最新刊期
      2024 年 第 46 卷 第 3 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 宋春生,梁亚茹,鲁妮芳,杜刚,贾博
        2024, 46(3): 509-517. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.001
        摘要：由于长期受到复杂环境和设备的噪声信号干扰，旋转机械中轴承的早期不稳定、非线性的故障信号被掩盖，无法准确捕捉原始振动信号的故障特征，正确识别故障类型。针对现在故障状态的缺点，通过研究变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）法中的参数[K,α]，使用物理系统退火的方式来选取全局优解，提出了模拟退火变分模态分解（Simulated Annealing Variational Mode Decomposition, SAVMD）的特征提取方法。用加权峭度评价指标重构本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF）分量，将重构信号输入到卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）模型进行故障分类，再通过美国凯斯西储大学公开的轴承数据集验证所提方法，诊断准确率达99.28%。引入-6 dB的白噪声模拟高斯噪声环境进行验证，准确率达93.6%，结果表明能够在复杂干扰工况下实现故障轴承的诊断分类。  
        关键词：轴承故障;变分模态分解;模拟退火;特征提取;故障诊断   
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        发布时间：2024-07-05
      • 聂彦春,蔚建辉,张雷克,王雪妮,张金剑,唐华林
        2024, 46(3): 518-526. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.002
        摘要：为揭示因轴承不对中导致的故障转子系统振动特性，基于坐标变换关系，推导了轴承不对中下转子偏转位移表达式。在此基础上，建立了综合考虑碰摩力、油膜力等外激励影响下双盘转子轴承不对中-碰摩耦合故障系统动力学模型，采用数值方法研究了转速及质量偏心对系统动态特性的影响。结果表明，轴承不对中故障会增加系统碰摩发生可能性、恶化轴系振动并加大系统非稳态运动范围。虽然不对中量的加入可在一定程度上延缓系统因参数变化引起的失稳运动，但据此产生的振幅增加与系统安全运行目标相悖，故应采取必要措施对轴承不对中故障加以控制。相关结论可为转子-轴承系统振动状态识别及稳定性分析提供有益借鉴。  
        关键词：转子-轴承系统;轴承不对中;碰摩;偏转   
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      • 吴晟凯,邵星,王翠香,皋军
        2024, 46(3): 527-539. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.003
        摘要：针对基于深度学习的轴承故障诊断算法在不同工作条件和真实环境中故障样本缺乏标记的情况下诊断效果不佳的问题，提出了一种无监督的领域自适应轴承故障诊断方法，实现在无监督的情况下对不同工况的轴承进行故障诊断。首先，用快速傅里叶变换对数据进行预处理，并用卷积神经网络提取轴承故障的特征。然后，通过生成对抗网络中反转标签的方法使源域和目标域输出的特征分布趋同。最后，使用源域的分类器完成不同工况下的轴承故障诊断任务。为验证该方法有效性，在美国凯斯西储大学轴承数据集和德国帕德博恩大学轴承数据集上开展验证实验。验证结果表明，可使用无标签的目标域数据完成迁移任务，在两个数据集上表现出了较好的迁移效果，取得较高的诊断准确率。  
        关键词：领域自适应;迁移学习;无监督学习;故障检测;旋转机械   
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      • 山崧,陈泓铭,刘靓璇,邓帅卿,苏宇
        2024, 46(3): 540-549. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.004
