浙江大學(xué)楊華勇院士團(tuán)隊(duì)：輕型增材制造液壓流道網(wǎng)絡(luò)的三維隨動(dòng)排布設(shè)計(jì)方法研究 | AMF論文推薦

引用論文

Chao Zhang, Yi Zeng, Yang Tang, Yuying Gu, Ming Wu, Wujun Wang, Yi Zhu, Bing Xu, Huayong Yang, Three-dimensional follow-up layout design approach for lightweight hydraulic passage networks, Additive Manufacturing Frontiers, Volume 5, Issue 2, 2026, 200295, https://doi.org/10.1016/j.amf.2026.200295.

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1研究背景及目的

液壓閥塊是液壓系統(tǒng)的核心集成部件，但傳統(tǒng)減材制造技術(shù)限制了其輕量化設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)體積大、功重比低。增材制造（AM）雖釋放了設(shè)計(jì)自由度，但復(fù)雜的三維內(nèi)部流道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的設(shè)計(jì)模式主要依賴于人工經(jīng)驗(yàn)探索。為此，本研究旨在提出一種創(chuàng)新的三維“隨動(dòng)”排布設(shè)計(jì)方法，通過元件布局與流道規(guī)劃的動(dòng)態(tài)協(xié)同，解決增材制造液壓流道網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化生成難題，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的極致輕量化與能效提升。

2論文亮點(diǎn)或創(chuàng)新點(diǎn)

（ 1）設(shè)計(jì)范式的躍遷：從“經(jīng)驗(yàn)試湊”到“計(jì)算最優(yōu)”。突破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)依賴工程師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行局部“打補(bǔ)丁”式試湊的局限。本研究建立了一套基于數(shù)學(xué)目標(biāo)函數(shù)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)框架，利用智能算法在全域空間內(nèi)進(jìn)行定量尋優(yōu)，成功將設(shè)計(jì)模式由“人工定性探索”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝?jì)算機(jī)全局計(jì)算”。

（2）首創(chuàng)“隨動(dòng)”排布動(dòng)態(tài)協(xié)同理論。提出了“元件動(dòng)，流道動(dòng)”的創(chuàng)新機(jī)制，解決了增材制造高自由度下元件排布與流道拓?fù)涞臎_突難題，通過兩者的動(dòng)態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級的全局優(yōu)化。

3實(shí)驗(yàn)方法

本研究首先建立面向增材制造的流道網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量目標(biāo)函數(shù)，采用“積木式”空間劃分簡化元件幾何。設(shè)計(jì)流程分為兩步：第一步利用模擬退火算法，在三維空間內(nèi)快速迭代尋找最優(yōu)元件排布位置參數(shù)；第二步基于A*算法進(jìn)行流道路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，并去除冗余折點(diǎn)以平滑流道。為驗(yàn)證方法，選取某傳統(tǒng)閥塊進(jìn)行重設(shè)計(jì)，利用選區(qū)激光熔化技術(shù)制造樣機(jī)。最后搭建測試平臺(tái)，在21 MPa壓力與15 L/min流量工況下，對比測試了原閥塊與優(yōu)化樣機(jī)的質(zhì)量、體積及流道壓力損失。

4結(jié)論

研究表明，該設(shè)計(jì)方法能有效解決復(fù)雜液壓流道網(wǎng)絡(luò)的輕量化設(shè)計(jì)難題。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，優(yōu)化后的閥塊相比傳統(tǒng)工藝減重86%，且優(yōu)化的流道結(jié)構(gòu)使壓力損失降低了43%，顯著提升了流體傳輸效率。該方法不僅適用于液壓閥塊，也為航空航天、足式機(jī)器人等對空間與重量有嚴(yán)苛要求的領(lǐng)域的流體控制系統(tǒng)提供了通用的自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案。未來工作將進(jìn)一步融合增材制造工藝約束（如自支撐角度限制），實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的一體化智能生成。

關(guān)于團(tuán)隊(duì)

