最新刊期
      2024 年 第 46 卷 第 1 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 刘俊利,缪炳荣,张盈,李永健,黄仲
        2024, 46(1): 1-8. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.001
        摘要：针对滚动轴承故障诊断过程中样本处理、故障识别等技术问题，提出一种基于Morlet小波和分类回归树（Classification and Regression Tree，CART）的滚动轴承故障诊断方法。首先，利用Morlet 小波分析方法和移动窗方法对轴承振动信号进行样本处理。其次，树提取的短样本进行变分模态分解与特征提取，完成训练集和测试集的构建。然后，使用训练集训练 CART决策树分类模型，同时引入随机搜索和K折交叉验证用于模型关键参数优化，以获取理想的轴承故障分类模型。测试集验证结果表明，该方法不但能实现多种轴承故障的有效诊断、在含噪测试集中表现良好，而且单个样本的数据长度和采样时长的缩短效果明显。  
        关键词：故障诊断;滚动轴承;Morlet小波;VMD;CART决策树   
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        发布时间：2024-04-18
      • 范圣平,李竞,李林勇,樊小鹏,李华亮,高南沙
        2024, 46(1): 9-16. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.002
        摘要：为了明确电磁减振器在不同工况下的阻尼特性，对具有机械整流装置的电磁减振器进行了理论建模与试验测试。首先，从理论角度建立了电磁减振器的动力学传动模型与机电耦合模型，分析其动力学和电力学特性；其次，从工程角度搭建了电磁减振器的测试台架，对其在不同工况下的阻尼特性进行了试验研究；最后，将理论仿真结果与试验测试结果进行对比。结果表明，在不同工况下，理论仿真结果与试验测试结果具有相同的变化趋势。当负载电阻从5 Ω增加到100 Ω时，电磁减振器的等效阻尼系数从1 208 N・s/m下降到496 N・s/m。此外，激励频率从0.5 Hz增加至2Hz或激励幅值从20 mm增加至40 mm，均导致电磁减振器等效阻尼系数从874 N・s/m下降至660 N・s/m。  
        关键词：电磁减振器;振动能量回收;机械整流装置;阻尼特性   
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        发布时间：2024-04-18
      • 邵良杉,朱思佳
        2024, 46(1): 17-23. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.003
        摘要：为了解决滚动轴承故障诊断问题，提出一种将改进哈里斯鹰优化（Harris Hawks Optimization，HHO）算法和长短时记忆（Long Short-Term Memory，LSTM）网络相融合的智能诊断模型IHHO-LSTM。HHO 算法在求解过程中容易陷入局部最优、收敛缓慢，基于这些问题引入 Cauchy分布函数和模拟退火（Simulated Annealing，SA）算法，拓展全局搜索的广泛性，避免陷入局部最优。运用改进的HHO 算法快速确定LSTM 模型的最优超参数值，从而提高时序诊断精度。利用凯斯西储大学滚动轴承实验数据进行故障诊断实验，结果表明，IHHO-LSTM 模型能够实现对滚动轴承的特征提取和故障诊断，模型准确率高达近97%。  
        关键词：滚动轴承;深度学习哈里斯鹰优化算法;长短时记忆网络;工业大数据;故障诊断   
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        发布时间：2024-04-18
      • 宫赤坤,魏炳胜,袁立鹏
        2024, 46(1): 24-31. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.004
        摘要：针对平面单臂柔性梁轨迹跟踪及末端弹性振动问题，提出了基于μ综合的控制方法对其进行抑振控制。首先，采用假设模态法描述弹性变形，并基于 Lagrange 方程建立动力学模型；其次，考虑载荷质量和结构阻尼的参数不确定性及建模摄动，运用线性分式变换，选用加权函数建立混合不确定模型。通过引入理想模型改进μ综合的标准控制结构，提高了系统收敛性并改善了闭环系统性能。基于μ综合控制方法，设计了系统鲁棒控制器。仿真结果表明，控制器的结构奇异值上下界均小于1，表示系统具有良好的鲁棒稳定性及鲁棒性能。通过与PD控制器对比分析，表明在存在不确定性和干扰的情况下，所提出的控制策略能更高精度地进行轨迹跟踪，更有效地衰减末端振动，验证了该控制策略的有效性。  
        关键词：平面单臂柔性梁;弹性振动;混合不确定性;μ综合;结构奇异值   
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        发布时间：2024-04-18

