最新刊期
      2018 年 第 4 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 毛君,杨辛未,宋秋爽
        2018, 40(4): 763-769. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.001
        摘要：针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机导向滑靴和平滑靴的支撑特性、摇臂的刚度以及调高油缸的支撑刚度,建立了采煤机在竖直方向上6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒在竖直方向所受到的载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了摇臂不同举升角对采煤机竖直方向振动特性的影响。结果表明:当举升角在17°~37°之间变化时,对前滚筒、摇臂的振动位移影响较大,变化范围分别为21.552 1 mm~15.424 mm、9.400 5 mm~3.306 4 mm;由于实际工况下,采煤机整机在低频范围内振动,因此举升角的变化对其振动加速度的影响不敏感。  
        关键词：采煤机;举升角;振动特性;数值分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王兵,徐振邦,杨剑锋,王晓明,吴清文
        2018, 40(4): 770-777. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.002
        摘要：为模拟卫星、空间站等空间平台的微振动,设计了一种基于Gough-Stewart构型的多维微振动模拟器。首先,介绍了多微振动模拟器的结构设计,并利用牛顿-欧拉法对模拟器进行建模,该模型考虑了负载和上平台的质心与随体坐标原点不重合的情况,结合虚功原理推导出固有频率及其主振型的数学解析式。然后,分别使用有限元法及解析法对微振动模拟器进行了模态分析,得到模拟器的前六阶固有频率,其理论分析值与仿真结果之间的最大误差为4.17%。最后,研制出一套微振动模拟器的原理样机,并对其结构特性进行了测试。实验结果表明:该模拟器的有效工作频率可达100 Hz,能够满足微振动实验需求。  
        关键词：空间光学载荷;微振动;Gough-Stewart构型;模态测试   
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        发布时间：2022-09-22
      • 姚鹏,李楠楠,曹智军,李和林,邢军伟,刘国宁
        2018, 40(4): 778-784. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.003
        摘要：针对具有以太网功能的Fanuc数控机床和数字化检测设备,利用SQL Server数据库和.Net平台,开发一套基于Socket通信和多线程技术的数控机床和设备远程监控DNC(distributed numerical control)系统。系统可以对多台数控机床和具有通讯功能的质量检测设备同时进行数据的实时采集,并实现机床和设备的状态信息监控、数据集成管理、效能分析、远程故障诊断、车间生产管理和产品质量管控等功能,保障数据的完备性,实现了制造基础数据的集成。介绍了Fanuc数控机床远程监控DNC系统的系统架构设计,针对每一个功能模块的设计和实现方法进行了论述,并对系统程序的工作流程、数据的解析方法和报警监控机制进行了介绍。通过在制造工厂的实际应用,验证了系统的可靠性。  
        关键词：Fanuc数控系统;DNC系统;远程诊断;数据分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 杨乐
        2018, 40(4): 785-789. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.004
        摘要：针对正交局部保持映射(OLPP)应用于故障诊断存在识别精度不高的问题,提出了基于半监督邻域自适应正交局部保持映射(SSNA-OLPP)维数约简的故障诊断新方法。该方法首先基于局部特征尺度分解(LCD)和时域、频域特征构造能全面表征故障的特征集,然后利用SSNA-OLPP对特征集进行降维以获得辨识度更高的低维特征,最后将低维特征输入SVM进行故障识别。SSNA-OLPP在局部聚集系数的指导下能够自适应的调整邻域参数,同时还利用部分样本的类别标签信息调整原始特征空间中样本间的权值矩阵,能够获得更有效的低维流形,提高了故障诊断的精度。滚动轴承故障诊断实验验证了该方法的有效性。  
        关键词：故障诊断;维数约简;正交局部保持映射;滚动轴承   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙伟,李新民,金小强,黄建萍,张先辉
        2018, 40(4): 790-795. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.05
        摘要：针对局部均值分解(Local mean decomposition,简称LMD)方法难以提取滚动轴承早期微弱故障的问题,提出了基于最大相关峭度解卷积(Maximum Correlated Kurtosis Deconvolution,简称MCKD)和LMD的滚动轴承早期故障诊断方法。首先采用MCKD方法对故障信号进行降噪处理,同时增强信号中的周期成分,然后进行LMD分解,将得到的PF分量与分解前信号的相关系数作为判断标准,剔除多余低频PF分量,最后,选取有效PF集进行频谱分析,提取故障特征。通过仿真数据和真实滚动轴承故障诊断实验数据表明,该方法可有效提取早期故障特征频率信息,具有一定可靠性。  
