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2026年第48卷第1期
- 摘要：目的为研究纳米颗粒银导线的微观结构对其力学和电学性能的影响，对银导线的微观结构进行有限元建模，并构建了力-电耦合内聚力模型，仿真分析了银导线的多尺度纳米颗粒尺度分布对其耐弯曲性能的影响。方法首先，开发了随机圆形堆积算法并对基于正态分布规律生成的纳米颗粒进行随机堆积建模，实现了对不同微观结构纳米颗粒银导线的有限元建模。其次，基于力-电耦合内聚力模型，对颗粒界面的力学和电学损伤行为进行了描述。最后，采用Abaqus软件的UEL子程序进行数值实现，通过有限元仿真研究了纳米颗粒银导线的平均粒径、粒径标准差以及双峰粒径分布对其疲劳服役过程中的电阻变化和服役寿命的影响。结果结果表明，银导线的耐弯曲疲劳性能随着粒径标准差的增加有明显提升，而平均粒径的改变对银导线性能的影响较小；对于双峰粒径分布的银导线，小颗粒可通过填充至大颗粒之间的间隙来有效提升银导线的耐弯曲疲劳性能，但随着小颗粒数量所占比例的增加，银导线性能提升的效果逐渐减小；同时，小颗粒尺寸的增加会阻隔大颗粒间的有效结合，使其对银导线的耐弯曲疲劳性能的提升效果有所下降。关键词：纳米颗粒;多尺度分布;内聚力模型;电学损伤;疲劳34|1|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为提高面齿轮传动的承载性能并降低对安装错位的敏感性，提出一种基于预设接触路径的高阶分段拓扑修形方法。方法首先，分别设计了沿小齿轮预设接触路径与瞬时接触线方向上的2阶、4阶分段修形函数，根据曲面叠加方法建立了修形后齿面方程。然后，推导了考虑安装误差的齿面接触分析方程，研究了在不同安装误差条件下预设接触路径角度、修形长度、修形曲线阶次及最大修形量等参数对面齿轮副接触特性的影响规律。最后，采用有限元法对比分析了不同修形函数和修形量条件下面齿轮副的承载接触特性。结果计算结果表明，相较于2阶修形，采用4阶修形方法的齿面接触应力以及承载传动误差幅值均有所降低，且接触印痕从面齿轮内径齿根向外径齿顶延伸。高阶分段修形方法能够降低面齿轮副对安装误差的敏感度，优化齿面载荷分布并提升啮合性能。关键词：面齿轮副;拓扑修形;承载接触分析;啮合性能;安装误差61|44|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对TC2钛合金加筋壁板，探究铆接、点焊、氩弧焊及激光焊4种不同连接工艺对其压缩屈曲行为及破坏模式的影响。方法首先，设计并制备了4种工艺的整体壁板试验件，通过单轴压缩试验获取屈曲载荷、破坏载荷及失效模式；然后，基于轴压屈曲理论进行初步估算，并利用有限元软件构建实体单元模型进行屈曲及后屈曲行为仿真，对比分析试验与计算结果。结果试验结果表明，焊接类壁板（氩弧焊、激光焊）的屈曲与破坏载荷显著高于铆接与点焊壁板，但后者的承载效率（破坏/屈曲载荷比）更高。铆接与点焊壁板发生整体屈曲失效，源于蒙皮与筋条的协调变形；焊接类壁板发生局部屈曲失效，表现为蒙皮凸起与筋条扭转。数值模拟结果与试验数据吻合良好，误差均在10%以内，有效捕获了结构变形细节。关键词：焊接工艺;加筋整体壁板;压缩试验;屈曲分析;破坏模式11|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的基于冷挤压强化质量的优劣与工艺参数的选取密切相关这一事实，探究不同工艺参数对7050耳片孔经冷挤压强化后的残余应力及疲劳寿命的影响。方法首先，利用有限元法探究带PH13-8Mo压合衬套的7050-T7451铝合金耳片孔经冷挤压强化后的残余应力的分布和变化，利用能量法和拉拔力测试证明了建立的有限元模型的有效性。然后，基于有限元疲劳分析软件FE-Safe探究不同工艺参数对耳片孔疲劳寿命的影响规律。最后，通过疲劳试验验证仿真模型和结果的可靠性。结果结果表明，芯棒过渡圆弧半径过大或过小均不利于提高耳片孔的疲劳寿命，当芯棒过渡圆弧半径为2 mm左右时，耳片孔的疲劳寿命最长；随着衬套铰孔量的增加，耳片孔的疲劳寿命先变长后变短，当铰孔量为0.8 mm左右时，耳片孔的疲劳寿命最长；孔与衬套的安装间隙越大，耳片孔的疲劳寿命越短。