最新刊期
      2022 年 第 5 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 肖俊青,岳敏楠,李春,金江涛,许子非,缪维跑
        2022, 44(5): 1017-1023. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.01
        摘要：滚动轴承工作环境复杂，振动信号的非线性与环境噪声干扰导致故障诊断困难。因此，基于轴承损伤实验数据与分形理论，采用固有时间尺度分解(Intrinsic Time scale Decomposition, ITD)提取振动信号中非线性特征，筛选有效的故障特征分量，通过卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)实现轴承智能故障诊断。结果表明，与现有方法相比，ITD-CNN在不同信噪比下均有较高的准确率；在-4 dB信噪比下，准确率仍比现有方法高2.57%～13.35%,表明其良好的识别能力和泛化性能。  
        关键词：轴承;固有时间尺度;卷积神经网络;盒维数;故障诊断   
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        发布时间：2022-11-10
      • 项伟,李如玉,王慧,田立勇,于宁
        2022, 44(5): 1024-1031. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.02
        摘要：针对集合经验模式分解算法中添加白噪声幅值大小和总体平均次数过分依赖于人的主观经验或多次尝试，具有较大主观性和盲目性的不足，提出一种自适应EEMD结合快速峭度图(Fast Kurtogram)的故障诊断方法。首先将采集到的振动信号进行EMD预处理以自适应的获取EEMD算法的关键输入参数，然后结合峭度与互相关系数“双阀值准则”快速选取分量进行信号重构以突出故障特征，并通过快速峭度图选取最佳滤波参数，最后对滤波后的信号做包络谱分析，实现故障特征频率的提取与故障诊断。通过模拟信号分析及减速器齿轮箱的故障诊断工程应用，并与EMD方法及传统EEMD方法进行对比分析，验证了提出方法的有效性。结果表明，所提出的方法能够从含有强烈背景噪声的信号中成功提取出减速器齿轮箱的早期微弱故障特征，提高了故障诊断的及时性与准确性。  
        关键词：齿轮箱;集合经验模式分解;快速峭度图;峭度;互相关系数;故障诊断   
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        发布时间：2022-11-10
      • 刘俊杰,张凌云,马少辉,兰海鹏,张有强
        2022, 44(5): 1032-1038. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.03
        摘要：建立了一个含冲击不平衡悬置转子系统的力学模型，并推导出系统的无量纲运动方程，采用四阶Runge-Kutta法对此模型进行了数值计算，综合运用分岔图、轴心轨迹图、Poincaré截面图、轴心位移时间历程图、最大力矩图和占空比图研究系统的动力学行为，辨识出了转子的冲击次数、所受最大力矩和冲击时间的占比，并分析了转速比和刚度系数的变化对该系统的非线性动力学特性的影响。分析结果表明：在中速阶段的一定参数域下系统呈现混沌运动，在其他参数域下系统趋于较为稳定的周期运动；随着刚度系数的增大，系统的混沌运动区域和最大力矩增加，系统的稳定性降低。  
        关键词：转子系统;冲击;非线性;分岔   
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        发布时间：2022-11-10
      • 张皓宇,韩保红,程兆刚,曹洪娜,刘俊延
        2022, 44(5): 1039-1048. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.04
        摘要：针对弹药运输的特点和技术要求，提出了一种大载荷双层隔振系统，并建立其动力学模型，利用拉氏变换求解出传递函数，通过Matlab分析各参数对传递函数的影响特性，建立了有限元仿真模型，并与理论模型进行了比较，验证了模型的准确性。在此基础上，设置相应的寻优规则，并利用NSGA-II优化算法对系统参数进行寻优，得到了双层隔振器的最优参数。最后利用实际采集数据对其隔振效果进行验证，结果表明，进行参数寻优后的大载荷双层隔振系统相比单层线性隔振系统隔振效果大幅提升。  
        关键词：双层隔振器;多目标优化;弹药运输;NSGA-Ⅱ优化算法   
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        发布时间：2022-11-10
      • 张鑫,李国富
        2022, 44(5): 1049-1056. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.05
