最新刊期
      2023 年 第 2 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 孙永朋,彭珍瑞,白钰
        2023(2): 255-261. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.001
        摘要：针对随机模型修正精度和效率低的问题，提出一种基于Kriging模型和小波包能量谱的随机有限元模型修正方法。首先，假设模型待修正参数和响应特征均服从正态分布，将不确定性的模型修正转化为均值和标准差的修正；其次，将待修正参数作为Kriging模型输入，加速度频响函数经过小波包分解后提取的结点能量作为输出，引入政治优化算法优化相关系数以构造Kriging模型；然后，将最小化试验响应与预测响应之差的绝对值作为修正均值的目标函数，最小化交叉熵作为修正标准差的目标函数，通过政治优化算法先后修正参数均值和标准差；最后，以空间桁架结构为例，选取弹性模量和密度为待修正参数验证该方法的可行性。结果表明，所提方法能够有效地修正结构参数均值和标准差，修正后的参数均值、标准差的误差分别低于0.1%、3.5%。  
        关键词：模型修正;加速度频响函数;交叉熵;小波包能量谱;Kriging模型   
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        发布时间：2023-06-09
      • 秦波,罗权毅,冯卫卫,张鹏,赵振华,李子贤,王卓
        2023(2): 262-270. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.002
        摘要：在数据驱动的滚动轴承状态智能辨识中，针对辨识模型构建过程中由于学习样本“质量差”造成其故障识别率低的问题，提出一种如何筛选学习样本的准则来提升基于深度置信神经网络滚动轴承智能辨识模型识别率的方法。首先，基于变分模态分解将具有时变调制特性的滚动轴承振动信号分解为有限个表征原信号不同成分的本征模函数分量；其次，根据其故障能量波动及其相关来量化并评估上述每个分量包含故障成分的比重，并据此对振动信号进行筛选重构来获取学习样本；最后，将上述学习样本集作为深度置信网络的输入来构建滚动轴承的故障辨识模型。实验结果表明，所提方法不仅筛选出滚动轴承振动信号中包含故障主成分的本征模函数分量并实现学习样本集构建，而且提高了基于振动数据的滚动轴承状态辨识模型的故障识别率。  
        关键词：学习样本筛选;相关能量波动评估;滚动轴承;深度置信神经网络;故障识别率   
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        发布时间：2023-06-09
      • 宋伟志,周辉,刘志恩,李彬,朱德荣,陈智勇
        2023(2): 271-277. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.003
        摘要：为在宽频内实现对主系统的振动控制，设计了一种双稳态非线性能量阱(Bistable-Nonlinear Energy Sink, BNES),基于磁化电流理论对悬臂梁结构系统的空间磁力进行分析，研究磁间距大小及悬臂梁长度对BNES稳定点的影响。建立主系统耦合BNES的动力学方程，研究不同激励强度时BNES瞬态工作性能的稳定性。通过幅频特性研究磁间距对BNES的稳态减振性能影响，并分别研究了在0.5倍、1倍、1.5倍共振激振频率下，随激励强度变化，BNES工作性能的稳定性。分析结果表明，提出的BNES具有良好瞬态及稳态减振性能，且鲁棒性较好。  
        关键词：振动抑制;磁化电流;双稳态非线性能量阱;磁间距;鲁棒性   
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        发布时间：2023-06-09
      • 王亮,唐明伟
        2023(2): 278-283. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.004
        摘要：在乌鸦搜索算法(Crow Search Algorithm, CSA)的基础上，自适应乌鸦搜索算法(Adaptive CSA,ACSA)设计了感知概率和飞行距离这两个参数的自适应取值策略，有效增强了算法的性能。针对深度置信网络(Deep Belief Network, DBN)模型参数的选取对发动机故障诊断结果影响较大的实际，利用ACSA对其模型参数进行优化选取，并提出了ACSA改进DBN的发动机故障诊断方法。发动机故障诊断实例结果表明，ACSA算法能够获得更优的DBN模型参数，相比于其他几种方法，在耗时更少的情况下，获得了更高的发动机故障诊断精度。  
        关键词：深度置信网络;乌鸦搜索算法;自适应参数;发动机;故障诊断   
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        发布时间：2023-06-09
      • 尹逊民,贾海涛,张润博,张西金
        2023(2): 284-289. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.005
