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激光冲击强化加工路径对齿轮钢表面力学性能影响规律研究

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航空材料学报 2025年

作者：薛成雷敦财颜雪源臧顺来董红涛游志伟中国航发湖南动力机械研究所机械系统研究部西安交通大学机械工程学院

对于齿轮类航空发动机附件传动系统零件，复杂的工作环境对齿轮表面抗疲劳和耐磨性能提出更高要求。激光冲击强化技术通过使材料表面发生剧烈塑性变形，引入残余压应力同时，提升表面硬度。均匀的残余应力场和表面硬度分布对提升零件疲... 详细信息

对于齿轮类航空发动机附件传动系统零件，复杂的工作环境对齿轮表面抗疲劳和耐磨性能提出更高要求。激光冲击强化技术通过使材料表面发生剧烈塑性变形，引入残余压应力同时，提升表面硬度。均匀的残余应力场和表面硬度分布对提升零件疲劳寿命和耐磨性尤为重要，因此，如何获得均匀的残余压应力场和硬度分布，是激光冲击强化工艺研究的一个重要方面。本文提出一种四层搭接激光冲击强化加工路径方案，采用有限元数值模拟和实验相结合方法，分析激光冲击强化后残余应力和显微硬度力学性能参数的特征。采用有限元数值模拟方法，对多点冲击9310齿轮钢材料的残余应力空间分布均匀性进行研究。采用实验方法，分析激光能量和冲击次数对9310齿轮钢材料残余应力和显微硬度的影响。结果表明，四层搭接激光冲击强化加工路径方案，能够获得较均匀的表面残余压应力场；随着激光能量和冲击次数增加，表面残余应力和显微硬度也随之增大，但增加幅度会减少，表现出一定饱和趋势。

关键词：激光冲击强化有限元法残余应力多点冲击

基于时间硬化模型的波形弹簧弹力衰减特性分析及寿命预测研究

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工程设计学报 2025年

作者：邱海涛王晓燕胡鼎国胡洋李双喜中国航发湖南动力机械研究所北京化工大学机电工程学院

波形弹簧对浮环密封的密封性能至关重要，但在高温环境下，波形弹簧的弹力会因应力松弛、材料老化等因素而衰减，从而影响密封效果，甚至威胁密封装置的正常运行。为此，基于弹力衰减的实测数据，采用时间硬化模型，建立了波形弹簧弹力... 详细信息

波形弹簧对浮环密封的密封性能至关重要，但在高温环境下，波形弹簧的弹力会因应力松弛、材料老化等因素而衰减，从而影响密封效果，甚至威胁密封装置的正常运行。为此，基于弹力衰减的实测数据，采用时间硬化模型，建立了波形弹簧弹力衰减的数值分析模型。研究了温度及初始载荷对波形弹簧弹力衰减的影响，并基于Arrhenius模型提出了波形弹簧寿命的预测方法。研究结果表明，所建立的服役寿命预测模型能够准确预测波形弹簧的寿命；弹力损失率随温度升高呈近线性增加趋势；初始载荷越大，波形弹簧的弹力损失率越高，且弹力衰减过程分为急剧减小和缓慢减小两个阶段。本研究为波形弹簧在工程应用中的可靠性设计和寿命预测提供了依据。

关键词：密封性能波形弹簧应力松弛弹力衰减寿命预测

基于ANSYS和VMD的轴承复合故障特性研究

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清华大学学报(自然科学版) 2025年

作者：倪文钧张长青海大学机械工程学院清华大学机械工程系

轴承复合故障严重影响设备的可靠性和使用寿命。为研究滚动轴承复合故障特性变化规律,本文基于ANSYS workbench,建立了角接触球轴承复合故障动力学仿真模型,研究了不同转速下复合故障轴承的动态响应规律;提出一种基于优化变分模态分解(V... 详细信息

