2018年, 第40卷, 第2期　
刊出日期：2018-04-20
  

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  • 往复机械连杆轴承磨损故障仿真与实验研究
    么子云, 汪成文, 车煜全, 张锋, 江志农
    机械强度. 2018, 40(2): 255-260. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.001
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    针对往复机械连杆大端轴承典型的磨损故障进行仿真与实验研究，探究磨损对连杆大端轴承润滑各参数的影响。以Reynolds方程为基础，通过模拟不同情况的轴承磨损：不同磨损宽度、不同磨损深度、不同磨损位置，全面分析磨损程度与轴承润滑参数，特别是轴承温度之间的对应关联。通过在实验台机组连杆轴承上安装温度传感器，对连杆温度进行在线监测，实验验证了磨损状态下轴承温度的变化规律。
  • 基于极值点概率密度和听觉模型的滚动轴承瞬态冲击信号提取方法研究
    王波, 李允公, 吴文寿, 李国萌, 郝建宁
    机械强度. 2018, 40(2): 261-267. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.002
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    滚动轴承故障的一个重要特点是故障元件会诱发冲击响应振动成分，针对滚动轴承故障振动信号的调制特征和传统分析方法的复杂性，提出了一种基于极值点概率密度和听觉模型的滚动轴承故障特征提取方法。该方法首先使用Gammatone滤波器对滚动轴承故障信号进行带通滤波，相位调整，然后提取每个滤波通道的极值点，计算其概率密度函数并对其求导，通过导数中是否存在向上过零点判断是否存在瞬态冲击成分，继而提取相关的极值点，最后累加提取相关瞬态成分。考虑到滚动轴承振动信号中冲击成分在不同时刻振幅大小不同，分段对信号做处理，能够提取到因振幅较小而被忽略掉的冲击成分。将该方法应用到某型号线切割机床滚动轴承实测振动信号中，实验结果表明该方法能有效提取到滚动轴承故障信号中的瞬态冲击成分。
  • 考虑连杆比影响的往复式曲轴系统变惯量特性分析
    韩建鑫, 张琪昌, 王炜, 靳刚, 戚厚军
    机械强度. 2018, 40(2): 268-273. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.003
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    往复式曲轴系统连杆比的变化会影响系统等效转动惯量的大小，而目前应用较为广泛的变惯量公式却忽略了这一因素的影响，这将直接导致系统扭转振动分析出现误差。为了研究连杆比对于等效转动惯量以及系统扭振特性的影响，首先建立了考虑连杆比影响的变惯量公式，并与已有的变惯量公式进行了比较；其次，根据扭振方程的参激非线性特性，应用多尺度方法推导考虑连杆比时系统的主共振平均方程，研究连杆比对于稳态振幅的影响；再次，以某型单缸曲轴系统为例，将两个变惯量公式与精确解进行对比，指出现有公式的不足；最终，利用数值方法研究了基于不同变惯量公式的扭转振动微分方程的振动特性，证明了考虑连杆比的重要性与必要性。
  • 采煤机含间隙行走机构驱动速度对滚筒随机载荷的影响
    毛君, 王鑫, 陈洪月, 张瑜
    机械强度. 2018, 40(2): 274-279. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.004
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    为了研究牵引速度对采煤机滚筒工作载荷的影响，建立截割部与牵引部相互耦合的动力学系统模型，并考虑截割阻抗为随机量，服从正态分布，运用数值仿真的方法对其求解，并对结果运用数理统计方法得出采煤机滚筒三向力的均值及标准差；研究结果表明，滚筒三向力的均值和方差随着初始牵引速度的增加呈递增趋势，最后经仿真值与实验测量值对比，验证了模型的准确性。
  • 双树复小波和MED在齿轮箱早期故障诊断中的应用
    王朝阁, 刘桐桐, 任学平, 张浩东, 王建国
    机械强度. 2018, 40(2): 280-286. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.005
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    针对齿轮箱轴承早期故障特征信号微弱且受环境噪声影响严重，故障特征信息难以识别的问题，提出了双树复小波变换（dual-tree complex wavelet transform，DT-CWT）和最小熵反褶积（minimum entropy deconvolution，MED）的故障诊断方法。首先对采集到的振动信号进行双树复小波分解，得到几个不同频段的分量，由于噪声的干扰，从各个分量的频谱中很难对故障做出正确的判断。然后对包含故障特征的分量进行最小熵反褶积滤波处理以消除噪声影响，凸显故障特征信息。最后对滤波后的信号进行Hilbert包络谱分析，即可从中准确地识别出轴承的故障特征频率。通过齿轮箱轴承故障模拟实验和工程应用实例分析验证了该方法的有效性与优越性。