        关键词：滚动轴承;故障诊断;LMD;MCKD   
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      • 黄培
        2018, 40(4): 796-801. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.006
        摘要：深度学习能够使包含多个处理层的计算模型去学习含有多层次抽象表示的数据。这种学习方式在最先进的语音识别、视觉物体识别、物体检测以及许多其它领域,比如生物基因学和医学等都带来了明显的改善。深度学习能够发现大数据中的复杂结构,而卷积神经网络作为深度学习的重要模型之一在处理语音、图像、视频和文本等方面带来了新的突破。它是利用BP算法来引导机器如何从前一层获取误差来调整本层的参数,从而使这些参数更有利于模型的计算。针对传统BP算法存在的收敛速度慢、常陷入局部极小点的不足,提出了一种快速的BP改进算法。利用改进后的卷积神经网络分别在数据集MNIST、英文字符识别以及医学图像中做实验验证,仿真结果表明了该算法的有效性。  
        关键词：深度学习;卷积神经网络;改进BP算法   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 辛亚军,张立伟,刘小蛮,程树良,李慧剑
        2018, 40(4): 802-809. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.007
        摘要：采用落锤低速冲击试验测试蜂窝铝夹芯板的动态力学性能,研究了其破坏形态、破坏过程和典型荷载-位移曲线,分析了冲击速度和面板厚度两个因素对夹芯板极限冲击承载力和吸能量的影响,并和准静态试验下相应面板厚度的夹芯板进行力学性能对比。试验结果表明,蜂窝铝夹芯板的典型冲击荷载-位移曲线呈现出五个主要阶段,在不同冲击速度下夹芯板的极限冲击承载力和吸能量基本一致,而随着面板厚度的增加,夹芯板的极限冲击承载力和吸能量随之增加,三种不同面板厚度的夹芯板在落锤低速冲击作用下的极限冲击承载力和吸能量比在准静态作用下提高。  
        关键词：蜂窝铝;夹芯板;冲击速度;面板厚度;极限冲击承载力;吸能量   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张富兵,邬平波,屈升
        2018, 40(4): 810-814. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.08
        摘要：为分析某地铁车辆上轮对安全吊开裂原因,对安全吊分别进行了模态分析和模态试验,最终确定了存在340Hz和990 Hz附近的固有频率。同时为了获得运营过程中安全吊的加速度和动应力水平,对该车辆进行了线路跟踪试验。根据试验数据发现,由于轨道波磨激励的存在导致安全吊的加速度和动应力在340 Hz左右的能量明显,说明一阶模态被激发产生了共振。对比轨道打磨前后的动应力数据对安全吊的疲劳寿命进行评估发现,轨道波磨产生的疲劳损伤极大的缩短了安全吊的使用寿命。  
        关键词：安全吊;振动疲劳;模态分析;轨道波磨;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 宋鹍,张晓迪,丁军,黄霞,何晓进,王佳斌,王路生
        2018, 40(4): 815-821. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.09
        摘要：为获得20Cr Mn Ti动态起裂韧度,利用改进式霍普金森压杆对三点弯曲试样施加冲击载荷,通过弹簧质量模型确定动态应力强度因子随时间的变化规律,采用应变片监测裂纹起裂时刻。通过上述实验过程得到20Cr Mn Ti在平面应变条件下I型裂纹扩展动态起裂韧度。实验过程中,利用波形整形技术有效抑制了应力波传播过程中由横向惯性效应引发的几何弥散畸变,保证了测点处应力波信号与加载点应力波的一致性;利用高速摄像系统跟踪动态断裂过程,并结合GOM Correlate软件对加载过程中试样表面应变场的变化进行分析,观察到裂纹起裂前试样已达到动态应力平衡状态,验证了实验方案和测试结果的有效性。实验结果表明,20Cr Mn Ti动态起裂韧度随着加载率的增加而增大,呈现出明显的加载率敏感性。  
        关键词：20CrMnTi;霍普金森压杆;弹簧质量模型;高速摄像系统;GOM Correlate;动态起裂韧度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 胡静,路明建,张永,张银波
        2018, 40(4): 822-826. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.010
        摘要：利用一级气炮系统分别发射半球形头弹与钝头弹进行铝蜂窝夹芯板的冲击试验,分析弹体头部形状对弹道极限、夹芯板失效模式和能量吸收率的影响规律及机理。结果表明:钝头弹冲击铝蜂窝夹芯板的弹道极限高于半球形头弹;弹体头部形状对铝蜂窝夹芯板的失效模式存在显著影响;夹芯板受钝头弹冲击的能量吸收率明显高于半球形头弹,但随着弹体初动能的增加,二者间的差异逐渐减小。  
