最新刊期
      2023 年 第 45 卷 6 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 杜浩飞,张超,李建军
        2023, 45(6): 1271-1279. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.001
        摘要：针对风机滚动轴承故障诊断需要提取大量复杂特征，提出一种基于注意力机制、ResNext网络和长短时记忆(Long Short Term Memory, LSTM)网络的并行轴承故障诊断模型。首先，将采集的一维振动信号进行预处理；然后，分两路输入到模型中提取特征，其中一路输入到嵌入注意力机制的ResNext模块中，注意力机制可以增加重要特征的权重，减少模型运算量，另一路输入到LSTM网络中提取振动信号在时间序列上的依赖关系；最后，将两路提取到的特征进行融合输入到Softmax层进行故障分类。实验结果表明，与目前基于深度学习的轴承故障诊断方法相比，所提方法在轴承故障分类准确率上表现更好。  
        关键词：故障诊断;注意力机制;ResNext;LSTM   
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        发布时间：2024-06-07
      • 陈代俊,陈里里,董绍江
        2023, 45(6): 1280-1285. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.002
        摘要：针对传统故障诊断方法需人工提取特征且识别率低的问题，提出了一种基于变分模态分解(Variational Modal Decomposition, VMD)和连续小波变换(Continuous Wavelet Transform, CWT)并结合卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)的VMD-CWT-CNN模型用于滚动轴承故障诊断。首先，通过VMD将轴承振动信号分解为多个具有不同中心频率的模态分量；其次，采用CWT将模态分量进行计算并转为二维时频图；最后，将时频图输入结构裁剪后的EfficientNet卷积神经网络自动提取特征并完成滚动轴承的故障诊断。使用提出的方法对美国凯斯西储大学10类轴承故障数据进行多次实验，平均准确率达到了99.86%,能有效地完成滚动轴承信号的特征提取以及损伤程度的精确诊断。  
        关键词：变分模态分解;连续小波变换;时频图;卷积神经网络;故障诊断   
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        发布时间：2024-06-07
      • 赵新语,樊军,何方,唐丽雯
        2023, 45(6): 1286-1292. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.003
        摘要：为了准确及时地判断抽油机故障位置，改变低效的人工故障诊断模式，提出了一种基于马田系统的抽油机故障识别方法。首先，分析示功图的几何特征和形状特征；其次，利用全局与局部特征相结合的方式，对示功图进行特征提取；然后，以马氏距离作为度量指标，通过构建和修正特征子集，筛选出各故障的敏感特征变量；最后，建立多分类马田系统实现故障识别，并与传统人工识别方法对比，以克拉玛依石西作业区的油井数据为例，验证方法的可行性和有效性。  
        关键词：全局特征;局部特征;抽油机故障诊断;示功图;马田系统   
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        发布时间：2024-06-07
      • 武菁,张雷克,王雪妮
        2023, 45(6): 1293-1300. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.004
        摘要：灯泡贯流式机组实际运行中，转子-转轮系统受各外激励影响易形成旋转部件与固定部件间的碰摩故障，极大影响机组的安全稳定运行。针对含故障受油器部件的灯泡贯流式机组轴系碰摩问题，构建转子处复合偏心影响下不平衡磁拉力模型，建立了多振源激励下含故障受油器灯泡贯流式机组受油器-转子-转轮耦合振动模型，对比分析了有无故障受油器系统弯扭耦合状态下振动特性的差异，对系统在励磁电流、转子质量偏心及转轮质量偏心变化时各自的非线性振动特性进行了讨论。结果表明：故障受油器的出现加大了转子、转轮非稳态运动范围，使系统产生不利振动进而引发故障；同运行工况及参数状态下的转子相较转轮表现出更大振幅强度，需引起重视。扭转自由度的加入加剧了转子振幅，增加了碰摩故障发生概率。此外，当转轮质量偏心发展到一定程度后，叶片处存在的不确定随机水力将使系统发生失稳现象。研究结果可为灯泡贯流式机组安全运行及稳定性分析提供有益借鉴。  
        关键词：受油器;弯扭耦合;灯泡贯流式机组;复合偏心;励磁电流   
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        发布时间：2024-06-07
      • 夏冰新,李继平,于联周,潘五九
