最新刊期
      2024 年 第 46 卷 第 2 期

        振动·噪声·监测·诊断

      • 胡爱孺,吴占涛,杨宇,程军圣
        2024, 46(2): 255-263. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.001
        摘要：滚动轴承故障诊断中往往将特征选择和分类器的设计分别进行研究，从而难以获得满意的分类精度。将特征选择和分类器寻优结合起来，提出了一种自适应特征选择k子凸包（Adaptive Feature Selection K-sub Convex Hull，AFSKCH）的分类模型，从而实现了故障特征自适应选择和分类的一体化。首先，利用凸包距离函数保持数据流形上的局部邻域结构，通过交替构造k子凸包得到特征权值矩阵；其次，采用线性规划接近度方法求解k子凸包距离，利用乘子交替方向法得到自适应特征空间；最后，根据测试点到k子凸包的最小重构距离进行分类。滚动轴承故障振动信号分析结果表明，该方法特征选择性能优于其他特征选择方法，且具有较高的分类精度。  
        关键词：自适应特征选择;邻域嵌入;k子凸包;滚动轴承;故障诊断   
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        发布时间：2024-07-05
      • 魏冬梅,吕小红,王昕,金花
        2024, 46(2): 264-271. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.002
        摘要：考虑塑性碰撞工况下的单自由度冲击振动系统，推导了擦边分岔和余维一滑动分岔的条件。结合二维参数和单参数分岔分析，研究了单冲击周期运动的分岔特征，揭示了冲击振动系统的穿越滑动分岔、切换滑动分岔和余维二滑动分岔等非光滑分岔以及擦边分岔和混沌激变等不连续分岔行为。非黏滞型周期运动与黏滞型周期运动经穿越滑动分岔相互转迁。在二维参数平面的低频小间隙区域，（1，1，1）周期运动与（1，2，1）周期运动交替出现。两类周期运动的临界线为切换滑动分岔线。混沌边界激变导致混沌吸引子及其吸引域突然消失。  
        关键词：非光滑系统;塑性冲击;滑动分岔;擦边分岔;边界激变   
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        发布时间：2024-07-05
      • 李有根,马文生,李方忠,王庆锋
        2024, 46(2): 272-280. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.003
        摘要：针对实际工程中多级离心泵故障样本难获取的现象，通过多级离心泵故障模拟试验台模拟实际产品的碰摩、不对中、不平衡三种典型故障，基于支持向量机（Support Vector Machine，SVM）建立故障诊断模型的方法实现故障的分类。采用集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）算法提取振动信号的时频域特征，结合时、频域和信息熵特征构造高维特征样本后，以主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）优化输入样本质量，实现对故障的高效分类。另外，对比分析SVM 和反向传播（Back Propagation，BP）神经网络的分类效果，表明 SVM模型分类的效果更好，在多级离心泵的故障诊断中具有良好的适用性。  
        关键词：多级离心泵;支持向量机;BP神经网络;集合经验模态分解;主成分分析   
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      • 马卫平,洪昆玥,安宁,宋宇宙
        2024, 46(2): 281-285. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.004
        摘要：针对滚动轴承早期故障特征信号提取困难的问题，提出了一种改进完备集成经验模态分解（Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition，ICEEMD）和独立分量分析（Independent Component Analysis，ICA）联合故障诊断方法。该方法利用峭度准则将经ICEEMD得到的固有模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF）重构后结合快速独立分量分析（Fast Independent Component Analysis，FastICA）进行降噪解混，明显降低被测信号中的噪声，并且在故障特征频率处能量幅值取得最大值，便于辨识故障特征。通过试验研究分析，表明该方法可以明显降低噪声干扰，突出故障频率成分。和ICEEMD与包络谱结合的方法对比，信噪比提高了29.54%，能更准确地识别故障特征，达到对滚动轴承故障的判别需求，从而为轴承故障特征提取提供了一种新思路。  
