最新刊期
      2025年第47卷第12期

        ·疲劳·损伤·断裂·失效分析·

      • 杜阿龙, 于培师, 赵宇翔, 徐强, 赵军华
        2025, 47(12): 1-17. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.001
        摘要：Ti6Al4V ELI钛合金因其优异的力学性能而广泛应用于深海载人装备的重要结构中。然而，载人装备在深海服役期间，持续承受复杂的疲劳载荷，这极易导致裂纹的萌生与扩展，极端情况下甚至可能引发灾难性的断裂事故。裂纹萌生是决定整体疲劳寿命的关键因素，对其进行精确预测是确保装备安全性的关键。尽管现有的疲劳寿命分析方法已经能够在一定程度上揭示Ti6Al4V ELI钛合金的疲劳行为特征，但在预测不同微观结构材料的寿命时，其准确性仍显不足。为了解决该问题，借助电子背散射衍射（Electron Back Scatter Diffraction, EBSD）技术进行了真实微观结构模型的重构，基于晶体塑性有限元方法进行了数值模拟，构建了针对Ti6Al4V ELI钛合金的疲劳裂纹萌生寿命预测模型，模拟了双相结构Ti6Al4V ELI钛合金的低周疲劳行为，并引入了累积塑性滑移和累积能量耗散2种疲劳指示因子（Fatigue Indicator Parameters, FIPs），以全面评估疲劳过程中的损伤程度。研究结果表明，疲劳损伤主要集中在塑性滑移严重和能量耗散高的区域，特别是α相与β相的界面位置。此外，晶粒内部的拉压不对称性导致晶格旋转，进而加剧了应变的局部化，加速了微观结构的演变。通过与试验寿命数据的对比发现，基于累积塑性滑移的寿命预测方法相较于基于累积能量耗散的预测方法展现出更高的准确性。同时，与传统的Coffin-Manson（C-M）模型相比，基于疲劳指示因子的预测方法更好地揭示了不同微观结构Ti6Al4V ELI钛合金寿命的差异性。研究不仅为提高Ti6Al4V ELI钛合金疲劳裂纹萌生寿命预测的准确性提供了新的思路和方法，同时也为该材料在实际应用中的安全性和可靠性提供了有力的支持。  
        关键词：晶体塑性;疲劳指示因子;裂纹萌生;疲劳寿命预测;钛合金   
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        更新时间：2025-12-22

      • 基于物理信息神经网络的裂纹监测技术研究综述

        郭翔, 宋智功
        2025, 47(12): 18-30. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.002
        摘要：结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）在确保基础设施安全、延长使用寿命和降低维护成本方面至关重要。然而，现有的监测方法通常依赖传感器数据和传统物理模型，在处理复杂力学行为、环境变化以及数据不足等问题时，往往存在一定的局限性。物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Network, PINN）作为一种新兴的深度学习方法，将物理规律与数据驱动的特性相结合，提供了一种突破传统方法局限的新途径。首先，深入探讨了将已知的物理原理整合到机器学习框架中的方法，以及这些方法在结构健康监测中的应用效果。其次，讨论了多种将物理知识与机器学习模型融合的方法，分析了各自的优势与局限性。最后，重点综述了PINN在结构健康监测中的应用，特别是在损伤识别、裂纹扩展、寿命预测等方面的潜力。与传统方法相比，PINN在处理复杂结构问题时展现了显著优势。在将物理方程（如力学控制方程）嵌入到神经网络的训练过程中，PINN不仅能够有效处理数据不足和过拟合的问题，还能够提高结构健康评估的准确性和可靠性。  
        关键词：物理信息神经网络;结构健康监测;裂纹;疲劳评估方法;综述   
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        更新时间：2025-12-22