        关键词：弹体头部形状;铝蜂窝夹芯板;弹道极限;失效模式;能量吸收率   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吴海利,安春香,余潇,鲁连涛
        2018, 40(4): 834-838. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.012
        摘要：对Ni-Cr合金分别用不同频率进行室温低周疲劳试验(0.1 Hz~0.3 Hz,10~3~10~5周次)、常规高周疲劳试验(150 Hz,10~4~10~7周次)和超高周疲劳试验(20 k Hz,10~5~10~9周次),对三种疲劳形式下的应力寿命试验结果进行比较,并采用三参数幂函数能量-寿命曲线对试验数据进行统一表征。对疲劳断口进行扫描电镜观察分析可知:随着疲劳载荷幅的降低,疲劳裂纹源呈现由多处表面裂纹萌生转换为单个表面裂纹萌生,再转换为次表面裂纹萌生的趋势。  
        关键词：镍基合金;低周疲劳;高周疲劳;超高周疲劳;次表面裂纹萌生;三参数幂函数能量法;频率效应;孪晶   
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      • 赵捷,浮宗霞
        2018, 40(4): 839-843. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.013
        摘要：针对光学玻璃加工中存在效率低、存在表面微裂纹等问题,采用超声辅助铣削工艺,基于超声振动高频冲击效应,研究切削参数及声学参数对铣削力的影响,建立了光学玻璃超声振动铣削的铣削力模型。通过对比实验研究,对超声振动铣削和常规铣削光学玻璃,讨论了铣削速度、每齿进给量、铣削深度等因素对铣削力的影响。实验结果表明,在超声铣削情况下,铣削力与常规铣削力相比大幅度降低。  
        关键词：超声振动铣削;光学玻璃;铣削力;多因素正交实验方法   
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        发布时间：2022-09-22

        微电子机械系统

      • 史君林,赵建平
        2018, 40(4): 844-851. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.014
        摘要：利用内聚力模型模拟多晶体的沿晶断裂,建立符合实际情况的有限元模型是一个难点。使用Matlab,Python语言和Abaqus混合编程,提出了一套简单快速生成晶粒尺寸符合对数正态分布的Voronoi几何模型的算法;通过编写代码插入节点单元,实现了在界面之间批量插入了零厚度内聚力单元,首次解决了三个零厚度内聚力单元界面处(三晶交)出现的空穴问题,弥补了内聚力模型缺陷;通过二次开发实现了有限元分析的全部过程的自动化,包括赋予材料属性,材料取向、载荷施加,模型求解等。最后以多晶铝为例,使用该方法模拟了在没有初始损伤下多晶铝的沿晶断裂过程,结果表明使用该方法准确可靠,能真实地反映随机微观晶粒的裂纹萌生与扩展过程。  
        关键词：沿晶断裂;三晶交;Voronoi图;零厚度内聚力单元;二次开发;混合编程   
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        发布时间：2022-09-22
      • 周江贝,孙秦,陈先民
        2018, 40(4): 852-856. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.015
        摘要：宏微观双尺度弹塑性模型通过宏微观联系因子获得微观尺度上的塑性应变,它是探讨高周疲劳损伤累积及其破坏机理的有效理论方法。基于双尺度弹塑性模型基本理论,研究了宏观载荷作用下具有塑性强化机制的微观应力应变演变规律,编写程序算法实现了比例混合塑性强化微观应力应变滞回曲线的求解。利用有限元软件Abaqus建立了三维实体模型,通过弹塑性分析获得相应的应力应变及其等效应力应变滞回曲线。对比有限元与本文算法结果,验证并校核了双尺度模型算法的有效性。  
        关键词：宏微观双尺度模型;线性混合塑性强化;有限元模型;算法程序;滞回曲线   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王澍沁,王弼陡,吕丹辉,杨维,孙海旋
        2018, 40(4): 857-862. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.016
        摘要：在MEMS技术的基础上,设计了一种梳齿式二维微纳传感器的芯片结构。通过应用硅基力敏感结构,实现了将微弱不可测力学信号转换为可测电信号;建立有限元模型,分析计算了微力传感器的结构和电学特性,得到了力学信号与电学信号的对应关系;对模型进行了模态分析和谐响应分析,验证了结构的固有频率和谐响应频率远离系统的工作驱动频率,保证了芯片的工作稳定性和测量精度。仿真分析结果表明,微力传感器芯片的力和力矩的分辨率分别达到2.85μN和0.0382μN·m,信号转换线性度分别达到0.999 6、0.999 9。模态固有频率(第一阶、第二阶)和谐响应频率分别为783.28 Hz、1 294.3 Hz和770 Hz,均满足性能指标要求。  
        关键词：微电子机械系统(MEMS);力传感器;二维;梳齿结构;物理设计   
