最新刊期
      2022 年 第 4 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 徐海铭,夏乔阳,李勇,章兰珠
        2022, 44(4): 763-771. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.001
        摘要：为进行轴承剩余寿命(Remaining Useful Life, RUL)预测，采用小波-谱峭度分析方法，首先对轴承振动序列信号进行小波包分解，并以谱峭度作为指标，确定故障特征频带并进行信号重构，然后，根据其频谱特征判断轴承是否发生故障，最终确定轴承振动序列信号的初始故障点(Incipient Fault Point, IFP)。在此基础上，将引入注意力(Attention)机制的一维深度可分离卷积神经网络用于轴承初始故障点之后振动信号特征的提取，相比传统卷积神经网络，深度可分离卷积层可减少网络训练参数个数，加快网络训练速度。实验结果表明，注意力机制的引入使网络能够聚焦信号中关键的特征，为重要特征赋予较大权重，避免人工处理特征的不足，利于有效特征提取，最终预测结果好于SVR、CNN、RNN等常用数据驱动方法。  
        关键词：深度可分离卷积;注意力机制;神经网络;初始故障点;剩余寿命预测   
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        发布时间：2022-09-22
      • 余慧杰,朱悦晨,王海华,王神龙,徐世鹏,丁晓红
        2022, 44(4): 772-780. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.002
        摘要：非线性系统试验结果的不确定性分析表征了试验结果的分散性。提出一种基于多项式混沌展开的非线性系统试验不确定度评定方法，通过Ishigami测试模型将该评定方法与国家标准《用蒙特卡罗法评定测量不确定度》中规定的方法进行了比较，结果表明，提出的方法拥有更高的精度及效率。以座椅安全带固定点试验为例，采用多项式混沌展开法建立试验的代理模型，实现了安全带固定点试验的测量不确定度的评定。针对样本数不足的问题，分别采用改进的双曲线截断技术以及基于多项式混沌展开模型的Sobol灵敏度分析对模型简化，结果表明，提出的两种简化方法均能明显降低模型对样本的需求。研究结果表明，提出的多项式混沌展开及其简化方法可广泛用于各种产品试验的不确定度评定中。  
        关键词：测量不确定度;多项式混沌展开;安全带固定点试验;非线性系统试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 鲍杰,景博,焦晓璇,张庆一,章余
        2022, 44(4): 781-787. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.003
        摘要：机载燃油泵是燃油系统的关键组成部件，针对信号分解重构过程中出现的模态混叠和残余分量过大现象，提出了一种基于CEEMD香农熵和改进SVM的机载燃油泵故障诊断方法。通过机载燃油泵故障诊断实验台，获取其各种工况下的壳体振动和出口压力信号，使用CEEMD方法进行振动信号分解，计算所得IMF的香农熵，以此为依据，选取合适的信号提取能量值和压力信号均值作为SVM的输入特征向量，采用遗传粒子群算法(GAPSO)优化的SVM诊断燃油泵的故障类型。将结果与BP神经网络、粒子群算法优化的SVM、遗传算法优化的SVM等方法进行比较，结果表明遗传粒子群算法优化的SVM诊断方法模型训练快、准确率高、时效短，具有良好的工程应用价值。  
        关键词：机载燃油泵;CEEMD;香农熵;支持向量机;故障诊断   
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      • 张明松,庞丹,王宏,黄滔,明明
        2022, 44(4): 788-794. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.004
        摘要：界面的非线性法向振动接触系统的能量耗散特性对描述界面动力学机理具有重要的理论意义和工程意义。基于赫兹接触理论，建立阻尼接头界面非线性法向振动接触的动力学模型，提出了有阻尼自由振动和简谐受迫振动的动力学响应和振动接触能量耗散的计算方法；建立了非线性法向振动接触系统的动力学方程，计算了有阻尼自由振动的能量耗散率和累计能量耗散率以及简谐受迫振动的输入能量和阻尼损耗能量；研究了非线性法向振动接触界面的能量耗散特性和能量传递关系，为描述振动接触界面的动力学提供了理论依据。  
        关键词：非线性;法向;振动接触;能量耗散;阻尼接头界面   
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        发布时间：2022-09-22

        实验研究·测试技术

      • 马耀辉,崔岸,刘芳芳,金伟光,续迎萍
        2022, 44(4): 795-800. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.005
