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2026年第48卷第4期
- 摘要：目的针对17-4PH合金钢磨削加工中机械应力与热应力耦合导致残余应力难以精准调控的难题，提出一种电磁感应加热辅助磨削方法，旨在为有效控制残余应力分布提供参考。方法首先，基于热传导与热对流的耦合作用，建立植入式热源解析方法，以揭示感应加热过程中的热场生成机制；其次，通过空间磁场与工件热流的积分计算，构建电磁热源动态作用的数值模拟模型，以解决电-热耦合计算问题；然后，考虑集肤效应及材料温度依赖特性，建立感应加热温度场快速预测的解析模型；最后，开展感应加热辅助磨削试验，验证该工艺对残余应力的调控效果。结果试验表明，优化后的感应加热工艺使磨削表层残余应力梯度降低40%，解析模型预测温度与试验值的误差小于16%。该方法实现了磨削热场的主动调控，为降低工件表层热损伤及优化残余应力分布提供了可行技术途径。关键词：感应加热;电磁-热耦合;数学模型;残余应力;17-4PH不锈钢2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对宽幅温度和应力范围下蠕墨铸铁最小蠕变速率预测现有模型仍存在较大误差的问题，开展预测方法优化研究，提升预测精度，拓展物理分层神经网络的适用场景。方法首先，基于450~550 ℃、100~300 MPa条件下蠕墨铸铁（Compacted Graphite Cast Iron, CGI）气缸盖材料的单向拉伸蠕变试验数据，分析温度与应力对最小蠕变速率的影响规律，明确核心影响因素；其次，搭建适配蠕变试验特性的物理分层神经网络（Physical Hierarchical Neural Network, PHNN）预测模型，构建复合层与应力层的分层结构；然后，采用加和形式蠕变本构模型作为对照，通过模拟退火算法完成模型参数识别；最后，完成两类模型的预测效果对比与精度量化评估。结果结果表明，宽幅工况下，蠕墨铸铁蠕变性能呈显著分散性，温度对其蠕变损伤的影响程度高于应力；所建模型可将最小蠕变速率预测值全部约束于试验值的2倍误差带内，相较对照模型的3倍误差带，预测精度大幅提升；该模型可有效适配宽幅工况下的蠕变速率预测，拓展了其适用范围，为蠕墨铸铁高温蠕变性能分析提供参考。关键词：蠕墨铸铁;宽幅温度;物理分层神经网络;蠕变本构模型;最小蠕变速率2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的为实现变工况条件下人字齿轮齿根应力分布的快速预测，解决有限元法求解时间成本高的问题，构建一种基于反向传播（Back Propagation, BP）神经网络的齿根应力分布预测模型。方法首先，以某型人字齿轮副为研究对象，依据20组不同转速与负载转矩工况开展有限元仿真，获取齿根区域应力分布数据；其次，开展齿根应力测试试验，将仿真结果与试验结果对比，验证有限元模型的有效性；然后，采用应力分区域预测方法，将齿根区域划分为3个子区域分别构建BP神经网络模型，并融合形成全局预测模型；最后，选取1组训练样本之外的工况，通过有限元仿真与模型预测分别获取齿根应力分布及最大值，对预测效果进行验证。结果结果表明，模型预测的齿根应力分布规律与有限元仿真结果高度一致，齿根弯曲应力最大值的预测误差为4.6%，预测均方误差为3.017 MPa，证明了该预测模型的有效性。研究可为变工况下人字齿轮齿根应力的快速评估提供参考。关键词：有限元分析;人字齿轮;齿根应力;BP神经网络;应力预测2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对汽车吸能盒结构在碰撞载荷下面临的初始峰值压溃力过高与能量吸收效率不足的问题，提出一种新型波纹结构分层蜂窝填充管（Hierarchical Honeycomb-Filled Tube, HHFT），旨在通过结构优化设计提升其轴向耐撞性能。