        实验研究·测试技术

      • 陈霄峰,谢峰,雷小宝,耿林
        2024, 46(1): 32-39. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.005
        摘要：为了降低切削过程中的阻力，通过对河狸牙齿前刀面的构型分析，设计出了具有变曲率准线曲面构型前刀面的车刀。在0.15~0.5 mm背吃刀量下，选取4种前刀面构型进行仿真切削对比分析。仿真结果表明，余弦函数准线构型前刀面刀具的切削力相对于其他构型前刀面刀具的降低了3.5%~11.96%，并通过直角切削实验对仿真结果进行了验证。随后通过仿真实验对余弦准线函数进行参数优化，得出了切削力随周期和幅值改变的变化规律。优化结果表明：当背吃刀量与前刀面余弦函数准线一个周期的比值为40%左右时，减阻效果最为显著。所设计的变曲率构型前刀面车刀不仅有效降低了切削力，还为金属切削刀具的构型设计提供了新思路，具有较强的应用价值。  
        关键词：仿生刀具;变曲率构型;切削仿真;切削力;减阻方法   
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        发布时间：2024-04-18
      • 孙煜洲,杨卓然,夏炎,蒋晗
        2024, 46(1): 40-47. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.006
        摘要：薄壁吸能结构在航空航天和交通运输等领域发挥着重要作用。受具有出色抗压特性的杨桃果实启发，设计了仿生星形薄壁结构。通过有限元仿真、实验和理论分析结构变形和吸能机制，讨论截面形状和几何参数对薄壁结构吸能特性的影响。探究了层级设计与加强筋配置对星形薄壁结构耐撞性的优化效果。结果表明，星形薄壁结构具有规则的渐进折叠变形机制，其比吸能、压溃力效率等耐撞性能大幅优于常见截面的薄壁结构，具有良好的工程应用潜力。  
        关键词：耐撞性;薄壁结构;能量吸收;有限元仿真;结构仿生学   
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        发布时间：2024-04-18
      • 方创,纪小刚,邓霖,王炜
        2024, 46(1): 48-54. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.007
        摘要：面向微小多功能支架结构设计与原型制造需求，开展了基于数字光处理（Digital Light Processing，DLP）快速成形工艺的柔弹性点阵支架设计与制备研究。以胞元结构儿何拓扑设计为主线，利用 Timoshenko梁理论对胞元结构建立等效力学模型，得到预测能量吸收的数学模型，聚焦分析胞元几何尺寸和承载方向对其影响规律。配置新颖柔弹性光敏树脂为成形材料，选用DLP成形工艺，实现对应点阵结构的高精、高效制备。结合数值模拟和物理实验，着重探究了杆径、胞元边长、点阵层数对点阵结构吸能特性的影响。结果表明，该点阵结构面外压缩较面内压缩具有显著优越的吸能特性，且胞元边长越小，杆径越大，点阵层数越多，吸能特性越佳。理论分析、数值模拟和物理实验所得规律基本一致，可为后续皮肤组织工程支架的研制提供相关理论参考。  
        关键词：组织工程支架;柔弹性点阵结构;等效力学模型;DLP 成形工艺;压缩吸能   
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        发布时间：2024-04-18
      • 杨木林,谷树伟,陈凯,贺艳军,刘龙,刘治翔,孙战
        2024, 46(1): 55-62. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.06.008
        摘要：针对一种掘锚一体机机载式探放水钻机，分析了其作业工况和功能需求。对钻机在各种工况下的受力进行分析，对关键部件的强度进行了有限元仿真校核。理论分析结果表明，安装座竖向载荷、伸缩滑套和钻机连接处的竖向载荷、伸缩滑套竖向载荷均是随着俯仰转角的增大，先增大后减小，在俯仰转角为0时转矩最大。有限元计算结果显示关键部件伸缩轨道的和伸缩滑套的最大应力远小于所用材料 Q345B的屈服强度，满足使用要求。钻机固定支架应力最大值仅为37.096 MPa，变形量为2.006 mm，说明钻机在最大载荷工况下，钻机固定支架能够满足强度要求。通过厂内和煤矿井下的工业性试验验证了设计的探放水钻机结构的有效性，具有较好的应用和推广价值。  
        关键词：探放水钻机;机载钻机;力学特性;有限元分析   
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        发布时间：2024-09-13
      • 朱蒋培,漆玉婷,张绍峰,许家婧,曹小建
        2024, 46(1): 63-69. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.009