        摘要：选用AL5052和AL6061两种铝合金薄板与玄武岩纤维布对称交替层铺，制备几种不同结构形式的纤维金属层合板，试验对比分析层合板结构的弯曲和低速冲击性能；建立层合板低速冲击仿真模型，研究纤维铺层方式对层合板抗低速冲击性能的影响；对铝合金板厚度进行多目标优化，获得各层铝合金板的最佳厚度值；将最优层合板结构应用于某轿车车门外板进行柱碰仿真分析。结果表明：与原车门相比，纤维金属层合板车门的吸能特性和减重效果均有不同程度的提升。  
        关键词：玄武岩纤维;纤维金属层合板;低速冲击性能;多目标优化;车门耐撞性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 唐论,余圣甫,王杰
        2022, 44(4): 801-807. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.006
        摘要：采用电阻点钎焊工艺进行了以BNi-2为中间层的0.1 mm厚SUS304不锈钢封装试验，分析了工艺参数对电阻点钎焊接头微观组织和力学性能的影响，确定了接头区域元素分布及物相组成，并验证了接头的气密性。结果表明：电阻点钎焊接头由钎缝区、热机械影响区和母材组成；随着焊接电流和电极压力的增大，钎缝区厚度减小、热机械影响区动态再结晶程度增大；高的冷却速率抑制了钎缝与母材间的元素扩散，钎缝区的物相为镍基固溶体及弥散分布的Cr2B、Ni3B细小质点，接头的最大抗剪力为118.3 N;封装元件最大承载气压达到0.53 MPa,表明了超薄奥氏体不锈钢电阻点钎焊接头具有优异的气密性。  
        关键词：电阻点钎焊;SUS304不锈钢;微观组织;力学性能;气密性   
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        发布时间：2022-09-22
      • 方杰,陈平,高攀,陈成
        2022, 44(4): 808-812. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.007
        摘要：喷丸残余压应力能有效提高材料的抗疲劳性能，但服役过程中残余压应力不稳定，会出现松弛。为深入研究喷丸残余压应力的松弛规律，对喷丸2024铝合金标准拉伸试样在两种拉伸载荷强度下进行疲劳试验研究，采用基于cosα法的μ-X360n型X射线衍射仪分析了残余应力在疲劳过程中的变化规律。结果表明：在载荷10 kN时，残余压应力出现了常规松弛，即在首次循环加载后残余压应力大幅度下降，在剩余的疲劳加载过程中，残余压应力基本保持不变或缓慢下降，且引入的残余应力分布始终同初始分布保持一致；在载荷15 kN时，残余压应力出现了反向松弛，即在首次循环加载后残余压应力变为残余拉应力，残余应力分布由初始的“√”型分布变为了近似于一条直线分布，由内向外逐渐减小。为描述喷丸残余压应力的松弛行为及过程，在已有试验模型基础上，提出了考虑喷丸表面状态的残余应力松弛模型。  
        关键词：2024铝合金;喷丸;残余压应力;松弛;疲劳试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 钱盛杰,黄焕东,沈成业,王杜,黄辉,陈定岳
        2022, 44(4): 813-818. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.008
        摘要：针对插入式管座角焊缝的结构特征，提出了一种将柔性相控阵探头置于管子内壁进行水浸检测的新方法，理论分析了水钢界面凸面相控阵声场的波束聚焦模型，同时利用CIVA软件对柔性相控阵所激发的聚焦声束进行了仿真，并在插入式管座角焊缝模型中添加常见的典型缺陷，得到缺陷响应图谱。在实验室环境下，在带有人工缺陷的试样上进行了系统调试和检测试验，成功的检测出了插入式管座角焊缝中的裂纹、夹渣和气孔缺陷。最后，将专用超声波检测系统应用于现场产品制造的质量检测，并发现了一处未焊透和一处气孔缺陷信号，有效的保证了产品中焊接缺陷的检出。  
        关键词：插入式管座角焊缝;缺陷;柔性相控阵探头;CIVA软件;试验   
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        发布时间：2022-09-22
      • 高伟,姚雄华,张文军
        2022, 44(4): 819-824. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.009
        摘要：基于剪切载荷工况，采用试验和数值计算模拟方法研究含圆形开口、菱形开口复合材料层压板承载能力及其失效模式。研究结果表明：层压板重量相同、开口可达性相同和铺层角度信息相同的前提下，菱形开口层压板承载能力大于圆形开口层压板承载能力；基于非线性连续介质损伤力学(CDM),采用最大应变失效准则预测纤维损伤、三维非线性Puck失效准则预测基体损伤，构建含开口层压板三维有限元模型并进行数值计算模拟，通过与试验结果对比，表明该模型能有效预测含开口层压板承载能力及其失效模式。  
        关键词：复合材料;层压板;开口;连续介质损伤力学;失效模式   
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        发布时间：2022-09-22
      • 徐友坤,鲁连涛,曾东方,徐田,李伟
