最新刊期
      2020 年 第 4 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 涂文兵,杨锦雯,罗丫,任继文
        2020, 42(4): 763-769. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.001
        摘要：滚动轴承的故障所导致的内部接触状态的变化是滚动轴承振动特性发生改变的重要原因。根据故障与滚动体可能出现的接触形式,考虑故障演化过程中的不同故障大小,建立了圆柱滚子轴承存在不同程度故障时的多体接触动力学有限元模型,并通过滚动轴承外圈故障实验验证了模型的有效性。基于显式动力学法对滚动体与各组件间的动态接触力及故障区域的接触应变进行分析,揭示了不同故障程度对轴承内部接触动态特性的影响规律及故障情况下接触变形的变化规律。研究结果表明:滚动体在越障期间与各组件的接触力减小,随着故障程度的加剧,轴承内部接触力波动越发剧烈,但接触应变的波动频率和幅值降低;故障轴承滚动体在承载区与保持架兜孔两侧均会接触,使接触力出现负值;故障趋向于沿着滚动体滚动方向扩展。研究结论可为滚动轴承故障诊断及残余寿命预测提供理论依据。  
        关键词：滚动轴承;故障;接触方式;动态特性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙杰,黄庭轩,孙禄君,朱东方,黄静
        2020, 42(4): 770-776. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.002
        摘要：压电纤维复合材料(MFC)在气动弹性抖振控制中具有很好的应用前景。对MFC驱动器采用载荷比拟方法进行建模,使用偶极子格网法模拟空气动力,利用速度负反馈算法设计控制律。研究了气流速度对垂尾固有特性的影响以及抖振主动控制的控制机理。结果表明:气流速度会影响垂尾固有特性的变化;颤振速度前附加气动力中以包含与速度反相的部分为主,对系统起到附加阻尼的作用;压电驱动力在颤振速度前甚至可以对抖振闭环系统做正功,但却能够激发附加气动力消耗更多的能量,从而使系统总耗能增大。研究结果可为实际抖振主动控制及应用提供参考。  
        关键词：抖振控制;压电纤维复合材料;气流速度;速度负反馈;控制机理   
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        发布时间：2022-09-22
      • 杜小磊,陈志刚,张楠,许旭
        2020, 42(4): 777-785. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.003
        摘要：针对传统滚动轴承故障诊断方法过度依赖专家经验和故障特征提取困难的问题,提出一种基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)和改进深层小波神经网络(Deep Wavelet Neural Network,DWNN)方法。首先对采集到的轴承振动信号进行CS降噪并压缩采样;其次设计改进小波自编码器(Wavelet Auto-Encoder,WAE)进而构造DWNN,并引入"跨层"连接缓解网络的梯度消失现象;最后利用大量无标签轴承压缩数据对DWNN进行无监督预训练并利用少量带标签数据对网络有监督微调,进而实现故障判别。实验结果表明提出方法能够有效地对轴承进行多种故障类型和多种故障程度的识别,受先验知识和主观影响较小,避免了复杂的人工特征提取过程,特征提取能力和识别能力优于人工神经网络、深度信念网络、深度稀疏自编码器等模型。  
        关键词：滚动轴承;故障诊断;压缩感知;深层小波神经网络   
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        发布时间：2022-09-22
      • 马静静,殷红,彭珍瑞,董康立
        2020, 42(4): 786-792. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.004
        摘要：为提高损伤识别效率,提出将Kriging模型引入到损伤识别中的方法。首先,采用拉丁超立方抽样选取损伤参数的样本点,并求得其对应的加速度频响函数,进而构造Kriging模型;其次,让满足精度的Kriging模型代替有限元模型参与损伤识别,以频率响应差最小构造目标函数,利用布谷鸟算法求解损伤参数值;最后,通过平面桁架模型验证了所提方法的有效性,结果表明:仅布置一个测点即可对单损伤的损伤位置、损伤程度及多损伤的损伤程度进行较为准确地识别,最大识别误差小于1%;噪声和测点位置对损伤识别结果影响较小。  
        关键词：损伤识别;Kriging模型;加速度频响函数;程度识别   
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        发布时间：2022-09-22
      • 丛雷,熊邦书,李新民,孙伟,金小强
        2020, 42(4): 793-798. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.005
