最新刊期
      2023 年 第 4 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 张珂,张如,白晓天,石怀涛
        2023(4): 763-770. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.001
        摘要：球轴承的外圈剥落故障角度位置对旋转机械的振动大小与使用寿命有重要影响，在承载区间内判断外圈剥落故障角度十分必要。基于加速度振动信号的峰值变化规律，提出了一种球轴承外圈剥落故障定位方法。该方法建立具有时变撞击力的拉格朗日动力学方程，通过分析球轴承承载区接触力的变化趋势，类比推理得出振动加速度信号绝对值峰值比规律，分析了加速度振动信号冲击点的附近位置，提出了一个新的判断指标，得到了故障具体发生的位置。仿真与实验结果表明，球轴承外圈剥落故障不同位置的振动信号的水平垂直同步峰值比存在相对应的函数关系。通过仿真和实验验证了该定位规律的准确性。为判断球轴承外圈剥落故障位置的诊断方法提供了理论依据。  
        关键词：球轴承;外圈故障;定位规律;峰值比   
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        发布时间：2023-09-25
      • 梁闯,陈长征,刘野,贾歆莹
        2023(4): 771-777. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.002
        摘要：针对滚动轴承故障诊断过程中标签样本不足的问题，结合特征选择与二次挖掘，提出了基于半监督拉普拉斯分值(Semi Supervised Laplace Score, SSLS)和核主元分析(Kernel Principal Component Analysis, KPCA)的滚动轴承故障诊断模型。SSLS将半监督思想应用于拉普拉斯分值特征选择方法中，利用少量的有标签样本和大量无标签样本，结合KPCA对故障特征进行二次挖掘。同时，将粒子群优化的支持向量机(Particle Swarm Optimization-based Support Vector Machine, PSO-SVM)算法用于故障分类。最后，将该模型应用于实验数据分析过程。结果表明，该模型在减少样本标记工作量的同时，仍能在滚动轴承故障分类中保持较高的准确率，验证了所建立模型的有效性和工程实用性。  
        关键词：特征选择;半监督拉普拉斯分值;核主元分析;粒子群优化的支持向量机;故障诊断   
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        发布时间：2023-09-25
      • 尚志武,庞海玉,高茂生,刘静宇
        2023(4): 778-784. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.003
        摘要：当滚动轴承内圈出现局部故障时会产生复杂的振动响应，从滚动轴承内圈实际故障形貌的渐变性和非规则性的客观实际出发，引入位移激励函数定性分析滚动体通过故障区域时球心位置的渐变规律，采用随机数列表征故障底部形貌非规则性的特点，综合考虑轴承的径向载荷和滚动体通过故障区域时的打滑率等因素，建立了一种内圈局部故障渐变的轴承动力学模型。通过对比分析不同转频条件下实验和仿真数据的故障特征频率值，验证了局部故障渐变动力学模型的准确性。  
        关键词：故障渐变;位移激励函数;随机数列;滑动率;故障特征频率   
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        发布时间：2023-09-25
      • 李占龙,张亚斌,张正,高山铁,李虹,郭北军
        2023(4): 785-792. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.004
        摘要：以某型工程车辆的座椅振动系统为对象，利用自学习和模糊推理(Adaptive Network-based Fuzzy Inference System, ANFIS),提出了基于ANFIS的座椅悬架振动半主动控制方法，解决了工程车辆工作过程中座椅振动过大的问题。首先，分析工程车辆座椅悬架的振动过程，建立座椅悬架的动力学模型；然后，加入前馈、反馈环节，设计座椅悬架的模糊神经控制系统；最后，分别观测振动激励频率不同、控制器控制对象不同和以实测座椅信号为输入时的控制效果。结果表明，模糊神经振动控制系统减小了座椅的振动能量，降低了座椅的振动频率，座椅振动位移均方根值为被动悬架座椅的52%～66%。  
        关键词：工程车辆;座椅悬架;振动控制;半主动控制;ANFIS   
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        发布时间：2023-09-25
      • 朱喜锋,马硕,王剑锋
        2023(4): 793-798. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.005
        摘要：建立了一类两自由度含非线性约束且带有初始预压缩的碰撞振动系统模型，通过4阶Runge-Kutta数值算法及多参数协同仿真的方法研究了该系统迟滞域的发生区域和分布规律，并结合胞映射法分析了系统迟滞域内两种运动的稳定性，最后深入研究了基本参数的改变对系统迟滞域的影响。结果表明，在迟滞域内，随着激振频率的改变，共存运动的稳定性也会相应地发生改变。系统弹性刚度比的减小会使得系统迟滞域的频率相应地减小。  