        摘要：由于水流在双向导流装置的中间段管道内流动时流速分布不均匀，导致水平轴水轮机发电效率受到影响。通过研究导流装置内部水轮机的叶片半径和安装位置，提高双向导流装置内部水轮机在双向水流中的发电效率。首先通过Fluent获取导流装置中心垂直截面的流速分布曲线，采用数值分析的方法建立流速分布数学模型，计算得到最优的叶片半径。再通过研究竖直方向上流速分布变化规律，得到最优的叶片安装位置。最后通过拖拽实验，获得双向水流下的周期发电功率。研究结果表明，当叶片半径位于流速分布的直线范围内时，水轮机叶片旋转面的流速较大，随着叶片安装位置下降，水轮机的叶片旋转面的流速明显增加。在水流流速为1 m/s时，调整水轮机叶片半径和安装位置后水轮机的发电功率较之前提高72%,较裸叶片的发电功率提高150%。  
        关键词：潮流能;流速分布;叶片半径;安装位置;发电功率   
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        发布时间：2022-11-10

        实验研究·测试技术

      • 张永亮,王可意,张帅帅
        2022, 44(5): 1057-1063. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.06
        摘要：设计了一套基于磁流变液特性的自适应式柔性辅助支承装置，可用于提高复杂曲面弱刚度零件的加工精度，通过Comsol利用有限元法进行装置磁场仿真，确定其磁场强度大小，建立基于磁流变效应的弱刚度工件铣削加工与夹具系统装夹定位模型，对辅助支撑作用下的定位约束模型进行分析，计算静态下工件变形量，研究装置对工件加工质量的影响。搭建基于磁流变辅助支承铣削加工试验平台，在不同电流参数的条件下进行弱刚度零件铣削加工，使用Labview平台采集系统对切削信号数据进行采集分析，并测量铣削加工表面粗糙度，结果表明，磁流变辅助支承作用下，弱刚度工件表面相较于无支撑状态振动幅度相应降低了46.9%～75.7%,表面粗糙度约降低69.89%～80.61%。  
        关键词：磁流变效应;磁场仿真;夹具系统;铣削试验;加工精度   
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        发布时间：2022-11-10
      • 赵虹桥,肖继生,钟振远,王荣,罗维贤,胡检孙
        2022, 44(5): 1064-1068. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.07
        摘要：弯曲疲劳失效是传动系统中齿轮主要失效形式之一，喷丸是一种重要的齿轮强化工艺。为明确喷丸对齿轮弯曲疲劳特性的影响，以20MnCr5渗碳渐开线圆柱直齿轮为研究对象，采用与我公司产品相同的喷丸工艺，分别对喷丸前后齿面完整性进行对比分析，阐明喷丸对齿面完整性的影响。采用单齿载荷加载方法进行弯曲疲劳试验，然后基于失效断口的扫描电子显微镜观测，分析喷丸前后裂纹源区失效特征的差异。研究发现喷丸对齿面完整性有很大的提升，但对齿面波纹度有不利影响。喷丸能够有效提高齿轮弯曲疲劳强度，同时对裂纹从表面萌生起到抑制作用。  
        关键词：20MnCr5渗碳齿轮;喷丸;齿面完整性;弯曲疲劳特性;失效断口观测   
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        发布时间：2022-11-10
      • 李光晖,林有希,蔡建国
        2022, 44(5): 1069-1074. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.08
        摘要：为研究超声滚压过程中静压力对铍铜合金表面完整性的影响，采用扫描电子显微镜、触针式粗糙度测试仪、洛氏硬度计、X射线衍射分析仪和金相显微镜等仪器对超声滚压前后试样的表面形貌、粗糙度、表面硬度、残余应力和微观组织结构进行测量分析。结果表明：在试验参数范围内，静压力与表面粗糙度呈现非线性关系，随着静压力的增大，表面粗糙度先减小后增大，静压力为0.2 MPa～0.4 MPa时能获得较好的表面质量；超声滚压过程中产生的塑性应变引起材料表面的加工硬化和晶粒细化是硬度提高的主要原因，处理试样的表面硬度可以达到43.3 HRC,相较于未处理试样提高了18.6%;超声滚压的处理可以使材料表面的残余拉应力转变为残余压应力，对于提高材料的表面力学性能具有重要意义。  
        关键词：静压力;超声滚压;铍铜合金;表面完整性   
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        发布时间：2022-11-10
      • 王栋,鲁新羲,赵静雯,林洪旭,张萌
        2022, 44(5): 1075-1081. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.09
        摘要：采用自制的基于普通车床CA6140的螺纹根部滚压强化装置对45钢螺纹试样进行滚压强化工艺处理。使用三维形貌测量仪、显微硬度计、X射线残余应力检测仪、超景深显微镜等检测设备，对滚压完成后的螺纹根部表面粗糙度、表层显微硬度、残余应力，表层显微组织等表面完整性参数进行检测。通过进行单因素试验，探究了螺纹根部滚压强化工艺参数对表面完整性的影响。45钢螺纹试样经过滚压强化工艺后，其螺纹根部的表面粗糙度Sa由1.71μm减小到0.874μm;螺纹根部形成了明显的晶粒细化层，深度达到了120μm;显微硬度由199.3 HV增加到379.5 HV,硬化程度N=90.4%;表层残余应力呈勺型分布，残余应力在距离表面105μm处达到峰值，为-542 MPa,残余压应力层深度可达700μm。研究结果表明：滚压强化技术可以显著提高螺纹根部的表面完整性，且滚压深度这一工艺参数对其的影响最为显著。  