        2023, 45(6): 1301-1308. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.005
        摘要：鉴于制动系统表面不稳定噪声机制问题的复杂性，学者们从理论和实验角度开展了诸多研究，旨在揭示粗糙微观接触表面对模态耦合自激振动系统的不稳定和非线性响应机制。对于接触表面刚度的建模引入了能够模拟机械加工表面分形特性的分形理论，并将该模型嵌入到两自由度制动系统模型中，从而建立了一个包含底层微观接触特性参数的制动系统动力学模型。着重分析了分形参数对系统稳定性响应和非线性响应的影响。理论和实验研究发现，分形维数D和分形粗糙度G均对系统的制动稳定性有着重要影响。为工程上类似的微观接触影响宏观机械系统的动力学分析提供参考。  
        关键词：粗糙表面;自激振动系统;响应;非线性   
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        发布时间：2024-06-07
      • 荆东星,陈杨晖,全哲
        2023, 45(6): 1309-1317. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.006
        摘要：针对风电机组滚动轴承故障特征微弱，对应的信号具有非线性、非平稳性并含有噪声干扰的问题，以及信号本身具有空间和时域信息的特点，提出一种基于一维卷积神经网络(One-Dimensional Convolutional Neural Network, 1D-CNN)和共享权重长短时记忆网络(Shared Weight Long Short-Term Memory Network, SWLSTM)进行空时融合的风电机组滚动轴承故障诊断的卷积共享权重记忆网络(Convolutional Shared Weight Long Short-Term Memory Network, CSWLSTM)。使用美国西储大学滚动轴承数据集进行验证，相较于具有相同结构的卷积长短时记忆网络(Convolutional Long Short-Term Memory Network, CLSTM)模型和卷积门控循环网络(Convolutional Gated Recurrent Unit Network, CGRU)模型，CSWLSTM模型在训练时间上分别降低了39.9%和19.0%,模型参数量分别降低了63.3%和53.4%。在测试集上使用的分类评价指标准确率分别提升了1.0%和1.5%,精确率分别提升了1.0%和1.7%,召回率分别提升了0.9%和1.0%。仿真实验结果表明，所提出的CSWLSTM模型在风电机组滚动轴承故障诊断方面具有较好的应用潜力。  
        关键词：风电;故障诊断;滚动轴承;共享权重长短时记忆网络;一维卷积神经网络   
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        发布时间：2024-06-07

        实验研究·测试技术

      • 徐向聪,高佳丽,郝云波
        2023, 45(6): 1318-1325. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.007
        摘要：采用试验与有限元分析相结合的方法研究了变密度多层梯度点阵型金属减振结构的吸能性能。首先，以体心立方(Body-Centered Cubic, BCC)结构为基础单胞，分别设计了变直径BCC(Diameter BCC, DBCC)和变角度BCC(Angle BCC, ABCC)两种梯度点阵结构，并采用选择性激光融化工艺实现了304不锈钢多层梯度结构的制备。然后，对比研究了梯度点阵结构和均匀点阵结构的压缩和吸能性能。有限元仿真和实验结果均表明，DBCC结构自压缩过程开始，低密度层带动高密度层逐层坍塌，在小应变阶段具有较高的吸能效率，而应力分布不均匀导致其力学性能和整体能量吸收大小较均匀结构大幅降低。ABCC结构小应变阶段抗压性能强，压缩至大应变阶段发生逐层塌陷，一定程度上提升了结构的吸能性能，同时增大ABCC结构梯度率可有效提高结构的弹性模量和吸能特性。  
        关键词：梯度点阵;准静态压缩;选择性激光融化工艺;力学性能;吸能性能   
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        发布时间：2024-06-07
      • 邹广平,吴松阳,闫安石,李寅辰,张志俊,唱忠良
        2023, 45(6): 1326-1331. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.008
        摘要：为研究紧凑拉伸(Compact Tensile, CT)试样尺寸对动态断裂韧性试验的影响，使用分离式霍普金森拉杆(Split Hopkinson Tie Bar, SHTB)装置对2A12T4铝合金CT试样进行了动态断裂测试，通过数字散斑相关法(Digital Speckle Correlation Method, DSCM)计算了试样的动态断裂韧性，并对比应变片法计算结果说明了此种方法的正确性。研究试件的不同大小和加载孔位置对动态断裂韧性的影响，研究结果表明，W/B的值越小，CT试样动态断裂韧性值越小且降低的趋势逐渐变缓，对于W/B值相同的不同尺寸试样，其动态断裂韧性差距很小，改变加载圆孔圆心距对动态断裂韧性试验结果影响较小。  
