最新刊期
      2023 年 第 1 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 周付明,刘武强,杨小强,申金星,陈赵懿
        2023(1): 1-8. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.001
        摘要：为了解决现有多尺度样本熵(Multiscale Sample Entropy, MSE)方法提取复杂序列特征时存在的计算效率低及幅值信息缺失等问题，提出精细化改进多尺度快速样本熵(Refined Improved Multiscale Fast Sample Entropy, RIMFSE)方法。首先使用快速样本熵代替传统样本熵，通过改进重构向量匹配机制大幅降低了计算成本，而后使用改进的多尺度拓展方法代替传统的粗粒化方法，避免了幅值信息的丢失。在此基础上，结合最大相关最小冗余(Max-relevance and Min-redundancy, mRMR)方法及支持向量机(Support Vector Machine, SVM)分类器提出一种新的旋转机械故障诊断方法。使用齿轮箱和轴承两个故障数据集对提出方法的性能进行验证，同时将提出的方法与MSE,复合MSE(Composite Multiscale Sample Entropy, CMSE)及精细化复合MSE(Refined Composite Multiscale Sample Entropy, RCMSE)等现有方法进行对比。结果表明，相较于MSE、CMSE及RCMSE,提出的方法在鲁棒性、计算效率及识别精度等方面均具有明显优势，为基于熵特征提取的旋转机械故障诊断提供了一种新的思路。  
        关键词：精细化改进多尺度快速样本熵;最大相关最小冗余;支持向量机分类器;旋转机械;故障诊断   
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        发布时间：2023-07-28
      • 殷健新,勾昱君,贵永亮,韩宏升,杨杰
        2023(1): 9-15. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.002
        摘要：针对TRT转子振动过高及机组运行效率低等问题，开展TRT转子动力特性的研究。采用三维软件UG进行了转子的几何建模，导入Ansys Workbench中建立了有限元分析模型，对转子动力特性-模态、临界转速和稳态不平衡响应进行了计算与分析，在此基础上用有限元模型分析了不同支承刚度和不同支承位置对转子动力特性的影响规律，并在高速转子试验台上进行了试验。研究表明，计算与试验结果相差3%以内，有限元分析结果能真实反映出转子的动力特性。支承刚度与支承位置均对转子的第1、2阶临界转速有明显影响。不平衡响应中1阶最敏感的为二级叶片位置，2阶最敏感的为头部(联轴器)位置。为其他同类型转子的动力特性计算与分析提供了参考。  
        关键词：转子动力特性;振动;TRT;模态分析;临界转速;不平衡响应   
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        发布时间：2023-07-28
      • 陆路,李竞,张路瑶,朱超威,李生权
        2023(1): 16-25. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.003
        摘要：针对四边固支板结构振动主动控制中存在的系统模型不准确性和内外干扰等问题，利用惯性作动器提出一种基于自抗扰控制器的主动控制方法，并且研究自抗扰控制器中观测器带宽、PD控制器参数，控制器增益对振动控制性能的影响。首先，建立基于惯性作动器的四边固支板振动控制系统的状态空间模型。然后，利用三阶线性扩张状态观测器估计整个振动控制系统的不确定性和状态变量。此外，从理论上分析自抗扰控制器各参数对振动控制性能的影响，以获得良好的振动控制性能。最后，基于NI-PCIe 6343采集卡搭建了半实物实验平台，并在Matlab/Simulink中desktop real-time下验证了理论分析的准确性与自抗扰控制的有效性。结果表明，自抗扰算法用于振动控制是可行的，当控制器其他参数不变时，可以在一定范围内提升观测器带宽或降低控制器增益可以提升控制效果，调节PD控制器参数对控制效果影响不大。  
        关键词：惯性作动器;四边固支板;振动主动控制;自抗扰控制   
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        发布时间：2023-07-28
      • 肖俊青,金江涛,李春,许子非,孙康
        2023(1): 26-33. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.004