        摘要：针对转子振动信号的非线性、非平稳性造成的故障状态难以准确识别问题，提出了一种符号熵与证据理论集成的转子故障识别方法。首先对转子系统的监测数据进行去均值处理和差分运算得到波动序列，继而通过二进制处理得到二进制序列，再通过编码得到符号序列而计算符号熵。通过一个符号熵均值相对增长率的指标来确定符号熵计算中的编码长度。通过实验分析，以转子四个通道的符号熵作为识别向量，再与历史数据得到的识别标准向量做对比，得到各状态的识别概率，最后通过D-S证据理论将其中两次测试的结果进行融合得到最终的判别结果。通过与传统的基于符号熵的故障识别方法的对比，能准确识别转子系统的常见状态，为振动信号处于非线性、非平稳条件下的转子故障状态识别问题提供了一个解决方案。  
        关键词：转子;符号熵;证据理论;故障识别;相对增长率   
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        发布时间：2024-07-05

        实验研究·测试技术

      • 田新宇,邓庆田,李新波,王国圣,宋学力
        2024, 46(3): 550-558. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.005
        摘要：对蜂窝、内凹和椭圆构型腹板开孔薄壁工字梁在准静态单轴压缩作用下的力学行为及稳定性进行了实验和有限元仿真研究。通过对比实验和有限元仿真的结果，验证有限元仿真的可靠性。基于实验结果和有限元仿真结果，分析了不同构型腹板开孔薄壁工字梁的最大承载力、弹性模量和破坏机制，得出孔型对腹板开孔薄壁工字梁压缩失稳的影响规律。研究表明，孔到翼缘的距离越大结构稳定性越好，稳定性较好的腹板开孔薄壁工字梁压缩失稳的位置出现在两孔之间，同时内凹构型相比蜂窝和椭圆构型腹板开孔薄壁工字梁具有更好的稳定性。  
        关键词：多孔梁;稳定性;承载能力;弹性模量;失稳特点   
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      • 秦剑波,王锋,吕品,侯成,范学领
        2024, 46(3): 559-567. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.006
        摘要：飞机机身壁板裂纹扩展分析是飞机损伤容限设计的重要任务之一。从损伤容限试验与有限元仿真两方面分析了含纵向裂纹飞机机身内压壁板的裂纹扩展行为与剩余强度特征。采用卧式自平衡试验装置对机身壁板施加内压载荷，以分析壁板的损伤容限特性。并基于有限元方法模拟内压壁板裂纹尖端的应力场分布，基于断裂力学理论计算得到不同长度裂纹的等效应力强度因子和裂纹扩展分析结果。将裂纹扩展结果与试验结果进行对比，证明了分析方法的可行性，为飞机机身内压壁板的损伤容限分析提供参考。  
        关键词：裂纹扩展;损伤容限;机身内压壁板;应力强度因子   
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      • 黄翠萍,邓小林,蔡珍珍
        2024, 46(3): 568-578. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.007
        摘要：层级多胞结构具有良好的吸能特性，可以广泛应用于汽车、飞机等交通工具的能量吸收装置中。创新性地设计了两种类型的自相似嵌套金属多胞管，通过数值仿真对其轴向冲击下的耐撞性能开展了系统的研究。结果表明，无论是相同质量还是相同壁厚，高阶多胞管相比低阶多胞管都具有更好的能量吸收能力。相同质量情况下，高阶多胞管的比能量吸收最高提升了36.45%，冲击力效率最高提升了35.42%；相同壁厚情况下，高阶多胞管的比能量吸收和冲击力效率最大分别增加了80.40%、59.64%。研究表明，所提出的自相似嵌套金属多胞管相比传统多胞管的耐撞性能具有明显改善。最后，系统地开展了阶数、壁厚等结构参数对自相似嵌套金属多胞管耐撞性能的参数化研究。  
        关键词：自相似结构;多胞管;轴向冲击;数值仿真;耐撞性   
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      • 吕振国,周海涛,周志革,景国玺,李书博,刘义朋,何晓东,李鹏
        2024, 46(3): 579-587. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.008
        摘要：为考虑汽缸盖不同位置力学性能差异对疲劳评估的影响，提出一种考虑汽缸盖力学性能分散性的疲劳评估方法。首先，在汽缸盖本体的顶板、底板、进排气道壁和立墙部位分别取样，进行拉伸试验并分析各部位的力学性能分散性。然后，测量汽缸盖各区域的微观组织结构特征，建立基于微观缺陷的拉伸性能预测模型。并利用拉伸性能与疲劳强度关系，建立疲劳极限预测模型。最后，基于多轴高周疲劳理论，结合热机耦合应力以及材料边界，提出汽缸盖疲劳强度分区评价方法。结果表明，建立的力学性能模型的预测误差约为2%，实现了对汽缸盖各区域力学性能的准确预测。与传统的疲劳评估方法相比，所提方法结合了工作载荷和材料分散性两个因素的影响，其评估的危险位置与试验开裂部位一致，因此可以更加准确地表征缸盖的疲劳性能。  