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        优化·可靠性

      • 沈亚栋,封建湖,程晓晗
        2018, 40(4): 863-868. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.017
        摘要：针对利用传统水平集法(level set method,LSM)进行热传导结构拓扑优化计算过程复杂及计算效率低等问题,本文将参数化水平集法(parametric level set method,PLSM)引入热传导结构拓扑优化中,通过紧支径向基函数(compactly supported-radial basis functions,CS-RBFs)插值初始的水平集函数,建立了以CS-RBFs的插值系数为设计变量,结构的散热弱度为目标函数以及材料体积为约束的热传导结构拓扑优化模型,再通过移动渐近线法(method of moving asymptotes,MMA)更新CS-RBFs的插值系数,结构的优化过程转化为插值系数的更新过程,由此得到最优拓扑。数值算例结果表明利用参数化水平集法(PLSM)与传统的水平集法(LSM)得到的拓扑结果基本一致,验证了该法的可行性和有效性。  
        关键词：参数化水平集法;拓扑优化;热传导结构   
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      • 赵丽娟,范佳艺
        2018, 40(4): 869-874. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.018
        摘要：滚筒是采煤机截煤时的主要工作机构,其结构参数及运动参数会直接影响采煤机的工作效率及工作可靠性。基于虚拟样机技术建立了采煤机刚柔耦合模型,通过动力学仿真获得采煤机关键零件等效应力值;仿真不同滚筒转速、牵引速度、滚筒螺旋升角及截线距下截割部摇臂壳体及行星架的等效应力值,获得了滚筒结构、运动参数对采煤机截割部关键零件可靠性的影响趋势;结合神经网络技术,以不同滚筒结构、运动参数下采煤机关键零件的等效应力值作为神经网络训练样本,对螺旋升角优化设计,获得在关键零件应力值最小时的滚筒螺旋升角。该研究为滚筒结构、运动参数的选取提供更为准确的理论依据,具有一定的工程应用价值。  
        关键词：采煤机;滚筒;可靠性;神经网络;优化设计   
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      • 章力,徐东,张书锋,蒋远翔
        2018, 40(4): 875-881. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.019
        摘要：在纤维增强复合材料中,纤维的随机分布可能会引起复合材料纵向压缩特性的分散性。为模拟纤维在复合材料横截面上的随机分布,提出了一种新的纤维随机分布生成算法——拉丁超立方随机序列膨胀法(Latin Hypercube Sampling based on Random Sequential Expansion,LHS-RSE),可高效模拟纤维增强复合材料中横截面上高达70%纤维体积比的随机分布。基于Abaqus/Standard建立了单向纤维增强环氧树脂基复合材料T300/914的三维有限元模型,研究了纤维随机分布对复合材料纵向压缩特性的影响。研究结果表明,纤维在横截面的随机分布会明显降低复合材料的纵向压缩强度,并且引起的复合材料纵向压缩强度随机变化,其随机性近似为正态分布或对数正态分布。  
        关键词：复合材料;有限元;纤维随机分布;压缩强度;拉丁超立方抽样   
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        发布时间：2022-09-22
      • 马超凡,赵礼辉,杨振毅,冯金芝,郑松林
        2018, 40(4): 882-889. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.020
        摘要：基于某型商用车前桥,提出了一种基于二次优化思想的轻量化设计方法。建立了该前桥有限元模型并进行仿真分析,结合疲劳耐久试验探究前桥真实载荷情况,验证了有限元模型的准确性。对前桥真实材料进行静载拉伸、弯曲疲劳试验,获得热处理后前桥材料的力学性能指标作为轻量化参考。前桥整体模型进行拓扑优化后基于力学模型进行二次优化,保证前桥结构满足强度、刚度和服役寿命的前提下,实现轻量化设计。最终总质量减少5.7 kg,达到轻量化设计目标。  
        关键词：前桥;材料性能;二次优化;轻量化;结构优化   
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      • 张静,史文谱
        2018, 40(4): 890-894. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.021
        摘要：许多工程问题的数学模型常常归结为二维优化问题,寻求高效率和高精度的优化方法一直是人们研究的热点问题之一。利用调和函数的性质和格林定理研究了调和函数的内点取值与其边界值的关系,说明了其极值的非局域性特点。当二维优化问题的目标函数是调和函数时,其二维寻优将简化为在其有限可行域边界上的一维搜索问题。最后通过四个算例说明了方法的可行性。研究思路和结论可有效推广到三维优化问题的求解。  
        关键词：二维优化问题;调和函数;可行域边界;最大值;一维搜索   
