最新刊期
      2020 年 第 5 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 吴定海,任国全,王怀光,张云强
        2020, 42(5): 1024-1032. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.002
        摘要：深度学习善于从海量的数据中挖掘越来越抽象的特征并具有良好的泛化能力,受到了越来越多的研究人员的关注,而卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)则是其深度学习中一种经典而广泛应用的结构,在计算机视觉、目标检测、自然语言处理、语音识别等领域成效卓越。在详细分析机械系统故障诊断的现状和需求的基础上,首先介绍了CNN的典型结构,然后从数据输入类型、网络结构设计、迁移学习等方面对CNN在机械故障领域的应用进行了归纳总结,研究CNN应用的深层次特征提取与可视化等问题,最后,分析机械故障诊断中存在的困难,并展望了CNN在机械故障诊断领域应用中待研究解决的若干问题。  
        关键词：深度学习;卷积神经网络;大数据;状态监测;故障诊断;迁移学习;特征提取   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李思琦,蒋志坚
        2020, 42(5): 1033-1038. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.003
        摘要：为了提高滚动轴承故障诊断的准确性,提出了基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)与卷积神经网络(Convolution Neural Networks,CNN)的故障诊断方法。首先使用EEMD对信号进行分解,并根据相关系数以及峭度值选取适当的本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)进行信号重构。对重构信号进行一系列指标计算后使用卷积神经网络以及多种方法进行故障诊断。结果表明,所使用的方法能够有效地进行故障诊断,准确率可达96.7%,在实际中有着一定的应用意义。  
        关键词：集合经验模态分解;卷积神经网络;故障诊断;机器学习   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张立智,徐卫晓,井陆阳,谭继文
        2020, 42(5): 1039-1044. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.004
        摘要：针对旋转机械振动信号复杂且难以提取有效故障特征的问题,提出了一种短时傅里叶变换和二维深度卷积网络相结合的故障诊断方法。首先对旋转机械振动信号进行短时傅里叶变换,得到时频图;接着将时频图输入到二维深度卷积网络中进行识别,得到最终分类结果。将该方法分别应用于滚动轴承与齿轮箱故障诊断中,在凯斯西储大学滚动轴承数据集、PHM2009直齿齿轮箱数据集上均取得了较好效果,正确率优于将时域信号直接输入到经典CNN中,验证了该方法的优越性。  
        关键词：滚动轴承;齿轮箱;故障诊断;深度卷积网络;短时傅里叶变换   
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      • 张洁娟,商跃进,王红,薛海,李振华,杨朋朋
        2020, 42(5): 1045-1050. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.005
        摘要：随着动车组运行速度的不断提高,车轮在运行过程中的磨耗加剧,在增加维修成本的同时,恶化了列车的服役环境,严重时将会威胁行车安全。针对车轮运行磨耗引起的多边形问题,以某型线上服役高速动车组为研究对象,采用Simpack建立其动力学模型,分析车轮多边形(阶数为1～11,波深为0.1 mm～0.5 mm)对高速轮轨系统垂向振动响应的影响。为了直观观察相关变化规律,引入决定系数,对其变化规律进行曲线拟合。结果表明,车轮多边形波深的取值大小对垂向振动响应的影响更为显著,所得拟合曲线的变化规律为高速动车组的检测维修以及安全评估提供参考。  
        关键词：高速动车组;车轮多边形;轮轨垂向力;加速度;曲线拟合   
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        发布时间：2022-09-22
      • 迭旭鹏,康建设,池阔
        2020, 42(5): 1051-1058. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.006