        关键词：改进完备集成经验模态分解;盲源分离;独立分量分析;故障诊断;降噪   
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        发布时间：2024-07-05

        实验研究·测试技术

      • 高立强,张德川,顾邦平,张衡
        2024, 46(2): 286-291. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.005
        摘要：通过超声冲击处理技术对 S355钢表面进行处理，分析不同处理时间对材料显微组织、表层残余应力及拉伸性能的影响规律。结果表明，超声冲击处理能够有效地消减S355钢的残余拉应力，引入残余压应力，且引入的残余压应力随着超声冲击时间的增加而增加，在冲击时间达到10 min时，x轴、y轴的残余应力消除值分别为194.81、200.46 MPa。此外，超声冲击处理能够提升材料的抗拉强度和屈服强度，在冲击时间为10 min时，抗拉强度和屈服强度分别增加了16、13 MPa。经超声冲击处理后，试样表层晶粒得到了细化，且观察到明显的加工硬化层。超声冲击处理后材料内部位错密度增加、晶粒细化是导致残余拉应力转变为残余压应力和拉伸性能提升的本质原因。  
        关键词：超声冲击;残余应力;拉伸性能;显微组织   
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        发布时间：2024-07-05
      • 雷成,李福胜,缪得祥,朱涛
        2024, 46(2): 292-300. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.006
        摘要：为了研究矩形槽圆管吸能特性规律，提出了一种基于回归分析法的结构参数与吸能特性关系的拟合方法。针对轴向冲击下的圆管动态响应，首先，建立了6005A-T6材料的 Cowper-Symonds本构模型，并验证了仿真模型的准确性；其次，设计了正交试验，建立了吸能特性与结构参数之间的计算模型；然后，利用多元线性与非线性回归分析方法对计算模型参数求解，并对比了两种拟合结果，得到了峰值力和吸能量的经验公式；接着，对比经验公式与有限元数值计算值表明，经验公式在研究范围内具有较高准确性，误差在8%以内；最后，引入吸能性能指标并使用遗传算法对圆管进行了结构优化，优化结果表明，在研究范围内当直径和槽端距最小、壁厚和槽宽最大、槽深最浅时，矩形槽圆管的吸能性能最优。  
        关键词：矩形槽;薄壁圆管;多元回归分析法;经验公式;结构优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张祖蔚,张晨帆,邓庆田,杨智春,李新波,温金鹏
        2024, 46(2): 301-311. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.007
        摘要：基于理论建模、有限元仿真和实验测试研究了二维多孔结构剪切变形及破坏特性，分析儿何参数改变对整体抗剪性能的影响。通过有限元仿真获取剪切变形规律，采用框架剪切夹具进行剪切实验，与有限元仿真结果进行对比分析。结果表明：剪切变形破坏主要为靠近结点处单元胞壁的拉伸破坏与剪切破坏，损伤从结构边缘向内部渐进扩展。单元胞尺寸、壁厚对结构的剪切性能有明显影响，厚度与排列角度对剪切性能影响较小；在正六边形、内凹型和半凹型多孔结构中，正六边形的二维多孔结构的抗剪性能最好。  
        关键词：二维多孔结构;抗剪切性能;几何参数;破坏特性   
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      • 吴鲁纪,杨世豪,冯伟,杨林杰
        2024, 46(2): 312-319. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.008
        摘要：在势能法基础上，基于切片积分原理，考虑齿根过渡曲线方程，提出一种改进的斜齿时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了真实齿根过渡曲线参数方程，修正了渐开线齿廓的积分区间，与有限元方法的对比结果验证了算法的有效性，减小了时变啮合刚度的计算误差。在此方法基础上，分析了齿宽、螺旋角、齿数和模数对时变啮合刚度的影响。结果表明，时变啮合刚度均值受齿宽影响较大，近似成线性关系；受螺旋角、齿数影响较小；螺旋角增大，均值以较小幅度波动性变化；中心距一定时，齿数增大，时变啮合刚度缓慢增大；齿轮参数改变会影响重合度；轴向重合度为整数时，时变啮合刚度波动值较小。  
        关键词：斜齿轮;重合度;改进势能法;时变啮合刚度   
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        发布时间：2024-07-05
      • 安存胜,陈小亮,魏伟振,刘奎
