以虚控实"的手段，对数字孪生模型驱动的航空产品装配工艺优化-反馈-改进环机制进行了研究。分析了装配单元划分/求解/评价、孪生工艺模型构建、以及装配精度闭环控制等方面的技术内涵，阐述了国内外的研究现状及存在问题；考虑虚拟空间的设计与物理空间的装配等因素约束，提出数字孪生在装配工艺设计中的三项关键技术：①基于"面向装配设计"（DFA）的装配工艺规划与评价；②考虑真实物理拓扑关系的孪生工艺模型动态构建与分析；③面向装配现场的工艺优化-反馈-改进环机制构建，并给出具体的解决途径，从而拓展基于模型的制造技术内涵，将数字孪生落地应用，实现产品研发生产的闭环优化决策及产品研制模式的改变，提高装配准确性/一致性及装配效率。

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25. 城轨交通弓网系统异常磨损现状分析与防治技术研究

邹栋, 钟舜聪, 耿妍, 程尧, 莫志刚, 徐可佳, 宋兵, 程斌, 张士宇, 王志城, 华路捷, 张亚楠

机械工程学报 2023, 59 (10): 152-178. DOI: 10.3901/JME.2023.10.152

摘要（493）

PDF（pc）（1570KB）（5881）

针对国内城市轨道交通近年来频繁出现的弓网系统异常磨耗现象,从接触副结构特征、故障现象及其时空属性、处理措施等方面梳理了近10条地铁线路弓网接触副异常磨耗事件。分析当前国内外关于法向载荷、电流、电弧等因素影响弓网系统磨耗的主要研究成果;论述弓网系统磨损机制的研究进展;介绍国外研究团队关于弓网系统磨损模型的研究历程。基于工程和科研现状分析结果,参考弓网系统磨损模型制定了弓网系统异常磨耗现象的根因分析方法;从地面试验、线路试验和仿真分析、数据处理技术等角度梳理异常磨耗致因的验证和确认手段,并介绍刚性接触网关节和跨内数据分割处理方法,同时针对异常磨耗的关注热点,利用仿真分析技术实现了滑板凹槽磨耗和接触线拉出值布置影响系统性能的量化评估;结合弓网系统相关标准的梳理,介绍抑制异常磨耗相关的运用维保措施。最终提出包括异常磨耗定义和评估、根因分析、验证与确认、维保控制四个阶段的弓网接触副异常磨耗问题应对方案。并基于调研分析结果和异常磨耗问题防治框架,展望了科学和工程问题的潜在探索空间。研究结果可为城市轨道交通相关单位应对弓网系统异常磨耗事件提供技术和管理参考。

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26. 面向认知赋能的人机协作：进展、挑战和展望

寇逸群, 杨晔, 刘颉, 胡友民, 李林, 俞百川, 徐家和, 胡中旭, 史铁林

机械工程学报 2025, 61 (3): 1-22. DOI: 10.3901/JME.2025.03.001

摘要（1529）

PDF（pc）（612KB）（5698）

在工业4.0向工业5.0的发展过程中，以人为本逐渐成为智能制造领域关注的焦点之一。当前的人机协作不仅强调要聚焦于技术的进步与效率的提升，更强调将人类的高阶认知思维与机器的计算能力相结合，实现认知赋能。基于此，梳理人机协作中认知赋能在交互感知、任务规划与执行、技能学习等关键领域的现有研究，揭示了多模态信息整合、任务推理、动态决策与技能知识表征的挑战。进一步，提出通过应用知识图谱构建的相关技术来支持人与其机器认知对齐的方法，以及通过应用知识图谱推理的相关技术来支持复杂环境下人机协作的任务优化和动态决策。在分析现有人机协作认知赋能研究局限性的基础上，展望未来智能制造环境下的深度认知协同的发展方向。

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27. 面向航空发动机的镍基合金磨削技术研究进展

丁文锋, 苗情, 李本凯, 徐九华

机械工程学报 2019, 55 (1): 189-215. DOI: 10.3901/JME.2019.01.189

摘要（1902）

PDF（pc）（131608KB）（5663）

磨削加工是制造航空发动机镍基合金零件的重要方法。为进一步提高镍基合金磨削加工的材料去除效率、提升工件表面质量，国内外学者开展了诸多基础理论与工艺探索工作。在概述镍基合金材料磨削加工技术发展过程的基础上，全面总结了国内外学者在镍基合金材料磨削去除机理、磨削工艺特性、磨削加工新方法等方面的主要研究成果，并对镍基合金磨削加工技术的难点与发展趋势进行了展望。

