最新刊期
      2022 年 第 1 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 张忠奎,高峰,李艳,闫洋洋
        2022, 44(1): 1-8. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.001
        摘要：针对液体静压导轨在高速启停及变速瞬间切向振动的问题,将磁流变阻尼器应用于机床静压导轨切向运动方向的抑振。建立了系统单自由度振动模型,基于增量谐波平衡算法,以弧长作为控制增量研究了系统的动态响应。通过数值计算发现:磁流变阻尼器抑制静压导轨的振动是可行的;阻尼器控制电流由零逐渐增大时,振动系统幅频响应由硬特性向软特性转变,出现滞后区变窄、消失及二次跳跃现象;不同频率时,系统振幅与阻尼器控制电流关系曲线差别较大,频率较小时,振幅随阻尼器电流的增大而单调减小,而频率较大时,曲线复杂,出现跳跃现象。最后实验验证了磁流变阻尼器能够很好的抑制静压导轨的振动。  
        关键词：机床静压导轨;磁流变阻尼器;导轨振动;抑振;增量谐波平衡   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘武强,杨小强,申金星
        2022, 44(1): 9-18. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.002
        摘要：多尺度模糊熵能够较好的量化振动信号的复杂程度,但缺乏对其他信道信息的有效利用,为了充分利用其他信道的振动信息,将表征同步多通道数据多变量复杂度的多变量熵理论应用到轴承故障诊断中。为了准确提取轴承信号中的故障特征,提出了基于自适应噪声完备集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)和精细复合广义多变量多尺度模糊熵(Refined Composite Generalized Multivariate Multiscale Fuzzy Entropy, RCGmvMFE)的轴承多故障诊断方法。首先利用CEEMDAN对多信道的源信号进行分解获得无模式混叠的IMF。然后采用相关性分析方法对IMF分量进行筛选,选出对故障特征敏感的IMF作为多通道数据构成多元变量,并计算其RCGmvMFE组成故障特征。随后采用t分布随机邻域嵌入(t-distributed Stochastic Neighbor Embedding,t-SNE)对高维特征进行维数约简。最后利用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)优化核极限学习机(Kernel Extreme Learning Machine, KELM)对低维故障特征进行分类。实验结果表明,该方法能够有效地诊断轴承不同程度的故障,为滚动轴承的故障诊断提供了补充方法。  
        关键词：CEEMDAN;精细复合广义多变量多尺度模糊熵;敏感IMF;t分布随机邻域嵌入;流行学习;滚动轴承;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22
      • 田文朋,夏峰,徐信芯
        2022, 44(1): 19-28. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.003
        摘要：为获得某七桥油气悬架登高平台消防车的最优振动响应,设计了同侧并连+对侧交连的油气悬架混合耦连方案。根据车辆结构特征,建立了"垂向-侧倾-俯仰-横摆"相耦合的二十自由度非线性动力学模型,联合仿真分析了车辆的振动响应特性,以及关键参数的影响规律。通过层次分析法和极差变换标准化处理,建立包含车辆平顺性和稳定性两评价指标的单目标优化函数,进行油气悬架系统参数优化运算。基于全局振动协调控制原理,应用李亚谱诺夫理论设计自适应律,进行模型参考自适应控制。仿真对比结果显示:参数优化叠加自适应控制后,车辆振动响应的评价指标得到了显著地改善。  
        关键词：七桥混连油气悬架;动力学模型;平顺性和稳定性;参数优化;自适应控制   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王博,刘青松,李春,许子非,丁勤卫,张立,李蜀军
        2022, 44(1): 29-37. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.004
