最新刊期
      2019 年 第 6 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 徐浩然,胡宇达,李文平
        2019, 41(6): 1271-1277. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.001
        摘要：针对处于平行共轴三线圈和球形载流线圈产生磁场中的导电圆板,基于Kirchhoff薄板理论,给出磁场中圆板的磁弹性横向振动基本方程。根据电磁理论,导出线圈产生均匀磁场区域中圆板所受电磁力的表达式。通过位移函数的设定并应用伽辽金法,得到圆板的磁弹性轴对称振动微分方程及固有频率的表达式。通过算例,绘制了周边夹支和简支两种边界条件下圆板的磁弹性固有振动特性曲线图,分析了两种边界条件下固有频率、阻尼比、电磁力矩随线圈载流强度、线圈匝数和板厚等参数的变化规律。  
        关键词：圆板;磁弹性;固有振动;载流线圈;电磁力   
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        发布时间：2022-09-22
      • 时全局,马波,张海,齐良才
        2019, 41(6): 1278-1285. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.002
        摘要：以对置式往复式压缩机为对象,研究建立小头瓦磨损动力学仿真模型,分析小头瓦在磨损故障下的响应规律。采用非线性接触碰撞建模方法,建立小头瓦-十字头销运动副的动力学模型,通过改变小头瓦与十字头销之间间隙,仿真计算小头瓦在不同磨损状态下的接触碰撞参数,分析小头瓦与十字头销、十字头与中体之间接触碰撞力的变化特点,得出小头瓦在磨损故障下的响应规律,指导提取小头瓦在磨损故障下的敏感特征。通过实验验证了仿真研究成果的正确性,为小头瓦磨损故障提供了一种早期预警和诊断方法。  
        关键词：小头瓦磨损;动力仿真;往复压缩机;故障预警   
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      • 王珏,周航,张颖博,张睿
        2019, 41(6): 1286-1291. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.003
        摘要：针对传统快速傅里叶变换(FFT)研究齿轮系统非线性非平稳振动存在虚假信号和假频的问题,提出了基于希尔伯特黄变换的本征模态函数(IMFs)傅里叶变换法。该方法通过经验模态分解(EMD)将原始信号分解为一系列不同时间特征尺度的IMFs,对能够反映原始信号物理意义的IMF进行傅里叶变换。以某型采煤机截割部齿轮箱为工程范例,通过振动实验得到齿轮系统非线性振动响应。分别利用传统FFT法和本征模态函数FFT法对实测信号进行非线性振动分析。研究结果表明:本征模态函数FFT法显著减少了多余且无意义的频率成分,能够更好地识别参与非线性频率调制的齿轮啮合特征频率,避免了传统FFT法产生的虚假频率干扰。该研究对分析齿轮转子系统非线性频率调制现象具有一定的参考价值。  
        关键词：希尔伯特-黄变换;本征模态函数;傅里叶变换;频率调制   
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        发布时间：2022-09-22
      • 朱翔,谢峰
        2019, 41(6): 1292-1297. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.004
        摘要：刀具是数控铣床加工过程的关键零部件,其长期处于高速加工状态极其容易出现故障。针对数控铣床加工过程中刀具的磨损状态数据少、诊断效率低、维护成本高、缺乏有效的诊断方法的问题,提出了利用小波包分析与核主成分分析提取特征,然后利用BPAdaBoost算法对刀具磨损状态进行诊断的方法。通过在数控铣床的加工工件与其夹具间安装测力仪及安装加速度传感器,来采集立铣刀振动信号与切削力信号;然后对振动信号与切削力信号进行小波包分析处理,将处理好的信号进行核主成分分析(KPCA),降维以后作为立铣刀磨损状态的特征向量;最后利用得到的特征向量训练和验证BPAdaBoost分类模型。实验结果表明BPAdaBoost算法比SVM算法能更有效实现对数控铣床的刀具磨损状态的评估。  
        关键词：刀具磨损状态;切削力信号;加速度信号;小波包分析;核主成分分析降维;BPAdaBoost   
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        发布时间：2022-09-22
      • 卢莉,陈瑛
        2019, 41(6): 1298-1303. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.005