        摘要：针对变转速工况下齿轮箱齿轮阶比信号互相干扰故障特征难以提取的问题,提出了基于VMD(Variational Mode Decomposition)和阶比跟踪技术结合的齿轮箱齿轮故障特征提取方法。该方法通过计算阶比跟踪技术对振动信号进行角域重采样;获得重采样信号后,利用VMD按照中心阶比不同,自适应地将重采样信号分解,再利用峭度准则从IMF(Intrinsic Mode Function)分量中选取出故障信号;最后对故障信号进行快速谱峭图处理和滤波平方包络解调。通过变转速下齿轮箱的齿轮故障试验和对比分析,表明该方法能有效提取出变转速下齿轮箱的齿轮故障特征,且降噪效果明显,特征突出,适用于变转速齿轮箱的齿轮故障特征提取。  
        关键词：变转速;阶比跟踪;变分模态分解;齿轮箱;特征提取   
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      • 张荣涛,陈志高,李彬彬,焦斌
        2020, 42(5): 1059-1066. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.007
        摘要：针对齿轮箱的复合故障诊断问题,将深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Network,DCNN)与XGBoost(e Xtreme Gradient Boosting)算法相结合,建立故障诊断模型。首先,利用深度卷积神经网络自适应提取原始振动加速度信号的特征矩阵。其次,将所得到的特征矩阵作为输入数据,运用网格调参法对XGBoost算法进行参数调整,得到XGBoost模型。最后,作为训练数据训练XGBoost模型,得到DCNN-XGBoost齿轮箱故障诊断模型。为了验证该模型的有效性和XGBoost算法的优越性,与DCNN-BP神经网络、DCNN-随机森林和DCNN-支持向量机三种模型作对比分析,并且对DCNN所得特征矩阵和人工提取的特征矩阵进行t-SNE可视化降维分析。结果表明,DCNN获得的特征矩阵可视化的效果优于人工提取的特征矩阵,并且随机森林的稳定性不如XGBoost算法,和BP神经网络相比,XGBoost算法在防止过拟合方面有一定的优势,SVM与DCNN的结合有其局限性,最后DCNN-XGBoost模型的诊断正确率和时间优于其他模型。  
        关键词：齿轮箱;故障诊断;卷积神经网络;XGBoost   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 李雷雷,高炳军,董俊华,陈旭
        2020, 42(5): 1067-1073. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.008
        摘要：利用凯尔测控EUM-25K20型拉扭疲劳试验机,在110 K下对S30408母材试件、含焊缝试件、无预应变、预应变8%、12%的试件进行了单轴棘轮效应试验研究。实验发现,母材试件与焊材试件的棘轮行为与平均应力、幅值应力及其加载历史密切相关。由于焊缝金属中少量铁素体的软化作用,焊缝试件的初始棘轮应变及小循环应力下的棘轮应变大于母材。但随着塑性变形的增加,焊缝金属中更高含量合金元素存在更为明显的强化作用,使得焊缝试件在较大循环应力下一定循环圈数后的棘轮应变小于母材。无论母材试件还是焊缝试件,棘轮应变随预应变的增加而降低,在较小的循环应力水平下,预应变可以完全抑制棘轮应变的累积。S30408在110 K下为率相关材料,棘轮应变随加载率的升高而降低。  
        关键词：棘轮效应;低温;S30408;实验研究   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘东亚,王晓强,刘飞,崔凤奎,朱其萍,刘志飞
        2020, 42(5): 1074-1080. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.009
        摘要：为获得适用于不同工况的冷滚打花键表面粗糙度加工参数域,基于冷滚打花键成形原理,开展冷滚打花键表面粗糙度试验,利用试验结果构建冷滚打花键表面粗糙度响应曲面预测模型,采用方差分析法、试验样本测试及试验值与预测值对比分析,验证了预测模型切实可行,分析滚打轮转速、工件进给量与表面粗糙度的变化规律,基于表面粗糙度精度等级对照表确定了冷滚打花键表面粗糙度的加工参数域。研究结果表明:滚打轮转速976 r/min～2 936 r/min、工件进给量7 mm/min～56 mm/min范围内,随着滚打轮转速、工件进给量的逐渐增加,表面粗糙度呈现出先减小后增大的变化趋势;从每个精度等级对应的加工参数域中随机抽取五组加工参数进行试验,得到表面粗糙度试验值与预测值最大相对误差为2.75%,从而表明确定的冷滚打花键表面粗糙度加工参数域准确可靠。研究成果为控制冷滚打花键表面粗糙度具有重要的应用价值和一定的理论指导意义。  
        关键词：冷滚打花键;表面粗糙度;预测模型;加工参数域   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张田力,张大兵,阳建君,彭英彪
        2020, 42(5): 1081-1087. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.010