  • 基于改进蜂群算法优化支持向量机的故障诊断
    吴印华, 徐琼燕
    机械强度. 2018, 40(2): 287-292. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.006
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    针对支持向量机（Support Vector Machine，SVM）的故障诊断性能受参数选择影响较大的问题，提出了基于改进蜂群算法（Improved Artificial Bee Colony，IABC）优化SVM的故障诊断方法。为提高ABC算法的寻优能力，引入Levy飞行策略，对原始蜂群算法进行了改进。利用改进的ABC算法进行SVM参数的优化，可以有效地提高SVM的分类性能。滚动轴承不同类型、不同程度故障诊断的实例表明，与ABC、GA和PSO等方法相比，IABC算法能够获得更优的参数组合，提高了SVM的故障诊断准确率，可有效应用于故障诊断。
  • 基于Ansys的超声导波污垢管道振动特性研究
    孙灵芳, 吴春迎, 朴亨
    机械强度. 2018, 40(2): 293-298. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.007
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    由于污垢在换热设备内积聚对设备的安全、经济运行产生了极大的影响，对换热设备产生的污垢快速、准确的检测尤为重要。利用Ansys有限元仿真软件分别建立空管道及污垢管道模型，研究超声导波在管道中传播的振动特性及波源对污垢检测的影响。研究得到了管道污垢超声检测的最佳激发频率及周期。与污垢管道实验研究相比较，结果表明：中心频率为1 MHz，周期为10的激励信号激发的L（0，3）模态导波适于外直径25 mm，壁厚3 mm的304钢管污垢检测。检测结果与数值模拟结果基本吻合，仿真所得到的导波模态及最佳激发频率可直接应用于实际检测中，研究结果为实现管道污垢厚度检测奠定基础。
  • 多自由度系统模型在光电吊舱隔振系统设计的应用
    王鹏鹏, 贾宏光, 薛志鹏, 厉明, 关永亮
    机械强度. 2018, 40(2): 299-305. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.008
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    为减小振动对光电吊舱成像质量的影响，依据多自由度系统模型理论、隔振理论和实际振动环境设计了小型光电吊舱被动隔振系统，该隔振系统能够合理的配置光电吊舱隔振系统的各阶频率。基于多自由度系统模型理论对隔振系统的各阶固有频率进行配置，指导隔振器的空间布局及相对位置、隔振器的三向刚度及阻尼值和隔震系统支架结构的设计。通过Adams/Vibration模块进行仿真分析，利用振动台对光电吊舱隔振系统进行验证试验，结果显示理论计算、仿真分析和振动试验获得的隔振系统各阶固有频率接近，最大误差不超过10%，且在激振力频率92.5 Hz附近隔振效果明显。外场试飞试验也验证了小型光电吊舱隔振系统的隔振性能。
  • 压力对管道缺陷磁记忆信号的影响分析
    唐玉莲, 陈世利, 黄新敬, 杨雨涵
    机械强度. 2018, 40(2): 306-311. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.009
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    为了分析利用磁记忆检测技术进行管道在线内检测的可行性，需要分析压力对管道缺陷磁记忆信号的影响。在J-A力磁耦合模型基础上得出相对磁导率与应力的数值关系，在Ansys软件中导入相对磁导率与应力的关系进行力学与静磁学联合仿真。研究结果表明：缺陷磁记忆信号有两个特点——径向磁场产生最小值到最大值的突变，轴向磁场出现最大值。在压力作用下管道内部背景磁场减小，缺陷磁记忆信号随着压力增大先减小后保持不变，可以利用磁记忆检测技术进行管道在线内检测。
  • 玻纤增强环氧树脂复合泡沫材料在酸碱腐蚀下的弯曲性能研究
    王彩华, 薛海龙, 余为, 李慧剑
    机械强度. 2018, 40(2): 312-318. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.010
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    制备了玻纤-空心玻璃微珠/环氧树脂复合泡沫材料试件。通过三点弯曲实验，得出了其载荷-位移曲线，研究了玻璃纤维含量对复合泡沫材料的弯曲强度、弯曲弹性模量的影响规律。通过浸泡实验，测量了试件在H2SO4和NaOH溶液中的吸湿率随时间的变化曲线。结合扫描电镜图片，分析了酸碱腐蚀对复合材料弯曲性能的影响原因。研究结果表明，当玻纤质量比为10%时，复合材料的弯曲强度达到最大值，较未添加纤维的试件增强了27%，但继续添加纤维，其强度则逐渐降低。酸碱浸泡腐蚀大幅度的降低了复合泡沫材料的弯曲强度，其直接原因是酸碱腐蚀了玻璃纤维与环氧树脂基体的界面，同时对树脂基体也有一定的腐蚀作用。
