最新刊期
      2018 年 第 6 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 陈洪月,张坤,张瑜,毛君,宋秋爽
        2018, 40(6): 1271-1277. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.001
        摘要：针对刨煤机系统工作特点,基于波动理论建立了三段黏弹性动力学连续模型。在稳定工况下确定边界条件、衔接条件及初始条件,采用分离变量法对含三个偏微分方程的刨煤机系统动力学问题进行求解,得到稳定工况下刨煤机系统各点位移,速度及张力变化特性等结果,并对不同刨削深度以及不同刨削速度下的刨煤机系统各位置处的张力变化值进行了分析,分析表明:随着刨削深度的增加,各位置刨链张力幅值增加,刨削速度的变化对刨链张力影响不大。最后通过对比计算与实验结果,表明两者间动态特性分布规律一致,且偏差满足精度要求,验证了所提出的方法可行性及准确性。  
        关键词：刨煤机;半解析方法;连续模型;分离变量法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 伍建军,刘海平,叶祥
        2018, 40(6): 1278-1286. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.002
        摘要：双齿辊破碎机辊套准确的剩余寿命预测结果是维护人员做出科学维修决策的重要依据。工程实践中往往是部分状态信息是可观测的,为解决在非线性、非平稳部分可观测状态下破碎机辊套RUL难以准确预测的难题,提出了一种小波技术与SVR融合的RUL预测新方法。首先采用相关分析进行辊套振动信号特征值的提取,其次利用小波技术对收集到的振动信号消噪,然后建立辊套剩余寿命与特征值之间的关系,来描述辊套的非线性动态变化。最后通过SVR模型对破碎机辊套进行剩余寿命预测。预测结果表明:该方法能够有效解决部分可观测状态情形下的剩余寿命预测,从而降低维修成本,具有较强的工程适用性与推广价值。  
        关键词：部分可观测状态;相关分析;小波分析;剩余寿命预测;支持向量回归机   
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        发布时间：2022-09-22
      • 毛君,杨辛未,陈洪月,宋秋爽
        2018, 40(6): 1287-1292. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.003
        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,综合考虑采煤机行走部与刮板输送机之间的接触特性、调高油缸的支撑特性、摇臂的自身刚度以及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机竖直方向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒竖直方向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了不同牵引速度对采煤机竖直方向振动特性的影响。结果表明:当牵引速度在2 m/min～5 m/min之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为12.332 5 mm～38.910 4 mm、7.524 0 mm～23.739 6 mm,前后摇臂的变化范围分别为4.882 6 mm～15.405 2 mm、3.054 8 mm～9.638 4 mm。最后通过实验对模型结果进行了验证。  
        关键词：采煤机;牵引速度;振动;数值分析;实验研究   
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        发布时间：2022-09-22
      • 任众,张铁山
        2018, 40(6): 1293-1296. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.004
        摘要：采煤机截割部行星轮减速器是否故障,关系着采煤机能否顺利采煤,首先采集了减速器多种故障时的信号,然后,运用粒子群算法对支持向量机的相关参数进行优化,得到最优的分类器,最后,运用支持向量机分类器对采集到的各种信号进行处理,结果表明,该方法能够准确快速地对减速器的各种故障进行诊断,该方法的提出有助于对采煤机截割部行星轮减速器故障进行实时自动地诊断。  
        关键词：支持向量机;粒子群算法;截割部行星齿轮;分类器   
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      • 陈婉
        2018, 40(6): 1297-1302. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.005