        摘要：针对局部保持映射(LPP)应用于故障诊断存在识别精度不高的问题,提出了基于无参数监督核局部保持映射(NPSKLPP)降维的故障诊断新方法。NPSKLPP采用对离群数据更为鲁棒得余弦距离对LPP中的欧氏距离进行替换,并融入样本标签信息构造无参数近邻图,利用核方法将提取的高维故障特征映射到一个高维线性空间再进行降维,避免了相似矩阵计算过程中人为选择参数的问题,能够获得更有效的低维流形。齿轮故障诊断结果表明,该方法是有效的。  
        关键词：故障诊断;局部保持映射;无参数;监督;齿轮   
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      • 陶九志,黄润华,马卫平
        2019, 41(6): 1304-1307. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.006
        摘要：针对齿轮断齿故障信号的特点,通过对原始振动信号进行傅里叶变换后计算其IHPS(Improved Harmonic Product Spectrum)及SPS(Sideband Product Spectrum),可在振动冲击信号不明显的情况下提取齿轮断齿故障特征频率。通过仿真分析和实验验证,证明了该方法的有效性,为早期诊断此类故障提供了可行途径。  
        关键词：故障信号处理;IHPS;SPS;齿轮断齿;振动故障   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 杨杰,刘玉嫚,吴凡
        2019, 41(6): 1308-1314. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.007
        摘要：裂尖拘束度的匹配是目前结构完整性评定中所面临的难题。由于拘束参数的限制,不同实验室试样间、实验室试样与实际结构间拘束度的匹配还没有建立。基于统一拘束参数Ap,以常用实验室SENB,CT,SENT和CCT试样为研究对象,对不同拘束状态下各试样的裂尖拘束进行研究,构建了不同试样的J/Jref-(A p)1/2关联线,建立了不同试样间拘束度的匹配。本研究将为构建纳入拘束的准确的结构完整性评定技术和方法提供科学支持。  
        关键词：拘束;匹配;实验室试样;结构完整性评定   
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        发布时间：2022-09-22
      • 程佳佳,侯淑娟
        2019, 41(6): 1315-1320. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.008
        摘要：杉木作为天然植物材料,与传统金属材料相比,其比重更轻,并且具有绿色环保无污染可回收等优点。基于此,将杉木材料作为研究对象,试验研究了杉木-复合材料夹层结构的低速冲击动态响应特性,并与传统金属材料夹层结构的动态能量吸收进行了对比分析;同时还研究了不同冲击能量和夹芯材料厚度对夹层结构形变及其吸能特性的影响。利用高倍显微镜观察了杉木夹芯变形后的微观形貌,进一步分析了芯材破坏模式对结构吸能特性的影响,以及微观变形与宏观破坏的联系,旨在推动绿色、环保材料在载体设计及其在多学科领域的应用。  
        关键词：低速冲击;杉木;夹层结构;能量吸收;微观形貌   
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        发布时间：2022-09-22
      • 徐云,胡玉梅,赵为民,李杰
        2019, 41(6): 1321-1326. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.009
        摘要：通过动、静力学试验获得了7003铝合金材料在不同应力三轴度和不同应变率条件下的应力-应变曲线和材料断裂特性参数,利用试验结果拟合了对应变率敏感的Johnson-Cook材料本构模型参数。试验结果表明7003铝合金是一种典型的塑性金属材料,断裂破坏过程具有一定的应变率敏感性,且断裂应变随着应力三轴度增高而降低;通过LSDYNA仿真软件模拟了7003铝合金零件的断裂全过程,仿真结果与试验吻合良好,研究结果可以为7003铝合金薄壁类零件的设计和分析提供参考。  
        关键词：7003铝合金;Johnson-cook本构模型;应力三轴度;应变率   
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      • 冯金芝,郑光磊,郑松林,赵礼辉,梁俊毅
        2019, 41(6): 1327-1334. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.010
        摘要：虚拟样机技术的发展使得车辆多体动力学仿真和虚拟疲劳耐久计算成为工程研究的必要手段,而获得可靠有效的路谱则是两种研究手段的前提。运用Femfat LAB-Adams搭建了路谱求解联合仿真平台,根据实车传感器安装位置在多体动力学模型上建立相对应的测点响应通道,以试车场采集的发动机连接点、减震器安装点等处的实测载荷谱为依据,基于虚拟迭代理论计算得到路谱。分别从时域特征、频域特征和损伤计算三方面对监测信号和实测信号进行对比,验证路谱求解的可靠性。结果表明,求解得到的路谱具有较高的可靠性,可以用于车辆多体动力学仿真和虚拟疲劳耐久计算。  