        2022, 44(4): 825-830. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.010
        摘要：基于临界距离法进行含表面缺陷车轴试样疲劳强度预测研究。使用轴向疲劳试验测试光滑试样、环状V型缺口试样、孔洞缺口试样的疲劳极限，同时也测试了材料在应力比R=-1下的裂纹扩展门槛值。借助有限元计算，基于临界距离法预测含表面缺陷车轴试样的疲劳极限，并采用试验结果验证。研究结果表明，当基于临界距离法预测含表面缺陷车轴试样的疲劳极限时，临界距离法中的点法误差较大，而线法具有更高的预测精度，能够满足工程需求。该方法在对预测表面缺陷车轴疲劳强度上具有重要指导意义。  
        关键词：缺陷;车轴;疲劳试验;疲劳极限;临界距离法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 方新文,管佳佳
        2022, 44(4): 831-836. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.011
        摘要：高速碰撞有限元模拟中经常涉及材料的大变形和断裂过程。基于Johnson-Cook断裂失效模型，设计了不同缺口尺寸的TC4钛合金试件，采用试验和有限元模拟相结合的方法研究了试样的断裂应变和应力三轴度。试验中制作了散斑，利用二维数字图像相关(DIC)技术获取试件在室温准静态拉伸条件下的断裂应变；利用Abaqus软件对准静态拉伸过程进行模拟，获取各试件的平均应力三轴度。将断裂应变与平均应力三轴度进行拟合，得到了Johnson-Cook断裂失效模型参数。将断裂失效模型参数带入Pamcrash软件中进行仿真，对比试验和Pamcrash仿真的断裂形貌和载荷位移曲线，两者均呈现出较好的一致性，验证了失效模型参数的正确性。  
        关键词：TC4钛合金;应力三轴度;Johnson-Cook断裂失效模型;断裂应变;DIC测量技术   
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        发布时间：2022-09-22
      • 贾海深,夏世玉,张继林,罗文翠,沈建成,陈彦翔,徐创文
        2022, 44(4): 837-844. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.012
        摘要：在温度为25℃下，对TA17钛合金进行了准静态(应变率为0.001 s-1～0.01 s-1)和动态(应变率为1 000 s-1～5 000 s-1)压缩试验。研究了其应变硬化特性以及应变率对其流变行为的作用机制，并借助应变硬化指数(n)、应变率敏感性指数(m)定量研究其高应变率下的流变特征。基于TA17钛合金所呈现的动态流变特征，并考虑应变、应变率间的耦合作用对其流动应力的影响，构建了一种新型J-C本构模型。依据所获取的实验数据对模型参数进行识别，将模型预测值与实验数据进行对比分析，并引入相关系数(R)和平均相对误差两个参数对所构建的本构模型的预测精度进行评估。结果表明：TA17钛合金呈现出明显的应变硬化，应变率强化以及应变率增塑效应，其流变行为受应变、应变率以及二者间的耦合作用的支配。应变硬化指数随应变、应变率的增加均减小，而应变率敏感性指数随着应变率的增加而增加，随着应变的增加而减小。所构建的本构模型，其相关系数(R)为0.997 7,平均相对误差为0.27%,能够较准确地预测其高应变率下的流变行为。  
        关键词：应变硬化特性;应变率敏感性指数;本构模型   
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        优化·可靠性

      • 张国锋,徐雷,王鑫,肖乃鑫
        2022, 44(4): 845-851. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.013
        摘要：变密度法因设计变量少、效率高等优点，已成为解决连续体结构拓扑优化问题的一种有效方法。针对变密度法在优化过程中常出现灰度单元及锯齿形边界的问题，提出了一种变密度法的连续体拓扑优化后处理方法，通过对拓扑优化模型进行二值化处理并提取锯齿形边界线，获取目标离散角点集，将其作为样本点进行曲线拟合，得到边界光滑的优化结构。实验结果表明，该方法在保证结构性能在许用范围之内的前提下，有效避免了优化结果锯齿形边界及中间密度等现象的产生，使优化结果的可制造性能得以提升。  
        关键词：连续体;变密度法;后处理;曲线拟合   
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      • 王智明,郑雷,张露熹,元浩,刘伟民
        2022, 44(4): 852-858. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.014
        摘要：在对机械结构进行分析和评价时，可靠性是一项重要的指标。针对复杂的机械结构失效形式种类繁多和可靠性评估效率不高的问题，通过结合蒙特卡洛随机抽样和混沌多项式展开方法，将基于混沌多项式展开的可靠性分析方法应用到机械结构可靠性分析当中。另外，考虑到极限状态方程中各参数与各种失效模式之间的相关性，给出一种具有失效相关性的机械结构可靠性评估方法。最后，以蜗轮蜗杆-齿轮二级减速器为例，分析了其失效形式，并根据其各种失效的极限状态方程，对所提方法进行有效性验证。计算结果表明，基于PCE的可靠性评估方法在机械结构可靠性分析中具有高效性和准确性。同时，由于避免了复杂的变换计算问题，其在考虑失效相关性时也更为简洁。  
