最新刊期
      2020 年 第 3 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 张祥,陈仁文
        2020, 42(3): 509-515. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.001
        摘要：为了实现对结构的损伤检测,提出一种基于小波包变换和Replicator Neural Network (RNN)的单位置结构损伤检测方法。首先采用小波包变换对原始振动响应信号进行分解,计算分解得到的各频带的相对频带能量,这些相对频带能量的分布反映了结构特性。然后,将健康结构的相对频带能量作为输入训练RNN。最后,利用训练后的网络即可对结构进行实时损伤检测。实验表明,即使在有噪声干扰下,该方法仍然能够检测出结构是否存在损伤。  
        关键词：Replicator Neural Network;小波包变换;相对频带能量;结构损伤检测   
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        发布时间：2022-09-22
      • 钟志贤,焦博隆,王家园,刘翊馨,祝长生
        2020, 42(3): 516-522. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.002
        摘要：针对裂纹转子振动位移信号不平稳、非线性,故障特征难提取,且在故障初期缺少对样本的收集和整理等问题,提出了一种基于VMD(Variational Mode Decomposition-变分模态分解)和AR(Auto Regressive-自回归)模型的转子裂纹故障诊断方法。采用VMD方法对转子位移信号处理,得到若干个平稳的本征模态函数(Intrinsic Mode Function),再分别对每个IMF分量建立AR模型,利用最小二乘法计算模型参数和残差的方差,将模型参数和残差的方差作为系统状态特征向量,建立马氏距离(Mahalanobis distance)判别函数,通过设置相应加权参数得到综合距离来实现裂纹故障诊断。最后采用VMD和AR方法进行了转子裂纹故障的诊断实验,实验结果表明,基于VMD和AR模型诊断转子裂纹故障是可行和有效的,克服了AR模型在诊断转子裂纹故障的不足。  
        关键词：裂纹转子;变分模态分解;AR模型;故障诊断;马氏距离   
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        发布时间：2022-09-22
      • 肖昌明,肖涵,易灿灿
        2020, 42(3): 523-528. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.003
        摘要：利用超声无损检测技术,对轴的表面裂纹检测时,微小裂纹回波信号常常会被各种噪声掩盖,造成裂纹无法识别和定位。为解决这一问题,提出采用广义交叉阈值同步压缩小波变换方法对超声回波信号进行分析,从时频域中识别裂纹回波信号特征并进行定位。该方法在同步压缩小波变换基础上,利用广义交叉验证估计降噪的阈值水平,不依赖于任何先验知识。具体地,通过添加基于峭度测量的预处理步骤和基于自适应硬阈值处理的后处理步骤,提高了阈值处理的效率和时频域内的降噪效果,从而实现了噪声与特征信号的有效区分。将该方法应用于轴表面微小裂纹超声回波信号的特征识别,并与连续小波变换的结果进行了对比,结果表明所提出的方法能够更精确地识别裂纹并提取裂纹出现时间点,进而判断微小裂纹的具体位置。  
        关键词：超声检测;同步压缩小波变换;广义交叉阈值;回波信号;特征提取   
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        发布时间：2022-09-22
      • 黑棣,郑美茹
        2020, 42(3): 529-538. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.004
        摘要：针对固定瓦-可倾瓦气体轴承支撑的拉杆转子动力学特性进行了研究。将拉杆转子轮盘间的接触效应等效为一个具有非线性刚度的抗弯弹簧,从而建立了拉杆转子模型。基于固定瓦-可倾瓦气体轴承的边界条件,运用微分变化法求解了Reynolds方程,得到了在单瓦坐标系下的气膜力,采用坐标变换和组装计算最终得到固定瓦-可倾瓦气体轴承的气膜力。在计算时对比了圆柱形气体轴承和固定瓦-可倾瓦气体轴承的稳定性、拉杆转子和整体转子的稳定性。最后,以转轴刚度为控制参数,运用改进的Newmark法研究了拉杆转子的动力学特性,同时也研究了固定瓦-可倾瓦气体轴承预负荷和支点比对转子系统运动行为的影响。  
        关键词：拉杆转子;气体轴承;固定瓦-可倾瓦;Newmark法;稳定性   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 王超,刘潮涛,邬平波,宋烨,李凡松,张富兵
        2020, 42(3): 539-544. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.005