        关键词：预压缩;非线性约束;迟滞域;共存吸引子;多参数协同仿真   
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        发布时间：2023-09-25

        实验研究·测试技术

      • 范俊锴,孙明阁,赵武,刘伟
        2023(4): 799-804. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.006
        摘要：喷丸作为一种重要的金属表面机械处理工艺，其加工质量与固体丸粒在高速气流作用下的运动规律密切相关。探究一种精确可行的喷丸丸粒速度测量方法，明确喷丸丸粒流的空间散射特征和速度场分布特征，对于优化喷丸工艺参数至关重要。基于高速摄像机，搭建了喷丸丸粒运动高速图像数据采集系统，捕捉喷丸中丸粒的瞬时空间位置变化特征。采用Photoshop图像处理软件对采集的照片进行预处理，获得具有高对比度的丸粒流黑白二值化图片。使用开源的粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)软件PIVLab对丸粒流图像进行数据处理，获得喷丸丸粒流的速度场结果。结果表明，在喷气压力为0.4 MPa,采用0.4 mm铸钢丸粒条件下，丸粒流的散射锥体倾角为10°,丸粒最大运动速度约为46.5 m/s。在不同的空间截面上，丸粒运动速度呈现高斯分布特征，且其标准差随丸粒与喷嘴之间的距离增大而增大。丸粒在离开喷嘴后速度迅速增长至稳定值，速度变化符合Logistic函数特征。与经验公式相比，所得到的丸粒速度场分布公式更加准确，且能体现丸粒的空间分布特征。  
        关键词：喷丸;丸粒;PIV;速度场;PIVLab   
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        发布时间：2023-09-25
      • 王亮,贾海深,张继林,罗文翠
        2023(4): 805-813. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.007
        摘要：为了构建合理描述440C不锈钢流动应力变化关系的本构模型，借助万能试验机和霍普金森压杆装置，分别进行了准静态和动态压缩试验。依据所获得的试验数据，对原J-C本构模型参数进行了标定，并探讨了其描述所研究材料应力流动行为的适用性和预测准确性。基于分析的结果，提出了一种考虑应变、应变率和温度间相互耦合的修正J-C本构模型，并进行模型参数标定。将试验数据与模型预测值进行对比分析，并通过相关性系数R、平均相对误差AARE和平均均方根偏差RMSE三个统计参数，对所提出模型的有效性进行评价。结果表明，440C不锈钢的动态力学行为受应变、应变率和温度间耦合作用的共同支配，所提出修正J-C本构模型相关性系数R为0.995 9,平均相对误差AARE为0.073,平均均方根偏差RMSE为0.761 8,能够合理地描述其应力流动行为。  
        关键词：440C不锈钢;霍普金森压杆;J-C本构模型;耦合作用   
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        发布时间：2023-09-25
      • 王少雷,王占英,李欣,梁建明,朱春华
        2023(4): 814-819. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.008
        摘要：钢丝绳的润滑状态对钢丝绳的工作特性、使用疲劳寿命有重要影响。以6X19钢丝绳为研究对象，选取了未经油脂润滑部分润滑和充分润滑三种状态钢丝绳，分别在弯曲疲劳试验机上，不同张紧状态下进行了弯曲疲劳试验，对各试件在不同阶段出现的疲劳损伤状态进行了统计分析和显微研究。润滑条件好，钢丝绳同滑轮绳槽之间的油膜使接触状态得到改善，降低了绳内钢丝之间的摩擦因数，钢丝表面不易产生磨损划痕，延缓裂纹的形成和扩展，改善了钢丝绳截面内应力分布状态，减少应力集中现象，使有效承载作用的钢丝数量变多，绳内钢丝得到了充分的拉拔，颈缩断丝在总断丝中所占比例比润滑条件差的钢丝绳高；润滑条件差的钢丝绳，齐平状断口所占比例高，绳内钢丝没有得到充分拉拔，会由于局部损伤而导致断丝；相同润滑条件下，张紧力增大一方面破坏了钢丝绳同滑轮绳槽之间的润滑油膜，另一方面在压应力作用下使绳芯内的润滑油脂不易渗浸到钢丝绳同滑轮绳槽侧，恶化润滑状态。  
        关键词：钢丝绳;弯曲疲劳试验;润滑;弯曲疲劳强度;滑轮   
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        发布时间：2023-09-25
      • 王朝瀚,徐田,曾东方,鲁连涛
        2023(4): 820-825. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.009
        摘要：通过超声波探伤确定缺陷在CL65车轮轮辋中的位置，取出了含有缺陷的毛坯试样，并加工成疲劳试样。在岛津电液伺服疲劳试验机上进行疲劳试验，获得含缺陷试样的疲劳寿命，并分析了缺陷的形状、尺寸与化学成分。结果表明，疏松缺陷的主要成分为MnS,夹杂物缺陷的主要成分为硬质氧化物，含疏松缺陷试样的疲劳寿命高于含夹杂物缺陷试样。结合镶嵌应力理论建立有限元模型，分析了两种缺陷对车轮材料疲劳性能影响的差异。与夹杂物缺陷相比，疏松缺陷和基体界面上的镶嵌应力显著降低，缺陷周围应力集中程度小。因此，含MnS疏松对车轮材料疲劳性能的危害程度明显小于氧化物夹杂。  
