最新刊期
      2021 年 第 4 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 李文礼,刘永康,郭栋,陆宇,石晓辉,郑维东
        2021, 43(4): 763-770. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.001
        摘要：为探究电磁参数和机械参数变化对伺服驱动系统动态特性的影响,基于机械动力学和电磁学相关理论,建立一种包括电机电磁刚度和电磁阻尼的四惯量机电耦合模型;采用变步长4～5阶Runge-Kutta法对模型进行数值求解,得到系统的时间历程曲线、相平面图、庞加莱映射和幅频特性曲线;分析电磁刚度、激励频率和传动综合误差等参数的变化对机电耦合系统运动状态的影响。系统在不同电磁刚度取值下会导致系统经倍周期分岔转变为周期1运动,而后转变为混沌运动;当电磁刚度由5×10~5N·m/rad减小至10~5N·m/rad时,系统的最大幅值增大了7%;齿轮啮合误差等机械参数取值变化会使得系统运动状态发生变化,综合传动误差波动系数由0.05增大至0.2时,系统的最大幅值增大了16%。  
        关键词：伺服系统;机电耦合;电磁刚度;非线性动力学;传动系统   
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        发布时间：2022-09-22
      • 权振亚,张学良
        2021, 43(4): 771-778. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.002
        摘要：针对调节非线性系统参数的取值会影响输出信噪比(SNR)的大小这一现象,采用信噪比(SNR)作为随机共振输出评价指标,提出将多点优化最小熵解卷积调整(Multipoint Optimal Minimum Entroy Deconvolution Adjusted,MOMEDA)与布谷鸟自适应随机共振相结合的方法来提取微弱故障特征频率,仿真分析表明将MOMEDA作为随机共振前处理能够显著提升故障微弱信号,而实验实例验证进一步表明将MOMEDA方法与随机共振相结合能有效地从存在强噪声的信号中提取弱故障信号的特征频率,从而实现滚动轴承弱故障的诊断。  
        关键词：滚动轴承;多点优化最小熵解卷积;微弱故障;布谷鸟算法;随机共振   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈万圣,王珍,赵洪健,王奉涛
        2021, 43(4): 779-785. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.003
        摘要：大数据时代下的轴承故障监测存在海量数据处理实时性和故障特征选取的主观性问题,为了实时、智能的实现轴承故障诊断,提出了压缩感知(Compressed Sensing,CS)与改进的深度极限学习机(Multilayer Extreme Learning Machine,ML-ELM)相融合的轴承故障诊断新方法。该方法首先通过压缩感知理论从大量轴承监测数据中获取能够表达特征信息的少量数据,然后用轴承信号在压缩感知变换域中的测量值进行由PSO改进的深度极限学习机分类识别,实现故障智能诊断。此方法大幅减少了轴承诊断信号的数据量并省去了智能诊断时特征选取的步骤,充分利用了深度极限学习机从少量测量值中挖掘轴承信号的特征信息,实现了智能、准确的分类。实验分析表明:该方法对不同位置、不同损伤程度的故障能够准确的识别,为轴承状态监测和故障诊断提供了新方法。  
        关键词：压缩感知;深度极限学习机;轴承;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李博阳,姚德臣,刘恒畅,杨建伟
        2021, 43(4): 786-792. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.004
        摘要：为解决传统滚动轴承寿命预测方法精度差,效率低的问题。提出一种基于双向堆叠简单循环单元(Bidirectional Stack Simple Recurrent Unit,Bi-SRU)的预测方法。从原始信号中提取多种时、频域特征构建多维数据集,增强信息表征,避免了单一特征对轴承退化能力反映不足的缺点。依靠循环神经网络(Recurrent Neural Network,RNN)处理时序数据的能力,构建SRU模型,重构传统RNN串行运算结构,提升训练效率。并在单层SRU的基础上反向堆叠,使模型能够获取学习时间维度上的双向信息,提升预测准确性。实验结果表明,所提方法在预测精度和训练效率上均有提升。  
        关键词：滚动轴承;简单循环单元;反向堆叠;双向信息;寿命预测   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王永鼎,金子琦
        2021, 43(4): 793-797. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.005