        摘要：针对加权平均方法计算得到动态阈值准确度不高的问题,利用正常数据概率密度和不同故障类型数据概率密度的特点,提出一种基于贝叶斯推理的直升机自动倾斜器轴承动态阈值计算方法。首先,采用奇异值分解对振动信号进行预处理,滤除噪声对动态阈值计算结果的影响;其次,采用故障频率能量特征提取方法,分别提取正常数据和内圈、外圈、滚珠故障数据的特征;最后,采用贝叶斯推理方法分别计算正常数据与内圈、外圈、滚珠故障数据的动态阈值。利用故障植入的方法获取数据,开展动态阈值计算试验,结果表明,方法能够正确找到正常数据和不同故障类型数据概率密度曲线的分界点,具有较高的正确率,较低的漏报率,方法提高了动态阈值的计算准确度。  
        关键词：贝叶斯推理;自动倾斜器轴承;动态阈值计算;概率密度;特征提取   
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      • 刘国增,赵建民,张鑫,李海平
        2020, 42(4): 799-804. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.006
        摘要：滚动轴承退化指标是研究滚动轴承非常重要的一环,良好的退化指标可以在轴承失效前对退化进行预警。提出了时间因子熵作为退化指标,在小波包变换的基础上,对原有的熵值指标进行改进,引入时间因子,并辅以高斯模型拟合来优化该指标的表达。采用法国贝桑松大学FEMTO-ST研究所的轴承全寿命实验数据,来验证方法的可行性。实验结果表明,该指标受轴承运行工况影响较小,可以表征不同工况下的退化状态,并且通过计算其变化率实现对轴承失效的预警。  
        关键词：轴承退化;时间因子熵;高斯模型拟合;失效预警   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 王晓强,阮孝林,崔凤奎,刘飞
        2020, 42(4): 811-816. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.008
        摘要：表面硬度是评价表面加工质量的一项重要指标,超声滚挤压强化加工技术对于表面强化具有十分显著的作用。以42CrMo轴承钢为对象,对超声滚挤压正交实验结果进行了极差分析,得到了工艺参数对表面硬度的作用显著性大小,运用k折交叉验证法,充分考虑模型的拟合能力和预测能力,分段对比分析了BP神经网络模型和逐步回归模型的可靠度和精确性。结果表明,逐步回归模型的验证误差分布范围和平均误差更小,具有更高的预测精度;最终所建的表面硬度预测模型整体及系数显著性强,能够应用于超声滚挤压加工表面质量的优化提高研究中。  
        关键词：超声滚挤压;BP神经网络;逐步回归;预测模型;表面硬度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 董柏岩,马其华,姚远,胡沛源,孙泽玉
        2020, 42(4): 817-825. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.009
        摘要：采用仿真与试验结合的方法,探讨缠绕方式为[±45°/90°]碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝混合薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的压溃失效形式与吸能特性。通过准静态轴向压缩试验得到混合圆管的压溃变形历程、压溃模式以及初始压溃载荷、平均压溃载荷等吸能特性参数。依据试验样件建立混合管有限元模型,利用Abaqus/Explicit获得了与试验吻合度较好的模拟结果,重现了混合管在准静态载荷下的压溃失效行为。基于仿真结果发现与铝管相比,混合管的初始压溃载荷、平均压溃载荷、比吸能及载荷效率分别提升了97.6%、93.3%、57.8%和5.9%。并选取压溃载荷阶段性峰、谷点对混合管形态及各层纤维损伤失效形式进行了分析。结果表明:在混合管结构完整时,轴向载荷主要由纤维承载,在压溃破坏阶段,纤维损伤失效模式随纤维缠绕角度、铝管压溃形态以及CFRP/Al粘接界面状态等产生变化。随后对比了三种不同结构形式CFRP/Al混合圆管的吸能特性,发现外层缠绕[90°/±45°]CFRP/Al混合圆管吸能性最好。  
        关键词：CFRP/Al;混合薄壁圆管;数值模拟;损伤失效;吸能特性;结构形式   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孙汉斌,董登科,陈莉,常文魁
        2020, 42(4): 826-830. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.010
        摘要：基于无预制裂纹3排平行孔平板的疲劳试验,对含相似应力水平的多细节结构产生多处损伤(Multiple Site Damage,MSD)的规律进行了研究。为了研究产生MSD结构中裂纹之间的干涉影响,利用Franc2D/L对主裂纹、等长双侧裂纹,等长单双裂纹、单孔等长双裂纹四种开裂模式的裂纹应力强度因子进行了计算分析。计算结果表明:裂纹扩展初期,裂纹主要受到自身开裂孔的干涉影响,四种模式下裂纹的无量纲应力强度因子比较相近;随着裂纹长度的增加,试验和有限元结果都表明了裂纹间的干涉影响显著加快了裂纹的扩展速度。  