        摘要：车体是高速列车的重要承载部件,疲劳试验可以准确评估车体的疲劳寿命,还可以验证仿真计算模型的准确性,并可以将仿真分析时考虑不全面的工艺因素考虑在内。通过比较国内外相关标准确定了包含车体垂向、中心销横向、纵向以及车钩纵向载荷在内的高速动车组整车车体疲劳试验载荷,根据试验载荷制定了整车车体的疲劳试验方案,并根据该方案完成了国内首次高速动车组整车车体的疲劳试验。通过疲劳试验发现车钩座内侧筋板焊缝存在疲劳安全隐患并提出了优化方案,对优化后的方案近一步进行验证,最终证明了该型高速动车组车体的疲劳寿命满足设计要求。  
        关键词：高速动车组车体;疲劳试验载荷;试验加载方案;优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 雷军,苏涌翔,徐清俊
        2020, 42(3): 545-550. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.006
        摘要：为了实现超声波辅助滚压加工工件表面完整性的合理控制。以GCr15轴承钢为研究对象,选用转速、进给速度和静压力为主要加工参数,通过超声波辅助滚压试验,将灰色理论、响应曲面法和遗传算法相结合,对超声波辅助滚压GCr15轴承钢表面粗糙度、残余应力和硬度进行关联分析,建立灰色关联度预测模型,并对该模型进行优化研究。结果表明:静压力对超声波辅助滚压加工工件表面完整性影响最大,转速次之,进给速度最小;最优加工参数组合为进给速度25 mm/min,转速300 r/min,静压力247 N;此时所对应的表面粗糙度为0. 299μm,残余应力为-376. 4 N,硬度为759. 8 HV。研究结果对提高超声波辅助滚压加工工件表面完整性,确定最优超声波辅助滚压加工参数具有重要的工程意义。  
        关键词：超声波辅助滚压;GCr15;灰色理论;关联分析;优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 衣海娇,甄莹,曹宇光,张士华,史永晋
        2020, 42(3): 551-558. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.007
        摘要：研究材料断裂应变与应力三轴度的关系,从而建立其断裂失效模型,对分析6061-T6铝合金断裂失效过程具有重要理论意义和应用价值。分别借助数字图像相关(DIC)测量技术和Abaqus软件对6061-T6铝合金光滑圆棒试件与缺口圆棒试件准静态拉伸过程进行试验和数值模拟,基于所得结果对后者应力三轴度进行分析和修正,从而得到Johnson-Cook(J-C)失效模型的部分材料参数,并建立了6061-T6铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。将建立的失效模型输入到Abaqus中进行断裂数值模拟,模拟结果与试验结果基本一致,验证了失效模型的正确性。研究表明:6061-T6铝合金的断裂应变随应力三轴度的增加而减小;采用J-C失效模型可以较好的描述6061-T6铝合金在不同应力三轴度下的断裂失效行为。  
        关键词：6061-T6铝合金;应力三轴度;断裂失效;J-C失效模型;DIC测量技术   
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        发布时间：2022-09-22
      • 钟斌,焦泽辉,郑飞,马岳,苏彬
        2020, 42(3): 559-564. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.008
        摘要：采用应变控制的方法,研究了铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金400℃～800℃循环温度下的同相位热机械疲劳行为,并与400℃和800℃恒温低周疲劳结果进行了对比分析。结果表明,该合金的400℃～800℃同相位热机械疲劳性能在大应变短寿命区优于400℃和800℃恒温低周疲劳;在小应变长寿命区略低于400℃低周疲劳,介于800℃低周疲劳数据分散带内;在热机械疲劳试验条件下,合金不表现明显循环硬化或软化现象,疲劳试样断口可观察到层片间、层片内断裂和穿层片撕裂3种开裂方式。  
        关键词：TiAl合金;热机械疲劳(TMF);低周疲劳(LCF);同相位(IP)   
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        发布时间：2022-09-22
      • 林国伟,李新祥
        2020, 42(3): 565-572. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.009
        摘要：为了筛选用于复合材料加筋壁板后屈曲分析的失效准则,设计了具有较长后屈曲历程的L型加筋条试验件,并对其进行压损破坏试验,同时建立了考虑渐进损伤的有限元模型,计算得到了载荷-应变曲线,屈曲载荷和破坏载荷。计算结果和试验数据吻合良好,预测的失效模式也与试验结果一致,验证了建模方法的有效性。并在有限元分析中分别采用了五种不同的失效准则进行计算,得到了各失效准则对应的破坏载荷和失效模式,表明通过L型加筋条试验和分析结合,可以对各个失效准则的有效性进行验证,避免失效准则选取的随意性,从而为复合材料加筋壁板后屈曲设计分析提供指导。  
