專欄導(dǎo)讀

高性能制造是以高端裝備及其關(guān)鍵零部件的性能精準(zhǔn)保證為目標(biāo)的幾何和性能一體化制造；它以產(chǎn)品性能建模為核心，通過基于性能模型的面向性能和面向制造的設(shè)計，以及面向性能的制造，實現(xiàn)產(chǎn)品的科學(xué)設(shè)計和最適宜的制造，體現(xiàn)了由幾何尺寸及公差要求為主的傳統(tǒng)制造向高性能要求為主的先進(jìn)制造的躍升，在航空航天、能源動力、海洋開發(fā)、深空探測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，其制造能力集中體現(xiàn)了國家綜合實力和制造技術(shù)水平。

為展示高性能制造領(lǐng)域的最新科技成果和研究進(jìn)展，促進(jìn)高性能制造相關(guān)學(xué)科協(xié)同發(fā)展，《機(jī)械工程學(xué)報》編輯部與客座編輯團(tuán)隊將聯(lián)合策劃出版“高性能制造”專欄，旨在通過邀請國內(nèi)從事相關(guān)研究的學(xué)者就高性能制造基礎(chǔ)理論、高性能制造關(guān)鍵支撐技術(shù)、設(shè)計制造一體化等主題分享最新研究成果，更好地推進(jìn)我國高端裝備和零部件的高性能設(shè)計制造。專欄共收錄論文14篇，本期推送后8篇。專欄已于《機(jī)械工程學(xué)報》2025年9期正式出版。

客座專家團(tuán)隊

郭東明，中國工程院院士，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授。高性能制造理念的倡導(dǎo)者，長期從事高性能制造理論、方法、技術(shù)、工藝與裝備方面研究，形成了工藝?yán)碚摶A(chǔ)研究與工藝裝備研發(fā)應(yīng)用密切結(jié)合的研究特色，在高性能零件精密制造、難加工材料零件精密超精密加工等方面取得突出成就，主持研究出系列化制造技術(shù)及裝備，為解決國家重大工程中的關(guān)鍵制造工藝難題做出重要貢獻(xiàn)。獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎1項、二等獎1項，國家科技進(jìn)步一等獎（創(chuàng)新團(tuán)隊）1項、二等獎1項，“十一五”國家科技計劃執(zhí)行突出貢獻(xiàn)獎，擔(dān)任《International Journal of Extreme Manufacturing 》和《Frontiers of Mechanical Engineering》雜志主編。

王海峰，中國工程院院士，飛行器設(shè)計領(lǐng)域著名專家，成都飛機(jī)設(shè)計研究所型號總設(shè)計師。長期在科研一線從事跨代戰(zhàn)斗機(jī)研制和非線性飛行動力學(xué)與控制技術(shù)研究。擔(dān)任殲-10C飛機(jī)、殲-10B推力矢量飛機(jī)等重大型號總設(shè)計師，擔(dān)任殲-20、殲-10A/B/S、梟龍等飛機(jī)副總設(shè)計師，為我國航空主戰(zhàn)裝備從機(jī)械化、信息化到智能化跨越發(fā)展做出了開拓性的貢獻(xiàn)。獲國家科技進(jìn)步特等獎1項、二等獎3項，獲省部級技術(shù)發(fā)明特等獎1項。被評為全國先進(jìn)工作者，獲全國創(chuàng)新爭先獎、航空報國功勛獎、航空航天月桂獎、馮如航空科技精英獎等榮譽，當(dāng)選第十四屆全國人大代表。

雷明凱，大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院“長江學(xué)者”特聘教授、博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者，現(xiàn)擔(dān)任國務(wù)院學(xué)科評議組（材料科學(xué)與工程）成員，教育部科技委（交通與能源）學(xué)部委員，中國機(jī)械工程學(xué)會表面工程分會主任委員。長期從事核電裝備材料與制造理論與應(yīng)用研究，在核主泵等重大裝備高性能制造技術(shù)、等離子體/離子表面工程，以及工程表面加工與評價等領(lǐng)域，獲得國家、省部級獎一等獎、二等獎共5項。

