2019年, 第41卷, 第3期　
刊出日期：2019-06-20
  

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  • 振动环境下传动螺纹配合间隙对其自锁性的影响
    杜一民, 李志辉, 贾学志, 李季, 柯善良
    机械强度. 2019, 41(3): 509-514. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.001
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    螺旋传动被广泛应用于空间相机调焦机构中，为了应对火箭发射中的冲击与振动要求其具有一定的锁止能力。建立螺纹配合间隙非线性两自由度简化力学模型，通过数值仿真方法得到了系统在振动环境下的响应，发现无量纲参数峭度指标可以作为评定螺纹自锁失效程度的标准。最后，通过有限元仿真分析验证了简化模型的正确性，证明了峭度指标在分析螺纹配合间隙对其自锁性影响的有效性。
  • 基于离散随机分离的齿轮箱复合故障分析法
    贺东台, 郭瑜, 伍星, 刘志琦, 赵磊
    机械强度. 2019, 41(3): 515-520. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.002
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    齿轮箱复合故障中，较弱的故障特征往往被较强的故障信号所淹没，传统方法较难实现对较弱故障特征的提取。为解决上述问题，提出一种基于离散随机分离的齿轮箱复合故障振动分析法。该方法首先使用快速谱峭度算法获取对齿轮箱振动信号的共振带参数，依据该共振带参数设计带通滤波器及结合Hilbert变换实现对振动信号包络提取；之后应用角域重采样将时域包络信号转换到角域以消除转速波动影响；再应用离散随机分离对角域包络信号进行分离，分别得到齿轮故障和轴承故障对应的角域包络信号；最后，分别对角域包络信号进行包络谱分析获得齿轮、轴承故障的特征频率信息。试验结果表明，该方法可实现齿轮箱齿轮及轴承复合故障特征的有效提取。
  • 转子轴承系统结合部等效刚度识别
    王才, 华春蓉, 樊康, 赵刚
    机械强度. 2019, 41(3): 521-526. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.003
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    针对转子轴承结合面刚度难于确定的问题，提出一种有限元模态分析、试验模态分析与BP神经网络相结合的等效刚度识别方法。采用Abaqus有限元分析软件建立转子轴承系统的有限元分析模型并得到其固有频率；并对转子轴承系统进行试验模态分析，得到前四阶弯曲固有频率；最后通过BP神经网络对等效刚度和固有频率进行训练与识别。研究结果表明，转子轴承系统的径向等效刚度识别最大相对误差为1.75%，轴向等效刚度识别最大相对误差为5.43%。方法为机械结构结合部的参数识别提供了参考。
  • 基于改进KFDA独立特征选择的故障诊断
    陈瑞
    机械强度. 2019, 41(3): 527-531. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.004
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    为了有效利用故障特征集中对故障敏感的特征进行故障诊断，对核Fishier判别分析（KFDA）进行改进，提出基于改进KFDA独立特征选择的故障诊断方法。该方法首先从多个角度提取故障振动信号的故障特征，构建原始高维多域混合故障特征集。然后，采用改进的核Fisher特征选择方法为每两类故障状态独立选择敏感特征集。最后，采用"一对一"的方法训练多个二分类相关向量机（RVM），将得到的敏感特征集输入多分类故障诊断模型进行识别。齿轮故障诊断实例表明，所提方法具备较高的诊断准确率。
  • 基于改进CEEMDAN和优化重构的轴承故障特征提取研究
    梁凯, 刘韬, 马培原, 伍星
    机械强度. 2019, 41(3): 532-539. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.005
