最新刊期
      2017 年 第 2 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 夏恒恒,李志农,肖尧先
        2017, 39(2): 239-246. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.001
        摘要：以斜裂纹为研究对象,将非线性输出频率响应函数(Nonlinear output frequency response function,NOFRF)应用到含有斜裂纹转子系统的故障诊断中。对比分析了斜裂纹不同倾角,不同裂纹深度和不同裂纹位置下的NOFRF值的变化情况,得到了具有一定价值的结论。实验结果表明,系统的NOFRF值对裂纹的不同倾角、裂纹的不同位置和裂纹深度的变化相当的敏感。因此,根据系统的NOFRF值的变化情况,可以有效监测转子系统中的斜裂纹故障。  
        关键词：非线性输出频率响应函数;裂纹转子;故障诊断;裂纹夹角;裂纹位置;裂纹深度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 齐鹏,范玉刚,吴建德
        2017, 39(2): 247-253. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.002
        摘要：如何在含有噪声的振动信号中提取特征参数,是轴承故障诊断的关键问题,为此提出一种基于Morlet小波-奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)和变量预测模型模式识别(Variable Predictive Model Based Class Discriminate,VPMCD)的故障诊断方法。首先对时域采样信号进行Morlet小波变换预处理,将所得时频系数矩阵进行SVD分析,根据奇异值曲率谱特征滤除噪声,以提取相应尺度下的微弱故障信息;然后自适应选取最佳尺度附近的分量信号,并将Shannon能量熵作为特征参数,以此构建特征向量,用于建立基于VPMCD的故障识别模型。实验采用5折交叉验证法及Jackknife检验法对所提方法进行检验,结果证明了所提方法的有效性。  
        关键词：奇异值分解;变量预测模型;小波变换;能量熵;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22
      • 谢苗,闫江龙,毛君,苗立野,董先瑞
        2017, 39(2): 254-260. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.003
        摘要：采煤机在工程过程中承受着复杂的载荷冲击,这会使得采煤机截割部出现复杂的振动现象,这种复杂的振动现象一方面会增加螺旋滚筒、摇臂壳体和齿轮传动机构等部件的工作负担,另一方面也会对采煤机的截割性能造成影响。为研究采煤机截割部的工作稳定性,采用集中参数建模法建立采煤机的竖直方向和水平方向振动数学方程,并利用Matlab对其进行求解,得到截割部外载荷作用下,处在不同工作角度时的时域和频域振动特性规律,然后利用刚柔耦合混合建模的方法,建立截割部的三维模型,利用Adams和Ansys联合对截割部的负载进行了动力学仿真分析,得到采煤机截割部动态响应。为研究采煤机截割部的动力学特性提供了新的方法,分析结果为改进采煤机截割部设计、提高其工作稳定性提供了依据。  
        关键词：采煤机;截割部;集中参数建模法;刚柔耦合;振动   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吴海燕,海洁,袁浩
        2017, 39(2): 261-266. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.004
        摘要：针对滚动轴承非平稳性的振动信号,提出了基于总体局域均值分解(Ensemble Local Mean Decomposition,ELMD)及核密度估计的滚动轴承故障诊断方法。首先,对振动信号进行ELMD分解,获得一系列乘积函数(Production Function,PF),计算包含主要故障的PF分量的有效值、峭度、偏度系数,将其组合成特征向量;根据核密度估计的特性提出基于核密度估计的分类器,将特征向量输入分类器进行训练与测试,从而识别滚动轴承的工作状态和故障类型。实验结果表明,该方法能够有效的对滚动轴承故障进行识别,且效果较LMD方法好。  
        关键词：滚动轴承;ELMD;核密度估计;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22
      • 兰宏伟
        2017, 39(2): 267-272. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.005
        摘要：建立了永磁电机转子—定子碰摩系统的分段线形刚度和阻尼的动力学模型,当转子、定子碰摩时存在丰富的非线性动力学行为。基于Poincare映射研究了其周期运动的稳定性以及经倍周期分岔、Hopf分岔向混沌的转迁过程;分析了系统参数对碰摩系统运动行为的影响,为适应电机高速化的发展,提高其在高速下的安全稳定可靠运行奠定理论基础。  
        关键词：碰摩;周期运动;倍周期分岔;Hopf分岔;混沌   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张建平,施锋锋
