机械工程学报

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韩一纯, 陈学东, 范志超, 卜华全

机械工程学报. 2015, 51(6): 2-8. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.002

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再热开裂曾多次在2.25Cr1MoV钢反应器的焊接粗晶热影响区(Coarse-grained heat affected zone, CGHAZ)部位发生，却很少在“斜Y型坡口再热裂纹试验”中出现。考虑两者之间的热输入差异，通过Gleeble热模拟试验研究热输入对2.25Cr1MoV钢CGHAZ再热裂纹敏感性的影响，并结合显微组织观察、硬度测定及断口分析，讨论热输入、组织和性能之间的关系。结果表明，在5～100 kJ/cm的热输入范围内，CGHAZ的再热裂纹敏感性随热输入的升高而增大，当热输入为35 kJ/cm时，CGHAZ在675 ℃对再热开裂“高度敏感”，限制热输入在25 kJ/cm以内，将有效降低其再热裂纹敏感性。综合分析发现，模拟CGHAZ的高温塑性与其在高温拉伸试验后硬度的变化规律之间存在良好的对应关系。当软化现象发生时，拉伸试样的断裂模式为穿晶与沿晶的混合型断裂，具有较高的断面收缩率(Reduction of area, RoA)，当二次硬化现象发生时，其断裂模式为均一的微孔聚集型沿晶断裂，RoA显著降低。试验结果从二次硬化的角度反映了高热输入条件下CGHAZ的再热脆化机理。

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不同小试样测量蠕变性能的比较研究

庄法坤, 涂善东, 周帼彦, 王琼琦

机械工程学报. 2015, 51(6): 9-18. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.009

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小试样蠕变试验技术，在服役构件力学性能测试中得到了广泛的发展与应用。目前已有小尺寸单轴试验、小冲杆试验、剪切冲压试验、压痕试验、三点弯试验、悬臂梁试验、固支直杆弯曲试验、圆环试验和双杆试样等方法。基于上述小试样方法，重点从试样尺寸、应力状态、关联式类型、蠕变性能、变形测量和影响因素等方面，全面地综述不同小试样测量材料蠕变性能的方法和结果的异同。通过对比发现，不同类型试样所得蠕变曲线差异较大。小冲杆试样的数据转换过程较为复杂，试验过程中影响因素较多。悬臂梁试样和圆环试样的等效标距较大，变形测量误差小。三点弯、悬臂梁和圆环试样，蠕变试验过程中存在大变形效应，可采用临界载荷法预先控制试验载荷范围。固支直杆弯曲试样方法对摩擦的敏感性较低，可获得较为准确的断裂数据。所得结论为选择合适的小试样方法测试材料的蠕变性能提供理论指导和依据。

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奥氏体不锈钢冷冲压标准椭圆形封头塑性变形预测方法研究

马利, 缪存坚, 朱晓波, 郑津洋, 顾小东, 叶勇

机械工程学报. 2015, 51(6): 19-26. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.019

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通过公式推导，明确国内外所规定的两类塑性变形预测方法的物理意义。对比标准椭圆形封头冷冲压成形试验结果，建立能够真实反映封头冷冲压成形过程的数值计算方法。基于该数值计算方法，研究封头塑性变形与公称直径Dn、名义厚度δn的关联性，建立基于这两个参数的封头塑性变形预测方法，并对比所建立的预测方法与现有方法得到的封头塑性变形结果的差异。得到如下结论：现有的两种预测方法得到的结果分别反映了封头经向的平均塑性变形和板料边缘环向压缩塑性变形平均值，两者都不能反映封头真实的塑性变形大小；建立的塑性变形预测方法更加准确、可靠，可用于预测封头的塑性变形。

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核压力容器缺陷验收确定性准则的失效概率分析

李曰兵, 金伟娅, 高增梁, 雷月葆

机械工程学报. 2015, 51(6): 27-35. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.027