        2024, 46(2): 320-327. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.009
        摘要：针对座椅悬架负载质量的变化而产生的系统非线性，以及对座椅振动的有效控制等问题，提出了一种基于比例-微分（Proportional-Derivative，PD）控制的变质量座椅悬架主动控制系统。该控制系统建立在几个不同的控制器基础上，主控制器用于评估应在悬架系统中产生所需主动力的实际值，次级控制器用于计算信号的瞬时值，该信号通过其反向模型控制有源元件。建立主动座椅悬架系统模型，对主动座椅悬架控制系统进行设计。对不同负载质量的座椅悬架系统的鲁棒性进行仿真验证，对控制器参数进行优化设计，实现了主动座椅悬架自适应质量识别的精细控制。对优化设计结果进行对比验证，结果表明，质量变化对主动座椅悬架系统的动态性能影响显著降低。在100 kg质量负载时，EM3、EM5 和 EM6激励信号下，主动系统的座椅有效幅值传递率（Seat Effective Amplitude Transmissibility，SEAT）因子分别降低了49.81%、20.96%和29.85%，同时悬架行程分别降低了4.76%、33.87%和18.18%。所建立的主动控制系统显著提高了座椅悬架的性能，对变化负载质量具有更好的鲁棒性，为主动座椅悬架隔振性能研究提供了参考。  
        关键词：主动座椅悬架;负载激励;自适应控制;减振性能;优化设计   
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        发布时间：2024-07-05
      • 武静,饶子玉,沈宇驰,廖斌,张伟伟,邹厚德,马宏伟
        2024, 46(2): 328-338. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.010
        摘要：近年来，超声导波技术广泛应用于管道的无损检测中。然而，不同微小缺陷类型（如裂纹、孔洞、凹陷变形等）引起的缺陷回波微弱且无明显不同，使得微小缺陷的识别和分类始终是检测难点。为识别不同微小缺陷的类型，利用对微弱周期信号敏感的 Duffing系统，提出了基于 Duffing系统的动力学指标分形维数和反向传播（Back Propagation，BP）神经网络相结合的信号特征分类方法。利用BP神经网络对输入参数进行训练。其中，输入参数分为两组。第一组输入参数为由小波能量值、时域参数、分形维数特征等组成的21维k1向量。第二组作为对照组，其输入参数为波能量值、时域参数组成的18维k2向量。上述两组均输出3维向量，即输出缺陷类型。数值模拟及实验验证均表明，在加入混沌指标分形维数后识别准确率明显提升。其中，数值模拟的准确率由86.35%提升至91.85%，实验中的准确率由83.16%提升至86.06%。数值模拟和实验都验证了利用分形维数和BP神经网络结合能够更好地完成管道缺陷的识别和分类。创新性地将分形维数作为BP神经网络的特征输入，有效提高了分类的准确率，实现了因管道中小缺陷实验数据不足或检测难度大的有效识别和精确分类。研究对于实际工程中管道缺陷分类，预防管道事故具有重要意义。  
        关键词：管道;超声导波;分形维数;BP神经网络   
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        发布时间：2024-07-05
      • 何宁,张德龙,张庆华
        2024, 46(2): 339-347. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.011
        摘要：针对汽车盘式制动器在制动过程中的噪声抑制问题，考虑制动不平衡量及制动器参数不确定性的影响，结合响应面法、有限元法与可靠性分析理论，提出了一种含混合参数模型的盘式制动器振动稳定性的可靠性分析方法。采用随机、不确定区间和模糊参数来描述制动系统的动态特性，建立含随机参数、不确定区间参数和模糊参数的盘式制动器系统不稳定阶次响应面代理模型，通过对系统振动稳定性的参数灵敏度分析获取其影响显著因子，在Design Expert软件中对制动时的振动稳定性进行可靠性分析，揭示了各因子2阶交互作用对其可靠度的影响规律。用该方法对某型汽车的钳盘式制动器进行验证，结果表明，含有混合参数的制动器系统在稳定性不理想的情况下，通过增加其支撑背板厚度或提高弹性模量，可以有效改善制动系统的稳定性。  
        关键词：制动噪声;混合参数;可靠性;全局灵敏度;稳定性   
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        发布时间：2024-07-05

        优化·可靠性

      • 汪柯宇,胡启国,白熊,周小明,郝建旭
        2024, 46(2): 348-354. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.012
