浙江大學楊華勇院士團隊：輕型增材制造液壓流道網絡的三維隨動排布設計方法研究 | 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的核心集成部件，但傳統減材制造技術限制了其輕量化設計，導致系統體積大、功重比低。增材制造（AM）雖釋放了設計自由度，但復雜的三維內部流道網絡設計面臨巨大挑戰。現有的設計模式主要依賴于人工經驗探索。為此，本研究旨在提出一種創新的三維“隨動”排布設計方法，通過元件布局與流道規劃的動態協同，解決增材制造液壓流道網絡的自動化生成難題，實現液壓系統的極致輕量化與能效提升。

2論文亮點或創新點

（ 1）設計范式的躍遷：從“經驗試湊”到“計算最優”。突破了傳統設計依賴工程師個人經驗進行局部“打補丁”式試湊的局限。本研究建立了一套基于數學目標函數的自動化設計框架，利用智能算法在全域空間內進行定量尋優，成功將設計模式由“人工定性探索”轉變為“計算機全局計算”。

（2）首創“隨動”排布動態協同理論。提出了“元件動，流道動”的創新機制，解決了增材制造高自由度下元件排布與流道拓撲的沖突難題，通過兩者的動態耦合實現了系統級的全局優化。

3實驗方法

本研究首先建立面向增材制造的流道網絡質量目標函數，采用“積木式”空間劃分簡化元件幾何。設計流程分為兩步：第一步利用模擬退火算法，在三維空間內快速迭代尋找最優元件排布位置參數；第二步基于A*算法進行流道路徑規劃，實現自動避障，并去除冗余折點以平滑流道。為驗證方法，選取某傳統閥塊進行重設計，利用選區激光熔化技術制造樣機。最后搭建測試平臺，在21 MPa壓力與15 L/min流量工況下，對比測試了原閥塊與優化樣機的質量、體積及流道壓力損失。

4結論

研究表明，該設計方法能有效解決復雜液壓流道網絡的輕量化設計難題。實驗證實，優化后的閥塊相比傳統工藝減重86%，且優化的流道結構使壓力損失降低了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、足式機器人等對空間與重量有嚴苛要求的領域的流體控制系統提供了通用的自動化設計方案。未來工作將進一步融合增材制造工藝約束（如自支撐角度限制），實現設計與制造的一體化智能生成。

關于團隊

作者介紹

祝毅（通訊作者）：浙江大學教授、博導，國家級高層次青年人才，中國機械工程學會流體傳動與控制分會、摩擦學分會、增材制造分會委員，浙江省機械工程學會副理事長，美國機械工程師協會會刊Journal of Tribology副主編（2018-2024）,2023、2024年Stanford/Elsevier 全球Top 2% Scientists。2013年底畢業于瑞典皇家工學院，2014年進入浙江大學機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動的集成設計、增材制造摩擦學、流體動力單元輕量化等。發表SCI期刊論文60余篇，谷歌學術H因子34，獲得包括國際流體動力學會最佳論文（GFPS Best Paper）、國際會議最佳報告在內的多項學術獎勵。承擔了包括國家重點研發計劃、國家自然科學基金優秀青年基金、浙江省自然科學基金重大項目等多項課題，以第一發明人授權發明專利20余項，獲得四項省部級科技進步一等獎和一項國家級教學成果二等獎。

主要研究方向：增材制造驅動的集成設計、增材制造摩擦學、流體動力單元輕量化、流道高效磨粒流后處理技術等。

近年團隊發表文章

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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

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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

責任編輯：李 娜

責任校對： 金 程

審 核： 張 彤

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來源：AMF增材制造前沿。

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