关键词：冷挤压强化;有限元仿真;FE-SAFE;残余应力;疲劳寿命10|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对传统成组法测试金属疲劳S-N曲线周期长、成本高，且现有红外热像法关联模型靶向性不足的问题，提出基于固有损伤耗散的疲劳寿命预测方法，实现S-N曲线的快速精准测定。方法首先，基于连续介质损伤力学和不可逆热力学，推导出固有损伤耗散表征模型。其次，结合温升与疲劳损伤的关联假设，构建疲劳寿命预测模型。最后，以铝合金2A12为研究对象开展红外热像法试验，将预测S-N曲线与成组法结果对比验证。结果结果表明，所提方法仅需单根试样即可完成测试，所得S-N曲线与成组法结果高度吻合，验证了模型有效性，大幅降低了测试成本与周期，为金属疲劳S-N曲线测定提供了高效方案。关键词：金属疲劳;S-N曲线;寿命预测;红外热像技术;固有损伤耗散5|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对多级压裂过程中由封隔器系统诱发的管柱强度失效问题，开展了管柱力学行为与强度影响规律研究，以保障压裂作业安全性与管柱结构可靠性。方法首先，基于多级封隔器工作特性，建立了压裂管柱系统力学模型，并推导了坐封与压裂两种工况下的控制方程。其次，采用有限元方法，将封隔器位移作为压裂工况的初始边界条件。然后，考虑了封隔器滑移与固定的非确定性边界条件，构建了多级压裂管柱系统的数值计算方法。最后，以现场某口井为实例进行了计算分析。结果分析结果表明，随着压裂级数增加，井口轴向力与等效应力显著上升，安全系数逐步下降；压裂液流量、井口压力与砂比对管柱强度均具有显著影响，任一参数的增大均会引起轴向力增加和安全系数下降，从而加剧管柱强度失效风险，并为多级压裂管柱强度设计与安全评估提供了依据。关键词：有限元方法;管单元;多级压裂;管柱强度6|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为明确不同初始裂纹形状对抽油杆疲劳寿命的影响，基于FRANC3D断裂力学软件对腐蚀环境下的抽油杆进行裂纹扩展模拟及剩余使用寿命（Remaining Useful Life, RUL）预测。方法首先，通过对比Newman-Raju解，验证了M积分法计算应力强度因子的仿真精度。其次，基于Ansys WorkBench软件建立了在役抽油杆有限元模型并进行了仿真分析，得出von Mises最大应力位于退刀槽与台肩的交接位置。最后，基于Python接口对FRANC3D进行二次开发，在无腐蚀和腐蚀环境下分别对半椭圆形裂纹和长浅表面裂纹进行了裂纹扩展模拟。结果结果表明，两种裂纹扩展时均是先中间扩展快逐步变为两端扩展快，在裂纹扩展到一定深度时裂纹前缘会逐渐椭圆化，从而对后续的裂纹扩展速率影响减小；腐蚀环境下的RUL比无腐蚀工况下分别降低28.95%和28.32%。研究结果可为在役抽油杆的RUL预测提供参考。关键词：断裂力学;裂纹扩展;裂纹形状;剩余使用寿命;抽油杆6|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的EH36和EH690高强钢在海洋平台结构中应用广泛，但其异种钢焊接接头抗疲劳能力较差、易引发疲劳断裂破坏，针对该焊接接头在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为及寿命特性展开研究，为海洋钢结构的抗疲劳设计及安全性评估提供理论依据。方法首先，采用熔化极气体保护焊工艺制备EH36和EH690异种钢焊接接头，并加工标准紧凑拉伸试件。其次，针对焊缝、热影响区及EH36母材，在三级应力比（R=0.1、0.3、0.5）下分别开展疲劳裂纹扩展试验。再次，基于试验数据计算不同工况下的疲劳裂纹扩展速率，并采用Paris公式拟合获取材料常数C、m。最后，结合扫描电子显微镜对疲劳断口微观形貌进行特征分析。结果结果表明，在裂纹长度扩展距离相同时，疲劳循环周次随材料屈服强度的增加而增大；热影响区存在的焊接残余拉应力提高了循环应力中的平均应力水平，从而增大了疲劳裂纹扩展速率，降低了构件疲劳寿命；断口表面呈准解理断裂特征。