        关键词：损伤;传递函数;联合仿真;虚拟迭代;Femfat LAB-Adams   
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        发布时间：2022-09-22
      • 崔凤奎,刘飞,王晓强,阮孝林,刘立波,徐少可,姚国林
        2019, 41(6): 1335-1340. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.011
        摘要：为改善冷滚打成形花键表面粗糙度,提高冷滚打成形花键表面质量。根据冷滚打花键成形原理,研究冷滚打成形花键表面粗糙度主要影响因素(滚打轮转速、工件进给量、滚打方式、击打深度),定量分析滚打轮转速、工件进给量与表面粗糙度之间的关系,进行冷滚打花键试验。研究结果表明:表面粗糙度随滚打轮转速的增加整体呈现下降趋势,表面粗糙度随工件进给量的增加整体呈现上升趋势。滚打轮转速在1 581 r/min～2 032 r/min范围内,工件进给量在21mm/min～35 mm/min范围内,可获得合适的冷滚打花键表面粗糙度,得到理想的冷滚打成形花键表面质量。  
        关键词：冷滚打成形花键;加工参数;表面粗糙度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张海英,董登科,苏少普,陈安
        2019, 41(6): 1341-1344. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.012
        摘要：采用激光选区熔化技术直接成形Ti-6Al-4V钛合金静力试验件,对部分试验件进行热处理或热等静压处理,并对三种状态的部分试验件进行表面打磨,通过试验对比研究了热处理/热等静压、表面处理等后处理工艺对激光选区熔化Ti-6Al-4V力学性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对不同状态试验件的微观组织和断口形貌进行了观察,分析力学性能变化的原因。热处理和热等静压后,激光选区熔化Ti-6Al-4V钛合金试验件的极限强度有所下降,但延伸率提高约50%,韧性增强。表面打磨处理使热等静压态试验件屈服和极限强度均提高了约30 MPa,但未引起沉积态和热处理态试验件力学性能的明显改变。  
        关键词：激光选区熔化;热处理;热等静压;表面粗糙度   
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      • 王云霞,漆小敏
        2019, 41(6): 1345-1350. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.013
        摘要：以汽车6061铝合金材料为研究对象,采用冶金技术通过添加强化相粉煤灰制备样品,基于灰色多响应优化理论建立不同工艺参数下切削加工理论模型,同时进行不同工艺参数的实验,运用理论及实验方法研究了不同工艺参数对汽车6061铝合金材料切削加工的影响。研究表明:汽车6061铝合金材料硬度随着强化相粉煤灰增加而增加,其密度却呈现相反趋势;切削加工过程中复合汽车材料表面粗糙度随着切削速度、填充物增加而逐渐降低,表面粗糙度随着进给量增加而增加; PCD刀具切削加工的复合汽车材料表面粗糙度明显低于K10硬质合金钢刀具;理论计算值与实验值相对误差较小,验证该理论及试验方法正确性和为其在新型汽车铝合金复合材料制备及切削工艺改善等工程应用提供可行性。  
        关键词：汽车6061铝合金材料;切削加工;灰色多响应优化理论;工艺参数   
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      • 杨帆,刘小宁,刘兵,陈刚,陈帆,范有雄,张红卫
        2019, 41(6): 1351-1358. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.014
        摘要：为提高铜管的爆破压力,在保证安全的前提下节约铜材,对TP2铜管进行了室温超压强化试验,研究了预处理试验压力与铜管爆破压力的关系,分析了TP2材质抗拉强度的变化。基于28组TP2铜管在不同预处理压力的室温爆破试验,研究表明:(1)如果TP2铜管的强化处理压力等于其屈服压力,可改善铜管钎焊的热影响,铜管的爆破压力与TP2材质抗拉强度在一定程度上可得到强化。(2)与室温非超压强化相比,经过合适压力预处理的TP2铜管,可明显增大铜管爆破压力与TP2材质抗拉强度的均值,其标准差与变异系数显著减小,其精度得到明显提高;铜管爆破压力与材料抗拉强度的均值、标准差与变异系数波动范围变小,稳定性变好。  
        关键词：TP2铜管;超压强化;爆破压力;抗拉强度;精度;稳定性   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 涂龙威,刘杰,刘光昭,张正
