2019年, 第41卷, 第2期　
刊出日期：2019-04-20
  

  • 全选
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  • 发动机对转双转子系统碰摩非线性响应分析
    孙涛, 秦卫阳, 向欢
    机械强度. 2019, 41(2): 255-259. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.001
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    建立了发动机对转双转子系统的动力学模型。对模型进行了离散处理，推导了其有限元动力学方程。研究了外转子发生突加不平衡故障后引起的转子动静碰摩对于对转转子响应的影响。采用Wilson-θ等方法对有限元动力学方程进行了求解，得到了对转双转子系统在突加不平衡时，系统动力学响应的变化；以及随后发生转子机匣碰摩故障时的非线性及混沌响应。分析了对转双转子系统的分岔与混沌运动，发现了一种新的通过环面交叉进入混沌的方式。
  • 考虑轧机主传动系统扭振的带钢非线性振动研究
    高崇一, 杜国君, 李蕊, 刘小蛮
    机械强度. 2019, 41(2): 260-266. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.002
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    带钢振动在连轧过程中不可避免，其弹塑性体与主传动系统间的耦合作用直接影响轧机轧制的整体动态性能。基于带钢与主传动系统的运动机理，将主传动系统简化为2自由度的离散模型，带钢简化为具有轴向运动速度的Euler梁，建立带钢橫、纵向振动与主传动系统扭振相耦合的力学模型。然后根据哈密顿原理建立该耦合模型的非线性振动微分方程，采用修正迭代法和Kantorovich时间平均法联合对所建立方程进行求解。最后利用Matlab软件进行数值模拟，讨论出主传动系统扭振基频对带钢振动特性的影响。研究结果能够丰富轧机振动研究方面的理论成果，对于理论成果转化为工程应用具有重要的实用价值。
  • 基于VMD的调制谱强度分布在齿轮故障诊断中的应用研究
    张锁峰, 王衍学, 何水龙, 胡超凡, 蒋占四
    机械强度. 2019, 41(2): 267-274. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.003
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    变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）是一种具有良好带通滤波特性的信号处理方法，它能够非递归地将实信号分解成一定数量在时域中具有准正交和稀疏特性的有限带宽模态分量。考虑到VMD分解多模态信号时的优势，为了弥补调制强度分布（Modulation intensity distribution，MID）分析多谐波调制信号时的不足，研究将VMD作为调制强度分布的前处理，提出了一种基于VMD的调制强度分布的齿轮故障诊断方法，并通过数值仿真和实验分析验证了该方法的有效性。
  • 辐射声场无反射边界模拟方法的数值分析
    李丽君, 刘怡然, 孙丰山
    机械强度. 2019, 41(2): 275-281. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.004
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    边界条件是声学计算的重要问题，声学计算中常用无反射边界模拟自由声场。目前无反射边界主要的模拟方法有辐射边界法、特性声阻抗法与PML法。研究无反射边界的声学数值计算，总结了三种无反射边界的理论基础，以平面波入射的自由声场为算例，对三种边界的吸声能力与应用等问题进行了分析和总结，论证了对于入射角度较大的问题，PML法具有最好的无反射能力，辐射边界法与特性声阻抗法则会产生较大的误差。
  • 刨煤机斜切进刀动态特性分析与实验研究
    张瑜, 陈洪月, 郝志勇, 毛君
    机械强度. 2019, 41(2): 282-289. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.005
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    为了研究刨煤机在斜切进刀过程中刨头力学特性及系统动态特性，推导了刨刀在斜切进刀时的截割阻力，并以此为外激励模型，基于有限元法构建了刨煤机系统动力学微分方程。采用数值分析方法对方程进行求解。分析了斜切进刀速度、刨削深度、进刀位置、中部槽偏移角度等因素对刨煤机系统动态特性的影响。通过刨煤机力学测试实验平台对系统动态特性进行了测试，对比分析了理论结果与测试结果，为刨煤机系统工作稳定性、关键零部件的疲劳寿命及工艺参数优化提供理论基础。
  • 总体局部特征尺度分解的滚动轴承故障诊断
    王霞, 葛明涛
    机械强度. 2019, 41(2): 290-295. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.006
