最新刊期
      2022 年 第 6 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 白雲杰,贾希胜,梁庆海,马云飞,温亮
        2022(6): 1271-1278. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.01
        摘要：针对柴油发动机故障诊断中振动信号呈非平稳、非线性，直接将原始信号输入卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)进行故障诊断效果差的问题，提出一种基于PCA-EDT-CNN的新方法。首先，利用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)对传感器采集的原始数据进行自适应降维，并构建符合条件的主成分特征向量矩阵(Principal Component Eigenvector Matrix, PCEM);其次，对PCEM进行欧氏距离变换(Euclidean Distance Transformation, EDT),计算各行间欧氏距离并构建欧氏距离矩阵(Euclidean Distance Matrix, EDM);最后，将PCEM和EDM分别展平为一维向量并合成一个一维样本序列，输入到一维卷积神经网络(One-Dimensional Convolutional Neural Network, 1DCNN)对模型进行训练与诊断。搭建柴油发动机预置故障试验台，验证了该方法的有效性，且通过与传统方法对比，结果表明，该方法对柴油发动机不同故障状态诊断准确率高，具有实际工程应用价值。  
        关键词：一维卷积神经网络;PCA;EDT;柴油发动机;故障诊断   
        28
        |
        365
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350066 false
        发布时间：2023-06-09
      • 曹亚磊,杜应军,韦广,董辛旻,高丽鹏,刘雨曦
        2022(6): 1279-1285. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.02
        摘要：针对滚动轴承的振动信号因非线性、非平稳且信噪比低而造成故障特征难以提取的问题，基于辛几何模态分解(Symplectic Geometry Mode Decomposition, SGMD)和多点最优最小熵解卷积调整(Multipoint Optimal Minimum Entropy Deconvolution Adjusted, MOMEDA)理论，提出了SGMD-MOMEDA故障提取方法。首先，使用SGMD对故障信号进行分解，得到一列的辛几何分量(Symplectic Geometry Components, SGC);其次，依据相关性准则选取SGC进行信号重构，并确定MOMEDA分解参数；最后，使用MOMEDA方法对重构信号进行处理以提高信噪比，并利用包络谱分析对处理后的信号提取故障特征。仿真和实验结果表明，该方法能够准确地提取滚动轴承的故障频率，且与经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)方法的对比结果显示了SGMD方法作为预处理其分解结果更加准确，在故障诊断领域具有较大的应用价值。  
        关键词：辛几何模态分解;辛几何分量;多点最优最小熵解卷积调整;特征提取;滚动轴承故障诊断   
        18
        |
        280
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351156 false
        发布时间：2023-06-09
      • 杨大炼,雷家乐,蒋玲莉
        2022(6): 1286-1292. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.03
        摘要：针对传统故障诊断方法对弧齿锥齿轮故障诊断效率低的问题，提出一种基于局部双谱和卷积神经网络(Convolution Neural Network, CNN)的故障诊断方法。该方法使用包含全域信息的弧齿锥齿轮振动信号局部双谱图作为CNN的输入构造诊断模型，实现弧齿锥齿轮故障诊断，不仅降低了故障信息的冗余度，而且提高了CNN训练速度。通过与全双谱+CNN、原始振动信号+CNN、局部双谱+SVM(Support Vector Machine)、局部双谱+BP(Back Propagation)神经网络的诊断结果对比，所提出方法的平均诊断准确率为99.56%,模型训练时间为15 s,综合性能最优。  
        关键词：卷积神经网络;局部双谱;弧齿锥齿轮;故障诊断   
        8
        |
        172
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350166 false
        发布时间：2023-06-09
      • 张文远,陈金海,花国然,王恒
        2022(6): 1293-1299. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.04