        关键词：多处损伤;含孔结构;Franc2D/L;裂纹干涉影响;应力强度因子   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵晶,徐啸
        2020, 42(4): 831-836. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.011
        摘要：为了研究法兰联接螺栓在横向振动的松动机理,借助于横向振动疲劳试验机进行模拟紧固件横向微动磨损试验,进而观察螺栓联接在不同的横向载荷与频率作用下预紧力与预紧力矩衰退过程,并测量其磨损量和表面损伤情况。实验结果表明:螺栓预紧力下降分为两个阶段;实验初期预紧力下降迅速的塑性形变阶段和预紧力下降缓慢的微动磨损阶段。预紧力矩下降分为三个阶段:第一阶段由于较高的局部接触应力,预紧力矩下降不明显;第二阶段由于塑性形变扩大,预紧力矩迅速下降;第三阶段螺栓进入微动磨损阶段,预紧力矩开始缓慢下降。螺栓在低频振动下,质量变化量对于频率微小的变化不敏感。螺栓与夹具接触的表面磨损情况随着交变幅值载荷增加而增加;随着频率的增加而减小。  
        关键词：螺栓连接;横向振动;预紧力;预紧力矩;微动磨损   
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        发布时间：2022-09-22
      • 成李南,迟坚,屈天骄,俞鑫
        2020, 42(4): 837-841. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.012
        摘要：针对夹芯复合材料π型接头的拉伸和侧弯承载能力以及连接需求,并充分考虑温度的影响,设计了复合材料π型胶结接头,对其在上述两种载荷工况下分别进行了常温、低温、高温干态三种环境试验。分析π型接头失效过程:三角填充区为夹芯复合材料π型接头最薄弱部位,容易发生破坏,并决定结构承载能力;拉伸载荷下夹芯复合材料π型接头承载能力明显高于侧弯载荷;夹芯复合材料π型接头对低温不敏感,对高温较为敏感。  
        关键词：复合材料;π型接头;温度;填充区;失效   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 唐华平,李红星,姜永正,刘杰
        2020, 42(4): 842-848. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.013
        摘要：针对给料机经常因为强度不足而发生失效的问题,基于有限元法对某型号振动给料机进行典型工况下瞬态动力学分析,同时开展相应工况下动应力测量,结果表明给料机的失效主因为弹簧上座结构设计不合理。因此,基于变密度法和子结构法,建立以弹簧上座组合应变能为优化目标函数,约束应力和体积分数的拓扑优化模型,基于灵敏度分析和最小二乘法建立了一阶扭转、弯曲频率和总质量的响应面模型,最后利用遗传算法对响应面模型进行多目标优化,得到Pareto最优解集。结果表明优化后结构固有频率分别提高了4.17%和6.30%,最大动应力减小了46.4%,提高了给料机整体的刚度和结构可靠性。  
        关键词：振动给料机;拓扑优化;灵敏度分析;遗传算法;多目标优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 雷正保,刘美刚,张家波,陈小勇
        2020, 42(4): 856-862. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.015
        摘要：为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的截面参数进行了优化设计,确定了矩型截面吸能盒的最优参数组合。最后,对正交试验优化前后的防撞垫进行多工况有限元仿真分析,并且将正碰工况下优化后防撞垫与现存防撞垫加速度对比,结果表明通过优化后获得的吸能盒较优化前缓冲性能更优,能更好的保护乘员安全。  
        关键词：防撞垫;耐撞性拓扑优化;正交试验设计;有限元   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张立强,于双,胡帅,张松
        2020, 42(4): 863-868. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.016
        摘要：为研究某款SUV以(12～15) km/h速度行驶搓衣板路面时左后车门抖动问题,通过工作载荷试验与传递函数仿真相结合方法建立传递路径分析(TPA)模型。基于复刚度法求解底盘与车身间的连接点动载荷,同时CAE方法获取内饰车身(TB)有限元模型中连接点到左后车门目标点的传递函数,最后计算各传递路径对目标点的贡献量,将各传递路径的合成值与试验值进行对比,验证该TPA模型的可靠性。根据各路径贡献量大小找出后横向稳定杆左侧是左后车门抖动的主要传递路径,针对该传递路径的连接处动刚度进行结构优化来降低连接点振动传递率,结果表明抖动加速度峰值从8 017 mm/s~2降到4 236 mm/s~2。  
        关键词：复刚度法;TPA模型;传递路径贡献量;动刚度   