方法首先，构建HHFT的有限元模型，分析圆形、三角形及矩形3种波纹形态对结构耐撞性的影响；其次，通过对比常规蜂窝填充管与波纹结构HHFT的力-位移响应与吸能特性，验证波纹槽设计对峰值压溃力的削减作用；然后，系统研究外壁厚度、第0阶与第1阶蜂窝壁厚等关键几何参数对结构比吸能、初始峰值压溃力及压溃力效率的影响规律；最后，结合Kriging模型与非支配排序遗传算法二代（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ, NSGA-Ⅱ），以诱导槽形态与厚度为设计变量开展多目标优化，获得兼顾高吸能与低峰值力的优化构型。结果结果表明，三角形波纹分层蜂窝填充管的初始峰值压溃力较常规填充管降低约36.2%，比吸能提升11.3%，压溃力效率提高至0.89；外壁厚度对初始峰值压溃力起主导作用，第1阶蜂窝壁厚对能量吸收贡献显著，而第0阶壁厚影响较小；优化后结构在保证质量不变的条件下，耦合效应吸能占比最高达16.67%，整体耐撞性显著提升。关键词：薄壁结构;层次结构;耐撞性设计;波纹管;仿真分析2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对大推力液体火箭发动机试验中力平衡补偿器力学特性难以精准识别的问题，以DN500力平衡补偿器为对象，研究其在不同工况下的径向刚度特性。方法首先，基于曲杆模型和能量法，建立单层U形波纹管径向刚度的机制模型，并分析其受载变形规律；其次，采用Ansys软件建立补偿器整体有限元模型，模拟其在内部充压（0~1.2 MPa）及终端加载工况下的力学响应；然后，设计并搭建专用的力学特性试验装置，通过液氮增压模拟真实工况，对补偿器进行加载测试；最后，结合有限元分析与试验结果，对刚度模型中的修正系数进行标定。结果研究结果表明，初始状态下，补偿器整体因重力下沉，随终端载荷增大，位置逐渐上移且内部变形减小；当内部充压为0~1.0 MPa时，补偿器的终端径向刚度由55.03 N/mm线性减小至15.07 N/mm（有限元分析值），试验值则由63.49 N/mm线性减小至20.17 N/mm，两者趋势高度吻合。所构建的刚度模型与修正系数能有效预测补偿器的径向刚度，可为同类补偿器的结构优化设计及推力修正提供参考。关键词：力平衡补偿器;U形波纹管;径向刚度;力学特性试验;有限元分析2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对大展弦比后掠翼在气动载荷下的几何非线性问题，探究碳/玻璃纤维混杂比及铺层角度对机翼弯扭耦合变形及气动特性的影响规律，旨在为该类机翼的结构设计与剪裁提供参考。方法首先，基于计算流体力学/计算结构动力学（Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics, CFD/CSD），采用松耦合算法开展双向流固耦合分析，建立大展弦比后掠翼的静气动弹性计算模型，并通过DLR-F6翼身组合体试验数据验证了该方法的准确性；其次，对比线性与非线性求解结果的差异，明确几何非线性的影响；然后，分别研究5种碳/玻璃纤维混杂比及5种铺层角度方案下机翼的弯曲、扭转变形规律；最后，分析非线性弹性变形对最优混杂比机翼气动特性的影响。结果结果表明，线性求解方法因未考虑展向变形，在8°攻角下，翼尖位移偏差达0.77%；当碳/玻璃纤维混杂比为3∶1时，相较于纯碳纤维机翼，翼尖负担转角仅增大2.1%，而成本显著降低；铺层角度为±45°时，机翼扭转刚度最大，负扭转变形最小；3∶1混杂比机翼的升力系数与阻力系数较纯碳纤维机翼略有降低，纵向稳定性仅下降3.7%。采用3∶1碳/玻璃纤维混杂比及±45°铺层角度，可在保证机翼力学性能与气动效率的同时有效控制制造成本，为大柔性机翼的工程应用提供参考。关键词：大展弦比;碳/玻璃纤维;几何非线性;弯扭耦合;气动特性2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对V形内置式永磁转子结构复杂、隔磁桥区域存在应力集中导致机械强度预测精度低的问题，提出一种高精度解析建模方法，旨在为高速转子结构设计提供参考。方法首先，提出一种改进的力平衡法，通过引入变形协调条件和材料物理方程，构建了V形内置式永磁转子的力学解析模型，为应力分析奠定基础；其次，利用有限元法分析关键结构参数对应力集中系数的影响，并采用多项式拟合法分别获取了中央桥和两侧桥区域的应力集中系数函数；然后，深入探究了转子结构间的几何耦合效应，利用相关结构参数对应力集中系数函数进行修正；最后，将修正后的应力集中系数函数与改进的力平衡法相结合，建立了完整的转子机械强度解析模型，并通过有限元分析与强度等效试验，验证了模型的有效性。