        摘要：大型化后的漂浮式风力机非线性运动特征显著增强,为此以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立NAUTILUS半潜式平台漂浮式风力机模型,在机舱内部配置调谐质量阻尼器(TMD),通过多岛遗传算法优化TMD参数,研究无TMD控制、TMD控制(未优化)及优化TMD控制下漂浮式风力机运动响应特性,并基于混沌理论,采用相空间重构和最大Lyapunov指数法从定性和定量角度分析漂浮式风力机运动响应非线性特征。结果表明:TMD控制和优化TMD控制下,漂浮式风力机塔顶前后位移响应明显减小,但侧向位移响应作用较小;塔架前后加速度响应峰值在塔架高度为30 m～90 m范围内显著减小,而侧向加速度响应峰值则在塔架高度为10 m～30 m范围内有所减小。较之无TMD控制,优化TMD控制下,漂浮式风力机运动响应混沌特征减弱,最大Lyapunov指数均减小,表明优化TMD可减小其运动响应非线性特征。  
        关键词：超大型;漂浮式风力机;调谐质量阻尼器;多岛遗传算法;运动响应;混沌特征   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王慧,李南奇,杨志鹏,赵国超,田立勇
        2022, 44(1): 38-44. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.005
        摘要：为了实现对潜污泵运行时的故障问题进行精准诊断,提出一种改进型Hopfield神经网络(HNN)故障诊断方法。利用BP神经网络进行编码操作,克服HNN神经网络的编码缺陷,并通过粒子群优化算法(PSO)对HNN神经网络连接权值进行优化,提高改进型神经网络的全局收敛能力,得到改进型HNN神经网络模型。基于现场实验,获得潜污泵故障运行时的振动信号特征向量,将特征向量作为样本数据对改进型神经网络进行训练,并对潜污泵的故障类型进行诊断。研究结果表明:改进型HNN神经网络全局收敛能力较好,对潜污泵典型故障的诊断准确率达到90%以上,可以实现对潜污泵运行时的故障进行精确诊断。  
        关键词：潜污泵;改进型Hopfield神经网络;PSO算法;故障诊断;振动信号   
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        发布时间：2022-09-22
      • 金江涛,许子非,李春,缪维跑,张万福,李根
        2022, 44(1): 45-52. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.006
        摘要：考虑轴承故障初期具有特征信号微弱、易受噪声干扰以及非线性强等特点。基于分形盒维数提出改进变分模态分解提取轴承故障信号非线性信息方法（Improved Variational Mode Decomposition for Nonlinear Features Extraction, IVMD-NFE）。又因非线性信号的多测度性,采用多重分形去趋势波动分析（Multifractal Detrended Fluctuation Analysis, MF-DFA）法,研究各故障信号的多重分形特征。以滚动轴承实验数据为研究对象,采用IVMD-NFE与MF-DFA方法对轴承初期信号进行故障分析与诊断。结果表明:采用IVMD-NFE方法提取的信号可较大程度滤除噪声且具有更低的分形盒维数,提取的非线性特征更具代表性;轴承故障信号呈现多重分形特征,外圈故障的奇异指数α0最大,非线性最强,保持架故障时α0最小,非线性最弱,说明通过数据复杂度可较好反应轴承运行状态,而采用VMD或直接对原始信号进行处理的方法,未能提取有效非线性特征,导致故障区分失败。  
        关键词：变分模态分解;分形;轴承;非线性;故障诊断   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘瑞家,汪诤,罗帆
        2022, 44(1): 53-58. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.007
        摘要：在机械系统中,由于机械构件之间广泛存在间隙,运动过程中会发生非线性弹性碰撞现象。以含间隙二自由度碰撞振动系统为研究对象,建立数学模型,在Matlab软件中进行数值仿真分析。在此基础上,在Multisim软件中应用函数发生器、电阻、电容、运算放大器和示波器等模拟电子元件,建立等效的电路模型进行仿真分析。结果表明:等效电路仿真与数值仿真分析结果相同,不同的是等效电路仿真不仅运算速度更加快速高效,而且还可以实现动态化的参数调整和不同模态下的转换分析。等效电路仿真为非线性振动系统的动力学研究提供了一种参考方法。  
        关键词：非线性振动;数值仿真;等效电路仿真;动力学   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 潘丽美,钱炜,刘金,叶逸,郭淼现
        2022, 44(1): 59-67. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.008