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在含缺陷结构完整性评定中，即使满足确定性分析要求，结构也会存在发生失效的可能。提出确定性缺陷验收准则所对应失效概率的分析方法，以计算在满足确定性分析要求的临界条件下结构的失效概率。采用该方法可以验证确定性缺陷验收准则是否能够满足结构的概率要求，也可依据概率要求指导确定性缺陷验收准则中安全系数的制定。针对ASME BPVC第XI卷中基于应力强度因子的缺陷验收准则，以正常降温工况和承压热冲击事故工况为例，对一典型含缺陷反应堆压力容器(Reactor pressure vessel, RPV)进行确定性分析和概率分析，得到相应工况下的临界裂纹尺寸及失效概率，并讨论安全系数对含缺陷RPV失效概率的影响。所分析案例表明，ASME标准中规定的安全系数在正常降温工况下尚不能保证RPV临界失效概率低于核安全的概率要求。

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大型拱顶网壳储罐结构设计与稳定性计算

陈志平, 冯文卓, 刘力歌, 高欢

机械工程学报. 2015, 51(6): 36-44. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.036

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随着成品油储罐的大型化发展，采用空间网壳结构作为储罐罐顶已成为必然趋势。虽然网壳结构在建筑行业已有成熟的理论和设计经验，但如何应用于大型储罐还存在很多技术问题。比较分析现有大型网壳结构形式的优劣，针对大型拱顶网壳储罐结构特点，给出网壳顶网格类型、杆件截面、节点形式的选型意见；为提高网壳顶与下部罐体连接的安全性，自主提出一种可用于大型拱顶网壳储罐的新型支座结构；研究网壳顶整体稳定性的计算方法，采用考虑几何非线性的荷载-位移全过程分析方法，计算得到拱顶网壳储罐结构的临界失稳荷载，分析下部罐体、不同约束方式和不同安装偏差对拱顶网壳稳定承载力的影响；并依据JGJ7-2010《空间网格结构技术规程》等建筑行业规范标准，以一50 000 m3大型拱顶网壳储罐为例对稳定性计算进行案例分析，验证相关规范同样适用于储罐网壳。

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应力比和残余应力对Ti-6Al-4V高周疲劳断裂模式的影响

李煜佳, 轩福贞, 涂善东

机械工程学报. 2015, 51(6): 45-50. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.045

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对钛合金Ti-6Al-4V进行室温空气环境下的高周疲劳试验，研究消应力和未消应力试样在多个应力比下的疲劳强度，分析和检测表面残余应力在不同应力比和载荷水平下随循环次数而松弛情况，探讨表面残余应力随循环次数而松弛的规律以及残余应力和应力比对Ti-6Al-4V疲劳强度影响的机理。结果表明，随着应力比的提高，残余压应力对Ti-6Al-4V疲劳强度的提升影响逐步减小并消失；与消除残余应力后疲劳破坏源于表面相比，表面残余压应力使得低应力比下疲劳源于内部；当应力比R=1.0时，疲劳循环导致表面残余压应力松弛且保持稳定，其产生的表面裂纹闭合是疲劳强度提高的主要机制；当R=0.6～0.1时，未见疲劳循环导致表面残余应力松弛，由于表面层的平均应力减小使得疲劳破坏主要为内部缺陷和局部应力集中控制。

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一种2.25Cr1MoV钢加氢反应设备蠕变疲劳寿命设计方法

武欣宇, 赵姿贞, 陈旭

机械工程学报. 2015, 51(6): 51-57. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.051

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加氢反应器在服役过程中会受到高温高压和循环载荷的共同作用，设计时必须同时考虑蠕变和疲劳的影响。ASME规范案例2605提供一种针对2.25Cr1MoV钢的蠕变疲劳寿命设计方法。借助有限元分析软件ANSYS，采用案例2605中的方法对加氢反应设备圆柱筒体直接管结构进行蠕变疲劳寿命校核，详细阐述该案例的设计思想和具体步骤，并讨论操作温度和压力对于设计寿命的影响。结果表明，接管结构蠕变疲劳寿命校核满足要求，筒体与直接管连接处出现应力集中，由于蠕变应变的产生，应力集中处的应力值随蠕变时间的增加不断下降，蠕变损伤累积速度也随之下降。同时，提高操作温度和操作压力均会造成蠕变损伤的增加，疲劳应力幅对蠕变疲劳的寿命影响较大。针对模拟结果，提出一些提高结构蠕变疲劳寿命的措施。

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基于导波的弯管裂纹缺陷的检测

周邵萍, 张蒲根, 吕文超, 郝占峰

机械工程学报. 2015, 51(6): 58-65. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.058