        关键词：夹杂物缺陷;疏松缺陷;硫化锰;硬质氧化物;镶嵌应力   
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        发布时间：2023-09-25
      • 吴小莉,李兆凯
        2023(4): 826-837. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.010
        摘要：近年来，负泊松比(Negative Poisson′s Ratio, NPR)材料以其优异的力学性能与在传统工业领域巨大的应用潜力引起了学术界的广泛关注。设计并研究了一种新型负泊松比材料(基于YSH结构胞元)在动态压缩工况下的力学性能。通过有限元仿真的方法，对比了不同结构参数(斜壁倾角、宽度比、纵横比)对胞元等效力学性能参数的响应差异，探究了这些结构参数对吸能性能的影响程度，并进一步扩展到对四种常见的功能梯度阵列排布下的结构的研究。采用吸能量Ea、吸能效率Eε和平台应力σp三个指标评判了结构的能量吸收效果。研究发现：斜壁倾角θ越大，结构整体的能量吸收表现越佳；宽度比α对于结构整体的等效力学性能与能量吸收均影响较小；纵横比β越小，结构的负泊松比效应越明显，但相反地，其数值越大却能带来更高的能量吸收效率。所得结果可为负泊松比材料的功能导向设计提供参考。  
        关键词：负泊松比;等效性能;力学性能;吸能性能   
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        发布时间：2023-09-25
      • 刘克铭,袁鑫,戴羽森
        2023(4): 838-844. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.011
        摘要：为了提高某前置前驱SUV前副车架的可靠性，对其进行强度与疲劳分析，综合运用有限元方法、多体动力学理论、强度分析理论、疲劳分析理论，通过建立的前副车架三维模型与多体动力学刚柔耦合模型，分析副车架在不同工况下的强度和疲劳特性，并对副车架进行强度及疲劳试验。仿真结果表明，在直线行驶、转向工况下转向器连接点位置变形量分别为2.924 mm、3.411 mm,稳定杆及扭力臂位置变形量分别为3.383 mm、2.695 mm。强度试验结果表明，在直线行驶、转向工况下转向器连接点位置变形量分别为3.263 mm、3.622 mm,试验数值较仿真结果分别高出11.59%、6.19%;稳定杆连接点及扭力臂连接点变形量分别为3.538 mm、2.957 mm,试验结果较仿真数值分别高出4.58%、9.72%。结果表明试验结果与仿真结果差别并不明显，副车架在各点处变形量符合设计。副车架疲劳试验结果表明，扭力臂疲劳试验80万次、制动力疲劳试验40万次、侧向力疲劳试验80万次后副车架未出现裂纹及塑性变形，副车架疲劳特性满足要求。  
        关键词：前副车架;强度;疲劳特性;仿真;试验   
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        发布时间：2023-09-25
      • 陈为欢,熊伟,辛建伟,葛文韬,余显忠,周贤苏
        2023(4): 845-849. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.012
        摘要：针对新设计汽车钢板弹簧，有物理试验和计算机辅助工程(Computer Aided Engneering, CAE)仿真两种手段来评估板簧的疲劳寿命，物理试验周期长、费用高，CAE仿真周期短、费用低。目的是找出一种应用CAE仿真分析手段来有效分析预测钢板弹簧疲劳寿命的方法，从而实现缩短板簧开发周期并降低开发成本；对钢板CAE仿真和台架试验进行了刚度及强度的对标分析，找出了能够准确模拟刚度和强度的CAE刚强度仿真方法；在确保CAE仿真模型能准确分析板簧刚强度的基础上，通过实测板簧材料疲劳性能曲线，基于Miner累积损伤理论，应用不同表面修正系数对钢板弹簧进行寿命分析，并和疲劳台架试验对标进行分析，找出了一种能够较为准确评估板簧寿命的CAE疲劳仿真分析方法。最终形成了一套基于CAE分析的较为可靠的钢板弹簧疲劳寿命预测方法，该方法有效性较好，对有效预测汽车钢板弹簧的疲劳寿命具有较高的工程价值。  
        关键词：汽车;钢板弹簧;疲劳寿命;台架试验对标   
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        发布时间：2023-09-25

        优化·可靠性

      • 楚正凯,胡东方
        2023(4): 850-855. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.013
        摘要：轴孔配合是机械产品基础的装配结构之一，配合间隙对产品的性能优劣和安全、有效运行起着决定性作用。以定位过程中轴孔间隙配合不确定性为研究目标，在分析影响定位过程中轴孔间隙配合不确定性影响因素的基础上，构建了轴孔加工不确定性信息熵模型，用来定量化描述轴孔间隙配合的不确定性；提出用轴孔间隙配合不确定性指标来综合表征轴孔间隙配合精度保持的不确定性；并分析不确定性指标与轴孔间隙配合精度保持可靠性的内在关系；通过实例验证了该方法的有效性和可行性。  