        关键词：铸铝汽缸盖;力学性能分散性;力学性能预测;疲劳强度;二次晶枝臂间距   
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      • 余芬,崔乃葳,何振鹏,黎柏春
        2024, 46(3): 588-594. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.009
        摘要：拉伸剩余强度是复合材料层合板的一个重要力学性能，对产品的使用寿命起着关键作用。为了研究钻削工艺参数对碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP）层合板钻削后拉伸剩余强度的影响，将所选用的失效准则和刚度退化模式编写Vumat子程序，在Abaqus软件中建立了CFRP层合板钻削后拉伸有限元模型。通过正交试验探究主轴转速、进给量和钻头顶角对CFRP层合板钻削后拉伸剩余强度的影响。研究结果表明，主轴转速、进给量和钻头顶角都对层合板拉伸剩余强度有显著影响，提高主轴转速，减小进给量和钻头顶角都可以有效地提高层合板钻削后拉伸剩余强度，为实际加工提供参考。  
        关键词：碳纤维复合材料;钻削;拉伸剩余强度;有限元分析;正交试验   
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      • 刘波,李佳文,郑硕
        2024, 46(3): 595-601. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.010
        摘要：为了降低错误行驶车辆对养护施工作业区造成的人员伤亡，提出了一种安装在道路养护车辆尾部的铝蜂窝式防撞缓冲垫。目前针对该类型防撞缓冲垫的研究较少，为此搭建了高精度防撞缓冲垫碰撞有限元模型，并利用数值仿真的方法，从吸能性能、可导向性能和阻挡性能三方面对铝蜂窝式防撞缓冲垫的防撞性能展开研究。研究结果表明，铝蜂窝式防撞缓冲垫可有效降低碰撞过程中司乘人员受到的冲击力和加速度。另外，合理的铝蜂窝强度对提高防撞性能至关重要。  
        关键词：道路养护车;防撞缓冲垫;数值模拟;防撞性能   
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      • 师利中,董硕,刘雪峰,陈健
        2024, 46(3): 602-610. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.011
        摘要：为研究航空发动机实际服役中转子叶片在复杂载荷作用下的裂纹损伤扩展规律，基于航空发动机运营数据构建叶片的裂纹扩展寿命曲线，同时采用断裂力学理论建立裂纹扩展速率公式。以高压压气机叶片为实例，通过流固耦合方法构建压气机叶片结构的载荷模型，分别采用Paris、Walker、Newman裂纹扩展速率公式对压气机叶尖区域进行三维裂纹扩展分析。仿真结果表明，三种裂纹扩展速率公式在裂纹扩展前期预测结果与发动机运营数据裂纹扩展曲线具有一致性，可较好地描述叶片裂纹扩展规律；在裂纹稳定扩展阶段，Walker和Newman公式预测结果相对危险，Paris公式预测结果吻合度较高，并且能与厂家技术手册中关于其损伤发展控制要求相互印证。  
        关键词：压气机叶片;运营数据;断裂力学;裂纹扩展速率公式;寿命预测   
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        发布时间：2024-07-05

        优化·可靠性

      • 杨振宁,李玉良
        2024, 46(3): 611-617. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.012
        摘要：针对大型提花机承受载荷时易发生弯曲变形导致拉刀提升高度不够，使直针钩子无法被电磁装置吸附的问题，首先对拉刀结构、载荷以及曲柄滑块驱动机构运动情况进行分析。其次，基于变截面梁理论和结构优化的方法，采用非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Splines, NURBS）曲线表达拉刀侧面、截面形状，通过数值方法计算拉刀截面惯性矩函数、弯矩函数，并通过有限差分法计算拉刀变形量。通过有限元方法（Finite Element Method, FEM）、等效为等截面梁的方法对挠度计算方法进行验证，误差在10%以内。最后，以最小质量为目标，采用原-对偶不可行内点算法对拉刀结构进行优化。优化结果表明，相较于优化初值模型，拉刀质量减小约1.7%，最大挠度减小约26.67%。  