      • 钛合金抗蠕变性能研究进展

        李聪, 侯江鹏, 陈维, 周立波, 李微, 陈荐
        2025, 47(12): 31-47. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.003
        摘要：钛合金具有突出的综合性能，因而广泛应用于航空航天、能源化工等领域。随着工业技术的发展，对钛合金的蠕变强度也提出更高的要求。为了改善其抗蠕变性能，开展了大量工作。然而到目前为止，这些工作都比较零散，缺乏系统性的梳理和总结。针对此问题，对近年来钛合金抗蠕变性能的研究工作进行了归纳和总结，从合金元素、显微组织、室温蠕变以及蠕变模型4个方面综述了关于钛合金蠕变强度的研究进展，以期为钛合金的设计、制备及其抗蠕变性能的提升提供一定的依据和科学指导。  
        关键词：钛合金;抗蠕变性能;合金元素;显微组织;蠕变模型   
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        更新时间：2025-12-22

      • 柔性多股绞线结构微动损伤研究进展

        陆浩文, 李永健, 张明伟, 毋军彭, 吕笑文, 彭金方, 徐志彪
        2025, 47(12): 48-57. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.004
        摘要：柔性多股绞线结构因具有柔软性好、可靠性高、强度大等诸多优点，广泛应用于桥梁、建筑、煤矿、电力输送等工业领域。绞线结构服役环境复杂，长期遭受拉伸、扭转、弯曲等载荷及由它们组成的多轴联合载荷，其所受的风载、雨载、雪载、电流等极易引起绞线与线夹、绞线线股间的微动损伤。多股绞线结构的表面微动损伤通常表现为绞线断丝断股概率的增加，从而导致绞线损耗增多、导电性能降低、疲劳寿命缩短等后果，严重的甚至可能导致绞线快速断裂失效。针对工程中柔性多股绞线结构的微动损伤，首先，概述了国内外研究现状，明确其损伤形式；随后，开展了接触特性分析，归纳主要影响因素，列举相关试验装置；进而详细介绍了预测方法和防护策略；最后，针对当前柔性绞线结构的微动损伤研究进展，进行了适当的展望。  
        关键词：柔性绞线结构;微动损伤;试验装置;损伤防护   
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        更新时间：2025-12-22

      • 实测形貌和尺寸的V型缺口应力集中与相对应力梯度分析

        徐广涛, 郇培, 刘天一, 李松儒, 刘兰荣
        2025, 47(12): 58-67. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.005
        摘要：针对V型缺口应力集中问题，考虑实测表面形貌和几何轮廓，基于有限元方法研究其对应力集中的影响。应用缺口叠加效应将实测表面形貌和几何轮廓引入到缺口中，对比光滑理论轮廓的V型缺口，修正应力集中系数和相对应力梯度表达式，并通过多组实测形貌和轮廓尺寸数据仿真验证其准确性。采用方差分析探究表面形貌和几何轮廓对应力集中系数和相对应力梯度的影响程度。结果表明，引入实测几何轮廓更能准确评估应力集中系数，而引入实测表面形貌更能准确评估相对应力梯度，同时缺口实测尺寸越小，表面形貌越粗糙，应力集中越明显。  
        关键词：V型缺口;表面形貌;几何轮廓;应力集中;相对应力梯度   
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        更新时间：2025-12-22
      • 许珂, 卢纯, 李乾, 梁红琴, 陶功权, 邓永权, 温泽峰
        2025, 47(12): 68-78. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.006
        摘要：为研究某型高速动车组车轴的疲劳损伤问题，利用车辆-轨道刚柔耦合动力学模型和轮对有限元分析模型，分析了车轮扁疤与车轴冲击损伤耦合作用下车轴裂纹的扩展行为，研究了不同车速、不同扁疤尺寸对车轴剩余寿命的影响规律。结果表明，含有冲击损伤的车轴剩余寿命与车速大小、车轮扁疤尺寸密切相关。当车轮扁疤和车轴冲击损伤共同存在时，存在一个与扁疤对应的临界速度，使车轴的剩余寿命最小；若车速保持不变，车轴剩余寿命随扁疤尺寸的增大而迅速减小；当车速为300 km/h，扁疤长度为30 mm，且车轴存在冲击损伤时，车轴的剩余寿命为58.37万公里，接近三级检修周期，需根据规定进行相应的处理。  
        关键词：车轴疲劳;裂纹;车轮扁疤;冲击损伤;剩余寿命;扩展有限元   
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        更新时间：2025-12-22