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      • 王帅,高鹏,刘畅,陈奕廷
        2020, 42(4): 869-874. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.017
        摘要：随着机械系统越来越复杂,研究运动时变可靠性变得非常重要。为了提高机构运动可靠性分析的效率和精度,通过概率法分析机构运动误差,基于最大熵原理和随机过程理论建立时域-误差可靠性模型。以6轴机器人机构作为研究对象,综合动态和静态运动误差。应用Adams对机构进行运动学仿真。应用蒙特卡洛法进行计算。取前5个运动周期的100个误差样本,通过建立ARIMA模型估计运动误差。应用最大熵原理推导概率分布,然后使用时域-误差模型法求解运动时变可靠度。通过与仿真方法进行对比,验证了时域-误差可靠性模型在运动可靠性研究中的正确性和有效性,为今后的研究提供参考。  
        关键词：机构;时域-误差模型;Adams;蒙特卡洛法;时变可靠性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 俞树荣,罗炜晔,薛睿渊,张希恒,尹思敏
        2020, 42(4): 875-882. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.018
        摘要：目前基于阀门系统当量失效概率的可靠性研究中,多数情况下系统非关键状态未被考虑,导致了可靠性评估结果不充分。提出了一种新的当量失效概率计算方法,通过故障模式与后果分析法中失效数据与当量故障系数比较计算得到考虑失效后果差异的失效概率数据。在此基础上,采用马尔可夫模型及概率论中数学期望方法得到期望状态转换次数,并与所有状态存在概率结合得到量化分析系统非关键状态影响的失效概率数据,从而得到采用所提方法计算的"当量失效概率"。最终通过零部件的当量失效概率运用Birnbaum重要度计算分析方法,确定对系统可靠度影响最为关键的部件。算例分析结果表明,采用所提方法计算得出的当量失效概率相对于传统当量失效概率计算方法,能更好的体现出系统非关键状态对于可靠性的影响。  
        关键词：当量失效概率;可靠性评估;马尔可夫模型;Birnbaum重要度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 杨帅
        2020, 42(4): 883-889. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.019
        摘要：为了解决冗余机器人逆运动学解求取中存在的计算量大和求解精度较低等问题,提出一种基于改进果蝇优化算法(IFOA)的解决方法。IFOA在果蝇算法(FOA)的基础上,在进化方程中添加向最差个体学习的改进策略来优化进化方程,增强了算法跳出局部最优和寻找全局最优的能力。对经典测试函数的仿真结果表明,相比于FOA,IFOA在收敛速度、收敛精度及收敛可靠性方面都有较大的提高。在求冗余机器人逆运动学解的实际应用中,IFOA能够有效提高精度、速度和稳定性,是求冗余机器人逆运动学解的一种有效方法。  
        关键词：果蝇优化算法;改进策略;冗余机器人;逆运动学解   
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        设计·计算

      • 雷震宇,王志强
        2020, 42(4): 890-895. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.020
        摘要：基于车辆-轨道耦合动力学模型和Archard磨耗模型,对小半径曲线地铁钢轨在不同轴重、摩擦因数和运行速度影响下的磨耗特性进行了分析与讨论。结果表明:左轨磨耗集中于轨肩,右轨磨耗集中于轨头中部,且左轨累积磨耗幅值均大于右轨。当轴重增加时,左、右轨磨耗量均随之增大。当摩擦因数增加时,左、右轨磨耗量均随之增大。当车速增加时,左轨磨耗量增大,右轨趋于减小。相对车速80 km/h而言,左轨磨耗40 km/h时趋向轨肩,60 km/h时趋向轨头中部;右轨基本不变。通过对钢轨型面预测分析可得:左轨磨耗集中于轨头中部及轨肩,且轨肩磨耗量较大,最大幅值位于钢轨横向位置18.506 mm处,达到0.820 mm;右轨型面均出现了不同程度的磨耗,且轨头中部磨耗量相对较大,最大幅值位于钢轨横向位置2.082 mm处,达到0.170 mm。  
        关键词：地铁;钢轨磨耗;车辆-轨道耦合动力学;Archard磨耗模型;型面预测   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王梁,刘海涛
        2020, 42(4): 896-900. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.021
        摘要：基于内凹机制,将星型和内凹六边形的微结构相结合,设计一种新型内凹蜂窝结构模型(简称X型结构)。针对该结构模型,给出了其相对密度,以达到轻量化的目的。采用有限元软件Abaqus对该结构进行轴向拉伸力学行为研究,得到了该结构的尖端内凹角、单元壁厚度、外夹角以及材料属性对等效弹性模量和泊松比的变化规律。数值结果表明:影响结构的重要因素是外夹角,随着外夹角在一定范围内的增加,使得其等效弹性模量和泊松比随之增大,在外夹角达到约67°时,该结构为零泊松比结构;当单元壁厚度越大,结构的负泊松比效应越明显,等效弹性模量也越来越大;当尖端内凹角越小,负泊松比效应越强。该研究结果可为新型负泊松结构的优化设计提供新的借鉴思路。  