        关键词：紧凑拉伸试样;数字散斑相关法;动态加载;断裂韧性;霍普金森拉杆   
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        发布时间：2024-06-07
      • 徐昱根,柳琳琳,沈双全,朱浩
        2023, 45(6): 1332-1339. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.009
        摘要：填充橡胶材料在工程减隔振结构中广泛应用，对其超弹性力学特性的准确模拟对工程结构的服役性能准确预测至关重要。针对一种隔振橡胶材料试样进行了单轴拉伸(UT)、单轴压缩(UC)和简单剪切(SS)试验等3种基本材料力学试验，对其超弹性力学行为进行了表征，讨论了在3种力学试验数据不全的情况下4种常用超弹性本构模型预测其他变形模式的能力，并提出了3个误差评价指标和1个拟合优度系数R来评价拟合精度。最后，根据研究结果，讨论了不同试验条件下超弹性材料本构模型的适用性并给出了选择建议。  
        关键词：隔振橡胶材料;超弹性本构模型;材料力学试验;拟合精度;适用性   
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        发布时间：2024-06-07
      • 刘世华,张宝才,谢隋杰,程宗辉,张洁,李海澄
        2023, 45(6): 1340-1347. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.010
        摘要：通过对增材制造选区激光熔化的钛合金飞机结构维修件的相关性能试验研究，全面评价其工程应用的可行性。研究对照了增材制造与传统机械加工的钛合金材料与典型结构试样以及飞机结构维修件的力学性能，结果表明，增材制造钛合金材料室温拉伸、剪切、冲击性能均很优异，与钛合金板材相比各项力学性能相对误差均在10%以内；增材制造钛合金典型结构与机械切削加工典型结构相比，静强度相对误差均在5%以内，疲劳强度最大相对误差为12.9%,钛合金增材制造典型结构与机械加工典型结构力学性能处于同一水平；钛合金增材制造飞机结构维修件与高强度钢机械加工飞机结构维修件的补强效果相当甚至略优。研究表明，增材制造钛合金结构也能满足飞机维修工程的基本要求。  
        关键词：选区激光熔化;钛合金;飞机维修;静强度;疲劳性能   
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        发布时间：2024-06-07
      • 王伏林,卢雪云,孙兴祚,吴勇文
        2023, 45(6): 1348-1354. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.011
        摘要：航空铝硅合金结构件的切削表面质量影响其服役性能。切削参数对表面质量的形成具有强相关性，可通过调控切削参数改善工件表面质量。采用单因素实验法对铝硅合金ZL114A试件进行车削加工，观测试件表面粗糙度、表面残余应力、表面形貌和刀具磨损，并结合切削力和切削温度，探究切削参数和刀尖圆弧半径对试件表面质量和刀具磨损的影响规律。结果表明，铝硅合金ZL114A的表面粗糙度对车削深度的变化最敏感；加工表面残余应力为压应力，且对刀尖圆弧半径的变化最敏感；试样表面出现明显的刀痕，同时伴随有犁沟出现；主轴转速的变化对刀具磨损影响最大。  
        关键词：ZL114A铝硅合金;表面粗糙度;表面形貌;残余应力;切削力   
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        发布时间：2024-06-07
      • 张海英,李刚,臧伟锋,廖江海,董登科
        2023, 45(6): 1355-1360. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.012
        摘要：采用激光选区熔化技术制备了Ti-6Al-4V钛合金紧凑拉伸试验件，对部分试验件进行热处理或热等静压处理，并分别对沉积态、热处理态和热等静压态的部分试验件进行表面机械加工，通过试验获取了不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V的裂纹扩展性能数据，对比研究了不同后处理方式的影响。结合对试验件微观组织及断口形貌的观测，分析了裂纹扩展性能变化的可能原因。研究结果表明，沉积态Ti-6Al-4V中针状马氏体α组织导致其韧性相对低，且由于成形残余应力的存在，其裂纹扩展性能明显低于常规成形材料。热处理和热等静压处理都在一定程度上实现了α相的粗化及β相含量的提高，结合成形残余应力的降低甚至消除，显著提升了材料的裂纹扩展性能，使其裂纹扩展速率与常规成形材料相当。当裂纹尺寸和应力强度因子超过一定范围时，表面机械加工处理对裂纹扩展性能几乎无影响。  
        关键词：激光选区熔化;热处理;热等静压;表面状态;疲劳裂纹扩展   