        摘要：为较好地提取强噪声覆盖下滚动轴承振动信号的故障信息，提高故障诊断识别与分类精度，基于模糊熵(Fuzzy Entropy, FE)理论，提出了一种自适应白噪声平均总体经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)模糊熵与卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)结合的故障诊断方法，充分利用了模糊熵数据独立性、相对一致性以及模糊性与随机性优势。通过循环抽样求取原始信号模糊熵，利用CEEMDAN方法分解，再由皮尔森相关系数筛选最佳分量组，最终将其输入CNN进行故障诊断，并采用t-SNE流行学习算法进行聚类可视化。其结果证实了不同工况下，相比经验模态分解模糊熵、集合经验模态分解模糊熵方法，所提方法具有更强的鲁棒性与泛化性，且t-SNE可视化使结果更直观。  
        关键词：卷积神经网络;轴承;自适应白噪声平均总体经验模态分解;模糊熵;故障诊断   
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        发布时间：2023-07-28

        实验研究·测试技术

      • 段煜,陶友瑞,裴佳星,张禹
        2023(1): 34-42. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.005
        摘要：提出一种研究橡胶弹簧静态扭转刚度的方法，即结合实验研究与仿真分析研究了橡胶的结构参数、材料参数及预压量对橡胶弹簧静态扭转刚度的影响。首先，采用Mooney-Rivlin模型拟合橡胶超弹本构参数，建立了考虑预压的橡胶弹簧有限元模型。然后，对橡胶弹簧进行准静态扭转实验，验证了有限元模型的准确性。最后，基于建立的有限元模型，采用正交实验方法，研究了橡胶棒高度、直径、预压量和硬度对橡胶弹簧静态扭转刚度的影响规律。结果表明，橡胶棒的高度、直径、预压量和硬度与橡胶弹簧静态扭转刚度呈非线性关系，橡胶棒的预压量对橡胶弹簧静态扭转刚度影响最为显著。  
        关键词：橡胶弹簧;Mooney-Rivlin模型;静态扭转刚度;有限元分析;正交实验   
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        发布时间：2023-07-28
      • 贺璞,邓庆田,李新波,宋学力
        2023(1): 43-49. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.006
        摘要：使用实验测试和有限元仿真计算的方法，研究了层合多孔圆柱壳在轴向压缩荷载下的承载力性能和变形破坏模式。考虑正六边形和内凹六边形两种多孔构型，讨论了高度、直径、厚度参数对层合多孔圆柱壳轴向承载力的影响，得到了内凹多孔圆柱壳的轴压性能优于正六边形圆柱壳的结论。分析了层合多孔圆柱壳轴向压缩下的屈曲变形模式。同时，使用测试得到的材料参数仿真模拟实验结果，对照分析了仿真与实验变形特征与压缩性能。  
        关键词：层合圆柱壳;多孔结构;轴向荷载;有限元仿真   
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        发布时间：2023-07-28
      • 迟玉伦,刘斌,沈奕峰
        2023(1): 50-59. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.007
        摘要：为有效解决外圆磨削微颤振问题，提高外圆磨削产品加工质量，基于再生颤振理论建立了一种外圆磨削动力学通用模型，该通用模型引入与砂轮宽度相关的重叠因子，充分考虑工件与砂轮的再生颤振关系，可通用于外圆纵向磨削和外圆切入式磨削；运用牛顿迭代法对带有时滞的超越方程进行数值求解，并结合高斯消元法提升迭代收敛速度，利用延拓算法连续提供有效初始值，提高迭代结果的准确性，可获得准确的磨削稳定性边界。以复杂切入式磨削进行磨削颤振数值模拟计算和实验研究，实验结果表明该通用模型可有效应用于外圆切入磨削颤振过程，通过该模型选择的磨削加工参数可有效避免磨削微振纹现象，可有效提高外圆磨削加工质量和加工效率。  
        关键词：颤振;通用模型;延拓算法;稳定性   
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        发布时间：2023-07-28
      • 郭玉梁,魏冰阳,古德万,王永强,曹雪梅
        2023(1): 60-67. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.008
