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2025年10期

《机械》杂志是国内外公开发行的机械装备行业专业技术期刊，在机械行业领域内，传播科技信息，刊载科技专题论著，展示机学科最新科研成果，交流生产实践及革新改造的先进技术经验，传播现代科技新知识。

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设计与研究 | 需求驱动的高速列车顶层设计指标定义研究

设计与研究 | 需求驱动的高速列车顶层设计指标定义研究

摘要：针对高速列车顶层设计指标定义过程中客户需求转化不精确的问题，提出一种整合价值主张画布与质量功能展开（Quality FunctionDeployment，QFD）的需求驱动的指标定义方法。通过客户价值主张画布识别出核心客户需求，采用网络层次分析法（Analytic Network Process，ANP）计算需求权重，并确定关键顶层设计指标；基于QFD构建核心客户需求与关键顶层设计指标的映射关系模型，利用皮尔逊相关性系数量化关键顶层设计指标间的相关性，并构建最大化总体客户满意度的优化模型，基于改进遗传算法求解出Pareto最优指标解集。以某型高速列车为例展开应用验证，结果表明，定义的最优指标解集与实际指标基本相符，验证了所提方法在需求精准转化与指标协同定义方面的有效性，为需求导向的高速列车顶层设计指标定义过程提供了理论支撑。
设计与研究 | 风力发电机组塔筒法兰螺栓设计优化方法研究

设计与研究 | 风力发电机组塔筒法兰螺栓设计优化方法研究

摘要：为提高风力发电机组塔筒法兰连接螺栓的抗疲劳性能和优化法兰重量，采用Schmidt-Neuper方法计算外载和螺栓应力的对应关系，结合载荷时序计算螺栓疲劳损伤，使用Petersen/Seidel方法检查法兰极限强度。由此分析法兰内径和法兰厚度对螺栓疲劳损伤和法兰极限的影响。以法兰最小重量为优化目标，以螺栓疲劳和法兰极限为约束，建立法兰结构优化模型，并进行优化求解。结果表明，所提方法在保证螺栓疲劳和法兰极限的前提下，能够实现法兰螺栓连接系统的结构优化。
设计与研究 | 某发电机轴振异常研究与处理

设计与研究 | 某发电机轴振异常研究与处理

摘要：针对某汽轮发电机组7号轴承轴振动异常问题开展研究。在振动特征及分析方面，通过进行励磁电流、氢温、密封油温等试验，发现氢温、真空、负荷对振动有一定影响，而励磁电流、密封油温影响不显著。进一步分析认为，轴振异常主要由轴系中心变化导致的动静摩擦引起，且不排除低发对轮连接状态问题。在运行控制上，采取了调整氢温、负荷、真空等措施来抑制振动。检修期间，对7号瓦进行专项检查，发现轴瓦脱胎、油挡间隙不符合设计、密封瓦磨损、轴系中心偏离等问题。针对这些问题，制定了包括调整低发中心、检查密封油系统、更换密封瓦、调整油挡间隙、更换5号瓦顶轴油软管等在内的检修措施。通过上述研究与处理工作，成功解决了7号瓦轴振异常问题，有效消除了机组运行中的重大隐患，显著提高了机组的启动安全性。
设计与研究 | 660MW火力发电机组高压旁路阀改进研究

设计与研究 | 660MW火力发电机组高压旁路阀改进研究

摘要：针对高压旁路阀存在的阀芯卡涩、阀杆断裂、振动异常及密封失效等问题，通过失效机理分析，发现低性能材质、不合理结构造成的应力集中等都是阀杆断裂频发的原因。通过全工况流场仿真，发现由于原结构的缺陷，导致介质在阀笼阀座区域形成的强涡流，是造成阀门振动的主要原因。为此提出综合性改进方案：优化材质提高材质高温机械性能；改进结构实现阀芯的自对中和定心，实现可靠关断；优化流场，降低阀芯和背压笼介质流速，改善介质涡流情况，降低介质冲击。工程热态应用表明，优化后阀杆最大振动幅度由 0.5mm 降至 0.038mm ，阀门关断严密可靠，机组运行稳定性显著增强。研究成果可为同类型设备缺陷的优化提供参考。
交通工程技术 | 轮轨粗糙度波长与轴重对高速轮轨力一振一声的影响研究

交通工程技术 | 轮轨粗糙度波长与轴重对高速轮轨力一振一声的影响研究

摘要：探讨了在不同波长粗糙度激励下轮轨力与噪声特性的变化，并分析了波长敏感性规律。采用轮轨动力学与声学耦合模型，结合数值模拟方法，量化分析不同波长粗糙度激励下的轮轨力和轮轨噪声。还分析了轴重对轮轨力和轮轨噪声的影响。结果表明：在轮轨力方面，短波不平顺波长在 31.5～500mm 时，轮轨横/垂向力的时域峰值对波长的改变表现出较低的敏感度；轴重对轮轨横/垂向力均未产生显著影响。在噪声特性方面，短波波长在 31.5～500mm 时，轮对声功率总值随波长的减小而显著增加；轨道声功率总值随波长的减小先增加后减少，并在波长为 125mm 时达到最大值。轮轨系统声功率总值也在波长为125mm 时达到峰值。此外，轮对、轨道和轮轨系统的声功率总值均随轴重的增加而略上升，轴重从 13t 增至17t时，轮轨系统声功率总值仅增大 0.3dB 。
交通工程技术 | 基于2D结构光的低地板车辆整车动态限界连续测量方法研究