        关键词：结构可靠性;混沌多项式展开;失效相关;二级减速器;蒙特卡洛仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 毋高峰,毋亚文,智鹏鹏,李云全
        2022, 44(4): 859-866. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.015
        摘要：为准确表征构架结构参数与响应间的高度非线性关系，提升其可靠性设计水平，提出了一种基于GA加权网络的多目标可靠性优化设计方法。首先，构建构架参数化分析模型并开展试验设计，进而获取构架响应与不确定参数的样本数据；其次，建立响应与不确定参数的初始BP模型并对其进行数学模型化处理，在此基础上，引入四种权重系数并利用GA探寻其最优组合方式，进而提升初始BP模型的预测精度，从而更加精确地表达构架响应与不确定参数的内在关系；最后，以构架多指标失效概率为目标函数构建优化模型，并开展构架多目标可靠性优化设计。研究结果表明：改进模型预测结果与试验样本一致性更佳，两者在标准工况下的最大应力响应绝对误差小于1 MPa;通过该方法获取的构架设计参数组合方式，能够在一定程度上提升构架综合可靠性能，该结果可为构架设计参数的调整及优化提供参考。  
        关键词：转向架构架;多目标优化;可靠性;遗传算法;BP神经网络   
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        发布时间：2022-09-22

        设计·计算

      • 侯雨雷,董宇,李林杰,周玉林
        2022, 44(4): 867-874. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.016
        摘要：直缝焊管应用领域日渐扩展，而对其质量要求愈发提高。内毛刺清除装置作为提高直缝焊管内表面质量的关键设备也逐渐受到生产企业的重视。以恒底面成型的高频直缝焊管为研究对象，基于悬臂式刀杆提出内毛刺清除装置以改善焊管内毛刺刮削质量。根据内毛刺清除装置的工作原理和功能要求，对内毛刺清除装置进行结构设计并建立三维模型；根据实际生产状况，借助Ansys建立内毛刺清除装置在不同极限工况下的有限元模型并进行仿真分析，以确保结构设计的合理性。集升降、旋转、抬刀和其他辅助运动于一体的内毛刺清除装置还具有在线打断内毛刺的功能，避免脱落的内毛刺堵塞焊管，丰富了内毛刺清除装置的功能并为产品研制奠定了基础。  
        关键词：高频直缝焊管;内毛刺清除装置;结构设计;仿真分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 江小辉,蔡岩,周宏,徐州,孔祥景
        2022, 44(4): 875-884. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.017
        摘要：为了实现铣削表面残余应力的准确预测及优化，以Al7075-T6铝合金薄壁件为研究对象，首先通过对正交铣削模型受力分析，提出了一种同时考虑加工参数和铣削力、热的表面残余应力预测模型，并与传统指数型经验模型对比，证明改进残余应力预测模型的优越性。利用田口算法和平均信噪比分析工艺参数对工件表面残余应力影响的显著性，获得残余压应力生成的最佳工艺参数组合，实现残余应力的优化，并用实验和预测模型对优化的工艺参数进行验证。结果表明：与传统指数型模型相比，改进的X、Y方向表面残余应力模型预测精度分别提高了18.5%和8.2%;参数优化后的工件X、Y方向残余压应力分别增加了16.0%和6.3%,同时表面粗糙度值并未明显下降，以上成果为航空航天薄壁件残余应力的主动控制提供了理论基础。  
        关键词：Al7075-T6;残余压应力;表面残余应力预测模型;田口算法;参数优化   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵昱,曹清媛,吴松岭,杨本川,赵鲲,尹熹伟
        2022, 44(4): 885-892. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.018
        摘要：基于坐标变换方法推导了FL-17风洞尾撑装置中的迎角驱动油缸、迎角铰链轴承和侧滑铰链轴承在模型重力载荷和气动载荷作用下所承受的载荷，得到了载荷矢量的解析式，建立了载荷评估准则。采用Matlab开发了载荷评估程序，建立了载荷评估软件界面，通过导入尾撑装置结构参数、输入载荷参数即可快速完成油缸驱动力和轴承当量载荷计算，得出油缸驱动力裕量系数和轴承安全系数，克服了采用多体动力学仿真计算量大，评估效率偏低的缺点。以某风洞试验载荷评估工作为例，采用所开发的载荷评估软件进行了评估计算，得出了尾撑装置强度满足试验要求的结论。为风洞试验准备和论证工作提供了一种高效高精度的方法，具有较强的工程应用价值。  
        关键词：风洞;尾撑;强度校核;串联机构;坐标变换   