        摘要：采用激光熔覆技术在Q960钢板表面熔覆Stelllite6耐腐蚀涂层,为提高涂层的耐磨性能,分别向涂层中加入质量分数为15%、20%、30%、35%和40%的WC粉末。并采用金相显微镜、XRD、显微维氏硬度计和电化学工作站对复合涂层的微观组织形貌、物相、显微硬度和电化学性能进行测试分析。研究结果表明:随WC含量增加,复合涂层生成钴碳复杂相,并出现少量气孔和裂纹,涂层耐磨性能明显提高,与之相反,复合涂层的耐腐蚀性能不断恶化。综合分析涂层的耐磨和耐腐蚀性能,加入30%WC的涂层综合性能最佳。  
        关键词：激光熔覆;Stellite6/WC;耐磨性能;耐腐蚀性能   
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        发布时间：2022-09-22
      • 苏文献,熊丽敏,耿婉懿
        2020, 42(5): 1088-1093. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.011
        摘要：爆炸焊接技术是一种高能率的加工技术,在工业实践中得到了广泛应用。爆炸焊接过程产生的残余应力对结构的强度、稳定性有重要的影响。所以需要研究得到合理的残余应力范围,并寻求预测、控制和调整残余应力。采用钻孔法对316L/SA516爆炸复合板残余应力进行试验研究,介绍了钻孔法测残余应力的基本原理、试验准备以及试验过程的注意事项。钻孔法测量试件的残余应力主要分析了爆炸态残余应力、正火态残余应力和爆炸态厚度方向的残余应力。测量结果的发展规律大体和实际一致。  
        关键词：316L/SA516;爆炸复合板;钻孔法;焊接残余应力;试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 董登科,陈安,李小飞,张海英
        2020, 42(5): 1094-1098. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.012
        摘要：针对沉积表面和机加表面激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金试验件,通过疲劳试验得到两种表面粗糙度下的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜研究表面粗糙度对SLM成形TC4疲劳性能的影响。结果表明:沉积表面的DFR值为235.1 MPa,机加表面的DFR值为283.3 MPa,后者疲劳性能优于前者。断口分析显示表面粗糙度对疲劳裂纹萌生方式影响显著,沉积表面疲劳裂纹源萌生于试验件的表面,断口粗糙,高低起伏比较明显,机加表面疲劳裂纹源起始于试验件内部,断口比较平坦。  
        关键词：激光选区熔化;表面粗糙度;细节疲劳额定值;疲劳断口   
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      • 易辉成,易杰,宋淼
        2020, 42(5): 1099-1104. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.013
        摘要：基于线弹性断裂力学的理论基础,对一种新型浮空器撕裂装置的撕裂力计算方法进行了研究。首先通过I型和III型撕裂试验,获得薄膜材料的I型和III型临界应变能量释放率GIC和GIIIC。应用Debond和VCCT技术构建I型撕裂、III型撕裂和新型撕裂装置的有限元模型,选择Power模型作为裂纹扩展判据,并分别通过I型、III型撕裂试验结果和仿真结果匹配计算拟合出Power模型中的指数。最后,基于新型撕裂装置有限元模型和Power模型求解出撕裂力,通过物理实验验证结果的有效性,表明该计算方法确实可行。  
        关键词：薄膜撕裂;有限元;断裂力学   
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        优化·可靠性

      • 汤澍,刘渊,俞翔栋,施光林
        2020, 42(5): 1105-1111. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.014
        摘要：为提高船用万向联轴器的承载能力,以某型号船用十字轴式万向联轴器叉头为研究对象,基于Abaqus软件建立合理的叉头仿真分析流程。综合考虑原有产品工艺、结构及装配关系,简化叉头结构并建立了叉头数学模型。设计了一种基于粒子群算法的叉头尺寸优化方法,并运用Python语言编写Abaqus脚本完成了叉头参数化建模及其算法优化。基于该优化设计方法,研制了新型万向联轴器叉头,并进行了传动性能试验。结果表明运用该方法能有效提高叉头承载能力,为类似产品的结构优化设计提供了新的思路。  
        关键词：万向联轴器叉头;Abaqus;参数化建模;粒子群算法;尺寸优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵仕杰,梁延德,王硕,张志强