        摘要：针对滚动轴承的故障诊断问题,提出了基于变分模态分解(Variational modal decomposition, VMD)、改进果蝇算法(Improved fruit fly optimize algorithm, LFOA)和相关向量机(Relevance vector machine, RVM)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先利用VMD将轴承振动信号分解成若干个本征模态分量(Intrinsic mode components, IMF),并计算IMF分量的均方根值和重心频率组成故障特征向量。为提高故障诊断精度,采用LFOA算法对RVM的参数进行优化,建立LFOA-RVM模型,然后对提取的故障特征进行训练和测试,以此来判断轴承的故障类型和故障程度。利用该方法对实测轴承信号进行了分析和诊断,并与其他几种方法进行了对比,验证了该方法的有效性。  
        关键词：变分模态分解;改进果蝇算法;相关向量机;故障诊断;轴承   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘坚
        2018, 40(6): 1303-1308. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.006
        摘要：针对液压泵故障诊断中特征提取和模式识别等关键环节,提出了基于SDP图像特征和ANNC的液压泵故障诊断方法。该方法首先通过SDP方法对液压泵振动信号进行变换,得到不同故障状态下的极坐标雪花图;然后从图像处理的角度,提取出反映雪花花瓣不同的形状特征并组成故障特征向量;最后通过ANNC对故障特征向量进行分类识别,判断液压泵的故障状态。液压泵故障诊断实例表明,SDP图像特征可以对故障进行表征,ANNC则进一步提升了识别准确率,验证了方法的有效性。  
        关键词：SDP;图像特征;ANNC;液压泵;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 侯晓莉,李言,石珣,杨明顺,袁启龙
        2018, 40(6): 1309-1314. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.007
        摘要：分析了工业领域中塑性成形管件加工的工艺制造需求和研究现状,介绍了单点增量成形金属波纹管的工作原理。为获得工艺参数对成形过程及成形质量的影响规律,建立了基于Abaqus/Explicit的U型金属波纹管单点增量成形有限元模型,搭建实验平台,开展了试验研究。针对T3紫铜材料,通过不同加工工艺参数下的试验,以波纹成形高度为成形质量检测指标,获得了单点增量加工过程中层间距、主轴转速、轴向进给速度对加工结果的影响规律。结果表明,主轴转速对金属波纹管成形波纹高度影响最大,其次为层间距,而轴向进给速度对成形质量影响不显著。在主轴转速为450 r/min,层间距为0.25 mm,轴向进给速度为0.2 mm/r时为最优工艺参数,金属波纹管单点增量成形质量好、精度高。通过仿真和试验结果对比,验证了此优化结果的可靠性。为进一步应用该工艺提供了参考。  
        关键词：单点增量成形;U型金属波纹管;波纹高度;试验研究   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵新泽,习森明,王磊,彭文昱,赵美云
        2018, 40(6): 1315-1320. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.008
        摘要：在自制疲劳试验机上模拟了复合绝缘子实际运行时的疲劳损伤过程,分别讨论了摆动幅度和扭转角度对绝缘子疲劳寿命的影响。并采用超景深三维显微系统测量了绝缘子断口表面形貌,利用分形几何学理论定量表征了断口表面形貌。研究表明,芯棒疲劳断裂是在循环应力的作用下,芯棒裂纹逐渐深化直至大量纤维断裂的过程。断口表面分形维数介于2～3之间,且线性回归相关系数都在0.99以上,强的相关性表明断口表面分形维数具有明显的分形特征;断口形貌的形成不仅受载荷产生的形变影响,也与载荷循环次数有关,断口表面分形维数与其受到的载荷呈正相关,与应力循环次数呈负相关关系。  
        关键词：复合绝缘子;断口形貌;分形维数;应力循环   
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        发布时间：2022-09-22
      • 谢阶栋,陈果,曾馨靓,舒茂盛,罗云,高红,郑其辉
        2018, 40(6): 1321-1329. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.009
        摘要：目前我国飞机高锁螺栓装配标准均是沿用国外标准,缺乏相关理论和试验研究。针对某型飞机铝合金结构,通过疲劳试验和有限元仿真相结合的方法,研究了高锁螺栓干涉量在不同夹层厚度的基体上对结构件的疲劳增益机理。首先,设计并进行疲劳试验,对疲劳试验结果进行S-N曲线分析、细节疲劳额定值(DFR)分析及断裂位置分析。然后,利用有限元法对试验件建模仿真,对试验现象进行解释,对干涉配合疲劳增益机理进行研究。最后,综合细节疲劳额定值结果与有限元仿真结果得到高锁螺栓装配的标准建议值,对现有安装规范进行验证,从而保障某型飞机的装配质量。  
        关键词：干涉配合;高锁螺栓;疲劳强度;有限元法;细节疲劳额定值   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈贤洮,邓燕燕,任文坚
        2018, 40(6): 1330-1335. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.010