        摘要：低碳合金钢20CrNiMo是高质量齿轮常用的一种高强度表面硬化材料，经表面渗氮、渗碳或碳氮共渗淬火处理后有很好的齿面硬度和齿根韧性。依据有关国家标准，设计加工了若干材料试棒，完成了材料试棒的抗拉强度和拉伸疲劳强度试验。利用对数正态分布和双参数威布尔分布对试验数据进行了拟合与检验，由概率分布函数计算得到了不同置信度下的材料R-S-N曲线。材料疲劳寿命数据更符合对数正态分布。  
        关键词：20CrNiMo;疲劳试验;R-S-N曲线;数据处理   
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        发布时间：2023-07-28
      • 赵青,殷紫阳,周文,任冠霖,匡春梅,胡聪,周长江
        2023(1): 68-75. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.009
        摘要：基于去势法建立小鼠胫骨的骨质疏松模型，探究骨质疏松对胫骨力学性能的影响规律。用Micro-CT扫描小鼠胫骨得到二维切片，重构胫骨三维数字模型，分析骨小梁形状与密度。通过对胫骨进行力学性能测试及有限元仿真，研究骨质疏松对胫骨力学性能的影响。结果表明，骨质疏松造成骨小梁结构破坏和胫骨力学性能下降。相对于健康的胫骨，骨质疏松导致小鼠胫骨最大载荷减小20%,刚度与弹性模量分别减小30%和25%,力学性能仿真与实验结果具有较好的一致性。本研究可为骨质疏松的临床诊断和康复治疗提供重要依据。  
        关键词：小鼠胫骨;骨质疏松;力学性能;有限元仿真   
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        发布时间：2023-07-28
      • 李辉,高峰,李艳
        2023(1): 76-83. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.010
        摘要：通过硬质合金钻头YG10在常规干钻削、气冷、低温二氧化碳(LCO2)冷却三种绿色切削条件下钻削镍基高温合金GH4169,研究镍基高温合金的钻削性能和钻头磨损机理，旨在提高钻头加工寿命。通过分析不同切削条件下的钻头寿命、钻削力、钻削温度、钻头磨损形貌和加工表面粗糙度，结果表明，气冷与LCO2冷却均能改善切削工况，降低钻削力和钻削温度，并延长钻头寿命。气冷切削和LCO2冷却可使钻头寿命比常规干钻削分别延长33%和2.33倍。硬质合金钻头钻削镍基高温合金时对工况要求较高，不适宜工况的主要失效形式是崩刃甚至断刃，在工况适宜时的主要失效形式是黏结磨损。  
        关键词：硬质合金;镍基高温合金;绿色切削;钻头寿命;黏结磨损   
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        发布时间：2023-07-28

        微电子机械系统

      • 胡珂,魏国前,闫梦煜,冯梓彬,李阿虎
        2023(1): 84-90. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.011
        摘要：焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下，焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响，针对十字焊接接头试件，对焊趾局部的不同区域进行了金相检验，获得粗晶区和细晶区的平均晶粒尺寸，构建了虑及晶粒分布形态的二维代表性体积单元(RVE)模型，基于FIP参量和McDowell模型实现了不同晶粒分布形态对焊趾短裂纹的成核与疲劳扩展行为的模拟，结果表明，微观晶粒尺寸和取向是焊趾短裂纹成核行为的重要影响因素；晶粒分布形态对短裂纹的早期行为影响较小，但在裂纹扩展至某个阈值长度之后，影响逐渐显著；一般情况下，细晶到粗晶的过渡方式可降低短裂纹的扩展速率。  
        关键词：晶粒分布形态;焊趾短裂纹;裂纹成核;裂纹疲劳扩展;RVE模型   
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        发布时间：2023-07-28

        优化·可靠性

      • 陈建良,赵清海,李信卿,张洪信
        2023(1): 91-97. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.012
        摘要：针对内燃机活塞轻量化设计问题，提出一种基于可靠性拓扑优化的活塞点阵结构设计方法，分解为可靠性分析和确定性拓扑优化两部分分别进行求解。考虑以最小化质量为目标函数、最大应力为约束条件，建立活塞点阵结构可靠性拓扑优化数学模型。根据一次二阶矩方法将失效概率约束转变为可靠性指标约束，进而将随机变量转化为标准正态变量，根据随机变量相对于性能指标的敏度信息，进行随机变量修正并进行确定性拓扑优化设计。最后，以某型发动机活塞为例，进行确定性点阵设计与可靠性点阵设计对比研究。结果表明，相较于确定性设计，可靠性活塞点阵模型在考虑随机变量的影响下，性能更加可靠；且其质量相较于原活塞模型降低11.8%,满足活塞轻量化的设计需求。  