        摘要：零件的表面形貌是机械加工质量的重要组成部分,为了实现对精密铣削表面形貌的准确预测,在铣削工艺过程中提出了一种基于切削振动小波包分析和频谱分析的表面形貌仿真方法。首先以球头铣刀为研究对象,建立工件坐标系下切削刃随时间变化的运动轨迹模型,然后把实测振动信号通过小波包分析和频谱分析处理后得到的振动方程带入其中,最后利用Matlab完成对工件表面形貌的仿真预测。通过仿真与试验结果的对比,验证了基于振动信号小波包分析和频谱分析的表面形貌仿真预测模型的准确性,为实际的加工生产提供参考。  
        关键词：球头铣刀;切削振动;小波包分析;建模仿真;表面形貌   
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        发布时间：2022-09-22
      • 胡静,安静丹
        2022, 44(1): 68-73. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.009
        摘要：为研究2A12铝合金板的抗冲击特性,进行了平头弹体撞击6 mm厚度的铝合金板实验研究,撞击速度范围为120 m/s～330 m/s,分析弹体初始速度对靶板抗冲击性能的影响。由实验数据拟合得到弹体弹道极限和速度曲线,结果表明,随弹体初速的增大,靶板的能量吸收率先骤减后趋于稳定。靶板主要发生剪切冲塞破坏,并且靶板结构变形随弹体初速的增加而减小。此外,基于Abaqus有限元软件,采用修改的J-C本构关系及其失效准则进行弹体撞击靶体的仿真计算,在验证仿真模型有效性的基础上分析靶板失效机理,发现不同冲击速度时靶板失效机理相似,弹体初始速度对其影响不大。  
        关键词：铝合金板;平头弹;剪切破坏;失效机理;靶板变形   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘禹昕,朱涛,肖守讷,阳光武,杨冰,王明猛
        2022, 44(1): 74-80. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.010
        摘要：为研究轨道车辆车体常用SUS304不锈钢材料的动态力学性能,进行了0.000 2 s-1～500 s-1宽应变率下的动态拉伸试验,得到了不同应变率下的应力应变曲线,结果表明在动态拉伸过程中该材料表现出应变硬化现象,应变率强化效应和一定的热软化效应。为准确描述该材料的动态力学性能,首先建立了该材料在室温下的Johnson-Cook模型。在此基础上,引入绝热温升,建立了塑性应变以及应变率相关的修正Johnson-Cook模型。通过对比,表明修正模型能够较好地描述该材料随应变和应变率增加逐步软化的特性,该修正模型为轨道车辆车体结构耐撞性分析提供了基础依据。  
        关键词：SUS304不锈钢;动态本构;Johnson-Cook模型;车体材料   
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        发布时间：2022-09-22
      • 龙超,张跃春,彭锐涛,胡雨浓
        2022, 44(1): 81-85. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.011
        摘要：箔片式动压空气轴承是一种以箔片为弹性支承的自作用式动压气体轴承,因其优越的动力学性能广泛应用于高速透平机械、高精密机床以及航空、航天、国防等高端装备领域。箔片式动压空气轴承采用空气为润滑介质,根据动压润滑原理,轴颈与轴承间需要达到一定的相对速度,所形成的动压气膜才能克服转子径向力,使轴颈与轴承脱离机械接触,即转速要达到箔片式动压空气轴承的起飞转速。为了减少轴颈与轴承的机械接触时间,确定电机加速时间,准确测定其起飞转速具有重要的工程意义。提出了一种评判振动特征综合测定箔片式动压空气轴承起飞转速的方法,并对比分析出试验测定结果与箔片式动压空气轴承理论计算值基本一致,验证了理论计算方法的准确度,对于空气轴承的工程应用具有重要的意义。  
        关键词：动压空气轴承;箔片;起飞转速;振动试验   
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        发布时间：2022-09-22

        优化·可靠性

      • 冯钧,刘伟,谭龙,李颐
        2022, 44(1): 86-94. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.012
        摘要：针对多失效相关的动态机械系统,利用Copula函数描述各单元之间失效模式的相关性,提出了一种具有多失效相关的动态机械系统可靠性模型,采用R-Vine Copula函数将复杂系统的可靠性问题转化为多个二维Pair Copula函数进行分析,利用最大生成树算法(MST)选定最优R-Vine结构,通过非参数核密度估计(KDE)对模型中的时变参数进行描述,并重点对机械系统中常见的串-并联系统(混联系统)进行建模分析,最后通过航天器开闭轴系的算例,验证该模型的有效性。  