        2017, 39(2): 273-278. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.006
        摘要：通过自行编制的风剪切和Davenport脉动风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的5 MW大型风力机实体模型作为研究对象,基于单向流固耦合技术(UFSI),运用有限元软件Ansys数值模拟了不同转速下考虑风轮-塔架耦合作用的风力机结构动态响应。结果表明:叶轮与塔架耦合作用会显著增大叶片与塔架的最大位移和应力响应值;耦合作用使得叶片最大应力由相对翼展0.5处移动到0.7处且塔架出现多处应力极值;需考虑结构间耦合与旋转效应的联合作用时,才能得到风机准确的运行参数。  
        关键词：风轮;塔架;流固耦合;旋转效应;动态响应   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李磊,庞海,张前图
        2017, 39(2): 279-284. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.007
        摘要：线性局部切空间排列(LLTSA)为无监督的维数约简方法,在对高维故障特征集进行维数约简时,不能利用部分样本的类别标签信息,使得获得的低维特征仍出现混叠的情况。针对这个问题,提出了半监督线性局部切空间排列(SS-LLTSA)的维数约简方法,即利用部分标签信息来调整样本点与点之间的距离以形成新的距离矩阵,通过新的距离矩阵进行邻域构建,实现了数据本质流行结构和类别标签信息的结合,能够提取区分度更好的低维特征。此外,还通过支持向量机(SVM)来建立低维特征与故障类别的对应关系,实现故障诊断。SS-LLTSA维数约简增强了故障特征的辨识能力,而SVM优异的模式识别能力能够进一步提高故障诊断精度。滚动轴承的故障诊断实例验证了所提故障诊断方法的有效性。  
        关键词：故障诊断;维数约简;半监督线性局部切空间排列;支持向量机   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙瑶琴
        2017, 39(2): 285-290. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.008
        摘要：针对支持向量机(SVM)的分类性能受本身参数选择影响较大的问题,提出了基于改进果蝇优化算法(LFOA)的SVM参数优化方法。给出了基于改进果蝇算法的SVM参数优化步骤,并用标准数据集进行了仿真实验,验证了算法在收敛速度和收敛精度上均好于其他几种方法。以滚动轴承为实验对象,应用LFOA-SVM进行了常见故障的诊断,与FOA、GA和PSO等方法相比,LFOA算法改善了SVM的分类性能,提高了故障诊断准确率,可有效应用于故障诊断。  
        关键词：果蝇优化算法;支持向量机;参数寻优;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 王春华,许瀚文,王仲娴,曲辉
        2017, 39(2): 291-296. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.009
        摘要：为了改善解决寒冷地区冬季运煤过程中改向滚筒、皮带上存在的冻粘问题,在查阅相关冻粘理论的基础上,受仿生学启发,对仿生凸包几何结构在改向滚筒、皮带上的应用进行了理论分析和试验研究。理论上验证了仿生凸包几何结构可变相增大材料表面的水接触角,即可在一定程度上减小冻粘强度;参考已有防冻粘特性试验研究,利用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE),设计加工了一块高度为1.0 mm、投射半径为2.4 mm、中心距为6.4 mm的仿生凸包模板和另一块同种材料的光滑模板,通过自制的冻粘强度测试装置,在温度为-25℃和冷冻时间为3 h的条件下,测试了两种模板与含水率40%煤泥的冻粘特性。结果显示:仿生凸包模板的法向冻粘强与切向冻粘强度分别降低了8%、12%左右,即从试验方面验证了仿生几何型凸包的确具有一定的防冻粘性能,希望可以运用于防冻粘领域。  
        关键词：仿生学;煤;冻粘;凸包;水接触角;超高分子量聚乙烯   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吴海勇,黄辉
        2017, 39(2): 297-306. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.010
        摘要：为研究无氧铜的切削机理,通过单颗金刚石磨粒划擦无氧铜的声发射试验,采集了划擦过程中的声发射信号,得到了不同划擦速度、切深和进给速度下的声发射信号特征,分析了不同划擦参数对声发射信号特征参数、频谱和功率谱等的影响。研究结果表明:切深对金刚石磨粒划擦无氧铜的声发射信号影响最为显著,划擦速度和进给速度对声发射信号的影响不明显;声发射主频主要集中在0 kH~170 kHz,切深的增加使声发射信号功率谱主频由高频向低频呈现转化趋势。  
        关键词：单颗金刚石;划擦;声发射;无氧铜   
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        发布时间：2022-09-22
      • 谭晶莹,李江华,邵宁,金丹
        2017, 39(2): 307-310. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.011