        2020, 42(5): 1112-1118. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.015
        摘要：为了设计小孔超声振动挤压加工用变幅杆,提出了一种复合型变幅杆的优化设计方法。采用多项式响应面法、克里金法和支持向量回归法构建了根据变幅杆的结构参数预测其性能参数的代理模型,评价了代理模型的精度。结合精度较高的代理模型,基于遗传算法对该复合型变幅杆进行了优化设计。经仿真实验验证了该优化方法的有效性。加工试验结果表明:所设计的变幅杆满足使用要求,加工效果理想。  
        关键词：小孔超声振动挤压加工;超声变幅杆;代理模型;遗传算法;优化方法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 苏芳,陈晓楠,王晨升,赵海燕
        2020, 42(5): 1119-1124. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.016
        摘要：联合收割机作业过程中真实载荷非常复杂,准确描述载荷特征与分布形式对疲劳寿命的预测具有重要意义。为了建立载荷循环概率密度分布模型,以右前半轴扭矩载荷为研究对象,提出了一种新的基于EM的混合高斯拟合方法,利用n Code软件对原数据进行雨流计数并以S描述载荷循环,然后利用层次聚类的方法对载荷循环进行聚类分析,获得聚类数目和聚类中心载荷循环,再应用EM算法对高斯分项均值和协方差进行解析辨识。最后建立了拟合效果统计学数值指标模型对拟合效果进行评估,其中混合高斯模型的SSE和RMSE指标值接近0,但R和Ra都达到了0.85以上,结果表明:混合高斯模型可以很好拟合出原始载荷数据的分布,可以为相关疲劳寿命分析和载荷谱外推提供理论依据。  
        关键词：联合收割机;混合高斯;参数估计;雨流计数;分布拟合   
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      • 张艳芳,张艳林
        2020, 42(5): 1125-1129. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.017
        摘要：基于单变量降维法、Edgeworth级数和统计矩的关系提出了一种机械元件失效概率计算的方法。应用单变量降维法计算响应原点矩,写出Edgeworth级数计算失效概率的近似式。在近似式中将中心矩用原点矩代替,从而计算机械元件的失效概率。应用所提出的方法非正态随机参数不需要转化为相应的正态随机参数。文章最后一部分给出两个数值计算例子,例子中分别使用所提出的方法和二阶矩法计算失效概率。所得的两个结果分别和Monte-Carlo模拟算法计算结果比较失效概率的精确性和有效性。结果表明所提出的方法可以有效地计算机械元件的失效概率。  
        关键词：单变量降维积分;失效概率;Edgeworth级数;原点矩;中心矩   
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        设计·计算

      • 韩炜,任智群
        2020, 42(5): 1130-1136. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.018
        摘要：以某款五挡变速器的齿轮传动机构为研究对象,利用Romax Designer软件,建立了该变速器齿轮传动机构的仿真模型,并对修形前4挡齿轮的承载情况、传递误差和齿面载荷分布情况进行了仿真分析。根据齿轮齿向修形和齿廓修形的理论,利用正交试验原理分析4挡齿轮三维修形参数的变量范围,然后利用遗传算法对齿轮修形参数实施优化,得到最优的齿轮修形参数组合,并利用整车试验验证了这一方法的有效性。对比优化前后的结果可知,利用齿轮三维修形技术可以较大程度地降低齿轮承受的应力,降低齿轮传递误差的波动幅值,优化齿轮齿面的应力分布情况,降低振动噪声。同时也能够证明利用此方法可以有效地改善齿轮的啮合情况,是优化齿轮啮合性能的有效手段。  
        关键词：变速器;齿轮修形;传递误差;遗传算法;性能优化   
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      • 夏伯乾,刘佳佳
        2020, 42(5): 1137-1145. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.019
        摘要：Hertz接触认为接触表面是静止的、光滑的、没有润滑的,是一种理想的接触状态。实际齿轮接触表面是有一定粗糙度的、有润滑的、相对运动的,所以实际齿轮的接触是一种非Hertz接触。基于弹流润滑理论,提出一种新的齿轮设计理论与方法——非Hertz接触齿轮设计理论与方法,该理论和方法综合了影响齿轮接触强度和润滑的各种因素,保证齿轮同时满足强度与弹流润滑的双重要求。给出了圆柱齿轮的设计公式,并通过大量工程实例对新的设计理论和方法进行了检验,结果表明,所提出的非Hertz接触齿轮设计理论与方法完全可以用于齿轮的工程设计,满足工程实际需要,特别是对高速重载齿轮设计具有重要的理论意义和实用价值。  
