專欄導(dǎo)讀

隨著新一代先進(jìn)裝備的研制與批產(chǎn)，先進(jìn)纖維復(fù)材的應(yīng)用也在不斷拓展，其加工需求更為多樣、加工質(zhì)量與效率要求更高，對現(xiàn)有加工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，這迫使學(xué)術(shù)屆和工業(yè)屆不斷深入探索纖維復(fù)材加工理論和技術(shù)，以滿足先進(jìn)裝備制造的迫切需求。因此，纖維增強復(fù)合材料的高質(zhì)高效加工一直是加工領(lǐng)域的研究熱點和難點。《機械工程學(xué)報》編輯部特邀大連理工大學(xué)賈振元院士擔(dān)任客座主編，西北工業(yè)大學(xué)張開富教授、大連理工大學(xué)王福吉教授、天津大學(xué)秦旭達(dá)教授和大連理工大學(xué)付饒教授擔(dān)任客座編輯，共同策劃出版“先進(jìn)纖維增強復(fù)合材料加工”專欄，廣邀本領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者結(jié)合自身科研實踐，介紹最新研究進(jìn)展、總結(jié)學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)及面臨的挑戰(zhàn)，在廣泛開展學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)科研成果傳播的同時，吸引更多的青年科學(xué)工作者參與，探討研究當(dāng)前這一領(lǐng)域存在的基礎(chǔ)理論問題與關(guān)鍵技術(shù)難題，能夠有效促進(jìn)纖維復(fù)材加工的設(shè)計與研發(fā)，并引領(lǐng)這一領(lǐng)域的快速發(fā)展。專欄共收錄論文18篇，本期推送中間6篇。專欄已于《機械工程學(xué)報》2025年7期正式出版。

客座專家團(tuán)隊

賈振元，大連理工大學(xué)校長，教授/博導(dǎo)，中國科學(xué)院院士，973計劃項目首席科學(xué)家，國際工程技術(shù)研究院會士，機械工程學(xué)會副理事長。在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料切削理論和抑制損傷控性加工方法等方面取得了系統(tǒng)創(chuàng)新性成果，突破了航空航天等領(lǐng)域關(guān)鍵型號制造難題并得到廣泛應(yīng)用，曾獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎2項等榮譽。

張開富，西北工業(yè)大學(xué)副校長，教授/博導(dǎo)，特聘教授、某領(lǐng)域青年科學(xué)基金獲得者，兼任中國圖學(xué)學(xué)會常務(wù)理事、飛行器高性能裝配工信部重點實驗室主任。長期致力于航空航天高性能裝配研究，發(fā)表高水平論文70余篇、授權(quán)中國發(fā)明專利30余項、主持制定航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項，曾獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎等榮譽。

王福吉，大連理工大學(xué)教授/博導(dǎo)，特聘教授、國家級領(lǐng)軍人才，兼任復(fù)合材料學(xué)會理事、遼寧省先進(jìn)復(fù)合材料高性能制造重點實驗室主任。長期致力于先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件加工理論與技術(shù)研究，發(fā)表高水平論文80余篇，授權(quán)中國/國際發(fā)明專利70余項，曾獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎等榮譽。

秦旭達(dá)，天津大學(xué)教授/博導(dǎo)，中國振動工程學(xué)會機械動力學(xué)專委會副主任委員。長期致力于復(fù)合材料/難加工材料高效切削機理等方面研究，承擔(dān)國家重點研發(fā)計劃項目等30余項，發(fā)表高水平論文60余篇，曾獲得省部級科技獎勵5項。

付饒，大連理工大學(xué)教授/博導(dǎo)，國家級青年人才。長期從事復(fù)合材料及其疊層構(gòu)件高質(zhì)高效加工理論、工藝與專用裝備研究，發(fā)表高水平論文40余篇，授權(quán)中國/國際發(fā)明專利30余項，曾獲上銀優(yōu)秀機械博士論文獎金獎等榮譽。

01

大型復(fù)材薄壁構(gòu)件工業(yè)機器人高精度原位銑邊加工新方法

引用格式:田威, 李鵬程, 繆云飛, 廖文和, 董松, 孟丹. 大型復(fù)材薄壁構(gòu)件工業(yè)機器人高精度原位銑邊加工新方法[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(7): 120-133.