        摘要：针对声子晶体设计中存在模糊变量导致带宽不可靠问题，建立新型二维多组元局域共振型声子晶体，通过数值计算得到带隙曲线并探究带隙产生机制，并基于分析包覆层几何参数和材料参数对带隙影响结果，考虑将环状包覆层材料参数作为模糊变量，儿何参数作为设计变量，通过拉丁超立方体抽样进行实验设计建立基于Kriging模型的声子晶体带隙优化模型，利用麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）对Kriging模型进行全局寻优，得到声子晶体最优设计解。结果表明，优化后带隙宽度从101.17 Hz变为224.164 Hz，增大121.5%，且带宽边界均在设计目标范围内，所提出的Kriging带隙优化模型在避免大量数值计算的同时，考虑了模糊变量的影响，具有较高的预测精度和可靠性，为声子晶体设计提供新研究思路。  
        关键词：声子晶体;模糊变量;带隙;Kriging模型;麻雀搜索算法   
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        发布时间：2024-07-05
      • 宋晓庆,张永鑫,张佳琛,张晓冬
        2024, 46(2): 355-363. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.013
        摘要：为改善永磁丝杠复杂的螺旋形磁极加工制造难度，对螺旋磁极结构进行改进替代。应用有限元法（Finite Element Method，FEM）对推力和转矩静特性进行仿真，证明丝杠磁极为斜环、螺母磁极为螺旋结构和丝杠磁极为螺旋结构、螺母磁极为斜环的两种永磁丝杠结构能够实现平稳传动。由于结构中仍部分存在螺旋结构，故进行实用化改进。方案一是将直环离散的若干圆弧形磁极块阶梯式组合排列；方案二是采用半斜环磁极组合结构。结果表明，后者组合磁极块数更少，在保证运动系统平稳传动的同时，具有更大的推力和转矩。同双螺旋永磁丝杠相比，推力误差和转矩误差仅分别为3.981%和0.583%，故而为替代螺旋磁极的一种较为理想的方案。此外，提出了极距比K的概念，得出K=0.3时，单位磁极产生的电磁推力和转矩最大，磁极利用率最高。在此基础上，将半斜环磁极结构采用Halbach阵列优化，峰值推力和转矩可分别提升42.3%和36.3%，且存在最优辅配比λ=0.4。  
        关键词：永磁丝杠;磁极;半斜环;Halbach   
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      • 施首健,陈文通,杨欢红,朱良龙,吴雪峰,徐成浩
        2024, 46(2): 364-370. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.014
        摘要：为评估柱式隔离开关在台风过程中的结构失效风险，考虑了风场和材料抗力的随机性，建立了隔离开关结构随机可靠性高效求解模型。首先，基于功率谱密度模型，考虑了地面粗糙度、平均风速和分界波数的随机性，给出了台风的随机场模型；其次，利用Abaqus有限元分析软件，建立了隔离开关结构的三维结构力学分析模型。同时，基于概率密度演化（Probability Density Evolution Model，PDEM）理论，给出了结构目标变量的概率密度函数计算方法；最后，采用Matlab-Abaqus进行联合模拟分析计算，实现了隔离开关结构可靠性的高效求解。结果表明，隔离开关绝缘支柱底部的极限应力为结构控制参数，风场和材料抗力的随机性对结构易损性曲线影响显著，设计过程中应控制材料抗力层次的随机性。  
        关键词：台风;可靠性;柱式隔离开关;失效风险;概率密度演化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张庆永,王宇超,王辉
        2024, 46(2): 371-380. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.015
        摘要：传统的吸能盒结构，碰撞过程无法实现稳定有序折叠溃缩，同时存在单位质量吸能效果差的缺点，限制了汽车安全性能的提高。引人一种功能梯度材料（Functionally Graded Material，FGM）结构吸能盒，即在传统316L不锈钢基体上添加铝合金成分形成梯度材料结构，同时仿照竹节虫胫骨截面结构对其横截面形状进行优化，并基于优化拉丁超立方体试验设计和响应面模型对竹节虫胫骨横截面的具体结构进行多目标优化。仿真结果表明，优化后的仿生功能梯度材料吸能盒能够实现稳定的从头部至尾部的折叠溃缩。和传统吸能盒相比，仿生结构功能梯度吸能盒单位质量吸能效果提升，能够有效削弱碰撞对车身的损伤。  
        关键词：吸能盒;功能梯度结构;仿生截面;结构设计;多目标优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 林长波,李东海,邓聚才,许恩永,何水龙
        2024, 46(2): 381-387. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.016