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28. 搅拌摩擦沉积增材制造机理及展望：机遇与挑战

申志康, 李冬晓, 孙中刚, 马良超, 刘小超, 田艳红, 郭伟, 侯文涛, 朴钟宇, 杨新岐, 李文亚

机械工程学报 2025, 61 (2): 56-85. DOI: 10.3901/JME.2025.02.056

摘要（1711）

PDF（pc）（1718KB）（5622）

航空航天、兵器等重大装备大型关键结构整体化设计和一体化制造已成为轻量化和服役性能的重要保障。增材制造作为实现创新结构的变革技术被广泛关注和应用，但高强铝合金、镁合金等轻质高强金属增材制造仍面临诸多挑战。搅拌摩擦以强塑性非熔化方式为此类合金高质量增材制造提供了新的思路和方法，并基于此形成了固相增材制造技术与装备。搅拌摩擦增材制造技术的突出优势迅速引发了全球范围的广泛关注和研究，但当前该技术的基础理论和沉积材料组织性能等尚待进一步厘清。系统梳理了搅拌摩擦增材制造领域的最新研究进展，全面评述了国内外在搅拌摩擦增材制造产热机制、材料流动行为、打印工具设计、工艺参数和组织性能等方面的研究成果及装备开发和工程应用现状。最后，展望了搅拌摩擦增材制造技术的未来机遇和发展趋势。

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29. 足式机器人液压驱动关键技术研究综述

俞滨, 李化顺, 黄智鹏, 何小龙, 巴凯先, 史亚鹏, 孔祥东

机械工程学报 2023, 59 (19): 81-110. DOI: 10.3901/JME.2023.19.081

摘要（966）

PDF（pc）（2329KB）（5575）

足式机器人以自然界亿万年进化而成的哺乳动物、足式爬行动物或昆虫等足式生物为仿生原型，兼具足式生物肢体运动的灵活性和野外多种复杂地形的适应性，特别是与具备高功重比和快速响应能力优势的液压驱动相结合，大幅提升其运动性能和负重能力。首先，介绍足式机器人应用背景及其液压驱动基本原理，分析液压驱动在足式机器人设计与控制中的重要作用，列举现已公开的国内外多种形式液压足式机器人。其次，阐述近年来国内外研究机构针对足式机器人液压驱动单元、液压动力单元和液压控制方法三方面关键技术，取得的研究进展和研究成果。最后，从与仿生学深入融合的角度，提出了液压足式机器人腿部“肌骨”一体化仿生设计、机身“内脏”紧凑式仿生排布与控制“神经”多层级仿生融合的前沿发展趋势。

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30. 先进装备表面磁控溅射技术复合防护体系研究进展

赵立存, 王志远, 刘洋, 姜巍, 刘金娜

机械工程学报 2025, 61 (10): 36-65. DOI: 10.3901/JME.2025.10.036

摘要（337）

PDF（pc）（2199KB）（5519）

随着科技的发展，先进装备表面防护问题日益突出，尤其针对高精尖零部件表面的防护技术研究更是困扰众多研究人员的关键科学问题之一。现如今众多技术进步都依赖于创造具有增强性能的新型复合材料，其中磁控溅射技术由于对材料表面适配性强，元素选择多样，对于各类先进装备表面防护薄膜制备提供一个新的控制维度。因此，为进一步总结先进装备内部高精尖零部件防护需求，致力于改善装备表面防护难题，综述了磁控溅射薄膜沉积技术的最新进展，一方面，针对磁控溅射薄膜沉积过程变化机理、形成机制进行综述，明确靶材溅射对基体材料的性能影响，进一步分析时空间维度上薄膜沉积的可靠性；另一方面，详细论述各类装备表面防护薄膜的应用特色及成形行为。最后，结合磁控溅射镀膜技术的工艺特性，对磁控溅射薄膜沉积过程中的通量特征进行深入分析，并探讨影响薄膜沉积状态的微观结构、表面特性等因素。综上，本文总结先进装备表面磁控溅射镀膜技术的应用机理，并从磁控溅射镀膜组织结构、力学性能、服役性能的角度出发，结合磁控溅射镀膜技术的典型应用，综述了磁控溅射镀膜技术的发展趋势，以及对应用前景的优势和存在问题进行总结，并对磁控溅射镀膜技术的未来先进薄膜体系进行评估和展望。