        摘要：针对滚动轴承故障识别过程中,难以提取细微故障特征的问题,提出一种基于融合卷积神经网络与基于粒子群优化算法的支持向量机相结合的滚动轴承故障诊断方法。该方法将轴承振动信号同时作为一维卷积神经网络和二维卷积神经网络的输入信号,并在汇聚层中将提取到的故障信息融合,最后通过优化后的分类器提高故障识别准确率。为了验证该方法的诊断性能,将与融合卷积神经网络同规格的一维卷积神经网络和二维卷积神经网络进行对比。试验结果表明,该方法不仅可以提高故障识别准确率,还可以在信号受到噪声污染时保持良好的诊断性能。  
        关键词：滚动轴承;故障诊断;卷积神经网络;SVM   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李云龙,唐志宇
        2021, 43(4): 798-807. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.006
        摘要：在轴承动力学和转子动力学基础上,对航空发动机双转子-轴承系统的动力学特性进行研究。根据Timoshenko梁-轴理论,建立了双转子系统有限元离散化模型,并用数值方法对其求解,研究表明:(1)由于系统非线性特性的影响,系统在多频耦合激励下响应出现激励频率的倍频率及组合频率,系统振动响应异常复杂;(2)中介滚子轴承的径向游隙变化对系统响应有一定的影响,对支撑轴承处的响应影响较小,较小的游隙可使中介轴承和转子系统中心处的响应位移降低,从而使系统趋于稳定;(3)适当增加支撑轴承滚动体个数使支承轴承和转子中心处的响应降低,系统稳定性也增加;(4)采用实验验证分析可知:仿真计算值与实验值变化趋势基本一致,存在一定的误差(误差约有15.6%)。分析结果为定量和定性分析该双转子的稳定性提供了参考依据。  
        关键词：滚动轴承-双转子系统;动力学;有限元法   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 刘刚,关凯书,钟继如,王武琳
        2021, 43(4): 808-813. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.007
        摘要：常规的小冲杆试验技术获取宏观材料的力学性能主要是通过经验关联法。但是经验关联法受小冲杆试验装置和试样尺寸的限制,尚没有一个统一的、公认的经验关联公式。为实现小冲杆试验技术获得材料的半解析解公式,采用新型长条形小冲杆试样,基于能量等效原理并结合有限元计算,提出了关于该试样的Chen-Cai半解析方程的4个系数,进而提出了依据长条形小冲杆试样的载荷-位移曲线估算金属材料的单轴本构关系的新型试验方法。针对Q345R钢和904L不锈钢,新方法的单轴本构关系估算结果与单轴拉伸试验结果较为吻合。  
        关键词：小冲杆试验;长条形试样;能量等效原理;单轴本构关系   
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        发布时间：2022-09-22
      • 陈政,赵海涛,黄继平,陈吉安
        2021, 43(4): 814-820. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.008
        摘要：为了研究飞艇中焊接带结构的材料属性及该结构对蒙皮强度的影响,基于飞艇制作的工程经验和结构的应力分析结果,借助数字图像相关技术,设计了焊接带的单轴拉伸、单轴循环和双轴拉伸的试验试件和试验方案。实验结果表明,和蒙皮相比,焊接带结构的强度相对较大,发生断裂的位置是二者相接处的蒙皮。焊接带结构的存在导致蒙皮强度比原来有所降低,单轴拉伸时强度降低12%左右,双轴拉伸时,拉伸比例为2∶1条件下强度减弱最多,降低36%左右。研究内容能在一定程度上为飞艇整体结构的强度预报提供实验支撑。  
        关键词：焊接带;膜结构;飞艇;强度试验;数字图像相关   
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        发布时间：2022-09-22
      • 耿美玲,杨亚莉,陈浩,王以鹏,李永芳
        2021, 43(4): 821-827. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.009
        摘要：开展车用铝合金疲劳损伤检测与评估,对汽车轻量化材料的应用具有重要的理论意义和工程价值。基于CT损伤检测和缺陷重构技术,开展了6061-T6铝合金阶段性疲劳损伤特性研究。首先,对车用铝合金材料进行静拉伸试验和阶段性疲劳循环加载试验,得到了不同阶段的疲劳损伤试样。接着,利用基于X-ray的CT损伤检测,实现损伤试样内部的孔洞和裂纹等缺陷信息的获取,在AVIZO可视化软件中进行了缺陷特征的三维重构,研究了不同阶段试样损伤缺陷连续性特征。最后,根据不同阶段的疲劳损伤试样的损伤程度,分析了准确表征损伤程度的相关损伤演化参量的变化特性,包括孔隙率、损伤体积分数等。综合各损伤表征参量随循环次数的变化分析,损伤体积分数作为损伤参量不仅决定损伤占比的多少,对损伤尺寸也存在直接影响,更能反映损伤的连续性变化,从而能够进行合理有效的缺陷演化过程分析。  