        关键词：内燃机活塞;点阵结构;拓扑优化;可靠性分析;轻量化设计   
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        发布时间：2023-07-28
      • 王所国,沈精虎,石乐
        2023(1): 98-104. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.013
        摘要：针对小型家用汽车盘式制动器的轻量化设计，对制动盘进行有限元分析，并进行多目标优化。通过灵敏度分析，建立制动盘各尺寸参数对制动性能及质量的贡献度，快速挑选出优化变量。以制动盘质量最轻、制动盘表面最高温度最低和最大等效应力值最小为目标函数，建立多目标优化数学模型。采用Ansys中基于控制精英策略的二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms, NSGA-Ⅱ)混合变种对其进行优化，优化后进行仿真验证，制动盘质量减轻了29.2%,并在相同工况下试验，验证了仿真结果的正确性，实现了制动盘的轻量化，为盘式制动器设计提供参考。  
        关键词：盘式制动器;轻量化;多目标优化;灵敏度分析   
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      • 李占龙,诸小武,高山铁,史青录,陈伟
        2023(1): 105-114. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.014
        摘要：挖掘机是土石方工程的主要施工机械，由于其作业对象、载荷、操作等的不确定性，挖掘机工作装置的受力情况较为复杂。液压挖掘机的工作装置主要由铲斗、斗杆和动臂构成，基于不同优化部位、不同优化目标和不同优化算法，其优化设计具有多样性和复杂性。详细介绍了关于液压挖掘机工作装置的优化方法，分别就局部与整体优化、新型结构设计与应用和现代优化架构三方面进行展开，总结了液压挖掘机工作装置的优化方式和未来发展趋势，为液压挖掘机工作装置的优化设计提供参考。  
        关键词：液压挖掘机;工作装置;优化设计;新型结构;建模仿真   
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        发布时间：2023-07-28

        设计·计算

      • 尹昕宇,高尔越,赵炎翡
        2023(1): 115-123. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.015
        摘要：难以同时实现高充电速度和长循环寿命，已成为当前锂离子电池快速充电技术的主要问题。从快速充电时电池劣化的内在机制入手，以正极活性颗粒扩散诱导应力为抓手，提出了锂离子电池快速充电的应力调控方法：在充电开始后短时间内使活性颗粒的扩散诱导应力迅速达到强度，并在随后充电过程中使扩散诱导应力保持在强度值。进一步地，为解决应力调控充电方案初始无限大电流的问题，提出了包含初始恒流阶段和应力调控阶段的恒流-应力调控充电方案。通过与传统恒流充电、升压充电和指数电流充电方法对比，提出的快速充电应力调控方法能有效实现充电速度、峰值应力和可用容量的最优化平衡。  
        关键词：锂离子电池;快速充电;扩散诱导应力;容量衰退   
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      • 王振,陈国平,惠旭龙,何欢
        2023(1): 124-130. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.016
        摘要：为提升负泊松比结构的力学性能，基于旋转刚体结构与内凹多边形结构的变形机理，将常规内凹六边形旋转一定角度，得到旋转内凹六边形负泊松比结构。首先，推导了该结构的相对密度、等效弹性模量、等效泊松比等等效性能的理论公式，并通过仿真计算加以验证。利用有限元软件LS-Dyna进行模拟计算，对比分析了旋转内凹六边形与常规内凹六边形在不同冲击速度下的动力学特性，讨论了旋转内凹六边形负泊松比结构的吸能特性与胞壁厚度、旋转角度、夹角等结构参数之间的关系。结果表明，该结构的名义应力-应变曲线具有多段平台应力特征，与同质量的常规结构相比，该结构平台应力段更长，能量吸收性能更优异。该研究为提升多胞结构的抗冲击动力学性能提供了思路。  
        关键词：负泊松比;质量比吸能;吸能特性;有限元仿真;动态压溃   