        关键词：非Hertz接触;齿轮;接触强度;弹性流体动力润滑;设计理论与方法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘建伟,孙昌迎,李玉寒,姚馨淇,范祥文
        2020, 42(5): 1146-1152. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.020
        摘要：双金属薄壁管冲击液压胀形技术是在液压胀形与冲压成形基础上发展起来的一种复合成形技术。冲击液压载荷作用下的双金属薄壁管成形所需内压力源自于管坯型腔体积的压缩,其大小随液体体积压缩量变化而变化,为此提出了基于冲击液压载荷作用下双金属薄壁管的内压力形成机理的研究。首先介绍了双金属薄壁管冲击液压胀形的成形原理;然后,通过对内外管轴向冲击液压预成形与径向冲击液压成形过程中内压力形成的理论分析,构建了管坯型腔内压力与体积变化之间的数学模型;同时,利用Ansys Workbench有限元模拟技术获得了内外管轴向冲击液压预成形与径向冲击液压成形过程的内压力,通过有限元模拟与理论分析结果的对比发现,两者具有较好的一致性,并通过模型误差优化了内压力数学模型,为双金属薄壁管冲击液压胀形技术的进一步研究奠定了良好的理论与应用基础。  
        关键词：双金属薄壁管;冲击液压成形;液压胀形;内压力;有限元模拟   
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        发布时间：2022-09-22
      • 董威,韩炬,王笑虎,张富帅
        2020, 42(5): 1161-1168. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.022
        摘要：螺栓是RV减速器主要连接部件,其力学性能影响着整机的传动精度。根据摆线轮齿廓生成原理,结合矢量法建立修形后摆线轮齿廓方程;应用变形协调原理,对整机各构件进行力学分析,在理论上计算螺栓受力;在考虑摆线轮修形、针齿中心圆直径误差的情况下,在Adams中进行多体动力学分析,通过仿真分析可知:不同的初始安装角度或不同转动角度,各螺栓变化趋势不同,且变化幅度不同;不同转动角度,螺栓受力大小顺序不相同;随摆线轮转动角度增大,螺栓总体受力先增大后减小;随着负载的增大,螺栓受力逐渐增大,且随着负载增大,增大幅度也逐渐增大。  
        关键词：螺栓;矢量法;变形协调原理;Adams;受力特性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 朱庆东
        2020, 42(5): 1169-1176. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.023
        摘要：为了研究不确定地质情况下的全断面岩石掘进机(TBM)驱动系统的振动响应差异性以及如何根据不同地质情况选择合理的驱动形式,提出一种不确定地质下的TBM驱动系统动力学分析方法。首先,建立了地质等效模型及典型工况模型,并由集中质量法建立TBM驱动系统的多自由度耦合动力学模型。然后,根据不同地质情况并结合区间理论得到与地质情况相对应的各工况的区间载荷,并将区间载荷代入动力学模型,求解得到不确定地质和各工况情况下的各驱动形式的动力学响应。最后,通过对比最大推力工况下不同驱动形式下的动力学响应区间得到:(1) TBM掘进时,当地质均为复合岩层时,对称分布形式的驱动形式较为稳定。(2)当地质为均质岩层时,均匀分布形式较为稳定。(3)随着地质中硬岩数量的增多,驱动系统的布置形式对于振动的影响也在逐渐增加。  
        关键词：TBM驱动系统;不确定地质;集中质量法;动力学模型;区间载荷;动力学分析   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 陈鼎,宫建国,轩福贞
        2020, 42(5): 1177-1183. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.024
        摘要：基于Abaqus/Explicit准静态分析方法,对电缆聚氯乙烯绝缘层的热变形过程进行了有限元分析,并将模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,计算得到的压痕深度等结果与实验测试数据较为一致,验证了计算模型的准确性。同时,分析了不同绝缘层结构尺寸对材料热变形的影响,获得了绝缘层压痕百分数与其结构尺寸的函数关系,讨论了给定压痕百分数条件下,绝缘层的结构尺寸与导体截面积的关系。为电线电缆产品热变形响应预测及绝缘厚度设计提供参考。  
        关键词：聚氯乙烯电缆;绝缘;热变形;有限元分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 边宇虹,张晨