        关键词：滚压强化;螺纹根部;表面粗糙度;显微硬度;残余应力   
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        发布时间：2022-11-10
      • 丁思源,马蕾,石含波,潘俊霖,袁海兵
        2022, 44(5): 1082-1090. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.010
        摘要：为研究低温环境对高速列车制动盘材料疲劳裂纹扩展性能的影响，进行了-40℃、-20℃、0℃、室温(20℃)下高铁制动盘特种铸钢材料的拉伸、疲劳裂纹扩展速率试验，对不同温度下高铁制动盘材料力学性能、疲劳裂纹扩展速率性能及其断口形貌进行了分析。研究结果表明：温度的降低对高铁制动盘材料力学性能以及疲劳裂纹扩展性能有显著影响。与室温相比，随着温度的降低，高铁制动盘材料的弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度等力学性能参数呈增大趋势。在疲劳裂纹扩展稳定阶段，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展速率变小，但随着ΔK的提高，低温对材料疲劳裂纹扩展速率的抑制作用减弱。通过断口分析发现，随着温度的降低，疲劳裂纹扩展极可能由韧性断裂向脆性断裂转变。  
        关键词：低温;高铁制动盘;疲劳裂纹扩展性能;断口分析   
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        发布时间：2022-11-10
      • 姜廷宇,王洋,杨振,王鹏,万志城,张全利,苏宏华
        2022, 44(5): 1091-1100. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.011
        摘要：建立了孔的二次挤压强化疲劳仿真模型，探究孔壁表面微观形貌特征对强化孔疲劳性能的影响。采用Abaqus有限元软件及MSC. Fatigue疲劳分析软件，对孔的二次挤压强化过程进行了模拟并计算了强化孔的疲劳寿命。选取孔壁微元，用半椭圆微观缺口代表零件表面微观轮廓，通过有效应力集中系数Kf修正材料S-N曲线，探究了表面微观轮廓对二次挤压强化孔疲劳性能的影响。结果表明，二次挤压强化后孔壁产生残余压应力层，试验件疲劳寿命得到提高；孔壁微观缺口数目增加可以有效缓解应力集中系数，应力集中系数Kt与深宽比b/a及间宽比d/(2a)成正相关；二次挤压强化可以降低孔壁表面粗糙度21%～49%,能有效缓解缺口应力集中现象，提高孔的疲劳性能。  
        关键词：二次挤压强化;表面微观轮廓;仿真分析;应力集中系数;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-11-10
      • 张鸿武,冯楠楠,刘蕊,陈阳
        2022, 44(5): 1101-1106. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.012
        摘要：某核电站主变压器的多个设备线夹发生了断裂。对断裂的设备线夹以及同批次的备品设备线夹取样，通过宏观检验、渗透检测、金相分析、断口微观形貌分析、压接质量检测、导电率检测和XRD检测，对断裂原因进行了分析。断裂产生的主要原因是设备线夹在强度不足且性能下降的情况下承受了各方面应力，最终在焊缝最薄弱处产生裂纹，形成断裂。为避免同类事故的发生，建议加强金属监督，严把设备质量关。  
        关键词：设备线夹;强度不足;性能下降;最薄弱处;断裂;金属监督   
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        发布时间：2022-11-10
      • 潘远安,曹广祥,冯玉涛,高文嫱,李昕
        2022, 44(5): 1107-1112. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.013
        摘要：钢板材料的力学性能具有明显的应变速率敏感性，精确测定材料的动态性能对于车身防撞性的准确预测具有重要的作用。基于万能试验机和卧式液压驱动试验机系统进行了高强度钢板的力学性能试验，得到了不同应变速率的真实应力-真实应变曲线。同时，设计了盒形件的压溃试验来验证材料动态试验数据的准确性。结果表明：利用拉伸试验获得的不同应变速率的真实应力-真实应变数据应用于有限元模拟分析，模拟盒形件冲击变形后样件形貌与压溃试验样品的变形形貌基本一致；有限元预测力-位移曲线和压溃试验得到的曲线大致重合，验证了动态试验的真实应力-真实应变曲线的准确性，实现了低成本测得高强度钢板动态拉伸参数和冲击变形形貌，提供了一种汽车防冲击及安全设计依据。  
        关键词：真实应力-真实应变;应变速率;压溃;模拟   
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        发布时间：2022-11-10
      • 黄培耕,陈雅婷,熊意,胡泽远,刘文浩,吴菲,郑氏韦,许茂达