        摘要：重合度是齿轮传动设计中一个重要的性能指标，直接影响人字齿轮承载能力和传动平稳性，在齿轮设计中必须满足重合度要求。首先说明了人字齿轮系统刚度激励和啮合冲击激励，采用集中质量法建立了一对人字齿轮传动系统弯-扭-轴耦合模型。然后分析了重合度对时变啮合刚度和啮合冲击力的影响。最后研究了重合度对人字齿轮副动态啮合特性的影响。得出结论：重合度由2.72增至3.08时，时变啮合刚度峰峰值由4.653 3×108 N/mm减至3.229 9×108 N/mm,最大啮合冲击力由2.23×103 N减至1.92×103 N,齿轮副动态啮合力曲线变得平滑，动载系数也由1.23减至1.18,从而得出重合度增大，能达到系统减振降噪和传动平稳的作用。  
        关键词：重合度;人字齿轮传动系统;集中质量法;振动特性   
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        发布时间：2023-06-09
      • 伏永兵
        2023(2): 290-295. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.006
        摘要：建立了含松动及碰摩多重故障耦合的转子系统动力学模型。采用四阶Runge-Kutta法进行数值仿真，得到了转子系统周期分岔图、最大碰摩力曲线图、松动轴承支座振幅图以及相图和Poincaré映射图，重点分析了松动质量对系统动态特性的影响。研究表明，松动故障使得转子系统在较低转速进入碰摩运动；亚谐运动、概周期运动、混沌运动的转速区间增加，同时与之对应的最大碰摩力、松动支座振幅较大。较大的松动质量可以降低松动轴承支座的振动幅值，同时使得系统在低转速较长区间处于无碰摩的周期一运动，有利于系统在故障条件下处于稳定状态。  
        关键词：转子;松动;碰摩;耦合故障   
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        发布时间：2023-06-09

        实验研究·测试技术

      • 梁灏然,武静,刘锋,郑明方,刘仲铭,马宏伟
        2023(2): 296-304. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.007
        摘要：聚脲涂料作为近些年发展起来的新型防腐材料，现已广泛应用于管道内外壁的防腐保护。为了克服传统超声波检测效率低的短板，提出了超声导波检测技术对聚脲防腐管道中裂纹损伤的检测应用设想，利用数值仿真的方式对此展开研究。通过分析聚脲防腐管道的解析模型，借助有限元分析软件Abaqus,建立黏弹性-弹性复合材料的三维圆柱模型，并模拟不同激励频率下L(0,2)模态导波在其中的传播状态。结合频散和衰减特性两方面的研究，获取优化的激励频率，并对聚脲防腐管道进行不同类型缺陷检测的仿真分析和实验验证。研究结果表明，数值仿真结果与实验验证基本吻合，说明了超声导波对聚脲防腐管道的缺陷检测方法有效，同时也可实现对缺陷定位分析。  
        关键词：超声导波;聚脲防腐管道;数值仿真;优化频率;缺陷检测   
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        发布时间：2023-06-09
      • 王武琳,徐彤,钟继如,关凯书,刘刚
        2023(2): 305-312. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.008
        摘要：为探究尺寸效应对小冲杆试验结果的影响，对镍基合金Incoloy 800H和低合金钢3Cr1MoV开展不同厚度试样(100～500μm)的小冲杆试验，并通过Ludwig硬化模型和有限元方法构建不同试样厚度下的力-挠度曲线和真应力数据库。基于数据库和小冲杆试验曲线获取不同试样尺寸下的真应力-塑性应变曲线。在此基础上预测了材料的强度性能，并建立了试样尺寸和流动应力以及强度性能的关系。结果表明，Incoloy 800H的拉伸性能随着试样厚度的减小逐渐增加，而试样尺寸对3Cr1MoV的拉伸性能影响很小。就拉伸性能对厚度不同的依赖关系进行探讨，为小冲杆试验方法预测拉伸性能时试样厚度的选择设计提供了依据。  
        关键词：小冲杆试验方法;尺寸效应;拉伸性能;有限元方法;数据库   
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        发布时间：2023-06-09
      • 金波,张爱华,尚福林
        2023(2): 313-320. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.009
        摘要：芳纶Ⅲ复合材料制品的性能受成型工艺参数影响，通过对预浸料成型工艺流程分析，发现预浸料的放置时间为影响芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度(Interlaminar Shear Strength, ILSS)的主要参数。为了研究预浸料放置时间对芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度的影响规律和敏感度，采用短梁法层间剪切实验方法，获得预浸料不同放置时间情况下所对应的强度数值。根据实验数据建立该工艺参数对层间剪切强度的回归模型，通过对残差、预测值与实际值对比等检验分析，验证回归模型的可靠性及有效性。使用该回归模型能够准确地给出预浸料不同放置时间下芳纶Ⅲ复合材料的层间剪切强度，并且获得单参数灵敏度曲线。通过对灵敏度曲线的分析，可以确定参数的稳定性和不稳定性范围。实验结果表明，随着放置时间的增长，芳纶Ⅲ复合材料层间剪切强度呈现先增大后减小的趋势，0°/0°、0°/90°、±45°铺层情况对应的预浸料最佳放置时间在10～22 h内，在这一工艺参数范围内可以保证芳纶Ⅲ复合材料具有最大层间剪切强度。  