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    针对滚动轴承非平稳性的振动信号，提出了基于总体局部特征尺度分解（Ensemble Local Characteristic-scaleDecomposition，ELCD）的排列熵及相关向量机的滚动轴承故障诊断方法。首先，对振动信号进行ELCD分解，获得一系列内禀尺度分量（Instrinsic Scale Component，ISC）；其次，根据分解后ISC分量的峭度值选取主ISC分量，计算主ISC分量的排列熵并将其组合成特征向量；最后，将特征向量输入相关向量机进行训练与测试，从而识别滚动轴承的故障类型。对实验信号的分析表明，该方法能够有效的诊断出滚动轴承不同的工作状态，且效果较局部特征尺度分解方法好。
  • 弹道修正引信隔转平台缓冲保护特性研究
    李鑫鹏, 郭朝勇
    机械强度. 2019, 41(2): 296-302. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.007
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    基于弹道修正引信发射时的轴向高过载条件以及引信中隔转平台的缓冲结构特点，建立了缓冲动力学模型；利用Ansys/LS-DYNA对弹道修正引信隔转平台进行动力学仿真分析，根据隔转平台中易故障部件的应力分布评估其缓冲保护特性；并设立了多个仿真组，对比分析了不同缓冲结构、缓冲材料以及材料参数对隔转平台缓冲保护性能的影响；根据仿真结果得出采用多垫缓冲结构的隔转平台缓冲保护特性更好，同时通过优化缓冲垫的材料以及材料参数进一步提高了隔转平台的缓冲保护能力。
  • 基于平均法的单自由度非线性系统幅频分析
    王树国, 郭丽峰, 廖鹏泰, 张艳波
    机械强度. 2019, 41(2): 303-308. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.008
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    利用改进的平均法对振动微分方程进行了近似求解，得到了幅频响应方程，运用约束分岔理论对非线性系统进行了分析，计算了转迁集，得到了系统在阻尼比与激励振幅平面内不同区域的幅频曲线图，并对其特性进行了分析；其次，对幅频响应方程进行了局部线性化，应用线性系统理论得到了系统的稳定区域；最后分析了不同参数对系统的隔振效果，得到了阻尼比的增加会减弱系统的振动，加强隔振效果。
  • HHT相对谱熵及其在轴承退化状态识别中的应用
    覃登攀
    机械强度. 2019, 41(2): 309-313. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.009
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    为有效地对轴承退化状态进行识别，对轴承退化特征提取方法进行了研究。基于HHT变换的非平稳信号分析能力和相对熵可以较好表征振动信号概率分布差异的特性，提出基于HHT相对谱熵的轴承退化特征提取方法。通过仿真信号对定义的HHT相对能谱熵（HREE）和HHT相对奇异谱熵（HRQE）的合理性和有效性进行了验证。将这两个特征指标组成退化特征，对实测轴承内圈和外圈故障模式下的不同程度故障振动信号进行了进一步分析，并通过相关向量机对轴承退化状态进行了识别，结果验证了所提方法的有效性。
  • 基于数据拟合的小波构造及轴承故障诊断
    李海颖
    机械强度. 2019, 41(2): 314-319. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.010
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    构造最优小波函数是实现提升小波降噪的关键。在确定最优分解层数和有效阈值基础上，在插值细分过程中引入数据拟合的方法，选取不同的基函数、样本点数和基函数的维数构造出具有不同光滑性、震荡性、消失矩的新小波，并引入相似系数对所构造的小波函数进行分析并选取最适小波函数，并将其与冗余提升小波变化相结合，改善其预测算子和更新算子。仿真及工程数据分析验证了该小波函数在振动信号降噪中的有优越性，为轴承故障诊断提供了帮助。
  • 基于GHM多小波的螺栓连接转子装配紧度定量检测方法
    闫强, 张小丽, 赵俊锋, 杨吉, 申彦斌
    机械强度. 2019, 41(2): 320-325. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.011
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    螺栓连接转子是由螺栓将若干段转子或轮盘压紧组合而成的一种具有重量轻、强度高、刚性好、各级轮盘材料选择灵活等优点的典型转子结构形式，被广泛应用于航空发动机与燃气轮机。针对螺栓连接转子装配中存在的盲装、试装、装配紧度一致性差、服役中螺栓紧度退化与松动故障，提出了一种基于GHM多小波的螺栓装配紧度定量检测方法。采用兼备对称性、紧支性、正交性、高阶消失矩等优良特性的GHM多小波对螺栓连接转子螺栓装配状态进行特征提取，通过多小波相对能量分布特征定义了装配紧度定量指标，通过实验验证表明所提出的方法可以准确识别螺栓六种由紧到松的状态。