      • 某型地铁车辆高速断路器接触头剩余寿命研究

        党海涛, 翟好璟, 杨大章, 向南, 奥妮
        2025, 47(12): 79-88. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.007
        摘要：地铁车辆高速断路器是保障列车电气线路安全的重要装置，断路器通过开闭动、静触头进而控制电路的接通与断开。接触头的剩余寿命是制定断路器运维策略的重要依据，然而当前尚无系统性的研究报道。因此，搭建了符合断路器运维条件的试验场景，并基于试验数据建立了断路器的剩余寿命模型。以成都地铁某线路的UM712V型高速断路器接触头为研究对象，采用有限元模拟与试验研究相结合的方法，开展了其在日常服役条件下剩余寿命演化规律的研究，即接触头镀银层厚度磨损量随使用次数变化的规律。数值仿真结果表明，动、静触头的各类应力小于材料的疲劳极限，通过安全寿命评估可认为两类接触头的疲劳服役周期均属于无限寿命水平；试验结果表明，动触头镀层厚度随着试验次数的增加不断降低，其主要原因是打磨工艺造成了磨损，而且存在偏磨现象。基于线性模型开展了动触头镀层的磨损剩余寿命预测，计算发现动触头镀层从初始厚度3.003 mm磨耗到1.5 mm时，断路器接触头的使用次数为19 313次，折合自然年约为36.2年，约为设计使用寿命的2.4倍。该预测值经假设检验验证，计算结果在预测区间内。研究结果为接触头镀层的检修间隔以及保养策略的制定提供相关参考。  
        关键词：地铁车辆;高速断路器;接触头磨损;数值模拟;试验研究;剩余寿命   
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        更新时间：2025-12-22

      • 基于NIAH的点阵夹层结构传声损失分析

        侯中华, 刘冰鑫, 张思佳, 王文胜
        2025, 47(12): 89-97. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.008
        摘要：点阵夹层结构具有高比强度、抗冲击、降噪等优异的力学性能，广泛应用于建筑、车辆船舶、航空航天等领域。在此类工程结构设计中，如何提高结构的隔声性能从而减少噪声是至关重要的。由于点阵夹层结构含有大量细观构件，造成此类夹层结构的详细有限元数值分析计算量巨大，一般需要将其等效为均质结构再进行结构响应分析。首先，建立了点阵夹层结构在简谐声波垂直入射条件下声传递损失的理论模型，简要阐述了渐近均匀化方法的新格式（Novel Implementation of Asymptotic Homogenization Method, NIAH），并分析了基于该方法计算点阵夹层结构传声损失的可行性。在此基础上，以加强型蜂窝点阵夹层结构单胞为研究对象，利用渐近均匀化方法对该结构的传声损失进行了预测，同时在有限元软件中建立结构的声学分析模型，通过对比结构的传声损失曲线验证了理论计算的可靠性。最后，分别讨论了结构的面板厚度和芯子各关键参数对加强型蜂窝点阵夹层结构隔声性能的影响。研究结果为点阵夹层结构的声学性能分析提供了参考。  
        关键词：渐近均匀化方法;点阵夹层结构;传声损失;加强型蜂窝;隔声性能   
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        更新时间：2025-12-22