  • 基于位移连接的单晶银板Ⅰ型边裂纹扩展过程跨连续介质/原子尺度数值模拟研究
    宋鹍, 王路生, 刘泊, 丁军, 黄霞, 何晓进
    机械强度. 2018, 40(2): 319-324. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.011
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    材料变形破坏机理的研究，以及NEMS/MEMS技术与生物技术的进步推动了多尺度分析方法的发展。然而，多尺度连接是多尺度建模的关键。本文采用有限元与分子动力学相结合的方法，采用应力强度因子和位移等力学参量连接和转换连续介质区域和离散分子动力学区域的力学信息，建立了二维单晶银板裂纹扩展的跨三区多尺度模型，得到了裂纹尖端坐标轨迹和微观尺度下的裂纹扩展过程，结果与理论和实验相符，证明了该方法的合理性。
  • 梯形变截面梁蟹腿加速度计系统设计
    鹿昆磊, 孙江宏, 易源霖, 杜宏辰
    机械强度. 2018, 40(2): 325-330. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.012
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    结合蟹腿加速度计系统动态响应、稳定性和灵敏度对支撑梁刚度的要求，设计并优化了一种梯形变截面梁，满足加速度计的不同方向刚度要求。建立加速度计的动力学模型，得到系统动态响应性能参数与梁刚度关系；建立梯形变截面梁纯弯曲的数学模型，推导出梯形变截面梁刚度和尺寸关系；分析强度对尺寸要求；通过对加速度计系统稳定性和灵敏度分析，对梁结构提出了要求。在非检测方向同等刚度条件下，梯形变截面梁与等截面梁相比，危险截面处应力相当而检测方向刚度减小，系统灵敏度提高，提高系统动态输出特性，质量大幅减轻。
  • 基于综合灵敏度的转向节轻量化设计研究
    马健, 叶南海, 伍容, 邓鑫, 何韵, 王利
    机械强度. 2018, 40(2): 331-337. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.013
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    转向节轻量化设计过程中，由于随机变量过多，同时考虑多种因素时易造成优化结果欠佳。本文考虑随机参数变量对转向节应力与总体积的影响，提出综合灵敏度的概念。通过动力学仿真得到三种典型工况下转向节的承载，并由有限元分析确定极限工况并得到初始静力学及可靠性指标，运用综合灵敏度分析理论得到最终设计变量，最后通过建立数学模型完成轻量化设计。结果表明，运用综合灵敏度的轻量化设计方法，合理有效的减轻了转向节质量并保持较好的静力学及疲劳可靠性要求，具有工程应用背景。
  • 基于响应面法的牙轮钻头球面浮动套优化设计
    何畏, 沈平生, 李华川, 陈洋, 贺军超, 黄帅
    机械强度. 2018, 40(2): 338-343. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.014
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    为了提高牙轮钻头滑动轴承的寿命，消除球面浮动套的边缘应力集中现象，采用响应面法与有限元方法相结合对球面浮动套圆槽结构进行全面的优化。建立以浮动套外球面、内表面的接触线上中间应力σm与端部应力σe差值为目标函数，分别为σ1、σ2，以圆槽圆心到浮动套内表面的距离h、圆槽的半径r、圆槽圆心到浮动套端面的距离t为设计变量的优化数学模型。通过对模型的回归分析，求得圆槽的最优控制参数：r=0.53 mm、t=0.07 mm、h=1.10 mm。运用有限元仿真分析对最优结构参数进行可靠性验证，结果表明，优化后的球面浮动套内表面和外球面的接触应力分布较为均匀，降低了边缘应力的集中。
  • 基于蜂群算法的汽车悬架参数优化设计
    张海涛, 王爱国
    机械强度. 2018, 40(2): 344-348. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.015
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    针对汽车悬架系统参数选取的不足，综合局部精英策略局部搜索能力强和人工蜂群算法全局搜索效率高的优点，提出基于局部精英策略人工蜂群算法确定其参数的优化方法。利用Matlab/Simulink仿真软件，以积分白噪声模型作为路面输入模型，对悬架系统进行仿真研究。仿真结果表明，局部精英策略人工蜂群算法相对传统算法和人工蜂群算法具有一定的优越性，通过对汽车悬架系统参数的优化可改善汽车的行驶平顺性和操纵稳定性。