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        发布时间：2022-09-22
      • 何威,李桂峰
        2022, 44(4): 893-900. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.019
        摘要：为研究无砟轨道结构在列车荷载作用下的力学性能，将无砟轨道结构简化为无限长双层弹性地基梁；基于弹性基础梁的概念，建立双层弹性地基梁模型及其理论表达公式。当列车位于轨道某一位置上时，在车辆荷载作用下，建立了钢轨与轨道板的微分平衡方程，结合广义“初参数法”及其边界条件，得到双层梁在车辆荷载下的位移和应力的解析值。通过算例，对运行钢轨和轨道板的变形和应力进行了分析，并将计算结果与Ansys分析结果进行了比较，佐证了解析解的可靠性。因此，将板式无砟轨道简化为无限长双层弹性地基梁更加符合实际工况，研究结果可为高速铁路无砟轨道理论研究提供可靠依据，为相关工程提供设计参考。  
        关键词：高速铁路;板式无砟轨道;双层弹性基础梁;Ansys;力学分析;初参数法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 徐尤南,陈洁,刘志强
        2022, 44(4): 901-910. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.020
        摘要：针对大突变载荷、极限重载荷作用条件下TBM液压推进机构承载能力，研究TBM液压推进机构刚度性能及其灵敏性。所述方法将并联连接的每个液压推进缸支链的缸体、活塞及液压油视作串联连接的多柔体，建立了推进缸静刚度模型，并用有限元法验证了其有效性。然后，运用并联机构微分运动原理建立了机构运动学模型，建立了变形协调方程和动力兼容方程，得到了机构静刚度的关系式，并用有限元方法验证了其有效性。利用灵敏性分析法得到了机构刚度与结构尺寸以及位姿之关系，结果表明：机构楔形角、动平台大小对机构横向x轴、竖向y轴刚度以及纵向z轴转动刚度影响较大，横向x轴、竖向y轴刚度及其转向刚度分别相等；机构各向刚度偏差分布规律相同且随着纵向位移的增加而逐渐减小，其计算偏差不超过2%。  
        关键词：TBM推进机构;液压缸静刚度;机构静刚度;机构灵敏性;有限元方法   
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        发布时间：2022-09-22
      • 李玺,李亚智,磨承杰,覃群,陈宏
        2022, 44(4): 911-920. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.021
        摘要：针对复合材料多钉连接结构在拉伸载荷作用下的失效和损伤进行数值分析和试验研究。首先，针对纤维、基体和分层三种不同形式的损伤建立不同的失效判据并基于断裂力学推导出考虑原位效应的单层板强度参数，结合刚度幂指数衰减方法，使用有限元子程序编写复合材料单层板的连续损伤力学本构模型。在计算Puck准则中的基体失效断裂面角度时，为了提高计算效率，提出使用区别于传统的Puck遍历法和分区黄金分割法的分区牛顿法进行计算。其次利用上述力学模型对复合材料层合板平板和开孔板进行拉伸性能分析并对比试验结果，验证模型可行性。最后对复合材料多钉连接结构的失效和损伤演化过程进行有限元分析，对比计算结果与试验结果表明：提出的连续损伤力学模型，能够较好的预测碳纤维复合材料多钉连接结构在拉伸载荷作用下的强度和损伤。  
        关键词：原位效应;失效准则;分区牛顿法;力学试验;复合材料   
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        发布时间：2022-09-22
      • 汪旭东,柳在鑫,李玲玉
        2022, 44(4): 921-929. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.022
        摘要：在端面传动蜗轮副与无侧隙双滚子包络环面蜗杆的研究基础上提出一种端面滚柱包络环面蜗杆传动。利用齿轮啮合原理建立端面滚柱包络环面蜗杆的坐标系，推导了蜗轮蜗杆啮合函数、啮合方程、润滑角、自转角、诱导法曲率及相对卷吸速度的方程。利用Matlab分析自身参数对传动性能影响。研究结果表明：蜗轮蜗杆润滑角、相对卷吸速度、诱导法曲率都能取得较好的数据，蜗轮蜗杆自身自转角有待优化提高。  
        关键词：端面滚柱;环面蜗杆传动;啮合性能分析   
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        发布时间：2022-09-22
      • 朱佳炜,雷小宝,张涛
        2022, 44(4): 930-936. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.023
        摘要：针对介观尺度切削加工中存在的最小切削厚度，描述了最小切削厚度形成机理，提出了一种基于刀具刃口半径及工件和刀具间摩擦因数的最小切削厚度理论模型，并将切削参数代入理论模型计算出其最小切削厚度值为2.3μm。以钛合金Ti6Al4V为研究对象，基于Abaqus建立钛合金二维切削模型，通过仿真得出最小切削厚度值在2μm～3μm之间，从而验证了最小切削厚度理论模型的正确性。并分析了刀具刃口半径及工件与刀具间摩擦因数对最小切削厚度的影响，结果表明，最小切削厚度值与刀具刃口半径成正比，与工件和刀具间摩擦因数成反比。  