结果结果表明，所建解析模型的计算结果与有限元及试验结果高度吻合，最大相对误差为9.8%，满足工程应用要求。增加中央桥厚度可显著降低其自身应力与变形；增大两侧桥宽度和V形角对减小应力与变形效果略逊于前者；两侧桥厚度增加仅对降低自身应力效果明显。关键词：最大机械应力;应力集中系数;变形;V形内置式转子;高速永磁同步电动机2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对复合材料帽形长桁结构在帽缘冲击后压缩剩余强度研究匮乏的现状，旨在探明帽缘冲击对该类结构承载能力的劣化机制与影响规律，为结构抗冲击损伤容限设计提供参考。方法首先，开展复合材料帽形长桁结构的低速冲击与冲击后压缩试验；其次，建立考虑纤维、基体及层间损伤的渐进失效分析模型，通过编写Vumat子程序在Abaqus软件中实现低速冲击与冲击后压缩的一体化仿真，准确引入冲击损伤并进行剩余强度预测；然后，通过对比试验与仿真结果验证模型有效性；最后，分析帽缘冲击对压缩剩余强度及失效模式的影响。结果结果表明，所建模型能有效预测帽缘冲击损伤形态及尺寸，分层损伤面积预测误差小于5.6%；含帽缘冲击损伤试件的压缩破坏载荷较无损伤试件下降超过46.9%，其失效模式主要表现为长桁横向断裂及冲击侧长桁-蒙皮界面脱黏，仿真与试验破坏模式吻合良好。关键词：复合材料帽形长桁;帽缘冲击;冲击后压缩;渐进失效分析方法;破坏模式2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对带式输送机压陷滚动阻力受温度显著影响、现有计算模型对温度-频率耦合效应考虑不足的问题，揭示橡胶动态力学参数随温度的变化规律及其对压陷滚动阻力的作用机制，为输送机节能设计与运行优化提供参考。方法首先，采用反向传播（Back Propagation, BP）神经网络预测-20~40 ℃内橡胶动态力学参数，弥补低温下试验数据的不足；其次，建立考虑瞬态能量损耗的压陷滚动阻力力学模型，完善黏弹性力学分析体系；然后，通过迭代算法求解模型，结合Matlab软件开展数值仿真，系统探究温度、带速、受载压力对阻力的影响规律；最后，验证模型拟合精度，保障研究结果的可靠性。结果恒定工况下，压陷滚动阻力随温度呈非单调分段变化，在-20~5 ℃，随温度升高而增大；在5~40 ℃，随温度升高而减小，峰值出现在约5 ℃；带速6 m/s、受载压力8 kN时，最大压陷滚动阻力达45 N；模型拟合精度为0.999，可精准反映各参数对阻力的非线性影响，为输送带能耗优化提供量化依据。关键词：输送带;温度效应;压陷滚动阻力;动态力学参数;BP神经网络2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对横向振动工况下弹簧垫圈连接螺栓防松性能演化规律不明确、现行规范缺乏相关紧固转矩设计规定的问题，探究表面处理方式与紧固转矩对螺栓防松性能的影响机制，为输电铁塔螺栓连接防松设计提供参考。方法首先，以表面处理方式（镀锌、磷化）和紧固转矩（0.5、1.0、1.5倍标准转矩）为变量，开展横向振动试验，对比不同构造螺栓的预紧力衰减特性；其次，采用Ansys软件建立螺栓连接有限元模型，模拟振动过程中弹簧垫圈受力状态与螺纹区应力演化规律；然后，提出基于残余预紧力的防松性能定量评价方法，明确不同构造螺栓的防松效果差异；最后，完成模型有效性验证，保障研究结果的可靠性。结果结果表明，横向振动下螺栓预紧力衰减可划分为快速下降、缓慢下降与迅速松脱3个阶段；1.5倍标准转矩下，镀锌弹簧垫圈螺栓达到残余预紧力阈值的振动次数较镀锌平垫圈提升450%，防松效果最优；振动过程中弹簧垫圈与连接板始终保持接触，可使螺纹区受力更均匀；所提定量评价方法的分析结果显示，弹簧垫圈连接螺栓的平均防松性能为平垫圈的3倍。关键词：弹簧垫圈;紧固转矩;横向振动;螺栓松脱;预紧力2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对煤矿巷道支护中锚杆受偏心载荷作用导致性能下降的问题，探究偏转角对吸能玻璃钢锚杆力学性能的影响规律，确定其正常工作角度范围，为同类巷道支护设计提供参考。