      • 基于粒子群和灰狼复合算法的层状复合材料损伤定量检测

        田淑侠, 许林峰, 马江东, 陈振茂, 娄旭耀, 李广棵
        2025, 47(12): 98-106. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.009
        摘要：针对层状复合材料损伤的定性定量检测问题，集成传统粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法和灰狼优化（Grey Wolf Optimization, GWO）算法，提出一种新的PSO-GWO复合算法。以模态柔度矩阵、频率和振型这3个识别精度较好的指标来构造新的目标函数用于求解损伤检测问题。针对2种传统优化算法的特点，采用非线性收敛因子，以平衡算法的局部搜索能力和全局搜索能力；加入自适应局部搜索策略来增加算法迭代过程的多样性；引入灰狼算法的多级引导迭代策略，结合粒子群的速度更新策略，以弥补算法易陷入局部最优的缺陷。对3种不同损伤类型层合板的检测结果表明，PSO-GWO复合算法在检测精度与收敛速度方面均有优势，可以实现对损伤位置与损伤程度的精准识别。  
        关键词：损伤检测;复合材料;粒子群优化算法;灰狼优化算法;模态参数   
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        更新时间：2025-12-22
      • 刘红侠, 崔元元, 王骁晓, 刘芳, 杨杰, 陈浩峰
        2025, 47(12): 107-117. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.010
        摘要：以含椭圆形双裂纹均质平板为研究对象，基于Gurson-Tvergaard-Needleman（GTN）损伤模型，针对不同尺寸椭圆形双裂纹的合并行为进行研究，并对基于裂纹间距比的椭圆形双裂纹合并准则进行了探索。结果表明，在以裂纹间距比为坐标的坐标系中，裂纹合并区域与不合并区域存在着明显的分界线。在分界线及下方为双裂纹合并区域，在分界线上方为双裂纹不合并区域。基于裂纹间距比，可建立椭圆形双裂纹合并准则。  
        关键词：合并准则;椭圆形双裂纹;裂纹间距比;GTN模型;均质平板   
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        更新时间：2025-12-22

      • 考虑松弛行为的VDI 2230理论螺栓自动校核平台开发与应用

        朱深铃, 雷刚, 马道矿, 陈港, 陶志东, 刘澳
        2025, 47(12): 118-126. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.011
        摘要：针对蠕变过程中提取螺栓受力数据效率低下和进行螺栓强度校核流程烦琐的问题，开发了一款螺栓自动校核平台。首先，在Abaqus软件中建立了发动机缸体缸盖螺栓连接结构蠕变分析有限元模型，基于有限元计算结果和VDI 2230理论对螺栓强度进行校核，平台集成了VDI 2230理论中螺栓校核的公式、算法和数据库。然后，根据平台不同模块可通过运行CAE二次开发脚本实现自动提取螺栓有限元计算结果、自动进行螺栓强度校核、自动输出相应的螺栓校核报告。结果表明，缸体缸盖发生蠕变后，与其配合使用的缸盖螺栓各项安全因子均符合标准。  
        关键词：螺栓连接;蠕变松弛;VDI 2230理论;CAE二次开发;校核平台   
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        更新时间：2025-12-22

        ·实验研究·测试技术·

      • 等双轴压缩法制备的负泊松比蜂窝的力学性能研究

        李育伟, 苏步云, 邱吉, 树学峰, 李志强
        2025, 47(12): 127-134. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.012
        摘要：负泊松比材料因其具有拉伸时膨胀、压缩时收缩的独特性能，在各个领域均有着广泛的应用。通过对二维Voronoi模型进行等双轴压缩获得了一种负泊松比蜂窝材料，并通过数值仿真研究了不同压缩比对其静态拉伸/压缩力学性能的影响。结果表明，采用上述方法制备的二维负泊松比蜂窝，其拉伸和压缩应力-应变曲线均具有典型的多孔材料“三阶段”变形特征，且呈现出显著的拉压强度非对称性。在单轴拉伸下材料表现出明显的负泊松比现象，随着压缩比的增大，其弹性模量和弹性泊松比逐渐减小，屈服强度和平台应力逐渐增大。随着拉伸应变的逐步增大，材料的塑性泊松比呈现出由负到零再到正的变化规律。然而，由于材料内部棱壁之间的相互接触，导致其向内的变形受限。因此，材料在单轴压缩下表现出正泊松比行为，且其弹性模量、屈服强度、弹/塑性泊松比和平台应力都随压缩比的增大而增大。此外，该负泊松比材料在拉伸下表现为各向异性，而在压缩下表现出各向同性。  
        关键词：负泊松比蜂窝;变形模态;弹/塑性泊松比;平台应力;拉压非对称   
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        更新时间：2025-12-22

