11月1日：《机械工程学报》2020年第8期最受关注论文推荐学术资讯

来源：机械工程学报

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电弧增材制造NiTi形状记忆合金成形与性能

电子科技大学机械与电气工程学院葛福国等基于电弧增材制造（Wire arc additive manufacturing, WAAM）技术,以NiTi丝（Ni 50.50 at.%）为堆积材料制造形状记忆合金薄壁构件,研究其组织成分、相变特征和力学性能。结果表明,由于不同的热循环条件,沿试样高度方向上每道沉积层微观结构不同,第一沉积层为较大的等轴晶,随着热量累积,晶粒生长趋向为更细小的等轴形态,层间为柱状晶。室温下,试样是奥氏体相（Ni51.10at.%）,与丝材相比,电弧增材制造的构件硬度较高且具有更宽的温度变化范围和相变滞后现象。试样拉伸强度约为611.30MPa,延伸率约为19.50%,具有较好的断裂韧性。试样在第一次加载-卸载循环时塑性应变仅为1.01%,8个循环后塑性应变趋于稳定,约为2.68%。

5356铝合金过渡端框电弧增材制造及组织与性能

大连理工大学材料科学与工程学院宋刚等研究电弧熔丝增材制造5356铝合金运载火箭过渡端框工艺,探讨不同热输入与热处理温度对堆积金属组织与性能的影响,增材制造了过渡端框模拟件。结果表明,5356铝合金的显微组织主要为α（Al）相基体与β（Al8Mg5）增强相。增材制造过程中的热输入从113.4 J/mm增加至356.4 J/mm时,5356铝合金中α（Al）相晶界处的粗大β（Al8Mg5）相增多,导致金属抗拉强度、延伸率均显著降低。固溶处理有利于提高5356铝合金的力学性能。固溶处理温度由350℃提高至450℃时,5356铝合金中的α（Al）相晶粒细化,其晶内的细粒状β（Al8Mg5）相增多并呈弥散分布,且α（Al）相晶界处的β（Al8Mg5）相减少,使得细晶强化与沉淀强化效果逐渐显著,5356铝合金强度及韧性提高。根据5356铝合金过渡端框的结构特点,将其划分为底部支撑圆环、环-扇形组、环-加强筋组3个区域依次增材制造。为了减少成形件的变形,改变底部支撑圆环增材制造的起弧位置,环-扇形组采用对称分块成形。对成形的5356铝合金过渡端框模拟件进行三维尺寸测量,结构误差在3.58 mm之内,具有较高的成形精度。

镁合金与钢异质材料焊接的研究进展

沈阳理工大学智能与网络化测控技术辽宁省重点实验室冯迎宾等指出镁合金是最轻的金属类工程结构材料,钢仍是目前应用最广泛的金属材料,镁合金与钢形成结构件能够充分发挥材料"物尽其用"的优势,在航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景。镁与钢不仅物理和化学性能差异巨大,而且两者属于典型的不反应难固溶异质材料,实现镁合金与钢高性能连接是焊接领域研究热点及面临的极大挑战。基于此,详细总结与分析了国内外镁合金/钢焊接结合模式、焊接方法、焊接接头组织及力学性能等方面的研究进展,并阐述了镁合金/钢异质材料焊接接头界面错配研究现状。最后,结合现有研究进展和应用需求,提出镁合金/钢异质材料焊接未来可能的研究方向,旨在为后续研究提供参考与借鉴。

探花

6063-T6铝合金搅拌摩擦焊组织与力学性能研究

天津大学材料科学与工程学院荆洪阳等采用搅拌摩擦焊（Friction stir welding, FSW）对10mm的6063-T6铝合金分别进行单、双面焊接,并探究焊接速度对接头微观组织及力学性能变化的影响。结果表明,单双面焊接接头"S"线形貌基本保持一致且集中在前进侧轴肩影响区,单面焊有更明显的洋葱环形貌。焊核区中部区域等轴晶晶粒尺寸小于上部轴肩影响区,且单面焊焊核区晶粒尺寸大于双面焊。搅拌摩擦焊旋转速度为1 500r/min,焊接速度由300mm/min增至1 400mm/min时,接头力学性能先升高后降低,且双面焊接头力学性能始终优于单面焊。接头抗拉强度峰值为187MPa,断裂位置多位于后退侧热影响区,与接头最低硬度位置保持一致,主要断裂模式为韧性断裂。

榜眼

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

西南交通大学牵引动力国家重点实验室刘国云等指出车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。

状元

无人船自适应路径跟踪控制系统

武汉理工大学国家水运安全工程技术研究中心柳晨光等指出环境干扰下如何实现精确、可靠路径跟踪控制是目前无人水面船（无人船）自主航行的关键和难点问题。从无人船路径跟踪控制的算法设计、系统实现和试验验证等三个层面开展研究:在算法设计层面,提出了考虑水流干扰条件下的自适应视距（Line-of-sight,LOS）制导算法以及基于LEM（Line-of-sight&extendedstateobserver&modelpredictive control,视距-扩张状态观测器-模型预测控制）的自适应路径跟踪控制方法;在系统实现层面,设计了无人船路径跟踪控制系统架构,并解决了MPC快速求解、系统状态采集与不可测状态观测问题;在试验验证层面,构建了在室外水池环境下的模型船路径跟踪控制试验平台,并在此平台上完成了MPC与比例-积分-微分（Proportional-integral-derivative,PID）路径跟踪控制对比试验,以及基于LEM与基于传统LOS的MPC路径跟踪控制（Traditional LOS&MPC,TLM）对比试验。试验结果表明,构建的无人船路径跟踪控制系统运行稳定可靠,提出的LEM自适应路径跟踪控制方法具有更高的路径跟踪控制精度和可靠性。

编辑：恽海艳校对：向映姣