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2025年第47卷第8期
- 摘要：针对新能源汽车副车架的焊缝疲劳试验问题，提出一种基于失效主导载荷的程序载荷谱编制方法。首先，建立后副车架有限元模型，将单位载荷下应力分布与各连接点载荷相耦合，运用结构应力法对副车架焊缝进行疲劳寿命评估，并筛选出容易失效的6处危险点；其次，通过对比各连接点载荷损伤大小，确定焊缝危险单元对应的失效主导连接点；然后，通过焊缝处主应力分析、时域相关性和单轴损伤贡献量确定失效主导载荷，实现多轴载荷降维，降低台架试验加载难度；最后，基于失效主导载荷输出伪损伤矩阵，挑选特征工况及其比例得到疲劳加速试验程序载荷谱，根据损伤等效原则确定其最小循环次数。数值仿真结果表明，程序载荷谱能够复现危险点损伤，且具有较高的加速系数，验证了加速试验谱的有效性。关键词：后副车架;焊缝疲劳;主应力分析;失效主导载荷;特征工况;程序载荷谱4|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：由于运输、装机、并网及维修等需求，近海区域海上风电场建设往往无法远离周围繁忙的航道，海上风力机受船舶撞击的概率大幅提升。为分析海上风力机受船舶撞击时不同空心率防护装置性能及损伤情况，采用Ansys/Ls-Dyna软件模拟5 000 t前倾艏船舶以2.0 m/s速度与海上风力机碰撞过程，对比分析了空心率对Ogden橡胶、Mooney-Rivlin橡胶及泡沫铝防护装置抗撞性能的影响。结果表明， 随空心率的增大，泡沫铝材料防护装置冲击持续时间增大，接触力随之减小，橡胶材料则与之相反；随着空心率的降低，防护装置更类似于实心管，具有相对较小的最大凹陷深度；在超弹性能的影响下，橡胶材料凹陷深度在碰撞完成后相对泡沫铝材料更小，防护装置材料损伤更小；但支架区域内能占比逐渐提升，故在防护装置设计研究中需考虑空心率对腿部支架的影响。关键词：海上风力机;空心率;碰撞;抗撞性2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：M50轴承钢中主要的碳化物类型为MC、M2C和M23C6。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）下，3种碳化物的形状、尺寸和在材料中的分布存在明显的区别。有些碳化物的尺寸较大且分布不均匀。轴承受载过程中，这些碳化物会成为应力集中的区域，对轴承疲劳性能产生负面影响。为了高效地获得材料中的碳化物信息，提出一种改进的掩膜基于区域的卷积神经网络（Mask Region-based Convolutional Neural Network, Mask R-CNN）模型，可批量鉴别SEM图像中3种碳化物的种类，确定其尺寸大小及分布。网络模型输出的图像和数值结果显示，M50轴承钢中M2C型碳化物尺寸大且分布不均匀，但总体尺寸最大的MC型碳化物和尺寸最小的M23C6型碳化物分布相对均匀。关键词：深度学习;Mask R-CNN;M50轴承钢;碳化物2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：为了改善304不锈钢的高温耐磨性能，延长其使用寿命，采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了高温抗磨NiCrAlY/Co涂层。分析了涂层形貌、物相组成及显微硬度；研究了304不锈钢和NiCrAlY/Co涂层在不同温度（室温~800 ℃）的摩擦学性能，并分析了磨损机制。结果表明，涂层形貌良好，与304不锈钢基底冶金结合；涂层由γ-Co、（Cr，Ni）和AlNi3相组成；涂层平均显微硬度（303 HV）约为基底硬度（194 HV）的1.6倍；相比基底，涂层在200~600 ℃摩擦因数更小，800 ℃时摩擦因数接近，并且涂层在600 ℃时摩擦因数最低（0.5）；涂层在室温-800 ℃下的磨损率均低于基底，且在400 ℃时磨损率最低［1.91×10-5 mm3/（N·m）］，约为基底磨损率的1/3，表明NiCrAlY/Co涂层使304不锈钢的高温耐磨性能得到了改善。在中低温下，基底磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损，NiCrAlY/Co涂层磨损机制主要为磨粒磨损和逐渐轻微的黏着磨损；在800 ℃下，基底的磨损机制为塑性变形和氧化磨损，涂层的磨损机制为氧化磨损。