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        发布时间：2024-06-07
      • 高伟,王渊博,赖如辉,刘志文,刘洋广
        2023, 45(6): 1361-1370. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.013
        摘要：风力机叶片变桨故障极易引发不稳定超高负载而导致结构失效损毁。首先，基于计算流体力学方法对NREL 5 MW风力机变桨故障/成功叶片气动侧特征进行分析，然后，利用双向强流固耦合及屈曲分析对典型方位角下变桨故障叶片状态展开研究。结果显示，切出风速下变桨故障叶片挥舞力矩平均值为变桨成功叶片的13.8倍，且前者流场尾迹更明显。叶片在双向强流固耦合下挥舞力矩较之无流固耦合波动范围明显更广，且变桨故障叶片最大叶尖位移为变桨成功叶片的14.1倍。对于0°、60°、120°和180°四个典型方位角，随角度增大变桨故障叶片的弯矩大小、叶尖位移、弯曲程度、端部效应、尾迹范围和强度逐渐减小。屈曲分析发现随方位角增大，屈曲因子呈递增趋势，其中180°方位角较之0°方位角的一阶屈曲因子增加20.2%。  
        关键词：风力机;变桨故障;流固耦合;气动特性;结构响应;屈曲分析   
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        优化·可靠性

      • 陈鹏,雷正保
        2023, 45(6): 1371-1379. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.014
        摘要：以标准护栏纵向为拉伸方向对标准护栏进行拓扑优化，得到最优传力路径，提取新型护栏的初始截面。再应用超高性能混凝土材料，使用通过实车实验验证的护栏-车耦合有限元模型进行碰撞分析。为了得到同时使车辆质心加速度与护栏最大动态位移尽可能小的最佳截面参数，考虑到不确定因素的影响，使用田口方法结合物理规划法进行多目标稳健性设计。最后将优化后的护栏与标准护栏的仿真分析结果对比，结果表明优化后的新型护栏防撞性能全面提升，工作具有工程实际意义。  
        关键词：拓扑优化;田口方法;满意度;物理规划法;多目标稳健性;超高性能混凝土   
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        发布时间：2024-06-07
      • 王宇超,朱明亮,范曼杰,霍鑫,轩福贞
        2023, 45(6): 1380-1386. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.015
        摘要：以汽轮机焊接转子为研究对象，建立多层多道氩弧焊工艺的二维轴对称有限元模型，采用双椭球体热源模型，利用生死单元技术及Dflux热源移动子程序对焊接工艺过程进行数值模拟，分析温度场与应力场的分布及焊接工艺优化方法。结果表明，多层多道焊接过程中，温度经历多次升温与冷却，形成复杂的热载曲线，后层焊接对前层具有显著的应力释放作用，焊缝区平均应力水平降幅可达20%,两侧基体平均应力水平升高，改善了接头应力分布的不均匀性；同层3条焊道相对2条焊道的焊缝区域应力水平略有下降，但高应力水平区宽度增加，焊接变形增大，坡口顶部及底部的变形量增大约7.9%。研究认为，同层焊道数量对接头应力及变形具有重要影响，应合理选择。  
        关键词：多层多道氩弧焊;数值模拟;应力场;温度场;工艺优化   
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        发布时间：2024-06-07
      • 钱宇耕,袁修开,陈敬强
        2023, 45(6): 1387-1393. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.016
        摘要：参数时变失效概率函数(Time-Dependent Failure Probability Function, TDFPF)是结构时变可靠性优化设计的关键问题之一，其估计的精度与效率决定了结构时变可靠性优化的效果。针对时变失效概率函数计算成本高的问题，基于结构复合极限状态思想提出了基于加权重要抽样的结构时变失效概率函数估计策略。对于加权重要抽样进行扩展，仅需一次可靠性分析，即可得到时变失效概率函数的估计，避免了多次重复计算。为了验证所提方法的精度与效率，给出数值算例及工业机器人减速器结构时变算例。结果表明，对于时变失效概率函数估计问题，所提方法适用性好，能够以较高效率获得满意的结果。  
        关键词：时变可靠性;时变失效概率函数;加权策略;重要抽样法;随机模拟   
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      • 闫国华,任新江,刘勇
        2023, 45(6): 1394-1402. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.017