        关键词：复合材料;后屈曲;有限元分析;失效准则   
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        发布时间：2022-09-22
      • 亚库普·艾合麦提,王文韫,古丽巴哈尔·托乎提,孙志,买买提明·艾尼
        2020, 42(3): 573-579. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.010
        摘要：提出了一种带径向畸变和切向畸变的成像模型,利用Levenberg-Marquardt算法进行非线性优化参数标定的双目摄影振动测量方法,并对某型风力机叶片进行了模态频率辨识。两台摄像机同步采集振动图像序列并用自适应动态阈值对图像进行目标分割,以编码点区域灰度梯度跳跃最快的方向作为边缘,进一步用最小二乘法拟合边缘,用灰度平方加权质心法获取动态连续图像序列中编码点的精确亚像素中心坐标。每一个编码点类似于微小的"位移传感器",能够反映叶片时域振动响应。最终,从时域响应数据中获取叶片固有模态频率,与有限元法和激光多普勒测振仪分析结果比对,相对误差都在5%以下,验证了双目摄影测量方法的可靠性和有效性。  
        关键词：双目摄影;振动测量;风力机叶片;激光多普勒;亚像素   
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        发布时间：2022-09-22
      • 胡军,朱文丰,许凯乐,马壮壮
        2020, 42(3): 580-584. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.011
        摘要：动态特性是影响机床精度的重要因素,目前,材料组合是被经常采用的一种有效方法。为了研究机床部件的动态特性,制作了螺栓连接夹层结构件。基于实验模态分析理论,采用TST 5912动态信号测试分析系统分别对以HT200和QT500材料为基层和约束层,丁腈橡胶(NBR)板和聚丙烯塑料(PP)板为夹层材料的结构件进行锤击实验。通过改变基层材料、约束层材料、夹层材料及厚度,获得夹层结构件的振型、固有频率、阻尼比等参数。实验表明,橡胶夹层结构的阻尼比大于塑料夹层结构的阻尼比,且随着夹层厚度的增加而增大;基层越薄,夹层结构件阻尼比的增加速率越大。  
        关键词：动态特性;模态分析;锤击实验;夹层结构;阻尼比   
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      • 李朋
        2020, 42(3): 585-590. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.012
        摘要：斜切截割是长壁式综合机械化采煤工艺的一种工况,其目的是使采煤机深入煤壁切割煤炭。斜切截割时采煤机一部分深入煤壁,另一部分直行截割,因此承受较大弯矩,是一种恶劣工况。基于国家能源采掘装备研发实验中心实验台,对采煤机截割部齿轮箱在斜切截割工况下振动特性进行实验分析。实验模拟井下真实斜切截割工况,利用三向加速度传感器收集行星级和直齿级振动加速度数据。实验中发现了拍振现象,并分析了截割参数对拍振现象的影响规律。分析了齿轮传动系统各传动级啮合频率的耦合现象,并分析截割参数对频率耦合作用的影响规律。  
        关键词：实验研究;频率耦合;拍振;采煤机;振动特性   
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        发布时间：2022-09-22

        微电子机械系统

      • 杨晶,江一鸣,陈刚,徐伟玲
        2020, 42(3): 591-596. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.013
        摘要：随着电子封装向高功率、高密度方向发展,互连结构面临着电迁移失效引发的器件可靠性问题。传统的仿真方法多数基于单个或者两个物理场进行的。以预测互连结构中空洞出现的位置为目标,采用有限元方法,提出一种综合考虑电场、温度场、应力场和原子浓度场完全耦合作用下获得互连结构中原子浓度的分布的仿真方法,预测原子浓度最小值处出现空洞。分别将该方法应用于互连引线结构和互连焊点结构,对比实验现象,验证了该仿真方法的准确性与可靠性,为集成电路设计的可靠性分析提供一种精准的预测方法,并提出失效判据。  
        关键词：电迁移失效;有限元;多物理场;原子浓度   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 许娇娥,姚松,刘荣
        2020, 42(3): 597-603. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.014