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为了探究超声导波在90°弯头所引起的模态转换对检测造成的影响，采用试验和模拟的方法来研究导波在90°弯头中的传播特性，利用周向均布的长度伸缩型压电片激发导波L(0, 2)模态，对弯头及弯头两端直管道上的周向裂纹缺陷进行位置识别；并对比直管道检测结果，研究弯头对导波模态转换的影响。采用小波分析对试验信号进行降噪处理，试验结果表明，L(0, 2)模态导波穿过弯头后发生模态转换，产生弯曲模态F(1, 2)。弯头处裂纹缺陷的检测敏感性与其所在位置有关，弯头外侧的检测敏感性最高；且检测敏感性与激发频率有一定关系，在较高的激发频率(120～130 kHz)下，弯头两端直管道上裂纹缺陷检测的敏感性最高；当激发频率处于较低频率(80 kHz)时，导波对弯头内侧缺陷检测的敏感度最高。因此提出采用不同激发频率的导波对带有弯头的管道系统进行综合检测的方法。利用数值模拟的方法对导波在弯头处的传播特性进行研究，模拟结果与试验结论相吻合。

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外压模拟计算中圆筒初始几何偏差描述方法的研究

邓志军, 陈冰冰, 郑浣琪, 魏协宇, 高增梁

机械工程学报. 2015, 51(6): 66-72. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.066

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在圆筒外压模拟计算中，初始几何偏差施加方式的不同对模拟计算结果影响较大。就“一致缺陷模态法”和傅里叶级数两种初始几何偏差的描述方法进行简述。根据5组初始几何偏差实测数据，取周向波数l=2～8和初始相位角12～18，提出一种描述卷焊圆筒初始几何偏差的傅里叶级数简化方法。根据文献提供的42组圆筒基本尺寸、最大初始几何偏差值、材料的弹性模量和屈服强度，分别采用“简化傅里叶级数法”和“一致缺陷模态法”施加初始几何偏差，并进行双非线性屈曲模拟分析，模拟中材料本构关系为双线性材料模型。将两种初始几何偏差施加方法模拟所得的临界失稳压力值与文献中的试验值进行对比讨论，结果表明，按“一致缺陷模态法”模拟所得结果普遍小于文献中的试验值，而按“简化傅里叶级数法”模拟所得结果则与文献中的试验值吻合较好。由此表明简化傅里叶级数能够较为合适地描述卷焊圆筒的初始几何偏差分布。

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轴向移动温差作用下焦炭塔筒体循环塑性分析

高炳军, 郭丽丽, 董俊华

机械工程学报. 2015, 51(6): 73-78. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.073

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对焦炭塔材料15CrMoR在20 ℃、200 ℃、300 ℃及400 ℃下进行单轴拉伸试验与单轴棘轮效应试验，利用OW-II随动强化模型对材料的棘轮应变进行预测，模型能较好地预测材料稳定段的棘轮应变率。运用动态坐标系法对焦炭塔进油及进水两种工况进行瞬态温度场分析，确定轴向移动温差及其特征量，为焦炭塔循环塑性分析确定简化的温差特征载荷。对焦炭塔筒体进油生焦及进水冷焦两种工况进行循环塑性分析，发现进油及进水轴向温差渐变范围下对齐时结构具有更大的棘轮应变率，内压循环的同时作用会增大结构的棘轮应变。通过参数化计算，确定焦炭塔结构的棘轮边界，当进水轴向温差高度较小时棘轮边界受内压循环的影响较大。

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钢轨中导波传播模式的半解析有限元分析与实验测量

卢超, 杨雪娟, 戴翔, 常俊杰

机械工程学报. 2015, 51(6): 79-86. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.079

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导波传播模式分析是钢轨长距离导波检测和振动噪声控制的基础。钢轨中的导波传播模式可以通过波数频率关系和对应的结构形变来有效识别。应用半解析有限元法(Semi-analytical finite element method，SAFE)，基于虚功原理构建导波在任意截面弹性波导中传播的控制方程，求解弹性波导中导波传播的频散曲线和结构形变。应用该方法求解0～8 kHz频率范围自由状态CHN60型钢轨中导波传播的波数频散关系和结构形变，并讨论8个基本传播模式的特点。采用模态力锤及多传感器测量钢轨截面形变的模态分析试验方法得到钢轨横向和垂直振动模态导波的波数-频率系数，数值分析与试验结果相符合。