        摘要：针对316L奥氏体不锈钢进行了低周疲劳试验,采用有限元方法针对材料的循环特性进行了模拟计算。试验结果表明,该材料在不同应变范围下均表现出了明显的循环附加硬化,且硬化程度随着应变范围的增加而更为明显。在Abaqus模拟计算中,使用非线性随动强化与各向同性强化的混合模型描述材料弹塑性行为。不同应变范围下,模拟得到的第二周次下的应力应变曲线与实验结果吻合较好,模拟得到的前20周的最大应力与实验结果的误差与应变范围有关,最大平均误差为3.20%。基于实验结果和模拟结果,采用能量方法进行疲劳寿命预测,预测结果均位于两倍分散带内。  
        关键词：316L不锈钢;循环附加硬化;Abaqus软件;混合模型;疲劳寿命预测   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张仕朝,李莉,侯学勤
        2017, 39(2): 311-315. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.012
        摘要：研究了DZ406合金950℃与1000℃时应变比为0.05下的低周疲劳性能,结果表明,应变比R≠-1时,非对称循环应变控制会产生平均应力松弛现象,且随着应变幅的增大,平均应力松弛速率增大;采用修正的SWT模型能很好的预测不同温度下应变比为0.05的低周疲劳寿命,预测精度在基本落在3倍的分散带内,通过对断口的观察,发现随着应变幅的增大,裂纹源增多。  
        关键词：定向凝固高温合金;低周疲劳;应变比;平均应力松弛   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 段明德,李言,顾佳佳,张壮雅
        2017, 39(2): 316-320. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.013
        摘要：为满足现代数控机床的高精度、高效率、高速度要求,提高机床基础部件的静、动态性能及轻量化设计,基于有限元拓扑优化方法,以ADGM高速精密数控机床关键部件床鞍为对象,对其结构进行了优化设计。首先基于变密度法建立以床鞍质量为目标函数,静刚度和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,然后依据拓扑优化结果获得床鞍最佳结构布局;最后在床鞍最佳布局基础上,按照真实设计需求形成工程设计方案,并完成床鞍的整体设计。结果表明,与原有设计方案相比,新设计方案在床鞍质量减少13%的情况下,最大位移降低幅度超过6%,床鞍一阶固有频率提高8%,床鞍二阶固有频率提高7%,床鞍三阶固有频率提高6.7%。验证了上述方法的有效性,为机床基础部件设计提供了理论依据。  
        关键词：床鞍;结构设计;固有频率;拓扑优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 廖宜涛,廖庆喜,张青松
        2017, 39(2): 321-326. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.014
        摘要：针对2BFQ-6型油菜精量联合直播机生产实践中的故障表现,开展了机具现场作业可靠性试验。试验结果表明机具可靠性设计水平较高,但链轮装配、焊接等工艺可靠性需要提高;旋耕作业单元发生旋耕刀周期性松动故障,间隔周期为5.9 h;机具实际生产率为0.36 hm~2/h,班次生产率为2.16 hm~2/d;机具早期故障率变化符合"浴盆曲线"规律,早期故障期持续时间为30 h,有效度为70%。实施链轮装配工艺改进与跑合调试、焊接件工艺改进,防缠草板、风机传动结构优化设计,旋耕刀周期性紧固维护等可靠性提升策略后,机具有效度提升至97%以上,实际作业效率达0.45 hm~2/h,机具作业效率与可靠性得到大幅度提升。  
        关键词：有效度;故障率;油菜精量联合直播机;可靠性   
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      • 于宁,田立勇,孙聚涛
        2017, 39(2): 327-332. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.015
        摘要：为提高螺旋钻采煤机螺旋钻杆的强度和寿命,减轻钻杆重量,以螺旋钻采煤机的螺旋钻杆为研究对象,在满足强度要求的前提下,以钻杆重量最轻为优化目标,通过Pro/E建立实体优化模型,采用有限元法,在Ansys Workbench软件中进行有限元强度分析,通过观察应力云图,选择螺旋钻杆的壁厚、叶片厚度、高度和螺旋角为变量,对钻杆结构进行参数优化,结果表明,螺旋钻采煤机螺旋钻杆的强度得到了明显提高,应力减小了15.8%,重量减轻了6.4%,延长了钻杆的使用寿命。  
        关键词：螺旋钻采煤机;螺旋钻杆;有限元法;结构优化   
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        设计·计算

      • 侯雨雷,李志森,魏晓晨,周治宇,赵刘见,曾达幸
        2017, 39(2): 333-340. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.016