        关键词：间隙配合;不确定性;信息熵;多因素分析   
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        发布时间：2023-09-25
      • 伍建军,李嘉辉
        2023(4): 856-861. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.014
        摘要：为了提高柔顺铰链的稳健性，引入遗传算法和反向传播(Back Propagation, BP)神经网络方法对柔顺机构进行参数优化，运用正交试验来选出训练参数和测试参数，建立BP神经网络模型，利用神经网络的非线性拟合能力和遗传算法的全局搜索寻优能力对柔度和固有频率信噪比分别进行单目标和多目标寻找选取范围内的全局最优，不仅仅局限于选取因素水平的排列组合，也为提高柔顺铰链稳健性提供了一种新的解决途径。实验结果显示，柔顺铰链综合评价函数更优，实现了稳健优化设计的目的，证明了该方法的有效性。  
        关键词：柔顺机构;柔度;BP神经网络;稳健优化;遗传算法   
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        发布时间：2023-09-25
      • 任建吉,赵润秋,王镇希,刘雨明,原永亮
        2023(4): 862-870. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.015
        摘要：为获取对盾构机(Tunnel Boring Machine, TBM)油温的分类预测性能，基于自然天气现象，提出一种骆驼行走阻力与行走耐力策略改进骆驼算法优化随机森林的预测模型。首先，采用提出的策略对传统骆驼算法进行改进，结果表明，改进后的骆驼算法具有良好的收敛速度和收敛精度；其次，利用改进骆驼算法对随机森林建立的盾构机油温预测模型进行参数优化，获得最优模型；最后，在此基础上，对测试数据集进行分类预测研究分析。实验结果表明，提出的模型预测准确率达到97.71%,相比于传统随机森林模型在准确率上提升了6.38%,可以达到避免油温过高引起盾构机故障的目的，为未来的整机材料-结构-控制多学科协同优化设计和性能预测提供基础。  
        关键词：改进骆驼算法;随机森林分类;参数优化;TBM;油温预测   
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        发布时间：2023-09-25
      • 袁非梦,耿化品,王思蕊,锁斌,靳冬
        2023(4): 871-878. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.016
        摘要：针对外场试验数据样本数量较少的情况，提出了一种利用概率分配和代理模型进行数据扩充的方法。通过分析数据的基本概率特征确定区间划分和各个区间需要生成的样本点的个数，样本点则基于反向传播(Back Propagation, BP)神经网络方法构建半实物仿真系统代理模型生成，并采用直方图统计方法选取，从而使增补的样本点既保留了原始数据的概率特征，又具有物理内涵。扩充的外场试验数据完善了飞行器的落点坐标信息，提升了落点数据融合模型的精度。通过飞行器534A的外场和半实物仿真试验研究，验证了该方法的实用性和有效性。  
        关键词：飞行器落点;外场试验;数据扩充;基本概率分配;代理模型;数据融合   
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        发布时间：2023-09-25
      • 余镇,樊志华,石宏雨,李志华
        2023(4): 879-886. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.017
        摘要：为了解决水下滑翔机复杂外形的优化设计问题，在提高其升阻比的同时提高Kriging代理模型的优化效率，提出一种自适应代理优化算法。该算法分别使用提出的改善并行期望改进准则(Parallel Expectation Improvement, PEI)和改善概率准则两种加点准则进行全局探索；使用最小代理模型预测(Minimizing Surrogate Preduction, MSP)准则进行局部探索。并根据新样本点和已知样本点的关系来实现全局探索和局部探索的切换。通过数学算例将所提算法和最大期望提高(Expected Improvement, EI)准则、多点期望提高准则(Multiple Expectation of Improvement,q-EI)、最大期望概率提高准则进行对比，结果表明，优化算法收敛更快，精度更高。最后，采用该优化算法对水下滑翔机外形进行优化，最大升阻比提升了19.37%。  
        关键词：Kriging代理模型;代理优化算法;数值模拟;并行加点;水下滑翔机   
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        发布时间：2023-09-25

        设计·计算

      • 王海生,缪维跑,李春,张立,闫阳天,李志昊,岳敏楠
        2023(4): 887-893. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.018