关键词：EH36钢;EH690钢;应力比;疲劳裂纹扩展;微观形貌7|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为了解决疲劳强度预测中由于数据量不足和高维数据而引起的挑战，提出一种互信息特征选择和递归特征消除（Mutual Information Feature Selection and Recursive Feature Elimination, MIFS-RFE）相结合的方法。方法首先，采用MIFS识别对模型预测最关键的特征。其次，在RFE阶段重点处理剩余特征，通过系统迭代过程选择最具信息量的特征，确保最终特征子集能够准确地支持疲劳强度预测。最后，将经过特征选择和消除处理得到的最终特征子集输入到随机森林回归（Random Forest Regression, RFR）、K最近邻回归（K Nearest Neighbor Regression, KNN）、支持向量回归（Support Vector Regression, SVR）和多层感知机（Multi-Layer Perceptron, MLP）模型中，综合分析各模型的预测性能。结果经过优化后，特征数据从原始的25维降到了13维。在测试过程中，RFR、KNN、SVR和MLP的决定系数R2分别为0.977 7、0.972 5、0.961 3和0.976 6。相较于全部特征的测试结果，所提方法使得模型的R2最大提升了0.020 8。最后基于模型的Shapley加法解释（Shapley Additive Explanation, SHAP）值分析最优特征的影响性，验证了MIFS-RFE方法的有效性，说明所提方法在维持相对高性能的同时成功降低了特征维度，为疲劳强度预测提供了更有效的优化方案。关键词：疲劳强度;互信息特征选择;递归特征消除;机器学习;最优特征子集6|1|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为揭示磨削参数对弧齿锥齿轮齿面残余应力的影响规律，解决现有研究中工艺参数与残余应力关联机制研究不足的问题，进而优化磨削工艺以提升齿轮承载能力与使用寿命。方法首先，基于Abaqus软件建立了单磨粒磨削弧齿锥齿轮有限元模型（采用Johnson-Cook本构与失效准则）。其次，通过单因素仿真方法分析了磨削速度、磨削深度及磨粒前角对残余应力的影响。再次，结合响应曲面法构建了残余应力预测模型，经方差分析验证了模型的可靠性。最后，基于可靠代理模型进行了多目标参数优化，并开展了对照试验验证。结果结果表明，齿面残余应力沿层深成“压应力-最大压应力（次表层）-拉应力-趋近零”分布；参数影响程度为磨粒前角>磨削深度>磨削速度；最优参数（速度25 m/s、深度0.01 mm、前角-48°）下，最大残余压应力达638.6 MPa，最小残余拉应力为24.9 MPa，可为齿轮磨削工艺优化提供依据。关键词：单磨粒;弧齿锥齿轮;磨削残余应力;响应曲面法;优化5|1|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对微机电薄膜中的残余应力问题，开展了具有残余应力微膜的动力学性能研究。方法首先，建立具有残余应力微薄板的数学模型，研究了残余应力对微膜固有频率和振型的影响规律，讨论了残余应力对板、膜行为特性转变的影响。然后，基于最小势能原理研究了具有残余应力微膜的稳定性，提出了防止微膜压曲的措施，分析了微膜在简谐激励下的振动响应。结果结果表明，残余应力会引起板、膜行为的转变，残余应力对固有频率影响显著，但对振型的影响较小；通过改变薄膜的结构参数和制备工艺，可有效防止薄膜失稳；残余应力对微膜固有频率和振动位移的影响呈相反的变化趋势。研究结果对微膜结构的微机电系统发展具有重要的参考意义和应用价值。关键词：微膜;残余应力;微机电系统;动力学;稳定性17|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为解决42CrMo4钢（常用于承受动态载荷的机械部件）因残余拉应力导致寿命降低、且在恶劣环境下易受腐蚀的问题，探究了超声冲击处理对其表面残余应力与电化学性能的调控作用。方法首先，采用0、4、8 min超声冲击处理（电流2.0 A、频率40 kHz）42CrMo4钢试样。其次，通过超景深三维数字显微镜表征其微观组织，通过显微硬度计测试其显微硬度。然后，采用小孔法测量其残余应力。