        关键词：复合材料;层间剪切强度;预浸料放置时间;敏感性分析;稳定范围   
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        发布时间：2023-06-09
      • 谭永敏,施展,迟玉伦,顾佳健
        2023(2): 321-330. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.010
        摘要：为了在磨削加工过程中能够有效判别CBN(Cubic Boron Nitride)砂轮的磨削性能，提出了一种基于Shannon熵理论与声发射信号的CBN砂轮性能监测方法。首先，利用声发射传感器采集CBN砂轮磨削加工过程中的声发射信号，基于最大信息熵对CBN砂轮磨削加工过程中的声发射信号进行概率密度估计，获得磨削加工过程中声发射信号的最大熵概率密度分布。然后，通过分析研究CBN砂轮在修整过后循环磨削以及不同直径剩余磨削时的声发射信号特征，根据交叉熵原理分析CBN砂轮不同磨削性能时声发射信号最大熵概率密度分布，并通过设定交叉熵阈值来辨别磨削加工过程中CBN砂轮的磨削性能。最后，为验证该方法的实用性，在某工厂CBN砂轮磨削产品生产线上进行大量实验研究，结果表明，该方法对CBN砂轮磨损状态及CBN砂轮剩余寿命进行有效监测，验证了该方法监测CBN砂轮在磨削加工过程中磨削性能的有效性。  
        关键词：CBN砂轮磨削性能;声发射信号;Shannon熵;最大信息熵;交叉熵   
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        发布时间：2023-06-09
      • 王玮,汤宇,吴乙万,白鸿柏,路纯红
        2023(2): 331-340. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.011
        摘要：为满足金属橡胶三向减振需求，引入空间构型设计并制备了一种盆形金属橡胶。对其进行轴、径向准静态压缩试验，采用控制变量法研究了相对密度、成形角度、金属丝丝径等制备工艺参数及压缩量对盆形金属橡胶静态力学性能的影响，采用正交试验法揭示了三种制备工艺参数对盆形金属橡胶轴、径向静态力学性能的影响程度。结果表明，影响试件轴向静态力学性能先后顺序为成形角度、相对密度、丝径；影响试件径向静态力学性能先后顺序为相对密度、丝径、成形角度。  
        关键词：盆形金属橡胶;三向减振;准静态试验;控制变量法;正交分析   
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        发布时间：2023-06-09
      • 吴迪,王神龙,李官运,丁晓红,余慧杰,倪维宇
        2023(2): 341-349. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.012
        摘要：面向矿山机械智能化环境下设备性能优化的需求，建立了具有广泛适用性的挖掘机挖掘阻力求解模型，使其同时具备高效性和准确性。基于达朗贝尔原理建立挖掘阻力理论方程并求解，利用动力学仿真验证其准确性。以理论结果标定出精确土壤参数，通过Adams-EDEM耦合驱动构建仿真模型，得到挖掘阻力精确解，并用实测应力数据验证该方法的精度。此外，还分析了不同土壤参数对仿真挖掘阻力的影响。结果表明，与传统的理论方程相比，建立的求解模型在精度和计算效率方面具有优势；以理论模型输出的挖掘阻力作为标准修正仿真土壤模型，修正后仿真模型输出的应力与实测应力吻合，验证了所提出方法的准确性；为复杂土壤的参数标定及精确土壤模型的建立提供了重要依据。  
        关键词：挖掘阻力;EDEM;耦合仿真;土壤模型;数据驱动   
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        发布时间：2023-06-09
      • 王征兵,师陆冰,陈超,颜世铛,刘忠明
        2023(2): 350-356. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.013
        摘要：斜齿轮副啮合刚度计算和齿间载荷分配是其动力学分析和强度计算的基础。针对斜齿轮啮合刚度近似代替法的准确性问题，结合斜齿轮线长度接触变化规律、单齿单位长度啮合刚度抛物线模型和ISO6336-1标准，建立了斜齿轮啮合刚度计算准静态弹性模型，并与基于准静态刚性模型的近似代替法、ISO6336-1标准进行了对比研究。结果表明，单对齿最小刚度与最大刚度比值αk=0.55时的准静态弹性模型计算结果与ISO标准结果一致性较好，准静态刚性模型计算结果与ISO标准结果误差较大。分析了几何参数对斜齿轮综合啮合刚度和载荷分配系数的影响规律，针对斜齿轮典型断齿故障，讨论了不同断齿形式和断齿尺寸对啮合刚度和载荷分配系数的影响变化，为其故障动力学研究提供基础。  
        关键词：斜齿轮;啮合刚度;齿间载荷分配;断齿故障   
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      • 杨帆,骆峰,刘兵,张红卫,范有雄,刘小宁
        2023(2): 357-365. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.014