        摘要：为研究大型风力机叶片内部腹板结构偏转对叶片弯扭耦合特性的影响，基于NX二次开发建立NREL 5 MW叶片CAD模型，通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法求解叶片表面的分布载荷，采用节点位移法求解叶片弯曲角及扭转角，分析腹板偏置对叶片弯扭耦合效应的影响。结果表明，偏置腹板可使叶片产生自适应特性；在气动载荷作用下，弯曲角与扭转角均沿叶展逐渐增大，于叶尖达到幅值；正向偏置时，叶片扭转角与偏转幅度呈负相关，反向偏置与之相反；正偏置结构耦合叶片弯扭耦合系数随偏转角增大呈递减趋势，反偏置叶片均大于传统叶片。  
        关键词：风力机叶片;弯扭耦合特性;复合材料;结构耦合;节点位移法   
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        发布时间：2023-09-25
      • 王超,孙小刚,顾叶青,吕振华,吕毅宁
        2023(4): 894-900. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.019
        摘要：刚度性能是评价阵面骨架承载能力和雷达工作精度的重要指标，设计中常用反射面变形的均方根来衡量阵面的刚度性能，但均方根法一般只能对骨架的整体刚度进行分析，无法对局部模块的刚度及对整体刚度的贡献度进行评价。针对该问题，基于子结构应变能和均匀应变能密度的设计准则，提出子结构刚度贡献度(λ)和子结构承载系数(α)的概念，并通过这两个参数对复杂结构中子结构刚度贡献度及匹配度进行了研究。相对于传统的评价子结构刚度贡献度的差分方法，该方法具有计算效率高、适用广泛等多种优点。最后，以某一典型车载相控阵雷达为例，详细分析了箱梁子结构、T形接头子结构对阵面骨架刚度的贡献度和匹配度，并分析了阵面面板对骨架子结构刚度贡献度的影响，为阵面骨架的轻量化及承载能力提升提出了一些改进设计建议。  
        关键词：刚度性能;刚度贡献度;承载系数;子结构;接头;天线阵面   
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        发布时间：2023-09-25
      • 莫远东,连海山,王雅芝,黄舒琦,钟佳俊
        2023(4): 901-908. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.020
        摘要：针对微孔的入口、出口和形状加工精度指标要求，提出灰色关联分析(Grey Relational Analysis, GRA)法和熵权法相结合的微细电火花加工多目标参数优化方法。运用熵权法，对三个加工精度指标进行分析，并得到对应的权重。通过设计正交试验并对H62黄铜进行加工试验，计算出试验结果序列的各指标的灰色关联系数。采用熵权法和GRA法综合评价模型，得出各试验序列的灰色关联度，并对其进行均值分析，实现了多目标优化向单目标优化的转变。研究结果表明，优化后工艺参数的实验结果与灰色关联度最大的H-22组试验结果相比，其入口过切量EnOV、出口过切量ExOV及锥度TA分别降低了8.97%、4.11%、8.33%,微孔的加工精度得以提高。  
        关键词：微细电火花加工;熵权法;灰色关联分析;正交试验;微孔   
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        发布时间：2023-09-25
      • 武明洲,张广鹏,刘墨涵,苟建峰,张鹏
        2023(4): 909-916. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.021
        摘要：传统铣削力预测模型精度低，难以为实际生产中工艺参数的合理选择提供有效支持，建立了一种基于等效车削力模型的铣削力模型，通过综合考虑工作角度、刃口圆弧及刀尖圆弧半径的等效车削力模型。该模型将实际车刀等效为理想车刀模型识别出材料本构方程中的材料常数、流屑角及平均摩擦角，再根据斜角切削模型计算不同切削速度下的主剪切面上的剪切应力及单位切削力F0向量，从而可以计算出立铣刀前刀面上的瞬时切削力，再经过坐标变换得立铣刀在X-Y-Z坐标系下的三向切削力，仿真及实验验证了该铣削力模型的预测性。  
        关键词：等效模型;单位切削力;铣削力预测   
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        发布时间：2023-09-25
      • 胡静,胡昂,邓云飞
        2023(4): 917-923. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.022
        摘要：为研究铝合金靶板抗不同强度和头部形状的弹体冲击时的弹道性能、失效模式与能量耗散情况，利用Abaqus有限元软件建立了不同强度的轻质可变形弹体冲击3 mm厚6061-T651铝合金靶板的三维模型，并采用修正后的Johnson-Cook (MJC)本构模型和Lode参数相关的修正后的Mhor-Coulomb (MMC)断裂准则进行数值模拟计算。结果表明，采用低强度的6061-T651铝合金作为弹体材料时，靶板对应的弹道极限最高，并且靶板的弹道极限随着弹体强度的增加而降低；当弹体强度较低时，冲击作用将会造成靶板更为复杂的失效模式，同时弹体头部均发生了不同程度的塑性变形；弹体强度对靶板能量耗散能力有明显的影响。轻质可变形平头弹对应的弹道极限高于卵形头弹。  