        摘要：嵌入式智能轴承是轴承集传感器于一体的具有自感知、自诊断、自适应、自调控等特点的结构单元，是国内外高端轴承的发展方向之一。基于Ioannides-Harris理论，分析了滚动轴承工作时的载荷分布。结合有限元仿真模型，分析了外圈开槽对轴承可靠度的影响，确定了滚动轴承外圈径向开槽结构。根据理论分析与数值仿真，选择振动传感器与轴承本体有机结合，设计了嵌入式轴承振动监测系统，并利用轴承寿命试验机开展了轴承全寿命实验，采集了不同结构的智能轴承振动信号。实验结果表明，智能轴承振动信号幅值高于传统轴承座监测方式，能有效监测轴承的运行状态；与轴向开槽结构相比，所提智能轴承寿命与普通轴承寿命相差不大，为滚动轴承状态监测与故障诊断提供了新的方法。  
        关键词：智能轴承;振动监测;径向开槽;可靠度   
        7
        |
        191
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350185 false
        发布时间：2023-06-09
      • 雷雨恒,任亮,刘强平,尤润州,夏梦颖,李宏男
        2022(6): 1300-1306. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.05
        摘要：实时监测接触网-受电弓的动态接触力对于弓网取流质量的评估至关重要。提出了一种基于应变响应反演弓网动态接触力大小和受力位置的监测方法，详细阐述了该方法的测量原理和传感器安装方法以及关键参数的标定实验。基于该方法的弓网动态接触力监测系统成功应用于某地铁刚性架空接触网测试项目中，对地铁在60 km/h和80 km/h运行状态下受电弓弓网动态接触力大小及位置进行实时监测和分析。结果表明，基于应变响应反演技术的动态接触力测量方法具有测量精度高、数据一致性好、传感器安装灵活的优点，不仅可以准确地还原弓网动态接触力，而且可以定位受电弓碳滑板上的弓网接触位置，能够有效的评估弓网耦合系统的性能质量。  
        关键词：受电弓;弓网动态接触力;反演;结构健康监测   
        4
        |
        79
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350289 false
        发布时间：2023-06-09
      • 刘庆强,何红凯,郑长敏,孙艳茹,刘子轩
        2022(6): 1307-1314. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.06
        摘要：现有的局部线性嵌入算法大部分假设原始数据集位于欧氏空间，但现实中几乎所有的原始空间都是非欧氏空间。针对欧氏空间无法有效地描述数据的非线性结构，影响局部线性嵌入算法的特征提取的性能问题，提出了一种对称正定流形上参数矩阵度量的局部线性嵌入算法。首先在对称正定流形上寻找一个合适的度量方法来提高该算法的性能，引入了一种高效的黎曼空间度量学习方法，通过学习得到的参数矩阵将原始流形变换到新的易区分的流形上。再利用局部线性嵌入算法挖掘显著特征。最后，通过在多个轴承数据集上的实验结果验证方法的高效性。  
        关键词：特征提取;对称正定流形;局部线性嵌入;黎曼空间度量学习;欧氏空间   
        6
        |
        52
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350211 false
        发布时间：2023-06-09
      • 顾晔,蔡厚道
        2022(6): 1315-1320. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.07
        摘要：针对局部线性嵌入(Local Linear Embedding, LLE)的降维效果受样本分布均匀与否的影响较大这一不足，设计均匀化距离对LLE中的欧氏距离进行替换，由此提出均匀化距离局部线性嵌入(Uniform Distance Local Linear Embedding, UDLLE)方法，并通过典型曲线对UDLLE的有效性进行了验证。在此基础上，提出基于UDLLE的滚动轴承故障诊断方法，并进行诊断实例验证。试验结果表明，UDLLE方法获得了比其他一些方法更为有效的低维特征，降低了后续诊断的难度，提高了故障诊断的精度。  
        关键词：局部线性嵌入;均匀化距离;滚动轴承;故障诊断   
        6
        |
        76
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350238 false
        发布时间：2023-06-09
      • 朱玉田,李亚美,刘钊,徐浩,刘禹明
        2022(6): 1321-1326. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.08
        摘要：东汉科学家张衡所发明的候风地动仪在失传后至今还未得到公认的复原模型，致使其真实性受到外界的质疑。针对候风地动仪复原研究中存在的对于候风地动仪实际性能不明确及缺乏有效的性能检验方法两大问题，在对地动仪测震机理、候风地动仪的示震性能和抗干扰性能进行分析的基础上，提出了将地动仪对检验波是否做出示震响应作为候风地动仪示震灵敏度与抗干扰性能检验标准的检验波法。在确定了应响应检验波与不响应检验波两种检验波的基础上，提出了一种全新的基于反应谱的候风地动仪复原方案，推导出候风地动仪自振周期范围为1.5 s～2.5 s,响应临界值为5 mm～10 mm。研制了实验样机，试验表明该复原模型满足候风地动仪的示震与抗干扰要求，证实了候风地动仪历史记载的真实性。  
        关键词：候风地动仪;复原模型;检验波;地震反应谱;示震性能;抗干扰性能   