最后，利用三电极体系（3.5%NaCl溶液）测试其电化学性能（极化曲线、阻抗谱）。结果结果表明，超声冲击使试样表面产生塑性变形与晶粒细化；采用超声冲击8 min时试样表面平均硬度达262.9 HV（较初始值提升14.3%），残余拉应力转为压应力且随处理时间增大，x、y轴向最大残余压应力分别为-204.2、-121.5 MPa，腐蚀电流密度降至未处理试样的12%，耐腐蚀性能最优。晶粒细化、塑性变形及残余压应力的协同作用是性能提升的关键机制。关键词：超声冲击;微观组织;显微硬度;残余应力;电化学50|72|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对现有研究中缺乏高温回火对60Si2CrV弹簧钢强度和疲劳性能试验数据及微观机制分析的问题，系统对比中温（420 ℃）和高温（580 ℃）回火处理对该钢种性能的影响。方法采用单轴拉伸试验、冲击试验、三点弯曲阶梯增载疲劳试验及端淬试验等多维度测试手段，综合评估了试验钢的力学性能。结合扫描电子显微镜观察显微组织演变及断口形貌，揭示其关联机制。结果结果表明，中温回火处理后材料强度较高，但塑性及冲击韧性偏低；高温回火处理后，虽然强度有所下降，但塑性变形能力显著增强，冲击韧性提升近2倍。高温回火试样的疲劳极限强度达951.6 MPa，较中温回火试样的853.4 MPa提升了11.6%。中温回火组织为回火屈氏体，断口呈脆-韧混合模式；高温回火组织为回火索氏体，碳化物粗化且局部聚集，断口呈典型韧性断裂特征。高温回火处理实现了强度、塑性与韧性的更优平衡。关键词：60Si2CrV;弹簧钢;回火;力学性能;淬透性10|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为明确接触疲劳失效机制和影响因素，提高机械零件抗疲劳性能，延长疲劳寿命，开展了接触疲劳下表面裂纹萌生和疲劳扩展机制的研究。方法采用有限元法和断裂力学理论对滑动接触时热力耦合作用下裂纹尖端应力强度因子的影响因素进行分析，分别计算并得到了不同压力载荷、摩擦因数、裂纹长度、裂纹角度、滑动速度下裂纹尖端应力强度因子的变化规律。结果结果表明，滑动接触热力耦合下裂纹为Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹，随着滑块逐渐靠近裂纹，裂纹由Ⅰ型向Ⅱ型转变；热效应会抑制裂纹的Ⅰ、Ⅱ型扩展，且热效应越显著，抑制作用越强，但KⅠ对热效应更为敏感，而KⅡ受其影响较弱；压力载荷和裂纹角度增加，复合型裂纹扩展加剧；增大摩擦因数，裂纹的Ⅰ型扩展加剧，Ⅱ型扩展减弱；裂纹长度增加，Ⅰ型扩展减弱，Ⅱ型扩展增强；裂纹的Ⅰ、Ⅱ型扩展均随滑动速度的增加而减弱。关键词：固体力学;滑动接触;热力耦合;裂纹;应力强度因子;有限元6|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对加长型履带所需的高制动性能要求，采用具有高摩擦因数的摩擦片及大制动气室以提高制动力，对改进后的制动器在典型制动工况下的温度场、应力场和疲劳寿命进行分析。方法采用Ansys有限元仿真软件，建立了鼓式制动器的三维热力耦合模型。通过台架试验验证了仿真模型的准确性，并采用Manson-Coffin模型预测了制动鼓的疲劳寿命。结果结果表明，制动鼓温度升高会显著增大应力，持续制动工况下制动鼓的温度和应力均高于单次制动工况。制动过程中，由于制动鼓的塑性变形，摩擦片表面的应力分布并不均匀，影响了制动平稳性，缩短了鼓式制动器的疲劳寿命。试验结果进一步证实，改进后整车的制动性能得到了极大改善。关键词：鼓式制动器;热力耦合;温度场;应力场;疲劳寿命预测6|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为解决传统转向系统在用户实际工况下载荷获取困难、难以直接支撑可靠性设计与试验评估的问题，提出一种基于车辆行驶轨迹的转向系统全局载荷快速预测方法。方法首先，建立二自由度横向动力学模型与转向系统力学模型；结合车辆全球定位系统（Global Positioning System, GPS）轨迹数据，采用Haversine公式计算转弯曲率，逆推得到横摆角速度与质心侧偏角；然后，基于上述参数求解侧向力与回正力矩，并集成转向系统力学关系，实现对方向盘转角、横拉杆位移及转向拉杆力的快速预测；最后，通过极限工况验证模型精度，并分析转弯曲率与车速对载荷特性的影响规律。