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石墨烯薄膜大挠度力学特性研究

李成,肖俊,郭婷婷,樊尚春,靳伟

机械工程学报. 2015, 51(6): 87-92. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.087

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针对石墨烯薄膜微压力传感特性，基于圆薄膜大挠度弹性理论，构建均布载荷-挠度数学模型，求解预应力对挠度变化的影响规律，应用ANSYS静力学非线性和模态分析方法，对弹性模量与层数等薄膜参数引起的挠度特性及振动特性进行数值解析与有限元仿真。结果表明，低载荷条件下预应力对挠度形变作用明显，且在0～3.6 kPa范围内挠度与载荷基本呈线性关系，但随着载荷增加，弹性模量与层数对挠度形变表现出递减效应，不过固有频率与模态特性仍取决于预应力，受薄膜参数影响较小。这种力学特性验证了Beams球壳理论模型的有效性，在线性区间内受预应力影响其解析解与ANSYS仿真解的平均相对误差小于0.49%。

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Hopkinson杆校准系统中高g值激励加速度脉冲的产生与调整

范锦彪,徐鹏,祖静

机械工程学报. 2015, 51(6): 93-97. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.093

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针对高g值加速度传感器脉冲校准中遇到的激励脉冲宽度问题，通过有限元分析法，模拟Hopkinson杆校准系统中激励加速度脉冲的产生过程，确定适用于加速度传感器冲击灵敏度校准和频率响应特性校准的激励脉冲宽度及其相应的碰撞组合；并通过试验手段，验证了仿真结论的正确性。试验结果表明，通过改变子弹头的形状和调整垫的材料和厚度，可以在同一Hopkinson杆校准系统中产生不同持续时间的激励脉冲，以适应不同的校准需求，最大限度地发挥Hopkinson杆校准系统的潜能。

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基于剪切波和小波特征融合的金属表面缺陷识别方法

周鹏, 徐科, 刘顺华

机械工程学报. 2015, 51(6): 98-103. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.098

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金属表面缺陷具有复杂性和多样性。小波变换能很好地捕捉点奇异性信号,对点缺陷识别效果好；剪切波变换作为一种新的多尺度几何分析方法，对奇异曲线具有最优逼近性能和方向敏感性，因此对方向性的缺陷识别效果好。提出一种基于剪切波和小波特征融合的金属表面缺陷识别方法。对金属表面图像分别进行离散剪切波变换和小波变换，计算各尺度方向子带的平均值和方差值，并组成一高维特征矢量。用核保局投影算法对高维特征矢量进行降维，以去除特征间的冗余，得到低维特征矢量，并输入到支持向量机进行缺陷分类。以高温铸坯、中厚板、精密铝带三种典型金属为例，对从现场采集到的三种典型金属的样本库进行试验，结果表明：高温铸坯、中厚板、精密铝带缺陷样本的识别率分别达到93.95%、98.27%、92.5%。试验结果证明了该方法可有效应用于不同类型金属的表面缺陷识别，具有通用性。

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基于阶比跟踪的带钢冷轧过程轧辊偏心信号分析

刘涛,崔会宝,陈刚

机械工程学报. 2015, 51(6): 104-108. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.104

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针对板带轧制厚度控制过程中轧辊偏心扰动难以在线测量和准确表达问题，提出新的系统解决方法。根据板带轧制原理，建立轧辊偏心在线软测量模型，通过采集得到的压下缸位移、轧制力、出口板厚等数据对轧制过程中的轧辊偏心信号进行计算，从而解决轧辊偏心难以在线测量的问题。为解决轧制过程速度变化带来的偏心信号频率和周期的变化问题，在轧辊偏心分析中，引入阶比跟踪技术计算角域等角度采样时标，通过拉格朗日插值计算实现角域重采样，把轧制过程数据的时间序列转化为轧辊转动等角度采样的角域序列。同时，通过厚度信号的角域平移，解决由板厚信号滞后带来的数据不匹配问题。利用小波滤波、相干时间平均法实现依据带钢冷轧过程数据进行轧辊角域偏心波形的分析和提取，为实现轧辊偏心的有效补偿打下基础。

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机车车辆运动稳定性动态检测的时变阻尼比方法

丁建明, 林建辉, 赵洁, 尹燕利

机械工程学报. 2015, 51(6): 109-117. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.109