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      • 张晨帆,邓庆田,李新波,侯兆阳
        2023(1): 131-140. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.017
        摘要：采用有限元仿真和实验测试方法，以三种加筋肋构型为研究对象，分析了在给定材料参数和加筋板几何参数的情况下，加筋肋构型对加筋板结构的力学行为的影响，并采用正弦曲线代替直线的方法对结构进行优化计算。研究表明，正方构型45°方向分布时对板加固效果优于正向分布，正六边形与内凹形构型竖直方向分布时对板加固效果优于水平方向分布与45°方向分布；加筋构型孔隙夹角越小对板加固效果越好；加筋层采用正弦曲线代替直线边界可显著提高加筋板的承载能力；通过对加筋板加筋层裂纹路径的分析，可得在加筋板弯曲变形后加筋层均是在承载位置处沿着纵向肋壁扩展。  
        关键词：加筋板;加筋肋构型;承载能力;加固效果   
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      • 崔建昆,夏娟,周孔涛
        2023(1): 141-147. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.018
        摘要：将直线共轭齿廓与少齿差行星齿轮传动相结合，以直线共轭少齿差行星齿轮减速器为研究对象，通过有限元模态分析获得了减速器的结构固有频率与振型，表明减速器具有良好的结构动态特性；通过振动特性仿真分析获得该减速器在典型工况下的振动规律，并进行振动测试实验，振动实验结果与仿真结果吻合。振动特性研究结果表明，输入转速对直线共轭少齿差行星齿轮减速器的振动幅值与频率有明显影响。  
        关键词：直线共轭;少齿差;行星减速器;有限元模态;振动特性   
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        发布时间：2023-07-28
      • 王文胜,尚鑫
        2023(1): 148-155. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.019
        摘要：开孔广泛应用在船舶和海洋结构，这些开孔主要用于检查，并且适合于管道布置和结构减重等其他用途。开孔的存在降低了结构的强度，因此在结构设计阶段开孔板受到高度重视。在这种情况下，造船厂常采用局部增强的办法使开孔板能够满足结构屈曲和极限强度要求，但对加强开孔板的定量评估工作稍显不足。为了减少结构强度的降低，翻边开孔常作为一种补强方法来实现结构屈曲和极限强度的增加，但目前没有针对具体开孔参数的标准方法或建议。通过一系列数值分析，研究了在边缘剪切载荷作用下圆形翻边开孔参数(开孔半径、翻边长度及角度)对不同厚度翻边开孔板屈曲和极限强度的影响。研究结果可以为实际结构的翻边开孔设计提供参考。  
        关键词：翻边开孔板;边缘剪切;屈曲;极限强度   
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        发布时间：2023-07-28
      • 郭晓强,李潇,柳军,黄亮,方达科,魏安超
        2023(1): 156-168. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.020
        摘要：针对高温高压高产(三高)气井油管柱磨损失效问题，采用微元法、能量法结合哈密顿原理建立了油管柱非线性流致振动模型，模型考虑了井眼轨迹变化、井筒温度压力变化和套管接触碰撞等因素，通过开展油管柱振动模拟试验验证了模型的正确性和有效性。基于White-Fleisher磨损理论，提出了三高气井油管柱磨损量和磨损深度计算方法，试验测定了油管柱摩擦因数和磨损效率，在此基础上，系统分析了产量、井斜角、井段长度、封隔器位置和扶正器位置对油管磨损特性的影响规律，提出了现场油管柱防磨、减磨方法，即：随产量的增加，管柱磨损寿命呈现降低的趋势，且存在一个突变产量，现场配产设计时，采用提出的分析方法确定突变产量，使现场配产远离突变产量；井眼轨迹设计时，尽量减小直井段长度，增加造斜段长度和稳斜段井斜角，提高油管寿命；封隔器和扶正器设置都存在一个最优位置，此位置与井身结构、管柱结构的因素有关，需采用提出的分析方法确定最优位置，指导井下工具的设计。研究成果可有效提高三高气井油管柱的使用寿命。  
        关键词：三高气井;油管柱;非线性流致振动;磨损特性;磨损失效机理   
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        发布时间：2023-07-28
      • 肖腾,何泽银,冉雄涛
        2023(1): 169-175. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.021