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      • 王春光
        2018, 40(4): 895-900. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.022
        摘要：通过失效模式及影响分析确定了风力发电机齿轮传动系统的主要失效零件,建立了基于动力学的齿轮和滚动轴承可靠性评估模型,同时给出了风力发电机齿轮传动系统可靠性评估模型。采用四阶矩法对行星齿轮接触和弯曲疲劳可靠性灵敏度进行了分析,得到齿轮接触疲劳可靠性灵敏度和弯曲疲劳可靠性灵敏度,结合实例进行了计算,分析了行星齿轮参数对可靠性的影响。  
        关键词：动力学;风电齿轮增速箱;可靠性灵敏度   
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        发布时间：2022-09-22

        设计·计算

      • 李晓琴,陈保淇,杜茜,丁祖德
        2018, 40(4): 901-907. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.023
        摘要：分离式霍普金森杆Split Hopkinson pressure bar(SHPB)试验装置被广泛用于材料在高应变率下力学行为的测量。基于K&C局部损伤混凝土模型对混凝土材料动态抗压试验进行数值模拟,利用SHPB二波法理论重构了混凝土试件的应力应变曲线,分析了混凝土试件破坏规律,证明了K&C局部损伤混凝土模型能较好的模拟混凝土在高应变率条件下的混凝土动态抗压的力学行为,考量了应变率效应对混凝土动态强度的影响,讨论并证明了混凝土动态抗压强度的增加主要来源于结构效应而非材料属性的改变。  
        关键词：混凝土;动力增强因子;应变率;分离式霍普金森杆   
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        发布时间：2022-09-22
      • 倪卫华,江小辉
        2018, 40(4): 908-914. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.024
        摘要：法兰孔与轴的配合状态及法兰轴在孔中的位置误差对精密产品的装配精度有着重要的影响,针对现有研究成果中对孔与轴的配合研究大多忽略三维圆柱度误差的问题,提出一种接触算法,利用相等向量判断准则,有效的计算考虑三维圆柱度误差时的孔与轴实际配合间隙,分析了圆柱度误差和凸角数目对孔与轴实际配合间隙的影响,结果表明,三维圆柱度误差在孔与轴配合间隙分析中不可忽略。根据误差叠加和湮灭原理,综合考虑尺寸误差、三维圆柱度误差和垂直度误差多元误差耦合下法兰孔与轴的配合间隙,在产品装配之前,对法兰轴在法兰孔中的定位精度进行预分析,为后续的装配工艺提供指导,从而提高精密产品的装配效率与装配精度。  
        关键词：接触算法;圆柱度误差;配合间隙;误差耦合;装配精度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 谢哲东,贾雨璇,邵琦,甘新基
        2018, 40(4): 915-922. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.025
        摘要：为满足在有限空间内实现对激光光束角度快速调节的需求,提出一种微型3-PSP空间并联机构,其中静平台的直径为Φ50 mm,机构整体高度范围为74 mm~80 mm;应用封闭环矢量法,建立并联机构运动学模型,得到机构运动学逆解;根据并联机构结构的几何特性求解运动学正解;在运动学逆解的基础上,结合驱动杆行程及机构结构参数,利用数值搜索法分析该机构的工作空间,并在Matlab中建立数学模型,绘制其可达工作空间点集;最后利用Solid Works及Adams协同仿真,对3-PSP并联机构进行正运动学仿真,证明机构能够实现三个自由度的运动,且运动平缓,无突变点。  
        关键词：并联机器人;逆运动学分析;正运动学分析;运动空间分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张二银,王书文,孙跃东,韦键,陈康
        2018, 40(4): 923-929. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.026
        摘要：基于高速盘式制动器的简化有限元模型,利用Abaqus进行复特征值仿真分析,对引起制动啸叫的主要影响因素进行研究。仿真结果表明:低速、高压、摩擦因数-速度曲线负斜率和高摩擦因数情况下,发生制动啸叫的可能性较大。通过不同制动速度和压力的制动实验验证了仿真研究结果的正确性。研究将对有效预防和控制制动啸叫具有指导意义。  
        关键词：高速制动;固有频率;复特征值分析;制动啸叫;制动参数;Abaqus   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 宜亚丽,姬亚萌,郭辉,金贺荣
        2018, 40(4): 930-937. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.027