        摘要：用超声冲击方法对试件表面进行改性，可以提高316L不锈钢性能。结合拉伸试验、高周疲劳试验、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）、X射线衍射（X-Ray Diffraction，XRD）及能量色散谱仪（Energy Dispersive Spectrometer，EDS），测试了316及 316L不锈钢的疲劳性能和断裂特性。结果表明，含碳量稍低的316L不锈钢拉伸强度及疲劳强度也略低；表面超声冲击强化可提高该奥氏体不锈钢抗拉强度约19.7%，但韧性会有所降低。316、316L、冲击处理后316L三组材料的疲劳极限分别为209 MPa、204 MPa、254 MPa，均为本身抗拉极限的35%左右，拟合公式S=-64+0.45σb；含碳量高的316，其S-N曲线数据归一性更好，试样无侧边裂缝。疲劳断面显示，裂纹源萌生于异质相或非金属夹杂，裂纹沿晶扩展，裂纹扩展区的速度波动也归因异质相。超声冲击后316L的裂纹扩展速度明显降低，断面的起伏更大，瞬断速度更快。  
        关键词：超声冲击;含碳量;316L不锈钢;疲劳性能   
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        发布时间：2024-04-18
      • 李书博,刘茜,景国玺,张军海,卫军朝,杨紫毅,孙帅
        2024, 46(1): 70-76. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.010
        摘要：随着发动机功率密度的增加，气缸盖在运行过程中所承受的温度和应力也增加，因此蠕变损伤预测需要考虑准确的蠕变本构模型和参数。针对蠕墨铸铁（Compacted Graphite cast Iron，CCI）气缸盖大范围的温度和应力工作条件，开展温度450~550℃、试验应力100~300 MPa条件下的 CGI蠕变试验，进行表征宽幅温度和应力下 CGI最小蠕变速率的蠕变本构模型对比研究。研究表明：与较小的温度和应力范围相比，在宽幅条件下 CGI更容易发生蠕变损伤，且温度相比应力更能促使 CGI发生蠕变变形；分别基于 Norton-Bailey幂律模型、Garofalo双曲正弦模型和变形机制的真应力（Deformation Mechanism-based True Stress，DMTS）模型，结合多目标优化方法，构建了CGI蠕变本构模型。其中，基于DMTS 模型的CGI蠕变模型有73%的预测值在两倍误差范围内，吻合效果在三种模型中为最佳。  
        关键词：蠕墨铸铁;宽幅温度和应力范围;蠕变试验;蠕变本构模型;最小蠕变速率;多目标优化   
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        发布时间：2024-04-18
      • 林策,李磊子,李庆锋
        2024, 46(1): 77-86. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.011
        摘要：结合某型号飞机的机身结构适坠性（乘员生存力包线）设计需求，首先开展了满足AC 25.562-1B规章要求的“地板-座椅-乘员”系统的标准14g垂直冲击试验，并基于Ls-Dyna有限元软件进行仿真，与试验对标；在完成仿真模型标定后，为了模拟垂直坠撞工况下的乘员腰椎损伤情况，开展了80°工装角度的不同峰值和脉宽的三角波形设计、仿真分析和试验验证，获得了符合乘员腰椎损伤指标的座椅垂直冲击波形包线，为飞机机身结构适坠性设计提供参考。另外，基于乘员腰椎载荷损伤指标提出了座椅“传力系数K”的概念，以及坐垫在不同波形工况下对乘员腰椎载荷的滞后性影响。  
        关键词：适坠性;冲击试验;腰椎载荷;座椅;冲击波形;有限元   
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        发布时间：2024-04-18
      • 许鹏,夏东伟,王成强,宋扬
        2024, 46(1): 87-95. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.012
        摘要：为拓宽加强型蜂窝应用，研究其力学性能与结构参数的关系。首先，分析加强型蜂窝的结构，提取Y型胞元，以此为基础分析塑性铰单元。然后，将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析，并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服准则，推导蜂窝异面方向准静态平台应力理论模型。再次，选用壁厚为0.15 mm、边长为2.5 mm的铝合金5052H18，通过Ls-Dyna 建立蜂窝仿真模型，获得平均应力，并将理论值与仿真值进行对比。结果表明，2种屈服准则下，理论值与仿真结果相关性为0.96，偏差在-12.16%~3.60%。最后，对普通型和“4+1”型蜂窝制样进行准静态压缩测试，结果表明，2种规格理论强度与实际测试强度偏差在-2.51%~1.56%。说明理论计算式正确，可为加强型蜂窝选型提供有效的设计依据，为工程应用提供一定的指导价值。  
        关键词：加强型蜂窝;准静态压缩;数值模拟;试验对比   