        关键词：负泊松比;内凹蜂窝结构;力学性能;轻质结构   
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      • 郑金平,吴继业,薛梅新,宋林辉
        2020, 42(4): 901-906. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.022
        摘要：基于Abaqus软件对核电站高能管道的甩击过程及Ω形防甩件的防甩性能进行了仿真分析。通过分析常见U型防甩件的变形和破坏过程,提出采用Ω形设计的防甩件取代U型防甩件,并给出了Ω形防甩件的具体几何尺寸。通过有限元软件Abaqus建立管道-Ω形防甩件系统模型,对甩击过程进行数值模拟分析。结果表明,相较于U型防甩件,Ω形防甩件能够显著地降低甩击过程中的应力峰值,减小甩击力,提高高能管道系统的安全性。  
        关键词：高能管道;防甩击;U型防甩件;Ω形防甩件;Abaqus   
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      • 罗丫,何海斌
        2020, 42(4): 907-912. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.023
        摘要：角接触球轴承是数控机床进给系统中的重要零部件,其加速过程转速的变化对其动态性能影响很大。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学分析模型。采用Adams对角接触球轴承在不同径向载荷、轴向载荷和角加速度条件下的加速过程进行了动态仿真,研究了径向载荷、轴向载荷和角加速度三个工况参数对其加速过程保持架的转速、质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,径向载荷与角加速度的增大会导致滚球对保持架冲击力变大,从而造成加速过程中保持架转速的波动变大和保持架质心运动不平稳;轴向载荷的增大会导致滚球对保持架碰撞力变小,从而使得加速过程中保持架转速的波动变小和保持架质心运动更平稳。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立的动力学分析模型的有效性。  
        关键词：角接触球轴承;动力学;加速过程;保持架   
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      • 张志刚,彭元平,余晓霞,张赟
        2020, 42(4): 913-918. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.024
        摘要：通过对汽车传动系统传动机理的分析,建立了12自由度多间隙非线性动力传动系统扭振模型,研究了各工况下的瞬态冲击响应特性。以主减速器齿轮角加速度作为瞬态冲击的评价指标,对比分析了离合器快速分离工况与急松驱动踏板工况的传动系统瞬态冲击响应特性。结果表明:发动机与传动系统的动力解耦会导致传动系统产生"震荡"现象。采用控制变量法研究了急松驱动踏板工况下扭转减振器扭转特性与传动系瞬态冲击强弱的对应关系,结果表明:离合器一级扭转刚度比二级扭转刚度对瞬态冲击强度的影响更大,通过调整一级扭转刚度降低传动系统瞬态冲击效果更加明显。  
        关键词：汽车传动系统;扭矩突变工况;瞬态冲击;离合器扭转减振器   
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      • 胡艳,黄盼盼
        2020, 42(4): 919-924. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.025
        摘要：以我国铁路普遍采用的全补偿简单链形悬挂接触网为研究对象,建立弓网系统的动态仿真模型。受电弓采用三维柔性体模型等效,吊弦视为仅承受拉力的非线性弹簧,接触网采用三维实体单元离散,通过弓网之间的接触实现弓网系统的耦合。在进行接触网瞬态动力学分析前进行了接触网的找形分析。仿真结果表明:弓网间接触力的波动范围随列车速度的增加而增大;受电弓经过时,同一跨内1#和7#吊弦动态作用力波动范围最大,一个周期内吊弦存在拉伸和压缩状态,弓网相对滑动过程中更容易出现疲劳损坏;其余吊弦均只承受拉力,工作环境较好,不易出现疲劳破坏。  
        关键词：受电弓;接触网;吊弦;动态作用力   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 王振,余洛生,陈龙,孟祥智,李庆宇
        2020, 42(4): 925-930. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.026