  • 一种气控断带抓捕器仿真与实验研究
    康文龙, 杨利国
    机械强度. 2019, 41(2): 326-332. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.012
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    针对现有断带抓捕装置反应时间较长、无法实现双向抓捕的问题，提出了一种气控、抓捕端为弧形、可双向抓捕的断带抓捕装置，阐述了该抓捕装置的结构和工作原理，采用虚拟样机技术分析了该抓捕装置的抓捕过程，运用相似理论制作出了该抓捕装置的1：2的实验模型，并通过实验对模型进行了测试，应用量纲分析方法得到了该抓捕装置实际设计模型的反应时间和抓捕力。研究结果表明：当上捕板下落后与皮带发生接触时会产生微小的抖动，并不影响抓捕的效果；该抓捕装置实际设计模型反应时间为0.5 s，抓捕力为24.768 kN，并且对皮带损伤不大。
  • 基于分子动力学模拟的纳米铝板力学性能与缺陷演化过程的尺寸效应研究
    王路生, 丁军, 宋鹍, 刘泊, 黄霞
    机械强度. 2019, 41(2): 333-339. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.013
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    采用分子动力学方法模拟了不同分子动力学模型尺寸对含初始裂纹缺陷纳米单晶铝板在拉伸载荷作用下的裂纹缺陷演化过程的影响。结果表明：随着模型尺寸增大，材料的屈服应力减小，屈服点提前，断裂韧性提高。在弹性阶段，材料变形与体系内部原子的点缺陷和面缺陷相关；在塑性变形阶段，材料变形与位错增殖和滑移相关。裂纹尖端处应力集中是裂尖附近晶体结构发生相变的原因，能量在相变后释放导致应力松弛所致。
  • 高速列车铝合金车体强度可靠性安全系数分析方法
    赵智堂, 卢耀辉, 张德文, 冯振, 曾京
    机械强度. 2019, 41(2): 340-348. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.014
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    针对铁道车辆结构设计标准中给定的安全系数存在经验性，从可靠性理论出发，分析可靠性安全系数评估方法，使安全系数选取趋于合理。以某型高速列车车体为研究对象，建立其有限元模型，参照EN12663-1车体设计标准确定静强度载荷工况。并考虑高速会车情况下的气动载荷工况，施加边界条件对车体进行强度分析。同时结合车体铝合金材料性能绘制车体材料的不同可靠度的Goodman曲线，建立可靠度与安全系数的关系模型，对车体静强度和疲劳强度的可靠性安全系数进行了分析。结果表明：随着可靠度的提高，安全系数降低，车体满足不同可靠度下的静强度和疲劳强度要求。99.9%可靠度下静强度的最小安全系数为1.3，出现在整备状态下纵向受1 500 kN压缩载荷作用的工况下；考虑气动载荷影响，结构疲劳安全系数最小值为1.53，有一定的安全裕量，车体侧墙门角和窗角位置的安全系数较小。车体结构的应力和材料强度的分散性对安全系数有影响，为确保高速列车车体具有较高的可靠度，可以采取控制铝合金材料强度性能的分散程度、降低几何结构的应力集中和优化结构减小工作应力等措施来实现。
  • 兆瓦级风力发电机主轴结构强度及可靠性分析
    周新建, 李广兴, 李志强
    机械强度. 2019, 41(2): 349-355. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.015
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    针对某1.5 MW双馈式风力发电机，利用Ansys的参数化建模语言APDL对其主轴进行参数化建模，得到风机主轴参数化模型以及命令流文件。根据风机主轴的载荷数据，校核了风机主轴在16组极限工况下的静强度，结果显示主轴工作应力在工况dlc 2.1b最大，为237.086 MPa。最大工作应力小于许用极限，主轴符合静强度要求。考虑到实际情况下风机主轴结构尺寸参数、材料力学参数以及所受载荷参数的随机性，利用专门的概率分析软件NESSUS联合Ansys，对风机主轴进行基于静强度的结构可靠性分析，结果显示风机主轴的结构可靠性PR=0.999 224 4，略小于要求的0.999 9。根据灵敏度分析结果，提高屈服强度均值，降低屈服强度标准差，提高尺寸参数R2均值可增加风机主轴结构可靠度。
  • 基于改进粒子群算法的同步器多目标参数优化
    王春华, 郭志伟
    机械强度. 2019, 41(2): 356-362. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.016
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    为兼顾变速器中同步器更短同步时间和更高寿命的要求，基于牛顿第二定律和粘着磨损理论、M-B分形接触模型分别建立以同步时间和同步器寿命为目标的数学模型，运用理想点法构造评价函数进而建立以二者为目标的多目标参数优化模型，利用层次分析法确定各目标在多目标优化模型中所占权重值，并借助改进粒子群算法对多目标参数优化模型进行优化求解。结果表明：优化后与优化前相比同步时间减少了8%，同步器寿命增加了9%，二者得到较好的改善。改进粒子群算法的使用使同步器性能得到较好的提升，而理想点法的运用有效的避免了多目标优化中大数量级目标支配优化结果的问题。