        摘要：为全面提升商用车碰撞安全性能，保障驾驶室乘员的人身安全，在新旧标准更替之际，以国产某型通过GB 26512—2011标准的某型载货车为研究对象，引入GB 26512—2021标准新增的正面A柱摆锤撞击试验和顶部强度试验。在Hypermesh中建立驾驶室碰撞仿真模型，并通过实车正面碰撞试验从而验证有限元模型的精确性。针对在顶部强度试验中出现车身门窗上边缘侵入假人头部现象，将结构灵敏度分析与传力路径相结合进行优化，提出驾驶室结构的改进优化方案，并通过实车碰撞验证仿真结果。结果表明，优化后的驾驶室结构，具有足够的生存空间，符合新国家标准的碰撞要求。  
        关键词：商用车;碰撞安全性;有限元分析;结构优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 马超,鹿鹏程,赵曰贺,张行,仇文宁
        2024, 46(2): 388-394. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.017
        摘要：针对某型电动挖掘机的乘员防护，提出使用基于等效静态载荷法的拓扑优化方法设计落物保护装置（Falling Object Protective Structures，FOPS）。首先，使用基于位移等效原则的等效静态载荷法，将动态非线性碰撞过程简化为多工况条件下的静态非线性变形过程。随后，提出使用加权系数法，将动态非线性拓扑优化简化为多工况条件下的静态非线性拓扑优化，可显著提高拓扑优化的计算速率和收敛性。最后，基于拓扑优化结果设计FOPS，并按照GB/T 17771—2010进行仿真试验分析。结果表明，新设计的FOPS无须额外加强即可满足乘员落物保护要求，且FOPS的总质量减轻了49.8 kg，这对降低工程机械的采购和使用成本，以及满足节能减排具有积极意义。  
        关键词：拓扑优化;等效静态载荷法;电动挖掘机;落物保护装置   
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        发布时间：2024-07-05
      • 王圣波,刘钢,黄肖颖,葛红剑,马惠珍
        2024, 46(2): 395-401. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.018
        摘要：为了车辆顺利出口东盟，根据新车研发的需要，以东盟国家新车评价体系：ASEAN-NCAP（New Car Assessment Program for Southeast Asian Countries）下腿型保护满足限值为目标，搭建柔性腿（Flexible Pedestrain Legform Impactor，Flex-PLI）碰撞有限元模型并计算求解。针对车辆设计存在的问题，提出改进方案并通过仿真验证可行，最后通过实车验证测试，试验结果验证了仿真的可靠性，为行人小腿保护开发积累了经验。  
        关键词：ASEAN-NCAP;行人保护;柔性腿;仿真分析;试验   
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        发布时间：2024-07-05

        设计·计算

      • 李臣臣,刘艳红
        2024, 46(2): 402-409. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.019
        摘要：为克服位移有限元法中求解单元节点应力时不方便引入应力边界条件的缺点，首先根据压电材料的广义最小势能原理，为压电材料结构的静力学分析提出了一种实用的八节点六面体非协调位移元。然后，基于广义H-R变分原理提出了一种计算含压电层复合材料结构广义应力的线性方程组方法，为广义应力边界条件的引入提供了条件，且保证了相邻单元同一节点上应力的连续性，为高精度的数值结果奠定了理论基础。数值结果表明，线性方程组方法得到的广义应力结果的精度高于高斯点应力外推法（Gauss-point Stress Extrapolation Method，GSEM）。  
        关键词：压电材料;层合结构;非协调位移元;广义应力   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张旭,赵锐,石云波,祖凯旋,张洁宇,闫晓朋
        2024, 46(2): 410-415. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.020
        摘要：针对外弹道信息测量过程中，低量程微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）加速度传感器在上万gn过载环境下的损坏问题，提出了一种仿虾螯式抗冲击微加速度传感器，可以实现抗过载30 000gn量程50gn的指标要求。有限元仿真结果表明，在50gn载荷作用下，加速度计敏感单元位移为0.99 μm，灵敏度为0.124 pF/gn；引入仿虾螯式抗冲击缓冲结构的加速度传感器在30 000gn过载作用下承受的等效应力的最大值从1 022.5 MPa降低至84.326 MPa，有效地提高了该传感器件的可靠性。  