方法首先，通过力学分析推导了吸能玻璃钢锚杆最大偏转角与玻璃钢杆体的应力-应变柔度矩阵关系，明确了偏心载荷下锚杆受力特性与适用判定准则；其次，通过万能试验机拉伸试验，测定了玻璃钢杆体关键力学参数，为数值模拟提供基础数据；然后，基于Hashin失效准则编写了Vumat子程序，采用Abaqus有限元软件建立了常规与吸能玻璃钢锚杆数值模型；最后，对比分析了静载与不同冲击参数动载作用下锚杆的核心力学指标。结果结果表明，静载作用下，两类锚杆的破断力、延伸率、吸能量均随偏转角增大成非线性衰减，确定吸能玻璃钢锚杆适用偏转角不大于4°；在4°偏转角工况下，该锚杆动态力学指标显著优于常规锚杆，吸能量约为常规锚杆的12倍，具备优异的抗冲击与吸能特性；不同冲击工况下，4°偏转角的该锚杆各项指标均满足预设适用准则。关键词：吸能玻璃钢锚杆;偏心加载;冲击能量;冲击速度;抗冲击性能2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对汽车电动助力转向系统在不同工况下的操纵性能问题，以某款国产车型为研究对象，旨在优化其助力特性与控制策略，提升转向轻便性与路感。方法首先，通过CARSIM软件与Matlab/Simulink软件建立联合仿真平台，构建了精确的转向系统动力学模型，并选取直线型助力特性曲线，为后续控制策略研究提供基础；其次，分析了不同车速下的转向阻力矩与理想转向盘转矩，确定了助力增益系数随车速的变化规律；然后，设计了基于桥式电路脉宽调制的比例积分微分（Proportional Integral Derivative, PID）电流控制策略，以提升电流响应速度和控制精度；最后，通过实车的转向轻便性试验和中间位置转向试验，对控制策略的有效性进行验证。结果仿真与试验结果表明，采用所提控制策略的车型，在低速转向时，转向盘最大作用转矩为5.83 N·m，与采用传统PID控制的竞品车型（5.60 N·m）相当，保持了良好的转向轻便性；在高速中间位置转向试验中，侧向加速度为0时的转向盘转矩梯度提升了25.5%（达到17.32 N·m/g），侧向加速度为0.1g（g=9.8 m/s2）时的转向盘转矩梯度提升了37.47%（达到15.30 N·m/g），显著改善了高速行驶时的路感。关键词：控制策略;电动助力转向系统;助力特性;转向性能33|89|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对某型超高速双联行星增速齿轮箱在强度测试中可能面临的共振风险，开展其动力学特性预测研究，旨在建立高置信度的临界转速预测模型。方法首先，构建了包含柔性箱体的刚柔耦合动力学模型，通过模态分析与Campbell图预测其临界转速；其次，通过搭建振动测试台进行降速试验，识别了系统实际临界转速；最后，针对仿真与试验的偏差，分析了轴承支承刚度对前3阶临界转速的灵敏度规律，并采用参数反演优化方法对轴承支承刚度进行了修正。结果结果表明，输入轴与行星轴轴承支承刚度分别对1阶、3阶临界转速起主导作用；修正后的模型预测值与试验值误差小于5%，为该类增速器的动力学设计、状态预测及故障诊断提供了可靠的模型基础。关键词：双联行星增速齿轮箱;临界转速;刚柔耦合模型;支承刚度;参数反演;模型修正2|0|0更新时间：2026-04-15
·实验研究·测试技术·
- 摘要：目的传统有限元法在建模过程中存在几何不精确性和单元阶次较低的问题，在处理含有曲线或曲面的复杂几何模型时，会引入逼近误差。相较而言，等几何分析方法将非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Splines, NURBS）基函数作为形函数，具备几何精确、高阶连续、高精度和无需传统网格划分过程等优势。因此，基于等几何分析方法和一阶剪切变形理论建立了一种能够精确预测压电层合壳体结构力-电行为的等几何分析模型，并进行相应分析。方法首先，利用NURBS基函数推导了Reissner-Mindlin壳单元的位移离散方程；其次，考虑材料的纤维角度，建立了从局部坐标系到全局坐标系的压电本构方程的转换关系，并采用Hamilton变分原理构建了压电层合壳体的等几何分析模型；然后，利用构建的等几何分析模型对经典壳体问题进行了分析，并将等几何分析模型的结果与已有文献和有限元软件仿真的结果进行了对比，验证了模型的精确性和高效性；最后，对机-电载荷作用下压电层合壳体的静力学和动力学响应进行了分析。