        关键词：介观尺度;切削机理;最小切削厚度;切削仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 梁晓瑜,毛君,王鑫
        2022, 44(4): 937-944. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.024
        摘要：以线性压缩机吸气装置为研究对象，针对线性压缩机吸气阀片横向弯曲问题，依据弹性力学、板壳力学构建吸气阀片结构控制方程；利用流固耦合的基本理论，建立流体控制方程、结构控制方程和流固耦合方程；基于三维动网格与UDF(User-Defined Function)技术，建立线性压缩机吸气装置双向流固耦合仿真模型，进行了线性压缩机性能测试实验，以得到的最优入口温度、入口压力为仿真条件，研究了单、双流固耦合下吸气装置流场特性及力学行为，仿真结果表明：单向流固耦合与双向流固耦合有本质区别，在单向流固耦合流场仿真中阀片不会开启，而双向流固耦合中会开启，双向流固耦合中阀道与活塞腔间存在压力梯度，而单向流固耦合这没有压力梯度，双向流固耦合仿真更贴近实际情况，其结果可为阀片及吸气装置的结构设计以及拓扑优化提供理论指导。  
        关键词：双向流固耦合;UDF技术;动态响应;吸气装置   
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        发布时间：2022-09-22
      • 张云帆,陈劲杰,郝新龙
        2022, 44(4): 945-952. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.025
        摘要：主要针对并联式机械臂中的典型构件——平行四边形机构进行研究，分析各连杆长度变化对机械臂末端位置造成的影响，并推导位姿计算公式。以某型二自由度机械臂为研究对象，利用Modified D-H法对其进行正运动学解算，建立了考虑平行四边形机构误差的末端位姿预测模型。随后在Matlab中利用蒙特卡洛法进行相关误差分布仿真实验，得到不同公差精度下并联式机械臂末端位置误差的分布特点，并通过样机试验验证了该预测模型的准确性。研究表明，应用该方法得到的并联式机械臂关节角数值更准确，提高了末端位置建模的精度。  
        关键词：并联式机械臂;平行四边形机构;位置误差;Modified D-H法   
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        发布时间：2022-09-22

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 张旭东,王闻婕,杨杰,沈鋆,陈浩峰
        2022, 44(4): 953-958. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.026
        摘要：在裂纹扩展过程中，裂纹分叉行为使断裂变得更加难以预测。选择三种裂纹分叉模型为研究对象，采用嵌含有GTN损伤模型的有限元法，进一步针对拘束对裂纹扩展过程中分叉行为的影响进行研究。研究结果表明：拘束对裂纹分叉行为有很大的影响，与低拘束相比，高拘束下裂纹分叉现象更加明显。由机械性能和材料尺寸引起的强度失配与拘束之间的匹配是裂纹分叉的关键。当拘束引起的裂纹扩展趋势和强度失配引起的裂纹扩展趋势方向不同、大小相近且足够大时，裂纹发生分叉。  
        关键词：拘束;裂纹分叉行为;裂纹扩展路径;强度失配   
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        发布时间：2022-09-22
      • 马东文,余刚,方修洋,吴泽建
        2022, 44(4): 959-964. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.027
        摘要：为评估初始裂纹不同倾斜角度对钢轨内部埋藏裂纹扩展寿命和扩展速率的影响，利用Ansys-Franc3D在钢轨踏面以下5 mm处分别插入了不同倾斜角度的圆形初始裂纹。研究发现初始裂纹角度对钢轨埋藏裂纹的扩展具有显著影响：钢轨埋藏裂纹的扩展形式是Ⅱ、Ⅲ型复合疲劳裂纹扩展，且以Ⅱ型滑移扩展为主导；以列车运行方向水平面为参考裂纹面逆时针转动，裂纹初始角度为0°～75°时，随着角度的增大，裂纹起始扩展驱动力ΔKeq先增大后减小，裂纹平均扩展速率同样先增大后减小，裂纹扩展寿命先减小后增大；这表明45°是钢轨埋藏裂纹最危险的角度，此角度下裂纹扩展最快，剩余寿命最短，水平裂纹是相对最安全的角度；初始裂纹角度对裂纹扩展的影响本质上是对裂纹起始扩展驱动力ΔKeq的影响，裂纹起始扩展驱动力ΔKeq越大，其平均扩展速率越大，剩余寿命越短。  
        关键词：60N钢轨;埋藏裂纹;多轴疲劳;扩展速率;扩展寿命   
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        发布时间：2022-09-22