  • 车身扭转刚度匹配与可视化方法研究
    黄斌, 胡朝辉, 罗德洋
    机械强度. 2018, 40(2): 349-355. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.016
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    目前的车身扭转刚度计算和评价方法反映的是车身整体刚度以及大梁或门槛的扭转曲线，无法评价刚度匹配特性和各区域对车身的贡献。针对这一问题，将各区域的应变能及应变能密度作为分析对象，提出基于区域贡献量的刚度匹配评价方法。同时，提出一种可视化方法，将区域贡献量数值可视化。将上述方法应用于某国产商用车，建立车身框架贡献量可视化模型并分析车身的刚度匹配特性。进行结构优化，优化后车身扭转刚度匹配更加合理。结果表明，通过贡献量可视化模型可以直观形象地分析评价刚度匹配特性和各区域对车身的贡献，指导车身结构刚度匹配设计。
  • 基于正交试验的机床移动横梁多目标优化设计
    鞠家全, 邱自学, 崔德友, 任东, 商爱坤
    机械强度. 2018, 40(2): 356-362. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.017
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    为了提高机床移动横梁静、动态综合性能，机床横梁必须具有合理的筋板布局和结构特性。建立了横梁振动力学模型，理论计算了横梁最大耦合变形量，在三维设计软件中对机床横梁进行三维建模，并使用Ansys对横梁进行静态、模态分析。文中以机床横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率作为评价机床横梁设计优劣的目标函数，以横梁筋板结构、筋板厚度，上导轨支撑筋板倾斜角度作为设计变量进行多目标优化设计。采用正交试验法，设计了3因素4水平的正交试验；运用综合平衡法确定最优水平，从而得出最优的试验方案。结果表明，横梁理论计算变形量与仿真分析值相近，且横梁“井”型筋板结构，筋板厚度25 mm，上导轨支撑筋板倾斜55°设计为最优方案，其中与原设计方案相比质量减轻了473 kg，横梁总形变减少了7.455%，一阶固有频率提高了2.956%。研究证明，采用正交试验法合理设计横梁试验因素与水平，可以以较少的试验次数获得最优的试验结果，说明正交试验法具有较高的工程运用性。
  • 基于拓扑优化与灵敏度分析的公交车车身骨架轻量化
    丁明亮, 严运兵, 杨勇, 陈涛, 郑志阳, 沈琪
    机械强度. 2018, 40(2): 363-369. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.018
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    运用有限元思想，采用优化设计方法，对某客车公司12 m公交车车身骨架进行了轻量化研究。以建立的车身骨架有限元模型为基础，进行了水平弯曲、极限扭转工况以及自由模态的模拟，分析了骨架的静动态特性。以骨架的一阶弯曲频率、一阶扭转频率、弯曲柔度以及扭转柔度为约束条件，以体积最小为目标函数，对骨架进行了拓扑优化。以拓扑优化结果为依据，选取371组杆件为设计变量，对骨架进行了灵敏度分析。根据拓扑优化和灵敏度分析的结果，结合企业对定型产品的规定要求以及钢结构材料的国标标准，提出了车身骨架的轻量化方案，使骨架质量减轻了240 kg。与原骨架相比，新骨架保持了振动特性，强度性能明显改善，实现了客车车身骨架轻量化目标。
  • 采掘机械行星减速齿轮强度校核软件的开发及应用
    刘旭南, 黎垂杨, 赵丽娟, 王安然
    机械强度. 2018, 40(2): 370-377. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.019
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    采用Matlab与Excel联合编制了采掘机械行星齿轮强度校核软件，软件以采掘机械动力学仿真中的接触法向力作为软件的输入，通过输入齿轮必要的设计及材料参数，便可实现齿轮齿面接触应力及齿根弯曲应力的校核，解决了传统分析中齿轮受力无法确定以及采用有限元软件无法求解齿根弯曲应力、求解接触应力时间过长的不足。以某公司生产的EBZ220型掘进机为例，通过校核发现该掘进机截割机构的二级行星轮齿根弯曲应力不满足强度要求，该掘进机不适合以1.38 m/min截割f值为8的岩石。研究为齿轮强度校核提供了一种新的的理念和方法，具有重要的理论意义及较强的工程应用价值。
  • 基于一种新型数值算法的电磁场仿真研究
    聂昕, 李永利, 何智成
    机械强度. 2018, 40(2): 378-383. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.020