        关键词：R-Vine Copula函数;串-并联系统;非参数核密度估计(KDE);可靠性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李明昊,乔捷,范佳艺,王宝新
        2022, 44(1): 95-101. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.013
        摘要：为提高仿生机器鱼的工作可靠性,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法。以仿生虎鲸为研究对象,基于扑翼运动理论,利用Matlab得到了仿生虎鲸的动态载荷。基于可靠性灵敏度设计理论和稳健设计理论,构建了优化设计状态函数,得到了仿生虎鲸尾鳍推进系统对其渐变可靠性灵敏度的影响。利用改进量子进化算法进行优化设计,得到了尾鳍推进机构的最优解,结果表明,设计变量的灵敏度的绝对值均有降低,可靠度得到提高,结构更加稳健。将扑翼运动理论、可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进量子进化算法相结合,提出一种应用于仿生机器鱼的渐变可靠性稳健优化设计方法,为仿生机器鱼的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑。  
        关键词：仿生机器鱼;数值模拟;可靠性;灵敏度;量子进化算法   
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      • 张军峰,廖靖宇,刘恩海
        2022, 44(1): 102-110. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.014
        摘要：随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略。具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法。该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构主传力路径;其次针对变密度法中的灰度单元,提出采用Otsu阈值处理算法以最大化反映二值拓扑结构信息;在此基础上,利用形态学思想构建了以结构骨架拐点为分界的组件,并过渡到可移动变形组件法完成优化,最终获得精确结构尺寸。分别通过对二维与三维数值算例的最小柔度拓扑优化问题计算,得到结构边界光滑且精确尺寸的优化结果,验证了该方法的有效性。  
        关键词：Otsu阈值处理方法;形态学思想;变密度法;可移动变形组件法;最小柔度   
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      • 张晓洁,唐家银
        2022, 44(1): 111-118. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.015
        摘要：针对同种产品的多类试验源寿命数据信息,利用构造的混合基分布,实现三源数据融合,同时估计出数据源的总体分布密度函数。基于EM算法得到混合基分布密度函数参数向量中各未知参数极大似然估计的迭代式。使用经过Bootstrap法扩权的样本,给出了各参数估计值,确定混合基分布的密度函数解析,进而完成产品可靠性分析。算例验证了该类模型的可行性和有效性。  
        关键词：混合基;极大似然估计;EM算法;数据融合;Bootstrap(自助法)   
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      • 冉险生,陈凯,赵洪亮,罗领
        2022, 44(1): 119-125. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.016
        摘要：针对某运动型大排量摩托车行驶平顺性问题提出一种优化方案。通过摩托车在C级路面上的仿真分析得到表征摩托车行驶平顺性的俯仰振动与垂向振动加速度,并将以上两个指标峰值作为目标响应,采用最优拉丁超立方抽样方法对悬架系统的相关参数进行灵敏度分析与近似建模,基于分析结果采用径向基函数神经网络近似模型进行多目标优化。结果表明,优化后经实车验证,俯仰振动加速度峰值降低了17.21%,前、后车轮垂向振动加速度峰值分别降低8.11%和24.18%,改善了摩托车行驶平顺性以及验证了该优化方案的有效性。  
        关键词：C级路面;悬架系统;灵敏度分析;径向基函数神经网络近似模型;多目标优化   
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      • 唐莉,唐家银,程世娟
        2022, 44(1): 126-132. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.017