      • 冯金芝,付道琪,郑松林,郑光磊,薛海龙,林阳
        2022, 44(4): 965-971. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.028
        摘要：传统的准静态K&C特性试验加载频率较低，不能全面有效地反映出由减振器阻尼及衬套黏弹性等引起的悬架系统力学特性的滞后效应，而悬架动态K&C特性试验能够弥补准静态特性试验的不足。动态K&C试验的开发涉及到激励谱和性能评价两方面的研究内容，以某A级轿车为研究载体，通过某试车场道路载荷谱采集试验及仿真分析，经过台架试验迭代，设计了悬架动态K&C特性试验的典型激励谱，并通过台架试验与虚拟试验验证了其有效性。研究表明，应用所设计的典型激励谱进行试验，可以有效地反映出悬架的动态特性，为车轮定位参数的研究以及K&C试验技术的开发提供一定的支持。  
        关键词：动态K&C特性;道路载荷谱;台架试验;车轮定位参数;典型激励谱   
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        发布时间：2022-09-22
      • 高翔,杨建伟,李欣,王金海,刘富
        2022, 44(4): 972-977. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.029
        摘要：为确保机械传动设备安全运行，精准预测齿轮疲劳寿命十分必要。改进基于累计损伤理论以韧性为变量的多级载荷下损伤预测模型，通过两级载荷作用下弯曲疲劳试验结果，根据两级应力幅值之比与弯曲疲劳损伤间的关系拟合损伤缩放因子，将损伤缩放因子用于改进原有模型。改进后的弯曲疲劳寿命预测模型可以较为精准的预测齿轮弯曲疲劳寿命。通过与多种加载顺序下弯曲疲劳试验结果对比，预测结果与试验寿命均值偏差率较小。  
        关键词：直齿轮;弯曲疲劳试验;疲劳损伤;寿命预测   
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        发布时间：2022-09-22

        研究简报

      • 高扬,阙红波,卞翔,魏昱洲
        2022, 44(4): 978-983. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.030
        摘要：齿轮箱作为高速动车组转向架的核心部件，需满足轻量化和高可靠性的要求，以保证车辆运行的安全性和舒适性。以国内某型高速动车组齿轮箱体为研究对象，通过有限元方法分析该箱体存在的问题，使用拓扑优化技术对箱体结构进行改进设计。有限元分析结果表明，在各工况下齿轮箱箱体的刚度和强度满足要求，但固有频率接近轮轴系统主振频率，容易发生共振，从而产生噪声和箱体裂纹。针对此特点，提出提高箱体固有频率的拓扑优化方案。经计算和模态测试验证，拓扑优化后的箱体固有频率得到提高，避开了轮轴激振主频，减小了箱体产生共振的可能性。此研究为设计具有良好静动特性的国产高速动车组齿轮箱提供理论和数据支持。  
        关键词：高速动车齿轮箱;有限元;拓扑优化;固有频率;模态测试   
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        发布时间：2022-09-22
      • 赵辉,王静,田昀,林成新,孙德平
        2022, 44(4): 984-990. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.031
        摘要：空间解锁装置是实现航天器与其附件连接与分离的关键部件。针对非自锁螺纹连接空间解锁装置在发射、升空过程中受到冲击、振动等载荷的影响从而存在主动力源(加载螺母)松脱失效风险的问题，对非自锁螺纹连接空间解锁装置解锁机理进行了分析；通过多目标优化算法对冗余驱动机构的冗余动力源进行了设计；同时选用超越离合器作为冗余驱动机构的传动主体，不但能够保证装置在主动力源失效的情况下顺利解锁，还能有效避免冗余动力源与主动力源在装置正常工作情况下易产生干涉的问题。最后对冗余机构驱动下的空间解锁装置进行了动力学仿真分析及试验验证，结果显示冗余驱动机构能够迅速、可靠地完成装置的解锁任务。  
        关键词：空间解锁装置;冗余设计;多目标优化算法;动力学仿真   
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        发布时间：2022-09-22
      • 马楠,王素英,王琳,李迎乐
        2022, 44(4): 991-995. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.032
        摘要：为了提高建筑用Q960结构钢板的弯曲成形性能，通过脉冲电流辅助方式对其内部组织进行增强。测定了Q960结构钢板受到脉冲电流作用时弯曲回弹性差异，对合金施加不同脉冲电流密度进行弯曲测试，并观察其组织形貌的变化。研究结果表明：对Q960钢板进行90°V型弯曲测试得到的中性层偏移系数都达到了0.5以上。当电流密度增大后，试样从弹性变形过渡到塑性变形，试样温度发生了持续升高。对试样施加电辅助处理时，增大电流密度后，发生了弯曲回弹角的降低；当电流密度达到2.5 A/mm~2时，已经观察不到回弹现象。在弯曲阶段加入脉冲电流时，逐渐提高电流密度后合金组织结构形成更少孪晶。外侧形成了大量等轴晶组织，呈现滑移塑性变形特征，引起了轻微的不对称拉压状态。晶粒大小约为13μm,电塑性作用引起基面组织发生滑移，使得材料无需经过孪晶协调的过程便能够完成塑性转变。该研究对提高建筑结构钢的力学性能具有很好的意义，尤其适用于高层建筑。  