        摘要：为分析铜管室温超压强化效果的稳定性，在自然时效时间分别为0个月、6个月、12个月与24个月后，对室温超压强化小直径软态TP2铜管进行了爆破试验研究。结果表明：相同的预处理压力时，小直径软态TP2铜光管与铜内螺纹管，在自然时效时间为0个月、6个月、12个月与24个月的实测爆破压力均值没有显著变化，且其标准差有逐步变小的趋势，表明室温超压强化效果的稳定性好；相同的自然时效时间时，预处理压力分别为4.60 MPa与16.50 MPa的小直径软态TP2铜管实测爆破压力有显著不同，随着预处理压力的升高，实测爆破压力的均值显著变大和标准差显著变小，表明预处理压力大小对强化效果有比较大的影响，预处理压力大可以得到更好的强化效果；如果自然时效时间不超过24个月，对于经过相同超压强化处理的相同小直径软态TP2铜管，其爆破压力符合正态分布；室温超压强化处理是提高软态TP2铜管爆破压力的合适方法，可用于工程实践。  
        关键词：自然时效;小直径;TP2铜管;超压强化;爆破压力;稳定性   
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        发布时间：2023-06-09

        优化·可靠性

      • 范旭明,李策策,王颖剑,杨欢红,张良,张双
        2023(2): 366-372. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.015
        摘要：为实现贯流式风机叶轮结构时变可靠性的快速准确评估，利用概率密度演化理论(Probability Density Evolution Theory, PDEM),考虑了叶轮结构和运行环境的随机性，并结合有限元分析模型，建立了叶轮结构极值应力的概率密度函数分析方法，给出了服役期内叶轮结构在不同运行时间的失效概率和时变可靠度。对Abaqus有限元分析软件进行了二次开发，通过Matlab和Abaqus的联合模拟，实现了模型建立、应力分析、结果提取和概率密度演化的全流程批量仿真分析。通过与代理模型法和蒙特卡洛模拟法的对比，从计算效率和结果精度两方面验证了概率密度演化理论的准确性和高效性。  
        关键词：概率密度演化理论;时变可靠度;叶轮;贯流式风机;代理模型   
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      • 凡红梅,唐家银
        2023(2): 373-379. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.016
        摘要：为计算机械零部件在动载荷作用下的应力-强度相关性干涉响应可靠度问题，引入描述相关性的Copula函数和随机过程理论，建立动态可靠度计算模型。由于随机积分路径的复杂性，采取离散化思想将随机过程退化为随机变量，计算固定时刻下的可靠度；此外，采取函数拟合优化方法使可靠度数值连续化，基于模型复杂度及拟合残差筛选最优可靠度函数拟合方式。最后，计算验证了方法的有效性与可行性。  
        关键词：应力-强度干涉;相关性;动态Copula;可靠度;Monte Carlo;拟合优化   
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      • 薛光明,宁鹏,钱明军,何弘瑞,周军
        2023(2): 380-385. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.017
        摘要：针对小样本情形下传统平均秩或中位秩估计法计算精度较低的问题，采用秩估计函数修正原理，调整自然平均秩适用点，提出一种改进平均秩作为样本的累积分布函数。采用对累积分布函数直接拟合方式执行最小二乘估计，并基于威布尔分布和小样本假设，通过蒙特卡罗仿真对比不同秩估计下的参数估计效果。结果表明，对于不同参数下的威布尔分布，样本量不小于4时的改进平均秩计算尺度参数相对误差小于9.5%,计算平均失效间隔时间相对误差小于8.7%,对比传统方法计算相对误差高于16%而言，此方法可有效提升威布尔分布的参数估计精度。  
        关键词：改进平均秩;最小二乘法;威布尔分布;平均失效时间;小样本;蒙特卡罗仿真   
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      • 鲁佳,王超
        2023(2): 386-391. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.018
        摘要：汽车前桥结构是汽车的核心部件之一，在汽车设计中具有举足轻重的地位。为提高汽车前桥轻量化优化的收敛速度和精度，提出一种基于蝠鲼自身防卫策略改进的蝠鲼算法。采用六个经典的测试函数对改进蝠鲼算法进行性能测试验证，结果表明改进的蝠鲼算法具有良好的收敛速度和收敛精度。在此基础上，运用改进的蝠鲼算法对汽车前桥进行轻量化优化设计，优化结果表明经过94次迭代之后可以获得最优解，汽车前桥优化后的总质量从51.95 kg降低为43.24 kg,降低了16.75%。通过分析经典测试函数和汽车前桥案例的结果可知，改进的蝠鲼算法是一种高效的优化算法，对以后的工程优化问题和算法改进具有参考意义。  
        关键词：蝠鲼觅食算法;汽车前桥;测试函数;工程优化;优化算法   
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        发布时间：2023-06-09