        摘要：孔隙是碳纤维复合材料内部最常见的缺陷之一,空隙的大小及分布对构件的力学性能有重大影响。以热压成型的碳纤维单向增强复合材料为检测对象,利用超声衰减法和非线性超声检测方法对三种孔隙率不同的试样进行对比试验,提取超声检测的特征参量,实现了对碳纤维复合材料孔隙率大小的表征。  
        关键词：无损检测;非线性超声检测;碳纤维复合材料;孔隙率;衰减系数   
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        发布时间：2022-09-22

        微电子机械系统

      • 芦非,孔胜利,袁艳琪
        2018, 40(6): 1336-1340. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.011
        摘要：基于修正偶应力理论研究了静电驱动微悬臂梁在考虑Casimir力时的静态吸合特性。利用最小势能原理得到了微悬臂梁弯曲的控制方程和边界条件,应用广义微分求积法(GDQM)求解后得到静电驱动微悬臂梁吸合电压与无量纲吸合位移的数值解。结果表明,基于修正偶应力理论的静电驱动微悬臂梁的吸合电压明显高于经典理论值,表现出明显的尺寸效应;同时Casimir力降低了微悬臂梁的吸合电压与无量纲吸合位移。当微悬臂梁的初始间隙g远远大于其厚度h时,Casimir力的影响可以忽略不计。  
        关键词：修正偶应力理论;尺寸效应;吸合特性;Casimir力;广义微分求积法   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 沈亚栋,封建湖,王勋涛,程晓晗
        2018, 40(6): 1341-1348. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.012
        摘要：针对混合元胞自动机法(Hybrid Cellular Automata, HCA)产生大量灰度单元等数值不稳定问题,引入距离因子,提出一种新的状态变量更新规则,并结合工程结构的不确定性,建立了结构可靠性拓扑优化模型。首先,通过可靠性分析修正随机变量,将可靠性约束转化为确定性约束,然后采用修正后的随机变量进行确定性结构拓扑优化。通过二维和三维算例,对比两种变量更新规则下的优化结果。算例结果表明,提出的状态变量更新规则能有效减少灰度单元数量,并降低了结构的应变能。  
        关键词：混合元胞自动机;可靠性拓扑优化;状态变量;距离因子   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵丽娟,范佳艺
        2018, 40(6): 1349-1355. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.013
        摘要：为提高掘进机的动态可靠性,基于虚拟样机技术建立掘进机刚柔耦合模型,对不同截割头结构参数下的回转台进行动态可靠性分析,依据机械优化设计理论建立以螺旋升角、半锥角和截线距为设计变量,以回转台最大等效应力的极小值为目标函数的评价函数,利用遗传算法得到最优的截割头结构参数。基于截割生产率和回转台应力对横摆速度进行多目标纵轴优化,得到了最优的横摆速度。结果表明,经过两次优化后,回转台最大应力值降低了18.495 MPa,疲劳寿命由3.067×10~4次提高到3.326×10~6次,生产率提高了18.6 t/h,预测误差均小于1.3%,满足设计要求。为截割头结构参数和运动参数的选取提供了数据支撑,为重型复杂机械设备优化设计提供了一种新的方法。  
        关键词：掘进机;截割头;回转台;遗传算法;优化设计   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李伟平,冯子农,单喜乐,康晋
        2018, 40(6): 1356-1363. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.014
        摘要：矿用自卸车驾驶室防翻滚(ROPS)系统优化设计的主要目的是在确保驾驶室强度、刚度和动态性能的前提下,减轻驾驶室的质量,以达到轻量化的目的;因为驾驶室本身的部件较多,每个部件对驾驶室性能影响程度也不同,因此该系统的优化设计问题属于多参数与多目标优化问题。为此采用正交实验设计对驾驶室骨架多参数进行实验设计,对设计参数进行显著度分析。运用方差分析法(ANOVA)计算各设计参数对系统响应的方差来评估各参数的显著水平.在此基础上,选取对系统响应影响较为显著的设计参数作为优化变量,利用TPS-HDMR模型构建优化变量与响应的近似模型,采用NSGA-II遗传算法进行优化求解,对优化后驾驶室进行实验验证,实验结果与仿真结果基本吻合,达到企业要求。  
        关键词：正交实验设计;TPS-HDMR;近似模型;遗传算法;多参数优化   
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      • 王春华,郭月,姜宗帅
        2018, 40(6): 1364-1370. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.015