  • 基于等几何边界元法和粒子群优化算法的结构形状优化
    孙少灰, 尹硕辉
    机械强度. 2019, 41(2): 363-368. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.017
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    等几何边界元法是将计算机辅助几何设计（CAGD）中描述几何边界的非均匀有理B样条（NURBS）基函数作为边界元法中的形函数。该方法不仅能精确地描述几何边界，且几何设计、仿真分析和形状优化采用统一的数学描述即NURBS，从而避免了重复地划分网格和优化中的网格畸变问题，提高设计、仿真和优化效率。本文将等几何边界元法和粒子群优化算法相结合，讨论了二维线弹性结构的形状优化。相对基于梯度的优化算法，无梯度的粒子群优化算法可以避免繁杂的敏感性分析过程，使优化的实现过程更为简便。数值算例验证了基于粒子群优化算法的等几何边界元法在结构形状优化中的有效性和精度。
  • 基于正交试验设计的车门系统参数优化
    王镇江, 何造, 孙润
    机械强度. 2019, 41(2): 369-376. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.018
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    以某车型的左前车门为研究对象，将多目标优化方法与正交试验设计设计方法相结合的方法应用于车门系统零部件厚度参数优化设计。利用Hyperworks软件建立车门有限元分析模型，并对其进行模态、刚度分析，然后进行模态试验和刚度试验验证分析模型的正确性；以车门板件厚度为变量对车门系统各个性能进行灵敏度分析，选取对车门性能影响较大的车门板件厚度为控制因素，应用带权重的分目标乘除法构造车门系统的综合性能评价函数，采用正交试验设计方法针对车门系统的综合性能进行参数优化设计，最终获取车门系统各个零部件厚度参数的最佳组合。
  • 考虑界面接触效应的复合材料层合板分层屈曲的三维有限元分析
    熊颖, 薛江红, 陈叔华, 张建文, 夏飞
    机械强度. 2019, 41(2): 377-382. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.019
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    运用Abaqus有限元软件模拟含脱层的复合材料层合板的屈曲过程。运用实体单元构建复合材料层合板模型，采用线弹性本构关系，考虑脱层间的接触效应，在脱层界面处施加硬接触的法向行为，防止脱层界面上下两部分的相互贯穿，保证变形的协调性。通过数值算例，综合讨论了不同深度、不同宽度、不同长宽比以及有无接触效应时对屈曲极限荷载的影响。同时对无损伤层合板在相同参数的情况下的屈曲进行了模拟，获得了临界荷载值，将有限元结果与理论解比较后数值吻合，结果表明，所建立的模型能够准确的模拟脱层板屈曲过程。
  • 基于接触性能的自润滑关节轴承结构尺寸设计
    王泽民, 张宁, 常浩捷, 王哲, 陈锦江
    机械强度. 2019, 41(2): 383-388. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.020
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    自润滑关节轴承衬垫的受力状态直接影响其接触性能的优劣，从而影响使用寿命。因此基于GE30C型自润滑关节轴承，在不改变装配尺寸和轴向摆角的前提下建立有限元模型，确定该性能的评价指标并进行正交试验，用综合评分法和极差分析法对试验结果进行分析，以得到各主要结构尺寸对接触性能的影响规律，进而确定最优尺寸并使其接触性能得到改善。通过算例可知，利用有限元仿真可研究轴承的接触性能，拓宽了对该性能的研究方法。
  • 飞机蒙皮典型搭接结构附加弯矩分析
    杨静, 姜兴长王慧梅
    机械强度. 2019, 41(2): 389-392. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.021
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    蒙皮典型搭接结构是飞机进行疲劳设计的重要结构件之一，其附加弯矩分析一直受到工程上的广泛关注。采用一维平板壳单元，通过合理的模型建立，对飞机机身蒙皮典型搭接结构进行分析，计算得到搭接结构各疲劳细节点所对应附加弯矩。同时还对一维平板壳模型进行了验证，证实其计算的有效性。所得附加弯矩计算结果对飞机机身蒙皮典型搭接结构疲劳设计具有直接参考价值。
  • 空间3-RPS并联机构运动学分析
    高红卫
    机械强度. 2019, 41(2): 393-399. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.022