      • 樊立天,王浩文,凌庆庆,陈宏文
        2023(2): 392-398. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.019
        摘要：实现了基于q-Weibull分布的医疗设备可靠性分析，为医疗机构修正运营维修管理策略提供依据。Weibull分布故障率函数是单调的，不能全面描述复杂的医疗设备全生命周期运行状态，因此引入q-Weibull分布预测医疗设备的剩余寿命，使用基于轮廓误差函数的方法简化q-Weibull分布参数估计过程，并以血滤机和无影灯灯座为例验证了该方法的有效性和可行性，通过均方误差(Mean Squared Error, MSE)、赤池信息准则(Akaike Information Criterion, AIC)和决定系数R2比较了两种分布的优劣。对于血滤机和无影灯灯座两种分布都表现出相同的预测趋势，但从R2和MSE对比来看，q-Weibull分布的拟合精度更高，尤其是基于q-Weibull分布的血滤机的MSE值(2.818 1×10-3)远小于Weibull分布的MSE值(9.465);当血滤机和无影灯灯座运行50天后，其剩余寿命估计值分别为254.390 9天和291.011 1天。以上数据验证了q-Weibull分布的有效性和拟合精度的优良性，该方法值得在医疗设备可靠性研究中进行进一步的研究和推广。  
        关键词：医疗设备;寿命预测;Weibull分布;q-Weibull分布   
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        发布时间：2023-06-09

        设计·计算

      • 林伟,杨凤双,石迎雨
        2023(2): 399-406. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.020
        摘要：通过设计不同梯度的结构，可提高点阵结构强度，改善其抗冲击、吸能减振等力学性能。利用Voronoi方法，在欧拉几何空间域内产生随机点，形成基本单元结构，并设定不同梯度单元结构的分布形式，最终生成具有不同梯度的点阵结构。共设计“向内”梯度和“向外”梯度两种形式，每种形式又分别设计了梯度等级为0.5、0.6、0.7、0.8和0.9共五个不同的点阵结构。当梯度等级为1时，是均匀点阵结构，即结构的梯度随等级变大逐渐呈现均匀化。利用Abaqus有限元分析软件对不同梯度的点阵结构进行压缩力学性能仿真分析。利用3D打印技术制备点阵结构，并进行力学压缩试验，验证有限元分析结果。有限元和压缩试验结果表明，与均匀点阵结构相比，具有梯度的点阵结构力学性能更好；在“向内”梯度点阵结构中，梯度等级为0.6的点阵结构力学性能最佳，具有很好的抗冲击和减振性能；“向外”梯度点阵结构中，梯度等级为0.8的点阵结构更有利于抵抗冲击力，起到吸能减振的作用；“向外”梯度点阵结构整体性能要优于“向内”梯度点阵结构。基于Voronoi方法设计的梯度点阵结构具有高强度、抗冲击和吸能减振等良好的力学性能，点阵结构的力学性能与梯度等级有密切关系。  
        关键词：Voronoi;点阵结构;梯度;有限元;抗冲击性;吸能减振   
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        发布时间：2023-06-09
      • 胡静,张涵哲,田锐,魏刚,胡建强,戴福洪
        2023(2): 407-413. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.021
        摘要：为研究弹头形状对聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)板抗杆弹冲击性能的影响，利用气炮开展了平头、半球头、卵形头三种形状、12.6 mm直径的杆弹正撞击PC薄板的冲击试验，获得了初始-剩余速度关系及弹道极限，并对PC板变形及失效模式进行了详细分析。结果表明，在30～120 m/s速度范围内，PC薄板抗半球头弹能力最强，其次是平头弹，而对卵形弹抵抗能力最弱。三种弹体撞击后，PC板失效模式不同，被平头弹撞击后发生平台鼓包和冲塞失效，被半球形弹撞击后发生帽形鼓包和花瓣形失效，被卵形弹撞击后均发生花瓣形失效。分析发现，PC薄板裂纹扩展消耗的能量较少，造成对不同头形杆弹抗弹性能差别较大的主要因素是初始损伤形成的难易程度不同。  
        关键词：聚碳酸酯;冲击试验;抗弹性能;弹道极限;失效模式   
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        发布时间：2023-06-09
      • 汪东明,孟龙晖,张浩,王华
        2023(2): 414-422. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.022
        摘要：主要针对目前的铣刀设计优化方面的研究进展进行了相应的综合和描述。根据目前切削加工制造领域所存在的问题，刀具的设计过程也会针对这些问题而进行相应的改进和优化。主要从加工质量、刀具磨损、加工振动、排屑性能、加工效率这个五个方面对刀具所做的改进和优化的研究进展进行了较为详细的描述和总结，最后对目前已有的技术的问题进行了分析，并对后期数控铣刀技术的研究提出了相应的展望。  
        关键词：铣刀;设计;优化;切削   