        摘要：结合人体髋关节的实际结构与功能特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为仿生髋关节原型机构,求取机构运动学反解,建立奇异轨迹方程,绘制奇异轨迹曲线;运用矢量法建立机构各构件的静力平衡方程,通过数值算例绘制机构各支链受力随位姿变化曲线,分析中心支链卸载效果;借助Adams软件对机构进行仿真,以获取在预定运动轨迹下机构各分支铰链所受力随时间的变化曲线,从而进一步验证机构静力卸载功能。研究内容对人形机器人髋关节样机的研制与控制具有一定的理论指导意义。  
        关键词：髋关节;球面并联机构;奇异;静力卸载   
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      • 毛君,董先瑞,白雅静,闫江龙
        2017, 39(2): 341-346. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.017
        摘要：链传动系统是刮板输送机的关键部件,链轮链环是链传动系统的关键部件,驱动链轮与链环的啮合力学行为与驱动链轮的磨损相互影响。为了研究链轮与链环啮合过程中链轮与链轮接触力的规律,首先从链环与链轮啮合过程进行理论分析,并对链轮链环啮合过程接触力的变化进行了分析,然后建立基于MSC.Adams的刮板输送机链轮链环虚拟样机模型,分析正常启动至长期输送功率工况下链轮与链环接触的动力学特性,分析得出环链与链轮啮合过程中接触合力、接触切向力和接触法向力的变化规律及接触力的最大值和对应的位置,最后基于LS-DYNA软件对链轮链环啮合过程进行了接触应力进分析,得出链轮链环啮合过程中接触应力最大值和对应的位置,为链轮链环啮合接触研究提供了参考。  
        关键词：刮板输送机;链轮;链环;接触动力学;啮合;Adams;LS-DYNA   
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      • 封静敏,李言,杨明顺,梁小明
        2017, 39(2): 347-352. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.018
        摘要：冷滚打成形过程中成形表面的鳞纹是一种重要缺陷,控制鳞纹缺陷是提高成形件表面质量的重要方法。依据冷滚打成形的基本原理,分析了鳞纹产生的原因及影响因素。选取紫铜作为工件材料,利用Abaqus分析软件,建立冷滚打成形有限元模型,研究了在顺打和逆打两种方式下摩擦因数对鳞纹高度和鳞纹间宽的影响。结果表明:顺打时鳞纹高度随摩擦因数的增大而增大,逆打时鳞纹高度随摩擦因数的增大而减小,两种方式下鳞纹间宽基本不变。利用改装的铣床作为平台进行成形实验,采用Leica DCM3D白光共聚焦仪对工件表面产生的鳞纹截面参数进行了测量。就实测工况而言,实验与仿真结果基本一致,表明了仿真的正确性。通过选择滚打方式和工艺参数实现对冷滚打成形鳞纹缺陷的抑制,为提高制件表面质量和尺寸精度提供参考。  
        关键词：冷滚打;鳞纹;摩擦因数;滚打轮   
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      • 刘通,许希武,林智育
        2017, 39(2): 353-359. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.019
        摘要：在Abaqus有限元软件中,建立复合材料层合板单钉单剪螺栓连接结构的三维有限元模型,引入三维Hashin准则作为失效判据,同时考虑拧紧力矩因素,分别采用分区退化方案和整体退化方案对不同厚度层合板单钉单剪螺栓连接结构的失效过程和连接强度进行分析预测。计算结果与试验结果的对比表明:普通退化方案得到的位移载荷曲线折减不够,且最终不能下降,采用分区退化模型的计算结果较为准确;随着板厚的增加,螺栓连接强度呈下降趋势,且下降速度由快变慢,即随着层合板厚度的增加,结构承载能力的提升程度减小;合适的拧紧力矩可以增大结构的极限强度,过大的拧紧力矩不利于结构的承载。  
        关键词：复合材料;单钉单剪;分区退化;厚度;拧紧力矩   
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        发布时间：2022-09-22
      • 郝志勇,张佩,闫闯,宋振铎
        2017, 39(2): 360-366. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.020
        摘要：为研究采煤机端盘截齿的载荷特性,以MG500型采煤机滚筒为研究对象,采用非线性动力学仿真软件LSDYNA建立采煤机螺旋滚筒与被截割煤岩的有限元模型,利用该模型研究了斜切工况下端盘截齿的受力特点和截齿载荷特性随安装参数的变化规律。研究表明:斜切进割过程中,端盘截齿截割阻力和滚筒截割阻力矩随端盘截齿圆周切向安装角的增大而减小,随端盘截齿截距的增大而增大;滚筒截割阻力矩的特征值均随圆周切向安装角的增加其减小的趋势随之减缓,随截距的增大其增加的趋势也随之增强;为使滚筒拥有良好的截割性能,端盘截齿宜选用较大的圆周切向安装角和较小的截距。  
        关键词：端盘截齿;有限元模型;圆周切向安装角;截距   
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      • 朱花,杨辉
        2017, 39(2): 367-372. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.021