        4
        |
        64
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350128 false
        发布时间：2023-06-09

        实验研究·测试技术

      • 俞方艾,周勃,张雪岩,辛雯
        2022(6): 1327-1334. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.09
        摘要：声发射技术可以实时监测复合材料的损伤状态，而损伤状态识别的准确性依赖于声发射信号的处理和提取。提出了一种基于谐波小波功率谱和能量谱分析的声发射信号处理方法，以实现含分层缺陷的叶片复合材料损伤状态的识别。首先，对有无分层缺陷的叶片复合材料层合板试件进行单轴拉伸试验，记录损伤过程中的声发射信号参数。然后，依据谐波小波包分解法比较分析声发射信号的功率谱与能量谱特征，识别出含分层缺陷的叶片复合材料不同损伤模式对应的频率范围。与传统小波分析相比，谐波小波分析法能够准确有效地检测出含分层缺陷叶片复合材料的不同损伤特征和损伤模式，这对于实际工程中在役叶片的运行状态检测有一定的借鉴意义。  
        关键词：风力机叶片;声发射信号;复合材料;谐波小波;损伤   
        4
        |
        149
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351199 false
        发布时间：2023-06-09
      • 王小莉,彭肖阳,刘湘楠,段小成,徐伟
        2022(6): 1335-1342. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.010
        摘要：橡胶隔振器主体隔振橡胶疲劳寿命具有很大的分散性，仅采用裂纹萌生法和裂纹扩展法等确定方法是不足的，还需从概率的角度对橡胶结构的疲劳寿命做出合理的预测。基于橡胶单轴拉伸疲劳试验测试数据，推导三参数威布尔分布(Three Parameters Weibull Distribution, 3PWD)和对数正态分布(Logarithmic Normal Distribution, LND)两种典型概率分布模型对应的疲劳剩余寿命的累积分布函数和概率密度函数，应用到剩余寿命可靠性的预测中，以此确定不同概率分布模型下所需最小的试样数和工况数。结果表明，3PWD更适合用来表征橡胶疲劳寿命的概率分布规律；橡胶疲劳试验样本数和工况数的最小值分布在4～6个之间；在确定中值寿命时应优先选择对数平均值作为后续的疲劳分析。研究工作可以为橡胶隔振器抗疲劳设计和试验提供指导。  
        关键词：橡胶;疲劳寿命;可靠性;威布尔分布;对数正态分布;剩余寿命;P-S-N曲线   
        4
        |
        182
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350097 false
        发布时间：2023-06-09
      • 张铁纯,曾宪智,冯正兴,邓云飞
        2022(6): 1343-1349. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.011
        摘要：为研究聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide, PMI)泡沫对2A12-T4铝合金双层板抗高速冲击性能的影响，利用一级气炮进行半球形弹体撞击接触式双层铝合金叠层板和铝合金/PMI/铝合金无粘合夹层板的高速冲击实验，获取靶板的弹道极限速度和损伤特性。结果表明，在铝合金板厚度相同的情况下，PMI泡沫夹层通过增加靶板的刚度，限制了铝合金板的塑性变形，减少了冲击能量的吸收，降低了2A12-T4铝合金双层板的抗侵彻性能。此外，PMI泡沫夹层对靶板抗侵彻性能的影响随着弹体速度的增加而减小。  
        关键词：PMI泡沫;冲击;弹道极限;损伤特性;夹层板   
        3
        |
        65
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350149 false
        发布时间：2023-06-09
      • 张如灏,崔岸,陈宠,余天明,刘立源,黄显晴
        2022(6): 1350-1356. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.012
        摘要：针对汽车轻量化和碰撞安全性需求，制备亚麻-玄武岩纤维复合材料层合板，通过试验及仿真分析，探讨了复合结构的拉伸、剪切和抗冲击特性。采用应变形式的三维Hashin失效准则和基于断裂韧性的刚度线性退化方案，编写了自定义材料模型Vumat子程序，建立低速冲击有限元模型，研究铺层结构和铺层角度对层合板抗低速冲击性能的影响，并将亚麻-玄武岩纤维层合板结构应用于发动机罩内外板，进行静态工况和儿童头部碰撞仿真分析。结果表明，该结构发动机罩静态刚度、减重效果均优于原钢制发动机罩，儿童头部保护性能满足要求，内板采用复合结构时性能提升更加明显。  
        关键词：亚麻纤维;玄武岩纤维;低速冲击;儿童头部碰撞仿真   
        4
        |
        81
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350243 false
        发布时间：2023-06-09

        优化·可靠性