        摘要：针对拓扑优化过程中计算精度对优化结果的影响,将自适应p型有限元与双向渐进结构拓扑优化BESO(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization)相结合,根据误差控制参数设置,通过单元能量误差分析,自适应地提高单元阶次,有效改善有限元计算精度,并采用灵敏度过滤算法和稳定策略,减轻了棋盘格和迭代振荡现象。通过最小柔度拓扑优化问题实例的计算,验证了该方法的可行性,结果表明所提出方法可在较粗糙的网格下提高拓扑优化计算精度,得到更高的优化效率和更好的优化结果。  
        关键词：自适应p型有限元;双向渐进结构优化;单元阶次;最小柔度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 叶爽,刘强,黄坤兰,范力中,王杰
        2020, 42(3): 604-609. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.015
        摘要：基于目前机械结构优化设计未充分考虑结构动态特性对综合性能的影响以及工程优化设计效率低下的问题,提出了响应面模型仿真实验方法。通过结合最优空间填充设计和Kriging插值思想构建机械结构优化设计初始代理模型,并利用试验设计方法、误差较大区域加密优化、近似最优解局部加密处理以及内外层更新迭代思想,建立了在局部区域和全局空间内都具有较高近似精度的Kriging模型。在此基础上,基于筛选优化算法和多目标遗传算法得到目标函数的Pareto最优解。最后用轻轨用轴桥结构优化设计实例验证了该方法的有效性。  
        关键词：轻轨用轴桥;最优空间填充设计;Kriging;响应面法;筛选优化算法   
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      • 何婺晖,唐家银
        2020, 42(3): 610-616. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.016
        摘要：在无故障数据情况下,将失效概率结合Bayes理论引入置信限,分析了修正后的数据Weibull分布中单侧置信可靠性。其方法是:首先基于Weibull分布采用配分布曲线法进行分析,构造出多层先验分布给出失效概率的综合EBayes估计,结合最小二乘法拟合得到分布参数的估计值;根据参数的统计性质构造置信区间的枢轴量,同时,给出Weibull分布特征参数的区间估计和可靠度置信下限。以经典轴承试验为例,将此方法与其它方法计算结果进行对比,证明了该方法对置信可靠性评估的合理性和可行性。  
        关键词：无故障数据;失效概率;多层E-Bayes估计;配分布曲线法;置信区间估计   
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        设计·计算

      • 朱鲜飞,冯蕴雯,薛小锋,朱铮铮
        2020, 42(3): 617-630. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.017
        摘要：保护乘员的生命安全是飞机适坠性设计的最终目标。为了更为准确的模拟乘员在坠撞过程中的动响应及伤害情况,利用LS-Dyna构建了包含假人及座椅约束系统的机身段坠撞仿真模型,对机身段在垂向撞击速度为9. 14 m/s时结构及乘员的动响应进行了详细分析,包括机身结构的吸能特性及破坏模式、舱内设施的系留状况、乘员的运动及伤害情况等,并通过与试验数据的对比验证了坠撞仿真模型的可信性;最后,开展了民机适坠性评估方法研究,通过对相关适航条款、咨询通告及标准的解读和梳理,提出了以生存空间、系留强度、乘员伤害、撤离通道和坠撞后环境为考核指标的民机适坠性综合评估方法。机身段适坠性分析表明,垂直坠撞环境下乘员的伤害模式主要为腰椎和小腿伤害,坠撞过程中乘员腰椎最大压缩载荷为6. 78 kN,小腿胫骨最大轴向压缩载荷为7. 46 kN;利用提出的适坠性综合评估方法对所构建民机的适坠性进行了系统评估,可知其适坠性较好,除乘员腰椎载荷稍微超出适航规定值而需要进行相应的设计改进之外,其余评估指标皆符合要求。  
        关键词：机身段结构;假人-座椅-约束系统;适坠性分析;适坠性评估;数值仿真   
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      • 卫锐,金贺荣
        2020, 42(3): 631-638. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.018
        摘要：为了保证多种工况条件下掘进机系统整机稳定性,进行人机交互界面模块与计算模块的架构设计,建立截割臂三维笛卡尔坐标系,基于空间姿态矩阵转换表征掘进机工作全过程的空间姿态,对截割载荷进行计算,提出了一种多边界稳定性综合判定方法,制定程序实现流程,基于VB和Matlab平台联合开发了一种纵轴式掘进机动态稳定性分析软件。软件可对不同工况下掘进机掘进过程中的截割载荷、稳定性、关键铰点力和力矩进行计算,并通过界面以图形或Excel表格形式输出结果,为掘进机的设计和关键零部件的选型提供参考。  
        关键词：掘进机;稳定性;截割载荷;坐标变换;仿真计算   
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        发布时间：2022-09-22
      • 米承继,李文泰,倪正顺,肖学文,阳清泉,肖岳鹏,王梦龙