        摘要：为改善行星齿轮传动在常规设计中不能使各目标都达到最优的问题,针对自适应粒子群寻优算法中易产生不可行解、易陷入局部最优的缺点,提出一种基于动态改变惩罚系数的多级惩罚函数的自适应粒子群寻优算法,该算法将惩罚函数设置为多级惩罚函数且惩罚系数可随迭代过程动态调整。以可靠性等为约束条件,选取体积、重合度和传动效率作为目标函数,利用该算法结合理想点法,构造评价函数进行多目标优化。结果表明:采用该算法使体积减少41.87%,重合度增加2.643%,传动效率增加0.156 3%,改善了原算法的不足,使各目标得到合理优化。  
        关键词：改进粒子群算法;行星齿轮传动;多级惩罚函数;可靠性;多目标优化   
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      • 苏少普,徐广涛,董登科,陈安
        2018, 40(6): 1371-1376. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.016
        摘要：依据疲劳分析中的细节疲劳额定值法,提出一种基于遗传算法的腹板梁结构抗屈曲疲劳的优化设计模型。通过有限元计算及试验分析,采用半经验方法建立结构屈曲疲劳分析模型,并应用遗传算法进行优化计算,获取了质量最小情况下结构疲劳寿命最高的结构设计方案,优化后理论分析的腹板梁结构屈曲疲劳寿命比初始结构寿命有了显著提高,为通用飞机结构减重提供设计依据。  
        关键词：屈曲疲劳;临界屈曲载荷;Pareto遗传算法;细节疲劳额定值   
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      • 龙兵,习长新
        2018, 40(6): 1377-1381. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.017
        摘要：在区间数据下用极大似然法来求Lomax分布中未知形状参数的估计,由此并不能得到参数的显式表达式。提出用EM算法可以得到形状参数的迭代公式,并能很方便地求出估计值且该估计具有良好的收敛性。随机模拟的结果表明EM算法的精度较高,并且最终估计值与初值无关。  
        关键词：Lomax分布;区间数据;EM算法;参数估计   
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      • 张学刚
        2018, 40(6): 1382-1388. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.018
        摘要：为了减少设计的样本点以及充分利用样本点信息资源,采用了一种改进响应面法结构可靠度计算方法。利用可靠度指标作为收敛条件,在迭代过程中采用混合响应面法,即第一次迭代响应函数采用一次多项式,其余迭代步都采用不含交叉项的二次多项式,在迭代收敛后运用样本重用思想并利用加权响应面法来逼近真实的极限状态方程,即从所有样本点中选取靠近真实失效曲线处的样本点利用含交叉项的完全二次多项式并对所选样本点进行加权来构造响应曲线,最后通过蒙特卡洛抽样的方法计算可靠度。多个数值算例表明,该方法构造出的响应曲线能够很好地逼近失效曲线,有效地提高可靠度计算精度,同时采用混合响应面法可以减少设计的样本点,在工程应用中可减少计算时间。  
        关键词：结构可靠度;样本重用;混合响应面;加权响应面;蒙特卡洛   
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      • 郭茫茫,杨静,王宇佳,韦疆宇
        2018, 40(6): 1389-1394. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.019
        摘要：为了计算塔机在随机动载荷作用下的疲劳可靠度,考虑影响塔机可靠度的各输入参数的分布,如塔机动载荷参数的分布,采用随机有限元法得到各疲劳校核点的应力-时间历程,经雨流计数得到应力谱,基于Miner线性疲劳累积损伤理论计算其剩余强度;考虑到塔机结构的复杂性,无法得到其结构可靠性功能函数的显式表达,基于应力-强度干涉理论,采用随机有限元法对塔机的疲劳可靠度进行计算,得到了塔机各年份的可靠度,并对超载对可靠度的影响进行了定量分析,结果表明可靠度随使用年份增加逐渐下降,由于累积疲劳损伤,到一定年份急剧下降;超载对塔机的可靠度影响很大。由于考虑了影响塔机可靠度的各个输入参数的分布,并模拟了塔机工作中的所有可能工作情况,因此结果比现有方法更与实际相符,可以为塔机的疲劳可靠性评估提供参考。  
        关键词：塔式起重机;分布参数;应力谱;疲劳可靠度;随机有限元   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性_设计·计算

      • 马冬,寸立岗,柳彦虎,蔺一哲
        2018, 40(6): 1395-1398. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.020
        摘要：结合可靠性理论和模糊理论,以某圆柱斜齿轮副接触疲劳可靠性为研究对象对齿轮可靠度计算方法进行了一定改进,以Matlab为工具进行数值模拟,得到了工作一段时间后圆柱斜齿轮接触疲劳可靠度的大小并与常用可靠性计算方法得到的结果进行了比较。结果表明,改进后的方法考虑因素更为全面,为齿轮可靠度计算提供了一定参考。  
        关键词：可靠性;随机;模糊;圆柱斜齿轮;改进   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈冬,鲁寨军,熊玉璞