        2019, 41(6): 1359-1364. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.015
        摘要：针对传统基于方差的Sobol’法求解效率不高,稳健性不足,且无法进一步对高阶交叉子项的影响进行有效分解和合理分配的问题,文章提出一种实用而有效的基于偏导信息全域统计和最优多项式代理模型的结构全局敏感性方法。首先采用多项式结构选择构建具有良好拟合能力和预测能力的最优代理模型,且便于直接积分操作;其次通过对模型变量的偏导进行全域积分将基于偏导的局部敏感性方法扩展为全局敏感性方法;此外,重新定义了一种更便于求解的敏感性指标,能很好地实现对高阶敏感性指标进行有效分解,使敏感性结果直接对应于模型变量而不存在高阶指标,这更具有工程实际意义。数值算例1说明Sobol’法总敏感性指标在应用中所存在的不足;数值算例2表明提出的方法对复杂高维模型的有效性;工程算例说明本文的方法对于复杂工程结构问题的适用性和有效性。  
        关键词：结构敏感性分析;偏导全域积分;多项式结构选择;最优多项式;Sobol’法   
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      • 胡启国,周松
        2019, 41(6): 1365-1371. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.016
        摘要：针对多失效模式相关的机械零部件,利用Copula函数描述相关性方面的优势,提出了一种多失效模式相关机械零部件的可靠性建模方法。基于Vine Copula函数将复杂多失效相关的机械零件可靠性问题转换为对多个二维Copula函数进行分析,采用极大似然估计法和AIC信息准则识别最优二维Copula函数。机械零部件失效模式相对较少,获得失效样本就少。为了避免AIC值的变异性,基于改进参数的Bootstrap法提出了失效样本容量较小时最优二维Copula函数的识别。利用Matlab进行模拟检验了改进参数Bootstrap法可行性,进而运用Vine Copula模型来求解多失效模式相关机械零部件的可靠度。最后通过传动轴的算例与其它方法进行比较得出所述方法的合理性、有效性。  
        关键词：机械零件可靠性;失效模式相关;Vine Copula函数;AIC信息准则;改进参数Bootstrap法   
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      • 任明,孙涛,石永金,郑松林,李玉刚
        2019, 41(6): 1372-1377. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.017
        摘要：为了在减轻车架重量的同时尽可能提高其动、静态结构性能,以车架纵梁、横梁结构参数为设计变量,特别采用最优拉丁实验设计方法进行了样本数据设计,并运用Kriging方法构建了车架NVH、扭转刚度、弯曲刚度及车架质量等性能参数的多目标优化系统的近似模型,利用模糊多目标粒子群算法对近似模型进行了优化,得到了Pereto最优解集。结果表明,所建立的Kriging近似模型适合解决组合优化问题,在多个性能指标满足设计要求的同时,成功实现了车架结构的轻量化。  
        关键词：车架;近似模型;最优拉丁实验设计;Kriging方法;模糊多目标粒子群算法;轻量化   
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      • 孙远敬,祁志远,赵国超
        2019, 41(6): 1378-1383. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.018
        摘要：为减小内啮合齿轮泵的流量脉动,以PGH型渐开线内啮合齿轮泵为研究对象,建立流量脉动率和齿形参数的数学模型,分析了齿轮泵在外齿圈和小齿轮满足不同啮合关系时的瞬时流量,并据此建立齿轮泵的优化数学模型;将遗传算法中的遗传和变异操作引入到粒子群算法中得到改进粒子群算法,通过此算法对齿轮分度圆压力角、变位系数、齿顶高系数和齿数等参数进行优化,得到了齿轮泵流量脉动率最低时的齿形参数;通过Matlab仿真验证,结果表明:齿轮泵的流量脉动率和齿形参数呈非线性变化关系;在满足结构要求和合理传动等条件下,经过该方法优化以后,齿轮泵的流量脉动率降低了7. 27%,实现了内啮合齿轮泵流量脉动的降低。  
        关键词：PGH内啮合齿轮泵;改进粒子群算法;齿形参数优化;流量脉动   
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        设计·计算

      • 刘尧喜,唐进元,周炜,何玉辉,余洋
        2019, 41(6): 1384-1390. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.019