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        发布时间：2024-04-18

        优化·可靠性

      • 刘泽清,程鑫,杨旭锋
        2024, 46(1): 96-106. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.013
        摘要：针对主动学习Kriging（Active Learning Kriging，ALK）模型在评估小失效概率时遇到的候选样本过多、计算耗时的问题，提出了一种结合ALK 模型与子集模拟（Subset Simulation，SS）的双阶段代理模型方法——ALK-SS2。首先在第1阶段基于构建的极限状态函数代理模型，采用较少数量的SS最后一层样本作为候选样本完成极限状态面的粗略近似，然后在第2阶段选择更大样本量的SS最后一层样本来细化第1阶段的极限状态函数代理模型，以获得更高的精度。此外，考虑到传统ALK 模型的收敛准则太过于保守，在ALK-SS2评估的失效概率基础上，提出了一种更高效的基于失效概率误差的收敛标准，进一步提高了该方法的效率。通过4个算例的测试以及同类方法的对比，证明其具有较高的计算精度和计算效率，适用于处理小失效概率问题和耗时的隐式功能函数问题。  
        关键词：可靠性分析;主动学习;Kriging模型;子集模拟   
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        发布时间：2024-04-18
      • 陈碧敏,黄小娣
        2024, 46(1): 107-114. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.014
        摘要：梯度蜂窝因具有优异的力学性能及耐撞性受到了广泛的关注。以蜂窝的耐撞性指标为优化目标，在梯度蜂窝的设计空间内，直接采用多目标优化算法确定梯度蜂窝每层的具体参数。采用多目标优化设计方法将会得到多组最优的蜂窝梯度参数，这些参数形成一个解集，根据蜂窝不同的应用场景，可以选取合适的梯度参数。以正六边形蜂窝为研究对象，将均质蜂窝分成4层进行梯度优化设计。将 NSGA-II算法推荐的梯度蜂窝与均质蜂窝进行对比研究，结果表明，梯度蜂窝可以在小幅提高总吸能（E,EA）与比吸能（S,SEA）的同时大幅改善初始峰值力（P,PCF），最大的改善程度达到78.51%，证明了采用这种方法进行梯度设计的优势。  
        关键词：蜂窝;梯度设计;多目标优化;耐撞性;最优解集   
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        发布时间：2024-04-18
      • 钟添萍
        2024, 46(1): 115-121. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.015
        摘要：浴缸形状的失效率函数因其能够捕捉某些实际情境中的故障率特征，在机械结构可靠性分析中至关重要。引人一种修正广义幂威布尔（Modified Power Generalized Weibull，MPGW）分布，能够建模表征浴缸形状的失效率变化规律。为评估该模型的有效性，本研究使用了压力蒸汽灭菌器故障数据集进行实证研究，并将其性能与5种经典分布模型进行了比较，发现该模型在灵活性上具有较大优势。  
        关键词：MPGW分布;浴盆曲线;压力蒸汽灭菌器   
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        发布时间：2024-04-18
      • 田永康,龚运息,邹平,黄大伟,傅爱军
        2024, 46(1): 122-128. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.016
        摘要：针对某型汽车滑移门为研究对象，建立以该模态频率及刚度的滑移门综合有限元模型，通过灵敏度分析筛选出相对灵敏度较小的部件作为设计变量，采用哈默斯雷采样试验设计方法对关键部件板厚进行样本试验设计，对计算结果使用 Hyper-Kriging 响应面拟合算法，拟合该滑移门质量、1阶弯曲模态频率、1阶扭转模态频率、扭转刚度、垂向刚度响应的近似模型。在近似模型基础上，以质量最小为主要目标、1阶弯曲频率最大为参考目标，以滑移门扭转刚度和垂向刚度1阶扭转频率为约束，应用 Hyperstudy中基于全局响应面法的多目标优化算法进行优化设计，使其实现轻量化目的。  
        关键词：滑移门;灵敏度分析;试验设计;响应面;多目标优化   
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      • 陈嘉慧,米洁,张胜伦,陈富军
        2024, 46(1): 129-135. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.017