        摘要：为了提高梁式管接头的密封性能，以梁式管接头的结构参数为设计变量，对其进行优化设计。首先，建立了带有椭圆弧凹槽的梁式管接头的有限元模型；其次，以密封接触表面的最大接触压力为密封性能的定量指标，对影响梁式管接头密封性能的五个结构参数进行敏感性分析，选取影响效果显著的结构参数建立二阶响应面模型；最后，利用遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解，并通过有限元数值模拟验证了优化结果的有效性。结果表明，椭圆长半轴、椭圆短半轴和第一道密封名义宽度这三个参数对梁式管接头密封性能的影响更为显著，当三者的值分别取为1.051 mm、0.540 mm和0.060 mm时，梁式管接头的密封性能能够得到有效提高。  
        关键词：梁式管接头;敏感性分析;响应面模型;遗传算法;多目标优化   
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        发布时间：2024-06-07
      • 常光宝,李宏庚,王田修,刘杰昌,黄元毅
        2023, 45(6): 1403-1408. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.018
        摘要：为解决汽车换挡出现异响的问题，建立飞轮-离合器-变速箱-传动轴-驱动轴-轮胎的7自由度的传动系统动力学模型，利用建立的数学模型，可以得到传动系统的固有频率以及主振型。借助Adams软件搭建传动系统的多体动力学模型，进而对模型进行模态解析计算，可以得到影响换挡冲击的主要动能集中在飞轮、主要势能集中在驱动半轴。从激励源入手，构建离合器减振特性模型，对离合器间隙角进行灵敏度分析，可以得出，间隙角越大，换挡冲击共振越明显。因此，针对飞轮转动惯量、驱动半轴刚度、离合器间隙角进行优化设计，并且安装在实车上进行验证，结果表明：安装优化后的各部件，该车辆的换挡冲击问题得到有效的改善，表明建立的模型以及分析方法，对改善换挡冲击问题具有指导意义。  
        关键词：换挡冲击;数学模型;多体动力学模型;模态解析计算;间隙角   
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        发布时间：2024-06-07

        设计·计算

      • 朱安源,方聪聪,周伟,彭泳东
        2023, 45(6): 1409-1418. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.019
        摘要：线接触弹性流体动力润滑(Elasto-Hydrodynamic Lubrication, EHL)现象广泛存在于轴承、齿轮等机械系统关键零部件中，接触界面间的润滑油膜充当弹簧和阻尼器的作用，润滑油与固体接触产生的摩擦热会改变润滑剂流变学特性，进而对接触副动力学特性产生影响。基于弹流润滑传热学和动力学基本原理建立线接触热弹流润滑与动力学耦合模型。模型通过利用稳态工况下刚度与接触体趋近量的关系，分离出瞬态接触下刚度力影响的部分，从而得到阻尼参数。基于以上模型对热弹流润滑接触油膜特性和动力学特性进行研究。结果表明，接触界面间润滑油温度随外载荷和卷吸速度增大逐渐升高，对润滑油的流变学特性产生影响，进而影响接触副在加载过程中的动力学特性。轻载低速时，热效应对弹流润滑刚度和阻尼的影响不明显，随着载荷和卷吸速度增大，热弹流刚度和阻尼大于等温条件下的计算结果，且随速度增大，热效应的影响更加明显。  
        关键词：线接触;弹流润滑;热效应;刚度;阻尼   
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        发布时间：2024-06-07
      • 徐尤南,石子权,何柳,禇航
        2023, 45(6): 1419-1431. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.020
        摘要：推进系统是盾构机的重要组成部分，其刚度性能将影响盾构机的掘进和转向等功能。为获得盾构推进系统有效的参数化刚度模型，以期能够准确地描述盾构推进系统静刚度在全工作空间内的变化规律，研究其静刚度建模方法。构建盾构推进系统的物理模型并进行运动和力分析，通过材料力学公式构建了盾构推进缸的刚度模型，基于虚位移原理构造机构末端各方向变形与力或力矩之间的关系，运用叠加原理得出盾构推进系统总刚度矩阵计算式，使用有限元法验证所建静刚度模型的准确性，并对其进行灵敏性分析，为盾构推进系统的结构设计优化和研究分析提供理论基础。  
        关键词：虚位移原理;盾构推进系统;机构静刚度;有限元法;灵敏性分析   
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        发布时间：2024-06-07
      • 岳琮镇,牛红攀,王鹏飞,范志庚,尹娇妹
        2023, 45(6): 1432-1437. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.021