        摘要：航空发动机叶片的整体性能极大地影响着飞机的安全稳定运行。针对某型航空发动机TC4钛合金叶片采用电子束焊接后,服役期内在焊缝处常出现疲劳裂纹而导致叶片失效的现象,采用X射线衍射法,结合有限元仿真分析结果,研究分析钛合金叶片焊缝及周围区域的残余应力分布状况,探索分析强化前、后残余应力变化情况。根据实验结果,焊接后焊缝及周围区域表面呈现拉应力,且垂直焊缝方向应力值在+36 MPa左右;强化后,叶片表面呈现出较大且较为均匀的压应力,应力值为-200 MPa左右。同时,有限元仿真结果表明经过表面强化后,叶片表面由拉应力转变为压应力,应力状态得到明显改善,进而提高了叶片疲劳性能,为航空发动机叶片表面抗疲劳制造提供了理论依据和技术参考。  
        关键词：TC4钛合金叶片;电子束焊接;表面强化技术;残余应力   
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        发布时间：2022-09-22
      • 卫东海,李克锐,杜兵,程鹏
        2020, 42(4): 931-936. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.027
        摘要：采用盲孔法和数字水平仪分别测试了焊接床身的焊后初始残余应力和变形,以及振动时效、热时效、抛丸处理后的应力和加工后的变形。结果表明:焊接床身的初始残余应力可高达300.6 MPa,导轨变形量最大为2 882.07μm,有明显的变形;采用复合时效处理后的两件焊接床身的最大拉应力分别降低至43.8 MPa和12.1 MPa,均低于50 MPa;加工后导轨的最大直线度降低至26.7μm和23.6μm,明显减小。  
        关键词：焊接床身;残余应力;热时效;振动时效;抛丸;直线度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 冯爱平,景国丰
        2020, 42(4): 937-940. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.028
        摘要：以大规格高精度蜗轮副温升后的变形为研究对象,分析了各变形部位的变形特点,结合实例计算了各部位的变形量,确定了影响背隙的主要因素,并推导了背隙变化量的计算公式。另一方面探究了温升对分度精度的影响机理,推导了精度影响计算公式。为该类转台在不同温度条件下装配时的背隙值提供了计算方法,也为实际使用和维修提供了参考。  
        关键词：温升;蜗轮副;背隙;分度精度   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 倪阳,周储伟,喻溅鉴,邹静
        2020, 42(4): 941-946. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.029
        摘要：直升机金属动部件的表面缺陷是其重要的疲劳破坏源。首先收集并统计分析了直升机铝合金关键动部件表面冲击凹坑缺陷的深度数据,结果发现其深度尺寸服从正态分布,并以90%的缺陷尺寸覆盖率为依据确定了冲击凹坑缺陷的标准尺寸。采用有限元方法结合连续损伤力学理论对一种航空常用铝合金材料(2A12)的冲击凹坑形成和疲劳起裂寿命进行了研究,并通过疲劳试验结果验证了方法的合理性。研究表明合理的冲击凹坑缺陷疲劳寿命分析必须考虑缺陷局部的残余应力和塑性应变的影响。  
        关键词：缺陷统计;疲劳寿命;冲击凹坑;有限元方法;连续损伤力学   
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        发布时间：2022-09-22
      • 常亚南,曹增强,党成龙,郑国,魏凌峰
        2020, 42(4): 947-953. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.030
        摘要：为了提高航空耳片结构疲劳性能,建立TC4钛合金耳片孔开缝衬套冷挤压与干涉配合复合强化有限元模型,分析了复合强化工艺参数对孔周塑性变形及结构疲劳寿命的影响。设计耳片孔周残余应力测试试验,验证了模型的准确性。复合强化工艺参数的研究结果表明:孔壁材料随芯棒的塑性流动使孔壁变形量在厚度方向上分布不均,弹塑性边界随挤压量的增长向耳片外侧转移;交变载荷下应力幅值的最大值始终位于孔壁处,且入口处应力水平最高;针对TC4钛合金耳片结构,3%挤压量与1%干涉量的复合强化工艺参数组合,疲劳寿命增益效果最好。  
        关键词：钛合金;耳片结构;复合强化;工艺参数;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王怡荣,于佳伟,栾世杰,郑松林,李欲晓,井清
        2020, 42(4): 954-959. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.031
        摘要：运用损伤编辑理论可对道路模拟试验随机谱进行编制,达到删除小载荷实现加速试验的目的。但较少文献涉及如何光滑连接并重构删除小载荷后的保留载荷片段这一关键技术问题。提出一种基于信号加窗重叠的道路模拟试验随机谱连接与重构方法。对比了几种常用窗函数对实测随机谱的连接重构效果,发现汉宁窗不仅可有效解决两段信号的光滑连接重构问题,同时也不会引入极值载荷。以某整车试验场实测载荷为数据基础,结合时域损伤编辑法运用加汉宁窗方法构建了试验加速谱,从幅值域和频率域对加窗谱的有效性和合理性进行了理论验证,发现加窗谱完整的保留了未加窗谱的损伤值且两者的功率谱密度曲线高度重合。最后,应用该加速谱建立了整车道路模拟试验,试验响应谱与目标谱达到了高度一致,验证了该方法的有效性。  