        摘要：行星变速机构作为履带车辆传动系统的核心部件，其可靠性直接影响履带车辆的正常运行。以履带车辆行星变速机构为研究对象，基于实测试验结果建立故障树，将故障树转化为贝叶斯网络（Bayesian Network，BN）模型，并考虑行星变速机构正常、普通故障、严重故障3种状态进行可靠性分析。研究结果表明，行星变速机构失效概率为89.34×10-8 h-1，其工作400 h的可靠度为0.999 64，符合设计要求；利用贝叶斯网络双向计算的功能，可知当行星变速机构发生失效，由主轴断裂或摩擦片烧蚀、翘曲、断裂或齿轮疲劳断齿引起的可能性较大。为后续装备检修、改进设计提供理论依据。  
        关键词：故障树分析;贝叶斯网络;多态可靠性;行星变速机构   
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        发布时间：2024-04-18

        设计·计算

      • 王成林,肖域坤,王朋,杜正春
        2024, 46(1): 136-142. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.018
        摘要：螺栓连接是工程建设中常用的连接方式，工业现场常采用紧固力矩值控制螺栓预紧力的方式以保证其可靠性。转矩系数是螺栓紧固力矩与预紧力之间的比例系数，对确定合适的紧固力矩范围至关重要。目前关于转矩系数的研究主要集中在圆环端面螺栓，对其他端面螺栓的研究较少。根据螺栓紧固受力分析，构建了螺栓预紧的力学模型，以极坐标描述螺栓端面内外轮廓的方式，推导出了任意端面螺栓转矩系数的精确计算公式。通过搭建简易转矩系数测量系统，对圆环端面、六角端面、T型端面螺栓进行实验验证。实验结果与理论计算一致，证明了转矩系数理论计算公式的准确性。  
        关键词：任意端面螺栓;转矩系数;极坐标;理论计算;转矩系数测量   
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        发布时间：2024-04-18
      • 代战胜,刘桂冕
        2024, 46(1): 143-151. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.019
        摘要：齿轮系统转速直接影响齿轮系统的动态特性，然而在啮合刚度的计算中该因素却被许多学者们忽略。为了研究转速对啮合刚度的影响，基于有限元框架使用平均加速度法提出了一种计算与转速相关的动态啮合刚度的算法，同时对不同转速下的动态啮合刚度进行仿真计算与分析，最后进一步探究了受动态啮合刚度影响后的齿轮系统所具有的相关动态特性。分析表明，动态啮合刚度始终围绕着静态啮合刚度上下波动；随着转速的增加，其波动幅度增加，振荡次数减少；随着转速的变化，动态啮合刚度计算的动态传动误差振幅相对于静态啮合刚度而言大小关系不一致，且计算的齿轮系统共振转速区间或超前或滞后于静态啮合刚度模型；动态啮合刚度影响特定转速区间的齿轮系统的振动周期。对与转速相关的动态啮合刚度的研究可为直齿圆柱齿轮传动性能的改善及减振降噪提供参考。  
        关键词：齿轮系统;动态响应;动态啮合刚度;非线性振动;转速   
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        发布时间：2024-04-18
      • 贾晓丽,李守宝,刘璐,黄书童,郑磊,柯燎亮
        2024, 46(1): 152-160. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.020
        摘要：功能梯度形状记忆合金（Functionally Graded Shape Memory Alloys，FG-SMA）兼具功能梯度材料和形状记忆合金的双重特性，故在航空航天、生物医疗、微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）中得到了广泛的应用。当微结构尺度达到纳米尺度，表面效应对微结构力学性能的影响是十分显著的。为了探究表面效应对功能梯度形状记忆合金纳米梁力学性能的影响规律，基于梁弯曲理论及 Gurtin-Murdoch 表面弹性理论，考虑拉压不对称、温度对FG-SMA纳米梁的影响，建立了考虑表面效应的FG-SMA纳米梁相变力学模型。分析了梯度指数、载荷、温度及拉压不对称系数对 FG-SMA纳米梁力学性能的影响规律。研究表明，弯矩、梯度指数对截面响应影响显著，而温度和拉压不对称系数对其影响较小；忽略表面效应的影响会低估FG-SMA纳米梁的抗弯性；在弯矩达到一定程度后，表面效应对 FG-SMA纳米梁中性轴偏移趋势影响不大。研究结果对 FG-SMA纳米梁在微机电领域的设计及应用提供了一定的基础与依据。  
        关键词：功能梯度形状记忆合金;微机电系统;表面效应;Gurtin-Murdoch 表面弹性理论;相变   
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        发布时间：2024-04-18
      • 谢苗,张文卓,李伟东,刘杰,邹青海,邢旭文
        2024, 46(1): 161-168. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.021