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    滚动轴承作为旋转设备的关键部件，其性能严重影响设备的运行安全。由于设备工况复杂，反映轴承的故障特征的冲击成分往往被噪声信号所淹没，导致无法有效的提取故障特征。为了更准确的获取滚动轴承的故障信息特征，本文提出一种基于改进的自适应噪声完整集合模态分解（complete ensemble empirical mode decomposition with adaptivenoise，CEEMDAN）和峭度指标的特征提取方法。首先，利用改进的CEEMDAN方法对分解过程中的各段信号添加自适应白噪声，计算唯一的余量来获得各个固有模态函数（intrinsic mode function），与EEMD（ensemble empirical modedecomposition）相比，其分解过程完整。其次，计算各IMF分量的峭度指标，筛选重构IMF分量集，然后利用重构信号峭度最优指标筛选出最合适的重构信号，最后，通过包络解调获得轴承故障特征。结果表明，该方法具有更好的分解效果，自适应性好，可以更好的抑制噪声，提取轴承故障的冲击成分。
  • 振动时效效果评定的参数曲线观察法的理论说明
    高永毅, 李志高, 付响云, 邹代峰
    机械强度. 2019, 41(3): 540-543. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.006
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    以具有对接焊接残余应力的非线性矩形薄板为研究对象，根据非线性振动理论，研究了焊接残余应力对非线性构件固有频率和幅值的极大值的影响；对振动时效效果评定的参数曲线观察法进行了理论说明；得出了非线性矩形薄板的稳态响应振幅的极大值和固有频率随残余应力的变化为非线性变化关系；幅值的极大值随残余应力减少而增加；固有频率随残余应力减少而减小等结论。
  • 基于改进萤火虫算法神经网络的刮板输送机减速器故障诊断
    毛君, 郭浩, 陈洪月
    机械强度. 2019, 41(3): 544-550. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.007
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    为了对刮板输送机减速器故障进行准确诊断研究，提出了一种基于改进萤火虫算法优化神经网络故障诊断方法。首先对刮板输送机减速器故障特征参数进行特征提取，其次应用特征数据样本进行基于神经网络的故障诊断模型训练，利用改进萤火虫算法对神经网络权值、阈值进行优化，加快目标的优化求解，得到最优的网络模型。初步研究表明将改进萤火虫算法与BP（back propagation）神经网络结合可以有效地解决神经网络收敛速度慢，易陷入局部最优等问题，可以对刮板输送机减速器的故障进行准确诊断。
  • 层间过渡约束阻尼梁有限元建模与振动-阻尼特性分析
    郎保乡, 燕碧娟, 赵章达, 徐鹏
    机械强度. 2019, 41(3): 551-556. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.008
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    三层约束阻尼结构常被用于工程结构的减振降噪设计中，为了增加其抗振性能，可在黏弹层和基层中间加入一层"过渡层"，从而构成一种新的层间过渡约束阻尼结构。基于一阶剪切变形理论和哈密顿原理建立有限元模型，对该结构进行相应的振动和阻尼特性分析。为验证该模型正确性，与解析解进行对比，二者计算结果吻合良好。以悬臂阻尼梁为例，与传统的约束阻尼梁进行对比，计算结果表明增加"过渡层"可以增大结构的损耗因子，进而提高减振耗能效果。同时还讨论了过渡层的材料如何选择以及其参数对系统的固有频率和损耗因子的影响，为进一步的优化工作及实际工程应用提供了一定的参考。
  • 最优品质因子信号共振稀疏分解的往复压缩机故障诊断
    王金东, 卜庆超, 赵海洋, 张宏斌
    机械强度. 2019, 41(3): 557-561. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.009
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    针对往复压缩机振动信息干扰耦合，振动信号非平稳、非线性的特性，提出了最优品质因子信号共振稀疏分解的往复压缩机故障诊断方法。该方法以信号共振稀疏分解得到的低共振分量峭度最大为目标，利用遗传算法与粒子群算法结合的混合算法对品质因子进行优化，得到最优品质因子；然后利用最优品质因子对往复压缩机振动信号进行信号共振稀疏分解，提取故障信息。实验及结果表明，该方法在往复压缩机轴承故障诊断方面效果显著。
  • 基于振动能量流的含呼吸裂纹悬臂梁非线性振动特性研究
    万雯, 李光布
    机械强度. 2019, 41(3): 562-567. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.010