        摘要：扩展有限元方法(XFEM)是处理裂纹、孔洞、夹杂等不连续问题中应用最为广泛的数值方法之一。XFEM基于单位分解方法,在标准有限元方法的位移近似函数中引入附加函数项来反映位移场的间断特性和奇异特性。附加函数项的引入,导致XFEM单元刚度矩阵大小不定,标准有限元方法的总体刚度矩阵的组集方法不能直接使用于扩展有限元方法中。本文提出一种基于‘广义相邻节点对’的非零元素存储方案,该方案通过使用"广义相邻节点对"和总体刚度矩阵中非零元素的位置一一对应的关系,配合大型稀疏矩阵的CSR存储格式(Compressed Sparse Row format:行压缩存储格式),直接从单元刚度矩阵组集形成压缩存储的总体刚度矩阵。该方案较好的解决了扩展有限元总体刚度矩阵的压缩存储和组集问题,详细阐述该方案的实现过程,将此方案成功实现于Fortran语言自主开发的扩展有限元程序中,并对程序的准确性进行了验证。  
        关键词：扩展有限元法;总体刚度矩阵;CSR存储;刚度矩阵组集   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王振,崔亚辉,刘凯,张宝锋
        2019, 41(6): 1391-1399. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.020
        摘要：提出了一种新型并联混合动力系统,其采用PX型单环路系统,可有效规避无级变速器的扭矩和功率容量,通过串联两挡变速器,扩大该PX型单环路系统的调速范围。针对再生制动模式,对PX型单环路系统的功率流可逆性进行了验证。该新型并联混合动力系统采用电动机以实现纯电动驱动和制动能量回收,高速重载时发动机和电动机同时驱动车辆。建立了该动力传动系统的键合图模型,并推导了其状态方程。以Matlab/Simulink为平台建立了整车仿真模型,选取US06驾驶循环的高速公路工况,对该动力传动系统进行了仿真。仿真结果表明:通过模式切换,该并联混合动力系统确保了发动机工作在其高效率区域,车辆实际运行速度能够较好的跟随循环工况,同时,仿真前后电池荷电状态保持在期望范围内。  
        关键词：并联混合动力系统;PX型单环路系统;模式切换;键合图   
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      • 毛君,郭光领,谢苗
        2019, 41(6): 1400-1407. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.021
        摘要：为解决掘支失衡问题、提高掘进效率,设计了迈步式拱形超前支护装备。为研究该装置的结构稳定性,首先基于实际工况建立迈步式超前支护顶梁多点分布式静力学模型,并依据力法原理和奇异函数法列出顶梁应力、位移方程。然后运用有限元软件对单组支撑状态下冒顶工况进行静力学仿真,仿真结果表明支护顶梁存在应力集中现象,最大应力达192. 71 MPa,安全系数为1. 22。最后运用Ansys Workbench中Design Explorer模块对顶梁结构进行多目标尺寸优化,对优化后新模型再仿真,结果表明单个顶梁质量减少了7. 6%,整体应力降低了28. 3%,安全系数增至1. 70,说明优化后的超前支护结构具有良好的结构稳定性,得到的结论可为迈步式超前支护装备和类似支护装备的结构、尺寸设计及优化提供参考依据。  
        关键词：掘支失衡;超前支护;冒顶;尺寸优化   
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      • 谢鲲,郭常宁,闫公哲,时宝枢
        2019, 41(6): 1408-1413. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.022
        摘要：基于球笼式等速万向节钢球的受力模型,推导了一个钢球在星形套内沟道和钟形壳外沟道内运动时,沟道对钢球的周向力、沟道对钢球的法向接触力、保持架窗口对钢球的法向接触力的表达式。在此基础上,基于Herzt接触理论,对上述受力进行了Adams动力学验证。结果表明:仿真结果和理论计算基本吻合,七沟道球笼式等速万向节的周向力、法向接触力、钢球与星形套的摩擦力、与保持架的摩擦力均小于六沟道,并且随着摆角的变化而变化。  
        关键词：七沟道球笼式等速万向节;内外滚道;周向力;法向接触力   
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      • 王长武,吴敬凯
        2019, 41(6): 1414-1420. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.023
        摘要：在产品实物制造出来之前,运用数字化设计仿真技术对其未来的各种性能进行全面评估、优化改进,是当下装备研发的主流模式。对于复杂结构,由于模型简化等原因,仿真模型与真实模型之间仍存在一定差异,模型置信度是衡量一个仿真模型是否可有效指导结构设计的重要因素。分析了复杂结构产品动力学模型的等效建模方法和影响模型置信度的因素,并结合电子装备结构特点提出了自底向上的逐级修正方法。最后,以某典型产品为例,按自底向上策略对仿真模型进行了修正,得到了满足工程精度要求的力学仿真模型,为后续类似产品的衍生设计仿真奠定了模型基础。  