        摘要：基于超前支护设备顶梁支撑结构研究一种恒压支撑装置的设计方法，恒压支撑装置由正刚度线性弹簧、负刚度非线性平面曲梁及承压气囊组合而成。通过对巷道顶板应力场分析，得到支撑结构的边界条件；利用B样条曲线简述负刚度非线性平面曲梁的特点；基于遗传算法与非线性有限元法对负刚度非线性平面曲梁进行形态优化设计；依据恒压支撑装置的工作原理，对线性螺旋弹簧刚度/强度特性进行分析与设计；对恒压支撑装置的零部组件进行设计，实现支撑装置输出压强大小恒定及自我保护功能。恒压支撑装置设计方法为综掘巷道超前支护研制提供了有力技术支撑。  
        关键词：恒压支撑装置;非线性平面曲梁;形态优化   
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        发布时间：2024-04-18
      • 刘永平,魏帅,董长斌,魏永峭,任忠涛,李泽宇
        2024, 46(1): 169-175. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.022
        摘要：为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力，构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数，并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型，计算变齿厚齿轮的接触强度，并与有限元计算结果进行比较，验证了方法的有效性。通过分形理论得出齿轮啮合时载荷与面积的关系，并对4个基本参数进行仿真，分析分形接触模型的效果。结果表明，通过数值模拟和分析实际接触面积与载荷的关系图，验证了分形接触模型的准确性。基于有限元理论、Hertz接触理论和分形理论，对变齿厚齿轮的齿面接触强度进行了比较和分析，验证了分形接触模型计算变齿厚齿轮接触应力的正确性，该模型的建立为变齿厚齿轮的设计与强度校核提供了一定的理论依据。  
        关键词：变齿厚齿轮;分形理论;接触应力;Hertz接触理论   
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        发布时间：2024-04-18
      • 程攀,沈景凤,秦薇,薛浩,朱锐
        2024, 46(1): 176-186. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.023
        摘要：液体动静压球轴承稳定性分析包括探究其动态特性及临界转速，其刚度和阻尼系数对轴承转子系统稳定性具有重要影响，而研究临界转速可有效避免轴承转子系统发生涡动失稳。考虑边界滑移条件，将小孔节流器进入油腔流量与封油边流出流量相等作为边界条件，求解出边界滑移状态下的 Reynolds方程得到油腔压力和封油边压力；对边界滑移状态下瞬态 Reynolds方程采用小扰动法推导出扰动压力偏微分方程，结合有限差分法和松弛迭代法求解方程得到边界滑移状态下液体动静压球轴承的刚度和阻尼系数，进而通过线性稳定性方法求解临界失稳转速，探讨滑移系数、供油压力、转子转速之于轴承动态特性的影响及临界转速之于滑移系数的变化规律。结果表明，滑移系数增大会导致4个刚度系数和交叉阻尼系数减小、直接阻尼增大；供油压力增大将导致8个动态特性系数均增大，转速增大将导致刚度增大及阻尼减小，且滑移效应的发生不影响上述规律；临界转速随滑移系数的增大而减小，系统稳定性降低。  
        关键词：液体动静压球轴承;小孔节流;Reynolds方程;边界滑移;动态特性;临界转速   
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        发布时间：2024-04-18

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 李香杰,尹昕宇,赵炎翡
        2024, 46(1): 187-194. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.024
        摘要：硅作为新型高容量锂离子电池最具潜力的负极材料，具有极高的能量密度。然而，硅材料在充放电过程中的巨大体积变形，导致电极的严重损伤和快速退化，使得硅基电池的循环寿命普遍较低，难以同时满足高容量与长寿命的设计要求，是高容量锂离子电池研发的核心难题。导电剂作为锂离子电池复合电极活性层的主要构成之一，传统上认为主要起到提高电极电导率的作用。通过研究导电剂（以碳纳米管为例）的组分含量，实验揭示了导电剂对硅复合电极的初始裂纹密度存在调控作用，得到了碳纳米管含量的最优值，并发现了碳纳米管的加入会引入缺陷的负面机制，此机制在电化学循环中也起到重要作用。以上实验结果对指导高容量长寿命硅复合电极的设计和制备具有重要意义。  
        关键词：锂离子电池;碳纳米管;初始裂纹;缺陷;疏水性   
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        发布时间：2024-04-18
      • 张超锋,谢春莉,王伟利,朱佳佳