        2018, 40(6): 1399-1405. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.021
        摘要：基于串联蜂窝在方形导轨的应用,通过试验对串联蜂窝变形稳定性进行了分析。发现串联蜂窝在撞击过程中会受单块蜂窝块强度不均及撞击力偏载等影响而极易出现整体失稳,分析表明现有连接隔板因强度过低且截面尺寸小于导轨截面,很难有效预防结构整体失稳。为提升连接隔板对串联蜂窝防失稳的效果,从理论层面研究了连接隔板截面尺寸、导轨截面尺寸和隔板偏转程度三者的关系:在导轨截面尺寸一定时,连接隔板的长度越长,偏转角越小,偏转后与导轨产生的摩擦越小,对串联蜂窝变形导向性越强。基于此设计了一款新型导向隔板,试验发现其不仅提高了串联蜂窝的变形稳定性,同时解决了串联蜂窝剥离问题。  
        关键词：串联蜂窝;连接隔板;变形稳定性;导向性;防失稳   
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        发布时间：2022-09-22
      • 夏婧琪,安子军,姜威
        2018, 40(6): 1406-1411. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.022
        摘要：根据机构的结构特点和闪温理论,研究实时无隙精密钢球传动等速啮合副瞬时接触温升规律,推导出啮合副中各接触点的相对滑动速度、最大接触应力和摩擦功率的计算公式,建立了等速啮合副瞬时接触温升的数学分析模型。通过Matlab编程绘制出一个运动周期内啮合副最大接触应力的变化曲线,计算出不同设计参数下机构的额定载荷,得到一个运动周期内啮合副中最大闪温的变化曲线,并分析了设计参数对最大闪温的影响。结果表明:啮合副闪温的最大值出现在环槽内侧钢球位置角为π时,设计参数对机构最大闪温有较明显的影响。研究结果为无隙钢球精密传动等速啮合副胶合强度分析与热力耦合分析奠定了理论基础。  
        关键词：无隙钢球精密传动;等速啮合副;最大闪温;额定载荷;自旋角速度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王升斌,王纯贤,吴喆,叶军辉,李海玖
        2018, 40(6): 1412-1418. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.023
        摘要：轴用挡圈是一种重要的紧固件,其在高转速下的服役性能直接影响机械设备运行的可靠性。本文通过对非等径轴用挡圈旋转过程中的离心力分布进行理论分析,并对轴用挡圈与轴的初始接触状况进行仿真与实验分析,发现轴用挡圈径向最厚处所受离心力最大,其与轴的接触状态可简化为三点接触,由此提出了轴用挡圈与轴之间的最先脱离点假设以及相应的径向失效判据。利用德国Seeger标准挡圈模型对轴用挡圈在高转速下的径向位移进行有限元仿真,依据德国弹性挡圈标准DIN471对仿真结果进行分析。结果表明,基于本文所提出的最先脱离点假设,通过仿真分析得到的轴用挡圈极限转速与DIN471标准上的数值误差均低于8%,从而验证了提出的轴用挡圈径向失效判据的有效性。本研究对于我国轴用挡圈新国家标准GB/T 894-2017的制定具有一定的参考价值。  
        关键词：轴用挡圈;径向失效;DIN471;极限转速   
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        发布时间：2022-09-22
      • 农胜隆,高尚晗,黄艳
        2018, 40(6): 1419-1424. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.024
        摘要：为了对整体薄壁件铣削系统加工稳定性进行分析,建立主轴-刀具-工件整体系统连续梁模型,从中提取刀具与薄壁工件端部的等效质量和等效刚度特性,分析工件尺寸对系统铣削稳定性的影响。结果发现,薄壁工件横截面宽度与高度尺寸对铣削稳定性都有影响,其中高度尺寸的影响更大。当高度值很小时,系统的临界铣削深度非常小,随着工件横截面高度的增加,系统的临界铣削深度有明显提高。当工件的第一阶固有频率接近甚至大于主轴-刀具的第一阶固有频率时,工件外形尺寸则不会再对铣削系统的稳定性有明显的改变。该结果可为薄壁件的稳定性加工提供理论基础。  
        关键词：临界铣削深度;连续梁模型;主轴-刀具;工件;稳定性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 郭巧荣,徐建新,卿光辉
        2018, 40(6): 1425-1430. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.025
        摘要：提出一种可分型Hamilton正则方程与有限元法相结合的半解析法理论,研究辛体系下正交异性复合材料层合板自由边缘效应问题。首先根据修正后的H-R变分原理,推导可分型Hamilton正则方程,应用有限元法建立沿厚度方向的状态方程。然后,实例计算分析复合材料层合板层间应力。通过数值算例验证了方法的有效性。  
        关键词：自由边缘效应;Hamilton正则方程;状态方程;层间应力   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘斌,刘宪平,董俊华,高炳军
        2018, 40(6): 1431-1436. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.026