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    裂纹是重大悬臂梁结构中常见的一种损伤形式，尽早识别损伤裂纹对于提高安全性、避免事故发生等具有重要意义，但传统基于位移的振动分析方法对小裂纹并不敏感。为此，引入振动能量流分析方法，建立了含呼吸裂纹的悬臂梁振动能量流模型，重点仿真分析了裂纹深度和位置对系统瞬时耗散和输入能量的影响，揭示了微小裂纹产生的亚谐波和超谐波非线性振动现象。结果表明，论文所研方法比传统方法对小裂纹更敏感，从而为裂纹早期识别提供了一种新途径。
  • 基于改进果蝇优化算法优化支持向量机的故障诊断
    黄晓璐, 周湘贞
    机械强度. 2019, 41(3): 568-574. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.011
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    为提高支持向量机（SVM）在机械故障诊断中的精度，对果蝇优化算法（FOA）进行改进，提取了一种基于改进果蝇优化算法优化SVM的故障诊断方法。改进果蝇优化算法（IFOA）中果蝇个体在进行位置更新时，融入了历史位置信息，在增加果蝇种群多样性的同时，又使算法具有了跳出局部最优的能力，进而可以获得更优的SVM参数以增强SVM分类性能。齿轮故障诊断实例验证了IFOA算法提升了SVM的识别效果，相比于其他一些方法更有优势。
  • 轴承退化状态的LCD-Hilbert相对谱熵识别
    陈惠红
    机械强度. 2019, 41(3): 575-580. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.012
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    为有效地对轴承退化状态进行识别，结合LCD分解和Hilbert变换定义了LCD-Hilbert时频谱，同时利用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LCD-Hilbert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LCD-Hilbert相对频率能谱熵、相对瞬时能谱熵和相对奇异谱熵的合理性和有效性进行了验证。将这3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，并通过支持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LCD多尺度散布熵的数控机床故障诊断
    李梅红
    机械强度. 2019, 41(3): 581-587. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.013
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    为提升数控机床用轴承故障诊断效果，提出了基于LCD多尺度散布熵的数控机床轴承故障诊断方法。该方法利用局部特征尺度分解（LCD）对轴承振动信号进行分解，获取原始信号不同尺度下的内禀尺度分量（ISC）；根据散布熵能有效区分不同故障信号的复杂度，计算ISC分量的散布熵，获得原始信号多个尺度下的复杂度特征作为轴承故障的特征参数；将该特征参数输入SVM分类器中判断轴承故障，实现故障诊断。轴承不同类型和不同程度故障诊断实验结果表明，所提方法能够提升轴承的故障诊断效果，相比其他一些方法，具有一定的优势。
  • 基于DIC方法的铝合金焊接接头拉伸性能研究
    曹广龙, 陈亮, 任明法, 陈继乐, 张亚辉
    机械强度. 2019, 41(3): 588-593. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.014
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    为准确表征铝合金焊接接头拉伸性能，针对2219铝合金搅拌摩擦焊焊接接头，采用数字图像相关（DIC）方法，测量焊接接头在拉伸载荷作用下的全场应变历程，得到铝合金焊接接头焊接区在拉伸时的连续屈服强度曲线。进而结合材料弹塑性本构模型，拟合焊接区内各点处材料本构关系，并分别构造了铝合金焊接接头焊缝区及热影响区力学性能连续变化的拟合函数，使之可以表达铝合金焊接接头焊接区内任意一点力学性能。最后利用所构造的力学性能函数模拟了铝合金焊接接头的拉伸过程，数值结果与试验相吻合，表明基于数字图像相关法的应变测量可以准确地表征其焊接区内的材料力学性能。
  • 基于Chirp激励的管道污垢超声导波检测频率优化选择研究
    孙灵芳, 张颖, 吴春迎, 朴亨