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31. XJTU-SY滚动轴承加速寿命试验数据集解读

雷亚国, 韩天宇, 王彪, 李乃鹏, 闫涛, 杨军

机械工程学报 2019, 55 (16): 1-6. DOI: 10.3901/JME.2019.16.001

摘要（5045）

PDF（pc）（577KB）（5429）

预测与健康管理对保障机械装备安全服役、提高生产效率、增加经济效益至关重要。高质量的全寿命周期数据是预测与健康管理领域的基础性资源，这些数据承载着反映装备服役性能完整退化过程与规律的关键信息。然而，由于数据获取成本高、存储与传输技术有待发展等原因，典型的全寿命周期数据极其匮乏，严重制约了机械装备预测与健康管理技术的理论研究与工程应用。为解决上述难题，西安交通大学机械工程学院雷亚国教授团队联合浙江长兴昇阳科技有限公司，选取工业场景中典型的关键部件——滚动轴承为试验对象，开展了历时两年的滚动轴承加速寿命试验，并将获取的试验数据——XJTU-SY滚动轴承加速寿命试验数据集面向全球学者公开发布。该数据集共包含3种工况下15个滚动轴承的全寿命周期振动信号，采样频率高、数据量大、失效类型丰富、记录信息详细，既可为预测与健康管理领域提供新鲜的"数据血液"，推动故障诊断与剩余寿命预测等领域的算法研究，又可助力工业界智能化运维的"落地生根"。

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32. 水下机器人-机械手系统研究进展：结构、建模与控制

常宗瑜, 张扬, 郑方圆, 郑中强, 王吉亮

机械工程学报 2020, 56 (19): 53-69. DOI: 10.3901/JME.2020.19.053

摘要（1495）

PDF（pc）（716KB）（5392）

水下机器人-机械手系统（Underwater vehicle-manipulator systems，UVMS）可以完成除观测之外的水下采样、抓取、操作等任务，在海洋科学考察、海洋工程等领域得到广泛应用。通过对近年来国内外UVMS的研究现状进行综述，介绍了不同的UVMS本体结构与机械手构型，总结了UVMS的运动学、动力学和水动力学的建模方法，分析了人机交互式遥控操作控制方式，针对UVMS的自主控制中的运动规划、位置与轨迹跟踪、独立与协调控制、运动补偿控制、力/位置混合控制、视觉伺服控制等问题做了分类阐述。最后总结并对UVMS未来发展方向进行了展望，以期为相关研究人员提供参考。

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33. 大数据分析技术在新能源汽车行业的应用综述——基于新能源汽车运行大数据

佘承其, 张照生, 刘鹏, 孙逢春

机械工程学报 2019, 55 (20): 3-16. DOI: 10.3901/JME.2019.20.003

摘要（3083）

PDF（pc）（241KB）（5259）

为应对化石能源危机和环境污染问题，新能源汽车技术的发展与应用引起广泛重视。新能源汽车具有高信息化的特点和智能网联化的发展趋势，在日常运行中会产生大量行驶数据信息。利用海量多源异构数据进行安全预警与监管、车辆技术分析，是推动我国新能源汽车行业发展的关键。综述了大数据分析技术在新能源汽车行业的应用情况，概述了大数据分析技术的基础理论、发展历程，介绍了新能源汽车国家监测与管理平台的架构和功能，并着重阐述了新能源汽车大数据分析过程。分别从动力电池数据、汽车运行数据和充电数据的角度出发，分析了现有的研究方向和研究方法，列举了部分研究成果和应用情况。最后，对当前新能源汽车大数据分析领域存在的问题和发展应用前景进行了总结和展望。