        关键词：加速度计;抗冲击;电容式;低量程;仿生缓冲结构;微机电系统   
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        发布时间：2024-07-05
      • 皮骏,崔红利,贾元琨
        2024, 46(2): 416-423. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.021
        摘要：针对层板高速冲击问题，基于连续损伤力学，建立了由8节点的Cohesive 单元和8节点实体单元组成的三维有限元冲击模型。由于Hashin准则可以良好地预测纤维损伤；Puck准则可以良好地预测基体损伤，所以采用Hashin与Puck混合形成的准则与单一Hashin失效准则进行对比分析，发现混合准则的预测更接近试验值。在此基础上，分析铺层角度和冲击角度对层板抗冲击性的影响，结果表明，相邻铺层角度差越大，入射角度越大，层板的抗冲击性能就越强。  
        关键词：复合材料层合板;Puck准则;Hashin准则;抗冲击性能;数值模拟   
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        发布时间：2024-07-05
      • 崔建昆,丁佳乐,石雨恒,张德琪
        2024, 46(2): 424-430. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.022
        摘要：将双摆线齿廓运用到NN型少齿差行星齿轮传动领域，通过分析内外摆线轮齿廓的凹凸性、曲率和曲率半径，获得了内、外摆线齿廓的特性；通过图解法推导双摆线针齿传动中内、外摆线轮的压力角计算公式，获得了啮合过程压力角变化规律，以及双摆线针齿主要参数对于内、外摆线轮压力角的影响；通过对等距修形和移距修形进行研究，表明齿廓修形对齿形有明显影响。  
        关键词：双摆线针齿传动;齿廓特性;齿廓修形;压力角   
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        发布时间：2024-07-05
      • 马明明,余慧杰,倪维宇,王海华
        2024, 46(2): 431-438. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.023
        摘要：基于达朗贝尔原理，在建立座椅悬架系统的虚平衡状态的基础上，推导出了系统的运动微分方程，得到了系统的传递函数。采用试验测定手段，得到了座椅悬架主要元件的力学性能及座椅传递特性，并通过试验结果验证理论模型的准确性。在此基础上，讨论各参数对悬架系统共振频率及幅值的影响，针对其结构参数对悬架系统进行了部分改进，可为座椅结构设计提供思路和解决方法。  
        关键词：达朗贝尔原理;座椅悬架系统;虚平衡状态;传递函数;结构设计   
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        发布时间：2024-07-05

        焊接·铸造·锻压·热材料

      • 罗家元,李鑫,谭超
        2024, 46(2): 439-445. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.024
        摘要：点焊接头因高度应力集中，极易于熔核边缘萌生疲劳裂纹，点焊产生的残余应力会影响其扩展。为探究点焊残余应力对疲劳裂纹扩展的影响规律，建立DP600高强钢点焊接头三维裂纹有限元仿真模型。基于热-弹塑性理论求解点焊残余应力场，在此基础上计算有无残余应力时折线裂纹的局部应力强度因子（Stress Intensity Factor，SIF）解，通过分析两种条件下裂纹最深点局部 SIF随裂纹深度比变化的曲线，研究点焊残余应力对折线裂纹扩展的影响规律；基于断裂力学理论，采用改进的双参数模型预测有无残余应力时的疲劳寿命。结果表明，点焊残余应力使局部 SIF显著提高，且随着裂纹深度比的增加，残余应力对其的影响程度也增加；考虑残余应力后裂纹整体扩展趋势不变但扩展速率显著增加，疲劳寿命由35 616次下降至12 564次。  
        关键词：点焊残余应力;折线裂纹;应力强度因子;疲劳寿命   
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        发布时间：2024-07-05

        疲劳·损伤·断裂·失效分析

      • 俞俊,王宇,李海芳,翁硕,何小田,赵礼辉谢春莉,王伟利,朱佳佳
        2024, 46(2): 446-452. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.025