        关键词：铝合金6061-T6;阶段性疲劳损伤;CT检测;AVIZO;缺陷三维重构   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王金利
        2021, 43(4): 828-833. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.010
        摘要：载重车厢是无极绳连续牵引车的重要部件,针对车厢在运输人员或者货物由于振动造成的脱轨、掉道、侧翻等安全事故,在平巷直线,水平转弯半径9 m,垂直转弯半径15 m三种工况下,对普通轨轮系装置和卡轨轮系装置载重车厢的振动进行试验。在多种运行速度的条件下,对不同轮系的振动性能分析表明:卡轨轮系装置的载重车箱稳定性能最好。随着速度的增大,平巷直线运行时,当运行速度超过2.0 m/s,普通轨轮系装置的横向振幅较大;水平转弯运行时,当运行速度超过1.5 m/s,普通轨轮系装置比卡轨轮系装置运行的车箱纵向振幅、横向振幅都明显增加,建议在此处增设护轨装置;垂直转弯运行时,运行速度不宜超过1.8 m/s。  
        关键词：无极绳连续牵引车;载重车厢;振动;轮系装置;振幅   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 杨鄂川,黄路,庞通,张振华,袁天勋
        2021, 43(4): 834-840. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.011
        摘要：在验证仿真方法有效性的基础上,建立了含三种不同形式多胞吸能盒的台车正碰模型。通过100%正碰仿真,分析了不同截面形状吸能盒的吸能效果、压溃性能及压溃力峰值。采用全因子实验设计方法完成了正交试验,并确定九胞吸能盒作为后续研究对象,探究壁厚对吸能盒耐撞性影响,采用神经网络模型构建了代理模型,再用NSGA-Ⅱ遗传算法完成了多目标优化设计。优化后的九胞吸能盒,压溃吸能量得到提升,压溃力峰值水平降低,且实现了轻量化。  
        关键词：正面碰撞;吸能盒;多目标优化;近似模型   
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        发布时间：2022-09-22
      • 殷泽凯,唐家银,何平
        2021, 43(4): 841-848. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.012
        摘要：充分考虑到自然贮存下得到的少量现场数据信息,突破依据加速试验单一伪样本数据进行产品常应力可靠性评估的制约。基于相对熵和最小二乘统计法相结合的思想,探讨指数型与Weibull型产品的自然贮存现场数据和加速贮存样本数据融合机制,建立了综合可靠性评估模型。仿真结果表明,模型能够有效地融合两源数据,且在现场数据较少时,模型的评估具备稳健性。  
        关键词：相对熵;最小二乘法;双应力加速试验;信息融合   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王永鼎,钱莹娟
        2021, 43(4): 849-855. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.013
        摘要：为提高垂直轴变攻角水轮机的能量利用率,建立了叶片偏角变化规律的数学优化模型,以叶片偏角随位置角的变化为设计参数,以水轮机能量利用率为目标函数,采用遗传算法结合序列二次规划的方法进行优化计算,在此基础上得到最适合的叶片偏角变化规律。对摆线式水轮机在不同速比下的偏角进行优化,得到优化后的偏角规律,结果显示,水轮机在混合遗传算法优化后的偏角规律下,能量利用率较原摆线式水轮机相比有所提高。  
        关键词：垂直轴水轮机;偏角优化;SQP;遗传算法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘岑,吴森林,杨帆,洪凯,张恕,刘小宁
        2021, 43(4): 856-867. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.014
        摘要：为给选择合适的承压设备强度设计公式提供依据,以及为建立承压设备强度设计的可靠性方法,将扁平绕带容器爆破压力实际值与公式计算值之比视为随机变量,应用数理统计和概率论知识,讨论了随机变量统计样本的有效性与同质性,分析了随机变量的分布规律,构建了随机变量的分布参数的比较方法。从精度和稳定性两个方面,建立了公式工程适应性的评价指标与方法。以扁平绕带模拟容器爆破压力的15组实测数据与扁平绕带工业规模容器爆破压力的5组实测数据为例,分析比较了与4个爆破压力计算公式对应随机变量的分布规律和分布参数,评价了相应公式的工程适应性。研究结果表明:(1) 4个公式相应随机变量的统计样本在双侧置信度为99%时具有有效性与同质性;有3个随机变量在显著度为0.05时基本符合正态分布,双侧置信度为98%时,得到其分布参数的取值区间。(2)在3个基本符合正态分布随机变量中,其中2个随机变量的分布参数无显著差异,但与另外1个的分布参数存在显著差异。  
        关键词：设计公式;工程适应性;扁平绕带容器   