        摘要：基于设计的一款新型自动爬梯轮椅,在驱动电机提供的转矩、乘坐人员及轮椅自重的共同作用下,首先计算得出了爬每级楼梯的时间;然后借助Ansys Workbench中的瞬态动力学模块对爬梯机构进行了柔性体运动学分析,得到了爬梯机构中直接运动构件机械脚1的运动特征曲线,并对轮椅爬梯运动中出现的不稳定现象提出了改进方案;同时进行动力学分析,得到了爬梯机构各构件的等效位移与等效应力随时间的变化曲线,完成了对爬梯机构柔性体机械系统的运动学分析与动力学分析;最后对爬梯机构进行优化设计,其优化结果比原模型质量降低了20.74%,节约了制造原材料,同时为这类轮椅的优化设计提供理论依据。  
        关键词：新型自动爬梯轮椅;瞬态动力学;柔性体仿真;优化设计   
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        发布时间：2022-09-22
      • 范渊,李言,杨明顺,姚梓萌,柏朗
        2017, 39(2): 373-379. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.022
        摘要：金属板料单点增量成形件精度不足是制约该技术发展的一项重要因素,径向精度是成形件精度的重要组成部分。金属材料采用1060铝板,主要对单点增量成形过程中造成径向误差的原因进行分析,利用Abaqus有限元分析软件,建立单点增量成形有限元模型,分析工具头直径、层间距、进给速度、板料厚度、成形角度等工艺参数对径向误差值的影响,并通过实验验证有限元模拟的正确性。结果表明:径向误差值随着工具头直径、层间距、成形角度和板料厚度的增大而增加,进给速度对径向误差影响不显著。  
        关键词：单点增量成形;径向精度;实验研究;有限元分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵丽娟,赵名扬,马强,鲍文杰
        2017, 39(2): 380-385. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.023
        摘要：为了提高采煤机滚筒的工作性能和设计效率,基于Matlab与Excel联合开发了采煤机滚筒辅助设计软件,可快速生成截齿排列图、载荷曲线、切削图及txt载荷文本,为采煤机滚筒三维实体参数化建模和动态可靠性研究提供依据;综合考虑采煤机牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角及截齿排列方式对滚筒落煤及装煤性能的影响,找到使其整体工作性能最优的设计参数;基于实际工况,找到了新型大采高(6.5 m)采煤机螺旋滚筒的最佳设计方案,在截割电机额定功率下,使最大切削面积达12 094 mm~2,截割比能耗最低至0.385 9 kW·h/m~3,为采煤机滚筒的设计及优化提供了一种快速、便捷的方法。  
        关键词：滚筒;辅助设计;工作性能;截齿排列;切削图   
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        发布时间：2022-09-22
      • 方子帆,吴行,曹钢,何孔德,葛旭甫,谢旭光
        2017, 39(2): 386-391. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.024
        摘要：针对动态拉压与剪切组合载荷作用下随动装置回转机构的螺栓连接发生松动现象,采用虚拟样机技术和有限元分析方法,研究失效机理及其影响因素。基于虚拟样机技术,提取回转机构故障螺栓连接结构的载荷;用有限元方法分析螺栓连接结构的螺栓数量、预紧力、连接件厚度、弹簧垫片的影响规律;建立数字化分析的评价指标体系,指导防松措施改进设计。以某型随动装置回转机构螺栓改进设计研究为例,基于数字化设计分析技术进行了螺栓连接松动机理研究,结论表明,改进设计与实际工程相符,螺栓连接结构不再发生松动失效。  
        关键词：螺栓连接结构;动态组合载荷;松动机理;评价标准   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张海平,刘晓丹,王甲昌,孙明光
        2017, 39(2): 392-396. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.025
        摘要：通过对旋转运动与往复运动转换机理的研究,设计了一种新型旋转冲击复合钻井工具,利用一对由啮合棘轮组成的冲击发生机构产生高频轴向冲击和振动,提供了一种将螺杆钻具的高速旋转与冲击器的高频冲击相结合的破岩方式。对冲击发生及能量传递机构、防掉及防磨扶正机构、动力及联动机构展开了详细的结构设计分析。利用Creo Parametric 2.0软件完成了冲击发生及能量传递机构三维实体造型及整体装配,并对其进行了运动仿真和室内原理验证试验,结果表明,冲击发生机构能够实现将旋转动力转化为从动件的往复冲击,工具工作原理可行,结构简单,具有良好应用前景。  
        关键词：旋冲钻井;啮合棘轮;冲击发生机构;运动仿真   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 杨莺,叶超,邹声勇
        2017, 39(2): 397-403. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.026