作者介紹

祝毅（通訊作者）：浙江大學(xué)教授、博導(dǎo)，國家級高層次青年人才，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)、摩擦學(xué)分會(huì)、增材制造分會(huì)委員，浙江省機(jī)械工程學(xué)會(huì)副理事長，美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)會(huì)刊Journal of Tribology副主編（2018-2024）,2023、2024年Stanford/Elsevier 全球Top 2% Scientists。2013年底畢業(yè)于瑞典皇家工學(xué)院，2014年進(jìn)入浙江大學(xué)機(jī)電所從事博士后研究，2016年出站后留校任教，2022年底晉升教授。主要研究增材制造驅(qū)動(dòng)的集成設(shè)計(jì)、增材制造摩擦學(xué)、流體動(dòng)力單元輕量化等。發(fā)表SCI期刊論文60余篇，谷歌學(xué)術(shù)H因子34，獲得包括國際流體動(dòng)力學(xué)會(huì)最佳論文（GFPS Best Paper）、國際會(huì)議最佳報(bào)告在內(nèi)的多項(xiàng)學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)。承擔(dān)了包括國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、浙江省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目等多項(xiàng)課題，以第一發(fā)明人授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)，獲得四項(xiàng)省部級科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和一項(xiàng)國家級教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

主要研究方向：增材制造驅(qū)動(dòng)的集成設(shè)計(jì)、增材制造摩擦學(xué)、流體動(dòng)力單元輕量化、流道高效磨粒流后處理技術(shù)等。

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1)D. Li, T. Zhang, M. Wu, W. Wang, H. Ding, F. Lin, Y. Zhu*, Cavitation Intensity Mechanism in the Hydrodynamic Cavitation Abrasive Finishing, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2025, 147(8): 081006

2)H. Ding, Y. Wang, Q. Tang, Y. Sun, M. Wu, W. Wang, J. Bai, H. Xie, H. Yang, C. Zhang, Y. Zhu*, Enhancing Cavitation Erosion Resistance of 316L Stainless Steel through Simultaneous Microstructure Modification during Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), Tribology Transactions, 2025, 68(3), 457-470

3)R. Xu*, Y. Zhu*, J. Wu, P. Huang, M. Wu, W. Wang, C. Zhang, H. Yang, Hybrid High-Temperature Wear Mechanisms of Additive Manufactured Ti-6Al-4V Alloy, Tribology International, 2025, 205, 110559

4)X. Chen, Y. Tang, X. Huang, W. Wang, J. Guo, F. Lin, L. Jia, H. Yang, Y. Zhu*, Automation and Synchronisation on Electro-Hydraulic Lifting System of Tunnel Boring Machine Segment Assembly, International Journal of Hydromechatronics, 2025, 8(1), 94-120

5)Y. Tang, D. Li, H. Liu, C. Zhang, W. Wang, J. Cai, H. Yang, Y. Zhu*, An Energy-Saving Design Method for Additively Manufactured Integrated Valve-Controlled Cylinders, Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 2025, 26, 723–737

6)Y. Zhu*, D. Li, C. Zhang, F. Lin, M. Wu, Y. Chen, Abrasive Flow Machining of Laser Powder Bed Fusion Fabricated Mini-Channels: Modelling and Verification, Journal of Manufacturing Processes, 141, 2025, 36-47

7)C. Zhang*, J. Chen, C. Xu*, T. He, X. Zhang, J. Zhang, X. Sun, B. Xu, Y. Zhu*, H. Yang, Flexible Electro-Hydraulic Power Chips, Nature Communications, 16, 2025, 1404

8)C. Zhang, Y. Zeng, R. Xu, C. Zhao, H. Yang, Y. Zhu*, Automatic Optimization Layout Design Approach for Lightweight and Energy-Saving Additive Manufactured Hydraulic Manifolds, Virtual and Physical Prototyping, 19(1), 2024, e2408407

9)S. Peng, S. Sun, Y. Zhu*, J. Qiu, H. Yang, 3D Printed Miniaturized Magnetic Actuator for Micro-Area Temperature Sensing, Advanced Materials Technologies, 19(9), 2024, 2400369, Back Inside Cover

10)R. Xu?, Y. Zhu?, B. Li, H. Yang, C. Zhang, Interface Behaviors and Mechanical Properties of Diffusion Bonded 45 Steel/Additive Manufactured 316L Steel Joints, Journal of Materials Research and Technology, (30) 2024, 1279-1287

11)C. Zhang, J. Wu, R. Xu, Y. Zhu*, B. Xu, H. Yang, Surface Nanocrystallization Mechanism of Additive Manufactured 316L Stainless Steel via High-Energy Shot Peening, Journal of Materials Research and Technology, 30(2024), 4322-4329

12)S. Peng, X. Lei, S. Sun, Y. Zhu*, J. Qiu, H. Yang, Magnetic-Driven Micro-Gear Pair Fabricated by Femtosecond Laser Writing, Advanced Engineering Materials, 2024, 26(10), 2470024, Front Cover

責(zé)任編輯：李 娜

責(zé)任校對： 金 程

審 核： 張 彤

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