        关键词：复杂电子装备;动力学分析;模态测试;模型置信度;模型修正   
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      • 田璐,韩旭炤,高峰,韩闯
        2019, 41(6): 1421-1428. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.024
        摘要：微细加工会产生介观尺度下的尺度效应,应用基于位错机制的应变梯度塑性理论,考虑材料的微观结构特性,建立介观尺度下的材料本构模型,可解释微细加工中产生的尺度效应现象。对理论推导出来的介观尺度下的材料本构模型进行分析研究,得到不同切削条件下的应力-应变曲线及仿真结果。研究表明,随着切削厚度的不断增加,材料的应力-应变曲线会逐渐趋向于宏观切削时的应力-应变曲线。当刀具的前角不断增大,材料的应力会随之增加,即材料所表现的尺度效应会更加明显。刀具的前角对于切屑的形成也会产生很大的影响,当刀具前角较小时会更有利材料在前刀面堆积而形成切屑。刀具切削刃半径是微细加工中最小切削厚度现象产生的根本原因。随着刀具切削刃半径的减小,材料所表现的尺度效应也更加明显。  
        关键词：介观尺度;尺度效应;应变梯度;最小切削厚度   
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      • 李学鋆,章菊,陈小兵
        2019, 41(6): 1429-1435. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.025
        摘要：自动驾驶车辆需具备独立完成转向操作的能力,传统的电动助力转向系统无法满足该要求。为了达到自动驾驶车辆自动转向的目的,设计可同时满足驾驶员驾驶和车辆自动驾驶两种工况的车辆转向系统,对转向系统关键零部件进行选型设计;根据不同驾驶工况建立转向系统数学模型,利用Matlab/Simulink进行系统仿真。仿真结果表明,该转向系统可以满足自动驾驶工况,且可以保证车辆的稳定性,但由于转向系统输出值与输入值存在误差,导致行驶轨迹存在一定的偏移。  
        关键词：自动驾驶车辆;驾驶权;自动驾驶;转向系统   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 甄莹,衣海娇,曹宇光,张士华,史永晋
        2019, 41(6): 1436-1444. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.026
        摘要：断裂韧性作为评估管道结构完整性的一个重要参数,对其进行尺寸效应研究具有重要的科学意义和工程价值。当前对金属材料断裂韧性尺寸效应的研究主要集中于线弹性断裂参数应力强度因子K,且大多仅考虑试件厚度的影响。为建立试件尺寸对高强度高韧性管道钢材料断裂韧性的系统影响规律,基于Gurson-Tvergaard-Needelman (GTN)模型对单边切口梁(SENB)试件三维断裂过程进行模拟,选用裂纹尖端张开位移(CTOD)与裂纹尖端张开角(CTOA)对其断裂韧性进行表征,分析两者沿试件厚度的分布规律,并研究裂纹深度与试件厚度对其影响。同时选取应力三轴度对试件约束水平进行评估,以此解释断裂韧性尺寸效应存在的原因。研究结果表明:断裂韧性在试件厚度方向一定范围内基本保持不变,在自由表面处取得最大值;裂纹深度对断裂韧性几乎没有影响,而试件厚度越大,断裂韧性越低,且临界CTOA比临界CTOD更能反映断裂韧性的变化规律。  
        关键词：CTOD;CTOA;应力三轴度;尺寸效应;约束   
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        发布时间：2022-09-22
      • 黄哲峰,李力,杨增钦,尚福林,侯德门
        2019, 41(6): 1445-1453. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.027
        摘要：基于三维连续介质损伤力学模型,针对双模量纤维增强树脂基(BFRP)复合材料层合结构提出了一种改进的渐进损伤分析方法。首先,根据双模量材料的双线性模型以及正交各向异性材料本构理论,给出了BFRP单层板的应力-应变关系描述方法。其次,采用Dvorak就位强度模型计算了单层板的就位强度。并且,采用三维Hashin强度准则以及指数型材料损伤演化准则描述层合板的内部损伤起始与演化,使用内聚力单元描述层间的力学行为。进而,借助Abaqus材料子程序Umat编写了BFRP层合结构的渐进损伤分析程序。通过与文献试验结果的比较验证了新方法的正确性。最后利用该方法,对某空间站BFRP臂杆结构的承载极限进行了仿真分析,得到了相应的预测结果。  
        关键词：双模量;连续介质损伤力学;就位强度;渐进损伤分析;Hashin失效准则   
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        发布时间：2022-09-22