      • 罗庆怡,梅琦,胡晓兵,李何钰秋
        2022(6): 1357-1364. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.013
        摘要：针对动力头变速箱体质量分配不均且质量过大，第一阶固有频率与第二级齿轮传动产生的激励频率较接近的问题，采用Ansys Workbench仿真平台Genesis模块对变速箱进行模态拓扑分析，基于拓扑优化得到的待优化尺寸，通过目标驱动优化工具对变速箱体进行尺寸优化，在对变速箱体的强度和刚度没有影响的情况下，质量减轻了12.9%,第一阶固有频率增加了11.0%,达到减重和提高第一阶固有频率的双重目的。研究成果对节约制造成本和对产品的性能提升具有实际指导意义。  
        关键词：动力头变速箱;模态分析;拓扑优化;尺寸优化;固有频率   
        4
        |
        116
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350262 false
        发布时间：2023-06-09
      • 王兴锋,张氢,秦仙蓉,孙远韬
        2022(6): 1365-1370. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.014
        摘要：针对岸桥前大梁和拉杆的轻量化设计问题，提出了一种基于半定规划的优化设计方法。前大梁和拉杆都是由钢板焊接而成，在实际设计中，前大梁和拉杆的截面的板厚和高宽一般是有限的离散值，故前大梁和拉杆的轻量化设计是离散的尺寸优化问题。为避免优化后前大梁截面的高宽严重不协调，影响前大梁与其他零部件的配合，提出了将离散的尺寸优化问题转化为截面的选型优化问题的设计思想，即从预定义的截面集合中筛选出满足要求的截面规格。为将选型优化问题松弛为连续优化问题，提出了基于凸包的线性松弛方法，实现了结构刚度矩阵的线性化。同时，提出将结构的应力约束间接地包含在收紧的柔度约束中，从而把应力和刚度约束的离散优化问题转化为仅含有柔度约束的优化问题，并最终转化为松弛的半定规划问题。采用成熟的优化求解器，快速得到松弛问题的全局最优解，再圆整得到离散可行解。以某岸桥前大梁和拉杆的轻量化设计为例，验证了所提出方法的有效性。  
        关键词：前大梁和拉杆;轻量化设计;选型优化问题;柔度约束;半定规划   
        6
        |
        47
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351239 false
        发布时间：2023-06-09
      • 甘为,荣见华,赵磊,何一凡,李政威,周泉
        2022(6): 1371-1379. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.015
        摘要：针对柔性机构的稳定性要求，基于Heaviside三场映射方案和柔顺度变化率约束措施，研究了屈曲约束下无铰链多输入多输出柔性机构柔度最小化的拓扑优化问题。首先，为解决低密度单元引起的伪屈曲模态和计算效率等问题，构建了单元刚度矩阵和应力矩阵的光滑惩罚函数，提出了解决低阶伪屈曲模态问题的综合措施。其次，结合Pian混合应力单元公式、凝聚函数法、Heaviside三场映射方案和柔顺度变化率约束措施，构建了考虑屈曲的无铰链多输入多输出柔性机构拓扑优化模型。而后，推导了目标函数和屈曲约束的灵敏度，并利用MMA(Method ofMoving Asymptotes)算法进行优化求解。最后，给出的数值算例，说明了此方法的可行性和有效性。  
        关键词：柔性机构;柔顺度变化率约束;屈曲约束;拓扑优化;材料惩罚模型   
        4
        |
        100
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351320 false
        发布时间：2023-06-09

        设计·计算

      • 叶建华,李东煜,林佳,曾寿金,韦铁平,许明三
        2022(6): 1380-1386. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.016
        摘要：针对人体骨结构的弹性模量与金属材料相差悬殊、调控困难等问题，以减低或消除广跨度下的“应力屏蔽”效应为目标，引入具有非常规变形机制的负泊松比超材料，开展广跨度低弹性模量的多孔微结构的设计与实验研究。选用负泊松比内凹单元，设计不同控制参数和孔隙率的三维胞元多孔微结构；采用选区激光熔化成型技术制备实验样件，通过压缩试验揭示强度、弹性模量等力学性能与结构参数间的影响规律，评测负泊松比微结构与人骨的匹配度。试验结果表明：内凹六边形多孔结构的可制造性较好，成型质量与内凹角、孔隙率具有相关性；六边形内凹负泊松比结构的力学性能高度依赖于胞元的几何结构和孔隙率。相较于正泊松比，负泊松比内凹结构在相同的孔隙率下具有更低的弹性模量和相近的屈服强度，能对高弹性模量的316L不锈钢骨材料进行0.47 GPa～1.75 GPa的广跨度调控。可见，负泊松比内凹微结构在人体骨结构的应用上具备潜在优势。  
        关键词：负泊松比材料;骨结构;多孔材料;力学性能   
        4
        |
        208
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351445 false
        发布时间：2023-06-09
      • 徐先锋,陈周晓,黄智刚,邢鹏飞
