浙江大学杨华勇院士团队：轻型增材制造液压流道网络的三维随动排布设计方法研究 | AMF论文推荐|元件|机械|杨华勇|流体|流道|浙江大学|自动化

引用论文

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

液压阀块是液压系统的核心集成部件，但传统减材制造技术限制了其轻量化设计，导致系统体积大、功重比低。增材制造（AM）虽释放了设计自由度，但复杂的三维内部流道网络设计面临巨大挑战。现有的设计模式主要依赖于人工经验探索。为此，本研究旨在提出一种创新的三维“随动”排布设计方法，通过元件布局与流道规划的动态协同，解决增材制造液压流道网络的自动化生成难题，实现液压系统的极致轻量化与能效提升。

2论文亮点或创新点

（ 1）设计范式的跃迁：从“经验试凑”到“计算最优”。突破了传统设计依赖工程师个人经验进行局部“打补丁”式试凑的局限。本研究建立了一套基于数学目标函数的自动化设计框架，利用智能算法在全域空间内进行定量寻优，成功将设计模式由“人工定性探索”转变为“计算机全局计算”。

（2）首创“随动”排布动态协同理论。提出了“元件动，流道动”的创新机制，解决了增材制造高自由度下元件排布与流道拓扑的冲突难题，通过两者的动态耦合实现了系统级的全局优化。

3实验方法

本研究首先建立面向增材制造的流道网络质量目标函数，采用“积木式”空间划分简化元件几何。设计流程分为两步：第一步利用模拟退火算法，在三维空间内快速迭代寻找最优元件排布位置参数；第二步基于A*算法进行流道路径规划，实现自动避障，并去除冗余折点以平滑流道。为验证方法，选取某传统阀块进行重设计，利用选区激光熔化技术制造样机。最后搭建测试平台，在21 MPa压力与15 L/min流量工况下，对比测试了原阀块与优化样机的质量、体积及流道压力损失。

4结论

研究表明，该设计方法能有效解决复杂液压流道网络的轻量化设计难题。实验证实，优化后的阀块相比传统工艺减重86%，且优化的流道结构使压力损失降低了43%，显著提升了流体传输效率。该方法不仅适用于液压阀块，也为航空航天、足式机器人等对空间与重量有严苛要求的领域的流体控制系统提供了通用的自动化设计方案。未来工作将进一步融合增材制造工艺约束（如自支撑角度限制），实现设计与制造的一体化智能生成。

关于团队

作者介绍

祝毅（通讯作者）：浙江大学教授、博导，国家级高层次青年人才，中国机械工程学会流体传动与控制分会、摩擦学分会、增材制造分会委员，浙江省机械工程学会副理事长，美国机械工程师协会会刊Journal of Tribology副主编（2018-2024）,2023、2024年Stanford/Elsevier 全球Top 2% Scientists。2013年底毕业于瑞典皇家工学院，2014年进入浙江大学机电所从事博士后研究，2016年出站后留校任教，2022年底晋升教授。主要研究增材制造驱动的集成设计、增材制造摩擦学、流体动力单元轻量化等。发表SCI期刊论文60余篇，谷歌学术H因子34，获得包括国际流体动力学会最佳论文（GFPS Best Paper）、国际会议最佳报告在内的多项学术奖励。承担了包括国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年基金、浙江省自然科学基金重大项目等多项课题，以第一发明人授权发明专利20余项，获得四项省部级科技进步一等奖和一项国家级教学成果二等奖。

主要研究方向：增材制造驱动的集成设计、增材制造摩擦学、流体动力单元轻量化、流道高效磨粒流后处理技术等。

近年团队发表文章

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

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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

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责任编辑：李娜

责任校对：金程

审核：张彤

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