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    从空间3-RPS并联机构关节约束导出动平台位置和姿态参数之间的耦合关系，给出了描述机构位形的独立参数也即广义坐标。利用运动等同性条件建立机构几何约束，得到机构位置反解方程，进一步将约束方程对时间求一阶和二阶导数建立构件之间的速度加速度关系，从而避免了在运动方程中出现复合关节变量，得到构件之间显格式的速度加速度传递关系。实例表明该种方法，具有计算效率高的优点，有利于机构学问题的快速求解和动态仿真。
  • 基于3D打印技术的食品成型设备结构设计及有限元分析
    周军, 张立斐, 谭林峰, 何泽慧, 仲高艳
    机械强度. 2019, 41(2): 400-406. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.023
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    食品3D打印作为一项新兴技术近年来获得了广泛应用。针对流体型食品3D打印的成型特点，采用模块化设计思想构建了设备的设计方案，运用Pro/E软件建立了设备的三维模型，再将模型导入到Ansys Workbench软件中，对设备进行了有限元静态分析和模态分析，静态分析结果显示其最大应力小于许用应力，强度符合要求。提取了设备模态分析的前六阶振型图，并在软件仿真的基础上搭建了食品3D打印实验平台，对食品3D打印设备进行了动态特性实验和出料实验，通过对比动态特性实验结果与仿真结果，验证了有限元分析的有效性，且出料精度达到相应标准，表明所设计的食品3D打印设备满足设计要求。
  • 基于Lyapunov指数法的四旋翼飞行器运动稳定性分析
    唐明军, 孙帅
    机械强度. 2019, 41(2): 407-412. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.024
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    针对"四旋翼飞行器在相对复杂的近地空间，容易受到气流扰动，而出现抖动和失控等运动稳定性"问题。采用Lyapunov指数法对四旋翼飞行器运动稳定性开展研究：首先，利用欧拉-庞卡莱方程建立此飞行器的动力学模型，进而分析得到系统结构参数与稳定性之间的量化关系；其次，利用Lyapunov指数分析法进行稳定性分析。先进行Lyapunov指数计算，并对影响Lyapunov指数的主要参数进行分析，计算飞行器在起飞和着陆阶段对应姿态的Lyapunov指数谱，结果得到起飞阶段的稳定性比着陆阶段的稳定性好。最后，针对四旋翼飞行器在着陆阶段稳定性较差的情况，通过改变旋翼与机体中心距L的数值，可以提高其运动稳定性能。
  • 考虑热效应影响的指尖密封接触强度分析
    张延超, 焦丹丹, 吴鲁纪, 赵蕊, 崔亚辉, 冉宝春, 王伟
    机械强度. 2019, 41(2): 413-418. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.025
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    指尖密封作为柔性高速动态密封装置，其在航空发动机、燃气轮机等重大设备的高速密封部位具有良好的应用前景。但高速高温条件下，摩擦生热和环境温度对指尖密封配副接触强度具有重要影响，进而影响其密封性能，探索其影响机理成为指尖密封性能设计中的关键。为此，研究针对指尖密封实际工况条件，将摩擦生热转化为热流密度边界条件，同时计入密封介质温度的影响，构建了指尖密封系统的热结构耦合分析模型，研究了热效应对指尖密封/转子配副接触强度的影响规律，并进行了物理试验验证。研究结果表明，高速条件下摩擦生热对密封配副接触强度具有重要影响，转速为15 000 r/min时，室温条件下，摩擦效应导致指尖密封局部温度升高超过370℃，指尖靴/转子摩擦配副间接触压力增大近10%；高温条件下，考虑热效应影响后，导致局部接触压力相对于不考虑热效应影响时减小了90%；性能试验结果表明考虑热效应后，密封上下游压力差为0.4 MPa时，指尖密封泄漏试验结果的最大误差仅为16.5%，而不考虑热效应影响时，最大误差达到了72.8%，验证了考虑热效应的必要性和热分析方法的合理性，为高温、高速条件下的指尖密封性能设计提供了重要参考。
  • 激光焊线强度模型的建立以及失效预测
    詹民民, 代欣, 曹澍, 俞经虎
    机械强度. 2019, 41(2): 419-424. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.026
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    针对冷成型热轧汽车结构钢S420MC和S520MC的激光焊接接头横截面进行压痕测试，建立焊线熔融区、热影响区和母材的材料本构方程。在韧性断裂和剪切失效的基础上，考虑到焊线破坏的时率相关性以及损伤累积性，采用Kolmogorov积分方程判断材料的失效，提出一种新的焊线失效模型（微观失效模型）。利用该模型模拟激光焊线在冲击载荷下的力学行为，并与现行的两种焊线数值模型（宏观一维模型和宏观三维模型）仿真结果对比。仿真对比结果表明，基于微观失效模型不仅获得了一致的强度评价，而且能够预测焊线撕裂发生时间以及撕裂开始发生的区域，更加真实地反映激光焊线在冲击载荷下的力学行为。
  • 装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究