高峰，上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院講席教授、973計劃首席科學(xué)家、杰青；曾任河北工業(yè)大學(xué)校長、上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室主任；曾任美國ASME機(jī)構(gòu)與機(jī)器人委員會委員、《MMT》、《JMD》、《JMR》、《Robotica》、《Engineering》等國際雜志編委、《Chinese Journal of Mechanical Engineering》副主編。他長期研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計理論與應(yīng)用技術(shù)，創(chuàng)建并聯(lián)機(jī)器人GF集構(gòu)型理論，研制出嫦娥五號月軌飛船對接機(jī)構(gòu)的15Hz頻響碰撞半實物模擬器、嫦娥7號飛躍探測器月面著陸緩沖移動六足機(jī)構(gòu)、巡天空間望遠(yuǎn)鏡10噸微米級六自由度微調(diào)定位臺、海洋核動力裝備考核10噸負(fù)載六自由度電動搖擺臺、400噸米鍛造操作機(jī)、2500噸伺服壓力機(jī)、智能六足機(jī)器人等；獲國家自然科學(xué)二等獎一項和省部級一等獎7項、2014年美國ASME設(shè)計工程領(lǐng)域達(dá)芬奇獎、2015年何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎；2022年國家六部委頒發(fā)的“探月工程嫦娥五號任務(wù)先進(jìn)個人”，滑雪六足機(jī)器人入選二十大奮進(jìn)新時代成就展，并被中國共產(chǎn)黨歷史展覽館收藏。

韓旭，河北工業(yè)大學(xué)教授，國家杰出青年基金獲得者。2000年于新加坡國立大學(xué)獲博士學(xué)位，2001年至2004年在新加坡高性能計算中心工作;2004年至2017年在湖南大學(xué)任教授、機(jī)械與運載工程學(xué)院院長、副校長；2017年任河北工業(yè)大學(xué)校長,2022年至今任河北工業(yè)大學(xué)黨委書記。長期從事機(jī)械裝備力學(xué)設(shè)計的理論研究和技術(shù)創(chuàng)新，主持創(chuàng)新研究群體、國防973和2030人工智能等重大重點項目，以第一完成人獲國家科技進(jìn)步二等獎、教育部自然科學(xué)一等獎等部省級科技一等獎5項、亞太計算力學(xué)Valliappan Medal和河北省科技突出貢獻(xiàn)獎等。出版中英文專著5部，發(fā)表論文300余篇，連續(xù)11年入選Elsevier中國高被引學(xué)者。擔(dān)任《ASME-Journal of Mechanical Design》、《International Journal of Computational Methods》和《機(jī)械工程學(xué)報》等學(xué)術(shù)期刊的副主編。

李宏偉，西北工業(yè)大學(xué)教授、博導(dǎo)。國家杰出青年科學(xué)基金獲得者（2022），入選國家級青年人才稱號（2018），陜西省杰出青年科學(xué)基金獲得者（2019）。擔(dān)任《Manufacturing Review》《Chinese Journal of Mechanical Engineering》《塑性工程學(xué)報》《鍛壓技術(shù)》等多個期刊編委。主持國家級/省部級項目20余項。發(fā)表論文150余篇，授權(quán)發(fā)明專利20余件，形成了從材料塑性變形多尺度耦合建模理論與方法，到特種能場作用機(jī)制的定量表征與建模，再指導(dǎo)特種能場調(diào)控高性能塑性成形方法與技術(shù)的系統(tǒng)性研究成果。研究成果獲國家自然科學(xué)二等獎、陜西省自然科學(xué)一等獎、陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎2項。

孫玉文，大連理工大學(xué)教授、國家杰出青年基金獲得者、2023和2024年度 Elsevier中國高被引學(xué)者。長期從事數(shù)字化制造與智能制造、復(fù)雜曲面零件精密加工技術(shù)、機(jī)器人加工技術(shù)及系統(tǒng)、CAD/CAM等研究工作，承擔(dān)173計劃重點項目、國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃課題等科研項目30余項。擔(dān)任JAMST期刊主編，CJA、航空學(xué)報和中國機(jī)械工程等期刊編委。出版專著1部，發(fā)表論文100余篇，授權(quán)發(fā)明專利30余項，作為主要完成人獲國家科技進(jìn)步一等獎（創(chuàng)新團(tuán)隊）和國家技術(shù)發(fā)明二等獎等科技獎勵多項。