        摘要：以二齿差摆杆活齿传动为研究对象,基于传热学和摩擦学基本理论,推导出滑差工况下啮合副摩擦热流密度、啮合齿面以及端面对流换热系数计算公式,建立活齿啮合副热分析有限元模型,利用Ansys有限元软件,计算分析处于热平衡状态下的啮合副稳态温度场,结合数值仿真结果揭示了齿形设计参数对稳态温度场的影响规律,结果表明:啮合副稳态温度场由接触区热流密度及各表面对流换热系数共同决定,由于滑滚摩擦产生的温升较大所致,最高温度在中心轮啮合工作齿面宽度的中点附近,基圆半径对啮合面稳态温度影响较大,摆杆长度则影响较小,研究结果为研究啮合副的热变形和热力耦合特性分析奠定基础,从而对二齿差摆杆活齿传动动态设计有指导意义。  
        关键词：二齿差摆杆活齿;热流密度;稳态温度场;齿形设计参数   
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        发布时间：2022-09-22
      • 华建威,黄春跃,梁颖,黄伟,张龙
        2018, 40(4): 938-942. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.028
        摘要：基于Ansys软件建立了板级光互连模块有限元模型,并对模型进行了温振耦合加载分析,获取了耦合条件下应力应变的数据,分析了焊点高度、焊盘直径和焊球体积三种焊点形态参数的变化对焊点应力应变的影响。结果表明:焊点阵列内应力应变由中间位置处焊点向两端边角处焊点逐渐增大;最大应力应变出现于焊点阵列边角处的焊点上;随着焊点高度的增加,焊点阵列的最大应力应变逐渐增大,随着焊盘直径增大和焊球体积的增加,最大应力应变逐渐减小。  
        关键词：光互连;温振耦合分析;焊点阵列;应力应变;有限元分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 廉良冲,蒋瑞斌,伍浩
        2018, 40(4): 943-947. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.029
        摘要：2022合金具有高强度、耐损伤、可时效强化等特点,可用于下一代超音速飞机蒙皮和战车装甲等领域,按构件形状的不同其来料可分为热轧和冷轧的区别。热轧板和冷轧板经时效处理后,发现热轧板较冷轧板的抗拉和屈服强度更高,但延伸率下降。在同种轧制实验条件下,垂直于轧制方向的抗拉和屈服高于沿轧制方向,延伸率降低。通过金相和透射电子显微镜发现,热轧板晶粒较冷轧板细小,再结晶晶粒多,且热轧板的析出相较冷轧板细小、密集的分布在铝基体中,在宏观上反应为抗拉强度及硬度更高。  
        关键词：2022铝合金;热轧;冷轧;金相组织;透射电镜测试   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 陈道云,刘德昆,孙守光,李强
        2018, 40(4): 948-953. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.030
        摘要：应力谱对结构疲劳强度评估和可靠性设计有着重要意义,为了准确评估结构的疲劳强度,通过某型高速动车组实际运营线路上的动应力测试试验,获取动力转向架构架疲劳关键部位的应力-时间历程,采用等距分组方法编制应力谱,结合Palmgren-Miner线性累积损伤理论,计算了不同分组数下应力谱的每公里疲劳损伤值,分析了不同分组数对疲劳损伤的影响规律。结果表明,分组数过少会引起疲劳损伤值的偏差,随着分组数的增加,计算的损伤值逐渐减小,并趋于定值,这是由动车组构架动应力小应力循环高度集中的特点引起的。同时提出了一种适用于构架结构应力谱的不等距分组方法,研究结果可为构架结构的设计提供依据。  
        关键词：转向架构架;应力谱;分组方法;疲劳损伤   
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        发布时间：2022-09-22
      • 石宏顺,钱松荣,张国浩,徐婷,原群盛
        2018, 40(4): 954-960. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.031
        摘要：近场动力学理论(Peridynamic,PD)用于分析工程材料断裂过程中的裂纹扩展问题,键构成了该理论的本构关系,用键的断裂表示材料断裂,但未能用于材料的疲劳分析。基于Miner线性累积损伤理论改进了键传统的断裂准则,提出了键的疲劳断裂准则,构建了适用于高周疲劳断裂分析的PD疲劳断裂模型。以渐开线标准齿轮为例进行弯曲疲劳分析,结果表明PD疲劳断裂模型的疲劳断裂过程与试验结果是一致的,该模型提供了寿命预测与疲劳裂纹扩展为一体的分析方法。  
        关键词：近场动力学;高周疲劳;键;疲劳断裂准则;寿命预测;疲劳裂纹   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈杨柳,宋欣,白承正,盛宏威,张嘉振
        2018, 40(4): 961-965. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.032
        摘要：为了降低大型民机焊接壁板结构疲劳裂纹扩展试验成本,缩短焊接工艺在新型飞机壁板结构上应用的研究周期,利用Abaqus有限元软件,采用预定义温度场法模拟焊接残余应力场,通过有限元模拟得到裂尖应力强度因子值,结合大型焊接壁板结构特点,利用蒙皮材料参数,采用Pairs公式,预测焊接壁板的裂纹扩展速率,并基于该模型研究不同应力比与焊接工艺下试样的疲劳裂纹扩展速率。研究发现,残余应力使有效应力比Reff增加,但随着应力比的增加,影响逐渐降低;有效应力比的变化趋势与残余应力分布趋势相同。焊接残余应力提高了焊接构件的裂纹扩展速率。通过与试验结果进行对比,验证了文中所使用方法的可行性。  