        摘要：多轴载人离心机是训练飞行员定向认知能力并且克服错觉的重要设备，其强度校核是结构设计的必要环节。传统准静态静力学分析方法只可直接分析不超过两轴嵌套转动的结构强度问题，而多轴载人离心机存在三轴或超过三轴的嵌套转动情况；采用柔性多体动力学方法可分析确定运动路径的多轴转动结构强度问题，但计算时间长、资源消耗大，难以充分考核结构的强度。提出一种基于多体动力学结合随机抽样与有限元计算的多轴离心机强度校核方法，考虑了多轴嵌套转动对离心机结构强度的影响，可获得最严酷的受力状态，可在较短的时间内获得计算结果，效率高，工程上切实可行，有利于提升多轴嵌套转动设备的结构强度校核准确性，为其结构设计提供重要支撑。  
        关键词：多体动力学;多轴转动;强度校核;随机抽样   
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        发布时间：2024-06-07
      • 朱春霞,崔琴,闫志标
        2023, 45(6): 1438-1444. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.022
        摘要：为了从分形的角度更加准确地研究结合面的接触刚度，基于M-B分形模型和赫兹理论，引入域扩展因子来表征分形维数，分别建立结合面法向和切向接触刚度分形模型。该模型综合考虑了载荷、分形维数以及材料参数等因素的影响。同时，通过数值仿真得到结合面接触刚度与各参数的变化趋势，结合面法向接触刚度与法向载荷的变化趋势相同，与分形特征和长度尺度系数相反，但与分形维数的变化趋势比较复杂，不再具有单调性；结合面切向接触刚度与上述参数引起的变化趋势与法向接触刚度的变化趋势相似。  
        关键词：接触刚度;域扩展因子;分形模型;微接触面积分布函数;数值仿真   
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        发布时间：2024-06-07
      • 刘家成,葛正浩,李杰,刘言松,陆为东,谭建军
        2023, 45(6): 1445-1451. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.023
        摘要：二级往复式小型无油空压机凭借其排气压力高、功耗小的优点，在各大领域中得到了广泛应用，然而振动噪声问题严重影响其使用舒适性。为改善空压机振动，建立了二级往复式空压机动平衡理论，并采用Adams软件进行虚拟样机仿真，建立目标函数对其曲轴活塞系统的平衡块配重开展优化设计。随后，鉴于电动机与空压机结构本身联系的紧密性，对曲轴活塞系统与电动机转子整体进行了动平衡的理论研究和分析，并对动平衡方案进行了进一步的完善。基于以上动平衡理论进行振动噪声测试试验，噪声均有一定程度的降低，验证了二级往复式小型空压机动平衡理论的合理性。  
        关键词：往复式压缩机;曲轴活塞系统;动平衡;虚拟样机;电动机转子   
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        发布时间：2024-06-07

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 徐蓉霞,高建雄,吴志峯,朱鹏年
        2023, 45(6): 1452-1458. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.024
        摘要：传统的疲劳寿命预测方法Miner理论忽略了低于疲劳极限的应力对构件造成的损伤，导致疲劳寿命预测误差较大。为计算低于疲劳极限的应力对构件造成的损伤，根据加载应力与其造成损伤的特点，选用半梯形与梯形分布中的偏大型隶属函数，用其隶属度来刻画低于疲劳极限的应力造成损伤的度。将该隶属函数反映的损伤现象视为一个灰色系统，建立应力与隶属度的等间距GM(1,1)模型。然后拟合出其函数表达式，与隶属函数结合，计算低于疲劳极限应力造成的损伤。采用两组41Cr4的多级加载实验数据对提出的新模型进行验证与评估，预估结果与实验结果的误差在7.5%左右。此模型与Miner理论、等间距灰色系统预测疲劳寿命模型，以及灰色Verhulst预测疲劳寿命模型相比，均提高了疲劳寿命预测精度。  
        关键词：隶属函数;灰色系统理论;疲劳极限;GM(1,1)模型;疲劳寿命   
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        发布时间：2024-06-07
      • 樊俊铃,张伟,焦婷,赵延广
        2023, 45(6): 1459-1464. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.025
        摘要：针对随机块谱作用下飞机典型螺栓连接接头的疲劳失效，利用显微观测技术分析宏观和微观断口形貌特征，揭示螺栓连接结构细节的失效模式和微观失效机制。结合连接结构细节的疲劳载荷谱和微观疲劳条带特征，基于Paris公式定量反推接头的疲劳裂纹扩展和萌生寿命，建立载荷循环数、飞行小时数与疲劳裂纹长度之间的演化规律。研究表明，螺栓接头的疲劳裂纹萌生于螺栓孔下部表面应力集中处，呈多源模式，断面包括裂纹源区、扩展区和瞬断区等典型疲劳特征；寿命反推表明，两段函数式能够合理表征全寿命周期内疲劳裂纹扩展长度与载荷循环次数和飞行时间之间的演化规律；疲劳裂纹扩展和萌生寿命分别为3 147.7 h、615.4 h,连接接头的设计方案与工艺尚需改进以满足安全寿命设计要求。  