结果数值结果表明，所建立的压电层合壳体的等几何分析模型具有较高的计算精度，并且同时适用于普通单层壳体、层合壳体及压电层合壳体等结构的分析。关键词：等几何分析;一阶剪切变形理论;压电层合壳体;静力学响应;动力学响应2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对三周期极小曲面梯度设计中孔隙率单方向线性渐变的局限，基于Primitive曲面多孔结构，开展孔隙率与梯度设计对其三点弯曲力学性能的影响研究，提出适配结构应力分布的孔隙率梯度优化方法。方法首先，基于Primitive曲面隐式函数，构建3种孔隙率的均厚多孔结构模型，明确孔隙率对结构力学性能的影响规律；其次，依据均厚结构三点弯曲受载的应力分布特征，提出M形孔隙率梯度设计方案，实现高应力区孔隙率精准调控；然后，采用光固化成形技术制备试件，基于Ansys软件开展三点弯曲工况有限元仿真；最后，通过三点弯曲试验，分析孔隙率及梯度设计对结构弯曲力学性能的影响机制。结果结果表明，厚多孔结构抗弯性能与孔隙率呈负相关，孔隙率从35%降至30%时，弯曲刚度提升53.6%；与32.5%孔隙率均厚结构相比，M形梯度结构弯曲刚度提升17.8%、强度提升28.2%，质量仅增加3.7%；该方法可有效缓解应力集中，在轻量化前提下提升多孔结构抗弯性能，为多孔承载结构梯度优化设计提供参考。关键词：三周期极小曲面;孔隙率;功能梯度;抗弯性能;应力分布2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对变双曲圆弧齿线（Variable Hyperbolic Circular-Arc-Tooth-Trace, VH-CATT）圆柱齿轮啮合刚度的设计参数影响规律尚不明确的问题，揭示齿宽、模数、压力角、刀盘半径对其啮合刚度的影响规律，为该类齿轮参数优化设计与传动性能提升提供参考。方法首先，基于啮合刚度计算，建立齿轮力学模型，结合齿面离散节点法构建VH-CATT圆柱齿轮有限元模型，为刚度量化分析提供支撑；其次，采用Abaqus软件开展静态啮合仿真，计算齿面节点法向接触力与综合弹性变形，求解单齿及多齿啮合刚度；然后，采用控制变量法，分别改变4项核心设计参数，探究单一参数对啮合刚度的影响规律；最后，通过标准直齿轮刚度计算验证有限元模型的精度，保障研究结果的可靠性。结果结果表明，齿宽增至45 mm后啮合刚度趋于平稳，压力角超23°时刚度稳定在固定范围；模数增大使啮合刚度逐渐减小至稳定，刀盘半径增大则啮合刚度持续提升；压力角为15°时，齿轮重合度达2.34，存在3齿啮合区，啮合刚度显著高于其他工况，各参数影响规律可为齿轮参数选取提供量化依据。关键词：VH-CATT圆柱齿轮;啮合刚度;设计参数;有限元法;参数影响规律2|0|0更新时间：2026-04-15
- 摘要：目的针对铜制内压薄壁圆筒静强度设计缺乏系统化可靠度设计方法的问题，建立铜制单层薄壁内压长圆筒静强度可靠性设计方法，量化不同工况下关键设计参数的取值边界。方法首先，应用概率论方法，构建静强度与载荷均服从正态分布、强度分布参数为区间值时，圆筒可靠度系数与试验应力限制系数、载荷系数、安全系数的通用关联式，为可靠度量化分析提供计算基础；其次，对标钢制圆筒与球罐可靠度基准，按最低使用要求，确定不同工况下铜制圆筒屈服、爆破强度的允许可靠度系数；然后，基于允许可靠度系数，确定不同工况下试验应力限制系数、屈服与爆破安全系数、载荷系数的取值范围；最后，校验国家标准中相关设计参数的合理性。结果研究结果明确了铜制圆筒屈服安全系数可取1.45、爆破安全系数可取2.00，量化了不同工况下试验应力限制系数、载荷系数的取值范围，解析结果与国家标准参数基本一致，丰富了铜制圆筒静强度可靠度设计内容，为铜制承压圆筒结构设计提供参考。关键词：铜制圆筒;静强度;可靠度系数;试验应力限制系数;安全系数;载荷系数0|0|0更新时间：2026-04-15
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