周平，大連理工大學(xué)教授/博導(dǎo)，2009年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，獲工學(xué)博士學(xué)位，博士畢業(yè)后留校工作至今，主要從事高性能精密制造理論與技術(shù)研究，包括復(fù)雜工藝系統(tǒng)建模方法、高性能零件設(shè)計制造方法和精密/超精密加工工藝。主持國家重點研發(fā)計劃和國防基礎(chǔ)科研重點項目課題、國家自然科學(xué)基金等國家級項目7項。發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，他引2500余次，授權(quán)國家發(fā)明專利35項，國際專利3項，軟件著作權(quán)3項，完成科技成果鑒定5項。研究成果廣泛應(yīng)用于航天、兵器、集成電路等行業(yè)。作為骨干成員獲國家級創(chuàng)新團(tuán)隊獎1項、部/省級科學(xué)技術(shù)二等獎2項、中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎1項。

牛斌，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。國家重點研發(fā)計劃項目負(fù)責(zé)人，國家級高層次青年人才，“興遼英才計劃”青年拔尖人才，大連理工大學(xué)青年科學(xué)家科研創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人。師從著名結(jié)構(gòu)優(yōu)化專家大連理工大學(xué)程耿東院士和丹麥奧爾堡大學(xué)Niels Olhoff院士。2004年畢業(yè)于大連理工大學(xué)工程力學(xué)系獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位。于2010年獲大連理工大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。2010年9月-2013年6月獲歐盟Interreg IV項目和丹麥科技部項目的全額資助，赴丹麥奧爾堡大學(xué)開展博士后研究工作。2013年7月通過引進(jìn)人才特殊評審，受聘于機(jī)械工程學(xué)院副教授崗位，2020年12月競聘為教授，在“高性能制造”創(chuàng)新團(tuán)隊從事研究工作。主持國家級/省部級項目10余項。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、復(fù)合材料等領(lǐng)域主流期刊上發(fā)表論文60余篇，他引1000余次。出版英文專著獨立章節(jié)2篇。授權(quán)發(fā)明專利15項。主要研究方向為：材料結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計制造、結(jié)構(gòu)動力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)等。

宋學(xué)官，大連理工大學(xué)教授、國家杰出青年基金獲得者、高性能精密制造全國重點實驗室副主任、國家重點研發(fā)計劃項目首席。開發(fā)了數(shù)據(jù)驅(qū)動的云端優(yōu)化設(shè)計軟件DADOS（www.dados.com.cn）。發(fā)表第一/通訊作者SCI論文120余篇，論文總引用6900余次，H指數(shù)43，出版著作3部，入選全球前2%頂尖科學(xué)家榜單。獲遼寧省科技進(jìn)步一等獎（排1）、機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步一等獎（排1）、山西省科技進(jìn)步一等獎（排2）、機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步特等獎（排7），以及ASME PVP學(xué)術(shù)論文獎勵等10余項。擔(dān)任機(jī)械設(shè)計TOP期刊ASME《J MECH DESIGN》副主編、《STRUCT MULTIDISCIP O》編輯、《Chinese Journal of Mechanical Engineering》編委等。被WCSMO-15、ASME JMD Webinar等邀請做大會主題/主旨報告10余次。

01

一種(B4C+Gd)/316L中子屏蔽復(fù)合材料設(shè)計制備

引用格式:喬春光, 王中華, 楊廷貴, 王榮東, 姜潮. 一種(B4C+Gd)/316L中子屏蔽復(fù)合材料設(shè)計制備[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 112-122.

論文亮點：

• 問題與目標(biāo)：傳統(tǒng)中子屏蔽材料（如B4C/Al、硼鋁合金）力學(xué)性能和耐腐蝕性不足，難以同時滿足大承載能力與屏蔽性能需求，因此提出研發(fā)功能-結(jié)構(gòu)一體化的新型材料；

• 方法與設(shè)計：以316L不銹鋼為基體，B4C與Gd為功能增強(qiáng)體，結(jié)合多目標(biāo)優(yōu)化模型和定向能量沉積增材制造（DED-AM）技術(shù)，完成新型(B4C+Gd)/316L復(fù)合材料的成分設(shè)計與制備；

• 結(jié)果與優(yōu)勢：制備的(B4C+Gd)/316L復(fù)合材料晶粒細(xì)化，較B4C/Al材料在保持相近中子屏蔽率的同時，展現(xiàn)出更高的屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度。

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02

基于歸一化傅里葉描述子的柔性翼肋結(jié)構(gòu)指定變形設(shè)計

引用格式:牛斌, 于浩俁. 基于歸一化傅里葉描述子的柔性翼肋結(jié)構(gòu)指定變形設(shè)計[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 123-131.