        2020, 42(5): 1184-1190. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.025
        摘要：针对磁场环境中周边固定载流壳体的热磁弹性问题进行研究。通过运动方程、几何方程、物理方程及电动力学方程,给出了载流壳体在机械场、电磁场、温度场作用下的基本方程。建立了包含10个基本未知量的非线性偏微分方程组,采用Newmark稳定有限等差式,获得可以利用离散正交法求解的标准型。对于周边固定壳体,导出了Lorentz力表达式、温度场和温度场积分特征值。分析了载流壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,通过实例计算,证实了改变电场、磁场、力场的参数能够实现对板壳应力、应变、温度的控制。为改变在电磁场环境中板壳结构的工作状态及强度研究提供理论分析和数值计算方法。  
        关键词：周边固定壳体;热磁弹性;位移;应力;离散正交法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 袁琼,李仕生
        2020, 42(5): 1191-1197. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.026
        摘要：建立起盘式制动器三维热-机耦合有限元模型,分析在拖曳制动和启停制动两种模式下制动器的热-耦合特性和摩擦振动特性,并探讨了在启停制动模式下,不同的减速行为对热-机耦合和振动特性的影响。结果表明:制动器在热-机耦合作用下,制动盘两侧摩擦片的热变形形式完全不同,导致两侧摩擦片的温度分布差异显著,活塞侧的摩擦片表面温度大于钳指侧摩擦片温度,这种温度差异也表现在制动盘两侧的盘面温度上;随着摩擦界面温度升高,制动系统的振动强度逐渐降低,但由于温度差异导致制动盘两侧的热变形程度不同,因此制动器活塞侧的振动强度大于钳指侧的振动强度;制动盘的减速行为对系统的热-机耦合特性和摩擦振动特性影响显著,在快速制动模式下制动器与外界热交换效应显著,界面温度较低,但是振动强度较大;慢速制动和分步制动模式下,界面温度迅速升高,但是由于摩擦过程较为缓慢,系统振动强度较低;尤其是分步制动的情况下,在某一阶段的振动强度有可能非常微弱。以上研究结果对认识制动系统的温度分布特性和改善制动器振动噪声问题具有一定指导意义。  
        关键词：盘式制动器;热-机耦合;摩擦振动;制动;仿真分析   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 何宇航,侯作富,赵靖影,夏成宇,吴霁薇,黄剑,方永
        2020, 42(5): 1198-1206. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.027
        摘要：欠平衡钻井起下钻过程中,旋转控制头胶芯受到交替循环载荷易发生疲劳失效。首先对旋转控制头的密封原理进行分析,得出了动态密封过程中胶芯的受力情况。然后对胶芯材料进行拉伸试验,确立了变形过程中Yeoh本构模型。再应用Abaqus软件建立了胶芯动态密封有限元模型,进行了起下钻过程中胶芯密封过程的模拟以及影响胶芯密封面疲劳寿命的因素进行了优化分析。对胶芯内径进行了优化,对不同外径钻杆应搭配的胶芯内径尺寸进行优化,得到了常用钻杆最优的钻杆胶芯组合。还对不同井口压力作用下钻杆下放和上提速度进行了优化,井压越大越容易造成胶芯疲劳失效,得出了不同压力条件下钻杆的安全下放和上提速度。最后按照中国标准在中国国家石油工业井控设备质量监督检验中心进行了室内密封试验以及现场应用试验证实了有限元优化的可靠性,对提高胶芯使用寿命和油田作业安全具有重要现实意义。  
        关键词：欠平衡钻井;旋转防喷器;有限元仿真;实验及现场应用   
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        发布时间：2022-09-22
      • 任嘉成,方光武,钟毅,高希光,宋迎东
        2020, 42(5): 1207-1213. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.028
        摘要：针对多层界面相对陶瓷基复合材料(CMCs)横向开裂行为的影响进行了细观有限元模拟。在代表体单元模型中,按照界面相各亚层的实际厚度建立多层界面相几何模型,然后赋予各亚层对应的组分材料参数,建立细观有限元模型。在此基础上,分别采用扩展有限单元法(XFEM)和内聚力界面模型来模拟CMCs中的开裂裂纹和脱粘裂纹,实现复合材料横向开裂过程的模拟。对单层BN界面相和(BN/Si C/BN)、(BN/Si C/BN/Si C/BN)两种多层界面相的模拟结果进行了对比。可以看出,所研究的Si C/Si C复合材料在横向载荷作用下,首先在纤维与界面相之间产生脱粘裂纹,脱粘裂纹扩展后引起外侧基体开裂,最终引起复合材料横向失效;与单层界面相相比,多层界面相将引起不同形态的脱粘裂纹,其横向开裂应变高于单层界面相,开裂位置也存在显著差异。  