        摘要：为解决小子样高可靠性长寿命产品的可靠性评估,提高可靠性评估的精准度,采用贝叶斯方法构建多个信息源数据融合的贝叶斯可靠性评估模型。首先,该模型选择一组数据作为另一信息源的最初先验信息,根据贝叶斯估计融合得到后验密度,并将其作为下一信息源的先验分布;通过依次迭代,得到多源异构数据的联合后验密度和可靠性指标数据,进而完成相应的可靠性分析。最后,通过仿真算例验证了该模型的合理性与有效性。  
        关键词：数据;信息融合;贝叶斯估计;可靠性评估   
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      • 干露,陈辉
        2022, 44(1): 133-139. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.018
        摘要：提出了一个用马尔科夫链抽样的贝叶斯模型修正和损伤识别方法,用于对梁结构的损伤识别。首先建立了基于结构振动频率测量,确定其振型的目标函数,然后采用延缓拒绝自适应的马尔科夫链蒙特卡洛方法进行随机抽样,得到在完好状态和损伤状态下结构参数的后验概率,通过比较这两种状态下识别参数的概率密度函数,最终得到结构损伤的概率和损伤程度。以钢悬臂梁为实验算例,验证了钢悬臂梁结构各区域的损伤概率和损伤程度与真实情况吻合。  
        关键词：模型修正;损伤识别;贝叶斯方法;随机结构   
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        发布时间：2022-09-22

        设计·计算

      • 张元瑞,汪高飞,张永亮,郑志军,叶坚,瞿元,虞吉林
        2022, 44(1): 140-147. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.019
        摘要：汽车的座椅横梁在碰撞事故中起着保障乘客生存空间的重要作用,对其进行填充优化设计可以有效地提高车辆的安全性能。基于泡沫铝材料高比吸能与轻质的特点,设计了三组泡沫铝与薄壁钢管组成的复合结构,将其填充到汽车的座椅横梁中。通过对座椅横梁填充结构三点弯曲与轴向压缩的有限元模拟,研究了其抗弯曲与抗压缩性能,并对填充方案进行了优化。结果表明,填充座椅横梁的承弯和轴压承载性能相较于原件分别提升了193.6%和241.4%,并通过模拟车辆侧面碰撞证明了填充座椅横梁提高车辆耐撞性能的有效性。  
        关键词：座椅横梁;泡沫铝;复合结构;有限元仿真;填充设计   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王昭惠,马玉娥
        2022, 44(1): 148-154. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.020
        摘要：加筋壁板是航空结构中常用结构形式,不同筋条形式和不同制造工艺会影响其力学行为及其失效模式。针对钛合金加筋板,采用有限元方法建立数值计算模型,研究了T型、L型和Z型3种不同截面形式筋条对加筋板的屈曲模态和破坏形式的影响机制,分析了焊接、点焊和铆接不同制造工艺对加筋板的屈曲载荷和后屈曲特性的影响。结果表明:T型加筋板的屈曲载荷和破坏载荷均为最大;不同制造工艺对破坏载荷和后屈曲承载能力的影响较大,其中焊接加筋板后屈曲承载能力最大;然后给出600 mm×600 mm加筋板结构效能最大的加筋方式。  
        关键词：加筋板;有限元;轴压载荷;屈曲;后屈曲   
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        发布时间：2022-09-22
      • 谢苗,裴波波,刘治翔,李政,耿希望
        2022, 44(1): 155-161. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.021
        摘要：为研究清煤机集料装置的运输效率,以某型号清煤机的运料螺杆作为研究对象,利用能量法构建了颗粒和叶片作用的力学模型,得到了受力和转速的数学关系。将螺杆参数赋予三维模型,以Archard磨损理论和离散元素法为基础,利用Edem建立螺杆煤料耦合模型。通过控制变量法对螺杆的运输能力进行分析,研究了不同粒径的煤以及不同的转速对螺杆的的磨损深度的影响。结果表明,在转速控制方面,提高转速能够提升煤的运输效率,但是过高的转速将导致颗粒沿径向飞出,而转速在20 r/min～65 r/min内变化时,螺杆磨损深度是呈现先降低后升高的趋势,若在35 r/min～50 r/min内增大转速,对效率提升效果最为显著,同时螺杆所受扭矩相对较小,综上螺杆转速的最佳区间在35 r/min～50 r/min。此外,相比于小颗粒,运送大颗粒煤块时螺杆磨损较为严重,因此在实际应用中,大块煤炭的运输应在螺杆低速下进行。基于上述结论,以最小驱动转矩为目标建立优化数学模型,得到了清煤机螺杆的最优结构和动力参数,并通过仿真试验验证了优化过程的正确性。为改善清煤机运输效率、降低设备能耗、延长设备寿命提供了理论参考,对螺旋输送机的参数优化提供了研究思路。  