        关键词：轻质可变形;Lode数值模拟;弹道极限   
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        发布时间：2023-09-25
      • 薛浩,沈景凤,秦薇,程攀,朱锐
        2023(4): 924-930. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.023
        摘要：液体动静压球轴承在中高转速或高转速下，因润滑油摩擦和剪切作用使油膜温度升高，进而导致轴承与转子受热变形，且该变形量与油膜厚度处于同一数量级，严重影响主轴的回转精度。因此，以小孔节流方式的液体动静压球轴承作为研究对象，建立流体润滑数学模型，推导出润滑油膜的Reynolds方程和能量方程，结合有限差分法和松弛迭代法计算了液体动静压球轴承的油膜压力分布和温度分布，并探究工作参数对承载能力和油膜温升的影响。结果表明，当转速越大、油膜厚度越小时，油膜剪切效应越强，温升也随之增大；当转速为3 000 r/min、油膜厚度为28μm时，轴承最高温升相较1 000 r/min时最高上升了18.65 K;当转速为3 000 r/min、油膜厚度为20μm时，轴承最高温升相较油膜厚度为28μm时上升了27.685 K。  
        关键词：液体动静压球轴承;小孔节流;承载能力;温度场;热变形   
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        发布时间：2023-09-25
      • 文渝杰,廖鸿辉,柳在鑫,李玲玉
        2023(4): 931-938. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.024
        摘要：滚锥包络端面啮合蜗杆传动，该传动副的优点为同时啮合的齿对数多和可消除间隙等。根据齿轮啮合原理和微分几何原理建立该传动副的啮合数学模型，从而得到该传动副的啮合函数和蜗杆齿面方程，再推出啮合性能的计算公式，运用Matlab软件分别分析滚锥小端半径、喉径系数及滚锥半锥角对该传动副啮合性能评定参数——诱导法曲率、润滑角、相对卷吸速度和自转角的影响。分析结果表明，该传动副具有较好的啮合性能。  
        关键词：滚锥包络;端面啮合;啮合性能   
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      • 陈雨飞,沈景凤,周羿好
        2023(4): 939-947. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.025
        摘要：以小孔节流方式的液体动静压球轴承为研究对象，建立球轴承的润滑数学模型，推导出层流状态下的Reynolds方程，引入流量守恒原理并结合小孔节流器的流量计算得到油腔和封油边压力分布；采用微扰法推导出扰动压力控制方程，通过有限差分法和松弛迭代法求解扰动压力控制方程得到轴承的刚度和阻尼系数。运用数值分析研究供油压力、转速及油膜间隙等参数对轴承动态特性系数的影响。结果表明，随着油膜间隙减小，供油压力的增大，刚度和阻尼系数会随之增大；随着转速增大，直接刚度变化趋势较小，直接阻尼降低趋势较明显；当油膜间隙为20μm时，轴承刚度和阻尼系数达到最大；转速的提高对于刚度影响较小，而阻尼系数则会明显降低。  
        关键词：小孔节流;液体动静压球轴承;流量守恒原理;雷诺方程;微扰法;动态特性   
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      • 刘兆鑫,李永宽,夏东伟
        2023(4): 948-954. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.026
        摘要：为保证列车在发生碰撞时前端次要部位尽可能吸收撞击能量，减小主体结构的碰撞损伤，轨道车辆前端设有吸能结构以提高车辆的被动安全性，保证乘客和司机的安全。首先，对比了国内外不同碰撞标准对于碰撞条件的要求，总结出各标准在撞击场景和撞击障碍物方面规定的异同。其次，选取严苛的ASME RT-2标准作为设计输入条件，设计了两种吸能结构方案，其结构主要包括压溃元件、端梁和角柱等，通过Ls-Dyna对两种方案进行了仿真计算，计算结果表明，两种方案吸收能量均超过1.22 MJ。最后，对其中一种二级压溃吸能结构进行了碰撞试验，验证了仿真计算方法的有效性，验证了该结构能够满足ASME RT-2标准的要求。  
        关键词：轨道车辆;吸能结构;防撞性;有限元分析;被动安全   
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        发布时间：2023-09-25

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 徐阳,阳光武,陈宽裕,肖守讷
        2023(4): 955-961. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.027