        摘要：研究了平均应力效应对 7075-T651铝合金疲劳性能的影响，选取了R=0.5、0.3、0.1和-0.1四组应力比进行疲劳试验。结果表明，同一应力比下，随着峰值应力水平的增加，疲劳寿命逐渐降低；而同一峰值应力水平下，随着应力比的提高，疲劳寿命则呈现出逐渐升高的趋势。同时，使用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）观察疲劳断口形貌发现，在峰值应力相同的情况下，裂纹萌生及扩展区的扇形面积随平均应力的增大而增大。最后，基于7075-T651铝合金疲劳实验结果，提出了一种考虑S-N-R的改进型预测模型，结果对比显示相较于其他模型，此模型在一定程度上对7075-T651铝合金具有更好的疲劳寿命预测效果。  
        关键词：7075-T651铝合金;平均应力;疲劳寿命;断口形貌;预测模型   
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        发布时间：2024-07-05
      • 金承珂,孙小肖,黄嘉昕
        2024, 46(2): 453-460. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.026
        摘要：为解决传统渐开线蜗杆斜齿轮副在开式传动或传动比过大时斜齿轮容易发生齿根断裂的情况，提出一种新型的基于不等模数不等压力角设计的渐开线蜗杆副，使斜齿轮的模数与压力角同时提高，大幅提高斜齿轮的齿根强度。通过对此种蜗杆副的传动特性的分析，得到特殊的啮合角与中心距计算方式。另外，通过对同传动比、同蜗杆情况下基于不等模数设计的ZI蜗杆斜齿轮副和传统ZI蜗杆斜齿轮副的建模与有限元分析，得出在较大模数比情况下的斜齿轮齿根强度约为传统斜齿轮齿根强度的2.956倍，增大了渐开线蜗杆的应用范围。后续使用灰色预测，对比出误差平方和（Sum of Squared Errors，SSE）最小模型，予以验证预测的准确性，另外进行蜗杆施加不同转矩下的斜齿轮啮合齿受拉力处最大应力σ1max的数据预测，为相应的工程分析与必要的校核设计给出了依据。  
        关键词：圆柱蜗杆斜齿轮传动;不等模数;不等压力角;有限元分析;灰色预测   
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        发布时间：2024-07-05
      • 李宇鹏,李文彭,李顶河,邬栋权,王宇峰,郑宇翔
        2024, 46(2): 461-467. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.027
        摘要：以含埋藏椭圆形裂纹的高温试样结构为研究对象，基于延性耗散模型，用三维（3D）有限元方法对其拘束效应和蠕变裂纹孕育期进行了研究。结果表明，对于裂尖前沿拘束水平，拘束参量Q的最大值总是分布在椭圆形裂纹的长轴端点处，且随着裂纹横向长度c和纵向长度a的增加，拘束参量Q越大，意味着应力集中越严重，该处位置更为危险；对于蠕变裂纹孕育期，椭圆形裂纹深度比a/t越大或长度比a/c越小，或者载荷越大，则蠕变裂纹损伤率越高，结构发生蠕变裂纹萌生的孕育期越短，结构越危险。此外，建立了拘束参量和蠕变裂纹孕育期的预测公式和工程计算方法，并验证了蠕变裂纹孕育期工程计算模型的有效性。  
        关键词：埋藏裂纹;蠕变孕育期;延性耗散模型;蠕变损伤;拘束效应   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张佳,李林峰,王浩杰,张挺
        2024, 46(2): 468-475. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.028
        摘要：针对管道腐蚀剩余强度的预测问题，提出了一种基于改进鲸鱼优化算法（Improved Whale Optimization Algorithm，IWOA）-最小二乘支持向量机（Least Square Support Vector Machine，LSSVM）组合算法模型的剩余强度预测方法。首先对管材腐蚀剩余强度的影响因素进行分析，在此基础上，对LSSVM算法和IWOA进行理论介绍，提出模型的组合方法。以我国某油田的L245N材质管道为例，使用部分管材腐蚀剩余强度及其影响因素数据对组合模型进行训练，对另一部分数据进行预测，以此验证提出的组合模型的准确性及先进性。研究表明，所提出的IWOA-LSSVM模型在预测L245N管材腐蚀剩余强度的过程中，其均方根误差为0.323 5%，平均相对误差为2.17%，拟合优度为0.988，三项评价指标均优于PSO-LSSVM 模型和WOA-LSSVM 模型。因此，使用IWOA-LSSVM模型可以对 L245N管材腐蚀剩余强度进行准确预测，进而为L245N管材的维修及更换提供数据支持。  
        关键词：管材腐蚀;剩余强度;改进鲸鱼优化算法;最小二乘支持向量机;L245N材质   