        关键词：运料螺杆;输送特性;磨损;优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 宋有硕,马跃
        2022, 44(1): 162-168. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.022
        摘要：军用越野车球笼式等速万向节受到的载荷比传统汽车大,且工况恶劣,有可能发生接触磨损,以及大轴间角度下保持架的断裂,因此对恶劣工况下接触应力和保持架强度的研究非常重要。以某典型的军用越野车球笼等速万向节为对象,首先对钢球与内外滚道之间的接触应力进行理论解析和仿真,将仿真和解析结果进行对比,验证仿真模型的正确性;其次,根据万向节关键部位之间的载荷传递关系和物理实验,分析保持架断裂的原因和过程;最后,进行极限轴间角下静扭实验,并对保持架断面进行硬度测试,通过硬度-强度转换关系得到沿厚度的强度分布,结果表明保持架在正常工况下强度满足要求,但是恶劣工况下有可能会破碎。可以为越野车用等速万向节设计及制造提供理论参考。  
        关键词：万向节;保持架;接触分析;应力分析;强度   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李占龙,赵钧铎,高山铁,秦园,杨强
        2022, 44(1): 169-174. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.023
        摘要：为掌握特种车辆叉臂式座椅的刚度-阻尼特性,建立了叉臂式座椅动力学仿真模型,对其D级路面条件下不同车速(5 km/h、15 km/h、25 km/h、35 km/h)的时频响应进行了分析;以ISO2631-1:1997规定的加权加速度均方根值为指标,讨论了不同的刚度-阻尼系数匹配下的座椅舒适性;同时开展了实车验证实验。结果表明,不同车速下座椅的垂直加速度响应呈随机非平稳特性,且车速越大,座椅振动加剧;各个车速下座椅前两阶模态频率集中在3 Hz～10 Hz,包含人体敏感频段,乘坐舒适性较差;实验结果与仿真舒适性评估结果接近,验证了仿真模型的正确性。为特种车辆座椅全路面舒适性的刚度-阻尼参数多目标匹配优化及工程应用提供参考。  
        关键词：特种车辆;座椅;舒适性;刚度-阻尼;匹配   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张立,闫阳天,李春,刘青松,王博,李志昊
        2022, 44(1): 175-183. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.024
        摘要：为研究不同运行方式对湍流风及地震作用下海上风力机动力学响应及稳定性影响,以DTU 10 MW海上单桩式风力机为研究对象,采用p-y曲线描述桩基与海底土壤之间的相互作用,基于有限元软件Ansys建立风力机有限元模型,并对其进行结构模态、动力学及屈曲分析。结果表明:塔架模态振型以扭转和弯曲振动为主,其一阶固有频率介于理想设计区间,风轮旋转不会引发其共振;湍流风对塔顶位移影响最为显著,地震对塔顶侧向位移影响远大于湍流风;地震发生后,塔架等效应力及应变能响应均出现激增现象。启动紧急停机可有效削减塔顶位移、塔架等效应力及应变能响应峰值,降低结构损伤及塑性形变风险;湍流风及地震作用下,塔架背风面中上部将发生横向屈曲破坏。启动紧急停机可明显提高其抗屈曲能力,临界屈曲载荷最大增幅近27.11%。  
        关键词：风力机;有限元;地震;动力响应;屈曲   
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        发布时间：2022-09-22

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 张志刚,彭彩虹,张子阳,苏梦月
        2022, 44(1): 184-191. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.025
        摘要：结合同步器实际结构和工作条件,运用AMESim、Matlab以及Abaqus软件建立同步器换挡动力学模型、摩擦副摩擦接触机理模型以及有限元分析模型,采用热结构耦合法对同步器同步过程中的温度特性进行仿真研究。从同步器力学响应出发,结合同步器摩擦接触机理与热分析理论,对同步器同步阶段摩擦接触区域的热学特性进行建模、仿真与分析,结论表明模型最高温度位置处于在整个摩擦区域中间部位,同步锁环摩擦衬片摩擦面的最高温度为106.0℃,啮合齿圈摩擦锥面的最高温度为78.3℃。通过对同步器摩擦接触面温度场的分析为后续对其摩擦接触面热失效形式与机理的分析奠定了基础。  