        摘要：针对国家标准无法准确计算变压力角滚刀加工圆柱斜齿轮的齿根弯曲应力问题，提出一种考虑变压力角滚刀加工的齿轮弯曲应力计算修正算法。引入一假想滚刀与当量直齿轮啮合，基于共轭啮合条件建立齿根过渡曲线方程，并根据Euler-Savary公式给出齿根任意点曲率半径计算方法；结合GB/T 3480—1997计算基于变压力角滚刀加工齿轮的齿形系数与应力修正系数，得到齿根弯曲应力修正值。而后，借助Kisssoft/Romax解析解、有限元数值解，验证齿根弯曲应力修正算法的合理性。研究结果表明，齿根弯曲应力修正算法可准确计算基于变压力角滚刀加工齿轮的齿根弯曲应力；齿根弯曲应力修正算法可弥补采用GB/T 3480—1997无法计算变压力角滚刀加工圆柱斜齿轮的齿根弯曲应力的缺陷，实现齿轮强度设计和实际加工的无缝对接，解决计算模型和实物不一致的问题。  
        关键词：齿根应力修正;齿根过渡曲线;齿形系数;应力修正系数;变压力角滚刀   
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        发布时间：2023-07-28
      • 豆征,李勇,陈永刚
        2023(1): 176-182. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.022
        摘要：由于自动机曲柄连杆机构的质心在纵向不断运动，在高低过载交替发生的情况下，曲柄和连杆受到交替时变惯性载荷作用，产生动挠度，引起自动机柔性冲击；对柔性冲击的成因、特点进行分析，根据达朗伯原理中对惯性载荷的定义，在有限元分析中作为边界条件引入惯性载荷；在马蒙托夫时变规律火药气体作用条件下，对曲柄连杆机构进行运动仿真分析，得到了曲柄和连杆过载、跃度变化规律；再用有限元法对曲柄连杆进行了惯性载荷作用下动挠度(形变量)分析，结果表明，连杆在过载大于25 000 m/s2时成为振动的主要根源，降低转动副中心距和质心附近质量分布，可以降低动挠度，进而降低柔性冲击。  
        关键词：自动机;柔性冲击;动挠度;曲柄;连杆   
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        发布时间：2023-07-28
      • 韩广,郄彦辉,班宝旺
        2023(1): 183-189. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.023
        摘要：负泊松比(Negative Poisson’s Ratio, NPR)结构优异的能量吸收和体积变化可调能力，使其在航空航天、生物医学和军工设备等领域具有广泛的应用前景。提出了一种水平和铅垂方向具有负泊松比特性而45°方向具有正泊松比特性的新型斜十字结构，并利用能量法和卡氏第二定理，推导了该结构的等效弹性模量、等效泊松比及相对密度的解析表达式。利用有限元模拟和实验测试，验证了解析表达式的正确性。同时，给出了几何参数对结构等效弹性模量和泊松比的影响规律。研究结果完善了该类结构在力学性能方面的研究，为其在工程实际中的推广和应用提供了理论依据。  
        关键词：负泊松比;力学性能;拉胀结构;胞元结构;能量法   
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        发布时间：2023-07-28

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 吴志豪,吴兵
        2023(1): 190-197. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.024
        摘要：电制动失效时的摩擦制动热负荷引起的制动盘热疲劳损伤是影响列车运行安全的重要因素。建立地铁列车轴装制动盘摩擦制动三维有限元模型，调查了制动盘在一次常用制动、一次紧急制动两种制动工况时的热-力耦合情况，获得制动盘在两种制动方式下的温度场和应力场。仿真结果表明，不同工况下制动盘面的温度分布具有相似规律，即在制动初期，盘面温度迅速上升并很快达到峰值点166.81℃和151.5℃,随后盘面温度缓慢下降。应力场初始以机械应力为主，随着制动温度的上升，热应力成为主要影响因素。应力场与温度场分布相似，但应力峰值延后于温度峰值出现。热应力在制动中会引起材料损伤积累，导致制动盘疲劳开裂。  
        关键词：制动盘;温度场;应力场;热-力耦合   
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        发布时间：2023-07-28

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 杜建,黄丽美,魏敏先,董国疆