        关键词：脉冲电流辅助;Q960钢板;弯曲成形;微观组织;回弹;孪晶;塑性变形   
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        发布时间：2022-09-22
      • 邱海飞
        2022, 44(4): 996-1001. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.033
        摘要：针对四连杆打纬系统的高速工作特性，在同时考虑运动副间隙和打纬阻力影响下对其进行仿真研究。将两状态非连续接触模型应用于曲拐轴承间隙建模，通过机构学设计和打纬原理分析，构建基于Adams/View的双侧四连杆打纬系统刚柔耦合模型。利用step函数将筘座打纬阻力转化为摇轴等效扭矩，在不同间隙状态下对其进行接触动力学仿真。结果显示：柔性体仿真与刚体仿真存在明显结果差异，前者更能反映真实的打纬承载状态；0.03 mm和0.06 mm间隙对筘座振动影响较大，不利于织机系统减振降噪；0.09 mm间隙不仅会使主轴轴承出现高频支反力，而且还将加剧曲柄与牵手的接触碰撞；含间隙柔性主轴质心轨迹与理想轨迹存在多处交叠，致使曲拐轴承内部发生多点接触碰撞。有助于探究含间隙四连杆打纬系统的力学特性和工作机理。  
        关键词：运动副间隙;筘座;打纬阻力;织机;刚柔耦合   
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        发布时间：2022-09-22
      • 孟睿君,赵瑞,魏晓刚
        2022, 44(4): 1002-1008. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.034
        摘要：为了探究钢轨表面鱼钩形剥离掉块形成机理，基于接触单元法和最大周向拉应力准则，建立轮轨滚动接触疲劳计算模型，提出裂纹扩展路径预测方法，并对轮轨接触状态及多裂纹等条件下的扩展路径进行预测。结果表明，钢轨表面初始微裂纹为I-II复合型裂纹，并逐渐倾向于90°方向扩展。当裂尖扩展至一定深度时，扩展驱动力将由KI向KII转变，此时裂尖在KII的驱动下发生约70°的转折，倾向于向上扩展而导致鱼钩形剥离掉块。轮轨切向荷载特征对剥离路径影响较大，其中牵引条件下的剥离深度最大可至1.76 mm。当钢轨表面存在多个裂纹时，中间裂纹的滑开型驱动效应会被加强，并与相邻裂纹交汇而形成剥离掉块病害。  
        关键词：钢轨;剥离掉块;最大周向拉应力准则;扩展路径   
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        发布时间：2022-09-22
      • 韩佳霖
        2022, 44(4): 1009-1012. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.035
        摘要：全断面隧道硬岩掘进机(TBM)的滚刀磨损使掘进能力显著下降。针对现有磨损量检测法的缺陷，提出基于静磁效应的检测法，极大放宽了防护壳的材料限制，并且具有线性度高的优势。首先提出了检测方法的原理图，并通过有限元方法研究了检测方法的可行性。其次，搭建了实验测试装置及信号处理电路，测试结果验证了静磁力与磨损量间的线性变化特点，静磁力变化率始终保持在-592 mN/mm左右，远高于25 mN的压力传感器精度，因此保证了较高的精确度。  
        关键词：磨损量检测;TBM;滚刀;静磁力;压力传感器   
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        发布时间：2022-09-22
      • 章的,钱正明,米栋,宣海军,赵勇铭
        2022, 44(4): 1013-1016. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.04.036
        摘要：针对目前燃气涡轮叶片更多依赖于后期整机长试才能集中暴露设计不足的问题，以某型发动机燃气涡轮叶片为例，开展了燃气涡轮叶片低循环疲劳寿命研究。首先，在典型循环下开展燃气涡轮叶片应力应变分析，确定了该燃气涡轮叶片的主要失效模式是以应变疲劳控制的低循环疲劳破坏，根据线性损伤累积原理，预测了燃气涡轮叶片的低循环疲劳寿命。然后，创新的提出了一种在旋转试验台实现涡轮叶片低循环疲劳试验的设计方法，采用开环式电磁感应线圈加热叶片，通过热传导实现带温度梯度的燃气涡轮转子温度场，并根据应变等效原则，确定了燃气涡轮转子试验转速。试验结果表明，燃气涡轮叶片预测寿命在5倍寿命分散带以内，且部件试验叶片裂纹位置与整机试验结果吻合。  
        关键词：航空发动机;涡轮叶片;低循环疲劳;寿命预测;试验设计   
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