        关键词：提花机;拉刀;变截面梁;NURBS方法;弯曲变形;结构优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 徐飞,秦睿贤,陈秉智
        2024, 46(3): 618-625. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.013
        摘要：为提高传统薄壁方管的吸能效率，受甲虫翅鞘微观小梁结构启发，提出了一种仿生层级薄壁方管（Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube, BHST）。基于超折叠单元理论，建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性，研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明，理论预测与数值模拟结果吻合，相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与2阶方管边长相比，壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数（Radial Basis Function, RBF）模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化，得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。  
        关键词：仿生层级薄壁方管;超折叠单元理论;参数分析;耐撞性;多目标优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 谢苗,李思遥,刘怡,聂仁东,张鸿宇,朱昀,刘东旭
        2024, 46(3): 626-635. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.014
        摘要：火车皮作为煤炭运输的主要设备之一，其运输效率一直是煤炭运输行业的关注重点，在北方地区冬季低温条件下，影响运输效率的主要原因是煤炭中所含的水分与凹凸不平的车厢内表面形成黏附，逐渐由车厢表层向煤炭内部扩散，最终产生冻车现象导致设备无法继续运行。首先，以不同清扫方式现存的问题为出发点，结合实际的工程项目，设计了一款自动化冻黏浮煤清扫机构并对其清扫性能进行优化研究。其次，通过理论研究分析建立浮煤冻黏颗粒模型，分析清扫过程中滚刀的运动情况并建立力学模型和数学模型。最后，联合多体动力学软件RecurDyn对清扫机构底部清扫滚筒性能进行仿真研究，求解不同滚筒转速、牵引速度和清扫深度对清扫性能的影响规律，通过优化寻求清扫阻力最小、能耗最低的性能参数匹配方案。结果表明，清扫机构的清扫效率受滚筒转速影响较小，随滚筒转速提高，清扫阻力大小在一定范围内波动；随着牵引速度不断提高，清扫阻力先降低后逐渐增高；清扫深度对清扫阻力的影响最大，随清扫深度的增加，其清扫阻力不断增加。根据单因素参数对清扫阻力大小影响规律，取合理范围利用响应面法对其综合影响规律进行仿真试验，得到目标函数后，利用Matlab对其数学模型求解最优解，最终得到滚筒转速为78 r/min、牵引速度为0.05 m/s、清扫深度为100 mm时，清扫机构所受阻力最小、清扫比能耗最低为0.22 kWh/m3，清扫机构性能达到最优。  
        关键词：清扫机构;冻黏浮煤;联合仿真;清扫性能;参数优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 王春荣,周福平,夏尔冬,高浩
        2024, 46(3): 636-642. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.015