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    在电磁场的数值计算中，一般采用有限元法进行模拟仿真。但由于传统有限元法系统解的精度受剖分单元数目以及计算阶数复杂程度的影响，使得有限元法的计算效率并不高。为了提高电磁场数值计算效率，在有限元法中引入梯度光滑操作，提出一种新型基于边的光滑有限元算法，利用Matlab对长直接地金属槽和电动车整车二维电/磁场两个算例进行编程仿真分析。结果表明梯度光滑操作能使离散系统更接近连续系统，计算精度和计算效率都得到明显的提高。
  • 轴向预压金属圆管受轴向冲击的吸能特性研究
    洪翔, 姚松, 郭星星
    机械强度. 2018, 40(2): 384-391. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.021
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    为了研究轴向预压金属圆管在轴向冲击载荷下的力学行为和吸能特性，基于Abaqus对承受轴向预压的半径厚度比R/t为15的金属圆管轴向冲击进行了有限元分析，同时考虑到初始几何缺陷、预加载引起的初始几何形变、边界条件等因素的影响，在有限元仿真时建立了相应的对照组。仿真结果表明：（1）固定端简支条件下比固支条件下出现的变形模式更为复杂，吸能特性和其对应变形模式有很大关系，当非对称褶皱较多时，吸能特性变差；（2）初始几何缺陷可以诱导圆管产生非轴对称褶皱，而轴向预压圆管对初始几何缺陷不太敏感，较小的预压可以抵消初始几何缺陷的作用。
  • 螺栓预紧力对螺栓结合面特性参数的影响规律研究
    赵功, 王宝瑞, 于广, 阳红, 黄新宇
    机械强度. 2018, 40(2): 392-397. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.022
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    高精度空气静压轴承中螺栓结合面的特性受组成结合面的构件的材料、接触面的形貌、接触面的几何精度、接触面的接触形式等因素的影响，其中影响最为显著的是螺栓预紧力。通过有限元仿真和实验模态分析方法辨识了螺栓结合面的特性参数，并研究了螺栓预紧力对螺栓结合面特性参数的影响规律。发现，随着螺栓预紧力的增加，螺栓结合面特征频率随之增加；当螺栓预紧力增加到一定数值时，螺栓结合面在有限元仿真时可以定义为绑定接触。
  • 双球壳转动式对接裙运动学及水密性分析
    弓海霞, 刘哲, 王立权, 王臣业
    机械强度. 2018, 40(2): 398-404. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.023
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    为了解决失事潜艇存在较大横倾角和纵倾角难以对接的问题，研制一种双球壳转动式对接裙。根据该对接装置的工作原理，推导出对接裙的位姿方程和运动学模型，并根据其运动学模型得到失事潜艇在不同纵横倾角时方向裙和角度裙所需转动的角度。研究了关键转动关节的密封结构及密封原理，其中采用Yeoh模型作为O型密封圈超弹性本构关系曲线拟合相应材料参数，对密封结构进行了有限元仿真分析，得到了危险截面所在位置，通过对危险截面接触应力的分析验证了密封结构的合理性。利用该对接裙可完成失事潜艇倾角大、海流强、能见度低的工况下的对接任务，可大大提高救援成功率、降低救援难度。
  • 薄壁四点接触球轴承接触问题有限元分析
    伍黎, 姚廷强, 王立华, 刘孝保
    机械强度. 2018, 40(2): 405-411. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.024
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    基于Ansys有限元软件，提出薄壁四点接触球轴承的逐级梯度细化接触区域的单元网格划分方法。建立等截面薄壁四点接触球轴承1/2单个滚动体与套圈及整个轴承有限元模型。计算分析了网格单元尺寸对四点接触球轴承接触特性的计算精度影响，求解整个轴承有限元模型在静径向力下的载荷分布规律，获得了薄壁四点接触球轴承较为精确的椭圆接触区域形状和四点接触状态。研究表明：对于接触特性计算，网格划分单元尺寸近似于接触椭圆短半轴的50%时便可以得到较精确计算结果，对于薄壁四点接触球轴承，钢球与内、外圈滚道的接触应力、等效应力和接触变形与径向载荷呈非线性递增关系，接触应力大小和载荷分布的计算结果与赫兹接触理论计算值具有较好的一致性。计算结果较为精确的模拟了薄壁四点接触球轴承的接触特性和载荷分布规律。
  • 液体介质加热的镁合金板料热渐进成形极限研究
    史鹏涛, 李言, 杨明顺, 姚梓萌
    机械强度. 2018, 40(2): 412-417. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.025
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    成形极限是板料加工过程中重要的性能指标和工艺参数。本文提出了一种利用液体同时支撑和加热的热渐进成形加工方案，以倒圆锥为研究对象，以成形极限角为研究指标，通过正交实验的方法研究了温度、层间距和工具头直径等工艺参数对热渐进成形极限的影响，并进行了理论解析。结果表明，成形极限角随着成形温度的提高而显著增大，随着层间距的增大而显著越小。工具头直径对成形极限角影响不显著。