        2020, 42(3): 639-647. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.019
        摘要：为分析某型电动轮自卸车车架静动态特性,首先建立该型电动轮自卸车的整车刚柔耦合多体动力学模型获得车架关键承载部位的载荷信息,同时构建含焊缝细节结构的车架进行有限元模型。再次,开展满载静止状态下车架静强度分析,利用道路应力试验验证该模型的正确性;继而开展满载水平弯曲工况、极限扭转工况和紧急制动工况下动强度分析、刚度分析及模态分析。结果表明,车架在扭转工况下的刚度具有一定的提升空间,存在车架失效风险。最后,利用拓扑优化技术对车架多工况下刚度进行多目标优化设计。结果表明:优化后的车架静动态性能满足整车使用要求,该方法为电动轮自卸车车架的静动态特性设计提供一定的借鉴经验。  
        关键词：电动轮自卸车车架;静动态特性;刚度分析;模态分析;拓扑优化技术   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王颜辉,张学良,温淑花,陈永会,兰国生
        2020, 42(3): 648-653. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.020
        摘要：基于分形理论同时考虑微凸体的弹性、第一弹塑性、第二弹塑性、完全塑性四个阶段的变形状态,得出单个微凸体在各变形阶段的接触刚度模型,从而得出影响单个微凸体法向接触刚度的相关参数。引入频率指数并得出各变形阶段频率指数的临界值,推导出频率指数值处于不同区间时结合面的接触刚度模型。模型仿真结果表明,分形维数D取1. 1～1. 9时,随着D值的增大,无量纲法向接触刚度的值单调增大;微凸体频率指数处于各个区间时无量纲法向接触刚度的值随法向实际接触面积的增大均增大。  
        关键词：结合面;分形理论;法向接触刚度;加载;弹塑性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李新闻,李玉莲
        2020, 42(3): 654-660. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.021
        摘要：通过建立插补方程组,研究不同刀位点的位姿状态与坐标变换,得出坐标系之间的数学模型,根据仿真结果验证其有效性。依托五轴数控机床建立插补方程组,分析不同加工方向的插补模型;运用齐次矩阵变换法和数值赋值反算法,并结合机器人学中经典的D-H法建立其坐标系之间的数学模型,得出机床刀架实现转动时的位姿状态,各轴运动的坐标值及运动学方程;使用Matalb和Adams进行空间轨迹规划与运动学仿真。通过仿真分析,结果表明动力刀架在加工过程中的位姿姿态与平稳性符合前期设计要求,机床的整体运动性能良好。结论:刀具完全按照设计要求的轨迹规律在运动,验证了方法的有效性及合理性。  
        关键词：位姿状态;坐标变换;插补模型;D-H法;轨迹规划   
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        发布时间：2022-09-22
      • 秦争争,汪泉,赵大兴,王君,曾利磊
        2020, 42(3): 661-666. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.022
        摘要：考虑弹性变形对摆线轮齿廓的影响,提出了一种补偿弹性变形的摆线轮齿廓修形方法。基于摆线轮齿廓修形理论,求出了摆线轮啮合点坐标,利用坐标变换原理,拟合得到产生弹性变形之后的摆线轮齿廓,进行了摆线轮齿面接触力理论计算,并建立了考虑弹性变形特性的摆线轮齿廓修形优化数学模型,采用遗传算法寻优求解,并与未考虑弹性变形的修形方法进行对比分析。研究结果表明:相比于未考虑弹性变形的修形方法,该方法实际工作齿廓与转角修形齿廓的拟合度提高了1. 52倍,齿面接触力减小了8. 27%,从而验证了该方法的合理性与可行性。  
        关键词：弹性变形;齿廓修形;优化设计;RV减速器   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 舒爱梅,翁建生,韩强,余文杰,孙鹏飞,李继伟
        2020, 42(3): 667-674. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.023
        摘要：为了研究温度场分布对排气系统振动固有特性与振动疲劳寿命的影响,应用试验和双向流固耦合等数值计算方法分析排气系统固体温度场分布,研究温度场分布对排气系统热模态影响,并采用频域振动疲劳寿命Dirlik估计法对某国六排气系统在温度场分布下的振动疲劳寿命进行分析估算。结果表明,在温度场作用下结构模态频率降低,并且考虑温度分布的疲劳寿命相对室温振动疲劳寿命降低90. 8%。因此温度场分布对排气系统的振动固有特性和疲劳寿命影响显著,在产品开发阶段不可忽视。  
        关键词：排气系统;振动疲劳;流固耦合;模态分析;温度场分布;振动固有特性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 路遵友,吕延军