        2022, 44(5): 1113-1118. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.014
        摘要：采用Maxon Cinema 4D R21建立三维模型，利用3D打印技术打印出桁架球填充交织网管复合结构。对3D打印的不锈钢桁架球、铝合金薄壁管以及桁架球填充交织网管复合结构进行单向轴向压缩试验，得出试验曲线，计算它们的吸能指标，研究桁架球填充交织网管复合结构和其他两者的吸能特性有何不同。结果表明，复合结构可直接影响结构冲击变形程度和吸能能力，三种结构中，复合结构所能承受的载荷最高，桁架球所能承受的载荷最弱。经过试验研究，薄壁管的缓冲吸能特性介于铝合金薄壁管和桁架球之间。  
        关键词：桁架球;铝合金薄壁管;桁架球填充交织网管复合结构;单向轴向压缩试验;吸能特性;冲击变形   
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      • 胡静,吕瑜晗
        2022, 44(5): 1119-1127. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.015
        摘要：为研究斜撞击下6061-T651铝合金薄板的失效机理，利用一级轻气炮进行半球形弹以不同撞击角度(0°、15°、30°、45°)斜撞击单层铝合金薄板的冲击试验，获取对应的靶板的弹道极限速度和失效特性。结果表明：在弹体及靶板尺寸形状相同的情况下，随着撞击角度的增大，靶板的弹道极限先减小后增大，撞击角度为15°时，铝合金靶板的弹道极限最低，靶板的失效模式也逐渐由花瓣开裂过渡为拉伸撕裂破坏。此外，在同一撞击角度下，靶板的损伤情况也会受到弹体速度大小的影响。  
        关键词：斜撞击;撞击角度;弹道极限;失效模式;6061-T651铝合金板   
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        发布时间：2022-11-10

        优化·可靠性

      • 李艳星,王铁,吉志勇,李国兴,李渊杰
        2022, 44(5): 1128-1133. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.016
        摘要：以某中型氢燃料电池货车车架为研究对象，基于变密度法拓扑优化理论，实现了车架静态多工况刚度最大化和提高动态低阶固有频率的目标。保留车架附属连接件，以原车架外廓尺寸建立拓扑优化空间，采用各向同性材料惩罚函数进行多目标拓扑优化，获得最佳的车架结构布局，进行新车架结构设计。结果表明，新车架中部承载能力优于已经通过模态试验验证的原车架，最大应力下降35.6%;第一阶固有频率提高1.9 Hz,能够避开路面激励能量最大的区域；同时车架质量减轻7.8%,实现了氢燃料电池货车车架结构的专用化和轻量化设计。  
        关键词：氢燃料电池货车;车架;变密度法;多目标拓扑优化   
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      • 石越卿,秦睿贤,陈秉智
        2022, 44(5): 1134-1140. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.17
        摘要：为提升防撞柱结构的耐撞性，基于拓扑优化方法得到防撞柱在多工况下的最优截面构型，并在显式动力学软件Ls-Dyna中建立其冲击有限元模型。利用最优拉丁超立方实验设计方法，构建了多胞防撞柱的比吸能与峰值力关于截面壁厚的多项式响应面代理模型，采用第二代非劣排序遗传算法对多目标优化问题进行了寻优计算，得到其Pareto前沿解集。优化结果表明：优化后的新型多胞防撞柱较传统单胞结构在满足轻量化要求的同时，其吸能量与比吸能均有显著提升。  
        关键词：轨道车辆;防撞柱;耐撞性;拓扑优化;多目标优化   
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        发布时间：2022-11-10
      • 陈瑞文,尹湘云,李刚,涂旭,殷国富
        2022, 44(5): 1141-1147. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.018
        摘要：齿轨动车车体的轻量化是实现齿轨动车具有较强爬坡能力和舒适性等特性的关键因素之一。针对齿轨动车车体地板粱的轻量化设计，提出了一种基于模态分析、拓扑优化理论的二维与三维相结合的结构设计方法。首先，利用有限元法和结构优化设计软件对车体地板梁的二维截面进行了以应变能最小化的拓扑优化，获取了粗截面拓扑构型。然后，基于粗拓扑构型，以车体地板粱的三维结构为对象进行应变能最小化和模态最大化的多目标拓扑优化，得到了包含模态因素的地板粱的三维结构形状。最后，基于得到的两种优化结果与地板粱的可制造性，构造了一种适用于齿轨地板粱截面的新构型，并对其进行了与原结构相同边界条件下的有限元仿真对比分析和验证。结果显示该构型结构的强度、刚度及模态性能满足齿轨动车车体的要求，并且优化结构的质量较原结构下降了6.835%。  
        关键词：齿轨;动车车体;地板梁;拓扑优化;模态分析   
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        发布时间：2022-11-10