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为了研究在途检测车辆运行的动态稳定性问题，在分析机车车辆动力学响应特点的基础上，基于响应信号的非平稳特征提出一种动态检测车辆运动稳定性的时变阻尼比的新方法。该方法的核心是对横向振动加速进行改进经验模式分解，得到信号的基本模式分量。分别对信号的基本模式分量进行归一化希尔伯特变换得到模式分量对应的瞬时频率和瞬时幅值，应用瞬时幅值和瞬时频率计算该模式下信号的时变阻尼比。由时变阻尼比的正负来判断车辆的运行稳定性，正的时变阻尼比表明车辆运行稳定，零或负时频阻尼比表明车辆运行失稳，负的时频阻尼比的绝对值大小表明了车辆失稳的严重程度。通过仿真算例和线路实测信号对该方法进行理论和试验验证，结果表明该方法能够从响应信号中准确、有效地捕捉系统稳定性的动态时变特征，为机车车辆运动稳定性的在途监测提供有效方法。

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基于不同年龄的自适应儿童乘员约束系统参数优化研究

白中浩, 陈亚枫, 程胜华, 王玉龙

机械工程学报. 2015, 51(6): 118-125. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.118

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针对单一碰撞工况匹配的儿童乘员约束系统不能保证在其他碰撞工况下儿童乘员的保护，而且极易造成更大的伤害。基于内置式自适应儿童约束系统的参数可调的特征，选取坐垫高度、坐垫长度、安全带限力值为优化变量，以儿童综合伤害评价值I及颈部损伤临界值Nkm为优化目标，采用多项式回归近似模型和非支配遗传优化算法(Non-dominated sorting genetic algorithm II, NSGA-Ⅱ)相结合的方法，分别对3、6、10岁儿童假人在法规GB 27887规定的正面碰撞和追尾碰撞工况下进行多目标优化计算。优化结果表明，在优化设计点，3个年龄段的儿童假人在两种碰撞工况下都能获得较好的保护。基于文中3个年龄段假人的优化设计点，拟合出优化变量与儿童身高和体重的相关关系模型，从而对不同身高和体重的儿童乘员都能达到很好的保护效果。

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Hertz理论与有限元法分析轮轨接触疲劳的差异性研究

曹世豪, 李煦, 张四放, 文良华, 江晓禹

机械工程学报. 2015, 51(6): 126-134. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.126

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采用Hertz理论和有限元分析软件ANSYS，对钢轨表面存在微裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究，在不同轴重和运行状态下，获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明，随着轴重的增加，应力强度因子KI增加，而KII的变化趋势因车轮运行状态的不同而不尽相同。摩擦力的存在，使得KI、KII明显增加，且明显改变KII的变化趋势；在无摩擦力时，KII所占KI的比例约为6%，纯滚动时，KII所占KI的比例达到将近20%，全滑动时，KII所占KI的比例接近50%，因此，对钢轨进行疲劳断裂机理分析时，KII 明显不可忽略。由于Hertz理论不考虑材料的塑性和轮轨间的摩擦力，使得Hertz理论分析轮轨接触疲劳时有适用范围小、计算结果偏大、误差累计等缺点，而有限元法是解决复杂轮轨接触疲劳问题更有效的方法。

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带阀消声器阀体开度变化的声学特性分析及应用

刘海涛, 郑四发, 但佳壁, 连小珉

机械工程学报. 2015, 51(6): 135-141. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.135

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低频阶次噪声对排气噪声声品质有着重要的影响，带阀消声器成为消除排气低频噪声的手段之一。对带阀消声器进行试验分析和三维数值仿真，发现随着阀体开度的增加，共振器的共振频率向高频移动。进一步从实际带阀消声器结构中提取出一种可调声质量抗共振器子结构单元，采用三维数值方法和集总阻抗传递矩阵模型计算出不同开度下的阀体结构的声质量抗，建立共振器的集总阻抗模型。结果显示，阀体开度变化改变了共振器的声质量抗，而声质量抗是影响共振频率的关键因素，揭示出带阀消声器消除低频阶次噪声的机理。将带阀消声器和对比消声器进行实车测试。结果表明，带阀消声器起到跟踪消减低频阶次噪声的作用。

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高速列车设备舱支架疲劳裂纹机理研究

王文静, 惠晓龙, 马纪军

机械工程学报. 2015, 51(6): 142-147. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.142