        2023(1): 198-208. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.025
        摘要：不同类型的台架载荷谱对转向节的疲劳损伤影响规律有所不同，因此探求精确的载荷谱编辑方法仍是亟待解决的重要问题。以经过校验后试验场载荷谱为数据来源，简化了冗余的转向节耐久规范；通过悬架运动学及柔顺性(Kinematics Compliance, KC)试验和虚拟迭代法，从静态与动态验证了整车多体动力学模型的准确性；采用时域编辑法，生成了保留时域与频域特征的转向节台架随机谱；基于损伤等效原则创建了转向节四级台架程序谱；从统计转向节关键点各方向的伪损伤值占比出发，以转向节模态试验验证后的有限元模型为载体，搭建了转向节多轴虚拟台架；应用模态应力恢复法，讨论分析转向节虚拟台架下的原始谱、台架随机谱、台架程序谱对其疲劳损伤的影响，结果表明三者激励下的转向节疲劳损伤分布保持一致，台架随机谱与台架程序谱较原始谱最大损伤比分别为0.75和1.7,验证了台架载荷谱编辑方法的准确性，说明了转向节虚拟台架的工程实用性；最后，通过虚拟台架传递矩阵确定了引起转向节疲劳损伤的载荷与道路类型，为结构改进提供数据支撑。  
        关键词：转向节;多体动力学;虚拟迭代;台架试验;载荷谱;疲劳损伤   
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        发布时间：2023-07-28
      • 陈奔,嵇玉辰,梁一恒,王晓笋
        2023(1): 209-217. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.026
        摘要：变压器油箱箱体遍布焊缝，在振动工况下，油箱疲劳破坏常发生于角焊缝内部缺陷位置处。为分析角焊缝缺陷对变压器油箱疲劳寿命影响，建立了变压器油箱箱体有限元模型，根据油箱振动测试数据在nCode软件中对油箱整箱侧壁角焊缝进行疲劳分析，得到无缺陷情况下变压器油箱整箱侧壁角焊缝的疲劳寿命。取整箱侧壁角焊缝疲劳最危险角焊缝，进一步建立局部含缺陷角焊缝模型，分析含气孔、夹渣缺陷时变压器油箱角焊缝的疲劳寿命的影响规律。最终发现：对于夹渣缺陷，夹渣弹性模量与焊缝弹性模量相差越大，越容易造成疲劳破坏，且软夹渣较硬夹渣更为危险；气孔缺陷尺寸的增大会造成疲劳寿命的减少，而气孔位置越靠近焊根，疲劳寿命越小；且气孔缺陷较夹渣缺陷更容易造成疲劳破坏。  
        关键词：变压器油箱;角焊缝;焊接缺陷;疲劳寿命   
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        发布时间：2023-07-28
      • 曹惠玲,张昊
        2023(1): 218-227. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.027
        摘要：基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据，提取右发高压涡轮转速比N2(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型，结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件，采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解，得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测，重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响，最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明，叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高，预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近，可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。  
        关键词：QAR数据;载荷谱;高压涡轮叶片;流热固耦合;冷却;疲劳-蠕变寿命   
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        发布时间：2023-07-28
      • 邹喜红,苟林林,熊锋,王超,蒋明聪,林于强,王万英
        2023(1): 228-236. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.028