    万一品, 宋绪丁, 陈乐乐, 张磊
    机械强度. 2019, 41(2): 425-429. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性，提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器，在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑，通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型，且载荷均值分布和幅值分布相互独立，编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱，为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。
  • 单缸柴油机排气管疲劳开裂的仿真分析
    张华兵, 李丽婷, 苗伟驰, 焦亚飞, 梁刚, 乔信起
    机械强度. 2019, 41(2): 430-435. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对单缸柴油机排气管的开裂问题，提出了基于等效振动和材料温度效应的热机耦合方法，利用有限元法计算排气管的温度和应力，并依据修正的Miner法则和线性累计损伤理论，考虑应力梯度、表面粗糙度和温度的影响，预测排气管结构的疲劳危险位置。结果表明：排气管失效的原因是由于上下方向刚度不足，存在热模态共振风险，疲劳安全系数不足导致开裂；原失效和增加支撑的排气管疲劳安全系数分别为1.06和1.6，仿真预测结果与实际符合一致。
  • 施工阶段轴向单纯凹痕管道韧性损伤变化分析
    伍颖, 王乐, 谢彦平, 唐娜
    机械强度. 2019, 41(2): 436-441. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    机械损伤会造成管道的即刻或者延迟失效，而凹痕是机械损伤的主要表现形式。针对施工阶段造成的轴向单纯凹痕，基于Oyane韧性断裂准则，利用有限元法进行模拟研究。分析凹痕管道在不同凹痕尺寸、管道尺寸和管道内压的情况下，管道韧性损伤程度的变化情况。得到凹痕深度与管道韧性损伤程度的关系，为施工阶段造成轴向单纯凹痕的油气管道的安全设计提供一定的理论指导依据。
  • 三维准静载弹塑性弯曲裂纹张开位移
    杨大鹏, 王书勤, 周超, 晋玉霞, 杨新华
    机械强度. 2019, 41(2): 442-446. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    主要研究准静载荷作用下的三维弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题。综合考虑了准静作用应力，三维塑性区域边界上正应力与剪应力，利用二阶摄动方法计算了三维弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移。用数值解法计算出三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移，作图分析了三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移与三维裂纹体几何尺寸之间的变化关系。三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移随着三维裂纹体厚度的增大而减小，随着三维裂纹体厚度的均匀增大，三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸不断减小，减小的幅度越来越小，最终趋于平面应变状态下的弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸。当三维裂纹体几何尺寸相同时，三维弯曲裂纹尖端张开位移尺寸随外载荷的不断增大而逐渐增大。建立了一个计算三维弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸的崭新理论模型。
  • 基于Time-Hardening蠕变模型和“骨点”应力方法预测P92钢缺口圆棒多轴蠕变寿命
    曾铖, 刘宇杰
    机械强度. 2019, 41(2): 447-451. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    提出一种用于预测金属缺口圆棒多轴蠕变寿命的方法。基于Time-Hardening蠕变模型，对缺口部位在蠕变过程中的应力分布进行了模拟。将蠕变过程中，缺口最小截面上应力不随时间变化的位置确定为"骨点"。然后借助光滑圆棒试样单轴蠕变试验的寿命-应力关系，使用"骨点"位置的等效应力预测缺口圆棒的多轴蠕变寿命。分别运用该方法和欧盟的多轴蠕变规范方法预测P92钢不同缺口半径的缺口圆棒试样多轴蠕变寿命。结果表明，该方法寿命预测精度与欧盟规范中的方法相当。本方法更加简便，方便工程应用。
  • 钢丝绳芯橡胶输送带细观建模与动态特性仿真分析
    陈洪月, 张坤, 李恩东, 李永红, 毛君