        设计·计算

      • 王学军,汪中厚,李彦,刁鑫伟,刘小凤
        2022, 44(5): 1148-1155. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.019
        摘要：针对弧齿锥齿轮传统加工中试切法的盲目性和偶然性，提出根据齿面曲率设计砂轮截形的加工调整方法。首先通过Catia对弧齿锥齿轮进行仿真切齿加工以构建高精度切齿模型，在Abaqus中对切齿模型进行有限元分析并提取接触斑点。然后依据切齿模型的分析结果，计算齿面曲率及齿面节点偏移量以实现接触区域调整。最后结合铣刀截形与齿面节点偏移量设计磨齿所需砂轮截形，在Vericut中调用砂轮进行虚拟磨削。分析结果发现曲率调整后的齿轮接触性能有明显改变，说明加入磨齿工序的确实现了齿面曲率的调整且符合实际工艺流程。为弧齿锥齿轮系统的传动误差优化、接触区域修正提供了一个新的研究方法。  
        关键词：弧齿锥齿轮;虚拟仿真;有限元分析;齿面接触;曲率调整   
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        发布时间：2022-11-10
      • 罗鹏,胡荣华,白俊林,舒杨
        2022, 44(5): 1156-1161. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.20
        摘要：分析了三轴载人离心机的过载模拟原理与运动学关系。利用数值计算法求解过载模拟加载段，用模拟实现了过载模拟加载段主臂转速的精确求解。对卸载段主臂转速解存在性进行了分析，明确了转速解是否存在的边界，也能指导实验设计人员对过载曲线进行设计。在满足解存在性边界的条件下对转速进行求解，得到了高精度的数值解，并结合纯Gz过载模拟和三向过载模拟分析了不同求解方法的过载模拟精度。  
        关键词：载人离心机;运动学;微分方程;过载模拟   
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        发布时间：2022-11-10
      • 王君,张慧敏
        2022, 44(5): 1162-1169. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.021
        摘要：目前，在国防军事、医疗器械、航空航天等领域应用小型甚至微型减速器的场合越来越多，针对当前RV减速器结构尺寸较大，提出一种小尺寸RV减速器。首先，在对该小型RV减速器基本结构进行分析的基础上，确定了各零件的尺寸参数，利用SolidWorks软件建立三维实体造型。然后，采用常规的RV传动系统的受力分析与强度校核理论对渐开线行星齿轮和摆线针轮机构进行受力分析与强度校核，并通过有限元分析软件对其进行仿真。最后，对比理论计算结果与仿真结果，得到渐开线行星齿轮与摆线针轮齿面最大接触应力误差分别为5.77%和11.03%,进而验证了理论分析的正确性与结构设计的合理性，为小型RV减速器的后续研究提供理论支持。  
        关键词：小型RV减速器;结构分析;强度校核;仿真   
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        发布时间：2022-11-10
      • 张安康,董庆兵,陈壮,李金超,何东
        2022, 44(5): 1170-1178. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.022
        摘要：轧机中的调心滚子轴承工况复杂，实际寿命经常达不到预期的设计寿命，因此研究调心滚子轴承的全局载荷分布与局部的应力分布具有重要意义。在分析轴承的接触载荷分布时，对接触区域的网格细化将增加有限元模型中单元数量，导致计算时间较长且不易收敛。首先，基于赫兹接触理论提出了一种新的简化的轴承有限元模型，简化后的模型可以明显地提高计算效率；然后，在考虑轴和轴承内圈过盈配合的基础上求解全局模型的滚子接触载荷分布；最后，将求出的最大接触载荷对应的位移作为局部模型的边界条件，求解内圈的应力分布。结果表明不同工况下两列滚道承受载荷的比例是变化的，滚子接触载荷分布也是变化的。过盈配合使得内圈的最小Mises应力大于40 MPa,这将会降低轴承的强度和疲劳寿命。  
        关键词：轧机;调心滚子轴承;模型简化;载荷分布;过盈配合   
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        发布时间：2022-11-10
      • 沈志东,杜雄,李郝林,曹文洁,崔怡
        2022, 44(5): 1179-1185. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.023
        摘要：在进行静压电主轴的边界条件的求解中，由于传统的经验公式计算得出的边界条件与实际存在一定的误差，为了解决这一问题，提出一种基于响应面优化算法，以复合试验设计思想为中心，建立定子与转子间的气隙换热系数和主轴内孔强迫对流换热系数与温度间的数学模型，即温度场数学模型。将优化后的对流换热系数加载至仿真模型中，借助Ansys Workbench仿真分析软件，对静压电主轴进行温度场求解，最终通过设计传感器测点，进行温度测量，并与仿真结果进行对比。结果表明：通过修正优化后的模型所得出的前轴承仿真温度测点与实验温度最大误差仅在9.41%,后轴承测点与实验最大误差为3.09%,能够非常有效的提高静压电主轴的仿真精度，结果可靠。  