  • 考虑焊趾形貌的十字焊接接头疲劳评定研究
    魏国前, 罗玉兵, 黄发超, 党章, 宋新莉
    机械强度. 2018, 40(2): 418-423. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.026
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    针对十字焊接接头，考虑焊趾形貌特征，分别建立了包含圆弧形焊趾和直线形焊趾的两种有限元模型，分析了焊趾局部的应力状态；以有效缺口应力为控制参量，估算了循环拉伸载荷作用下十字焊接接头的疲劳寿命；开展了相关疲劳试验，对估算结果进行了验证。研究表明焊趾形貌对焊接接头的疲劳特性有较大影响，圆弧形曲线可以较好地描述焊趾形貌，循环拉伸载荷作用下裂纹通常在焊趾部位萌生，且位于靠近焊缝端面的圆弧段凸顶点附近，考虑焊趾形貌的有效缺口应力法可以作为焊接结构疲劳寿命的有效评定方法。
  • 焦炭塔的疲劳累积损伤及套合效应研究
    朱成诚, 赵建平
    机械强度. 2018, 40(2): 424-430. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.027
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    基于Abaqus平台的二次开发，对典型工况下焦炭塔一个周期的瞬态温度场进行了数值模拟，对进油、进水阶段的径向、轴向温差进行了对比分析，并解释了周向、轴向热应力形成机理；在考虑焦炭与塔壁套合效应的基础上，对Mises应力最大节点进行了组合应力分析，发现焦炭塔在整个生产周期中几乎都处于比例加载状态；鉴于此，通过Rain-Flow循环计数法对非恒幅应力波形进行了划分，根据疲劳损伤的线性累积原则，计算出了角焊缝的理论寿命值；将有焦炭时的轴向、周向应力值与无焦炭时的进行了对比分析，发现焦炭对塔壁周向套合效应显著，应力增幅近50%；并对套合引起的周向应力进行了理论公式计算，得到了与有限元计算吻合的结果，表明了有限元计算的有效性。
  • 抽真空加热方式对低温储罐吊带结构强度的影响
    王滨, 高炳军, 翟兰惠, 尚成文
    机械强度. 2018, 40(2): 431-436. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.028
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    利用Ansys软件构建了低温储罐整体有限元模型，对外加热抽真空方式下的低温储罐进行了非线性分析。发现加热过程中内容器与外壳过大的温差会导致储罐的吊带结构发生塑性变形，塑性变形会减弱吊带对内容器的有效支撑，导致储罐在运输时由于受到路面载荷的作用发生破坏。为此，提出了内外同时加热的改进方法，非线性计算结果显示改进后加热过程吊带结构只产生极小的塑性变形，运输时结构强度满足要求，表明改进方法可行。
  • 转向架焊接构架强度模型及其对寿命预测的影响
    刘旭, 张开林, 周春平, 刘长林
    机械强度. 2018, 40(2): 437-443. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.029
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    为了对转向架焊接构架疲劳分析模型的合理性进行了探讨，以构架箱体梁为研究对象，针对主焊缝的不同处理方法建立了名义应力模型、结构应力模型和缺口应力模型。通过三种应力模型下应力特点、疲劳评估、累积损伤和参数影响的比较，结果表明：名义应力模型和结构应力模型下的应力大小和方向相似度较高，名义应力模型忽略焊缝的做法具有一定合理性，但前提是以焊趾前端应变片测试位置为应力取值点。缺口应力模型的特点在于能够较真实的描述焊缝局部的应力状态和循环特性；其优势也体现在能够同时对焊趾和焊根进行疲劳评估，因为计算结果显示箱体梁疲劳破坏也可能源于焊根处。由于结构应力模型对焊缝参数的变化并不敏感，进行焊缝参数优化时只能选择缺口应力模型。
  • 海底油气管道剩余强度参数化建模方法研究
    周红明, 周闻青, 茅振华, 吕超群
    机械强度. 2018, 40(2): 444-448. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.030
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    为了有效解决海底受损油气管道的安全性评估问题，先利用有限元方法分析管道剩余强度随缺陷长度、宽度、深度等几何量信息的变化规律，在此基础上构建了用于定量化描述管道剩余强度的参数化模型，并利用改进遗传算法的全局最优搜索能力求解模型未知系数，给出管道剩余强度与缺陷几何量之间的定量关系。经过实验验证，表明该模型比现有的管道评估标准具有更好的可靠性，可有效地用于海底油气受损管道的剩余强度分析，为管道的安全性评估提供理论依据。