        关键词：螺栓连接接头;疲劳失效;随机块谱;断口形貌;失效分析   
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        发布时间：2024-06-07
      • 文保华,徐凤林,赵华,蔡洋涛,祁佳磊,潘骏
        2023, 45(6): 1465-1473. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.026
        摘要：针对电连接器在三轴随机振动环境下插孔簧片接触压力减小问题，建立了考虑电连接器装配关系和接触件连接情况的有限元模型，利用HyperMesh联合Ansys软件进行三轴随机振动有限元分析，得到不同振动应力水平下插孔簧片根部三轴向与三切向的应力功率谱密度，并基于最小畸变能原则合成其等效应力功率谱密度。使用非均匀离散傅里叶逆变换，根据等效应力功率谱密度计算得到插孔簧片根部的时域载荷历程，考虑插孔簧片根部预应力建立了应力均值与应力幅值的二维联合概率分布和当量载荷模型，并基于Miner累积损伤准则，给出了插孔簧片根部随振动时间和不同随机振动应力水平的疲劳累积损伤值。开展了三轴随机振动环境下电连接器恒定应力加速试验，结果表明，接触件插孔簧片接触压力减小是因为其开口直径增大，插孔簧片根部附近产生塑性变形，端面边缘材料出现不规则蠕动，且越靠近外侧蠕动趋势越强，由外向内逐渐减小。  
        关键词：三轴随机振动;电连接器;有限元方法;疲劳损伤;塑性变形   
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        发布时间：2024-06-07
      • 马春辉,张殿平,贡泽飞,刘兴峰,宋辉,李迪
        2023, 45(6): 1474-1482. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.027
        摘要：为预测不同高强钢板料的韧性断裂失效，通过设计四种高强钢的拉伸、剪切和破裂失效试验，标定了韧性断裂准则的损伤参数；将试验和数值模拟相结合建立了损伤参数与材料属性之间的关系，以减少标定韧性断裂准则损伤参数的困难。为验证该准则在不同应力三轴度下预测高强钢断裂失效的普适性和准确性，通过剪切、拉弯、胀形试验和数值模拟，表明该韧性断裂准则能较好地预测不同先进高强钢的断裂失效。  
        关键词：高强双相钢;韧性断裂准则;应力三轴度;参数标定;数值模拟   
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        发布时间：2024-06-07
      • 单奕萌,弥世青,周健,宣善勇,胡俊山
        2023, 45(6): 1483-1492. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.028
        摘要：铆接工艺是飞机装配中常用的连接方式，但复合材料接头的复杂损伤和变形会导致其在服役阶段出现复杂的拉伸失效模式。为深入研究单搭接复合材料铆接接头的变形特征、力学性能与失效行为，应用三维Hashin损伤判据判断复合材料损伤起始，采用指数型刚度退化方式，建立了一种复合材料渐近损伤预测模型，对不同铆接工艺参数的铆接件进行了铆接成型和准静态拉伸仿真模拟，并将相应的模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明，铆钉杆在铆接力作用下径向膨胀不均匀，成形损伤主要发生在铆钉镦头附近的孔壁，以纤维断裂和基体压溃为主，孔直径为4.82 mm接头的钉杆膨胀比4.9 mm的接头更均匀，接头具有更好的极限承载强度。数值模型预测的位移-载荷曲线可以准确地捕捉实际力学性能的趋势和特征，所预测的极限强度水平与试验相当。同时，承载平面上的纤维断裂和基体压溃的微观形貌在数值模型中得到很好的体现，验证了损伤预测模型的正确性。  
        关键词：复合材料;铆接接头;力学性能;失效机制;损伤演化   
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        发布时间：2024-06-07

        研究简报

      • 郑氏韦,吴菲,章争荣
        2023, 45(6): 1493-1497. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.029
        摘要：将运输领域中金属管的吸能避碰概念与建筑领域中具有优异吸震抗冲击性能的球形网壳结构理论相结合。提出了新型吸能结构——网管(RT)、赤道球(ES)、桁架球(TR)、表面孔球(TSH)填充球形网管。为了与传统的吸能结构进行比较，将铝合金薄壁圆管(T)进行填充并作为研究对象。通过落锤冲击实验，研究其吸能特性，发现TSH、ES和TR填充的网管对比铝合金薄壁圆管具有更显著的填充效果，承载能力、能量吸收、载荷效率和比吸能显著提高。与填充铝合金管相比，填充网管不仅能显著降低冲击效应，使初始冲击峰值基本保持不变，还能显著提高单位质量的能量吸收。因此，TSH、ES和TR填充网管可以成为满足轻量化、高能量吸收、低冲击效果要求的新型轻量化结构。  