        摘要：基于热传导理论和热弹性力学理论,对矿井提升机的制动过程进行了数值模拟。分析了制动过程中制动盘表面上边界条件的变化规律,并着重探讨了制动过程中制动盘表面对流换热系数的计算方法。在变物性的前提下,依据实际的几何尺寸,建立矿井提升机制动盘循环对称三维有限元模型,研究不同制动工况下制动盘的温度场和应力场分布。文中还对热应力的计算方法进行了探讨,并分析比较了各种方法的优劣性。研究结果表明:制动盘的温度应力分布与制动初始速度和加速度的大小密切相关。本研究为提升机提升速度和制动加速度的优化和高性能制动系统的设计开发提供了重要的参考依据。  
        关键词：制动盘;温度场;应力场;数值模拟   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙首群,韦忠爽,戴锡春,卢华阳
        2017, 39(2): 404-409. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.027
        摘要：连续热镀锌生产过程中,锌液的表面会出现大量浮渣,如不及时清除,可能会粘附在热镀锌板表面,导致表面缺陷。渣体的产生与锌液物理场密切相关,同时除渣环节会引起物理场的变化,因此有必要对锌液物理场开展系统性研究。通过构建锌锅及锌液的几何模型,采用标准k-ε双方程湍流模型,获得流域内物理场(速度、温度、浓度场)分布规律,确定漩涡分布特性,以及除渣动作过程中各物理量随时间变化的规律。通过理论计算,可以有效预测锌锅内锌渣的分布规律以及除渣作业危险区,为除渣机器人的设计提供重要理论依据,确保镀锌层质量,提高除渣效率。  
        关键词：热镀锌锅;锌渣;物理场;危险区;镀锌质量   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 郑松林,周亚捷,冯金芝,于佳伟
        2017, 39(2): 410-416. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.028
        摘要：试车场实测载荷谱含有大量的低幅值载荷,为删除小载荷进而加速试验,传统的载荷谱编制方法一般是基于应力应变的损伤编辑,而工程实际中应力应变信号往往很难获得。考虑到这种情况,提出了一种新的基于伪损伤保留的小载荷删除准则。针对某轿车前副车架的疲劳试验,应用该方法对其原始载荷谱进行编辑处理,生成伪损伤保留比例为90%的加速谱,从时域、幅值域和频率域三方面对原始谱和加速谱进行对比分析,结果表明该方法在保留载荷的损伤特性,保证载荷谱的统计特征、雨流矩阵特征和频率特征一致性的基础上实现了加速,加速谱可代替原始谱进行耐久性试验。最后建立台架试验,试验结果表明加速试验在有效节约试验时间的同时实现了与采用原始载荷谱试验的结果一致性,并验证了提出的耐久性试验载荷谱编制方法的合理性。  
        关键词：副车架;伪损伤保留比例;载荷谱处理;耐久性试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 徐鹤鸣,黄再兴,强磊,萧业
        2017, 39(2): 417-422. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.029
        摘要：在损伤本构模型基础上,依据Lemaitre-Chaboche塑性损伤理论,建立了一种新的齿轮材料疲劳损伤模型,导出了齿轮材料的疲劳寿命理论方程,结果表明基于损伤本构的疲劳损伤模型正确反映了材料属性、三轴应力比、应力幅值水平对疲劳寿命的影响,而且给出了这种新的理论疲劳理论模型算例验证,分析了该模型与传统名义应力S-N曲线形式的统一性,为预测齿轮材料的寿命提供了一种新的途径。  
        关键词：齿轮弯曲应力;有限元分析;Lemaitre-Chaboche塑性损伤理论;疲劳损伤模型;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李冲,谢禹钧
        2017, 39(2): 423-427. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.030
        摘要：作为评估管裂纹断裂韧性的重要参量,应力强度因子的确定尤为重要。为了更好地解决工程实际问题,大多数为三维裂纹问题,采用基于虚功原理和弯曲理论的裂纹张开能量释放率,即G*积分理论来求解带边界平椭圆截面管裂纹问题,得到拉伸载荷作用下平椭圆形截面管裂纹应力强度因子的G*积分表达式。给出的方法计算简单,能够得到封闭解。  
        关键词：断裂力学;平椭圆形截面管;G*积分;应力强度因子   
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        发布时间：2022-09-22
      • 花菲菲,郑松林,冯金芝,于佳伟
        2017, 39(2): 428-434. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.031
        摘要：传统编谱方法对低幅载荷只考虑其损伤作用,没有考虑零件的低载强化特性。以某轿车摆臂为对象,编制了耐久性试验用程序载荷谱,再分别按照传统损伤理论与低载强化理论预估零件的疲劳寿命,比较分析两种理论在疲劳寿命预测上的差异。台架试验结果表明,考虑低载强化作用的寿命预测方法对零部件的寿命预测具有更高的精度,这对汽车零部件耐久性试验失效模式和耐久性里程的更精确推断具有重要意义。  
        关键词：耐久性试验;寿命预测;低载强化理论   
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        发布时间：2022-09-22
      • 宋博,祝青钰,曾照洋