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设备舱裙板支架作为连接设备舱底板和裙板的承载部件，在运用中承受来自裙板和底板的气动压力以及振动载荷，出现疲劳裂纹。开展支架裂纹断口的宏观分析，统计开裂支架的运用里程；基于高铁客运专线线路测试，得到明线运行、会车和隧道运行、会车工况下设备舱裙板和底板的内、外侧气动压力以及压差值；对支架进行线路动应力测试，得到开裂部位的等效应力和一阶主频；采用脉冲激励法进行设备舱支架模块的模态试验，得到支架的垂向和横向一阶模态频率。研究结果表明，支架发生裂纹的主要成因是裙板、底板内外气动压力差产生的激励与支架自振频率具有交集，支架产生了共振，共振现象使支架结构产生了较高的应力幅值。该研究对确保高速列车运用安全以及为支架的新结构设计提供了参考。

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强制冷却对活塞二阶运动和受力的影响研究

杨靖, 张云飞, 王毅, 孙承, 李圆

机械工程学报. 2015, 51(6): 148-154. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.148

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为研究某发动机活塞底部强制喷油冷却对活塞在缸内二阶运动和受力的影响，采用硬度塞测温法获得活塞表面的单点温度数据，借助有限元法求取活塞和缸套的温度场和热变形场，并进一步采用多体动力学分析强制冷却前后不同热变形下活塞的二阶运动和受力。研究结果表明，采用强制冷却后活塞的温度梯度减小，相应的热变形量也随之减小。活塞的横向运动、绕活塞销的摆动由于受到热变形量减小的影响，其运动幅度峰值分别增大25%和27.8%，而活塞与气缸之间的作用力峰值增加36.8%，明显加剧对活塞裙部的磨损。

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一种宽频压电振动能量采集器的解析模型与试验研究

王光庆,展永政,金文平, 廖维新

机械工程学报. 2015, 51(6): 155-164. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.155

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为提高单频压电振动能量采集器的能量转换效率和工作频带，以带有弹性放大器的宽频压电悬臂梁振动能量采集器为研究对象，提出一种改进的集总参数机电耦合解析模型，通过引入参数修正因子和考虑悬臂梁的振型信息，利用能量守恒原理和曲线拟合方法确定解析模型的等效参数，并根据力学、电学平衡原理建立系统的运动控制方程、频率特性方程和电功率输出表达式；仿真分析能量采集器质量比、刚度比、阻尼比以及负载电阻等对系统振动特性、电输出特性及负载特性的影响；研制宽频压电悬臂梁振动能量采集器原理样机，搭建试验系统，对解析模型进行验证。结果表明：增大弹性放大器与压电悬臂梁的刚度比和质量比以及减小弹性放大器与压电悬臂梁的阻尼比可以提高能量采集器的转换效率和工作频带。

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一种轴对称反射面天线温度场实时预估方法

连培园, 朱敏波, 王伟, 杨癸庚

机械工程学报. 2015, 51(6): 165-172. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.165

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针对反射面天线多工况及太阳位置时变而导致温度场无规律分布问题，根据反射面天线轴对称的特性，将温度场描述为太阳光线与口径面夹角的函数，提出一种实时预估天线温度场的方法。建立天线热分析模型，在垂直口径面的某个平面内，计算太阳光线与口径面不同夹角时天线温度分布规律并建立温度数据表；根据当前工况查表获得相应温度分布并对其进行旋转变换，由实测数据对其进行修正，从而获得当前时刻天线温度场的估计值。以某7.3 m口径Ka波段轴对称反射面天线为工程案例，对仿真温度和实测温度分别进行预估，预估温度与仿真、实测温度均吻合较好。结果表明该方法简单、快速、有效，可用于轴对称反射面天线热变形的实时补偿，对天线结构设计亦有一定参考价值。

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深海履带式集矿机多体动力学建模与行走性能仿真分析

张滔, 戴瑜,刘少军,陈君,黄中华

机械工程学报. 2015, 51(6): 173-180. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.173