关键词：304不锈钢;激光熔覆;NiCrAlY/Co涂层;高温摩擦学性能2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：喷丸强化工艺广泛应用于齿轮等基础零部件的制造过程，其自身局限性限制了工件表面完整性的提升。为进一步提升工件表面完整性，采用数值模拟与试验相结合的方法，研究二次喷丸、喷丸-超声滚压这2种表面复合强化工艺对18CrNiMo7-6渗碳齿轮钢试样表面完整性的影响效果，主要分析两种复合强化工艺对喷丸强化试样表面完整性的改善效果。结果表明，二次喷丸强化试样残余压应力最大值为1 359.56 MPa，位于0.08 mm的深度位置。喷丸-超声滚压强化试样残余压应力最大值为1 329.05 MPa，位于0.25 mm的深度位置。相较于单次喷丸强化试样，二次喷丸强化试样和喷丸-超声滚压强化试样，表面粗糙度分别下降29.42%、62.76%，表面显微硬度分别提升8.70%、17.60%，表面节点残余压应力值标准差分别下降23.36%、89.50%。喷丸-超声滚压强化工艺在提升试样表面硬度、残余应力层厚度和残余压应力均匀性以及降低表面粗糙度等方面效果更显著，能够有效改善喷丸强化试样的表面完整性。关键词：18CrNiMo7⁃6钢;喷丸;超声滚压;表面完整性47|108|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：极小曲面具有空间连续光滑的特点，能够有效避免应力集中问题，成为力学超材料研究的重要关注方向。研究了一种Scherk单周期极小曲面（Single-Periodic Minimal Surface, SPMS），采用体素重构技术多软件联合生成了空间连续光滑几何模型。利用有限元仿真探究了单周期Scherk曲面结构的力学行为和能量吸收特性。分析了极小曲面数学参数对几何构型的影响规律，建立了五种不同参数的极小曲面，探求了在正压和侧压的条件下，五种结构的变形模式与应力分布。借助金属打印技术制作了Scherk曲面结构，并进行了准静态压缩试验。结果表明，Scherk单周期曲面具有明显的负泊松比效应，SPMS结构呈现的X形和V形变形模式，能够很好地承受外载荷作用。压缩试验表明，SPMS结构反力和位移曲线呈现驼峰现象，说明该结构表现出负泊松比和负刚度特性，该特性为其在几何大变形和能量吸收方面的应用研究提供了广阔的空间。关键词：单周期极小曲面;Scherk曲面;能量吸收;负泊松比;负刚度2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：压水堆核电厂反应堆压力容器（Reactor Pressure Vessel, RPV）、蒸汽发生器（Steam Generator, SG）、主泵等大型碳钢设备的容器管嘴与奥氏体钢管道通过异种钢焊缝（Dissimilar Metal Weld, DMW）相连接。厚壁DMW存在材料不均和较为复杂的焊接残余应力（Weld Residual Stress, WRS），容易导致疲劳或应力腐蚀裂纹的产生。首先，调研了国际上经测量和数值分析获得的核电厂DMW的WRS情况；其次，基于一种单元体的体积均匀加热的WRS快速仿真方法，获取了一回路热管段（RPV出口至SG进口之间的连接管段，其为一回路压力边界中运行参数最高的管段）DMW的WRS。数值仿真分析的结果与美国推荐的拟合包络曲线趋势一致，且整体上可以被美国推荐的拟合曲线包络，说明所述的WRS快速仿真方法是可行的。厚壁DMW的WRS数值较大，但在管道内、外表面位置处的应力值比美国的推荐值保守，表明在实际结构分析中可以获得更多的安全裕度。关键词：压水堆;异种钢焊缝;焊接残余应力;数值分析2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：为了研究轨道车辆车体中空挤压型材受碰撞后的响应特征，引入广义增量应力状态损伤模型（Generalized Incremental Stress State-damage Model, GISSMO）并进行有限元仿真分析。