    机械强度. 2019, 41(3): 594-599. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.015
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    采用传统的单频信号作为污垢管道导波激励信号，须进行反复多频测试以确定最佳检测频率，存在一定盲目性以及时间、资源耗费等问题，提出一种宽单频转换算法，在采用宽频chirp信号作为污垢管道超声导波激励信号基础上，利用该算法对其响应信号进行后处理，可获得其频带范围内等同于单频信号激励时的响应，通过对比不同频率导波响应的能量分布及模态纯度确定最佳检测频率，并结合时频分析方法，根据污垢管道宽频响应能量分布情况快速确定合适的检测频率区间。仿真分析及实验研究表明：中心频率175 kHz最适合于所考察污垢管道导波检测，利用该方法确定污垢管道最佳导波检测频率的过程在减少采集时间的同时解决了多频测试的需要，为利用导波方法实现管道污垢由"点"到"线"的检测奠定了的基础。
  • 表面粗糙度对聚氯乙烯板搭接强度的影响
    马孝松, 邢攸冬
    机械强度. 2019, 41(3): 600-605. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.016
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    为验证不同表面粗糙度的聚氯乙烯（pvc）塑料板材搭接接头强度性能，用不同目数的砂纸分别对多组pvc板材进行打磨（打磨长度为30 mm），用表面粗糙度仪器测量表面粗糙度并用高倍显微镜检测表面情况；结果表明60目-400目砂纸打磨的板材表面粗糙度依次减小，表现为Ra值由10.84 μm减小至1.503 μm。用不同表面粗糙度的板材与硅橡胶粘结成搭接件进行拉伸强度试验，得出不同的表面粗糙度的搭接件具有不同的搭接强度，用60~100目砂纸打磨的板材搭接接头能承受的最大拉伸力由1.858 kN增大至2.063 kN，搭接强度逐渐增大；用100~400目砂纸打磨的板材搭接接头能承受的最大拉伸力由2.063 kN下降至1.567 kN，搭接强度逐渐降低，对照组为未经任何表面处理的板材搭接件，能承受的最大拉伸力为1.380 kN，搭接强度最低；实验表明对于pvc塑料板材与硅橡胶的搭接件，用100目的砂纸打磨后的搭接性能最好。
  • 基于中性轴位置变化的再生混凝土梁损伤识别试验研究
    王学航, 杨秋伟, 赵靖芸, 张莹, 陆晨, 梁超锋, 孙斌祥
    机械强度. 2019, 41(3): 606-610. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.017
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    中性层与横截面的交线称为中性轴，梁结构在弯曲受损时中性轴的位置会发生变化。制作矩形横截面再生混凝土梁试验模型，并进行了静力纯弯曲加载试验，用来验证基于中性轴位置变化的损伤识别方法。根据对试验结果的数据分析，通过中性轴的位置变化能够判断出结构是否发生损伤。
  • 2024-T62铝合金疲劳裂纹扩展试验数据的统计分析
    王绪虎, 王火平, 王东飞, 窦小鹏
    机械强度. 2019, 41(3): 611-617. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.018
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    进行了3种应力水平下2024-T62铝合金的疲劳裂纹扩展试验，利用试验数据对疲劳裂纹扩展的分散性进行了统计分析。分析结果表明：2024-T62铝合金的疲劳裂纹扩展试验数据服从对数正态分布；随着载荷循环数的增加，疲劳裂纹尺寸的标准差和变异系数都增大；试验应力水平对疲劳裂纹尺寸的分散性有一定的影响，随着载荷循环数的增加，高应力水平下疲劳裂纹尺寸的标准差大于低应力水平下疲劳裂纹尺寸的标准差，且高应力水平下疲劳裂纹尺寸标准差与变异系数的增加速度比低应力水平下疲劳裂纹尺寸标准差与变异系数的增加速度快；利用疲劳裂纹扩展试验数据使随机疲劳裂纹扩展模型得到了验证。
  • 微细铣削技术研究综述
    田璐, 韩旭炤, 高峰, 韩闯
    机械强度. 2019, 41(3): 618-624. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.019
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    微细铣削可以加工三维自由曲面及复杂零件，其应用前景日益广阔。然而由于刀具尺寸及加工参数的急剧减小，微细铣削表现出显著不同于传统铣削的切削特性，因此近年来研究人员对微细铣削技术进行了广泛研究。微细铣削的加工过程复杂，涉及到许多方面，综述国内外在微细铣削方面的研究，总结了微细铣削加工过程中最小切削厚度、切削力、表面粗糙度、刀具磨损及其他方面研究的最新进展。探讨了微细铣削所研究的各方面的发展趋势，并对其应用前景进行了初步讨论。