        关键词：静压电主轴;Ansys workbench;响应面优化算法;实验研究   
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        发布时间：2022-11-10
      • 白国振,王录,李炳初,王双园
        2022, 44(5): 1186-1193. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.024
        摘要：齿轮裂纹故障是机电传动系统的高发故障，及时发现裂纹故障对保证机电传动系统正常工作意义重大。提出了一种基于三相交流异步电机定子电流信号的齿轮裂纹故障非侵入式诊断方法。首先，建立电机-齿轮-负载机电耦合模型，利用势能法计算不同裂纹深度和角度下齿轮变啮合刚度；然后，利用Runge-Kutta法对机电耦合模型进行数值求解，分析时变啮合刚度影响下电机电流动态响应。通过对比健康齿轮和裂纹故障齿轮的定子电流频谱，揭示齿轮裂纹故障对应的电流频谱特征，建立基于电机电流信号分析的传动系统齿轮裂纹故障诊断判据。对存在裂纹故障的齿轮进行电机拖动实验，齿轮裂纹故障影响下的电机电流信号与数值求解结果一致。所提出的基于电机电流信号的齿轮裂纹故障非侵入式诊断方法对于降低传动系统维护成本具有较高价值。  
        关键词：时变啮合刚度;齿轮故障;机电耦合模型;电机电流信号;电流特性分析   
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        发布时间：2022-11-10
      • 李琤,李敏,王爱国,程煜
        2022, 44(5): 1194-1200. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.025
        摘要：通过采集某款自主品牌电动汽车硬点数据，建立EPS动力学模型，并设计电动助力特性参数输入该模型。利用Adams进行转向性能仿真试验，验证模型的准确性，并对比分析有助力、无助力的不同情况下，方向盘输入力矩值及EPS输出力矩的变化关系。最后，利用实车路试和Adams整车仿真，开展转向盘中间位置操纵稳定性试验，试验结果表明，该车辆EPS系统助力设计合理，且在高速行驶工况下具备良好的操纵稳定性能。  
        关键词：电动助力转向系统;多体动力学;转向助力特性;中间位置;操纵稳定性   
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        发布时间：2022-11-10

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 郭晓峰,刘本鑫,南宁宁,巩建鸣,董志明
        2022, 44(5): 1201-1206. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.026
        摘要：通过考虑碳化物粗化和孔洞形核与长大对Fe-Cr-Ni基奥氏体不锈钢蠕变损伤的影响，基于sinh函数建立了新的蠕变损伤本构模型，开发了模型材料参数优化程序，并结合有限元方法，对标准圆棒试样进行了宽应力范围内的蠕变行为研究，比较了基于3种蠕变损伤模型所计算的试样失效时间。结果表明：提出的本构模型能够准确地反映材料在890℃不同应力水平下的蠕变行为；与广泛使用的幂律型Kachanov-Robotnov模型和Liu-Murakami模型所预测的失效时间相比，该模型的预测结果可以反映宽应力范围内应力和蠕变破断时间在双对数坐标下的非线性关系，预测结果更为合理。  
        关键词：20Cr32Ni1Nb钢;蠕变损伤模型;有限元分析   
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        发布时间：2022-11-10

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 李金洋,王军利,雷帅,冯钰茹,杜天玮
        2022, 44(5): 1207-1213. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.027
        摘要：以大展弦比机翼为研究对象，基于Miner线性累积损伤理论并利用有限元分析方法计算了不同攻角下大展弦比机翼的疲劳寿命。首先，以N-S方程为基础，使用双向流-固耦合方法求解了巡航状态下机翼结构的位移，应力以及应变。其次，对机翼进行疲劳寿命分析，得到了机翼结构疲劳薄弱位置和不同攻角下的寿命情况。结果表明：大展弦比机翼疲劳薄弱位置易出现在翼尖前缘和翼根处，前缘的寿命从翼尖沿着机翼展向向翼根处增加；机翼的寿命情况与攻角的改变以及翼型参数密切相关，且在给定飞行工况下，一般会存在一个寿命最大攻角。  
        关键词：大展弦比;有限元方法;双向流-固耦合;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-11-10
      • 杨文猛,蒋玮,王杰
        2022, 44(5): 1214-1220. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.028