        关键词：同步器;摩擦接触;热结构耦合;温度特性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 路遵友
        2022, 44(1): 192-197. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.026
        摘要：运用线接触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,提出了一种求解线接触热弹流润滑下接触固体表面材料热膨胀系数的方法,能解决油膜压力约束下的非均匀温度场引起的固体表面热弹性变形的求解问题。通过算例求解得到了满足收敛条件的数值解,进一步分析了载荷、卷吸速度和固体材料变化对材料热膨胀系数的影响。研究结果表明:同种金属材料时,半径大的固体表面在计算域内各点的材料热膨胀系数相对较大;载荷增大时,固体表面各点材料热膨胀系数变大;速度增大时,两固体表面材料热膨胀系数会减小;固体密度增大时,固体表面的材料热膨胀系数减小。  
        关键词：线接触;热弹流;热膨胀系数;热弹性变形;热力转换   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李博,刘新宝,朱麟,权晨,王妮
        2022, 44(1): 198-202. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.027
        摘要：利用一种基于变形机制的本构模型对P91钢蠕变行为进行了研究。结合试验数据发现,最小蠕变速率与蠕变过程中的施加应力呈现出明显的指数关系,且与不同的变形机制间存在紧密联系。通过将位错滑移、位错攀移以及晶界滑移三种变形机制引入传统Norton幂律方程,对P91钢在580℃～620℃温度、135 MPa～200 MPa应力条件下的蠕变行为进行模拟分析。结果表明,利用该模型可以较好地描述P91钢的蠕变曲线,包括蠕变的初始阶段、稳态阶段以及加速阶段。此外,模型计算结果及扫描电镜观察分析进一步表明,在当前温度应力范围内P91钢蠕变断裂形式为穿晶断裂。  
        关键词：变形机制;真应力;蠕变行为;断口形貌   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 付景静,王晨升,才福友,牛文铁
        2022, 44(1): 203-214. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.028
        摘要：针对频域疲劳分析方法的计算模型多样且精度不一的问题,以行走半轴时域分析的结果为基准,开展频域疲劳分析方法精度对比研究。首先,获取半轴的载荷信号,并对其进行平稳性、高斯性和带宽检验。其次,对半轴进行静力学分析,得到危险节点应力与扭矩的传递系数。最后,基于弯曲和扭转应力时间历程,开展时频域疲劳对比研究,并引入平均应力和非高斯性修正模型对传统频域方法进行修正。结果表明:修正后的频域方法的准确性显著优于传统频域方法,其中,TB2ms+nG和DKms+nG的准确性最高;上述两种方法应用于平稳载荷信号时可靠性较高。  
        关键词：联合收割机行走半轴;时域疲劳分析;频域疲劳分析;平稳性;高斯性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘龙杰,赵礼辉,史成淼,郑松林,翁硕,刘向臻,代磊
        2022, 44(1): 215-224. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.029
        摘要：针对传动轴提前发生疲劳失效问题,开展对应力状态及寿命的研究,通过对实测载荷的分析,得出传动轴提前发生疲劳失效的原因是左右两侧花键输出载荷不一致,利用有限元软件建立传动轴有限元模型,得到传动轴右侧齿根处应力最大,是传动轴的薄弱部位。采用响应面法和遗传算法对传动轴的结构参数(齿根圆角、花键过渡圆弧及光轴圆弧槽深)进行优化,优化后的传动轴齿根薄弱部位应力降低了28.3%,传动轴的疲劳寿命提升了五倍,可靠度更高。最后以比例缩小试样进行疲劳试验,试验结果表明传动轴寿命提升到原来的两倍。通过试验验证了优化方法的有效性,方法对之后轴类零部件优化有一定的参考意义。  
        关键词：传动轴;载荷;响应面;寿命优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张名扬,张开林
        2022, 44(1): 225-231. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.030
        摘要：以两种不同结构形式的转向架焊接构架为研究对象,采用多轴应力法,依据DVS1612规范,对构架侧梁角焊缝进行疲劳评估。详细阐述了焊缝局部坐标系的构建和材料利用度的计算方法。疲劳评估结果表明:底板角焊缝的疲劳强度主要取决于平行于焊缝的正应力;立板角焊缝的疲劳强度受到各向应力的综合影响,多轴效应十分明显。立板角焊缝比底板角焊缝的材料利用度更高,即侧梁焊缝的疲劳破坏首先发生在立板角焊缝处。不同结构形式构架的焊缝疲劳强度校核相对危险区域大致相同,验证了所述疲劳评估方法的准确性和稳定性,为其他设备的焊缝疲劳评估提供一定的参考。  