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        设计·计算

      • 张永亮,张帅帅,张展,邱涛
        2021, 43(4): 868-873. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.015
        摘要：设计了一套基于磁流变液的柔性辅助支撑装置,用于提高弱刚性零件的加工精度。利用有限元方法通过Comsol软件对装置磁感应强度进行仿真,研究其提供的支撑力大小,运用工程力学知识对加工工件进行力学分析、理论变形量计算以及对加工工件进行有限元加工变形仿真,研究不同加载电流状态下磁流变液辅助支撑装置对加工工件变形情况的影响。最后搭建试验台,在不同铣削参数以及磁流变辅助支撑装置加载不同电流的条件下进行铣削实验并测量加工工件的表面粗糙度以及平面度,研究铣削参数以及磁流变辅助支撑对工件加工表面质量的影响。结果表明,MRF辅助支撑装置可提高弱刚性工件的刚度,抑制加工变形,改善工件加工质量。  
        关键词：磁流变液;有限元;三维磁场仿真;变形量;铣削试验;加工精度   
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      • 沈海涛,安子军
        2021, 43(4): 874-880. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.016
        摘要：双激波套筒活齿传动结构中的活齿是关键且容易失效的零件,活齿的接触应力分析对于提高机构承载能力及使用寿命具有重要意义。通过数值法对活齿接触表面压力及次表面应力场分布进行求解,结果显示接触应力会出现奇异和应力集中的问题,严重影响了传动机构的传动性能。应用对数母线修形法与遗传优化算法对套筒活齿的结构进行优化设计,结果表明,该方法能够有效改善活齿接触应力奇异和应力集中现象。研究结果能为双激波套筒活齿传动和线接触类零件的结构设计及优化提供理论指导。  
        关键词：双激波;套筒活齿传动;表面接触压力分布;次表面应力场;优化   
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      • 王世明,骆锐东,董超,丁成林
        2021, 43(4): 881-887. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.017
        摘要：当今世界能源紧缺,潮流能因自身诸多优越性一直是各国研究的热点。针对目前潮流能水轮机普遍无法双向获能的问题,设计一种新型叶轮。利用翼型分析软件Xfoil和仿真软件Fluent对基础翼型NACA24112进行数值计算,截取其前半段设计出新"S"翼型并进行动力学分析,根据Wilson设计方法求出叶片各个截面的弦长和扭角,修正后利用Catia进行三维建模并用Fluent对其仿真分析;为了提高叶轮的获能功率,设计了一种双向折线型导流罩,经Fluent仿真验证了其最佳扩口角度为26°;通过水槽实验,验证了叶轮具有较好的双向获能特性,得益于导流罩的聚流增速作用,使其具有较低的启动流速,在额定流速2 m/s时能达到最大获能效率25.4%。  
        关键词：叶片设计;导流罩;Fluent仿真;水槽实验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵鑫磊,李春,韩志伟
        2021, 43(4): 888-896. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.018
        摘要：海上风能的蓬勃发展及航线密集增大了船舶与风力机的碰撞机率。基于非线性动力学理论,提出泡沫铝夹芯板结构防护装置的概念设计,为验证所提设计防护性能的优劣采用Ls-Dyna模拟3000 t船舶与5 MW单立柱三桩基础海上风力机碰撞过程,在不同船舶速度下对比分析相同厚度不同层数夹芯板防护装置结构抗撞性能。结果表明:厚度相同时,5层防护结构对提高海上风力机安全性具有显著效果,可有效抑制风力机塔顶动力响应; 5层抗撞性能优于3和4层结构;船速分别为0.5 m/s、1 m/s及2 m/s时,防护装置初始动能吸收比分别为76.9%、79.7%及78.5%,5层结构的吸能比最高;随船速增加,塔架受到损伤程度加剧,其吸收能量增幅小于初始能量增幅;三种速度下,塔顶最大位移分别为80.8 mm、169.7 mm、375.5 mm,塔顶位移响应与船舶动能变化趋势一致;随初始动能增长,防护装置最大撞深呈线性增长趋势,其增长幅度小于初始动能增长幅度,且随泡沫铝夹芯板层数增加撞深增幅降低。  
        关键词：防护装置;海上风力机;泡沫铝夹芯板;抗撞   
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        发布时间：2022-09-22
      • 廖鸿辉,柳在鑫,李玲玉,汪旭东
        2021, 43(4): 897-905. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.019