        关键词：陶瓷基复合材料;多层界面;扩展有限元法;内聚力模型   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吕原君,陈琼,张迅雷
        2020, 42(5): 1214-1222. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.029
        摘要：含埋藏椭圆裂纹平板在双轴载荷作用下会发生韧带断裂,埋藏裂纹会扩展为表面裂纹,表面裂纹会进一步扩展为贯穿裂纹,含不同裂纹类型构件在双轴加载工况时的机械强度目前成为研究焦点。以一种典型双轴加载条件(在平板端面施加垂直于裂纹面方向的拉/压力及沿厚度方向的弯矩和在沿厚度方向的平板两侧面施加拉/压应力)为载荷工况,以含埋藏椭圆裂纹平板为研究对象,开展对含埋藏椭圆裂纹及扩展后的表面椭圆裂纹、沿厚度方向穿透裂纹或沿宽度方向贯穿表面裂纹平板的极限载荷值及J积分值对比分析,给出了FAD评定图及评定方案,为用户合理使用含缺陷构件提供参考。  
        关键词：埋藏裂纹;双轴加载;极限载荷;J积分;参考应力法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 车福炎,耿黎明
        2020, 42(5): 1223-1229. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.030
        摘要：工程上常将裂纹看作是半椭圆表面裂纹。由于建立半椭圆表面裂纹的全裂纹有限元模型并非易事,在应用有限元法求解裂纹的应力强度因子时,常取裂纹模型的1/4进行分析。采用模型分块处理方法,利用Ansys软件,联合APDL和UIDL技术进行二次开发,实现通过简单界面操作建立半椭圆表面裂纹的全裂纹模型,并可将全裂纹模型方便地嵌入到实体结构中。使用该建模方法分别求解了中心半椭圆表面裂纹和斜置半椭圆表面裂纹的应力强度因子,与理论解和文献中的求解结果基本一致。表明使用该二次开发建立的全裂纹模型求得的应力强度因子是准确可靠的。该联合开发的建模功能可以用来求解复杂外载和复杂结构的应力强度因子,对工程实际应用有重要的应用价值。  
        关键词：半椭圆表面裂纹;应力强度因子;Ansys二次开发;全裂纹模型   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 韩志伟,李春,余万,邓允河,刘霁虹
        2020, 42(5): 1230-1237. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.031
        摘要：海上风力机与船舶碰撞概率随着海上风电场的发展将逐渐增大,研究海上风力机防撞性能具有重要的应用背景与价值。为此,考虑桩土耦合作用,对比橡胶、泡沫铝防护装置,采用显示动力学软件Ls-Dyna模拟海上风力机受船舶碰撞的过程。对比泡沫铝防护装置、橡胶防护装置及无防护装置下风力机受船舶碰撞过程的动力响应。结果表明:相同质量船舶随着速度增加,橡胶材料所受最大接触力增加,而泡沫铝材料先增加后减小,其在6 m/s后的吸能特性得到增强;对比有防护装置泡沫铝、橡胶及同等条件下无防护装置单立柱三桩结构海上风力机响应变化,泡沫铝材料对结构响应抑制最好;塑性应变等值线越密集,塑性变形越大,且斜撑与立柱连接处易发生塑性变形。  
        关键词：海上风力机;碰撞;泡沫铝;防护装置;动力响应   
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        发布时间：2022-09-22
      • 徐文博,秦晓峰,徐颖杰
        2020, 42(5): 1238-1242. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.032
        摘要：四辊轧机辊系中辊间循环接触应力引起的辊身接触疲劳损伤,会影响辊身的磨损、轧辊的后续磨削及使用寿命;因此分析不同轧制工艺参数情况下辊间接触应力的分布对分析辊身损伤以及现场轧辊维护具有重要的意义,以某厂1880轧线采用的四辊PC轧机为研究对象,采用有限元法分析了不同工艺参数对辊间接触应力分布及分布均匀度的影响规律;基于损伤累积理论建立了轧辊辊身截面损伤分布计算模型并计算了辊身轴向截面内的接触疲劳损伤分布,与现场辊身疲劳硬化测试结果对比表明理论分析结果具有一定的合理性。  
        关键词：四辊轧机;接触应力;疲劳损伤;硬化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵峰,和振兴,石广田,陈罄超,周华龙,王斌仓
        2020, 42(5): 1243-1249. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.033