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深海底极稀软底质是一种完全不同于陆地表面的特殊底质，对海底作业机器的结构设计及其行走性能提出高要求。根据海底底质物理力学特性，配制实验室模拟底质，基于车辆地面力学理论，开展模拟履带板与模拟底质相互作用力学特性试验，分别获得法向压力-沉陷、水平切应力-剪切位移函数关系式。根据深海底履带式集矿机详细结构设计参数，采用动力学建模与仿真程序RecurDyn/Track构建海底履带式集矿机多体动力学模型。应用实验室模拟试验获得的海底底质力学特性关系式，采用C语言编写用户自定义子程序，基于RecurDyn/Track进行二次开发，实现深海底特殊底质力学模型在RecurDyn/Track中的构建。开展海底底质特殊力学载荷下履带式集矿机多种行走工况动力学仿真，分析与评价其行走性能，为实际深海底履带式集矿机的结构设计优化、行走性能评估及行走控制研究奠定基础。。

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湍流通道中椭球形微粒的受力分析

白振霄, 宁智, 孙春华, 付娟

机械工程学报. 2015, 51(6): 181-188. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.181

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微粒运动和沉降对柴油机排气微粒的测量、废气再循环系统的正常工作以及微粒的净化捕集等具有重要的影响。微粒形态决定了其在湍流通道中的受力，而微粒受力对湍流通道中微粒的运动及其沉降具有重要的作用。建立椭球形微粒的运动学方程和动力学方程以及湍流场中椭球形微粒的受力及力矩模型；利用所建模型对湍流通道中椭球形微粒的受力及力矩进行研究，着重对微粒形态的变化对微粒受力的影响进行分析。研究结果表明，对于亚微米级和微米级微粒来说，微粒形态对微粒受力具有重要的影响；微粒形态的变化一方面会造成微粒受力及力矩的变化，另一方面也有可能对曳力、布朗力、升力以及热泳力等不同作用力在微粒受力中所处的地位产生一定的影响。研究结果对于加深柴油机微粒在湍流通道中运动及沉降规律的理解具有重要的意义。

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不同载荷及结构对涡旋齿强度影响的有限元分析

李超, 谢文君, 赵嫚

机械工程学报. 2015, 51(6): 189-197. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.189

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为了研究气-热-固及散热片对涡旋盘的变形及应力的综合影响，应用Solidworks建立动、静涡旋的三维实体模型，基于有限元理论采用间接耦合法对动、静涡旋以及动、静涡旋装配后在气体力及热-固耦合状态下的变形和应力进行分析，由计算结果可知动、静涡旋单独分析时最大变形均发生在涡旋齿头顶部，最大应力发生在涡旋齿头根部，静涡旋的变形和应力比动涡旋略大；温度载荷对动、静涡旋的变形和应力分布影响较大,装配后涡旋盘的变形由于互相干涉和约束而减小；研究在不同轴向间隙和径向间隙情况下，动、静涡旋啮合时的最大变形和应力变化趋势，得出涡旋盘的最佳装配间隙；对比分析涡旋体外设散热片对涡旋齿变形的影响，结果表明设置散热片能减小涡旋压缩机涡旋齿的变形，增加运行可靠性。

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混合粒子交互微粒群算法

姚成玉, 王斌, 陈东宁, 张瑞星

机械工程学报. 2015, 51(6): 198-207. https://doi.org/10.3901/JME.2015.06.198

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针对现有微粒群算法仅考虑单一一种引斥力规则使得其搜索能力存在的不足，考虑在不同搜索阶段采用不同的引斥力规则，提出搜索后期引力增强型混合引斥力微粒群算法(LAPSO算法)。利用拟态物理学中的引斥力规则使粒子保持多样性，提高算法的全局搜索能力；当进入到具有全局最优解的区域时，增强引力作用、减少斥力作用，利用比自身适应度好的粒子和全局最优解粒子的引力作用，提高算法的局部搜索能力。为进一步提高LAPSO算法的优化性能，将其与混合全连接型-环形拓扑结合，提出混合粒子交互微粒群算法(HIPSO算法)。通过6个Benchmark函数进行测试，结果表明，与现有的扩展-微粒群、微-微粒群、中值导向-微粒群等算法相比，所提的LAPSO算法、HIPSO算法具有较好的种群多样性，具有更好的寻优精度、收敛率和最优解搜索能力。结合文献[7]中的柔性流水车间调度离散优化实例和文献[20]中的超声振动加工工艺参数连续优化实例，验证了HIPSO算法的最优解搜索能力。

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2015年, 第51卷, 第6期　
刊出日期：2015-03-20

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