        摘要：基于单滚子包络端面蜗杆传动啮合理论侧重研究分析了该传动副滚子柱面上接触线分布、接触线长度、自转角以及滚子自转角速度。提出接触线包角、接触线密集度概念用以描述滚子柱面上单条接触线空间复杂性和滚子柱面上接触线的疏密程度,同时推导出接触线包角、接触线密集度的计算公式,并对此进行数值分析。推导滚子柱面上接触线于特定空间分布面积计算公式并计算出其值,推导出滚子高度方向上的平均自转角速度并借助Matlab数学工具软件数值积分功能计算出其平均自转角速度、滚子啮合周期内转过的角度。对比分析了滚子是否固定条件下的滑动速度。分析结果表明滚子柱面接触线于特定空间分布区域极小,滚子具有极好的自转性能,传动副具有极佳的减滑效果。  
        关键词：端面蜗杆;包角;接触线密集度;平均自转角;数值积分;滑动速度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 汪中厚,黄从阳,石照耀,刘合涛,钱晓琦,久保爱三
        2021, 43(4): 906-912. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.020
        摘要：根据传统式机床的结构特征和运动原理,用Catia对螺旋锥齿轮进行虚拟加工,通过和理论模型对比加工精度,证明建模的合理性和精准性。用Hypermesh对齿轮进行网格划分,导入Abaqus中进行有限元分析,提取传动误差曲线和接触线。随着载荷的增大,齿轮的传动误差波动幅值随之减小,但偏离零线的幅度随之增大,表明螺旋锥齿轮在载荷增大的情况下传动更加平稳,传动精度随之降低,这和螺旋锥齿轮动态特性相吻合,表明虚拟加工齿轮的性能良好。当虚拟加工形成的齿轮在有限元分析中的接触性能和传动误差曲线不太理想时,可以根据修正等原理在Catia中调整机床调整参数并重新加工齿轮,在分析中发现重构齿轮的接触性能和传动性能得到提高。在Catia仿真加工时可以人为加入误差,为有限元分析有误差齿轮提供模型,方便人们研究有误差齿轮的动态特性。在齿轮设计阶段采用有限元法研究齿轮的接触性能和传动特性,从而对虚拟加工齿轮的质量进行预知与评价,分析齿轮性能和机床调整参数之间的联系,对螺旋锥齿轮的机床调整参数进行反调起到重要作用。  
        关键词：螺旋锥齿轮;虚拟加工;有限元;传动误差;齿轮精度   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 路遵友,吕延军
        2021, 43(4): 913-919. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.021
        摘要：作为金属材料重要的性能参数,弹性模量会随着温度变化而变化。然而,在热弹流润滑研究分析中一直把弹性模量取成常数,计算结果必定存在误差。以无限长线接触滚子副为研究对象,将固体弹性模量随温度的变化关系引入热弹性流体动压润滑理论,结合热弹性力学理论和热力转换原理,同时考虑随机粗糙度的影响,给出了热弹流润滑数值计算方法。计算中增加了弹性模量场的求解,设置了弹性模量场的收敛精度,通过算例进行了计算,分析了考虑弹性模量变化前后载荷变化对油膜压力和膜厚的影响。研究内容可以为弹流润滑分析和材料特性研究提供理论基础。  
        关键词：弹性模量;线接触;热弹流;热弹性变形;滚子副   
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        发布时间：2022-09-22
      • 曹旭祥,颜廷俊,王亭沂,李风
        2021, 43(4): 920-927. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.022
        摘要：针对热采井口装置在蒸汽驱和蒸汽吞吐两种工况下的热蠕变失效情况,进行了其材料30CrMo在390℃,四个不同应力下的蠕变试验,对试验结果进行了拟合,获得了复合时间强化模型参数。用短期的试验进行了验证,复合时间强化模型的计算值与试验值之间的误差小于15%。运用Ansys Workbench模拟了热采井口装置主要承压件在恒温恒载工况和断续加载工况下的蠕变失效过程,得到主要承压件在两种工况下的失效时间,对热采井口装置的使用寿命评估具有重要的意义。  
        关键词：热采井口装置;热蠕变失效;30CrMo;恒温恒载;断续加载   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王军利,陆正午,李庆庆,李托雷,雷帅,冯明豪
        2021, 43(4): 928-935. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.023
        摘要：由于双螺杆压缩机工作过程中产生的温度场导致转子产生热变形和热应力,容易引起转子发生疲劳破坏,因此分析温度载荷作用下螺杆转子的应力疲劳具有重要意义。基于有限体积法数值模拟压缩机工作过程中的温度场,利用GGI(General Grid Interface)插值技术将温度载荷传递到转子结构网格上,建立了基于松耦合的热固单向耦合模拟方法,并利用"L型大直径掩埋管道"对该方法的准确性进行验证。通过求解转子结构的静平衡方程,研究温度载荷作用下转子的变形、应力分布规律,最后通过修正后的应力疲劳S-N曲线对转子进行疲劳寿命分析。研究结果表明:螺杆转子最大变形发生在阳转子与电机相连接的一端,阴转子的齿顶和阳转子的齿根产生较大的应力集中,且随温度的升高,螺杆转子的使用寿命逐渐降低。该方法可为压缩机的设计研究和优化升级提供参考。  