        摘要：大型固定管板换热器由于管子数量大,无法在有限元模型中建出所有换热管与管板的详细连接结构,得不到相关区域的真实应力分布,无法有效地进行应力强度评定。对某大型固定管板换热器,利用粗模型确定了管板布管区换热管与管板连接区的最大应力强度位置,进而建立了该位置换热管与管板详细连接结构的子模型。子模型中考虑了换热管与管板的焊接结构及其相互接触,分别对此区域进行基于应力分类法和极限载荷法的分析计算。结果表明:虽然基于应力分类法的焊缝及换热管应力强度评定不合格,但考虑到应力分布的非轴对称特性,基于极限载荷分析的直接法评定应更为合理。对子模型结构进行了极限分析并利用零曲率法确定了极限载荷,按相关标准进行了评定,表明结构满足强度要求。  
        关键词：子模型;固定管板换热器;有限元分析;极限载荷   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 李玉玺,李言,崔莅沐,肖继明,崔凤奎
        2018, 40(6): 1437-1442. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.027
        摘要：高速冷打成形是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程,其中由于滚滑摩擦产生的热效应将影响工件金属的流动性,进而对成形零件质量和性能产生影响。为了深入了解热效应引起的工件内部不均匀的温度场变化规律,进而选择合理的冷滚打成形参数,提高产品的成形质量,在冷滚打成形花键原理的基础上,分析了滚滑摩擦对冷滚打成形机理影响;建立了有限元仿真模型,仿真获得了滚滑摩擦产生的温度场随时间的变化规律,及其对成形应力、应变、金属流动和滚打力力的影响,为冷滚打成形精度控制提供参考。  
        关键词：高速冷滚打;滚滑摩擦;热力耦合;热软化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吴礼民,姚国仲,毕玉华,张宁,王会,逯飞飞,雷基林
        2018, 40(6): 1443-1450. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.028
        摘要：以某型非道路增压中冷柴油机为研究对象,应用流-固耦合传热方法,建立了缸盖-冷却液-缸套-缸体耦合传热模型,在对气缸盖火力面和缸套关键点进行温度测试的基础上,应用CFD软件进行了流-固耦合传热分析,研究了缸套在机械载荷、热载荷和联合载荷作用下的变形特征。研究表明:各缸套温度分布呈现明显的三段分布形式,最高温度出现在第一缸缸套顶部内侧;机械载荷作用下的缸套变形量较小,最大值出现在第四缸主推力面顶部内侧;热载荷和耦合载荷作用下的缸套变形都呈现"心"形状,最大变形量均出现在第四缸飞轮端方向的顶部内侧,分别为249.19μm和275.47μm,其中热载荷对缸套综合变形的贡献量最大。  
        关键词：增压;柴油机;缸套变形;流-固耦合   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 高代阳,姚卫星,吴涛
        2018, 40(6): 1451-1455. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.029
        摘要：对1990年以来发表在各类文献中的2D平纹编织T300碳纤维C/SiC材料的疲劳性能数据进行了收集和整理。对收集的数据进行了全寿命S-N曲线的拟合,并按S-N曲线的形状参数a将材料分为三类。全寿命S-N曲线中形状参数a反映了材料的韧性,参数a值越大,疲劳载荷下材料韧性越好;尺度参数b反映了材料的裂纹扩展速率,参数b值越小,疲劳损伤对应力越敏感。依据拟合数据给出了2D平纹编织C/SiC的疲劳极限约为静强度的0.7的结论。  
        关键词：平纹编织;C/SiC复合材料;S-N曲线;疲劳极限   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈洪月,焦思维,张坤,毛君
        2018, 40(6): 1456-1462. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.030
        摘要：为了揭示采煤机行走机构在工作过程中的损伤机理,采用LS-DYNA建立采煤机行走机构动态接触模型,利用实验测得的牵引阻力和采煤机重力作为外载荷,进行瞬态动力学仿真;采用n-code GlypWorks中的Rainflow模块对危险节点最大等效应力时间历程进行雨流计数,载荷外推和叠加,采用n-code GlypWorks中Stress Life模块对行走轮与销排进行疲劳寿命计算。研究结果表明:采煤机行走机构具有良好力学性能,行走轮最小疲劳寿命约为307天,销排寿命约为323天,研究结果为行走机构结构优化提供理论依据。  
        关键词：采煤机;行走机构;啮合应力;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙维光,任俊刚,胡杰鑫,谢里阳
        2018, 40(6): 1463-1466. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.031