        2020, 42(3): 675-679. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.024
        摘要：线接触热弹流润滑下,与油膜接触的两固体表面会产生温升变化,固体表面必定会产生热应力,由于固体表面受到了非均匀油膜压力的约束,数值求解固体表面热应力的难度较大。将热力转换原理和热弹性力学理论引入弹流润滑计算中,给出了数值计算方法,实现了固体表面线胀系数的数值求解,解决了热应力和热弹性变形的数值计算,通过算例得到了满足收敛精度的润滑特性和热应力的数值解,并讨论分析了线载荷变化对固体表面热应力的影响。研究内容可为热弹流润滑分析和约束条件下固体热应力分析提供理论基础和数值方法。  
        关键词：线接触;热弹流;热应力;热弹性变形;热力转换   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈洪月,许若镛,毛君
        2020, 42(3): 680-687. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.025
        摘要：为了研究带式输送机运行过程中,输送带覆盖层与托辊的压陷阻力变化规律,以三元件固体模型为基础,考虑温度对输送带粘弹性能的影响,提出并建立一种考虑温度的三元件四变量热粘弹动力学参数模型。再利用变温动态压缩实验,得到不同温度下的动态加载力与时间的曲线,通过一阶傅里叶级数拟合和推导获得了输送带橡胶覆盖层的热粘弹动力学参数模型公式,并对公式的准确性进行了验证,最后建立了包含温度、带速等参数的输送带压陷阻力系数计算方程,分析了各因素对压陷阻力系数的影响,并通过实验验证了压陷阻力系数计算方程,研究结果为指导带式输送机的节能运行控制提供了依据。  
        关键词：温度;热粘弹动力学参数模型;一阶傅里叶级数;压陷阻力系数   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 陈平,方杰,周志,许鑫,张经通
        2020, 42(3): 688-693. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.026
        摘要：拨叉作为汽车变速箱换挡关键的零件之一,其寿命直接影响变速箱的性能。以某手动变速箱换挡拨叉为研究对象,利用有限元软件分析拨叉的疲劳应力,采用动力学仿真软件获取拨叉的载荷谱。提出一种基于GL规范拟合材料S-N曲线与Goodman平均应力修正相结合的方法进行拨叉的疲劳寿命分析。疲劳试验机的试验结果表明,二者破坏的位置与疲劳寿命基本一致,证明了所提出方法的可靠性和实用性,为后续此类拨叉结构设计与优化提供了依据,具有普遍适用性。  
        关键词：拨叉;疲劳寿命;S-N曲线;Goodman平均应力修正;疲劳试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张进,吴健,王纬波,于培师,赵军华
        2020, 42(3): 694-699. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.027
        摘要：含孔板的应力集中问题一直是结构安全评估的重要研究课题。许多学者研究了线弹性孔板在静态载荷下的应力集中问题,包括孔的形状,材料的各向异性和加载方向等因素的影响。然而,当孔板承受动态载荷发生塑性变形时,应力应变关系的非线性和应变率效应会导致应力集中与线弹性结果有明显的不同。因此,基于Johnson-Cook模型,对45号钢含孔板孔边的动态应力集中问题进行了系统的有限元分析。研究结果表明,塑性应力集中系数不仅取决于加载大小(应变)而且还取决于加载速度(应变速率)。给定远端应变1%,在平面应力状态下:圆孔板在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高10%;对于形状因子(短轴/长轴)为0. 5的椭圆孔板,在应变率6)ε∞=20/s下的应力集中系数比应变率6)ε∞=0. 1/s下的结果高11%。  
        关键词：应变率效应;应力集中;粘塑性;有限元;应变   
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        发布时间：2022-09-22
      • 殷芳,范让林,冯程程,齐松强,曾昭胜
        2020, 42(3): 700-707. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.028
        摘要：研究单轴及多轴载荷应力状态下最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、最大主Euler应变和八面体切应变峰值等五种损伤参量的计算方法,发现在有限元分析时只需输出危险区域的变形梯度张量即可计算出五种损伤参量的值。基于疲劳裂纹萌生理论以及哑铃形橡胶试片的疲劳试验数据,分别以上述五种损伤参量建立寿命预测模型,用拟合优度值衡量五种寿命预测模型的准确性,其中以八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型拟合优度值最大。基于疲劳裂纹扩展理论以及单边缺口、纯剪切试片的裂纹扩展试验数据,建立疲劳寿命预测模型;分别用基于八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型和基于裂纹扩展理论的寿命预测模型对同一衬套产品进行寿命预测,对比两种寿命预测模型的预测效果;研究发现,以八面体切应变峰值为损伤参量的寿命预测模型具有更好的预测效果,预测寿命在实测寿命的三倍分散线附近。  