論文亮點：

• 基于可重構(gòu)柔性工裝的創(chuàng)新方法：提出了一種新的機器人高精度原位銑邊加工方法，通過設(shè)計可重構(gòu)柔性工裝來解決大型復(fù)合材料薄壁構(gòu)件剛性弱、切削精度難以保障的問題；

• 機器人軌跡精度補償與控制算法：研究了基于視覺引導(dǎo)的機器人軌跡精度補償算法，結(jié)合雙目視覺測量系統(tǒng)和高精度伺服控制，實現(xiàn)了機器人對大型復(fù)材構(gòu)件的高精度軌跡跟蹤控制；

• 支撐剛性優(yōu)化與超聲振動銑削技術(shù)應(yīng)用：提出了一種基于智能優(yōu)化算法的柔性工裝支撐布局策略，優(yōu)化了大型薄壁構(gòu)件的支撐剛性，同時設(shè)計了超聲加工刀具，探索了超聲振動銑削工藝，顯著提高了加工精度和降低了振動誤差。

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02

孔擠壓量對碳纖維增強復(fù)合材料孔壁損傷與疲勞性能的影響

引用格式:王晨光, 王海航, 楊杰, 凡志磊, 周恩濤, 葛恩德, 安慶龍, 陳明. 孔擠壓量對碳纖維增強復(fù)合材料孔壁損傷與疲勞性能的影響[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(7): 134-143.

論文亮點：

• CFRP孔擠壓強化工藝的提出：本研究提出了一種針對碳纖維增強復(fù)合材料(CFRP)孔擠壓強化工藝，旨在改善CFRP/Ti連接件的疲勞性能，減少因螺栓擠壓作用導(dǎo)致的孔壁損傷和疲勞失效；

• 擠壓量對孔壁損傷和疲勞性能的影響：通過仿真和實驗研究，發(fā)現(xiàn)隨著CFRP孔擠壓量的增加，擠壓力增大，損傷愈加嚴(yán)重，尤其是當(dāng)擠壓量超過4%時，損傷形式包括纖維壓縮斷裂、纖維壓彎斷裂和基體壓縮斷裂；
  

• 襯套的作用與疲勞壽命增益：孔擠壓過程中加入的襯套有效減少了螺栓對CFRP的擠壓作用，降低了應(yīng)力集中，從而防止了CFRP過早疲勞失效。當(dāng)擠壓量為3%時，試樣的疲勞壽命是普通試樣的3.5倍，顯示出明顯的增益效果。

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03

碳纖維增強復(fù)合材料鉆削過程跨尺度三維數(shù)值建模及損傷形成機理研究

引用格式:傅國宇, 李皓, 武衛(wèi)洲, 李士鵬, 趙慶, 秦旭達(dá). 碳纖維增強復(fù)合材料鉆削過程跨尺度三維數(shù)值建模及損傷形成機理研究[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(7): 144-155.

論文亮點：

• 跨尺度加工建模方法的創(chuàng)新應(yīng)用：本研究開發(fā)了一種跨尺度加工建模方法，將宏觀、介觀和微觀尺度的材料模型融合到統(tǒng)一的有限元仿真框架中，系統(tǒng)研究了CFRP鉆削過程中的力學(xué)行為和缺陷形成機制；

• 不同纖維角度對鉆削過程的影響：仿真結(jié)果表明，在不同纖維角度下，CFRP的應(yīng)力分布和損傷演變規(guī)律差異顯著。例如，0°纖維角度下基體損傷較少，而90°纖維角度下則出現(xiàn)嚴(yán)重纖維拔出和表面粗糙不規(guī)則現(xiàn)象；

• 優(yōu)化鉆削參數(shù)與纖維角度的重要性：研究表明，合理優(yōu)化鉆削參數(shù)和纖維角度可以顯著減少CFRP鉆削過程中的加工缺陷，提升孔的表面質(zhì)量，為CFRP加工工藝優(yōu)化提供了實用的指導(dǎo)和理論依據(jù)。

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04

復(fù)合材料沉頭襯套螺栓干涉連接漸進(jìn)損傷數(shù)值模擬分析方法

引用格式:王嵐, 樊宇航, 程暉. 復(fù)合材料沉頭襯套螺栓干涉連接漸進(jìn)損傷數(shù)值模擬分析方法[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(7): 156-166.