        关键词：压缩机;温度场;GGI;静平衡方程;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 张宇,李昌,韩兴,高鹤芯,高兴
        2021, 43(4): 936-944. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.024
        摘要：汽车后桥是汽车底盘的核心承力部件,其主要损伤形式是在交变载荷作用下发生疲劳失效。定量化评估汽车后桥疲劳灵敏度对于实现汽车轻量化设计,提高汽车有效使用寿命与安全性具有重要意义。首先建立汽车后桥三维有限元模型,选取最大垂向力工况进行强度计算,得出了汽车后桥的应力、应变状态。在此基础上,基于n Code DesignLife计算得出了后桥疲劳寿命与损伤值分布,通过响应面法分析了各类参数对疲劳寿命影响的灵敏度。计算表明,后桥疲劳破坏先于半轴套管处发生,弹性模量对疲劳的影响最明显,钢板弹簧座厚度次之,桥壳厚度、泊松比、桥包厚度的影响依次降低。  
        关键词：汽车后桥;nCode design-life;疲劳寿命;响应面法;灵敏度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 杜建,于人杰,肖攀,董国疆
        2021, 43(4): 945-954. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.025
        摘要：以试验场实车实测信号为基础,以悬架K&C试验与整车操纵性试验标定整车多体动力学模型为载体,探究虚拟路面法、虚拟迭代法、约束加载法对汽车下摆臂损伤影响规律。通过自主设计的车载式道路几何谱采集设备对试验场路面激光扫描,插值重构出CRG格式的三维虚拟路面,在时域与频域对比仿真与实测六分力,验证了虚拟路面与轮胎模型的准确性;在时域与频域两方面对比分析轮心垂向加速度的仿真与实测差别,进而评价虚拟路面法、虚拟迭代法、约束加载法的精度。结果表明,虚拟迭代法精度最高,约束加载法精度较差;从疲劳仿真角度分析影响,虚拟迭代法与虚拟路面法对下摆臂的损伤分布基本一致,约束车身法较前两者有较大差异,且更为保守;三种载荷分析方法下的下摆臂仿真结果满足试验场耐久规范要求,未发生疲劳破坏,与室内台架试验结果保持一致。  
        关键词：多体动力学;三维虚拟路面;虚拟迭代;疲劳损伤   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王勇军,李唐,兑红娜
        2021, 43(4): 955-959. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.026
        摘要：疲劳分散系数是使用载荷谱下的飞机结构寿命可靠性指标,用于描述疲劳分析和试验结果的可靠度。军用飞机结构强度规范(GJB67.6-2008)规定,当采用平均谱进行耐久性分析时,分散系数一般取4,对应99.9%可靠度;而当采用严重谱进行分析时,分散系数在2～4之间,但具体值并未明确。参考了大量的相关资料,在载荷谱造成的疲劳损伤与结构临界损伤值均服从对数正态分布前提下,对疲劳分散系数进行理论推导,并结合疲劳试验寿命分散性研究结果,明确了耐久性严重谱下结构寿命的疲劳分散系数,为国内将耐久性严重谱应用于军机结构疲劳设计和全尺寸疲劳试验打下了基础。  
        关键词：疲劳分散系数;严重谱;可靠性;疲劳寿命;全尺寸疲劳试验   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 龙伦,袁巍,成晓鸣,唐振寰
        2021, 43(4): 960-965. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.027
        摘要：针对航空发动机带冠涡轮叶片振动特性分析时,将叶冠工作面一体等效的处理方式导致叶片频率计算精度降低的问题,开展了带冠涡轮叶片盘振动特性研究。提出了一种考虑变形和叶冠工作面实际接触面积的带冠涡轮叶片建模方法,以某型带冠涡轮叶片为对象,采用上述方法完成叶片建模和模态分析,并进行整机动应力测试试验验证,结果表明:采用该模型计算得到的叶片1阶共振频率与实测共振频率基本吻合,两者差异在7%以内。研究工作可为航空发动机带冠涡轮叶片振动设计提供参考。  
        关键词：航空发动机;带冠涡轮叶片;振动特性;动应力测试试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 边强,曾光,赵春江,刘冰洋,肖志刚
        2021, 43(4): 966-971. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.028