        2022(6): 1387-1394. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.017
        摘要：弱风化凝灰熔岩地层作为一种极硬岩地层，岩体抗压强度高，顶管施工难度大，若刀盘强度和刚度不足则极易发生安全事故。为研究D2000复合地层泥水平衡顶管机刀盘在凝灰熔岩地层下的力学性能，对刀盘模型进行静力学分析，得到了刀盘的等效应力和变形云图，确定危险位置位于正面滚刀安装侧板底部，最大等效应力值为178.21 MPa,最大变形量为0.50 mm,结果符合刀盘材料强度和刚度要求。对刀盘进行轻量化设计，得到最大应力、最大变形量以及刀盘质量随刀盘厚度减小的量变化规律，改进后的刀盘应力和变形满足优化约束条件，且其质量与未优化前相比减小8.23%,满足刀盘轻量化设计要求。  
        关键词：顶管机;刀盘结构设计;有限元分析;优化   
        2
        |
        45
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350318 false
        发布时间：2023-06-09
      • 孙楠,周开发,王帅,马雯怡,郭东灵
        2022(6): 1395-1401. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.018
        摘要：针对传统防撞垫结构对车辆造成的碰撞力过大问题，设计了一种基于单周期极小曲面(Singly Periodic Minimal Surface, SPMS)的夹层结构的新型可导向防撞垫。首先，利用Mathematica探究了SPMS隐函数表达式中a、b、c三个参数的改变对结构形式的影响规律。然后，对SPMS结构进行准静态压缩有限元仿真。最后，建立车辆-防撞垫碰撞模型系统，在100 km/h的车速下进行了实车碰撞仿真。研究结果表明：参数a、b的改变会使结构呈现周期性旋转对称变化，参数c的改变会改变SPMS结构亏格的大小，最终确定参数a、b、c的最优值分别为1、0.3、0。通过实车碰撞模拟，与传统防撞垫相比，新型防撞垫在正碰、侧碰工况下，峰值碰撞力分别下降了37.5%和18.8%。该新型防撞垫能够有效降低碰撞力，同时吸收冲击破坏下的巨大能量，具有良好的工程借鉴价值。  
        关键词：单周期极小曲面;可导向防撞垫;耐撞性能;有限元方法   
        5
        |
        94
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350366 false
        发布时间：2023-06-09
      • 赵丽娟,司欢欢,施磊,金鑫,张美晨
        2022(6): 1402-1410. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.019
        摘要：为解决煤矿综采工作面采煤机煤岩界面智能识别的问题，提出了一种基于信息物理融合系统(Cyber Physical Systems, CPS)的采煤机煤岩识别系统结构。并针对该系统进行了混合系统仿真设计，构建了基于Ptolemy II的无线传感网系统模型，完成了无线传感器节点的设计与建模。并对系统进行整体仿真，从物理样机系统中提取实验数据，基于小波包特征提取及PSO-BP神经网络算法构建了信息处理系统模型，通过Ptolemy II与Matlab联合仿真，验证了基于CPS的煤岩识别系统的可靠性。仿真结果表明：系统联合仿真的平均误差值比单一方法仿真得到的结果偏大，最大误差为0.027 924,误差仍在许可范围内。通过混合系统仿真得到的结果更加真实反映了采煤机煤岩识别过程，预测精度较高，研究为CPS混合系统建模与仿真提供一定贡献。  
        关键词：煤岩识别;Ptolemy Ⅱ;系统仿真;CPS;采煤机   
        4
        |
        152
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350393 false
        发布时间：2023-06-09
      • 吴祎煌,张俊
        2022(6): 1411-1418. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.020
        摘要：接触特性是表征齿轮传动性能的重要指标。为明晰双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的接触特性，利用有限元法对其进行加载接触分析。首先，基于啮合原理推导双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程并生成齿轮副的三维模型；其次，利用Ansys Workbench建立齿轮副有限元模型，分析了双圆弧锥齿轮副的齿面啮合状态；最后，分析负载与安装误差对齿轮副传动性能的影响规律。结果表明：双圆弧弧齿锥齿轮存在分别位于凹、凸齿面上的双点接触状态，且锥齿轮靠近小端部位为应力危险点；增大负载有利于提高齿轮啮合的重合度，降低齿间载荷分配系数，一定程度上可提高齿轮传动的平稳性；安装误差对齿轮副齿面接触状态有较大影响，负向偏置误差与正向章动角误差不利于齿轮承载与传动稳定，在实际应用中应合理调控。  
        关键词：双圆弧弧齿锥齿轮;章动传动;接触特性;安装误差   
        5
        |
        228
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350305 false