論文亮點：

• 襯套式干涉連接技術(shù)的挑戰(zhàn)：盡管襯套式干涉連接技術(shù)已成為CFRP結(jié)構(gòu)的先進(jìn)連接方法，但在復(fù)雜軸、徑向安裝載荷下，襯套容易發(fā)生非均勻塑性變形，導(dǎo)致不均勻損傷分布，從而影響連接質(zhì)量；

• 漸進(jìn)損傷模型的提出與應(yīng)用：本研究提出了基于應(yīng)變3D-Hashin準(zhǔn)則和連續(xù)剛度退化理論的漸進(jìn)損傷模型，用于模擬CFRP干涉安裝過程中層內(nèi)損傷行為，并使用內(nèi)聚力模型揭示CFRP分層損傷的起始與擴(kuò)展；

• 損傷控制與設(shè)計優(yōu)化：試驗結(jié)果表明，襯套螺栓設(shè)計干涉量為3%時，可以有效控制干涉安裝損傷，并降低制孔精度要求，從而優(yōu)化CFRP連接件的整體質(zhì)量和性能。

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05

基于極坐標(biāo)映射的CFRP制孔毛刺形態(tài)學(xué)特征與評價指標(biāo)

引用格式:梁思羽, 劉廣軍, 陳濤, 赫連勃勃, 王云飛. 基于極坐標(biāo)映射的CFRP制孔毛刺形態(tài)學(xué)特征與評價指標(biāo)[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(7): 167-180.

論文亮點：

• CFRP成孔毛刺的識別與控制重要性：CFRP成孔加工中，由于其不均勻性和各向異性，鉆削過程中常出現(xiàn)毛刺缺陷，這些缺陷會影響構(gòu)件連接強度、裝配精度和內(nèi)應(yīng)力，因此對成孔毛刺的識別、評價與控制具有重要意義；

• 極坐標(biāo)映射和偽頻譜方法的創(chuàng)新應(yīng)用：本研究提出了一種基于極坐標(biāo)映射的圖像處理方法，能夠排除圖像的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放影響，從而提高缺陷識別的準(zhǔn)確性。此外，基于偽頻譜的輪廓曲線參數(shù)化評價方法，可以有效量化毛刺現(xiàn)象，進(jìn)一步提升評價的便利性；

• 加工參數(shù)優(yōu)化對毛刺控制的影響：實驗結(jié)果表明，成孔過程中纖維切削角、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率等加工參數(shù)對毛刺的形態(tài)和數(shù)量有顯著影響。適當(dāng)提高主軸轉(zhuǎn)速和減小進(jìn)給率有助于有效降低毛刺缺陷，提高成孔質(zhì)量。

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06

切削CFRP中金剛石刀具的納觀磨損機理及磨損抑制研究

引用格式:宿友亮, 文天皓, 孟志堅, 劉軍強, 張波. 切削CFRP中金剛石刀具的納觀磨損機理及磨損抑制研究[J]. 機械工程學(xué)報, 2025, 61(7): 181-197.

論文亮點：

• 金剛石刀具在CFRP加工中的磨損問題：在大尺寸高性能CFRP的連續(xù)加工中，金剛石類刀具的耐磨性不足依然是一個突出問題，特別是由于納觀層面上多類型碳結(jié)構(gòu)和刀刃與纖維間復(fù)雜的相互作用，導(dǎo)致磨損機理極為復(fù)雜；

• 分子動力學(xué)模型和納觀磨損機理的探索：本研究首次建立了分子動力學(xué)模型，模擬了金剛石劃擦碳纖維的納觀尺度過程。研究發(fā)現(xiàn)，金剛石的納觀磨損主要由碳纖維的機械互鎖與界面鍵的共同作用引起，初期磨損表現(xiàn)為刀面處的結(jié)構(gòu)畸變和sp3到sp2碳結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，快速磨損則通過表層碳結(jié)構(gòu)的穿晶破壞和沿晶破壞加劇；

• 氮氫環(huán)境對金剛石刀具磨損的抑制作用：研究表明，氮氫環(huán)境中的氫離子能夠在金剛石表面形成碳-氫鍵，阻隔金剛石與碳纖維之間的碳-碳鍵形成，從而減緩結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化和破壞的程度，顯著降低金剛石涂層刀具的磨損，提供了有效的磨損抑制方法和理論依據(jù)。

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責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對：張 強

審 核：張 強

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