        2017, 39(2): 435-440. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.032
        摘要：飞机机体结构疲劳失效几乎都发生在紧固件孔的孔边位置,结构疲劳断裂会导致飞机出现灾难性的事故,PHM技术可用于预报疲劳故障何时可能发生,从而实现自助式保障,降低使用和保障费用。基于失效物理模型,建立连接件疲劳寿命的预测方法,方法首先求解含孔构件的应力严重系数和疲劳缺口系数,然后对应变-寿命曲线的弹性段进行了修正使局部应力应变法同时适用于高、低周疲劳寿命的预测。结果表明,建立的疲劳寿命预测方法的计算结果与疲劳试验结果相比误差小于17%,说明了方法的有效性。  
        关键词：PHM;应力严重系数;局部应力应变法;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 席佳利,张雷,杨林,解鹏
        2017, 39(2): 441-445. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.033
        摘要：为了满足轻小型离轴三反相机精度高、质量小的要求,采用了一种以碳纤维桁架杆结合钛合金安装基板的空间相机主支撑结构。通过分析对比各种空间相机主支撑结构的优缺点,结合本文所述光学系统的特点,确定了次镜安装基板和折叠镜安装基板分开支撑的支撑方式。对初始的主支撑结构进行以一阶频率为优化目标,质量为约束条件的动力学尺寸优化,并对最终的主支撑结构特性进行了有限元分析和试验验证。有限元分析和振动试验表明:在主支撑结构质量不大于4 kg的条件下,所研制的离轴三反相机主支撑结构力学性能指标均满足设计要求,其中一阶频率达到291.4Hz。该离轴三反相机主支撑结构设计方案可以作为其它同型相机结构设计的技术参考。  
        关键词：主支撑结构;动力学尺寸优化;离轴三反相机;桁架结构   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李坤全,文睿
        2017, 39(2): 446-451. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.034
        摘要：微小型发动机,因其结构简单、工作可靠、效率高等优势,广泛应用于农用机械、摩托车等设备中,尤其是割草机、链锯产品。针对实际使用的微型发动机缸体进行三维建模,运用稳态温度场有限元分析方法,对发动机缸体额定转速情况下的稳态温度场进行了模拟计算,得到发动机缸体散热片温度分布较高关键部位。针对关键部位散热片建立简化模型,研究散热片间距、数量、厚度等主要结构参数对发动机缸体温度场数值的影响规律。研究结果对于优化微小型发动机缸体结构设计参数以及提高微小型发动机缸体散热性能具有理论指导意义。  
        关键词：微小型发动机;稳态温度场;散热片;结构参数   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵丽娟,周文潮,田震,孟洋
        2017, 39(2): 452-456. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.035
        摘要：设计一种液压机械手臂,实现转炉滑板的安装拆卸与运输的机械化、自动化。为验证设计的合理性,通过Pro/Engineer、Adams、Ansys构造协同仿真平台,建立关键零件为柔性件的安装臂刚柔耦合虚拟样机模型。根据机械手臂的实际应用情况,确定液压缸的伸缩范围,并对其进行验证,确保能够满足使用要求。通过Adams进行运动学和动力学仿真分析,得到安装臂的运动状态位移曲线及加载抬升的过程中安装臂的高动应力区域。基于Ansys软件对安装臂进行约束模态分析,获取安装臂的固有频率和振型,为其结构强度优化以及耐冲击、抗振能力的提高提供参考。  
        关键词：转炉滑板;液压机械臂;虚拟样机技术;刚柔耦合;约束模态   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈向明,张阿盈,柴亚南,刘红武,王力立,于飞
        2017, 39(2): 457-462. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.036
        摘要：针对含离散源损伤复合材料机翼壁板机械连接修理结构,开展了机械连接修理结构渐进式破坏有限元分析技术的研究和验证。建立了利用梁元耦合解析刚性面模拟螺钉,采用适用于平面应力状态的LaRC05强度准则和B-K准则作为复合材料层板和胶接界面失效判据的机械连接修理结构有限元分析模型。在此基础上,通过编写用户自定义材料子程序(UMAT),实现了材料失效准则与刚度退化方案在商用软件Abaqus中的应用和机械连接修理结构承载能力的求解。计算结果表明,对于大规模螺钉连接的复杂修理结构,所采用的有限元建模和分析方法有效可行。与试验结果相比,结构承载能力数值分析与试验值吻合良好,误差在5%以内,预测的失效模式也与试验结果一致。  
        关键词：复合材料机翼;加筋壁板;离散源损伤;修理;评估方法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王世江,邹仁平
        2017, 39(2): 463-466. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.037