  • 先进汽轮机转子材料蠕变疲劳损伤研究新进展
    崔璐, 石红梅, 李臻, 王澎
    机械强度. 2018, 40(2): 449-454. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.031
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    随着越来越多的新能源发电并网，现代化电厂发电机组被赋予调峰职责。调峰过程中机组频繁启停，加剧了汽轮机转子材料的疲劳蠕变损伤，从而缩短了机组的使用寿命。以现代化超超临界汽轮机转子为例，介绍了汽轮机转子材料的研究进展，综述了机组频繁启停中，低周蠕变疲劳载荷、热交变疲劳载荷引起的组织结构演变以及对转子材料寿命影响的研究进展，并提出了几种被广泛应用于工程实践的寿命评估模型。为超超临界汽轮机的设计优化，运行工况优化，以及安全监控等方面提供了理论基础。
  • 采煤机液压拉杠疲劳寿命研究
    郝志勇, 雷耀龙, 毛君, 张凤嘉
    机械强度. 2018, 40(2): 455-461. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.032
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    为研究截煤工况下采煤机液压拉杠载荷谱和疲劳寿命，通过建立液压拉杠空间力学模型，运用分块矩阵单元分割法求解液压拉杠空间力学问题，采用实验测试获得液压拉杠实时工作载荷，选取受载最恶劣的液压拉杠进行疲劳寿命研究。结果表明：液压拉杠应力集中部位在第一圈螺纹根部，最大应力点位于靠近第一圈螺纹牙根部终点位置处，最大应力值为1 386 MPa，前三圈螺纹共同承担总载荷的50%以上；液压拉杠最先产生疲劳裂纹的位置为螺纹配合处第一圈螺纹牙根部；通过假设采煤机单日累积连续截割时间为12 h，得到液压拉杠产生裂纹时间为53天。研究结果为液压拉杠结构设计提供载荷数据，同时为采煤机工作载荷监测提供一种新方法。
  • 某发动机涡轮盘裂纹扩展研究
    刘宗晖, 成晓鸣, 单晓明, 郭小军
    机械强度. 2018, 40(2): 462-466. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.033
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    根据发动机限寿件损伤容限的设计要求，对某发动机涡轮盘（高强GH4169材料）开展了小样及整盘裂纹扩展试验研究，试验获得了涡轮盘裂纹扩展特性及其分散度；同时，开展了三维裂纹扩展仿真分析，并与试验结果进行了对比，结果表明涡轮盘裂纹扩展仿真结果具有较高精度，分析方法具备工程应用价值。
  • 基于载荷重构理论下采煤机截齿疲劳寿命分析
    毛君, 王鑫, 陈洪月, 张瑜
    机械强度. 2018, 40(2): 467-471. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.034
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    为研究采煤机截齿在实际工况下的疲劳寿命情况，采用解析延拓原理对实验测出的截齿三向力进行载荷重构，利用共轭梯度法对重构函数迭代求解。运用Ansys workbench瞬态动力学对采煤机滚筒进行动力学分析，并将得到的重构载荷以时间序列形式加载到截齿上，将结果文件导入ncode中进行截齿和齿座的寿命预测，仿真结果表明：零件寿命最小区域出现在齿座和滚筒叶片的焊接处，说明滚筒截齿在截割煤岩的时候，齿座与叶片的焊接处所受的应力大，存在应力集中现象，焊接后应消除残余应力并作打磨处理。
  • 一种多层嵌套薄壁管的吸能特性仿真分析
    余明阳, 米彩盈
    机械强度. 2018, 40(2): 472-476. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.035
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    为了提高薄壁金属管的耐撞性能，提出一种多层嵌套方形薄壁管结构。应用非线性显式有限元法对多层嵌套薄壁管的吸能特性进行了仿真分析，并与普通方管和对称四胞管进行了对比，分析结果表明：在轴向碰撞过程中，多层嵌套薄壁管的变形模式为稳定的渐进层叠变形，其比吸能为25.72 kJ/kg，较普通方管和对称四胞管分别提高了64%和31%；通过减小内嵌壁的壁厚可以达到结构轻量化设计目标；通过缩短内嵌壁和约束筋的高度可以有效地降低碰撞初始峰值载荷。将多层嵌套结构应用到薄壁管结构设计中可以有效地提高薄壁管的耐碰撞性能，为车辆吸能元件研究和工程应用提供了参考。
  • 刮板输送机中部槽连接体系力学分析与仿真研究
    张东升, 于海洋, 蒋家宁, 李岩, 宋振铎
    机械强度. 2018, 40(2): 477-482. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.036