        摘要：齿轮是最常用的传动部件，其常见的失效模式为齿面点蚀与齿根断裂。为了快速、精确地对其进行可靠性分析，提出了一种考虑失效相关的改进四阶矩法。首先，根据失效机制分别建立齿面接触疲劳与齿根弯曲断裂失效的可靠性模型。其次，为提高传统四阶矩求解精度，先使用改进一次二阶矩法求出的二阶可靠性指标，再求得新四阶可靠性指标，从而提高单一失效模式的可靠性求解精度；然后，基于条件概率降维法计算多失效模式间的相关度及考虑失效相关时的整体失效概率。最后，以某系统的传动齿轮为例，比较了所提方法、均值一次二阶矩（Mean Value First Order Second Moment, MVFOSM）法、改进一次二阶矩（Advanced First Order Second Moment, AFOSM）法和传统高阶矩标准化技术（High-Order Moment Standardization Technique, HOMST）法的计算效果。结果显示，所提方法在精度和效率上都得到了较大的提升，提供了一种分析多失效模式可靠性的理论方法。  
        关键词：齿轮;四阶矩;多失效模式;可靠性   
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        发布时间：2024-07-05
      • 官毅,盛国军
        2024, 46(3): 643-651. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.016
        摘要：为提升结构时变稳健可靠性能并兼顾区间变量参数描述精度，提出一种基于遗传区间仿射响应面的结构优化设计方法。首先，根据结构性能分析方法获取结构性能响应，并提取结构不确定性因素。其次，构建结构参数化分析模型并开展试验设计，将试验设计过程分别存储为设计变量及结构性能响应两种数据库，基于区间仿射理论初步构建结构区间仿射响应面，依据设计变量数据库的各变量样本边界及结构性能分析结果，利用遗传算法及误差最小化判别准则优化初始区间仿射响应面，并利用结构性能响应数据库验证优化后响应面的有效性。最后，结合结构性能退化行为及稳健可靠性优化方法，构建结构时变稳健可靠性优化模型并开展结构优化设计，通过工程算例验证了所提优化设计方法的合理性。算例分析表明，遗传区间仿射响应面能够更合理地反映出结构响应的波动区间，所提优化方法能够有效提升结构稳健可靠性水平。  
        关键词：转向架构架;稳健可靠性;仿射响应面;区间理论;遗传算法   
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        发布时间：2024-07-05
      • 马玉峰,宁欣,郑艳玲,赵炳豪
        2024, 46(3): 652-661. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.017
        摘要：根据上海道路循环工况，利用载荷的随机连续性和20CrMnMo材料的低载强化特性进行减速器齿轮有限寿命的轻量化设计。基于线性损伤理论，分别计算编制载荷谱和连续载荷谱在低载强化效应下的疲劳损伤，将疲劳损伤约束在一定范围内为选取条件，以齿轮体积最小为优化目标，建立了齿轮有限寿命的轻量化优化模型，通过差分进化算法求解得到优化后的齿轮参数。实验结果表明，设计的模型可快速准确优化齿轮参数，在采用连续载荷谱和考虑低载强化效应时，优化的齿轮参数最小。优化的模型可移植性好，可直接迁移到其他变速系统零件的轻量化设计。  
        关键词：连续载荷谱;低载强化;减速器齿轮;轻量化设计;差分进化算法   
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        设计·计算

      • 金承珂,黄嘉昕,朱辰泽,孙小肖,尹越
        2024, 46(3): 662-667. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.018
        摘要：为了解决常规变位齿轮对中心距调节及强度分配的局限性，提出利用基圆节距相同但模数不等的结构，大幅度提高齿轮传动中较小齿轮的强度，尤其是齿根强度。但用于工程实践中的模数与齿形角相差均较小，通过对渐开线齿面的形成原理及齿轮啮合中部分参数的分析，得到了此种齿轮模数、齿数、齿形角、齿高系数等参数的限制条件，并通过公式推导了齿数、齿高系数与分度圆压力角极限值的关系式。基于工程实践情况建模并通过Ansys进行了有限元分析，得到基于极限参数设计的齿轮强度约为标准齿轮的2.66倍，验证了理论的可行性，并扩大了此种齿轮副的应用范围。  
        关键词：渐开线齿轮;不等模数;不等压力角;无侧隙传动;有限元分析   
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        发布时间：2024-07-05
      • 王海生,缪维跑,李春,张立,朱海波
        2024, 46(3): 668-674. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.019