首先，基于车体常用材料6082-T6铝合金的试验结果，分别使用修正的约翰逊-库克（Modified Johnson-Cook, MJC）模型和DF2016模型对其动、静态力学性能和不同应力状态下的断裂行为进行表征；其次，基于LS-OPT软件和人工选优结合的方法，对GISSMO进行参数标定；然后，针对网格尺寸效应，开展了网格尺寸依赖性修正，并通过试验与仿真对比验证了模型和修正的有效性；最后，针对某一车体侧墙中空挤压型材进行碰撞仿真分析，并对比了考虑和不考虑材料损伤与断裂对仿真结果的影响。结果表明，相较于不考虑材料的损伤与断裂，基于GISSMO可以更加准确反映型材受纵向冲击下的响应。关键词：GISSMO;网格尺寸效应;中空挤压型材;碰撞行为2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：在实际工作过程中，电动挖掘机所承受的载荷往往表现出显著的非平稳随机特性，导致电动挖掘机电池包振动现象十分复杂，从而直接影响电池包的安全、可靠运行。针对这一问题，探究了复杂工况下电动挖掘机所承受的路面激励、柱塞泵压力脉动激励和冲击激励特性，分析了各种激励下的振动传递路径，建立了电动挖掘机电池包的动力学模型，揭示了非平稳随机激励下电池包的振动特性，并通过实例进行了分析和验证。研究表明，基于小波变换及灰狼优化-变分模态分解（Grey Wolf Optimization-Variational Mode Decomposition, GWO-VMD）信号分析算法对路面激励信号进行重构，能够较好地反映路面激励特性；行驶工况下电动挖掘机所承受的路面激励具有显著的非平稳特性；在路面激励等非平稳随机激励作用下，电动挖掘机电池包产生复杂多变的振动，其动态响应的功率谱密度随时间变化显著，具有明显的非平稳随机特性。研究工作为电动挖掘机电池包的安全、可靠运行提供了一定的参考。关键词：电动挖掘机;电池包;非平稳;随机激励;振动特性2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：针对传统冲击载荷识别方法所需传感器数量多、采样频率高以及识别精度低等问题，提出了一种基于经验模态分解技术的冲击载荷识别新方法。利用经验模态分解技术分解了完整的冲击响应，并获取了模态加速度响应，通过度量模态加速度响应中未校正振型向量和振型矩阵列向量的共线性即可快速实现冲击定位。根据定位结果，构建了优化目标函数，采用高斯基函数对冲击载荷时间历程进行了拟合，并利用二维梯度下降法快速求解了最优拟合参数。在尺寸为600 mm×200 mm×3 mm的悬臂板上进行的试验表明，在仅使用一个加速度计的前提下，36次冲击定位测试的成功率为91.67%，并且重构结果的峰值相对误差和相对误差指标分别低于10%和40%。关键词：冲击载荷识别;经验模态分解;模态加速度响应;未校正振型向量;基函数拟合2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：为了优化齿轮表面改性工艺，研究了离子注入氮工艺对渗碳淬火齿轮弯曲疲劳强度的影响。以低碳合金钢18CrNiMo7-6渗碳淬火齿轮为基体，通过射频等离子体辅助离子注入系统进行氮离子注入处理，系统对比了离子注入齿轮与未注入齿轮的齿根金相组织、硬度梯度、残余应力分布及弯曲疲劳性能。结果表明，离子注入氮工艺使得齿根硬度由695 HV0.1提升至780 HV0.1，增幅12.2%；硬化层深度由1.50 mm减少到1.41 mm，降低了6.0%；表面残余应力由-400 MPa减小到-286 MPa，降低了28.5%。基于弯曲疲劳试验拟合的R-S-N方程，在99%可靠度下，离子注入齿轮的疲劳寿命仅为对照齿轮的12.3%~19.3%，且失效模式以脆性断裂为主，裂纹扩展速率加快。研究表明，离子注入氮虽可通过表面强化延缓裂纹萌生，但过浅的硬化层与残余应力降低导致裂纹扩展抗力不足，最终削弱齿轮弯曲疲劳寿命。关键词：离子注入氮;齿轮弯曲疲劳;疲劳寿命;残余应力2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：为准确模拟冷发射模式下发射装置内部复杂的载荷传递关系，基于刚柔耦合动力学仿真方法分析车载发射系统在发射载荷下的动态响应，校验结构强度。在采用刚体和模态柔性体的基础上引入有限元柔性体，构建了某型发射车刚柔耦合动力学仿真模型。结合实车冷发射试验数据验证了模型的准确性，并进一步分析了不同发射角度对发射装置振动响应与应力状态的影响规律。结果表明，发射角度接近90°有助于减小发射装置内的载荷传递、降低发射筒附近结构的应力幅值。