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34. 几何特征演化驱动的多胞结构自支撑拓扑优化设计

吴紫俊, 肖人彬

机械工程学报 2025, 61 (17): 300-313. DOI: 10.3901/JME.2025.17.300

摘要（988）

PDF（pc）（818KB）（5108）

多胞结构是一类具有复杂孔洞特征且兼具特定力学性能的跨尺度结构。多胞结构在设计空间中几何特征的复杂拓扑关系，增加了其在制造空间中成形难度。本文为突破多胞结构的自支撑特性设计，提出基于几何特征演化的多胞结构设计方法。从几何特征出发，研究了杆单元的叠加组合方式，分析了杆单元空间位姿、单胞刚度矩阵、单胞密度之间的映射关系，建立了杆单元几何特征驱动的二维与三维单胞模型；结合拓扑优化方法，推导了多胞结构的灵敏度，构建了单胞匹配的多胞结构优化模型；结合胞体中杆单元的空间位姿，分析了单胞间共享杆单元以及单胞内独享杆单元的成形角分布范围，设计了杆单元成形角匹配的搜索算法，建立了具有自支撑特性的制造体素，实现了多胞结构的自支撑设计。最后通过二维悬臂梁与三维支架的优化实例，详细说明了多胞结构制造体素构建过程，并利用增材制造设备的模型切片软件，验证了所提方法的有效性，为多胞结构的自支撑设计提供了新的理论依据和方法途径。

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35. 无人驾驶车辆的运动控制发展现状综述

熊璐, 杨兴, 卓桂荣, 冷搏, 章仁夑

机械工程学报 2020, 56 (10): 127-143. DOI: 10.3901/JME.2020.10.127

摘要（2905）

PDF（pc）（8545KB）（5050）

回顾无人驾驶车辆的运动控制问题。从系统模型、控制方法以及控制结构等角度切入，分别在纵向运动控制、路径跟踪控制和轨迹跟踪控制三个层面对国内外的研究进展进行综述，并提出对无人驾驶车辆运动控制技术的发展展望。当前运动控制研究多集中于常规工况，为实现无人驾驶车辆在处理人类驾驶员认为具有挑战性或缺乏操纵能力的复杂动态场景下的潜力，运动控制研究须从常规工况向极限工况拓展，但是极限工况下车辆的非线性和多维运动耦合特征显著增强，对系统建模以及算法的自适应性和鲁棒性的要求进一步提高。同时，为应对复杂场景下的多目标协调优化问题，考虑环境不确定性的运动规划与控制集成设计需要深入研究。增加执行器手段可以提升极限工况下车辆的侧向响应速度和控制裕度，但是冗余异构执行器的控制分配研究仍有待突破。运动控制的实现依赖于路面附着系数、质心侧偏角等信息输入，因此基于多源传感信息融合的关键状态与参数估计问题亟需解决。此外，将机器学习应用到车辆运动控制领域也是一个重要的发展方向。

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36. 知识图谱在智能制造领域的研究现状及其应用前景综述

张栋豪, 刘振宇, 郏维强, 刘惠, 谭建荣

机械工程学报 2021, 57 (5): 90-113. DOI: 10.3901/JME.2021.05.090

摘要（2291）

PDF（pc）（119732KB）（4978）

数据和知识是新一代信息技术与智能制造深度融合的基础。然而，当前产品设计、制造、装配和服务等过程中，数据及知识的存储大多以传统关系型数据库为基础，这导致了数据及知识的冗余性和搜索及推理的低效性。近年来，知识图谱技术飞速发展起来，它本质上是基于语义网络的思想，可以实现对现实世界的事物及其相互关系的形式化描述。该技术为智能制造领域数据及知识的关联性表达和相关性搜索推理问题的解决带来了可能性，因此其在智能制造的实现过程中扮演着越来越重要的角色。为了给知识图谱在智能制造领域的应用提供理论支撑，总结了知识图谱领域的研究进展；同时探索了知识图谱在智能制造领域的3大类应用方向，共15小类应用前景，分析了在各个应用前景上与传统方法的不同之处，应用过程中所需要使用的知识图谱相关技术以及实施过程中所待突破的关键技术，希望可以为进一步展开针对知识图谱在智能制造领域的研究提供启发，同时为相关企业针对知识图谱的实际应用提供参考；最后以数控车床故障分析为案例，验证了知识图谱在智能制造领域应用的有效性。

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37. 航空发动机燃油控制系统故障诊断技术研究进展与挑战