        摘要：为了研究非高斯激励的频域计算方法，介绍了高斯混合模型(Gaussian Mixture Model, GMM),通过GMM模型将实测的非高斯激励转换成概率功率谱(Probabilistic Power Spectrum, PPSD),以此将非高斯激励引入频域。运用仿真和GMM-Dirlik模型获得对应的非高斯雨流分布，计算出试件的损伤；同时按照高斯假设，将激励直接转换成功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)进行损伤的计算。然后，对试件进行了台架试验，获得了试件的应力响应，通过雨流计数获得应力范围雨流分布，计算出试件的损伤。将试验结果与仿真结果进行对比后发现，GMM-Dirlik模型得出的结果与试验相对误差为10.8%,而高斯假设得到的结果与试验相对误差较大，为45.3%,进一步说明了用高斯假设评估非高斯激励损伤的危险性。最后，对比非高斯激励和高斯分布概率密度函数的区别，解释了实测应力雨流分布在中间应力等级处出现下凹的现象，以及非高斯激励相对于高斯激励损伤变大的原因。  
        关键词：高斯混合模型;非高斯激励;频域计算;随机振动   
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        发布时间：2023-09-25
      • 张育轩,李欣,杨建伟,田帅,刘乐强
        2023(4): 962-969. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.028
        摘要：针对法向交变载荷作用下的2024铝合金微动疲劳失效问题开展了试验研究。设计了可施加交变法向载荷与远端载荷的双轴加载微动疲劳试验系统。通过Abaqus有限元分析，对试验台法向加载装置进行分析计算，考察了法向加载时力传导误差与微动垫摆角对试验精度的影响，验证了试验机加载的精度。进而研究了在交变法向载荷作用下，0°、45°、90°三种不同相位差对2024铝合金疲劳寿命的影响。试验结果表明，随着相位差的增加，2024铝合金试件的寿命逐渐增加。通过对磨损状态的分析发现，0°与45°相位差下，磨损的影响较小，寿命随着相位差的增大而增长；90°相位差时磨损较为严重，在磨损与疲劳损伤的共同作用下，90°相位差状态下试件的疲劳寿命进一步增加。试件微动疲劳寿命在交变法向载荷作用下的整体趋势为：随着相位差的增加寿命延长，随着相位差的增加，磨损增加。  
        关键词：微动疲劳;交变法向载荷;2024铝合金;有限元分析   
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        发布时间：2023-09-25
      • 王朝华,吴凤和,刘加亮,连辉
        2023(4): 970-976. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.029
        摘要：针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题，提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型，通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式；采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线，并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正；考虑轮毂的旋转过程，采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例，采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转，与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比，误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。  
        关键词：轮毂;疲劳寿命;损伤累积;弯曲疲劳试验   
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        发布时间：2023-09-25
      • 赵正大,寸文渊,赵旭升,张杰毅,陈雪梅,陈果
        2023(4): 977-984. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.030
        摘要：针对管路连接件疲劳断裂问题，建立飞机液压系统管路连接件有限元模型，基于连续损伤力学理论，对含有装配应力的管路连接件进行了振动疲劳寿命预估，结果表明，在正常装配状态下，管路连接件的疲劳裂纹萌生点位于扩口导管与平管嘴末端接触部位；随着振动载荷幅值的增大，管路连接件的疲劳寿命逐渐减小；当存在轴向装配偏差时，由于应力集中现象的影响，管路连接件的疲劳裂纹萌生点位于导管扩口与管体连接部位；轴向装配偏差削弱了管路连接件的疲劳强度，轴向偏差越大，管路结构疲劳寿命越小。  
        关键词：管路连接件;损伤力学;轴向偏差;疲劳寿命   
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        发布时间：2023-09-25
      • 刘礼平,韩毫毫,刘佳欢,鲍蕊,蔺越国
        2023(4): 985-992. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.031