        摘要：为研究新型弯扭耦合叶片结构性能，以NREL 5 MW风力机叶片为原型，应用NX Open Grip参数化语言建立叶片几何模型，并对其进行复合材料铺层设计，通过计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法获得叶片气动力，将其映射至叶片有限元模型中，对叶片进行弯扭耦合特性、谐响应与强度分析。结果表明，叶片叶尖位移随腹板偏转角γ增加而增大；对于同一角度，γ>0叶片叶尖位移均小于γ<0叶片；γ为10°与15°叶片弯扭耦合效应最明显；较于传统叶片，弯扭耦合叶片2阶位移响应均有大幅下降；γ为15°叶片降低表面应力，具有良好的减载性能。  
        关键词：风力机叶片;参数化;结构特性;弯扭耦合;谐响应   
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        发布时间：2024-07-05
      • 李涛,赵志刚,朱明同,赵祥堂
        2024, 46(3): 675-684. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.020
        摘要：针对速度与加速度不连续的被吊运物轨迹不能直接运用于多机器人协调吊运系统的逆运动学求解问题，提出一种基于点到点轨迹规划的逆运动学求解策略。首先，建立了该系统运动学与动力学模型。然后，对系统的逆运动学进行了分析，并对不同解的情况给出了解决办法。随后，提出了基于点到点轨迹规划求解可行逆解的策略，利用3种代数规划方法对被吊运物轨迹进行规划，在保证规划后的速度与加速度连续的基础上，结合逆运动学不同解的处理办法，得到更具有普适意义的可行逆解。最后，通过两个实例仿真验证了该策略的可行性，且只有五次多项式规划法符合拉力条件，研究结果为系统张力优化分布和控制奠定了基础。  
        关键词：欠约束;多机器人系统;吊运系统;点到点轨迹规划;逆运动学   
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        发布时间：2024-07-05
      • 金忠文
        2024, 46(3): 685-692. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.021
        摘要：建立了含时变啮合刚度、齿侧间隙与轴承间隙、综合啮合误差以及负载激励的人字齿行星齿轮传动系统弯-扭-轴耦合动力学模型，研究了系统的周期运动和分岔。通过数值仿真，得到了系统全局分岔图、均载系数、相图和时间历程图，识别了系统的啮合状态。结果表明，系统的最佳载荷分布效果发生在较低啮合频率周期1振动时，外啮合sp1l与内啮合rp1l均处于完全啮合状态。随着啮合频率增大，系统动态啮合力增大，均载系数变大，系统在周期振动相互演变过程存在Hopf分岔、实擦边分岔和周期倍化分岔等分岔。  
        关键词：人字齿行星齿轮;分岔;均载;动力学   
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        发布时间：2024-07-05
      • 王雪,李小彭,徐金池
        2024, 46(3): 693-700. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.022
        摘要：为了对机械结构中圆柱结合部的承载能力进行研究,基于Hertz接触理论，并结合修正的三维分形理论,应用三维分形曲面来模拟实际工程中的结合面，在综合考虑宏观特性因素与微观形貌因素的情况下，建立了圆柱结合部接触应力的三维分形模型，并与Hertz接触模型进行了对比分析，证明了所建立模型的合理性。通过Matlab仿真分析得到，从宏观特性因素上，可以选用内接触圆柱结合部，或增大小圆柱体的半径来降低接触应力，提高承载能力；从微观形貌因素上，可以减小分形尺度参数，或减小材料特性参数来降低接触应力。分形维数对接触应力的影响比较复杂：当2.1≤D≤2.5时，增大分形维数，可以降低接触应力；当2.5≤D≤2.9时，减小分形维数，可以降低接触应力。  
        关键词：圆柱结合部;三维分形理论;接触应力;承载能力   
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        发布时间：2024-10-15
      • 殷新科,杨芳,李济顺,黎建涛
        2024, 46(3): 701-707. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.023