        关键词：裂纹扩展;焊接残余应力;有限元分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张艳军,雷美荣,苏芳
        2018, 40(4): 966-970. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.033
        摘要：以损伤力学理论建立的非线性疲劳损伤模型在多轴疲劳寿命预估中取得了广泛的应用,但该方法并未考虑损伤面的物理意义,将其与临界面法结合能够很好地解决这个问题。以拉扭薄壁圆管疲劳试样作为研究对象,临界面法的相关理论为基础,应用von Mises准则提出一种能够适用于比例和非比例加载的多轴疲劳损伤参量,并考虑相位差对附加强化的影响。新的损伤参量,在考虑临界面上最大剪应变和法向应变的基础上,同时考虑了相位差对多轴疲劳寿命的影响。经3种材料的多轴疲劳试验验证,该模型能很好地预估拉-扭加载条件下的疲劳寿命。方法仅考虑材料的单轴疲劳数据和一些材料常数,便于工程应用。  
        关键词：损伤力学;临界面法;疲劳损伤模型;最大剪应变;多轴疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李云鹏,李峰,魏伟,张红涛,韩思源
        2018, 40(4): 971-977. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.034
        摘要：针对某化工厂的关键设备-熔融泵用齿轮转子多次断裂失效问题,提出了一种分析方案。通过损伤断口分析、材料性能分析、微观组织分析和强度校核等方法,找出失效根源,得出失效结论并提出了改进方案。分析结果表明:该熔融泵用齿轮转子在复杂工况下,由于设计和加工过程中存在明显缺陷,导致其在运行过程中应力集中较大位置频繁失效。通过改变其结构,减少应力集中、选用优良材料、改进生产工艺等方式可有效提高该轴的使用性能,满足其功能需求。本研究结论在改善关键传动件,尤其是齿轮类传动轴的使用性能方面可提供一定的参考价值。  
        关键词：齿轮转子;裂纹;应力集中;失效   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 毛君,王鑫,陈洪月,张瑜
        2018, 40(4): 978-982. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.035
        摘要：为了研究刮板输送机刮板链条体系的扭摆动态特性,采用有限元法建立了刮板链条体系的动力学模型,通过施加脉冲载荷、阶跃载荷及斜坡载荷对刮板链条体系的动力学问题进行了数值仿真,研究了刮板体系的扭摆特性、链条动力响应以及刮板间动力传递特性。研究结果表明:在承载处刮板产生了较大的扭摆角位移以及较大扭摆力矩,且扭摆角位移幅值以及扭摆力矩由承载处向两侧逐渐减小,研究成果为刮板输送机的动态设计提供了理论基础。  
        关键词：刮板输送机;刮板链条体系;扭摆   
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        发布时间：2022-09-22
      • 寇鑫,葛文杰
        2018, 40(4): 983-986. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.036
        摘要：机翼翼型由特定飞行条件设计获得,其在各工况下的气动效率皆优问题亟待解决。研究变形翼柔性后缘机构,使其在连续光滑变形前提下,最大程度满足气动最优所需变形范围。采用变密度法拓扑优化方法,以某翼型实际位移与目标位移之间的最小平方差为优化目标函数,通过遗传算法优化确定柔性后缘多点驱动载荷作用位置,建立柔性后缘综合优化模型并采用移动渐近法求解。最后应用Ansys软件仿真对优化设计结果进行检验,表明该变形翼柔性后缘能够实现要求的连续变形,验证了优化设计方法的有效性。  
        关键词：多点驱动式柔性机构;变形翼;遗传算法;拓扑优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 米洁,甄真,祝英平
        2018, 40(4): 987-991. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.037
        摘要：加工结构复杂、曲面形状不规则的航空发动机叶片,要求加工中心提供极大的加速度来保证各轴的快速移动,同时在高加速度的冲击下保证加工精度。建立叶片加工中心有限元模型,提出用复合单元处理螺栓结合面和滚珠丝杠-导轨-滑块结合面的方法,给出直线及回转加速度冲击下力及力矩的加载方案。基于Ansys Workbench平台对叶片加工中心进行高加速度瞬态响应分析,得出了加工中心在不同加速度冲击下的时域瞬态响应曲线,分析满足加工精度的振动衰减时间,将高加速度冲击下机床振动对加工精度的影响降低到最小。分析结果为合理选取加工中心加速度,优化叶片加工工艺及改善加工中心动态特性提供理论依据。  
        关键词：叶片加工中心;加速度;瞬态响应;复合单元   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王慧,宋宇宁
        2018, 40(4): 992-996. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.038