論文亮點：

• 研究方法創(chuàng)新：提出用傅里葉描述子替代基于節(jié)點坐標(biāo)的方法來衡量變形外形與目標(biāo)外形的接近程度，解決了輪廓點一一對應(yīng)的限制問題，并驗證了低頻分量的描述精度；

• 優(yōu)化設(shè)計策略：基于歸一化傅里葉描述子，結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化的各向同性材料懲罰模型，建立指定變形優(yōu)化模型，推導(dǎo)目標(biāo)函數(shù)靈敏度，并利用移動漸近線方法進(jìn)行優(yōu)化；
  

• 研究結(jié)果與適用性：通過擴(kuò)大歸一化傅里葉描述子描述的外形，避免非設(shè)計輪廓干擾，得出方法適用條件，最終驗證了該方法在柔性翼肋指定變形優(yōu)化中的可行性。

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03

五軸加工通用刀具切觸區(qū)高效計算及切削力預(yù)測

引用格式:高書顏, 黃明坤, 黃濤, 張小明, 丁漢. 五軸加工通用刀具切觸區(qū)高效計算及切削力預(yù)測[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 132-141.

論文亮點：

• 核心問題與方法：針對五軸加工中不同形狀刀具切觸區(qū)難以高效計算的問題，提出基于距離場的“等效運動+自適應(yīng)八叉樹”方法；

• 技術(shù)實現(xiàn)：通過距離函數(shù)構(gòu)建刀具-工件切觸區(qū)域，采用等效運動法避免復(fù)雜的掃掠體計算，并結(jié)合STL切片獲取邊界點，最終基于力學(xué)模型實現(xiàn)瞬時切削力預(yù)測；

• 驗證與應(yīng)用：方法集成于自主開發(fā)的TurboCut軟件，經(jīng)與商業(yè)仿真軟件對比和切削實驗驗證，證明其能夠高效完成切觸區(qū)計算與切削力預(yù)測。

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04

微小孔螺旋磨削加工磨粒切削特性研究

引用格式:陳博川, 張翀, 李麒麟, 高曉星, 袁松梅. 微小孔螺旋磨削加工磨粒切削特性研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 142-156.

論文亮點：

• 模型構(gòu)建與分析：建立了考慮刀具撓度影響的側(cè)刃和底刃未變形切屑形態(tài)及厚度/截面積模型，并引入名義刃數(shù)，揭示了不同位置磨粒的切削特性；

• 關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：首次定義了純底刃切削磨粒的分布范圍 D p DpDp，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)毒咧睆?≤ 目標(biāo)孔直徑的 2/3 時，可有效消除純底刃切削磨粒影響，提升磨粒切削性能；

• 實驗驗證與應(yīng)用：在高體積分?jǐn)?shù)鋁基碳化硅復(fù)合材料和淬火鋼結(jié)硬質(zhì)合金上進(jìn)行試驗，結(jié)合切削力與刀具磨損分析，驗證了理論模型和發(fā)現(xiàn)的合理性，為參數(shù)選擇與刀具優(yōu)化提供了依據(jù)。

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05

不同燒結(jié)溫度對粘結(jié)劑噴射增材制造Ni-Mn-Ga合金的馬氏體相變和磁性能影響研究

引用格式:申昕昕, 錢明芳, 張學(xué)習(xí), 孫良博, 耿林. 不同燒結(jié)溫度對粘結(jié)劑噴射增材制造Ni-Mn-Ga合金的馬氏體相變和磁性能影響研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 157-167.