      • 朱卓平,王艾伦,邵世聪,刘向军
        2019, 41(6): 1454-1459. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.028
        摘要：组合转子模化放大或缩小过程中,由于尺寸效应的存在,微裂纹扩展对不同尺寸组合转子动力学性能影响规律尚不明确。应用相似理论的量纲分析法简要介绍微裂纹扩展过程中存在的"尺寸效应",并以某重型燃气轮机组合转子原型及其2. 3倍缩尺模型和1. 3倍放大模型为研究对象,分析了初始微裂纹随组合转子尺寸同比例变化和不随组合转子尺寸变化两种情况下,组合转子固有频率漂移情况。结果表明:用简单的Paris公式分析因微裂纹扩展导致不同尺寸组合转子固有频率漂移时存在较大误差,其动力学性能变化和组合转子尺寸之间存在一定的相关性。  
        关键词：组合转子;相似理论;微裂纹;动力学性能;系列化设计;尺寸效应   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙权,鹿业波,陈建钧
        2019, 41(6): 1460-1465. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.029
        摘要：采用Nahshon-Hutchinson剪切修正GTN损伤模型对小冲杆试验进行有限元仿真。以硅钢板为研究对象,基于有限元仿真和因子试验设计方法,研究了损伤演化参数对小冲杆试验载荷-位移曲线的影响程度,得出影响模拟准确性的关键参数为fN、εN、ks,并应用响应曲面法确定了这些参数的取值;断裂参数fc、fF以小冲杆试验载荷-位移曲线模拟和实验结果对比的方法进行标定。最后,基于不同厚度的小冲杆试样进行实验和模拟结果对比,验证了所确定参数的有效性。  
        关键词：小冲杆试验;GTN模型;有限元法模拟;响应面法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 葛文韬,刘洲,段龙杨,贾慧芳,龚春辉
        2019, 41(6): 1466-1472. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.030
        摘要：为预测车架的疲劳寿命,建立整车多体动力学模型,在基于实测道路载荷谱的基础上,采用了虚拟迭代技术,得到了车架各接口点的动态载荷。为解决耐久规范中越野路所引起的动态载荷仿真耗时的问题,采用时域损伤编辑法对载荷谱进行了缩减处理,缩减前后各通道损伤值及分布均保持一致,单个循环路面里程由3 km缩减至1. 6 km,加速了动态载荷仿真。通过采用Miner线性疲劳损伤法对车架进行了疲劳寿命分析预测,分析结果显示其寿命能够满足疲劳性能目标,并最终通过了实车试验场道路耐久的验证,表明分析结果与试验一致。  
        关键词：多体动力学;虚拟迭代;缩减;动态载荷;疲劳分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 胡波涛,柴亚南,陈向明,魏景超
        2019, 41(6): 1473-1479. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.031
        摘要：针对后屈曲复合材料加筋板筋条-蒙皮界面失效,进行了基于六点弯试验的失效表征研究。在商业有限元软件Abaqus中建立加筋板轴压以及六点弯试验的有限元模型,采用Cohesive单元和子模型法,对轴压后屈曲和六点弯试验的筋条-蒙皮界面失效起始位置、失效模式及内力分布进行了对比分析。基于有限元结果,还推导了界面控制内力的计算方法,给出了界面脱粘的失效表征方程和失效包线。计算结果表明,六点弯试验可有效表征后屈曲复合材料加筋板的界面失效。  
        关键词：复合材料;加筋板;后屈曲;六点弯;失效表征   
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      • 蒋舸,冯晓东
        2019, 41(6): 1480-1485. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.032
        摘要：基于最小秩损伤识别方法,提出一种最小秩修正法进行空间桁架结构体系损伤识别研究。通过引入特征值矩阵将残余力方程与最小秩修正法完美结合起来,较好地解决所取用的模态个数必须等于刚度摄动矩阵的秩这一问题,最终由最小秩修正法来求解空间桁架结构损伤位置和损伤程度。以一个空间桁架结构体系为例验证最小秩修正法,分析讨论测量噪音的影响。研究结果表明,最小秩修正法是准确可靠的,且有较强的鲁棒性。  
        关键词：损伤识别;残余力;最小秩修正;特征值矩阵   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 乔雪涛,张力斌,闫存富,王长路,王伟功,张立勇
        2019, 41(6): 1486-1492. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.033