        关键词：新型吸能结构;铝合金填充管;冲击;能量吸收;轻量化   
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        发布时间：2024-06-07
      • 刘玲,姜全新
        2023, 45(6): 1498-1503. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.030
        摘要：弧形桁架是一种常用于国民经济建设的基础结构，具有质量轻、跨度大等优点。为快速高精度地获得房屋弧形桁架最优解，提出一种基于交流演讲策略改进的合作搜索算法。采用3杆桁架和18杆桁架典型算例进行改进的合作搜索算法性能验证，结果表明，改进后的合作搜索算法具有良好的收敛速度和鲁棒性。基于此，利用改进后的合作搜索算法进行房屋弧形桁架优化设计，结果表明，经过46次迭代后，弧形桁架的质量由初始的1 468.51 kg降低为1 284.85 kg,相对于初始值降低了12.51%,改进后的合作搜索算法是一种高效的优化算法，为实际工程优化问题提供算法依据。  
        关键词：合作搜索算法;弧形桁架;交流演讲策略;优化算法   
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        发布时间：2024-06-07
      • 周静远,李天兴,苏建新,王斌,张瑞瑶
        2023, 45(6): 1504-1508. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.031
        摘要：摆线轮修形量大小是影响加工误差评价的重要因素。针对组合修形方法设计加工的摆线轮，在修形量未知的情况下，提出了一种反求实际修形量的方法。通过分析摆线轮齿廓组合修形方法，以法向误差平方和为目标，构建最佳逼近齿廓计算模型，利用修正鲍威尔法求解模型，获取摆线轮实际修形量。通过对实际加工摆线轮的齿廓测量计算，验证了此方法的可行性，为修形量未知情况下的摆线轮误差评价提供了新的途径。  
        关键词：摆线轮;齿廓检测;组合修形;加工误差;实际修形量   
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        发布时间：2024-06-07
      • 靳帮虎,宋彦朋,邱虎
        2023, 45(6): 1509-1513. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2023.06.032
        摘要：提出了一种用交叉模型交叉模态(Cross Model Cross Mode, CMCM)方法与L1正则化结合的损伤识别方法。首先介绍了CMCM方法的基本原理，以及L2正则化与L1正则化的特点。然后通过一个实验室的钢框架结构对提出的方法进行了验证。结果表明，CMCM方法与L2正则化结合容易造成非损伤单元的误判，而在CMCM方法中使用L1正则化则能更准确地识别结构的损伤。即使仅用第一阶测量模态，用L1正则化技术求解CMCM方程也能很准确地识别框架结构的损伤。  
        关键词：L1正则化;损伤识别;交叉模型交叉模态;模型修正   
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        发布时间：2024-06-07
      • 2023, 45(6): 1514-1523.
          
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        发布时间：2024-06-07
      • 2023, 45(6): 1524.
        摘要：<正>2023年10月19日下午，《机械强度》期刊编辑委员会换届会在郑州黄河迎宾馆正式召开。中国机械工程学会副理事长兼执行副秘书长陆大明出席并致辞。会上，郑州机械研究所有限公司行业与生产力促进中心主任曹志刚致辞并公布了新一届编委会组成通知，《机械强度》执行主编余飞鹏做了第五届编委会工作汇报。第五届编委会主任委员、主编王长路发言，他肯定了编委会过去的工作，指出了面临的一些问题，并对期刊未来的发展提出建议，期望《机械强度》在新一届编委会支持下取得更好成绩。第六届《机械强度》编辑委员会主任委员、主编龙伟民做总结致辞，他认为《机械强度》期刊有着悠久的办刊历史和深厚的学术传统，见证了我国机械工程学科的变革与发展。我们将开拓创新，积极探索新形势下期刊的发展模式，突出特色、聚焦学术热点，着力提高办刊水平，提升内容质量和学术水平。此次会议在全体与会人员的共同努力下完成了各项议程，第六届《机械强度》编辑委员会正式成立。《机械强度》编辑部将与各位同仁携手共进，做有深度、有特色的学术媒体，做好行业内交流发展的桥梁和纽带，继续为推动机械强度相关学科领域的学术进步发挥积极作用。  
          
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        发布时间：2024-06-07
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