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        发布时间：2023-06-09
      • 马南芳,邓庆田,李新波,宋学力
        2023(2): 423-429. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.023
        摘要：构建了不同角度单层内凹蜂窝圆柱壳模型，提出了一种新型多层复合内凹蜂窝圆柱壳结构。利用有限元仿真方法研究了单层和多层内凹蜂窝圆柱壳在轴向冲击下的变形行为，分析对比了单层和多层内凹蜂窝圆柱壳在不同冲击速度下的平台应力和比吸能特性。结果表明，在相同密度和尺寸下，多层内凹蜂窝圆柱壳的冲击能量吸收能力相对于单层内凹蜂窝圆柱壳有显著提升；内凹蜂窝圆柱壳初始变形破坏位置随着冲击速度的改变而改变；多层内凹蜂窝圆柱壳没有表现出负泊松比性质。  
        关键词：内凹蜂窝;复合材料;圆柱壳;冲击速度;能量吸收   
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        发布时间：2023-06-09
      • 赵海路,张学良,许雍泰
        2023(2): 430-437. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.024
        摘要：基于三维分形理论，建立了同时考虑摩擦和微凸体相互作用影响的结合面法向接触刚度和接触阻尼分形模型。通过对所建模型仿真，分析了摩擦因数、分形维数、分形粗糙度参数和接触载荷对接触刚度和接触阻尼的影响。研究结果表明，该模型的接触刚度和接触阻尼随着法向载荷和分形维数的增大而增大，且会随着分形粗糙度参数的增大而变小；接触刚度随着摩擦因数的增大而减小，而接触阻尼则随着摩擦因数的增大而先增大后减小。另外将仅考虑微凸体相互作用和既无摩擦又无微凸体相互作用的情况进行了对比分析，进而得到当分形维数D=2.4时，微凸体相互作用会稍微增大接触刚度；当D≥2.5时，微凸体相互作用会减小接触刚度，且减小的程度越来越大；当2.4≤D≤2.9时，微凸体相互作用会减小接触阻尼。此外，将所建模型的仿真计算结果与实验数据进行对比分析，验证了所建模型的正确性。  
        关键词：摩擦;相互作用;结合面;刚度;阻尼   
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        发布时间：2023-06-09
      • 牛凯伦,闫阳天,李春,李志昊,薛世成
        2023(2): 438-446. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.025
        摘要：为研究超大型单桩式近海风力机在紧急停机状态下的动力学特性，以DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象，建立风浪相关的湍流风-波浪-地震载荷多物理场模型，通过p-y曲线法、Q-z曲线法及Winkler模型构建土-构耦合模型，对比研究其在正常运行、停机及紧急停机状态下的动力学特性。结果表明，风力机在停机状态下受地震载荷影响最大，较未发生地震，其塔顶前后向及侧向位移极差分别增加249.22%及1 869.14%,支撑结构剪应力峰值增加约333.33%。在进行紧急停机操作时，由于叶片变桨作用，致使支撑结构剪应力及塔架应变能大于同时刻正常运行状态。紧急停机操作，加大了塔顶位移范围，使塔顶振动中心向湍流风来流方向偏移，同时有效缓解风力机在外部载荷作用下所造成的支撑结构剪切力激增及塔架前后向应变能集聚现象。  
        关键词：紧急停机;近海风力机;地震载荷;风浪相关;土-构耦合效应   
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        发布时间：2023-06-09

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 彭凡,邹司农,任毅如
        2023(2): 447-453. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.026
        摘要：针对复合材料螺栓连接失效强度分析与预测问题，利用深度学习神经网络强大的非线性映射能力，将不同参数对复合材料螺栓连接失效载荷的影响进行非线性拟合，并分配各参数的影响权重；通过有限的训练样本构建预测模型，来预测复合材料螺栓连接的失效峰值载荷。使用有限元软件计算得到层合板螺栓连接失效峰值载荷的数据组，以此来构建深度学习神经网络。通过测试确定当隐藏层数量为两层时深度学习模型开发效果最佳，以预测值与有限元仿真值之间的均方误差作为损失函数、学习速率取0.01,当均方误差最小时停止训练，此时得到最佳深度学习预测模型；利用该模型预测得到所有失效峰值载荷预测结果中的最大值以及对应的参数组合，并与同样参数的仿真结果进行对比，两者相差1.4%;相比有限元仿真和拟合经验公式的预测方法，深度学习预测方法具有明显的时间效率优势。  
        关键词：碳纤维复合材料;螺栓连接;失效峰值载荷;深度学习;神经网络   
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        发布时间：2023-06-09
      • 廖鼎,朱顺鹏,高杰维,牛晓鹏,何金超
        2023(2): 454-461. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.027