        摘要：提出了基于实测载荷谱的电驱动总成差速器壳体疲劳寿命分析方法。以某电动汽车电驱动总成差速器壳体为研究对象，建立了壳体有限元模型，进行了模态仿真分析，并进行了试验验证。在此基础上，以差速器壳体实测载荷谱作为载荷输入，以实车行驶工况为边界约束条件，对差速器壳体进行了动力学仿真分析。综合电驱动总成差速器壳体动力学有限元分析结果、名义应力法及壳体修正S-N曲线，对电驱动总成差速器壳体疲劳寿命进行了分析和研究。结果表明，差速器壳体疲劳失效位置与实际行驶时疲劳失效位置一致，基于实际行驶载荷谱能够准确分析差速器壳体实际行驶疲劳寿命情况。  
        关键词：电驱动总成差速器壳体;模态试验;实测载荷谱;动力学分析;疲劳寿命   
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        发布时间：2023-07-28

        研究简报

      • 卢胜东,王思瀚,赵子雁,赵国超,王慧
        2023(1): 237-243. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.029
        摘要：旋转式激振阀是高频高压电液激振系统的关键元件之一，其动态特性的好坏直接影响整个激振系统的工作性能。为了分析旋转式激振阀流-热-固多场耦合作用下的动态特性，首先基于Fluent仿真，通过滑移网格方法对旋转式激振阀的流场进行动态模拟，并实测旋转式激振阀流量对仿真结果进行验证，然后使用Ansys对旋转式激振阀进行流-热-固多场耦合仿真，探究进出口压差分别为ΔP=5 MPa、ΔP=10 MPa、ΔP=15 MPa和油液温度分别为20℃、40℃、60℃时旋转式激振阀的热特性与热变形规律。研究结果表明，旋转式激振阀内部流场和温度场分布不均匀，流体在接近阀芯阀体壁面处的温度较高，中心温度较低，旋转式激振阀出口处由于流体冲击产生局部高温，导致阀芯凹槽以及阀体出油口会有热变形，进出口压差ΔP=15 MPa时，热变形可达3.789 4μm;进油温度为60℃时，热变形可达7.701 7μm。因此选择合适的进出口压差和油液温度有利于旋转式激振阀的工作特性。该研究对于旋转式激振阀的结构设计和优化提供了理论数据。  
        关键词：旋转式激振阀;流场;流-热-固耦合;热变形   
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        发布时间：2023-07-28
      • 刘本领,吴保全,张涛,林忠亮,柴金宝,王洪飞,白清顺
        2023(1): 244-249. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.030
        摘要：为了解决螺栓连接松动失效问题，基于自主研制的航空用自锁螺栓，开展锁紧涂层对自锁螺栓锁紧性能影响的研究，探究涂层材料为二硫化钼(MoS2)、尼龙11(PA11)和聚氯乙烯(PVC)时螺栓的锁紧效果。在探究螺栓连接松动机理的基础上，引入螺纹表面涂层以增大螺纹副间的摩擦因数，提高锁紧性能。采用有限元方法，通过建立螺纹轮廓数学模型，精确网格划分和边界条件载荷设定等，对三种航空用锁紧涂层材料的自锁螺栓锁紧力矩进行了仿真分析，并选择其中的一种材料进行了台架试验验证。结果表明：有限元仿真时，锁紧涂层材料为MoS2、PA11和PVC,锁紧力矩平均值分别为1.06 N·m、1.95 N·m和2.18 N·m, PA11材料作为涂层时，更接近美标IFI524中最大锁紧力矩小于等于2.05 N·m的要求；台架试验验证涂层材料为PA11的锁紧螺栓锁紧力矩平均值为1.82 N·m,与仿真分析值相比在合理的波动范围内，PA11作为涂层材料满足实际生产需求。  
        关键词：自锁螺栓;涂层材料;数值模拟;锁紧力矩   
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        发布时间：2023-07-28
      • 高洁,李超
        2023(1): 250-254. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.01.031
        摘要：某型飞机为了降低翼盒变形对扰流板舵面的影响，两端悬挂位置采用连杆机构支持。在进行刚度特性试验时发现，扰流板结构监测数据出现与常规舵面试验规律不符的跳跃式变化趋势。针对这一问题，首先利用鱼刺法对试验现象进行分析，快速准确地对现象原因进行定位后，采用基于Patran/Nastran平台的几何大变形非线性分析方法对结构重新进行分析，最后得到了与试验吻合良好的数值计算曲线，并对影响结构支持刚度的因素及解决大变形问题进行了讨论。为柔性机构动力学问题提供了一种解决方案，其计算讨论结果对设计改进具有指导和参考价值。同时，对试验现象的原因定位过程可为其他试验提供思路借鉴。  
        关键词：扰流板;连杆机构;鱼刺法;大变形   
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