        摘要：弹性垫板在减缓列车与其走行基础相互动力作用方面具有重要作用,静刚度和动静刚度比是决定弹性垫板减缓性能的关键参数。针对一种新型蜂窝网孔式弹性垫板结构,建立三维有限元计算模型,并选用超弹性与黏弹性本构模型叠加的方式来模拟橡胶材料的力学特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,研究了网孔壁厚与孔径等关键参数的改变对网孔式弹性垫板动静刚度特性的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。研究结果表明:在网孔孔径不变的条件下,随着网孔壁厚的增大,弹性垫板的静刚度增大,动静刚度比减小;在网孔壁厚不变的条件下,随着网孔孔径的增大,弹性垫板的静刚度减小,动静刚度比增大;与静刚度相近的传统沟槽型弹性垫板相比,网孔式弹性垫板具有动静刚度比较低、最大应力值较小以及应力分布更加均匀的特点。因此,合理地调整网孔壁厚与孔径的大小可以使网孔式弹性垫板适用于刚度要求不同的轨道结构,并且将网孔结构应用于轨下弹性垫板可以增强垫板的传力特性,延长垫板的使用寿命。  
        关键词：城市轨道交通;轨下弹性垫板;有限元仿真;静刚度;动静刚度比   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈茂林,曹家伟,刘钊,朱玉田
        2020, 42(5): 1250-1253. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.034
        摘要：历史上很多学者曾对候风地动仪的原理进行了还原和探索,但各自都有不符合史实的部分,这使得公众和部分学者对其真实性提出了质疑。为此需要提出一种合理的原理模型。经研究发现了一种不需要使用弹簧的稳定倒立摆结构,在保证尺寸、制造工艺符合史实的同时能具有较低的固有频率,可以用来研制符合后汉书描述的候风地动仪。并对此结构在Matlab中进行仿真,其结果证明此结构能对地震波做出响应并发出警示,是一种合理的候风地动仪原理模型。  
        关键词：候风地动仪;倒立摆结构;低固有频率;地震波;振动仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 熊睿洋,贾剑平,胡瑢华,袁新亮,郭福民
        2020, 42(5): 1254-1260. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.035
        摘要：设计一种新型的5-DOF上肢外骨骼康复机器人,首先分析了该机器人的机械结构,基于D-H参数法建立了该机器人的D-H坐标,根据其坐标求出了其正,逆运动学方程。为了使病患的康复训练具有舒适性和平稳性,提出了一种基于相同时间插值点的用四次多项式过渡的线性插值函数,用来规划上肢外骨骼康复机器人的轨迹。最后进行了单个和多个关节的轨迹规划,并通过求出的正运动学方程和插值函数作出末端位移、速度和加速度的图像,并在Adams中对用1:1模型建立的上肢外骨骼康复机器人进行实体仿真,来验证此方法的正确性和可行性。通过对单关节和多关节轨迹规划参数的分析,然后将其结果与Adams中的仿真数据进行对比,证明了该方法的可行性和稳定性,可以被用在康复机器人的轨迹规划中。  
        关键词：D-H参数法;正/逆运动学;四次多项式;线性插值;Adams仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 庄功伟,吴兆华,徐汇宇,刘亚涛,陈小勇
        2020, 42(5): 1261-1265. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2020.05.036
        摘要：建立了埋入电缆的复合材料构件三点弯曲应力有限元分析模型,在三点弯曲加载到相同弯曲载荷下,分析了电缆埋入位置、树脂富集区长度以及电缆直径对构件的弯曲应力影响。结果表明:电缆埋入位置越靠近复合材料表面,构件的弯曲应力越大;随着树脂富集区长度的增大,构件的弯曲应力随之增大;随着电缆直径的增大,构件的弯曲应力随之增大;在置信度为90%时,电缆埋入位置对构件最大弯曲应力具有显著影响,树脂长度和电缆直径对构件最大弯曲应力影响不显著;电缆埋入位置对构件最大弯曲应力产生影响最大,电缆直径对构件最大弯曲应力影响次之,而树脂长度对构件最大弯曲应力影响最小。研究结论为电缆埋入复合材料工艺提供了一定的理论依据。  
        关键词：复合材料构件;弯曲应力;三点弯曲加载;有限元分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 戴江梁,熊飞,刘静,陈琛,陈虎,杨越东
        2020, 42(5): 1266-1270. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.05.037
        摘要：基于随机振动理论与频域疲劳分析方法,利用有限元软件构建动力电池包随机振动疲劳失效分析模型并计算结构的疲劳寿命,分析结果与试验结果完全吻合。分析结构的失效机理并进行结构设计改进,试验结果表明,改进方案的疲劳寿命得到显著的提高,具有较好的抗振耐久性能。  
        关键词：电池包;随机振动;PSD谱;疲劳寿命;设计改进   
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