        摘要：球磨机的理论分析对于球磨机的强度设计和生产率的估算等工作都是十分必要的,但由于其影响因素多而复杂,其数学建模和理论分析都存在许多困难。在一定的理论假设下,利用力学原理分析了球磨机转筒内物流被抛射后与转筒碰撞时的撞击力计算问题,给出了撞击力与抛射角之间的函数关系,并通过数值算例和对分迭代方法进行了优化计算,得到了最大撞击力与抛射角的对应结果,最后通过实际球磨机生产企业提供的产品规格参数进行了计算对比,说明了方法的可行性和正确性。  
        关键词：球磨机;撞击力;抛射角;力学分析;优化计算   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吕中宾,赵书杰,刘竹丽,王祝新,杨威
        2017, 39(2): 467-473. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.038
        摘要：线夹松动或脱落是间隔棒失效的重要因素之一,因此对线夹强度的研究至关重要。基于Ansys有限元分析软件,以某加强型间隔棒线夹为对象,采用Mooney-Rivlin橡胶本构模型,以预刚体位移模拟线夹对导线的预夹紧,施加顺线握力和扭握力矩载荷,模拟导线覆冰及风舞等不均匀载荷作用工况,进行非线性有限元仿真分析,并与试验结果对比。结果表明新型线夹强度及夹紧性能符合DL/T1098-2009判定要求,夹头橡胶垫对导线起到了减小磨损和保护作用,同时验证了间隔棒线夹有限元模型的正确性。为线夹结构改进提供了有益的参考,为进一步高压输电线路系统防风舞动仿真研究奠定了基础。  
        关键词：间隔棒线夹;非线性有限元;预夹紧;顺线握力;扭握力矩   
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        发布时间：2022-09-22
      • 邱海飞
        2017, 39(2): 474-478. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.039
        摘要：为了促进涡旋压缩机的高速低振化,减小机体振动和运行噪声,建立了主轴传动系统的等效力学模型和动平衡方程。开发了基于APDL的主轴组件参数化有限元建模程序,在此基础上实现了主轴系统动平衡性能优化,确定了更为合理的配重质心位置(即质心回转半径:R2、R3)。指出:减小R2、增大R3可使主轴在动平衡状态下适应更高的工作转速。优化设计结果将主轴系统1阶自振频率f1提高了9.49 Hz,有效改进了主轴系统的动力学性能。  
        关键词：动平衡;涡旋压缩机;回转半径;振动;参数化;改进;有限元   
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        发布时间：2022-09-22
      • 何良,吴长水,李启杰,姜自才
        2017, 39(2): 479-483. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.040
        摘要：针对太阳辐射对乘员舱内部热环境影响较大的问题,根据雷诺平均(RANS)的方法,采用射线追踪的方法计算了太阳辐射对乘员舱内部温度场的影响,并定量地分析了隔热玻璃的使用对乘员舱温度场的影响。计算结果表明太阳辐射和人体散热对车内温度场均存在明显的影响,采用隔热玻璃能有效地降低太阳透射辐射强度,使得太阳透射辐射平均强度降低了14.4%,仪表盘区域的最高温度降低了3.5℃。研究结果为乘员舱内部热环境的优化提供了新的思路和手段。  
        关键词：乘员舱;数值模拟;温度场;太阳辐射;隔热玻璃   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘超群,王海波,吴元科
        2017, 39(2): 484-488. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.041
        摘要：为了实现助力外骨骼长时间稳定可靠运行的目的。以助力外骨骼原理样机液压动力单元为研究对象,采用傅里叶级数拟合方法建立了助力外骨骼运动学模型,分析助力外骨骼液压系统,得到助力外骨骼液压动力单元所需散热功率。利用Ansys仿真软件对助力外骨骼液压动力单元进行建模和热仿真,分析助力外骨骼液压动力单元实际散热功率和温度场,针对助力外骨骼液压动力单元温升问题提出相应的解决方案。  
        关键词：Ansys;助力外骨骼;热仿真;液压动力单元   
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        发布时间：2022-09-22
      • 胡锫,王树英,陈有松,韩红阳
        2017, 39(2): 489-492. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2017.02.042
        摘要：首先,建立对标车架有限元模型,对对标车架进行了模态、刚度性能仿真,并对对标车架进行了模态、刚度试验,验证了该车架有限元建模方法可用于新款车架的开发;针对新开发车架一阶扭转模态、弯曲刚度性能不满足要求,进行了车架优化设计,从增大梁截面与增加内部加强件两方面分别提出改进方案;应用普氏分析法,选用最佳优化方案,完成车架结构集成性能开发。  
        关键词：有限元建模;模态试验;刚度试验;优化设计   
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        发布时间：2022-09-22
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