        摘要：工程中，为满足各种功能性需求，几何不连续特征广泛存在；同时，受疲劳影响的结构在服役时大都承受复杂多轴载荷作用。因而，亟需精确的缺口结构多轴疲劳寿命预测模型为结构抗疲劳设计及安全使役保障提供理论支撑。通过将临界平面法中经典的Fatemi-Socie模型与临界距离理论结合，提出了一种多轴载荷作用下缺口结构疲劳寿命预测方法，并以TC4轴肩试件疲劳试验数据验证了其有效性。结果显示，该方法可克服直接基于危险点应力应变数据预测寿命时的保守估计问题，预测值与真实值误差在2倍以内。最后，将该方法应用于某压气机盘疲劳寿命预测。  
        关键词：疲劳;缺口;压气机盘;临界平面;临界距离;寿命预测   
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        发布时间：2023-06-09
      • 任子奇,董金善,冯俊,丁毅
        2023(2): 462-468. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.028
        摘要：某公司的废热锅炉烟气余热回收器在使用过程中管板与管束连接处发生漏水，为了确定漏水的原因，以便采取有效对策，对余热回收器失效原因进行分析。首先通过Ansys仿真软件计算了余热回收器在工作工况下应力水平，得到应力最大点位于管板处，并且管板和换热管连接处应力值较大。而后对管束泄漏取样部位进行宏观腐蚀形态分析、金相微观组织分析、显微硬度测试、腐蚀微观形貌扫描电镜(Scanning Electron Microscope, SEM)分析及腐蚀产物EDS(Energy Dispersive X-Ray spectroscopy)微区成分分析。结果表明，该换热器在高温下管束和管板的缝隙处发生碱浓缩，并且该处存在焊接裂纹，最终导致管板和管束焊缝处发生碱应力腐蚀开裂。  
        关键词：余热回收器;泄漏;有限元模拟;应力分析;失效分析;碱应力腐蚀   
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        发布时间：2023-06-09
      • 陈明亚,向文欣,祁爽,马若群,宁方卯,王永刚,邵春兵,师金华,彭群家,张国栋
        2023(2): 469-473. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.029
        摘要：为保证核电厂长期安全、高效运行，需制订一回路承压边界管道役致裂纹的接受标准，以满足工程上的快速评估需要。对于含裂纹的承压管道，通常需要进行复杂的断裂评价和极限载荷分析。通过数值仿真分析，论证了对于断裂韧性较好的奥氏体不锈钢结构，采用塑性极限载荷作为结构临界状态的合理性，并基于结构设计塑性极限载荷不降低的准则，制订了奥氏体不锈钢管道役致裂纹的接受标准。研究表明，确定的一回路奥氏体不锈钢承压直管段的役致裂纹接受尺寸与美国ASME规范提供数据接近，但明显高于法国RSE-M规范相关数据，法国RSE-M提供的数据过于保守。  
        关键词：承压管道;奥氏体不锈钢管;极限载荷;役致裂纹;接受标准   
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        发布时间：2023-06-09
      • 王嘉军,裴未迟,纪宏超,龙海洋,王志涛
        2023(2): 474-480. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.030
        摘要：42CrMo属于超高强度钢，其具备较高的强度，材料淬透性能好，淬火后的变形量小，大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料，弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先，通过齿轮弯曲疲劳试验，获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据，得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式，以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后，采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟，得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比，分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致，可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后，通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比，结果表明，疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致，验证了数值模拟的准确性，因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。  
        关键词：齿轮;弯曲疲劳;疲劳寿命;P-S-N曲线   
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        发布时间：2023-06-09
      • 吴炜,石启军,王磊,韩鲁明,万志敏