交通工程技术 | 基于2D结构光的低地板车辆整车动态限界连续测量方法研究

摘要：车辆限界是指列车在运行过程中所能占据的最大空间轮廓，用于确保列车安全通过隧道、桥梁、站台等固定设施，避免发生碰撞。因此，车辆限界的测量对于保障列车安全运行至关重要。针对现有限界非接触式测量方法在测量连续性、完整性方面的不足，提出一种基于低地板车辆的动态限界连续测量方法，结合测量断面的数据和轨道几何不平顺信息，推导车体任意断面相对于其所在轨道平面的相对位置关系，构建车辆整体动态包络线，实现对车辆动态限界超限数值及其具体位置的准确测量。为了验证该方法的可行性，通过建立SIMPACK动力学仿真模型进行仿真试验，分别对两种不同的线路进行验证。结果显示，该计算方法相比于插值方法具有更高的计算精度，计算误差能控制在 2mm 以内。
交通工程技术 | 列尾延时对列车制动缓解阶段纵向冲动影响的研究

交通工程技术 | 列尾延时对列车制动缓解阶段纵向冲动影响的研究

摘要：列尾装置是重载列车安全运输的关键部件之一，与列车的制动与缓解性能紧密相关。针对列尾装置延时问题，建立包含空气制动系统的纵向动力学模型，分析2万吨重载列车不同列尾延时时长下的空气制动特性，并进一步研究了列尾延时时长对重载列车纵向冲动的影响。结果表明，随着列尾延时时长的增加，列车管充排风起始时间、制动缓解阶段起始时间均延后，列车管排风时长、制动缓解总耗时增加，制动和缓解同步性下降，进一步加剧了列车纵向冲动，车钩力增大。在减压量 50kPa 条件下，列尾延时从2s增加到4s时，列车管排风时间增加 17.13% ，制动缓解总耗时延长2.61s；制动阶段压钩力增大 25.24% ，缓解阶段拉钩力增大 14‰ 为保障列车运行安全，建议列尾延时不超过 2s
工程材料研究与应用 | 镁合金一碳纤维复合材料铆接结构疲劳失效机理研究

工程材料研究与应用 | 镁合金一碳纤维复合材料铆接结构疲劳失效机理研究

摘要：以AZ91D 镁合金一碳纤维复合材料（CarbonFiber Reinforced Polymer，CFRP）环槽铆接结构为研究对象，系统开展不同载荷幅值下铆接结构的疲劳试验。利用光学显微镜和扫描电子显微镜对镁合金与CFRP的接触界面宏微观损伤形貌进行观察分析，结合不同载荷下铆接结构的动力学响应特征，阐明接触界面在疲劳载荷下的损伤机制；利用电子背散射衍射技术研究不同循环次数下AZ91D镁合金疲劳断口区域的微观形貌、晶粒尺寸和晶格结构的演变规律，揭示连接结构的失效机理。结果表明，不同载荷幅值下连接界面的接触状态呈现显著差异，低载荷作用下界面表现为部分滑移状态，高载荷作用下界面转变为完全滑移状态;AZ91D与CFRP损伤最严重区域均位于加载端，高载荷下AZ91D出现二次裂纹，CFRP出现熔融现象；接触界面的交变应力诱发晶粒细化，并促使小角度晶界比例显著增加，疲劳服役导致晶粒择优取向发生变化，位错密度升高。
工程材料研究与应用 | 多层式局域共振声学超材料低频带隙与隔声特性研究

工程材料研究与应用 | 多层式局域共振声学超材料低频带隙与隔声特性研究

摘要：针对低频振动噪声问题，设计了一种多层式局域共振声学超材料（MultilayeredLocally ResonantAcousticMetamaterial，MLRAM）。首先基于弹性波方程和 Bloch定理，运用有限元法计算了MLRAM的能带结构。结果表明，该结构在 205～218Hz 间存在一条弯曲波带隙。结合结构在几个关键频率的振动模态分析带隙产生机理，并分别探讨振子大小、谐振层厚度、弹性梁宽度对带隙特性的影响。随后建立MLRAM声一固耦合有限元隔声计算模型，计算其隔声曲线。MLRAM在带隙频段内产生了一个隔声峰，隔声量高于质量定律 21.2dB_c ，最后分别探讨振子大小、谐振层厚度、弹性梁宽度对隔声特性的影响。研究表明，MLRAM能够在 400Hz 内产生一条弯曲波带隙，在带隙频段内能够实现远高于质量定律的隔声量；通过改变MLRAM结构几何参数能够调控带隙位置及宽度，从而改变隔声特性曲线中隔声峰、谷的大小及其所处频段，最终在低频域内的特定频段实现良好的减振降噪效果。
测量与检测技术 | 基于改进YOLOv8的铝合金构件表面缺陷检测方法研究