論文亮點：

• 研究背景與方法：針對Ni-Mn-Ga合金固有脆性導(dǎo)致傳統(tǒng)加工困難的問題，采用粘結(jié)劑噴射增材制造技術(shù)制備復(fù)雜形狀合金生坯，并系統(tǒng)研究不同燒結(jié)溫度下的成形特性；

• 主要結(jié)果：燒結(jié)溫度對合金成分影響不大，合金在室溫下保持均一的L2?有序奧氏體結(jié)構(gòu)；隨溫度升高，致密度顯著提高、收縮率增加，同時相變溫度降低、相變寬度與滯后加大；

• 性能提升與意義：在1 223 K燒結(jié)8 h條件下獲得最高74.4 A·m2/kg飽和磁化強(qiáng)度，達(dá)到傳統(tǒng)方法制備水平并刷新增材制造研究報道最高值，為功能性、復(fù)雜形狀Ni-Mn-Ga器件的制備提供了技術(shù)參考。

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06

金剛石磨粒切削-滾壓鈦合金的干磨削系統(tǒng)控制

引用格式:楊浩, 謝晉, 陳佳欣, 陳釗杰, 何銓鵬. 金剛石磨粒切削-滾壓鈦合金的干磨削系統(tǒng)控制[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 168-177.

論文亮點：

• 研究問題與方法創(chuàng)新：針對鈦合金加工中因低導(dǎo)熱率導(dǎo)致的熱集中及金剛石磨粒石墨化問題，提出基于放電熱化學(xué)修整功率模糊控制的干式磨削系統(tǒng)，實現(xiàn)加工目標(biāo)—磨粒形貌—修整工藝—切削滾壓狀態(tài)的全流程邏輯鏈控制；

• 模型與工藝：建立了基于磨粒刃端后刀面積的切削-滾壓轉(zhuǎn)變系數(shù)模型，分析了金剛石切削界面熱傳遞平衡的觸發(fā)條件，并構(gòu)建放電熱化學(xué)復(fù)合修整的模糊控制模型；

• 實驗結(jié)果與意義：在TC4鈦合金干磨削實驗中，實現(xiàn)了修整功率穩(wěn)定控制（±5%以內(nèi)），獲得12 μm大切深條件下粗糙度下降55%至496 nm、表面硬度保持340 HV的強(qiáng)化效果，證明該方法可兼顧高效加工與表面性能提升。

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07

超聲微磨削生物骨非均勻熱源溫度場模型與實驗驗證

引用格式:孫金剛, 楊敏, 楊玉瑩, 張彥彬, Y S DAMBATTA, 周宗明, 李長河. 超聲微磨削生物骨非均勻熱源溫度場模型與實驗驗證[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 178-198.

論文亮點：

• 研究創(chuàng)新點：針對骨微磨削過程中的熱損傷問題，提出超聲振動輔助微磨削新工藝，并從材料去除機(jī)理入手，重構(gòu)磨頭幾何形貌，建立未變形切屑厚度模型，揭示超聲振動下的接觸弧長變化規(guī)律。；

• 模型構(gòu)建與機(jī)制揭示：建立了延性域、骨粉去除和脆性域的磨削力模型，揭示有效磨削區(qū)的力學(xué)演變；進(jìn)一步提出三維非均勻熱源分布與溫度場模型，明確超聲振動輔助下的熱傳遞機(jī)制；

• 實驗驗證與意義：通過正交實驗驗證表明，非均勻熱源模型預(yù)測的溫度場與實測更吻合，最高溫度預(yù)測誤差由10.8%降至6.7%，為降低骨微磨削溫度和減少臨床熱損傷提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

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08

電弧模式對Ti/Al異質(zhì)合金直接增材制造界面組織與力學(xué)行為影響研究

引用格式:欽蘭云, 袁溪漣, 趙朔, 楊光, 王向明. 電弧模式對Ti/Al異質(zhì)合金直接增材制造界面組織與力學(xué)行為影響研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報, 2025, 61(9): 199-210.

論文亮點：

• 問題與方法：針對鈦/鋁合金直接成形中易形成脆性金屬間化合物的問題，采用冷金屬過渡+脈沖（CMT+P）增材工藝在TC4鈦合金上成功成形5B06鋁合金；

• 機(jī)理與結(jié)構(gòu)特征：CMT+P工藝通過脈沖電流誘發(fā)的強(qiáng)制對流與枝晶沖擊作用，抑制脆性相析出，形成微米級鋸齒狀過渡層，顯著減少長針狀相并細(xì)化界面晶粒至4.1 μm；

• 性能提升與意義：在CMT+P模式下，隨送絲速度增加，力學(xué)性能提升，界面斷裂模式由脆性轉(zhuǎn)為脆/韌混合型，研究為改善鈦/鋁異質(zhì)合金構(gòu)件力學(xué)性能提供了新思路。

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責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對：張 強(qiáng)

審 核：張 強(qiáng)

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