        摘要：为研究机身蒙皮在均布增压循环载荷作用下的疲劳裂纹扩展，用自制的飞机机身蒙皮均布增压疲劳装置进行实验。首先通过扩展有限元法计算出应力强度因子，然后基于最大周向应力(Maximum Circumferential Stress, MCS)准则和应变能密度因子(Strain Energy Density Factor, SEDF)准则计算裂纹偏转角，对机身蒙皮疲劳裂纹扩展路径进行预测，最后在扫描电镜下对疲劳断口进行观察与分析。结果表明，两种准则预测的裂纹扩展路径与实验得到的裂纹扩展路径基本一致。机身蒙皮表面裂纹为复合型裂纹，随着裂纹长度增加，KⅠ先增大后减小，KⅡ在数值上先迅速降低至0附近，然后在0附近振荡，最后在接近下孔即将贯穿的时候迅速增大。观察疲劳断口发现，疲劳裂纹呈多疲劳源萌生；裂纹扩展区具有典型的准解理断裂特征，并且疲劳裂纹扩展速率随裂纹长度的增大呈先增大后减小的变化趋势；瞬断区则为典型的大小不等的韧窝特征。  
        关键词：机身蒙皮;均布增压;疲劳裂纹;裂纹扩展;疲劳断口   
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        发布时间：2023-09-25

        研究简报

      • 孙宇浩,雷正保
        2023(4): 993-998. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.032
        摘要：为解决现有可导向防撞垫设计方法单一的问题，设计出符合当前法规要求的可导向防撞垫，以耐撞性拓扑优化方法为基础方法，通过建立汽车-防撞垫模型并对其正碰工况下进行拓扑优化分析，从中提取出吸能单元的基础构型，以正碰时汽车质心加速度大小作为评价指标，采用正交设计和稳健性设计方法对吸能单元的尺寸做出进一步优化，最终得到吸能单元的最优尺寸。仿真试验结果表明，以耐撞性拓扑优化为基础的设计方法行之有效，所设计出的TS级可导向防撞垫符合现行要求。  
        关键词：拓扑优化;可导向防撞垫;稳健性设计   
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        发布时间：2023-09-25
      • 杨帆,杨建军,邓效忠,李天兴,徐家科
        2023(4): 999-1004. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.033
        摘要：摆线轮是RV减速器中的核心部件，摆线轮的孔型结构对RV减速器的传动平稳度有较大影响。针对摆线针轮传动系统进行啮合接触分析，得到摆线轮在实际啮合过程的实际啮合齿对数，计算出各齿对啮合转角及综合啮合刚度。在有限元软件中，以摆线针轮综合啮合刚度为弹性约束，对摆线轮进行了动态响应分析，摆线轮在扇形减重孔处振动最大，易发生变形。针对摆线轮不同扇形孔结构，采用三因素四水平的正交试验进行了动力学仿真，结果表明，随着摆线轮转速提升，扇形孔的上底圆半径始终是影响摆线轮振动的最主要因素，而倒圆半径的影响力逐渐增强，两腰夹角的影响力逐渐减弱，为摆线轮的结构设计提供了依据。  
        关键词：摆线轮;综合啮合刚度;正交试验;结构优化   
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        发布时间：2023-09-25
      • 赵佳伟,陶友瑞,裴佳星,张禹
        2023(4): 1005-1010. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.034
        摘要：为了准确预测工程机械上SUS304不锈钢点焊接头的疲劳寿命，提出了一种用于焊点寿命预测的S-N曲线。根据常见的几种点焊接头的结构形式，制备了不同板厚组合的拉剪疲劳试件，通过疲劳试验获取了试件的疲劳寿命数据。利用CT扫描实验获取了准确的焊核直径，建立了试件的有限元模型，并通过光学应变测量试验验证了该模型的准确性。然后，基于Rupp等效结构应力法和疲劳试验数据建立了综合不同板厚组合和载荷比的结构应力-寿命曲线(S-N曲线),并使用Goodman修正法消除了载荷比的影响。最后，建立了振动输送机有限元模型，并进行瞬态动力学分析获取了振槽焊点的结构应力，基于建立的S-N曲线预测了焊点寿命。结果显示，振槽各焊点接头无疲劳问题，存在焊点冗余情况，可以做轻量化设计。  
        关键词：304不锈钢;点焊;S-N曲线;疲劳寿命;振动输送机   
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        发布时间：2023-09-25
      • 胡蓉,何雪明,于嘉川
        2023(4): 1011-1016. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.035
        摘要：进行双螺杆压缩机型线优化设计时，考虑到各几何特性参数对压缩机性能的影响有所不同。为了更加直观地判断所设计型线的优劣，提出了一种综合性能指标来判断转子型线的优劣，并将基于该综合性能指标设计出型线更优的转子进行流体仿真和实验验证。与原始型线相比，优化型线的接触线长度略有增加；泄漏三角形区域面积有所减小；面积利用系数有所增大；但反映整体性能指标的综合的单一性能指标指向更佳，也初步证实了提出方法的正确性。  
        关键词：综合性能;螺杆转子;啮合线;优化设计   
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        发布时间：2023-09-25
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