轴承复合故障严重影响设备的可靠性和使用寿命。为研究滚动轴承复合故障特性变化规律,本文基于ANSYS workbench,建立了角接触球轴承复合故障动力学仿真模型,研究了不同转速下复合故障轴承的动态响应规律;提出一种基于优化变分模态分解(VMD)的复合轴承故障特征识别方法,能有效消除噪声对轴承故障特征提取产生的干扰。采用改进的北方苍鹰寻优算法对VMD的参数进行自适应寻参,在确定最佳参数后对振动信号进行变分模态分解,基于最大峭度原则对本征模态函数(IMF)进行信号重构后做频谱分析。研究结果表明:复合缺陷对滚动体和外圈的接触应力分布影响显著,等效应力主要集中在凹坑缺陷的边缘;滚动体通过外圈缺陷时会导致轴承内部局部的应力集中和释放,应力会下降。改进的北方苍鹰寻优算法优化过的VMD可以有效提取轴承中的复合故障特征频率成分,频率峰值清晰地对应了理论计算的故障频率,准确率高于其他广泛使用的特征提取方法。

关键词：角接触球轴承有限元仿真复合故障变分模态分解特征提取

超快激光加工硬脆材料中的裂纹行为及梯度功率加工策略

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中国激光 2025年

作者：聂烨辉张博武张朋辉黄志楷赵宽阿占文青海大学机械工程学院清华大学机械工程系

玻璃等硬脆材料上的微结构应用广泛，然而利用超快激光在硬脆材料上实现高质量微结构加工仍然面临质量和效率不能兼顾的问题。本文研究了利用900飞秒激光在石英玻璃上加工微孔阵列时裂纹产生及扩展机制，并通过激光功率的梯度动态调控... 详细信息

玻璃等硬脆材料上的微结构应用广泛，然而利用超快激光在硬脆材料上实现高质量微结构加工仍然面临质量和效率不能兼顾的问题。本文研究了利用900飞秒激光在石英玻璃上加工微孔阵列时裂纹产生及扩展机制，并通过激光功率的梯度动态调控，实现了对裂纹产生及扩展的有效控制。研究结果表明，加工过程中裂纹形成和扩展可分为四个阶段：第一阶段孔底熔融物凝固引起微裂纹产生，第二阶段孔底裂纹通过孔壁向外扩展，第三阶段向外扩展的裂纹在孔周形成环形裂纹，第四阶段孔阵列中多个环形裂纹连接形成裂纹网络导致孔阵列加工失效。虽然降低激光功率可抑制裂纹的形成，但是加工效率也随之降低。通过“先低功率后高功率”的梯度功率加工策略可在保证加工效率的同时抑制裂纹的扩展。微孔阵列加工过程中温度的原位测量结果表明：激光吸收率的提高可使最大温度差下降45%；与恒定功率加工相比，梯度功率加工时工件的最大温度差下降了31%、峰值功率最大温度差下降了44%。此外，梯度功率加工抑制裂纹的机制是低功率加工增加表面粗糙度以提高激光吸收率，减少内部热应力，并使孔深发展至一定程度，再切换到高功率加工时可阻止孔底裂纹通过孔壁向外扩展。本文所提出的梯度功率加工策略可广泛适用于硬脆材料上微结构的激光加工。

关键词：超快激光梯度功率硬脆材料裂纹

三角形斜切口面S弯进气道地面状态流场控制方法

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航空动力学报 2025年

作者：王俊凯赵庆伟谢文忠李龙浩南京航空航天大学能源与动力学院北京动力机械研究所冲压发动机技术全国重点实验室

斜切口面隐身进气道在地面工作状态时，其内部流场呈现出复杂的三维分离结构，严重影响了进气道气动性能，难以满足进/发匹配要求。针对三角形斜切口面S弯进气道地面工作状态，提出了一种基于唇口自给式射流的流场控制方法。通过数值仿... 详细信息