        摘要：齿轮箱是风电机组的核心部件之一，且重载下的齿轮易发生疲劳断裂，从而影响发电机的正常运行。以1.5 MW风力发电机齿轮箱中行星-太阳轮为研究对象，通过Matlab和Abaqus联合编程建立了齿轮副啮合过程中的疲劳裂纹扩展有限元分析模型，采用NASGRO方程对剩余疲劳寿命进行了预测，并研究了载荷及初始裂纹长度的变化对疲劳裂纹扩展路径及寿命的影响。分析结果表明，基于该数值模型获得的裂纹扩展路径仿真结果与疲劳实验结果吻合良好。同时，齿轮的啮合状态对裂纹扩展速率有显著影响；裂纹初始长度对裂纹扩展路径影响较小；载荷幅值会改变不同啮合状态下的裂纹扩展规律，裂纹长度和扩展寿命会随着载荷的增加明显降低。  
        关键词：风力发电机;齿轮;有限元分析;裂纹扩展;疲劳寿命   
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        发布时间：2022-11-10
      • 徐旺,钟冬望,蔡路军
        2022, 44(5): 1221-1225. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.029
        摘要：针对含V型切口的平面断裂问题，提出一种求解切口尖端应力强度因子的等几何分析方法。基于等几何分析，将整体结构离散并构造结构的刚度矩阵，同时获得等几何分析的平衡方程及各节点的坐标信息。结合极坐标系下含V型切口平面问题的位移表达式，将全场的节点坐标信息代入经过坐标转换后的解析表达式获得转换矩阵，进而将等几何分析的平衡方程转换为维度更小的方程，求解得到级数形式位移场解析解的系数，同时获得应力场和切口尖端应力强度因子。将数值建模和数值计算统一到一个平台，提高了数值分析的效率；避免了等几何分析断裂问题的网格敏感问题，且无需后处理程序即可直接求解应力强度因子，同时避免了等几何方程计算难以收敛的问题。  
        关键词：应力强度因子;等几何分析;V型切口平面;位移场;应力场   
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        发布时间：2022-11-10
      • 王欣,岳增可,蔡福海,付河灵,许成斌
        2022, 44(5): 1226-1231. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.030
        摘要：以580 t级龙门起重机主梁与刚腿连接处焊缝为例，基于结构应力法分析起重机作业的应力历程，确定多轴非比例的应力特征。建立危险位置处具有焊缝细节的壳-实体混合模型，借助Ansys和Fe-Safe软件的Verity模块，结合载荷谱获取多轴结构应力。通过基于路径依赖的循环计数法(PDMR)确定损伤累积路径，引入载荷路径力矩(MLP)概念，将非比例加载路径向比例加载路径转化。根据主S-N曲线估算焊缝处疲劳寿命，并与多轴比例加载寿命分析方法、单轴等效结构应力寿命分析方法的计算结果对比，表明多轴非比例变幅应力的疲劳分析方法的必要性，这为起重机复杂的多轴疲劳分析提供参考与借鉴。  
        关键词：结构应力法;多轴疲劳;非比例加载路径;等效结构应力   
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        发布时间：2022-11-10
      • 黄孝卿,陈刚,刘智,肖峰,潘胜利,邹强,高伟
        2022, 44(5): 1232-1237. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.031
        摘要：基于Ansys有限元软件，分析国内某地铁用弹性车轮压装过程和服役过程的应力，对服役过程的疲劳进行评估，并对实物进行疲劳试验，分析疲劳试验前后刚度变化。结果发现：弹性车轮压装过程中，压盖为等效应力最大的组件，周向拉应力占主要贡献；弹性车轮服役过程中，压盖螺栓孔等效应力是其他组件的1.5倍以上，其中周向应力占主导作用；轮箍疲劳薄弱部位为轮箍内侧与橡胶接触区域，压盖疲劳薄弱区域为螺栓孔区域：弹性车轮经过疲劳试验后，金属元件探伤未发现疲劳裂纹，刚度变化小于20%。  
        关键词：有限元;弹性车轮;应力分析;疲劳评估   
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        发布时间：2022-11-10
      • 景致明,刘宇杰,张娟,康国政
        2022, 44(5): 1238-1242. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.032
        摘要：针对钩尾框裂纹大多为深度较小，长度较长的浅表裂纹的情况，对17号锻造钩尾框的浅表面裂纹扩展进行有限元模拟。分析了表面裂纹在扩展过程中的形状变化，并对具有不同初始长度和初始深度浅表裂纹的钩尾框剩余寿命进行了预测。结果表明，钩尾框椭圆表面裂纹在扩展过程中会发生形状改变，趋于狭长。对深度0.5 mm和1 mm,不同长度的初始浅表裂纹钩尾框剩余寿命模拟表明锻造钩尾框具有较高的抗断裂性能。对于相同初始长度与深度的裂纹，中间裂纹较之边角裂纹更危险。基于模拟结果，得到了不同初始长度的中间裂纹和边角裂纹的钩尾框剩余寿命预测公式。  
        关键词：17号钩尾框;浅表面裂纹;裂纹形状;裂纹扩展;剩余寿命   