        发布时间：2023-06-09
      • 周川,赵春花,独亚平,郭嘉辉,张立强
        2022(6): 1419-1425. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.021
        摘要：借助理论分析和数值仿真，研究了二维绝对节点坐标低阶梁单元和高阶梁单元模态参数。推导了考虑泊松效应的低阶和高阶梁单元1阶厚度固有频率解析解。基于广义特征方程获得了绝对节点坐标剪切梁单元的弯曲、轴向、剪切和厚度四种固有频率和固有振型。以简支梁结构为实例，分析了剪切梁单元多项式位移模式对弯曲、轴向、剪切和厚度四种固有频率和固有振型的作用规律。研究结果表明：绝对节点坐标剪切梁单元高阶多项式位移模式需要同时引入横向和纵向高阶项x2和y2,它们主要影响的是弯曲和轴向模态参数，对剪切和厚度模态参数影响较小，且低阶和高阶单元1阶厚度固有频率和它们的解析解均比较接近。  
        关键词：绝对节点坐标法;多项式位移模式;固有频率;固有振型;剪切梁单元   
        3
        |
        78
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350380 false
        发布时间：2023-06-09
      • 李贵,丁利芬,罗铭,梁仁杰,张孝迪
        2022(6): 1426-1434. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.022
        摘要：在机械系统中提高轴类零件的设计过程与完善轴类零件的优化指标可以有效提高整个装备的使用性能，同时节省设计工期，保障设计效率。通过总结轴类零件的研究现状与进展，对轴类零件传统设计准则、参数化设计、优化设计等三个方面进行综合分析，研究发现了轴类零件的设计过程中存在的主要问题，提出基于工况分析的轴类零件的设计过程、实现多目标优化的闭环设计、建立轴类零件集成化设计平台与系统并利用数字孪生体进行超前设计等方面的建议，总结和展望了轴类零件设计的未来发展趋势，为实现轴类零件的综合设计提供一个重要的研究方向，同时也为轴类零件的智能化发展提供思路。  
        关键词：轴类零件;设计准则;参数化设计;优化设计;多平台集成   
        4
        |
        178
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351392 false
        发布时间：2023-06-09
      • 罗雅梅,杨练根,王斌,邵光保,何涛,朱永平
        2022(6): 1435-1442. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.023
        摘要：传统的转向节耐久性试验台只能进行单轴加载试验，不能完全模拟实际路况下转向节的受力状况。针对此问题，提出了一种模拟实时路况、四轴加载的转向节耐久性试验系统。首先构建了试验系统机械部分的三维模型，对立柱的强度进行了设计并对关键硬件进行了选型；其次利用Ansys Workbench进行模态分析，得到了试验系统的前6阶振型及固有频率，再通过理论计算出轮胎传递给转向节的外界激励频率分别为8.47 Hz和104.4 Hz,与机械子系统的固有频率不一致，验证了试验系统在标准加载频率范围内不会产生共振现象；最后，搭建了试验系统并进行了测试，将采集的数据利用Matlab进行FFT频谱分析，得出加载力的误差最大为0.95 kN,远小于最大允许误差±2.5 kN,频率的平均误差为1.35%。结果表明，转向节耐久性试验系统的性能满足要求，能模拟实际工况，为转向节耐久性试验提供了可靠的理论依据。  
        关键词：转向节;耐久性;试验系统;模态分析;Ansys   
        4
        |
        75
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351459 false
        发布时间：2023-06-09

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 曹蕾蕾,王严,王留涛,宋绪丁,郭城臣
        2022(6): 1443-1454. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.024
        摘要：大型焊接结构在各重大装备领域有着广泛的应用，其寿命评估对于设备安全服役至关重要。对大型焊接结构疲劳寿命评估方法进行了综述，对名义应力法、缺口应力法、热点应力法、等效结构应力法的原理、思路、优缺点及各自适用范围进行了比较、分析和总结，结果表明：名义应力法简单方便，可用于各领域的简单焊接结构分析；热点应力法在海洋船舶领域应用最为广泛；缺口应力法建模及求解过程复杂，对焊趾和焊根的疲劳分析均适用；等效结构应力法具有网格不敏感性，可以通过一条主S-N曲线将各种焊接接头的应用统一起来，具有良好的工程应用潜力。在此基础上，分门别类地介绍了轨道交通、船舶、桥梁、工程机械、车辆等领域大型焊接结构疲劳寿命评估的现状；分析了大型焊接结构疲劳寿命预测的主要难点和问题，为今后大型焊接结构的疲劳寿命评估方法的发展提供参考和思路。  
        关键词：疲劳寿命;焊接结构;疲劳评估方法;综述   
        6
        |
        453
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350325 false
        发布时间：2023-06-09