        摘要：为了获得RV减速器启停工况下主轴承的动态响应特性，以某型RV减速器主轴承为研究对象，分析轴承的径向和轴向偏载作用情况；在此基础上建立轴承多刚体动力学仿真模型，结合工况设置载荷、转速和接触参数，并验证模型有效性；仿真分析了RV减速器主轴承启动和减速停止工况对轴承滚子与保持架、内外圈接触力的影响规律。结果表明，RV减速器主轴承滚子与保持架接触力受启停工况的影响，启动加速阶段碰撞最为激烈，平稳时次之，减速时最小；在启动加速和减速停止阶段，滚子与内圈接触力波动范围为平稳运行时的1.5倍，为研究RV减速器主轴承的动态特性及寿命试验提供了理论基础。  
        关键词：RV减速器;主轴承;动态特性;转速;接触力   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张壮壮,王红军,王增新
        2024, 46(3): 708-716. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.024
        摘要：热误差对于主轴的回转精度至关重要，而对流换热系数的精确计算是有限元稳态热分析获得精确结果的前提。通过利用狮群优化（Lion Swarm Optimization, LSO）算法对主轴的对流换热系数进行优化，LSO相对于遗传算法等其他优化算法有更快的收敛速度、更高的精度、更能较好地获得全局最优解。首先，通过使用Lion的热分析模块测量主轴系统的关键点温度和主轴的热伸长。其次，通过经验公式计算主轴不准确但接近真实的对流换热系数值，不准确的对流换热系数会导致不准确的有限元仿真温度结果，因此使用LSO对对流换热系数寻优，将对流换热系数被视为感兴趣的目标值，实验温度值与模拟温度值之间的均方根误差被视为适应度函数。在150代之后，搜索了误差最小的最佳对流换热系数。最后，通过对搜索到的最优对流换热系数进行主轴系统的有限元稳态热分析，并与实验结果进行比较，证明了所提方法的有效性。  
        关键词：机床主轴;热特性;对流换热系数;狮群优化算法;Ansys   
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        发布时间：2024-07-05

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 杨昊东,剡昌锋,谢和平,康建雄,张珂
        2024, 46(3): 717-727. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.025
        摘要：针对在设计阶段无法准确评估实际载荷下轮毂驱动系统可靠性的问题，提出了一种适用于设计阶段的轮毂驱动系统可靠性评估方法。以额定设计静载荷代替实际随机载荷，计算了轮毂驱动系统各个齿轮副动态疲劳可靠性。并通过Romax Design软件模拟试验了实际载荷下的轮毂驱动系统各个齿轮副的疲劳损伤与可靠性，验证了此方法的可行性，为轮毂驱动系统的可靠性设计提供了理论依据和实际试验指导。  
        关键词：轮毂驱动系统;疲劳损伤;动态疲劳可靠度;Romax Design疲劳寿命试验   
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        发布时间：2024-07-05
      • 史平安,王天忠
        2024, 46(3): 728-735. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.026
        摘要：针对铀部件表面复合镀层界面结合强度较低，甚至出现局部脱落或开裂问题，在磁控溅射沉积工艺下复合镀层界面特性研究的基础上，建立了镀层界面力学行为研究的数值模型，研究了沉积温度、镀层材料性能，以及构件尺寸等对Al/Ti、Al/Al2O3复合镀层界面力学行为的影响。结果表明，沉积温度超过300 ℃时，外镀层界面会出现较大的应力波动，会直接影响到复合镀层的界面结合强度。因此，Al/Ti、Al/Al2O3复合镀层的沉积温度应不超过300 ℃。与复合镀层Al/Ti相比较，复合镀层Al/Al2O3不仅能够提高Al镀层和基体界面的结合力，还能够降低界面处的应力波动，将是进一步改善铀及铀合金耐蚀性和耐磨性的主要研究方向。  
        关键词：铀部件;复合镀层;沉积温度;界面应力   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张军海,景国玺,刘烨,张文凯,武一民,陈升
        2024, 46(3): 736-742. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.027