严如强, 许文纲, 王志颖, 朱启翔, 周峥, 赵志斌, 孙闯, 王诗彬, 陈雪峰, 张军辉, 徐兵

机械工程学报 2024, 60 (4): 3-31. DOI: 10.3901/JME.2024.04.003

摘要（1011）

PDF（pc）（944KB）（4914）

随着发动机性能要求的不断提升,燃油控制系统服役的工况变得越来越恶劣、边界条件越来越复杂。燃油泵固有压力脉动与管路、活门的流固耦合振动,密封圈腐蚀或老化导致的泄漏,油液污染或润滑油失效而产生的磨损加剧等均会造成燃油控制系统的致命故障。同时,燃油控制系统具有少测点、变工况、强干扰及强非线性等特点,导致该领域对故障诊断技术存在迫切需求,同时也面临巨大挑战。为推动故障诊断技术在燃油控制系统领域的发展,总结燃油控制系统的特点与常见故障,并在此基础上介绍故障诊断技术的主要方法与分类。进一步从液压元件互换性角度,概述基于物理模型、信号处理和人工智能诊断方法在燃油控制系统关键部件中的研究现状。最后指出燃油控制系统故障诊断技术存在的挑战与机遇。

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38. 数控机床进给轴热误差补偿技术研究综述

刘阔, 韩伟, 王永青, 刘海波, 宋磊

机械工程学报 2021, 57 (3): 156-173. DOI: 10.3901/JME.2021.03.156

摘要（1269）

PDF（pc）（1839KB）（4838）

机床在内外热源共同作用下产生热变形，严重影响机床的精度稳定性与零件加工精度，如何抑制机床热误差是一个重要的研究领域。介绍了机床热误差避免方法和热误差补偿方法的研究进展。分析了直线进给轴误差的成因，并阐述了有/无预紧条件下丝杠热变形过程及机理。介绍了温度测点位置优化方法，以及数据驱动与机理驱动的热误差建模理念、方法及特点。介绍了旋转进给轴热误差测试方法，并给出了其建模及补偿效果。最后，对进给轴热误差补偿技术研究进行了展望。

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39. 大数据下机械智能故障诊断的机遇与挑战

雷亚国, 贾峰, 孔德同, 林京, 邢赛博

机械工程学报 2018, 54 (5): 94-104. DOI: 10.3901/JME.2018.05.094

摘要（3946）

PDF（pc）（359KB）（4766）

机械故障是风力发电设备、航空发动机、高档数控机床等大型机械装备安全可靠运行的“潜在杀手”。故障诊断是保障机械装备安全运行的“杀手锏”。由于诊断的装备量大面广、每台装备测点多、数据采样频率高、装备服役历时长，所以获取了海量的诊断数据，推动故障诊断领域进入了“大数据”时代。而机械智能故障诊断有望成为大数据下诊断机械装备故障的“一把利器”。与此同时，大数据给机械智能故障诊断的深入研究和应用提供了新的机遇：“数据为王”的学术思想有望成为主流、诊断整机或系统级对象成为可能、全面解析故障演化过程成为趋势等；但也遇到了新的挑战：数据大而不全呈“碎片化”、故障特征提取受制于人为经验、浅层诊断模型诊断精度低等。阐述了机械智能故障诊断大数据的特点；从信号获取、特征提取、故障识别与预测三个环节，综述了机械智能故障诊断的国内外研究进展和发展动态；指出了机械智能故障诊断理论与方法在大数据背景下的挑战；最后讨论了应对这些挑战的解决途径与发展趋势。

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40. 负泊松比超材料研究进展

于靖军, 谢岩, 裴旭

机械工程学报 2018, 54 (13): 1-14. DOI: 10.3901/JME.2018.13.001

摘要（2152）

PDF（pc）（751KB）（4641）

超材料自21世纪初诞生以来，历经近20年的发展已逐渐发展成为新材料技术的一个重要学科。近年来，功能迥异的超材料在各个领域层出不穷，综述了声、光、热、力、电磁学超材料的发展历史概况。针对机械超材料中的负泊松比超材料，从负泊松比结构的变形机理角度，着重详述了内凹多边形结构、旋转刚体结构、手性结构等物理模型。对基于负泊松比胞元结构的热学和声学超材料，从功能原理到基本特性进行了系统性的调研，综述分析了其研究现状，并对负泊松比超材料未来面临的挑战与发展趋势进行了展望。

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