      • 段恒,刘庞轮,蒋炳炎,折世强,娄锐
        2022(6): 1455-1460. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.025
        摘要：从起落架疲劳寿命预测的实际问题出发，研究包含表面处理的起落架零件疲劳寿命的预测模型。介绍了传统局部应力-应变法的计算过程，系统阐述了局部应力-应变法对疲劳寿命预测的影响因素；实际工程研究表明，使用局部应力应变法预测起落架疲劳寿命的主要因素是表面处理和表面粗糙度；通过修正应变-寿命曲线，提出了一种起落架零件疲劳寿命预测模型。2个算例表明：预测结果与试验结果吻合较好，给出的不同结构表面状态下应变-寿命曲线的修正方法是合理的。  
        关键词：起落架;局部应力应变法;应变寿命曲线;寿命预测   
        4
        |
        85
        |
        1
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351375 false
        发布时间：2023-06-09
      • 杨航,木合塔尔·克力木,吴闯,杨海坤
        2022(6): 1461-1468. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.026
        摘要：为了评估支架厚度对植入血管后疲劳强度的影响，建立血管、支架与血液三者的双向流-固耦合模型，通过有限元分析计算方法，采用Ansys软件模拟分析支架植入过程中及植入后的疲劳行为，实现了结构固体力学分析与流体动力学分析的耦合计算，得到了支架在一个血液脉动载荷作用下的数值结果。根据模拟结果，通过Goodman准则与动态安全因数对植入后的支架进行疲劳性能评估。结果显示，血液的多组分性对支架的应力波动影响较大；支架的厚度对于支架应力分布几乎不产生影响，但是对疲劳性能影响较大。  
        关键词：有限元;流-固耦合;疲劳;Goodman准则;动态安全系数   
        7
        |
        129
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350337 false
        发布时间：2023-06-09
      • 袁宏伟,杨杰,崔巍,陈浩峰
        2022(6): 1469-1475. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.027
        摘要：以核电安全端异种金属焊接接头(DMWJ)为研究对象，选用4个不同拘束的含中心裂纹单边缺口弯曲(SENB)试样，通过质量加速度施加法，分别对其施加5个地震烈度和3个实际地震下的竖向地震载荷，对不同竖向地震载荷和不同拘束下核电站DMWJ的断裂行为及竖向地震载荷与拘束效应的交互作用进行数值模拟。结果表明：随着地震烈度的增加，DMWJ的J-R曲线逐渐降低。与高拘束相比，低拘束时J-R曲线降低较为明显，这与不同拘束下DMWJ的断裂模式有关。实际地震载荷所引起的J-R曲线的改变不仅与地震震级有关，还与地震波的加速度时程曲线有关。  
        关键词：地震载荷;拘束效应;异种金属焊接接头;断裂行为;竖向地震   
        3
        |
        42
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351430 false
        发布时间：2023-06-09
      • 赖余东,门群森,孙士平,邱星
        2022(6): 1476-1481. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.028
        摘要：针对某SUV排气系统吊挂车身侧结构开裂问题，采用整体分析与局部分析相结合的计算流程开展了吊挂车身侧结构强度校核研究。首先，基于Hyper Works软件建立排气系统有限元模型，以实车道路频域加速度路谱为激励源进行整体频响分析，获得车身侧吊挂点的动态响应载荷；其次，建立车身侧局部结构的有限元模型，完成动态载荷峰值作用下吊挂点车身侧结构响应分析。分析结果表明，车身侧结构最大应力达到材料屈服强度的125.3%,是导致结构开裂的主要原因，结构高应力分布与实车结构开裂脱落区域吻合，说明所采取的计算流程是可行的。根据分析，改进了吊挂结构，仿真结果显示改进方案的最大应力仅为原方案的9.1%,满足了强度要求，并顺利通过整车道路耐久试验。  
        关键词：整体-局部计算流程;排气吊挂;频率响应;强度校核   
        7
        |
        37
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350418 false
        发布时间：2023-06-09
      • 魏来,侯祥林,张宇,付雪艳
        2022(6): 1482-1489. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.029
        摘要：以角接触球轴承支承的转子-轴承系统为研究对象，应用拉格朗日方程，推导建立了转子-轴承系统动力学模型，基于Archard模型，建立了包含润滑影响的轴承磨损深度计算模型，磨损深度以轴承游隙的形式引入到系统动力学模型中。分析了转子转速、轴承预紧和转盘位置等参数影响下，转子系统的动态特性与轴承磨损的演化规律。结果表明，轴承磨损对转子动态特性的影响与转子转速和轴承预紧密切相关；转盘位置的改变没有导致转子动态特性随轴承磨损深度的显著变化；转子转速显著影响轴承的磨损，轴承预紧对轴承磨损影响较小，转盘位置变化引起各轴承磨损深度的微弱差异。  