        摘要：针对2A70铝合金在全寿命范围内的疲劳寿命预测问题，开展了2A70铝合金材料拉伸试验、单轴拉压条件下的低周疲劳试验和高周疲劳试验，讨论了全寿命范围内通过应变进行寿命预测的优势，提出了一种应变疲劳全寿命曲线模型，建立了2A70铝合金的应变疲劳全寿命曲线。通过试验结果对本模型以及3种常用模型的参数进行了标定，并对4种模型的预测结果进行了对比分析，结果表明，提出的新模型寿命预测结果均在3倍误差带范围内，平均误差和分散性都较小，寿命预测精度优于其他3种模型，新模型更适合于2A70材料在同样应变比条件下的疲劳寿命预测。  
        关键词：2A70铝合金;应变疲劳;全寿命范围;寿命预测模型   
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        发布时间：2024-07-05
      • 职彦锋,王晓鹏,曹志刚,管洪杰,余飞鹏,范瑞丽,李海霞,万少雄
        2024, 46(3): 743-749. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.028
        摘要：在循环载荷作用下，齿轮齿面断裂是裂纹源萌生于次表层位置发生的一种疲劳断裂失效形式，该失效模式与轮齿内部位置点的局部材料强度和局部应力状态密切相关。基于接触理论及弹性力学基础理论，建立含界面摩擦的轮齿内场应力和含硬度梯度的应力强度计算数学模型，开展齿轮齿面断裂风险预测研究。结果表明，计算最大应力风险位置发生在齿面下一定深度位置，与齿面断裂疲劳源表征位置基本一致。随着摩擦因数的增加，轮齿内部安全系数降低，表明界面润滑不良易引起轮齿内部裂纹加速萌生而造成齿面断裂疲劳失效。提出的齿面断裂风险预测模型为抗齿轮齿面断裂设计制造提供基础技术性保障和支撑。  
        关键词：齿轮;齿面断裂;摩擦效应;风险分析   
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        发布时间：2024-07-05

        研究简报

      • 陈雅婷,洪熠豪,吴俊,吴菲,郑氏韦,赵顺秋
        2024, 46(3): 750-755. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.029
        摘要：仿生多胞薄壁结构具有质量轻、抗冲击性能强等优点。对莲藕、问荆进行仿生结构设计，与薄壁空管进行耦合，提出了两种新型的仿生多胞薄壁结构：一是薄壁空管与莲藕耦合结构（LR-IS），二是薄壁空管与莲藕、问荆耦合结构（LR-HS-IS）。通过Pro/E建立模型，导入到有限元软件Abaqus中进行数值模拟分析。此外，采用3D打印成型技术制作结构，通过落锤冲击试验和有限元数值模拟，对其在轴向冲击下的力学行为及吸能特性进行研究。结果表明，仿生多胞薄壁结构具有较好的吸能效果，显著提高了承载能力、载荷效率和比吸能。与单独的薄壁空管相比，仿生多胞薄壁结构不但能显著降低冲击效应，而且初始峰值力较为稳定。除此之外，该结构也非常符合轻量化、高吸能的要求。  
        关键词：工程仿生;有限元模拟;试验;吸能;抗冲击   
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        发布时间：2024-07-05
      • 商锦萍,李静,易飞
        2024, 46(3): 756-762. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.03.030
        摘要：凹凸模具在对金属板料的弯曲加工成型工艺中占有重要的地位，其中凹凸模具的圆角半径也一直是弯曲件工艺设计的关键参数。多层金属板在弯曲加工中会出现单层金属板不存在的分层损伤现象，因此主要研究凹凸模具对多层金属板在弯曲加工中损伤的影响情况，通过改变相应模具参数来进行试验并使用有限元仿真来验证。结果表明，多层金属板在弯曲加工过程中会出现分层损伤的现象，而在不改变凸模的情况下，分层损伤的程度会随着凹模圆角半径的增大逐渐减小，多层金属板的弯曲成型效果越好。同时发现，当凹模圆角半径的数值等于凸模圆角半径与金属板材的厚度之和时，该多层金属板的弯曲成型性能最好，基本不会出现分层损伤的现象。  
        关键词：凹凸模具;圆角半径;多层金属板;弯曲加工;分层损伤   
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        发布时间：2024-07-05
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