        关键词：橡胶衬套;多轴载荷;疲劳寿命;裂纹萌生法;裂纹扩展法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵善政,于佳伟,栾世杰,郑松林,朱连峰,王怡荣
        2020, 42(3): 708-715. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.029
        摘要：目前整车道路模拟试验台架耐久性试验规范一般照搬试车场,忽略了两者载荷之间的差异,导致台架试验效果不理想,难以复现试车场的耐久性试验结果。基于某试车场和台架实测载荷数据,在研究了二者差异性的基础上,运用等损伤原理形成试车场路况到台架工况载荷当量转移准则,建立了"试验场-台架"载荷损伤当量关系模型,利用NSGA-Ⅱ算法求解模型获得Pareto最优解,得到道路模拟试验台架耐久性评价路况循环数,从而制定出整车台架耐久性试验规范。采用新规范进行台架试验,根据损伤与载荷累计分布对其进行了综合性验证,结果表明利用该方法得到的整车道路模拟试验台架耐久性评价规范高效准确,能够高效复现出汽车在试车场的评价效果。  
        关键词：耐久性试验;等损伤原理;NSGA-Ⅱ算法;当量关系模型;Pearson相关系数   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张茹,柴亚南,张阿盈,陈向明
        2020, 42(3): 716-722. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.030
        摘要：复合材料加筋壁板在制备过程中容易在筋条蒙皮胶界面处存在缺陷,加速了蒙皮与筋条界面脱粘,在极大程度上影响结构的承载能力。基于Abaqus有限元软件用内聚力模型(CZM)和虚拟裂纹闭合技术(VCCT)两种方法对筋条蒙皮界面含预制脱粘的加筋壁板损伤扩展进行研究,并对比试验结果验证了模型的合理性。给出预制脱粘前缘损伤起始时各型能量释放率的分布;进一步研究不同预制脱粘的位置、面积对加筋板最终破坏状态和结构承载能力的大小。对比发现脱粘前缘损伤起始时II型能量释放率的贡献最大;预制脱粘位于外侧时结构的承载能力比位于中部强;结构的承载能力随着预制脱粘面积的增加而减小。  
        关键词：内聚力模型;虚拟裂纹闭合技术;能量释放率;脱粘;刚度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李威
        2020, 42(3): 723-727. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.031
        摘要：工程结构在服役过程中,累积损伤和强度退化同时发生,并相互影响。传统的累积损伤模型大多忽略了强度退化对损伤累积的影响。为建立考虑强度退化的Corten-Dolan累积损伤模型,通过分析强度退化模型推导出强度退化系数,将Corten-Dolan模型中的指数参数d定义为与强度退化系数有关的指数函数。通过试验数据和与文献结果对比验证了改进Corten-Dolan模型的有效性。研究表明:改进的Corten-Dolan模型可以很好地预测疲劳寿命,预测精度比传统Corten-Dolan模型更高。  
        关键词：疲劳累积损伤;强度退化;改进Corten-Dolan模型;寿命预测   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 张东升,何金龙,倪雪
        2020, 42(3): 728-733. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.032
        摘要：以一种新型移动滚轮托架输送机为研究对象,通过对滚轮托架力学模型进行Adams虚拟样机仿真分析,得到两种工况下轮轨接触力。在动力学仿真基础上,运用有限元软件Ansys对不同工况下的输送机进行静力学仿真分析,得到最大应力、应变,并计算各部件的安全系数,验证结构合理性。应用Ansys workbench中的New mark积分法对换向架和分离架进行动力学响应分析,得出位移、加速度瞬态值。研究结果表明:加负载后,输送机轮轨接触力会变化,但不会移动滚轮托架输送机的薄弱位置,并且Z轴方向的反常变化说明了横向载荷的不可控性。为移动滚轮托架输送机的结构改进提供理论依据。  
        关键词：虚拟样机;轨道;基座;滚轮托架;力学模型   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李琤,张钱斌
        2020, 42(3): 734-740. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.033