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    以刮板输送机中部槽连接体系为研究对象，建立了中部槽连接体系不同姿态下的力学模型，并分别对推溜和拉架两种工况下中部槽连接体系的受力进行了分析研究。运用Ansys软件对其静态强度和疲劳寿命进行了仿真分析，结果表明中部槽连接体系最薄弱的地方发生在推移耳和哑铃窝处，是应力集中在哑铃窝处造成的，此结果与实际工作中凸端头的损坏相符，并提出了加大哑铃窝的圆角尺寸，以减小应力集中和降低应力峰值来解决此问题。研究为刮板输送机中部槽连接体系的设计提供了参考及理论基础。
  • 变压吸附器相关结构设计问题探讨
    宋利滨, 李志峰, 康晓鹏, 周裕峰
    机械强度. 2018, 40(2): 483-487. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.037
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    吸附器筒体上加设垫板和保温支撑圈，会造成筒体外壁出现局部不连续结构，引起应力集中现象，严重影响吸附器的疲劳性能。基于有限元分析结果表明：在吸附器筒体上加设垫板和保温支撑圈，其疲劳寿命不到设计寿命的16.8%和3.07%，远未达到吸附器的设计要求，结构设计不合理。将直梯设计成上端固定在吸附器联合操作平台，下端固定在裙座或土建基础上；将吸附器保温支撑圈设计成披挂式结构，可完全避免结构件与吸附器筒体的焊接，防止疲劳裂纹的产生，满足有关设计要求。
  • 分段压裂易钻球座壁面磨损的性能预测研究
    马波
    机械强度. 2018, 40(2): 488-493. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.038
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    对单锥、凹弧、凸弧、双锥段的球座锥段结构等分段压裂易钻球座的内部气固两相流动行为和壁面磨损情况进行数值研究。在数值预测时，气相场采用标准k-ε模型，应用拉格朗日方法中颗粒轨道模型来模拟湍流场中颗粒运动轨迹。给出不同锥度结构球座的内部流动特性以及磨损率情况。结果表明，球座的大柱段、小柱段处流场分布较为均匀，由于砂粒的趋壁效应，近壁处流场存在小幅波动。经过优化的双锥段结构能在控制主流速度梯度和砂粒浓度基础上，降低球座锥面磨损程度。同时，也说明了应用计算流体力学来研究压裂球座内部气固两相流动规律的可行性。
  • 粘弹性复合材料隔冲结构在水下非接触爆炸环境中的瞬态响应分析
    孙颖宏, 马卫平, 吕超凡
    机械强度. 2018, 40(2): 494-498. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.039
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    以水下非接触爆炸环境为研究背景，在论述隔冲原理及粘弹性材料力学特性的基础上，分析了粘弹性复合材料隔冲结构的各种非线性因素，根据物理样机的实际工况，建立了粘弹性复合材料隔冲结构的有限元模型，仿真计算得到了瞬态激励条件下隔冲结构的动力衰减曲线，经试验验证，证明了该隔冲结构的有效性。
  • 基于迭代计算的汽车散热器性能分析方法研究
    周东辉, 童高鹏
    机械强度. 2018, 40(2): 499-504. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.040
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    运用CFD方法对某型汽车管带式百叶窗散热器进行性能分析，采用局部迭代法，计算出整体散热器的换热性能。同时利用多孔介质代替散热带的方法，模拟计算出散热器的阻力特性。研究结果表明：运用数个局部模型的计算结果可以估算出整条散热带的仿真散热量，将散热器总质量流量的平均值作为每个扁管入口质量流量估算散热器的仿真散热量是可行的。局部迭代法和多孔介质模型模拟计算的结果与试验结果吻合，为整体散热器的性能分析提供了新思路。
  • 复合材料曲梁结构弯曲失效分析
    周龙超, 孔婷婷
    机械强度. 2018, 40(2): 505-508. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2018.02.041
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    使用Solid Composite单元建立了有限元模型，对复合材料曲梁结构在弯曲载荷下的层间拉伸及剪切应力进行了分析，并预估了破坏载荷。通过试验对比，分析结果与试验结果符合性较好，证明该方法能够较为准确的分析复合材料层间失效情况，可以应用于复合材料结构的工程设计之中。
机械强度
Journal of Mechanical Strength
ISSN 1001-9669
CN 41-1134/TH

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