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        发布时间：2024-07-05
      • 冯春宇,杨双庆,范黎明,刘汉广,赖书斌,刘远日
        2024, 46(2): 476-483. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.029
        摘要：空气锤钎头在钻井过程中表现的低疲劳寿命，大大降低钻井效率，提高了钻井成本。为此，研究空气锤钎头的疲劳寿命并对其结构优化，以提高空气锤钎头的服役寿命。在12.25 in（1 in = 2.54 cm）空气锤钎头的基础上，考虑防掉结构，对空气锤钎头整体结构进行设计。提出微型钎头概念并完成了微型钎头样品疲劳寿命实验，使用Ansys/Ls-Dyna 和nCode DesignLife软件对微型钎头进行动力学与疲劳寿命分析并与实验结果相验证，对钎头基本结构和材料进行确定。将仿真过程运用到钎头本体，考虑钎头本体尺寸和活塞冲击速度等问题对钎头疲劳寿命的影响，对钎头本体进行结构优化。研究表明，采用40CrMnSiMoV的钎头疲劳寿命最佳；钎头本体基本尺寸中，直径对钎头疲劳寿命影响最大；当冲击功变化时，钎头疲劳寿命随末速度的增加而减小；冲击功恒定情况下，当钎头末速度的平方与钎头质量接近时，钎头疲劳寿命最佳。  
        关键词：空气锤钎头;结构优化;动力学;疲劳寿命   
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        发布时间：2024-07-05

        研究简报

      • 涂文兵,张桂源,袁晓文,罗丫,王佳明,王浩
        2024, 46(2): 484-496. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.030
        摘要：伴随旋转机械系统向高转速、高精度和高可靠性发展，滚动轴承作为基础零部件之一是旋转机械系统非常重要的组成部分。而轴承打滑行为严重影响了旋转机械系统的稳定性、运行精度和服役寿命，因此针对滚动轴承打滑特性及运动机制的研究已成为国内外学者讨论的热点话题。研究工作介绍了滚动轴承的打滑运动机制以及损伤形式，详细总结了滚动轴承打滑的研究方法以及滚动轴承的打滑因素。最后，针对滚动轴承打滑特性的研究方法（试验法、动力学仿真）和打滑因素（工况、结构、装配参数以及故障轴承）的研究现状、不足及未来发展方向进行了探讨。  
        关键词：滚动轴承;打滑;试验法;动力学;打滑因素   
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        发布时间：2024-07-05
      • 洪洋,谢祖通,任建平,叶能永
        2024, 46(2): 497-502. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.031
        摘要：针对某增程式三缸发动机催化器在耐久性试验中出现的开裂问题，判定断口形式，分析开裂原因，提出优化方案，并进行分析验证。使用化学成分检测、金相组织分析、断口电镜扫描等方式对断口与材料进行了分析，判定断口形式；讨论三缸发动机振动特性，对催化器进行传热分析与热模态分析，通过模态干涉图与应变能密度判定开裂原因；基于模态频率与振型提出对催化器支架的改进方案，并进行分析与验证。研究结果表明，该发动机催化器表面会在高温氧化下形成晶间裂纹，当支架刚度不足时，催化器热模态频率过低，高温状态下会与三缸发动机的3阶燃烧激励发生共振，导致表面裂纹扩展形成断裂；通过分析催化器热模态频率、振型和应变能密度，可有效地对催化器支架进行改进，为三缸发动机的催化器设计提供参考。  
        关键词：三缸发动机;催化器;开裂;分析与优化   
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        发布时间：2024-07-05
      • 张雅儒,马俊,晓顺
        2024, 46(2): 503-508. DOI: 10.16579/j.issn.1001.9669.2024.02.032
        摘要：为了提高结构损伤定位的精度，提出将跨模型模态应变能与小波分析（Wavelet Analysis，WA）相结合的结构损伤定位方法。首先，计算所有单元的跨模型模态应变能指标。其次，对由各单元跨模型模态应变能指标构成的序列进行小波分析，提取高频细节系数后对其进行重构，以得到改进的损伤指标。最后，根据改进指标判断损伤位置。以某平面桁架为例并考虑5%噪声水平进行蒙特卡洛分析。结果表明，改进指标抵抗噪声干扰的鲁棒性更强，能更好地指示损伤位置。  
        关键词：损伤定位;模态应变能;小波分析;结构健康监测;模态识别   
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        发布时间：2024-07-05
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