        关键词：时域损伤编辑法;窗函数;耐久性试验;加速谱编制   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘礼平,张放,钟晓琨,鲍蕊,徐建新,秦文超
        2020, 42(4): 960-965. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.032
        摘要：用自制飞机机身蒙皮均布增压疲劳模拟装置做实验,研究了机身结构蒙皮在均布增压循环载荷0 Psi～7.8Psi作用下的疲劳裂纹萌生情况。并通过有限元仿真分析,研究了机身结构蒙皮疲劳裂纹萌生位置以及疲劳裂纹萌生的先后顺序。研究表明,结构蒙皮在均布增压疲劳载荷作用下,拉钉孔左、右侧会发生疲劳裂纹萌生,疲劳裂纹萌生顺序主要与拉钉孔左、右侧的最大von Mises应力值大小有关,同时受结构蒙皮连接紧度的影响。  
        关键词：机身蒙皮;均布增压;疲劳裂纹;萌生   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 高崇一,魏云平,秦红星,肖春英,李建雄
        2020, 42(4): 966-970. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.033
        摘要：轧机主传动系统作为传递运动和力矩的主要装置,是一个复杂的机电系统,其机电耦合因素是导致轧机扭振异常变化的重要原因之一。此主要研究轧机主传动系统扭转振动的动力学分析,对比分析不考虑电机与考虑电机反馈的主传动系统扭振,从机理分析机电系统的固有属性;然后建立直流电机驱动下的轧机主传动扭振系统力学模型和数学模型;再采用Matlab/Simulink仿真,对主传动扭振系统失稳状态进行研究,进而分析不确定性参数对轧机主传动系统扭振的影响。研究结果可为进一步揭示轧机扭振系统的振荡规律以及控制策略的制定奠定理论基础。  
        关键词：主传动系统;扭振;机电耦合;转动惯量;固有频率   
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        发布时间：2022-09-22
      • 康冰冰,李海军,邓力,朱恒昊,赵清浩
        2020, 42(4): 971-975. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.034
        摘要：为了降低贮运过程中的振动可能对导弹产生的损伤和危害,在隔振器中引入负刚度机构,拓宽振动的隔振频率,降低起始隔振频率,同时提出了一种非线性速度反馈控制的主动控制方法,用于抑制共振频率内可能产生的共振。研究结果表明,该隔振器有良好的低频振动抑制,高频振动隔离的效果,能够有效的降低振动对导弹的危害作用;采用线性速度反馈与立方速度反馈结合的方法,在有效抑制共振的同时,又降低了对非共振隔离的影响。  
        关键词：负刚度;导弹贮运;振动;控制   
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        发布时间：2022-09-22
      • 杨逸航,刘学申,刘吉华
        2020, 42(4): 976-981. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.035
        摘要：以重载铁路瓦日线为研究对象,对打磨前后钢轨进行跟踪观测,基于轮轨接触磨耗理论及mixed Lagrangian/Eulerian方法建立的高速轮轨稳态滚动接触有限元模型,将4种打磨后钢轨廓形分别与LM车轮匹配,优选出一种最适合瓦日线的钢轨廓形。结果表明:廓形1钢轨质量指数TQI及磨耗速率均最大;当廓形1与LM踏面接触时接触点对分布较为集中,等效锥度最大,接触斑内质量流密度及磨耗功最大值均最大,轮轨间受到应力最大,轮轨磨耗较大;廓形3钢轨质量指数TQI及磨耗速率均最小;当廓形3与LM踏面接触时接触点分布较好,等效锥度最小,接触斑内质量流密度及磨耗功最大值均最小,轮轨磨耗最小。故仅从磨耗控制角度考虑,研究表明廓形3廓形为最优的钢轨打磨廓形。  
        关键词：重载铁路;钢轨打磨;轮轨接触有限元仿真;轮轨磨耗;蠕滑特性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 曹金鑫
        2020, 42(4): 982-987. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.036
        摘要：针对齿轮传动系统工作环境复杂,故障率高的问题,对传动系统进行动力学分析并探究其故障机理。根据Hertz接触理论考虑轴承钢球离心力的作用,建立深沟球轴承时变刚度模型。利用能量法得到正常与含裂纹故障齿轮的时变啮合刚度。利用集中参数法建立齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型。考虑齿轮传动系统传递误差、时变刚度等参数激励因素,对齿轮传动系统的动力学特性进行仿真分析,得到了传动系统的振动加速度,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响;通过台架试验验证了模型的正确性。研究结果表明:建立的动力学模型能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性,在时域波形图中,由于裂纹故障的存在会产生周期性的冲击信号,同时频谱图中在啮合频率的周围会产生边频带。  