该研究所采用的建模与分析方法可为发射装置的改进设计提供参考。关键词：冷发射;发射车;刚柔耦合动力学;仿真;振动2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：为了研究超细晶金属材料（Ultra-Fine Grain, UFG）在单轴拉伸加载条件下出现的应变软化现象，基于经典的晶体塑性本构模型提出了一种考虑残余内应力作用的修正模型，并将残余内应力及其演化的具体形式编成用户子程序。通过生成宏观试样的代表性体积单元，对单轴拉伸试验数据进行拟合以验证模型的有效性，同时将有、无残余内应力作用这2种情况下的模拟结果进行比较。结果表明，利用修正的晶体塑性本构模型计算得到的模拟结果与试验结果吻合较好，说明了所修正的晶体塑性本构模型能够有效地捕捉到UFG金属材料的应变软化现象，而有、无残余内应力作用这2种情况下的晶体塑性模拟结果表现出不同的性质，说明从残余内应力形成及作用的角度上解释UFG金属材料应变软化现象是合理的。关键词：超细晶金属材料;晶体塑性本构模型;单轴拉伸;应变软化效应;残余内应力2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：直升机恶劣的工作环境使得其结构极易萌生孔边裂纹并演化扩展，使其结构完整性及承载能力降低。为监测直升机连接结构的孔边裂纹，常采用压电导波的结构健康监测技术开展监测研究。但由于裂纹扩展初期的小裂纹不易监测且连接结构具备大尺寸通孔构型，导波监测的准确性仍有待提高。因此，围绕耳片连接结构裂纹监测的准确性问题，提出了一种基于压电导波阵列的孔边裂纹监测方法。首先，通过获取的压电导波阵列信号，提取了全网络损伤特征信息。其次，基于均值法构建了损伤报警阈值，实现了损伤报警。再次，基于连接结构形式改进了延时累加成像算法，优化了概率分布，进而实现了裂纹的准确定位。最后，通过耳片连接结构裂纹扩展监测试验进行了验证。试验结果表明，所提方法能够实现孔边裂纹的准确报警及定位，定位误差仅在2.01 mm以内，验证了所提方法的有效性和准确性。关键词：关键连接结构;孔边裂纹监测;压电导波;损伤报警;损伤定位13|5|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：针对利用扭摆法测量具有较大翼面的异形体被测样件的转动惯量时，因空气阻尼导致精度下降的问题，提出了一种基于阻力仿真结果进行补偿的方法。首先，分析了扭摆运动中空气阻尼的作用机制，建立了通过计算空气阻尼力矩进行补偿的测量模型。其次，引入缩减频率表征空气阻尼力矩的非定常特性，采用准定常假设与等效线性化的方法，将非定常的时变空气阻尼力矩等效为黏性阻尼。再次，通过计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）软件模拟并获取了被测样件运动过程中的阻力系数，推导了基于阻力系数的补偿计算式。最后，设计了验证性试验进行验证。结果表明，在低缩减频率（缩减频率小于0.01）工况条件下，基于准定常假设的等效空气阻尼比计算值与试验分离值的相对误差约为7%，使用所提等效空气阻尼比进行补偿后的转动惯量与理论转动惯量的误差约为0.2%，证明所提方法可有效提升异形体被测样件转动惯量的测量精度。关键词：转动惯量测量;空气阻尼;异形体;非定常气动力;阻力系数13|29|0更新时间：2025-08-18
·实验研究·测试技术·
- 摘要：为确保工业机器人实现可靠性目标，可靠性分配是其制造设计阶段需要完成的任务。根据工业机器人结构复杂、不确定度高、样品少且组成零件间具有失效相关性的特点，提出了一种基于反向传播（Back Propagation, BP）神经网络和毕达哥拉斯模糊数（Pythagorean Fuzzy Number, PFN）的工业机器人系统的可靠性分配方法，使用Copula函数建立系统可靠性模型，将工业机器人的故障分为系统级、子系统级和部件级3个层次，通过使用BP神经网络，将系统可靠性、子系统结构重要度和子系统复杂度作为输入变量，完成系统级到子系统级的可靠性分配；引入PFN对重要程度、环境条件、技术水平、可维修性、费用灵敏度、复杂性6个影响因素进行评分，从而构造分配权重，完成子系统级到部件级的可靠性分配。结果表明，该方法可以实现可靠性目标，并保证了可靠性的增长。