        摘要：针对传统方法不便于测试高速运转时的角接触球轴承的运动特性,基于Abaqus建立了滚珠、保持架和套圈的多体动力学有限元模型。以7005型角接触球轴承为研究对象,研究了在不同的轴向载荷、径向载荷及转速下,滚珠的线速度及保持架滑动率的变化情况。研究发现,当轴向载荷增加,滚珠的线速度波动幅值逐渐减小,保持架的滑动率也逐渐降低;当径向载荷增大时,滚珠线速度幅值的波动逐渐增大,保持架的滑动率呈上升趋势;在转速增大时,滚珠线速度幅值的波动逐渐增大,保持架的滑动率也逐渐升高。将有限元仿真结果与理论值进行比对验证,表明有限元计算结果更加接近于实际工况。  
        关键词：角接触球轴承;动力学;滑动率;保持架;滚动体   
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        发布时间：2022-09-22
      • 郑大伟,李斌,陈振雷,翁建松,商晴
        2021, 43(4): 972-976. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.029
        摘要：针对装配原工艺叶轮的油烟机会产生81.5 d B噪声的问题,通过仿真和测试相结合的方法,以降低油烟机在最大工作档位的噪声值。首先对装配原工艺和新工艺叶轮的油烟机进行噪声测试以及激励源的振动测试,其次分析了两种工艺叶轮加工工艺的不同,并分别进行模态分析,确定了产生异音的原因。研究表明:原工艺叶轮在生产过程中产生了热应力,导致其固有频率的改变。改变后的频率与激励源激频相近是导致异音的原因。新工艺叶轮生产过程中加入了额外工序使得几乎无热应力产生。最后的改进流程是在原工艺的基础上采用加厚叶轮后圈的方法,提高叶轮的固有频率,避开电机激励频率,从而解决了异音问题。  
        关键词：油烟机叶轮;噪声;模态;优化分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵丽娟,张波,张雯
        2021, 43(4): 977-981. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.030
        摘要：为对采煤机截割部行星架进行疲劳寿命分析及预测,建立采煤机的刚柔耦合模型,研究了行星架的动力学特性,得到了其最大应力值并以此作为输入,利用n Soft得到了行星架的疲劳寿命,利用BP、PSO-BP和改进的PSO-BP对不同工况下的行星架寿命进行预测。研究表明:夹矸坚固性系数为8.4,截深600 mm,转速90 r/min,牵引速度2.5 m/min的工况下,行星架的最大应力为554.781 2 MPa,应力集中区域为花键退刀槽处,疲劳寿命为5.507 2×106; BP、PSO-BP和改进的PSO-BP三种神经网络模型中,预测疲劳寿命最大相对误差分别为4.35%、2.52%和0.90%,迭代次数分别为23、8和6次,改进PSO-BP模型既提高了预测精度,也提高了迭代速度。融合Matlab、Ansys、Adams、n Soft和改进的PSOBPNN,为工矿装备关键零件的疲劳寿命预测提供了方法。  
        关键词：采煤机;行星架;疲劳寿命;自适应变异;粒子群算法;BP神经网络   
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        发布时间：2022-09-22
      • 高峰,周泽伟,王龙,郭峥路,李艳
        2021, 43(4): 982-987. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.031
        摘要：针对单弧度弯曲阶梯管件,采用三点过弯压力矫直的修正方式,根据材料弹塑性力学理论,基于双线性强化弹塑性材料本构关系,解析了考虑变截面处应力集中因素的阶梯管件变形过程,推导了矫直行程计算公式。利用有限元软件显示动力学分析的阶梯管件矫直模拟过程以及相应的矫直实验对模型的正确性进行了验证,仿真和实验结果表明,矫直后的阶梯管件具有直线度高,矫直效果好的特点。  
        关键词：阶梯管件;应力集中;矫直行程;有限元仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 周春林,吴参,杨凯,倪敬
        2021, 43(4): 988-991. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.032
        摘要：工业机器人的电缆在长时间工作中,会由于老化而导致机械性能不足,影响机器人的正常工作。通过热老化实验,在同一温度下对氯化聚乙烯橡胶进行加速老化,并进行拉伸试验,选择断裂拉伸力和断裂伸长率为依据,对氯化聚乙烯橡胶老化后的机械性能进行研究。结果表明,随着老化时间的增加,CPE断裂拉伸力和伸长率都是随老化时间的延长,呈现先下降后上升的趋势。并且断裂伸长率的变化趋势是断裂拉伸力往后的一个延时。CPE拉伸曲线弹性阶段的斜率受老化时间的影响较大,而强化阶段受其影响较小。并且弹性阶段的斜率在受热初期下降的很快,后期有回升的现象。据此可为后续研究提高电缆性能及延长其使用寿命提供一些依据。  
        关键词：氯化聚乙烯;电缆;护套材料;热老化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 时虹,夏志平,冯美龙,刘晓红