测量与检测技术 | 基于改进YOLOv8的铝合金构件表面缺陷检测方法研究

摘要：为提高铝合金构件表面缺陷的检测精度，设计了一种基于改进YOLOv8的铝合金构件表面缺陷检测方法。利用改进后的传统图像处理算法来提取缺陷感兴趣区域。首先对图像进行灰度化和小波变换与曲波变换结合去噪的图像去噪的图像预处理，再进行自适应尺度的多尺度视网膜增强算法(Multi-ScaleRetinex,MSR)图像增强，通过阈值分割提取缺陷感兴趣区域，将感兴趣区域送入主干网络改为EfficientVit和颈部网络卷积方式改为PConv的CSV-YOLO神经网络，进行缺陷分类，并进行消融实验和对比实验。实验结果表明，改进后的CSV-YOLO神经网络相比于YOLOv8网络在精度上提升较大，且内存量和浮点数无较大增多；与其他模型相比，CSV-YOLO在平均精度均值和内存量各项指标上均有提升。由实验结果可知，该方法能够以较小的内存和较高的精度实现对铝合金构件表面的缺陷检测。
测量与检测技术 | 定向晶涡轮叶片晶粒度的机器视觉检测研究

测量与检测技术 | 定向晶涡轮叶片晶粒度的机器视觉检测研究

摘要：针对传统人工目视检测涡轮叶片晶粒度时存在的效率低、误检率高及损害检测人员视力等问题提出一种基于机器视觉的定向晶涡轮叶片晶粒度智能检测方法。通过工业相机采集叶片图像，结合自适应阈值分割、Canny边缘检测算法及形态学后处理技术，实现晶粒边界的高效提取与优化。提出基于像素索引映射的相邻线段识别方法，结合梯度方向离散化与动态阈值策略，完成晶粒生长角度量化。建立图像尺寸与实际尺寸的线性映射关系，结合灰度值统计与平滑处理，实现特定截面晶粒数目的精准统计。实验结果表明，系统检测误检率较低，与人工检测结果的误差也较低，满足工业检测精度要求，该系统显著提升了检测效率与可靠性。
测量与检测技术 | 辊筒机床误差对在位测量的影响及补偿方法研究

测量与检测技术 | 辊筒机床误差对在位测量的影响及补偿方法研究

摘要：针对辊筒模具微结构在位测量过程中，机床运动误差对测量结果的影响问题，搭建了一套非接触式在位测量系统，并围绕系统误差来源与误差补偿展开研究。首先，分析了 Z 轴和 c 轴的十二个误差分量，识别出其中五个会直接影响测量结果的敏感误差项。随后，采用平面平晶法对 Z 轴的水平直线度误差进行高精度测量，并设计不同运动速度及开关机状态下的实验，验证误差的稳定性和重复性。结果表明，其重复性误差在： ±18nm 以内。进一步，为实现误差补偿，基于重复性数据构建误差补偿表，采用线性插值方法对实际测量位置的误差值进行预测与修正。补偿后测量数据与实际数据偏差控制在 ±20nm 以内，与光谱测头噪声量级相当，验证了所提出补偿方法的有效性。研究结果表明，该在位测量系统结合误差分析与线性插值补偿，具备良好的测量稳定性与补偿精度，为辊筒模具微结构的高精度在位检测提供了可靠的技术路径。

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设计与研究 | 需求驱动的高速列车顶层设计指标定义研究

设计与研究 | 需求驱动的高速列车顶层设计指标定义研究

设计与研究 | 风力发电机组塔筒法兰螺栓设计优化方法研究

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设计与研究 | 某发电机轴振异常研究与处理

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设计与研究 | 660MW火力发电机组高压旁路阀改进研究

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交通工程技术 | 轮轨粗糙度波长与轴重对高速轮轨力一振一声的影响研究

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交通工程技术 | 基于2D结构光的低地板车辆整车动态限界连续测量方法研究

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交通工程技术 | 列尾延时对列车制动缓解阶段纵向冲动影响的研究

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工程材料研究与应用 | 镁合金一碳纤维复合材料铆接结构疲劳失效机理研究

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工程材料研究与应用 | 多层式局域共振声学超材料低频带隙与隔声特性研究

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测量与检测技术 | 基于改进YOLOv8的铝合金构件表面缺陷检测方法研究

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测量与检测技术 | 定向晶涡轮叶片晶粒度的机器视觉检测研究

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测量与检测技术 | 辊筒机床误差对在位测量的影响及补偿方法研究

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