      • 硬质三体颗粒对制动系统摩擦噪声的影响研究

        丁逸宁, 鄢晓宇, 陈丙三, 孙浩斌, 杨明翰, 郑瑜煌
        2025, 47(12): 135-140. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.013
        摘要：为探究三体颗粒入侵对摩擦副摩擦噪声的影响，搭建摩擦试验机进行试验研究。通过噪声采集分析仪进行数据采集，分析三体颗粒对盘块摩擦副摩擦噪声的影响。探究不同摩擦学参数（转速、压力等）下摩擦试验机的摩擦噪声之间是否存在内在联系；为验证平均噪声强度与转速之间关系背后的力学机制，对切向摩擦力时变特征进行了分析。试验结果表明，不同压力下，摩擦噪声随着转速的增加呈先增大后减小的趋势；颗粒入侵后，平均摩擦噪声明显增大，但整体趋势与二体摩擦时类似。为三体颗粒入侵下的制动系统噪声特性分析提供了一定的参考价值。  
        关键词：摩擦噪声;颗粒入侵;制动系统;摩擦力特性   
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        更新时间：2025-12-22

      • 含孔萤石板格超材料压缩性能研究

        张力晨, 李龙昊, 邬栋权, 李宇鹏, 王和婧雯, 周泊辰, 王明楷淇, 李欣哲
        2025, 47(12): 141-150. DOI: DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.014
        摘要：板格超材料是一种新兴的多功能超材料，具备超常的物理力学特性。首先，利用熔融沉积成型3D打印技术制备了不同晶胞长度、壁厚、开孔半径、晶胞层数的萤石结构板格超材料试样；然后，利用制备的试样进行了准静态压缩试验，并结合数字图像相关法和有限元仿真分析对比其变形机制，以探究不同参数对萤石结构板格超材料力学性能和吸能效果的影响。研究发现，无孔萤石结构在弹性区域内具有更高的弹性模量和屈服应力，表现出了更好的抗变形能力。随着晶胞长度的增加，能量吸收效率虽然提高，但比吸能会降低。壁厚的增加会导致弹性模量和平台应力上升，但比吸能降低。开孔半径的增加会导致平台应力和吸收能下降，比吸能降低。晶胞层数增加至3层时比吸能最高，但过多的层数会导致吸能效率降低。  
        关键词：板格超材料;萤石结构;熔融沉积成型;力学性能   
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        更新时间：2025-12-22

      • 工业机器人新型精密蜗轮蜗杆减速器结构设计与分析

        乔雪涛, 刘锋卓, 陈鹏威, 翟进, 李优华, 徐航
        2025, 47(12): 151-160. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.12.015
        摘要：精密减速器是工业机器人的核心部件之一，一直是机器人领域的研究热点。从结构更新的角度，提出了一种适用于工业机器人的新型精密蜗轮蜗杆减速器。通过改进蜗轮蜗杆传动中相对滑动速度较高和啮合间隙偏大的缺点，利用SolidWorks软件建立了减速器三维模型，并运用Ansys Workbench软件和Adams软件对减速器进行强度校核、模态特性分析和传动原理分析，得出了减速器传动误差频谱图，分析了不同参数对均载系数的影响。根据设计参数加工出减速器样机，在机器人减速器综合试验台上测试了样机的各项性能，并与理论计算和仿真分析结果进行了对比。结果表明，所研制的精密蜗轮蜗杆减速器结构设计与传动原理较为合理，传动精度为40.13"，回差为0.47'，且运行状态平稳。  
        关键词：工业机器人;新型蜗轮蜗杆减速器;结构设计;仿真分析;样机测试   
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