        摘要：由于疲劳寿命的不确定性,对于概率寿命预测而言,含有多个可能发生疲劳的高应力部位的大型结构部件,相当于由这多个高应力部位(单元)构成的系统。若一个部件失效即意味着结构部件失效,则此结构部件为一个串联系统。用结构部件上各高应力部位的疲劳寿命最小极值统计量表示结构部件的寿命分布,提出了存在多个高应力部位的大型结构部件的可靠寿命预测方法。根据工程结构的高可靠性特点,借助指数函数的泰勒级数近似展开式,建立了简单、易用,且保证了足够高的精度的近似模型。应用这样的模型,可以根据材料的P-S-N曲线预测存在多个可能发生疲劳失效的高应力部位的大型结构部件的可靠疲劳寿命。  
        关键词：大型部件;疲劳;可靠寿命;共因失效;极值统计量   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张文东,樊俊铃,陈莉,吕媛波
        2018, 40(6): 1467-1472. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.032
        摘要：裂纹的扩展是典型的材料不连续问题,传统的有限元方法难以实现裂纹扩展过程的仿真模拟。为了解决传统有限元在模拟裂纹扩展的不足,XFEM方法(extended Finite Element Method,XFEM)引入水平集函数描述裂纹形态,实现了裂纹在单元内部的扩展,克服了传统方法只能依赖单元生死来模拟裂纹扩展的难题。以Abaqus为平台,应用Python脚本语言开发了一套裂纹自动扩展程序包,利用Abaqus固有的方法编写程序,通过扩展有限元功能实现裂纹的自动扩展,通过模拟I型边裂纹和三点弯梁的裂纹的扩展过程,验证了XFEM方法的有效性。同时,模拟了多裂纹的扩展过程。结果表明:方法不仅能够利用Abaqus软件的实现复杂的加载和边界模拟,同时又能体现XFEM在裂纹扩展模拟上的优势,为解决实际复杂问题提供了途径。  
        关键词：裂纹扩展;XFEM;Abaqus二次开发;Python脚本接口;应力强度因子   
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        发布时间：2022-09-22
      • 袁浩,谢禹钧
        2018, 40(6): 1473-1478. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.033
        摘要：应力强度因子的确定是断裂力学在实际工程应用的首要任务。分别根据虚功原理和材料力学弯曲理论的裂纹面非自发扩展能量释放率,即J2积分理论求解D型截面管的在拉伸和弯曲载荷作用下的裂纹应力强度因子表达式。给出的方法能得到封闭解,且计算简单。并将结果与有限元解进行分析比较,进一步指出了计算方法的有效性。  
        关键词：断裂力学;应力强度因子;D型截面管;裂纹;有限元   
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        发布时间：2022-09-22
      • 侯帅,朱有利,邱骥,孙晓峰
        2018, 40(6): 1479-1484. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.034
        摘要：采用相互作用积分法计算了有限厚度半椭圆表面裂纹基准问题的应力强度因子沿裂纹的分布,并与经验公式和等效域积分法计算的应力强度因子做了对比。首先通过与等效域积分结果的比较,验证了相互作用积分在该问题上的计算精度。之后,采用相互作用积分法和经验公式计算了不同裂纹形状比,不同有限厚度比条件下的应力强度因子沿裂纹的分布,比较了经验公式产生的相对误差。结果表明在有限厚度比较大时,经验公式计算结果的误差较大。通过分析,给出了经验公式的适用范围。  
        关键词：半椭圆裂纹;有限厚度;应力强度因子;相互作用积分法;等效域积分;经验公式   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 吕锦杰,赵军华,于培师
        2018, 40(6): 1485-1489. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.035
        摘要：基于内聚力模型建立了全尺寸天然气管道的动态断裂有限元模型。利用该模型对X80管线钢的动态裂纹扩展进行了模拟,预测的裂纹扩展速度与管道内压的定量关系与已有实验得出的半经验公式吻合较好。利用此模型可以对管道爆破试验中难以测定的关键参数(比如裂纹尖端张开角的变化规律,裂纹尖端的应力应变场等)进行定量研究,揭示全尺寸管道动态断裂的机理,为实验提供必要的补充。最后对管道的止裂设计进行了一些探讨。  
        关键词：有限元模型;X80管线钢;动态断裂;止裂设计   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王沪毅,胡文军,邱勇
        2018, 40(6): 1490-1494. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.036
        摘要：基于有限元方法模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性接触面在准静态摩擦接触过程中的力学性能。基于多尺度方法建立与实际泡孔结构相符的细观模型-单胞泡孔模型。考虑泡孔壁之间摩擦因素,计算获得细观模型的力学性能。将细观模型性能通过数据传递机制植入宏观模型,据此模拟研究硅橡胶泡沫材料与刚性加载面相互作用时的压缩载荷和结构变形情况,并讨论界面摩擦因数对该材料力学性能的影响。模拟结果表明,摩擦因数对硅橡胶泡沫材料的准静态单轴压缩力学性能影响较小,且所得模拟结果与实验结果吻合良好。  