关键词：可靠性分配;工业机器人;Copula函数;BP神经网络;毕达哥拉斯模糊数2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：针对环端编织支架在压握过程中容易发生环端断裂的问题，探索了影响环端编织支架结构稳定性的关键设计参数，并提出了相应的改进方案。采用Abaqus软件对镁合金环端编织支架进行压握数值模拟，结果表明，增大编织角度可以有效降低环端断裂风险。基于这一发现，设计了变螺距支架，其特点是在保持支架中间编织角度不变的前提下，增大两端的编织角度，形成稀疏段。通过调整稀疏段的长度和编织角度，评估其对支架机械响应的影响。研究结果显示，增大稀疏段编织角度和长度，可以有效降低支架的轴向伸长率和环端应力，但会缩短中间加密段的长度，从而降低支架的径向力；与恒螺距开放端支架的喇叭状扩张不同，变螺距支架扩张后呈现中间扩张大、两端扩张小的形态。本研究揭示了变螺距设计在控制环端断裂方面的潜力，并为镁合金编织支架的结构优化提供参考。关键词：有限元分析;编织支架;镁合金;环端设计;变螺距设计2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：针对某越野车轮毂电机壳体断裂和减重问题，进行了结构强度有限元仿真分析和结构拓扑优化设计。首先，构建整车多体动力学模型，仿真分析确定轮毂电机壳体的载荷边界条件。其次，基于壳体与相连接结构的空间位置关系，建立电机壳体与悬架系统有限元模型，进行了动态仿真分析。随后，利用OptiStruct软件平台，以结构柔度最小化为目标，以优化前后体积比和最大应力为约束，建立电机壳体在多种典型工况下的拓扑优化数学模型，并求解得到最优材料分布方案。最后，对优化结果进行了仿真验证。结果表明，相比现有设计，优化后的轮毂电机壳体结构应力降低40%以上，质量减轻了2.6%，解决了原有的断裂问题，消除了应力集中现象，为类似结构的轮毂电机壳体设计提供了有益参考。关键词：越野车;轮毂电机壳体;有限元仿真;拓扑优化;轻量化设计3|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：伸缩臂作为管路抓举车的关键部件，连接着升降台和机械爪并承担着大部分载荷，对其进行可靠性分析十分必要。由于传统的可靠性方法对于多维度不确定性问题存在计算成本高且精度不高等问题，为了解决这些问题，基于Adams动力学仿真、半监督学习、深度神经网络并结合蒙特卡洛（Monte Carlo, MC）方法提出了一种应用于工程机械可靠性分析的方法。建立了管路抓举车的虚拟样机模型，确定了其危险工况，并结合伸缩臂模型的几何参数和其总体结构确定了影响最大的von Mises应力的不确定因素，并对其进行敏感性分析；使用最优拉丁超立方采样（Optimal Latin Hypercube Sampling, OLHS），依据不确定参数的分布情况进行采样，利用有限元分析软件Ansys WorkBench建立有限元模型，得到样本量对应的输出结果，并引入半监督学习对有限元模拟数据进行处理，提高深度神经网络训练的准确度；最后根据第四强度理论确定了伸缩臂部件的破坏准则，并结合深度神经网络和MC方法预测了伸缩臂部件的可靠度和失效概率。研究结果表明，此方法远高于实际工程要求精度，具有一定的工程指导意义。关键词：伸缩臂;可靠性分析;半监督学习;深度神经网络;最优拉丁超立方采样2|0|0更新时间：2025-08-18
- 摘要：以纸盒折边机折纸段凸轮连杆机构为例，首先，根据实际工况对凸轮进行初步设计；然后，结合凸轮许用压力角设计凸轮机构的解析法，以摆杆转角和凸轮与摆杆间中心距为设计变量建立数学模型。利用NSGA-Ⅱ优化算法，对凸轮连杆机构进行多目标优化设计，并从生成的Pareto解集中选取最优解。根据优化结果对初步设计的凸轮连杆组合机构进行了调整，并采用Matlab软件编程获得凸轮的轮廓线，验证了优化后的凸轮压力角符合许用压力角。最后，利用Adams软件对优化后的凸轮连杆机构进行仿真分析。结果表明，铲刀运动的位移、速度和加速度符合设计要求，验证了优化结果的正确性和可行性，也为其他凸轮连杆机构的优化设计提供了可借鉴的方法。关键词：凸轮连杆机构;许用压力角;NSGA-Ⅱ优化算法;多目标优化;仿真分析2|0|0更新时间：2025-08-18
·优化·可靠性·
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