    机械强度. 2019, 41(2): 452-457. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    对钢丝绳芯橡胶输送带动态特性进行分析与研究是研发绿色节能带式输送机的关键，基于空间坐标变换理论建立钢丝绳芯橡胶输送带数学模型，在此基础上，利用Pro/E参数化建模及扫描、拉伸特征建立输送带三维细观虚拟仿真模型，分别以Ansys中Moonery-Rivlin模型和Bilinear Isotropic定义橡胶覆盖层和钢丝绳属性，设置钢丝绳与橡胶间的界面为固连接触，模拟了正弦载荷作用下钢丝绳芯橡胶输送带动态特性，研究结果表明：轴向位移载荷作用下，钢丝绳芯股轴向变形沿钢丝截面呈层状分布趋势；侧股侧丝轴向变形呈空间二次螺旋线变化分布；各侧股变形量基本相同且侧股中侧丝轴向变形量沿旋向逐渐增大，侧股相对芯股而言轴向变形量更为显著；橡胶覆盖层轴向变形量呈现中间变形量小，四周变形量大的趋势；橡胶轴向平均变形量远大于钢丝绳变形量。研究结果为钢丝绳输送带的结构设计与优化提供参考。
  • 牙轮钻机钻井时钻头纵向振动特性影响牙轮轴端磨损机理分析
    谢苗, 李晨光, 李翠, 张鸿宇
    机械强度. 2019, 41(2): 458-462. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    牙轮钻头轴端的磨损是多方面因素造成的，主要从牙轮钻机钻井时钻头纵向振动特性对牙轮轴端的影响进行牙轮轴端磨损机理分析，首先建立三牙轮钻头纵向动力学模型，并在此基础上对三牙轮钻头进行振动特性分析，探究牙轮纵向振动对牙轮轴端磨损的影响，建立牙轮微动磨损数值计算模型，得出牙轮轴端的磨损体积主要受牙轮轴和轴承的接触面的法向压力和牙轮轴和轴承之间的切向相对滑移距离影响。最后对三牙轮钻头的磨损机理进行分析，对牙轮钻头寿命的提高的研究有积极的推动作用。
  • 一种高频振动刀具的失效分析和优化
    王勇, 陈胜, 王奇, 郑伟华, 邱俊广
    机械强度. 2019, 41(2): 463-467. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.034
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    高频振动刀具在包装、鞋类等行业制样时使用广泛，由于转速较高，刀具在正常使用时常因噪声和加工精度达不到要求而失效。本文基于柔性多体动力学与有限元联合仿真的方法，建立了高频振动刀具的刚柔混合模型，通过仿真得出刀具失效是由于偏心轴套受力不均、连杆变形位移较大引起的结论，与实际使用过程中失效形式吻合，验证了联合仿真模型的有效性；对比分析了柔性连杆的自由模态和刀具工况约束下的模态，得到了避免发生共振的频率范围；利用动平衡方法对结构进行了改进设计，通过平衡机构部分惯性力有效提高了工作频率，为进一步进行结构优化奠定了理论基础。
  • 基于EDEM的放顶煤液压支架放煤过程的仿真研究
    毛君, 刘思阳, 张坤, 刘歆妍, 王锦
    机械强度. 2019, 41(2): 468-472. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.035
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    为研究放顶煤液压支架的放煤过程和直接顶与基本顶之间的破断规律，以ZF15000/28/52型出口放顶煤液压支架为研究对象，采用EDEM离散元仿真软件建立三维仿真模型，综合考虑煤岩颗粒、成分对放煤规律的影响，得到液压支架放煤过程、煤岩颗粒运动趋势和速度及直接顶和基本顶的粘结力链，仿真结果与实际落煤情况基本一致，为研究液压支架放煤过程提供了一种新的思路。
  • 基于GTN模型的汽车座椅调角器失效分析
    韩金辉, 王建伟
    机械强度. 2019, 41(2): 473-477. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.036
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    针对汽车座椅调角器在极限工况下发生的失效现象，通过建立有限元仿真模型的方法，得到各个零件的应力和变形分布，并为进一步的结构优化设计提供指导。其中调角器各个零部件采用弹塑性结合GTN模型的本构关系来描述，通过采用不同的流动应力模型和损伤参数，并与单轴拉伸试验结果对比，得到实际材料的力学参数组合。应用反向分析得到的材料参数赋予各个零部件，并采用显式动力学的方法对调角器进行仿真分析。结果表明滑槽板凸台根部区域出现了断裂剪切带。提出的方法为调角器的结构强度校核提供指导。
  • 一种星载机械扫描数传天线的抗力学设计
    梁月华, 丁辉兵, 徐进
    机械强度. 2019, 41(2): 478-482. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    在卫星发射过程中星载天线要经受复杂的动力学环境。针对某光学卫星由于对地板相机尺寸大导致数传天线安装空间不足及视场遮挡的问题，提出了一种新的对地数传天线结构设计方案。通过动力学仿真对天线结构的刚度和动强度进行了分析及优化。对优化后的天线结构进行了动力学环境试验。试验结果表明，天线结构满足刚度和强度抗力学指标要求，天线能够适应卫星发射对天线动力学载荷的要求。
  • 列车受电弓振动控制方法研究
    郭艳红