        关键词：有限元;硅橡胶泡沫材料;刚性接触面;摩擦接触;多尺度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 宋雨,李云鹏,张红涛,陈亮,党齐乾
        2018, 40(6): 1495-1500. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.037
        摘要：为找出作为某悬臂式掘进机的关键零部件之一-切割主轴发生断裂的原因,解决此类断裂问题,对其进行了多途径的分析,并提出了改进方案。通过对该切割主轴进行断口宏观形貌分析、材料化学成分和机械性能分析、微观组织分析、有限元应力分析等多种方式,得出失效结论并针对原因提出了相应的改进方案。结果表明:该切割主轴在实际复杂的工况下,由于机加工及热处理过程中存在不足,以及使用过程中的非正常操作,导致其在运行过程中应力集中较大位置出现断裂失效。根据失效原因提出了相应改进方案:通过优化结构和改善加工,减少应力集中状况;改进热处理工艺,提高其机械性能等方法提高该轴的使用性能,满足其功能需求。研究结果可在解决轴类传动件失效问题及改善轴类传动件的使用性能方面提供一种很好的参考价值。  
        关键词：切割主轴;应力集中;断裂   
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        发布时间：2022-09-22
      • 杨福芹,蒋典兵
        2018, 40(6): 1501-1505. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.038
        摘要：利用三维软件Solidworks与有限元分析软件Ansys Workbench联合,对三叉杆滑块式万向联轴器建模,然后整体进行静力学分析和疲劳寿命分析,得到联轴器等效应力分布云图及疲劳寿命云图,根据分析得出其疲劳破坏点位置。三叉杆根部采用不同过渡圆角尺寸的疲劳分析结果表明,不同尺寸的圆角倒角尺寸有着不同的寿命,改变联轴器应力集中部位的圆角、倒角尺寸,可以有效避免不合理的寿命分布,提高联轴器的疲劳寿命。  
        关键词：三叉杆滑块式万向联轴器;有限元;静力学;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 范俊锴,侯高杰
        2018, 40(6): 1506-1510. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.039
        摘要：钢中氢的存在不但能导致其力学性能的下降,还会在钢内孔隙内部产生高强氢压作用。以往对于钢质零件孔隙缺陷的研究多集中于外载对孔洞的影响,而对于外载与内氢压耦合作用下孔隙的力学特征问题研究还鲜有涉及。基于氢压理论和气体状态方程建立了孔洞在内氢压和外载耦合作用下的有限元分析模型,研究了孔洞内氢压和孔洞形态对孔洞应力场和变形行为的影响,结果表明:孔洞内氢压对于孔洞的变形具有很强的阻碍作用,球形孔洞最容易萌生裂纹,与外载方向夹角30°的椭球孔洞最容易在垂直外载方向的平面与内表面的切点处产生裂纹,钢质零件内部孔洞存在氢压造成的应力集中严重降低了零件的使用强度。  
        关键词：钢质零件;孔隙;高强氢压;应力场;变形行为;强度降低   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵华,范宁,余快
        2018, 40(6): 1511-1514. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2018.06.040
        摘要：动量轮、CMG等高速转动部件是影响卫星稳定性的重要干扰源。随着空间分辨率的提高和积分时间增加,扰振对成像质量的影响也越大,因此减小扰振是高轨高分辨率光学遥感卫星的关键设计内容之一。目前国内外提出了多种有效的解决途径和实施方案,从设备布局的角度讨论了减小静不平衡扰振的解决思路和策略。通过优化和仿真,分析结果表明,对高速转动部件的优化布局可减小静不平衡扰振的影响。  
        关键词：卫星;高速转动部件;静不平衡;扰振;布局优化;仿真   
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        发布时间：2022-09-22

        信息

      • 2018, 40(6): 1515-1524.
        摘要：<正>·振动·噪声·监测·诊断·旋转运动导电圆板磁气弹性横向振动分析胡宇达李文强(1-01)基于能量法的超前支护-立柱动态稳定性分析谢苗赵春晓白雅静(1-08)一端简支、任意位置支撑长轴转子系统优化设计与后屈曲分析肖世富陈红永牛红攀(1-15)刮板输送机链条多边形效应振动特性研究张东升于海洋赵西贝宋振铎(1-20)基于邻域自适应LLTSA维数约简的故障诊断方法研究徐琼燕吴印华(1-27)微  
          
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        发布时间：2022-09-22
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