        摘要：针对采煤机滚筒螺旋升角对装煤性能影响进行研究。推导了滚筒螺旋叶片抛煤力与装煤量的理论计算公式。通过理论分析可知,保持其他条件不变,叶片抛煤轴向力与螺旋升角、滚筒转速成反比,与牵引速度成正比。理论装煤量与滚筒转速成正比,并随着螺旋升角的升高而呈现先升高后下降的抛物线。使用Adams软件仿真不同螺旋升角时采煤机滚筒轴向受力和采煤机截割功率变化情况,与理论分析结果基本一致。在对采煤机滚筒进行设计时,要考虑螺旋叶片对采煤机截割性能的影响,使得采煤机的实用性和经济效益达到最优。  
        关键词：采煤机;螺旋叶片;截割性能;装煤量;抛煤轴向力   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王珏,周航,陈东升,张睿
        2018, 40(4): 997-1001. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.039
        摘要：局部共振是齿轮箱体发生疲劳破坏的重要原因,齿轮传动系统振动激励可能会引起箱体局部模态的振动耦合。以某型采煤机截割部悬臂齿轮箱体为研究对象,将有限元分析与现场测试结合,分析箱体在齿轮传动激励下的局部共振特性。利用Ansys建立箱体有限元模型,得到其固有频率及主要振动形态;基于采煤机空载测试,得到额定工况下箱体振动加速度并进行时域和频域分析;将实测信号频谱与有限元模型固有特性进行比较,得到箱体局部共振特性;选取箱体壁厚为设计变量,研究箱体壁厚对固有特性的影响,为避免局部共振提供可行的方法。结果表明:不同传动级啮频的组合形成了新的频率成分,其中部分频率可激发局部共振;同时改变上下箱体壁厚及行星头壁厚才能在使所有敏感固有频率避开激振频率;局部共振振型中应变大的部位会产生过大拉应力,是箱体疲劳破坏的原因之一。研究可为悬臂式齿轮箱体共振分析及优化设计提供一定的参考。  
        关键词：悬臂式齿轮箱体;局部共振;振动特性实验;疲劳破坏   
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        发布时间：2022-09-22
      • 侯文亮,卢曦,王孟飞
        2018, 40(4): 1002-1006. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.040
        摘要：保持架为球笼式等速万向节的重要部件,当球笼式等速万向节处于极限角度时保持架为危险部件,因此极限角度下保持架的强度是否满足需求对其设计制造非常重要。通过试验以及仿真的方法对保持架强度进行研究,首先在极限角度、极限扭矩条件下进行仿真获得保持架应力状态并确定危险部位。然后通过保持架扭转静强度试验获得保持架在极限角度下的破碎扭矩。最后运用显微硬度计对保持架进行硬度测试,通过硬度强度转换关系获得保持架沿厚度方向的强度分布规律,结果表明保持架强度满足要求。此研究可以为保持架设计及制造提供技术依据。  
        关键词：保持架;强度;极限角度;有限元仿真;强度试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 童高鹏,甘伟,李志伟,林辉,王之丰
        2018, 40(4): 1007-1011. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.041
        摘要：为降低全景影像镜头对汽车气动噪声的影响,对3种不同镜头布置位置的后视镜进行整车外流场和声场分析。计算得出的压力系数与试验数据相吻合,验证了计算模型的可靠性。同时,通过分析发现,全景镜头的不同位置对流经外后视镜气流有影响,从而改变了外后视镜尾部流场以及前侧窗噪声辐射强度。相比其它方案,方案Ⅲ后视镜尾部漩涡程度、湍流动能强度以及前侧窗表面噪声辐射都相对较弱,有利降低外后视镜镜头引起的气动噪声。最后,通过对3种方案进行实车风洞噪声试验,对比发现,方案Ⅲ的车内噪声相对于其他方案较低,从而验证了分析结果的正确性。为后视镜全景影像镜头的合理布置提供了指导,有利于改善汽车乘坐的舒适性。  
        关键词：外后视镜;全景影像镜头;流场;气动噪声;试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 闫思宏,陶凤和,贾长治
        2018, 40(4): 1012-1016. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.04.042
        摘要：为更加合理地利用耐久性和设计寿命,实现机械构件的多方面优化,从履带车辆承载关重件-扭力轴的实际出发,运用Solid Works软件进行扭力轴的参数化建模,通过数据接口将模型无缝传输到Ansys Workbench软件中,以该软件为平台对参数化模型进行瞬态应力分析与耐久性疲劳分析,运用Design Exploration模块对扭力轴进行多目标驱动优化设计,将优化后的结构重新在Ansys Workbench中进行分析和验证,结果表明:优化模型满足扭力轴使用耐久性寿命,自身重量下降9.9%,验证了优化的合理性。  
        关键词：扭力轴;Ansys;耐久性;优化;参数化   
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        发布时间：2022-09-22
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