斜切口面隐身进气道在地面工作状态时，其内部流场呈现出复杂的三维分离结构，严重影响了进气道气动性能，难以满足进/发匹配要求。针对三角形斜切口面S弯进气道地面工作状态，提出了一种基于唇口自给式射流的流场控制方法。通过数值仿真研究表明，唇口自给式射流使进气道口面旋涡被分割成两小一大三个旋涡结构，对称面附近三维分离涡尺度明显减小，对称面附近大尺度旋涡在上壁面的脱落得到延缓，改善了进气道出口截面低总压区分布的周向均匀性，进气道出口截面畸变指数大幅降低。同时，进一步探究了射流缝横向间距、射流缝横向位置、射流角度和射流面积对进气道内部流场结构和气动性能的影响，并得到较优参数配置。相比于基准方案，优选控制方案的总压恢复系数减小甚微，但周向畸变指数DC60从0.8164大幅降低至0.288，满足进/发匹配要求。

关键词：斜切口面进气道地面工作状态三维分离涡流动控制畸变指数

数字孪生驱动的齿轮传动系统振动状态监测方法

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机械传动 2025年

作者：唐贤炬胡志安佘亦曦韩冰史桢甫中国航发湖南动力机械研究所西北工业大学陕西省机电传动与控制工程实验室

【目的】振动分析是一种有效且广泛应用于旋转机械状态监测的技术。为了更好地管理齿轮传动系统中各个部件的健康状况，提出一种基于数字孪生技术的齿轮传动系统振动状态监测框架。【方法】首先，分别介绍了该技术框架中物理层、数据层... 详细信息

【目的】振动分析是一种有效且广泛应用于旋转机械状态监测的技术。为了更好地管理齿轮传动系统中各个部件的健康状况，提出一种基于数字孪生技术的齿轮传动系统振动状态监测框架。【方法】首先，分别介绍了该技术框架中物理层、数据层、模型层、应用层各个模块的功能和逻辑关系；其次，详细阐述了齿轮传动系统的性能模型以及行为模型的构建，性能模型用于模拟振动信号，行为模型用于更新数字孪生模型；最后，以一个两级定轴齿轮传动系统为例，建立了其数字孪生系统，对各项关键技术进行了理论分析与验证。【结果】该数字孪生系统实现了齿轮传动系统的在线振动监测。数字孪生模型的仿真响应与实测振动数据高度一致，验证了性能模型和行为模型的有效性。研究为对齿轮箱关键部件的疲劳寿命预测及可靠性评估提供了有效的数据支撑，有助于推进数字孪生技术在旋转机械监测中的应用。

关键词：齿轮传动系统数字孪生振动响应状态监测

基于改进DDPG的宽速域几何可调燃烧室压力分布控制

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航空学报 2025年

作者：凌文辉牟春晖聂聆聪杜宪孙希明北京动力机械研究所冲压发动机技术全国重点实验室大连理工大学控制科学与工程学院

几何可调燃烧室虽然能够满足超燃发动机对动力性能的需求，但其具有多变量、强耦合的特性，不仅难以针对性地开发高性能控制算法，而且成为阻碍超燃发动机领域发展的难点、痛点问题。为缓解控制器设计与机械耦合之间的矛盾，本文首先针... 详细信息

几何可调燃烧室虽然能够满足超燃发动机对动力性能的需求，但其具有多变量、强耦合的特性，不仅难以针对性地开发高性能控制算法，而且成为阻碍超燃发动机领域发展的难点、痛点问题。为缓解控制器设计与机械耦合之间的矛盾，本文首先针对传统的几何可调超燃冲压发动机，重新设计了多点燃料注入机械架构，使得几何可调燃烧室获得了更多的可操作自由度，确保了理论上提升超燃发动机性能的能力。同时，在重构的多点燃料注入模式基础上，本文提出了一种改进的LSTM/DDPG控制方案，用以解决在超声速燃烧情况下的精准压力分布式控制难题，进而充分发挥出超燃发动机在宽速域、长时间飞行下的潜在性能。仿真结果充分验证了提出方案的有效性，即本文提出的针对多点燃料注入架构的LSTM/DDPG改进控制方案，能够有效地改善/优化几何可调燃烧室在不同工况下的燃烧性能。最后，通过硬件在环(Hardware-In-the-Loop,HIL)仿真验证了本文提出的控制方法的实用性，在不同扩张比下压力分布均可有效跟随指令控制，实现了宽速域几何可调燃烧室多点压力的高精度控制目标。