结果研究表明，所提方法能够有效预测转向系统关键载荷，方向盘转角预测误差小于3.5%；载荷随转弯曲率与车速增大而显著增大，其中转弯曲率对转向拉杆力的影响尤为突出，且在高曲率区间呈非线性增长趋势。所提方法可为用户实际工况下转向系统可靠性评估与台架试验载荷设计提供有效支撑。关键词：转向系统;GPS轨迹数据;转弯曲率;载荷;快速预测10|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的为及时发现海上风电机组发电机轴承的故障，提出一种基于蜣螂优化（Dung Beetle Optimizer, DBO）算法和极端梯度提升树（eXtreme Gradient Boosting, XGBoost）模型的DBO-XGBoost发电机轴承温度预测模型，并结合指数加权移动平均值（Exponentially Weighted Moving Average, EWMA）控制图实现发电机轴承的故障预测。方法首先，通过最大互信息系数（Maximal Information Coefficient, MIC）选取数据采集与监视控制（Supervisory Control And Data Acquisition, SCADA）系统中能准确表征发电机轴承状态的关键特征，并将其输入DBO-XGBoost模型中，对正常工况下的发电机轴承温度进行预测。其次，使用马氏距离（Mahalanobis Distance, MD）衡量真实值与预测值之间的偏差，并将MD序列输入基于EWMA控制图的变点检测算法中，以获取故障出现的变点，从而实现故障预测。最后，基于特征的重要性构建轴承故障模式知识图谱。结果结果表明，所提方法能对正常工况下发电机轴承的温度实现较为精准的预测，并能提前3天对故障进行预警，与通过设定单一阈值进行故障预警的方法相比，所提方法能更准确地检测到故障发生的时间。构建的轴承故障模式知识图谱为运维人员提供了可视化的运维决策支持。关键词：海上风电机组;蜣螂优化算法;发电机轴承;故障预测;指数加权移动平均值7|0|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的针对大型风电圆锥滚子轴承接触载荷难以直接测量的问题，以某型号风力发电机的主轴轴承为例，对轴承的滚子进行智能化改造。方法首先，将载荷传感器以及其余电路部分安装到空心滚子中，设计出用于测量接触载荷的智能滚子，并设计了相应的载荷传感器。其次，通过有限元仿真得出载荷传感器中金属圆片的径向应变分布规律，并进行了虚拟组桥的仿真分析。最后，通过试验验证了金属圆片径向应变分布的规律，并进行了传感器标定试验。结果结果表明，滚子在受到固定载荷时，所设计的组桥方式可以很好地消除滚子自转角度对载荷测量的影响，使滚子在自转时仍能输出稳定的电压。所提测量方法为得到大型圆锥滚子轴承的接触载荷提供了一种新路径。关键词：圆锥滚子轴承;智能滚子;接触载荷测量;传感器设计57|54|0更新时间：2026-01-21
- 摘要：目的海上风力机存在与船舶碰撞的风险，其中风载荷的作用不可忽视，目前已有的研究往往采用稳态风载荷，这与实际情况有所出入。方法采用更符合实际工况的瞬态风载荷，使用Ls-Dyna软件模拟不同风速和风向下3种类型的海上风力机与船舶的碰撞过程，并分析碰撞过程中风力机基础的动态响应、抗撞击性能及其影响因素。结果结果表明，单桩基础风力机的抗撞击性能最差，对载荷的敏感性最强，导管架基础风力机的综合抗撞击性能最好；相较于风速和风向，船速对风力机结构安全的影响更大，当船速不超过4 m/s时，风力机仍可在额定风速下正常运行，但存在一定的安全隐患，一旦船速超过4 m/s，风力机将出现较严重的结构损伤；发生碰撞后，风力机塔顶的动能随风载荷的增大而增大，塔顶的重心可能偏离安全区域，有倾覆的风险；船舶航向为顺风向时风力机的结构损伤最大，船舶航向为迎风向时风力机的结构损伤最小。关键词：海上风力机;风载荷;风向;船舶;抗撞击性能11|0|0更新时间：2026-01-21
·疲劳·损伤·断裂·失效分析·
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