        摘要：磁流变阻尼器是一种智能型半主动控制的执行装置。分析多种磁流变阻尼器的力学模型含义,针对其中广泛应用的扩充的Bingham模型和修正的Bouc-wen模型,搭建Simulink模型并进行仿真,对比分析了各个力学模型的优缺点。最后,提出了一种少参数的反正切函数力学模型,并通过仿真说明了各个参数的物理含义。仿真试验表明:该力学模型曲线光滑,准确度高,可以应用于磁流变阻尼器的仿真研究。  
        关键词：磁流变阻尼器;扩充的Bingham模型;修正的Bouc-wen模型;反正切函数;Matlab/Simulink   
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        发布时间：2022-09-22
      • 傅旻,王金鑫,苏海龙,王锴
        2020, 42(3): 741-746. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.034
        摘要：自动化冲压生产中,冲压机器人通过执行机构完成工件的夹取和输送,执行机构定位由电气控制和挡块的相互配合完成。挡块进行辅助定位时,执行机构会与挡块发生碰撞,这对冲压生产产生了不利的影响,故对执行机构进行碰撞仿真分析及结构优化设计。利用UG NX8. 5软件建立执行机构的三维实体模型,并导入Abaqus软件进行有限元仿真分析,获得工件的夹持力、加速度和倾斜角度等参数。由仿真结果分析可知,工件受到的夹持力为零及峰值较大的情况较多,工件的加速度在短时间内剧烈变化,碰撞后倾斜角度偏大。针对以上问题对执行机构进行优化设计,有效地减小了碰撞对执行机构产生的影响,提高了冲压生产的效率。  
        关键词：冲压机器人;执行机构;碰撞;有限元分析;优化设计   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王中磊,孙海波
        2020, 42(3): 747-752. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.035
        摘要：传动系统的载荷波动是引发设备疲劳的重要因素,而疲劳失效是设备失效或损坏最为常见的失效模式;以某专用汽车举升机构传动系统为研究对象,建立传动系统主要零部件三维模型,运用有限元及振动频率检测的方法,系统分析了传动系统螺栓设计对传动系统支撑轴承滚道载荷波动特性的影响。研究结果表明:传动系统中的螺栓预紧力会改变支撑轴承滚道的接触变形,影响支撑轴承的接触载荷;在螺栓预紧力和外载荷共同作用下,支撑轴承接触载荷循环波动大,降低传动系统支持轴承疲劳寿命。增加支撑轴承套圈的壁厚、减小螺栓的预紧力、增加螺栓孔与支撑轴承之间距离等方面的优化,可以有效减小传动系统支撑轴承循环波动载荷,从而提升传动系统疲劳寿命;优化后的传动系统振动小于优化前。该研究为传动系统综合传动性能的提升、支撑轴承疲劳寿命的提高提供理论依据。  
        关键词：专用汽车;举升机构;支撑轴承;接触载荷;波动特性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 邢庆果,杨露露,刚宪约,初振美
        2020, 42(3): 753-757. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.036
        摘要：恒力弹簧支吊架是输送管道中常用的支撑设备,能够避免输送管道发生竖直位移时产生附加应力。刀型凸轮是恒力弹簧支吊架的核心部件,凸轮曲线的设计精度对支吊架的工作负载偏差存在直接影响。在随体坐标系中,根据外力做功与主、辅簧内能变化的瞬时关系,推导得到了凸轮转角与负载管竖直位移的椭圆代数方程,方程简洁且具有清晰的物理意义;通过全局坐标与随体坐标之间的变换,得到了刀型凸轮曲线的设计方程;利用范成法得到了考虑滚柱半径的凸轮曲线设计计算方法。实例对比分析表明,建立的凸轮曲线方程优于传统方法的设计精度,考虑滚柱半径影响能显著降低恒力弹簧支吊架的工作负载偏差。  
        关键词：主辅式;恒力弹簧支吊架;凸轮曲线;滚柱   
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        发布时间：2022-09-22
      • 邢熙权,朱海清,张春波,张雄
        2020, 42(3): 758-762. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.03.037
        摘要：根据LPG罐车内壁清洗工作要求,设计了一种融合高压水射流与机械刮刷两种清洗技术的爬壁射流清洗小车。通过建立小车附壁清洗的静力学和动力学模型,推导出小车可靠吸附所需最小吸附力方程以及小车稳定运行和转向的最小驱动力方程。对不同壁面倾角下的算例分析表明:静止吸附时主要失稳形式为沿壁面下滑,在壁面倾角为120°时稳定性最差,所需最小吸附力约为51. 8 N;稳定运行时主要失效形式为差速转向,最危壁面倾角为50°,所需最小驱动力矩约为2. 95 N·m。经样机实验证明,研究结果可靠,为LPG罐车自动化清洗设备的开发及相应技术研究提供了一定的理论依据。  
        关键词：罐车清洗;爬壁射流小车;力学建模;算例分析   
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        发布时间：2022-09-22
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