        2023(2): 481-487. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.031
        摘要：针对大型特种半挂车架可靠性分析严重依赖样车的问题，提出了基于频域信息的随机载荷历程估算结构振动疲劳的方法。首先通过车架的模态与静载试验对比，验证了车架分析模型的正确性；然后进行频率响应计算得到传递函数，结合车架动载功率谱密度获得结构的应力功率谱密度；最后结合材料参数选择合适的疲劳损伤模型，利用频域方法预测车架结构的疲劳缺陷部位和寿命。通过疲劳试验验证了预测结果可信，为特种车架结构设计与改进提供更可信的方案。  
        关键词：车架;多体动力学;频域;疲劳寿命;试验   
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        发布时间：2023-06-09

        研究简报

      • 高斌,王少华,张露
        2023(2): 488-493. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.032
        摘要：运用RecurDyn多体动力学仿真平台在全钢载重子午线轮胎背景下提出一种新型车-梁伸缩缝刚柔耦合系统，利用该系统模拟1/4车体过伸缩缝的整个接触过程，分别以车体及梁体伸缩缝的动态响应与传统仿真结果对比分析。研究表明，新型耦合系统仿真波形与传统方法一致且该波形对耦合系统中两种影响因子响应灵敏，验证了耦合系统良好的接触动态特性；通过加强边梁与梁体的连接及桥梁端部结构可显著提高梁体接触稳定性，采用新型轮胎的车体过缝时不应超过80 km/h,该耦合系统为车-梁伸缩缝的联合动态仿真提供了一种行之有效的新方法。  
        关键词：伸缩缝;刚柔耦合系统;振动响应;动力学;RecurDyn   
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        发布时间：2023-06-09
      • 黄臻荣,张娟
        2023(2): 494-498. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.033
        摘要：以直升机传动系统面齿轮作为研究对象，采用UG和Catia软件建立含球型缺陷的面齿轮实体模型，采用有限元加载接触分析(Loading Tooth Contact Analysis, LTCA)方法，得到了缺陷在齿面不同位置时齿面的接触应力、最大接触应力点的位置以及最大接触应力值在不同位置的分布规律。结果表明，点蚀缺陷的出现可使齿面最大接触应力增加约21%,缺陷靠近接触轨迹线内侧和齿顶时，缺陷附近的最大接触应力大于其他位置，最大接触应力点出现在坑洞的中部或上部且随接触轨迹线左右分布，缺陷附近的最大接触应力随缺陷半径增加而逐渐变大，缺陷深度对接触应力的影响较小。  
        关键词：面齿轮;接触应力;缺陷;有限元   
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        发布时间：2023-06-09
      • 郭瑜超,艾森,尹维龙,王立凯,聂小华
        2023(2): 499-503. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.034
        摘要：面向变体飞行器的复合式柔性蒙皮，针对其弹性表皮和蜂窝夹芯连接强度较低的问题，提出了“二步胶接”的连接设计方案，其首先将氨纶纤维布与蜂窝通过环氧树脂结构胶进行胶接，然后将硅橡胶板与氨纶纤维布通过硅橡胶粘接剂进行胶接，并给出了工艺制备方法。最后，分别制备了“二步胶接”实验件和“直接胶接”实验件，并开展了连结强度实验和对比分析，结果表明，“二步胶接”实验件的连接强度是“直接胶接”实验件的5倍，此方案可以为柔性蒙皮的连接设计提供参考。  
        关键词：柔性蒙皮;弹性表皮;蜂窝结构;二步胶接;直接胶接   
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        发布时间：2023-06-09
      • 文昌俊,陈哲,邵明颖,陈立,徐云飞
        2023(2): 504-508. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.02.035
        摘要：针对BP(Back Propagation)神经网络模型对谷物干燥机进行可靠性预测时，模型存在收敛速度慢和易陷入局部最优等问题，采用改进的粒子群算法对BP神经网络模型进行优化，建立PSO＿BP神经网络的谷物干燥机可靠性预测模型，并与BP网络模型和GA＿BP网络模型获得的MAERMSEMAPE指标进行对比。研究结果表明，采用改进的PSO＿BP网络模型预测时，与BP网络模型相比三项指标分别降低了0.051 8、0.047 9和28.04%;与GA＿BP网络模型相比，三项指标分别降低了0.000 4、0.000 2和0.61%,说明其具有更小的误差和较好的预测能力。为实现谷物干燥机可靠性精准预测提供方法和思路。  
        关键词：谷物干燥机;粒子群算法;BP神经网络;可靠性预测   
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        发布时间：2023-06-09
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