        2024, 46(1): 195-201. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.025
        摘要：设计了能够真实反映Ⅲ型断裂的边缘环裂纹转转试验，讨论了胶黏剂种类和厚度对胶接结构失效模式的影响。结合峰值转矩和应变能释放率进一步揭示胶接结构的断裂特性。通过试验与仿真对比，推导出考虑厚度效应的内聚力模型参数表达式。研究表明，Araldite 2015胶的峰值转矩和应变能释放率随着胶黏剂厚度增加而增加，E-120HP胶和WD3705胶的峰值转矩和应变能释放率随着胶厚的增加呈现先增大后减小的规律。为合理评估胶黏剂种类和厚度对Ⅲ型断裂下胶接结构的失效机制的影响提供依据。  
        关键词：胶黏剂;有限元仿真;内聚力模型;Ⅲ型断裂;断裂韧性   
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        发布时间：2024-04-18
      • 郭帅,卿光辉,何雨轩
        2024, 46(1): 202-207. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.026
        摘要：以位移元模型为基础求解裂纹尖端应力强度因子（Stress Intensity Factor，SIF）的方法众多，但是，当模型网格较稀疏时，位移元模型的刚度偏大；另外，位移元模型不方便直接引入应力边界条件，边界应力结果有失客观性。基于富集元思想，结合广义H-R变分原理提出了广义混合富集元列式。基于该列式的有限元模型，一方面消除了经典混合富集元法结果的震荡问题，另一方面兼顾了裂纹尖端应力参量的奇异性和应力边界条件引入的方便性。实例分析表明，利用该方法求解应力强度因子，数值结果稳定可靠且精度较高。  
        关键词：奇异性;应力强度因子;广义混合富集元;应力边界条件   
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        发布时间：2024-04-18
      • 赵旭升,陈果,张旭,钱进
        2024, 46(1): 208-215. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.027
        摘要：针对飞机液压管路连接件疲劳断裂问题，基于随机振动理论对带有轴向装配偏差的液压导管进行疲劳寿命预估。从建立真实飞机液压系统管路连接件有限元模型人手，分析轴向装配偏差产生的装配应力对结构的影响规律，通过试验获取不同轴向偏差下的管路连接件的阻尼比。利用有限元分析软件进行随机振动分析，获取危险部位的应力响应功率谱密度函数，结合Miner线性损伤理论，对含有装配应力的管路连接件进行了随机振动疲劳寿命预估。设计并进行了管路共振疲劳试验，发现管道裂纹萌生位置及疲劳寿命下降趋势与仿真结果契合，仿真及试验结果表明当轴向偏差达到0.8 mm时，严重影响到了飞行安全。研究成果为航空液压管路的设计及装配理论研究提供理论参考和技术支撑。  
        关键词：管路连接件;装配应力;随机振动;功率谱密度;疲劳寿命   
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        发布时间：2024-04-18
      • 姜仁杰,杨晓光,石多奇,董成利,郭广平
        2024, 46(1): 216-223. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.028
        摘要：临界距离理论适用于计算复杂结构的蠕变疲劳寿命，但在工程实践中该方法的计算效率很低。为解决这一问题，使用 Python 语言对Abaqus软件进行二次开发。所开发软件可以使用临界距离法计算结构的蠕变疲劳寿命，并提供多种功能以提高分析效率，包括模型信息提取、材料参数导入和计算结果输出等。通过对某型高压涡轮叶片进行分析计算验证了软件适用性。结果表明该软件可以有效简化临界距离法的步骤，实现对复杂结构蠕变疲劳寿命的高效计算，具有一定工程价值。  
        关键词：复杂结构;寿命计算;Python;Abaqus二次开发;临界距离理论   
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        发布时间：2024-04-18
      • 张宗阳,谢双双,王凯,邴涛,孙士涛,王立泰
        2024, 46(1): 224-230. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.029
        摘要：针对某牵引车双腔油箱内部实心隔板结构失效且.载荷不易获取、量化等问题，提出了一种基于实测载荷的油箱失效研究方法。使用扫描电镜对样件断口进行观测分析，确定失效模式为疲劳失效；基于燃油的力学特性分析，双腔油箱失效主要原因是由单阻尼挡板提供的晃动阻尼不足，导致实心隔板受到冲击力过大；增加多孔阻尼挡板，可降低行车过程中燃油晃动对实心隔板的冲击力，对油箱进行结构优化；油箱优化前、后关键位置安装了传感器，在试验场进行双腔油箱优化前、后两种状态下实心隔板应变载荷采集，对载荷数据进行幅值、雨流及统计分析，对优化前、后油箱实测载荷进行量化分析，优化后载荷最大幅值下降比例超过60%，表明增加阻尼挡板可显著减小实心隔板受到的冲击载荷；优化后试验场路试未出现油箱失效问题，表明优化后实心隔板应变载荷低于油箱的疲劳极限，提高了油箱实心隔板的疲劳寿命；油箱结构优化后满足安全需求，为产品后续优化和下一代新产品开发提供理论指导和数据依据。  