        关键词：转子-轴承系统;角接触球轴承;轴承磨损;轴承预紧;动态特性   
        5
        |
        167
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351512 false
        发布时间：2023-06-09
      • 袁菲,刘富,柴亚南,陈向明,林国伟,李新祥
        2022(6): 1490-1497. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.030
        摘要：复合材料加筋壁板结构广泛运用于现代飞机中，此类结构在工作状态下容易发生屈曲，大量试验表明飞机复合材料加筋薄壁结构破坏的主要原因是蒙皮与筋条间的脱粘。针对帽型单筋板内部包覆层对界面脱粘起始的影响进行了研究，对帽型筋条内部全包带捻子条、半包带捻子条、不包带捻子条的三种构型进行了试验和有限元分析。分析中蒙皮与内包层之间采用三维实体单元模拟界面胶层，采用Hashin准则作为复合材料失效判据。分析得到的破坏形式与极限载荷与试验吻合良好，证明了该方法的有效性，同时研究了内包层对凸缘蒙皮之间脱粘起始的影响和凸缘蒙皮间脱粘的历程。  
        关键词：复合材料;帽型单筋板;内包层;脱粘;破坏载荷   
        5
        |
        43
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350457 false
        发布时间：2023-06-09

        研究简报

      • 宋聪聪,李家琦,魏冰阳,戴化,佘定君
        2022(6): 1498-1503. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.031
        摘要：针对航空锥齿轮薄壁辐板的动态响应及结构振动抑制问题，提出了减振孔型结构优化设计方案。以某型航空弧齿锥齿轮为例，建立了弧齿锥齿轮模型，采用Lanczos法计算了齿轮的固有特性，分析了前6阶固有频率与激振力的频率裕量；用模态叠加法进行了谐响应分析，研究了不同孔型辐板的动态响应特性及其对振动传递的抑制作用；利用正交试验设计、仿真分析，优选了辐板孔型结构参数。结果表明，在等面积、等数量的条件下，三角型、圆型、枕型、腰型四种孔型振动响应依次递减；优化后的腰型孔能够有效抑制振动传递，提高锥齿轮传动的平稳性。  
        关键词：弧齿锥齿轮;模态分析;正交试验;动态响应   
        6
        |
        95
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350472 false
        发布时间：2023-06-09
      • 燕碧娟,张鹤峰,王志霞,寇保福,吴凤彪
        2022(6): 1504-1509. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.032
        摘要：针对驱动轮轮齿在恶劣工作环境中容易断裂问题，采用RecurDyn软件建立了不同轮齿数驱动轮履带行走机构虚拟样机模型，并通过有限元软件WorkBench将驱动轮轮齿柔性化，建立以驱动轮轮齿为柔性体的刚柔耦合模型。在排岩机典型工况下，对驱动轮进行仿真，得到其与履带板接触载荷、不同齿数驱动轮轮齿应力云图，在其基础上，对九齿驱动轮轮齿进行疲劳寿命分析。结果表明：增加驱动轮轮齿齿数，驱动轮轮齿根部区域最大应力会减小；驱动轮轮齿根部区域为轮齿最为薄弱位置，在转向工况下疲劳寿命最短，研究结果为驱动轮设计优化提供依据。  
        关键词：排岩机;驱动轮;刚柔耦合;动态应力;疲劳寿命   
        6
        |
        115
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350480 false
        发布时间：2023-06-09
      • 邓继涛,程计栋
        2022(6): 1510-1514. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2022.06.033
        摘要：采用有限元法对车身进行重力变形分析，发现车顶横梁是车身制造过程中容易发生较大重力变形的零件。通过研究车顶横梁重力变形与零件板厚、拱度和加强筋设计之间的关系，得出对横梁拱度和加强筋进行优化可有效降低车顶横梁重力变形的结论，最终通过结构优化实现车顶横梁重力变形下降48%。在车身工艺同步工程阶段采用有限元仿真方法对零件变形进行虚拟评估，可提前识别制造过程中质量风险，对于指导结构设计、降低制造成本具有重要意义。  
        关键词：车顶横梁;有限元;重力变形;结构优化   
        4
        |
        55
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36351494 false
        发布时间：2023-06-09
      • 2022(6): 1515-1524.
          
        5
        |
        10
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 36350493 false
        发布时间：2023-06-09
      0