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        发布时间：2022-11-10

        研究简报

      • 孔宁宁,朱海清,李天津
        2022, 44(5): 1243-1248. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.033
        摘要：根据安全阀搬运上下料的工作要求，设计了一款安全阀搬运自动导向车。针对建立的搬运车原地转向力学模型，利用Adams仿真软件进行了虚拟样机的仿真分析研究，对不同轮地摩擦因数、转向加速时间和偏心距等参数下的转向运动进行了多次仿真实验，基于仿真得到的旋转中心位移曲线及三维空间内位移相对值的离散点，对比分析了不同参数值对转向稳定性的影响，仿真结果和样机试验验证了理论分析的正确性，为搬运车机械结构的优化和控制系统设计提供了基础。  
        关键词：安全阀搬运车;原地转向;力学建模;仿真分析   
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        发布时间：2022-11-10
      • 王圣波,葛红剑,杨婷,刘钢,马惠珍
        2022, 44(5): 1249-1254. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.034
        摘要：某汽车进口国2018年起，将UN R127行人保护法规纳入该国强制性法规，因此需对某款常年出口车型进行UN R127行人保护性能评估，以便顺利通过法规认证。通过有限元方法，对该车型进行行人保护仿真分析，仿真腿型碰撞满足法规要求，但头型存在不满足法规的区域，为此针对不满足法规的区域进行原因分析，提出可行的整改方案，制作样件并进行实车试验，最终一次性通过UN R127法规试验认证，并将风险点仿真优化后的数据与试验进行对比，偏差为1.9%,表明搭建的有限元模型的可靠性，为后续车型行人保护设计开发提供参考。  
        关键词：行人保护;UN R127;头型碰撞;有限元;优化;试验验证   
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        发布时间：2022-11-10
      • 贾卫歌
        2022, 44(5): 1255-1259. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.035
        摘要：基于Love壳理论，对任意边界条件下石墨烯增强锥壳的固有特性进行研究。给出石墨烯增强复合材料的力学模型，推导石墨烯增强锥壳自由振动微分方程。进行参数影响分析，讨论边界条件和材料、几何参数对锥壳固有特性的影响。  
        关键词：圆锥壳;任意边界;人工弹簧技术;Rayleigh-Ritz法   
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        发布时间：2022-11-10
      • 于成月,刘波,汪纯鹏,薛闯,安明鑫
        2022, 44(5): 1260-1265. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.036
        摘要：在对航天卫星的星载连接座的设计研究中，提出一种联合优化方法，为了降低星载连接座螺栓轴力过大的问题，提出一种以螺栓轴力方差为目标函数及约束条件的自由尺寸优化数学模型，应用OptiStruct优化模块进行了优化仿真，对优化前后的螺栓受载情况进行了对比分析，并对优化迭代过程进行了详细阐述；在优化模型基础上，对支撑板进行尺寸优化设计。结果表明，通过所提出的数学模型进行优化后，螺栓的轴力明显降低，满足预期要求；优化目标在迭代过程不同阶段中受到的影响因素不同；通过尺寸优化设计，可以使结构基频提高，其优化方法为螺栓强度优化及卫星的结构设计提供了参考。  
        关键词：星载连接座;自由尺寸优化;尺寸优化;螺栓强度;优化数学模型   
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        发布时间：2022-11-10
      • 衣美玲
        2022, 44(5): 1266-1270. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.05.037
        摘要：为改善高铁动车组因车轮踏面中央凹形磨耗恶化的轮轨关系，对比分析了高速铁路各型车轮踏面的轮轨匹配特性。凹形磨耗车轮因丧失重力刚度恢复力反馈响应，导致轮轨蠕滑增大，不良接触愈演愈烈。对比LMA、S1002G和XP55及典型凹形磨耗型面的匹配关系发现，型面选配需合理匹配转向架悬挂特性。LMA大接触斑和轨顶中心的接触位置易于形成共形接触，不利于延缓凹形磨耗；S1002G等效锥度及接触点位置在更窄的轨道窗口内非线性变化，不利于磨耗均匀发展，踏面名义位置处接触斑面积的峰值特征易形成集中磨耗；XP55保持锥度、接触斑面积的(近)线性变化，靠近钢轨工作边轨距角7 mm的初始钢轨接触位置利于克服轨顶共形接触。可借鉴XP55理念优化高速轮轨匹配关系。  
        关键词：轮轨匹配;高速铁路;凹形磨耗车轮;等效锥度;滚径差;轮轨接触   
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