关键词：几何可调燃烧室超音速燃烧深度强化学习多点压力分布控制

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含纳米颗粒悬浮液滴蒸发及颗粒沉积特性研究

制冷学报 2025年

作者：高峰李元媛陆规华北电力大学能源动力与机械工程学院

含功能性纳米颗粒液滴在固体表面上的蒸发是空调制冷、电子冷却等多个领域的关键过程。通过实验研究纳米流体液滴在固体表面上的蒸发和颗粒沉积过程，拍摄沉积图案并进行微观表征。结果表明：液滴始终以恒定接触半径模式蒸发，基板温度... 详细信息

含功能性纳米颗粒液滴在固体表面上的蒸发是空调制冷、电子冷却等多个领域的关键过程。通过实验研究纳米流体液滴在固体表面上的蒸发和颗粒沉积过程，拍摄沉积图案并进行微观表征。结果表明：液滴始终以恒定接触半径模式蒸发，基板温度和液滴体积的变化对液滴蒸发模式和形态影响较小，接触角随时间基本呈现线性变化。表面活性剂可极大调控液滴铺展动力学行为，仅添加质量分数为0.25%的表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）可使液滴的铺展半径从0.71 mm增至1.12mm，初始接触角从83°降至54°，铺展面积增加89%。此外，SDS可以调控增加咖啡环宽度，当SDS质量分数达到1%时，咖啡环宽度达到230μm，颗粒已经较为均匀地分布在整个蒸发区域内，有效抑制了咖啡环效应。基板温度和液滴体积显著影响液滴蒸发后的沉积图案，基板温度越高，液滴体积越大，蒸发后形成更为明显的咖啡环图案。通过引入Ma数，定量表征了温度、体积和质量分数变化引导的Marangoni效应对液滴内部流动及咖啡环形成机理的影响机制。

关键词：纳米流体液滴蒸发颗粒自组装咖啡环

Mg-Cr共掺LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的制备及电化学性能研究

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储能科学与技术 2025年

作者：刘博宇王腾飞庞青陈凯宇望红玉青海大学机械工程学院

LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是一种具有高工作电压（4.7V）、高能量密度（650 Wh/Kg）和成本低廉优势的正极材料。然而受到电解液的分解、Jahn-Teller效应和Mn溶解等因素的影响，LNMO 正极材料存在容量衰减快、倍率性能差等问题。为此，本... 详细信息

LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）是一种具有高工作电压（4.7V）、高能量密度（650 Wh/Kg）和成本低廉优势的正极材料。然而受到电解液的分解、Jahn-Teller效应和Mn溶解等因素的影响，LNMO 正极材料存在容量衰减快、倍率性能差等问题。为此，本工作采用水热法制备了Mg-Cr共掺杂的LMMO材料，研究了Mg、Cr掺杂量对LNMO电化学性能的影响。结果表明，当Mg、Cr掺杂量各为2%时，LMMO电极表现出最为优异的电化学性能。其在0.1 C倍率下的放电比容量为137.3 mAh/g；在1 C倍率下循环200次后，容量保持率为85.74%，明显高于原始LNMO的116.5 mAh/g和51.82%。此外，Mg-Cr共掺杂的LMMO电极在0.5 C下放电容量可达121.8 mAh/g，在5 C下可达94.3 mAh/g。机理探究表明，Mg和Cr的共掺杂有利于形成无序的Fd■m相，提高材料的电导率，降低电极电荷转移电阻。本研究提供了一种改善LNMO性能的简单策略，为高性能锂离子电池正极材料的设计提供了参考。

关键词： LiNi Mn O 正极材料 Mg-Cr共掺杂电化学性能