    机械强度. 2019, 41(2): 483-487. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对列车受电弓振动控制方法进行研究。针对二元受电弓模型，建立基于牛顿第二定律的动力学方程。采用磁流变阻尼器对弓网接触力波动进行控制。采用变论域模糊控制器作为控制算法。仿真研究结果表明：随着列车运行速度的提高，弓网接触力波动越明显，研究的受电弓振动控制方法相比传统的模糊控制以及被动控制方法作用下接触力不平均系数明显降低。将磁流变阻尼器安装于上框架与弓头之间工况相比安装于框架底座与下框架之间时，接触力不平均系数有所降低，弓网接触力波动更低。
  • 直升机传动系统复合材料尾传动轴铆接承载能力分析
    杨显昆, 谢俊岭, 万振华, 赵思波
    机械强度. 2019, 41(2): 488-492. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.039
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    复合材料具有比强度高和比刚度高的优点，应用于直升机传动系统尾传动轴可有效减轻结构重量。复合材料传动轴与法兰一般采用铆钉连接，铆接区域是尾传动轴的薄弱环节。利用Ansys ACP软件建立复合材料尾传动轴与法兰的铆接分析模型，铆接区域的失效判据采用Tsai-Wu失效准则。当铆接位置的失效区域超出垫片覆盖区域，认为铆接结构失去承载能力。通过与尾传动轴静扭试验结果对比，本文的计算结果与试验结果吻合的很好。
  • 汽车变速器壳体声学贡献量分析方法研究
    宗邦飞, 褚超美, 黄晨, 刘纯真
    机械强度. 2019, 41(2): 493-498. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.040
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    针对汽车变速器壳体辐射噪声问题，提出一种利用模态声学贡献量分析协同板块声学贡献量分析的方法准确找到有效加筋的具体部位。以一种前橫置变速器壳体为研究对象，首先利用声学边界元的分析方法得到变速器壳体的峰值声压曲线及其峰值频率；然后通过对峰值频率下的模态声学贡献量分析，得到对声压峰值贡献较大的模态阶数，并从模态云图上找到声学贡献较大的局部区域；最后通过对声学贡献较大的局部区域进行声学板块贡献量分析，从而准确找到由于声学贡献量较大而需要降噪改进的具体部位。进而对变速器壳体结构进行改进，并对改进后结构进行验证分析。研究表明，利用模态声学贡分析献量协同板块声学贡献量分析的方法能够准确有效找到壳体需要降噪加筋的具体部位，并且改进的壳体结构可以有效改善壳体的噪声特性。
  • 三通管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟
    陈宇, 马贵阳
    机械强度. 2019, 41(2): 499-503. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.041
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    针对石油管道运输系统中三通管固液两相流的冲蚀磨损问题，采用DPM冲蚀预测模型，模拟分析油品中夹带的固体颗粒对三通管的冲蚀磨损情况，得出固体颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明：固体颗粒对于不同类型三通管的冲蚀部位以及磨损严重程度不同。T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁，有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁，且冲蚀磨损程度相对较小。
  • 考虑身管初始挠度的弹炮耦合振动特性分析
    狄长春, 秦俊奇, 方宇, 杨玉良
    机械强度. 2019, 41(2): 504-508. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.02.042
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    为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性，以某型火炮为例，基于Euler-Bernoulli梁理论，建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程，利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams建立相应考虑初始挠度的刚柔耦合动力学模型，并对数值计算的结果进行验证。在模型的基础上，对弹丸速度和弹丸质量影响炮口振动特性的规律进行分析。结果表明对于在运动弹丸激励下身管振动问题，身管初始挠度对振动分析结果的影响很大，不可忽略。在考虑身管初始挠度的情况下，弹丸速度越大，对弯曲身管的校直作用越明显，炮口振动幅值越大；弹丸速度一定时，弹丸质量越大，炮口振动幅值越大。
机械强度
Journal of Mechanical Strength
ISSN 1001-9669
CN 41-1134/TH

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