        关键词：焊接构架;焊缝疲劳评估;多轴应力;材料利用度;DVS1612   
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        发布时间：2022-09-22
      • 吴海利,孙林根
        2022, 44(1): 232-238. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.031
        摘要：对新型转子钢FW2使用多试样法、规则化法和弹性卸载柔度法进行630℃高温断裂韧性测试,其中使用多试样法和规则化法均得到有效高温断裂韧性试验结果,对两组试验结果比较可知:规则化法获取的J-R阻力曲线位于多试样法拟合曲线的±99.7%置信区间内,规则化法获取的断裂韧性特征值J0.2BL低于多试样法特征值J0.2BL,位于多试样法置信区间下限,验证了规则化法数据处理的有效性。高温环境下FW2材料的裂纹尖端应力场不符合弹塑性断裂力学特征,不适合使用弹性卸载柔度法实施高温断裂韧性测试。  
        关键词：高温断裂韧性;新型转子钢;多试样法;卸载柔度法;规则化法   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 韩锰,龚智强,王成军
        2022, 44(1): 239-244. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.032
        摘要：针对农业领域传统振动筛筛分时易出现筛孔堵塞、筛分效率低、筛分性能不稳定等问题,设计一种可调平三自由度振动筛,包括调平装置、二自由度激振系统、单自由度激振系统、控制器和水平监测仪。二自由度激振系统为筛盘提供沿X轴往复移动和绕Y轴的转动,单自由度激振系统为筛盘提供沿Y轴往复移动,二者串联形成三自由度激振装置。运用Adams软件对振动筛进行运动学仿真,验证振动筛可进行1～3个自由度的振动;基于离散元素法对水稻颗粒在可调平三自由度振动筛筛盘上的筛分过程进行模拟分析,并在样机上进行试验。结果表明筛盘做三自由度振动时的筛分效率比二自由度和单自由度振动分别增加8.8%和33.4%,解决传统振动筛自由度少、筛分效率低、筛分性能不稳定等问题。  
        关键词：多自由度;振动筛;结构设计;仿真分析;试验验证   
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        发布时间：2022-09-22
      • 刘迪辉,彭浩毅,张宏亮,何安
        2022, 44(1): 245-249. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.033
        摘要：某型干混物料运输车取力器的紧固螺栓出现频繁断裂的问题,采用试验和仿真方法对该故障进行分析。变速箱取力器通过传动轴驱动空压机,通过空气压力把物料输送到工地料仓中。测试了不同转速下传动轴上的力矩特性,发现低转速下力矩值大,并且力矩波动范围大。建立了取力器的疲劳仿真模型,施加不同转速下的力矩载荷,分析了在不同转速时取力器螺栓的疲劳寿命,发现转速越低,取力器螺栓疲劳寿命越短。研究得出,在低转速下空压机存在强交变力矩是导致取力器螺栓断裂的原因。通过干混车的定速巡航功能,让空压机转速稳定在950 r/min,解决了取力器螺栓断裂的问题。  
        关键词：取力器;螺栓;疲劳;有限元仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 王成军,朱韬
        2022, 44(1): 250-254. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.01.034
        摘要：针对传统振动筛运动维数单一、筛分效率低、关键零部件寿命短等问题,利用混沌振动的随机性及往复非周期运动特性,将混沌振动运用于振动筛中以提高筛分效率,设计出一种冗余自由度为一的新型混沌振动筛,建立新型混沌振动筛的动力学模型,利用Lagrange法得到振动筛的振动微分方程,通过Simulink仿真分析得出其动力学特性图。对仿真结果得出的时频图、相图、Poincare映射图及Lyapunov指数图进行混沌识别,仿真表明混沌振动筛的Poincre映射图散乱且最大Lyapunov指数为正,新型混沌振动筛的运动输出为混沌振动,研究结果可为混沌振动筛的设计及运用提供了理论基础。  
        关键词：混沌振动;振动筛;Simulink;Lagrange;非线性系统   
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