        2021, 43(4): 992-996. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.033
        摘要：塔架作为风力发电机组的主要承载部件,其性能直接影响风力机的使用寿命与安全,因此对塔架结构进行优化设计尤为重要。以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,以塔架质量为优化目标,固频、应力、高度等为约束条件,直径、壁厚和节长为控制变量,通过仿真对塔架进行结构优化,并通过解析求解对仿真进行校核。结果表明,优化设计的塔架不仅减轻了塔架重量4.21%,同时提高了固有频率,避开了共振区间;仿真法与解析法结果对比,应力最大位置一致,解析应力比仿真小22.3%,解析模态一阶模态比仿真大18%,仿真具有一定的可信度;该优化方法具有一定的实用性和工程应用价值,适合推广应用。  
        关键词：风力发电机;塔架;结构优化;仿真分析;解析求解   
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        发布时间：2022-09-22
      • 沈瑞,扶碧波,黄臻荣,严岳胜,康丽霞
        2021, 43(4): 997-1001. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.034
        摘要：行星轮系的均载特性是其主要的性能指标之一。国内外多项研究指出,行星轮系中构件的浮动作用对于系统均载具有重要的影响。考虑太阳轮与输入轴的花键连接关系,模拟花键内外齿的摩擦和太阳轮的约束浮动,建立了输入轴花键对太阳轮的非线性支撑反力,以5行星轮传动系统为例,采用集中质量法计算了不同花键径向间隙下的系统均载系数,为行星轮系均载设计提供了依据。  
        关键词：行星轮系;均载特性;太阳轮;花键;浮动   
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        发布时间：2022-09-22
      • 邱海飞
        2021, 43(4): 1002-1006. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.035
        摘要：为适应共轭凸轮打纬工艺要求,采用一种修正梯形加速规律分段构建筘座运动方程。利用Matlab开发共轭凸轮反求设计程序,在重构筘座打纬运动规律基础之上,实现了主、副凸轮理论廓线的精确反求,并结合摆臂夹角Φ、中心距L分析了理论廓线形态变化。反求设计结果显示,理论廓线各点压力角α符合机构学传力特性要求。通过逐点计算理论廓线向径r0和曲率半径ρ0,确定了合理的基圆半径和滚子半径。为打纬共轭凸轮的结构反求和设计创新提供了技术思路。  
        关键词：共轭凸轮;反求设计;打纬;理论廓线;压力角;Matlab   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张峰,任义志,周骋
        2021, 43(4): 1007-1011. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.036
        摘要：针对油箱端盖爆裂故障,结合断口形貌、失效分析确定其故障模式为疲劳断裂。通过现场检查与排故、设计图纸对比、有限元分析等手段对故障机理进行定位,确定端盖断裂位置为应力最大位置,端盖厚度不够是造成端盖的抗疲劳性能降低的根本原因。参考设计图纸,在保证端盖总高度不变的情况下,将端盖厚度由图纸规定的3 mm加厚到4mm可满足使用要求。研究改进结果得到认可,改进措施满足了使用安全并提升后续修理产品的可靠性。  
        关键词：油箱端盖;疲劳断裂;机理分析;改进措施   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张奭
        2021, 43(4): 1012-1016. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2021.04.037
        摘要：压力容器应力测试试验对于保证压力容器运行安全可靠具有重要的意义。矩形压力容器一般在外部采用加强筋提高承载能力,因此相较于圆柱形和球形容器受力复杂。针对某海水淡化中试装置矩形容器,采用电阻应变片电测法设计了一套应力测试试验数据采集系统,并对该矩形容器半水工况及运行工况进行了应力测试试验,得到了该矩形容器不同位置的Mises应力变化值及分布规律,最后根据测试应变数据进行了强度分析。结果表明:相比于半水工况,矩形容器在运行工况下Mises应力更大,且Mises应力最大值为247.09 MPa。该矩形容器受力危险点区域主要集中在壳体中部位置,壳体边缘应力较小。本研究可为工程中电阻应变片电测试验提供参考,同时也可为矩形容器优化设计提供参考。  
        关键词：应力测试;矩形容器;试验研究;强度分析   
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        发布时间：2022-09-22
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