        关键词：时变刚度;齿根裂纹;深沟球轴承;动态响应   
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        发布时间：2022-09-22
      • 姬芳芳,赵欣
        2020, 42(4): 994-999. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.038
        摘要：为研究裙板锁在运行过程中发生松动的原因,对裙板锁进行了横向振动试验,研究初始预紧力、横向激励振幅大小、拆卸次数及不同螺纹类型对裙板锁发生松动的影响,并进行了有限元仿真分析,验证了结果的有效性。试验结果表明,初始预紧力越大,空载振幅越小,裙板锁越不容易发生松动;拆卸次数对裙板锁是否发生松动基本无影响;同等条件下,普通螺纹较梯形螺纹更不易松动,但由于裙板锁的工作性质要求其具有一定的传动性,因此选用具有一定传动性的梯形螺纹。研究结果对工程中分析裙板锁发生松动的原因、指导防松设计具有一定的意义。  
        关键词：裙板锁;横向交变载荷;自松;预紧力   
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        发布时间：2022-09-22
      • 卢钢,陈建明,沈丁建,毛鸿锋
        2020, 42(4): 1000-1006. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.039
        摘要：围绕新能源汽车电机控制器振动试验的振动失效问题,采用频谱分析等方法,进行了失效原因分析,结果表明,振动耦合是振动放大并导致失效的主要原因。针对该失效进行了优化方案设计,采用倍频程准则设计结构模态避免振动耦合,以及增加阻尼降低振动响应峰值。并且对优化方案进行了仿真和试验验证分析,结果表明,采用倍频程准则避免振动耦合可以将振动加速度降低约23%～31%;增大阻尼可以使振动量级进一步降低25%～34%。由此可知,两种优化方法可以明显地降低振动加速度,使产品疲劳耐久性能得到提升。  
        关键词：新能源汽车;电机控制器;振动疲劳;耐久性;阻尼   
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        发布时间：2022-09-22
      • 朱奇,李强,周志红,陈朵云,郭赞
        2020, 42(4): 1007-1011. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.040
        摘要：针对混凝土泵车臂架连接销轴在使用过程中生锈的问题,提出了对销轴进行QPQ处理的方法。为验证方法的可行性,基于疲劳可靠度理论,使用最大弯矩法计算混凝土泵车臂架连接销轴的疲劳许用载荷,设计试验工装,模拟销轴的装配结构及实际工况,对QPQ处理与普通调质处理销轴的疲劳寿命进行了试验对比分析。试验结果表明:QPQ处理对混凝土泵车臂架连接销轴的表面硬度及疲劳寿命影响较小,为臂架连接销轴的设计计算及表面处理提供了参考和依据。QPQ处理的销轴已在某型号混凝土泵车上试制使用,效果良好。  
        关键词：销轴;QPQ;疲劳可靠度理论;试验工装;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 马磊,黄俊源
        2020, 42(4): 1012-1016. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.04.041
        摘要：应用分子动力学的方法探究了单晶钨在单轴加载下的裂纹扩展行为。分析了温度和晶向对裂纹扩展的影响。研究结果表明:在不同温度下,[001]方向上的裂纹在扩展时尖端主要的变形机制为滑移带,位错和钝化效应。随着温度的升高,裂纹扩展时屈服强度是逐渐降低的。在300 K和500 K时裂纹经过屈服变形之后呈现出快速扩展,而在700 K和900 K时裂纹出现了二次屈服现象。除此之外,建立了不同晶向的裂纹模型。研究结果表明:裂纹沿[111]方向拉伸时屈服强度最大,[110]次之,[001]最小,而且裂纹在[110]晶向上的平均应力-应变曲线出现了屈服平台,说明具有良好塑性和抗裂纹扩展特性,其裂纹萌发时主要的塑性为滑移带。而[111]方向上的裂纹在扩展过程中主要塑性为位错,然后裂纹以钝化空洞的形式扩展。由此得出不同晶向的裂纹在扩展时尖端微观结构的演变出现了差异。  
        关键词：分子动力学;力学性能;裂纹扩展   
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        发布时间：2022-09-22
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