        关键词：油箱;扫描电子显微镜;失效;防晃阻尼;结构优化;实测载荷   
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        发布时间：2024-04-18

        研究简报

      • 朱春霞,刘磊,赵元,王宁
        2024, 46(1): 231-236. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.030
        摘要：研究微织构曲面结合面上的表面形貌参数对曲面结合面接触阻尼的影响。分析结合面阻尼来源，建立了结合面单个微凸体阻尼的数学模型。进一步的，以平面微凸体的分布密度函数为理论依据计算曲面接触微凸体的数量，并研究曲面结合面上织构密度、材料特性参数，以及施加的动态载荷的频率和幅值对接触阻尼的影响。经过研究及实例分析结果表明：织构密度越高，曲面结合面间的接触阻尼越小；随着材料特性参数的增大，法向接触阻尼越来越大；伴随振动频率加大，相同的载荷下接触阻尼逐渐减小；动态变形幅值越大，接触阻尼越大。  
        关键词：法向接触阻尼;表面织构;织构密度   
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        发布时间：2024-04-18
      • 宋辉,李迪,王凯迪,刘兴峰,姜宁,陆子鹏,崔鸿涧
        2024, 46(1): 237-242. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.031
        摘要：为了研究先进高强度双相钢 DP780的温热成形力学行为，通过不同温度（300℃、400℃、500℃、600℃）及不同应变率（10-4~10-3 s-1）下的单向温拉伸试验获得了先进高强度双相钢 DP780 在相应条件下的基本力学性能指标和应力-应变曲线，并对试验结果进行了分析；为描述温热成形DP780板料应力-应变曲线，求解、修正Grosman本构模型的相关参数；以单向拉伸试样为例，基于Fortran 语言通过编写Abaqus-Vumat子程序进行了数值模拟验证。结果表明，所用 Grosman模型预测值与试验数值拟合较好，验证了所求模型的有效性。  
        关键词：先进高强度双相钢;本构模型;温热成形;单向拉伸试验;数值模拟   
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        发布时间：2024-04-18
      • 刘玲,姜全新
        2024, 46(1): 243-248. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.032
        摘要：垂直斗式提升机是一种固定装置的机械输送设备，具有输送能力强、提升高度高、运行平稳可靠、寿命长等优点。减速器是垂直斗式提升机的关键部件，为高效获得减速器的最优解，提出一种冲刺决胜策略改进的北部苍鹰优化算法。采用压力容器和悬臂梁两个经典非线性约束工程算例对改进北部苍鹰算法进行性能验证，结果表明，改进北部苍鹰算法具有良好的收敛速度。在此基础上，对垂直斗式提升机减速器进行优化设计，结果减速器的中心距由初始的720 mm减少为680.16 mm，减少了5.33%。说明改进北部苍鹰优化算法可以作为一种高效的优化算法求解实际工程问题。  
        关键词：北部苍鹰算法;冲刺决胜策略;垂直斗式提升机;减速器;优化算法   
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        发布时间：2024-04-18
      • 殷泽凯,郭宇
        2024, 46(1): 249-254. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.01.033
        摘要：通过Jeffreys 无信息先验分布描述了Gamma退化过程中参数的相关性，由贝叶斯模型得到各参数满条件分布，使用马尔科夫链蒙特卡洛（Markov Chain Monte Carlo，MCMC）方法得到参数后验期望估计，最后给出可靠度评价模型。工程实例表明，所得可靠性评估较独立情形更为保守，能够更早地给出产品修理建议。同时，仿真表明，可靠度要求越高，相关与独立情形寿命估计结果偏差越大，0.999 9可靠度下偏差率最大可达9.26%。  
        关键词：Gamma过程;参数相关;Jeffreys无信息先验;马尔科夫链蒙特卡洛方法   
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        发布时间：2024-04-18
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