        摘要：精密减速器是工业机器人的关键部件之一,其核心技术长期被发达国家所垄断,严重制约了我国工业机器人产业的发展。回顾RV减速器的发展历程,阐述国内外RV减速器的技术现状,试图分析制约我国RV减速器发展的主要原因,并从行业规划、宏观政策等方面简述我国相关文件、政策,对RV减速器的发展起到积极的推动作用,最后提出了机器人RV减速器进一步深入研究和产业化发展的若干看法和建议。  
        关键词：工业机器人;RV减速器;发展现状;制约   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘旭南,赵丽娟,周文潮,刘宏梅
        2019, 41(6): 1493-1498. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.034
        摘要：为获取复杂工况下薄煤层采煤机螺旋滚筒应力信息,进而指导其参数设计或运动学参数匹配,采用PRO/E建立了滚筒及煤岩模型,通过专用接口导入到Ansys,并根据实际情况对模型进行定义单元、材料、划分网格添加约束、接触等操作,最终在Ls-Dyan中建立了螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,设置牵引速度为4 m/min,滚筒转速为80 r/min,并对其进行动态仿真,获取相应零件的接触力信息及应力云图。结果表明:截齿合金头、齿体、齿座、叶片最大应力分别为1 209. 26 MPa、812. 5 MPa、371. 79 MPa以及103. 56 MPa,均小于各自材料的许用应力,能够可靠工作。该方法能够找到滚筒的薄弱环节,可为螺旋滚筒设计及运动学参数匹配提供重要的理论参考。  
        关键词：螺旋滚筒;采煤机;煤岩耦合;应力;强度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 祁喜全,王岩松,郭辉,刘宁宁
        2019, 41(6): 1499-1503. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.035
        摘要：为避免因时域信号过长而无法加载的情况,采用传递函数理论进行应力危险部位处应力功率谱密度仿真与实验验证。根据带宽系数确定Dirlik的寿命预测方法,结合S-N曲线进行基于功率谱密度下的疲劳寿命预测,并通过时域法进行寿命结果验证。结果表明:Dirlik方法寿命结果和时域法相对误差较小,寿命预测方法准确,为提高汽车零部件的疲劳寿命精度研究提供参考。  
        关键词：传递函数;疲劳寿命;应力功率谱密度;Dirlik方法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 郭志强,常明瑞,任学平,杨杰
        2019, 41(6): 1504-1508. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.036
        摘要：间隙会造成轧机主传动系统特性变差,间隙大小对系统的影响如何是生产企业所关注的。基于数值模拟与有限元分析方法,研究含多间隙的成品初轧机主传动系统,因间隙大小的不同而引起系统动态特性的变化。利用Matlab数值仿真和Ansys有限元计算,分别得出不同间隙对系统动态响应与应力变化的不同影响。两种方法相互验证与补充为轧机生产实践提供理论参考。  
        关键词：轧机;间隙;数值模拟;有限元分析   
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      • 吴昊,钟自锋
        2019, 41(6): 1509-1514. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2019.06.037
        摘要：针对某轻卡燃油滤清器支架在整车道路试验中出现的开裂问题,首先采集该支架在各个路面的振动加速度,测试结果表明其中搓板路的振动加速度最大。然后将车架端作为激励点并且加载实测频域信号,基于频率响应方法对该支架进行振动分析,分析结果表明该支架在Z向的最大von Mises应力超过其材料屈服强度,位于圆管折弯处,与实际失效位置一致。最后通过Isight平台集成Catia、Hypermesh和Nastran同时采用第二代非劣排序遗传算法对该支架进行多目标优化分析,得到了圆管的最优参数,优化之后其最大应力值均低于许用应力,优化效果比较明显,均能够满足疲劳强度性能要求,与此同时其优化方案也通过了整车可靠性路试验证,因此成功解决了该开裂问题。该分析方法集成了道路测试、有限元技术、频率响应方法以及整车可靠性路试验证,对于类似支架的振动分析及其优化设计具有非常重要的实际工程应用意义并且提供了先进的参考依据。  
        关键词：燃油滤清器支架;振动加速度;频率响应;优化   
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        发布时间：2022-09-22
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