  • 多目标优化设计在含间隙高速凸轮机构的研究与应用
    何雪明, 陈小飞, 武美萍, 张荣, 纪小刚
    机械强度. 2019, 41(3): 625-632. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.020
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    针对含间隙凸轮高速运转中产生的平稳性降低、噪声增大、磨损加剧等问题，根据结构中动力学和运动学的特性，借助于权重理想法对含间隙高速凸轮机构中运动学和动力学多目标进行优化设计。优化结果表明：将优化后三种变系数多项式凸轮曲线和标准凸轮曲线进行比较，优化后凸轮曲线总体工作性能得到显著提高，部分曲线性能接近或超过常用的摆线凸轮曲线，其中，等权重七次变系数多项式凸轮曲线综合性能最好，噪声都相应地降低，具有较高的工程应用价值。
  • 基于Weibull分布的恒加载试验置信样本量的可靠性优化设计
    冯雪峰, 唐家银, 谭启涛
    机械强度. 2019, 41(3): 633-640. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.021
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    为实现长寿命、高可靠度产品在正常应力水平时可靠性地快速评估，建立Arrhenius-Weibull可靠性统计模型，假定试验各应力水平下Weibull分布型产品的失效机理保持一致，且特征寿命与试验应力水平间满足对数线性加速寿命试验模型。以产品在正常试验应力水平下中位寿命估计值的方差最小为优化目标，以试验应力水平数和大小，试样分配比例以及试验各应力水平下的截尾时间为设计变量，提出了Weibull分布定时截尾恒加载试验可靠性优化方案。获得了用于构造模型参数渐进置信区间的Fisher信息矩阵。算例分析表明：恒加载试验可靠性优化方案具有可行性。
  • 多失效模式履带车辆传动齿轮可靠性灵敏度分析
    闫思宏, 陶凤和, 贾长治
    机械强度. 2019, 41(3): 641-646. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.022
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    为了解决不同失效模式存在时履带车辆传动齿轮的可靠性灵敏度分析问题，运用随机摄动理论、四阶矩技术与Edgeworth级数，推算出不同失效模式的统计相关特性及可靠性指标，并求解出随机变量参数服从任意分布的部件各失效模式可靠度。利用机械部件失效模式少且一种失效即整体失效的特点，将失效模式串联模型视为部件的失效。在此基础上，结合梯度算法得到随机参数均值与方差的灵敏度计算公式。通过实例的计算验证表明，此方法可有效地估算多失效模式下机械零部件的灵敏度数值，为机械部件的优化设计提供参考。
  • 全钢载重子午线轮胎等效模型研究
    张露, 王少华, 王彬, 盛亚鸣, 李冰
    机械强度. 2019, 41(3): 647-652. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.023
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    以11.00R20 18RP全钢载重子午线轮胎为研究对象，基于线性材料提出了单一实体单元结构和实体单元+梁单元混合结构的两种轮胎等效模型。借助Ansys软件，研究了各层材料不同弹性模量对两种等效模型静态刚度的影响，并在此基础上进行了材料弹性模量参数最优匹配分析。基于匹配结果，分别研究了两种等效模型的模态性能，并与试验结果对比，分析了等效模型的有效范围。研究结果表明：基于线性材料的实体单元+梁单元混合结构的轮胎等效模型能较好的模拟轮胎的静态刚度、切向模态和轴向模态，但是径向模态频率整体偏低；在进行车-路耦合仿真等只需要关注径向性能的研究中，可以通过减小带束层材料密度的方式来提高其径向模态频率，使等效模型更加有效。
  • 输送带双向弧形断带抓捕器的设计与研究
    王春华, 安达, 邱立鹏
    机械强度. 2019, 41(3): 653-658. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.024
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    为实现输送机断带时不同运动方向断带的抓捕，提出双向弧形断带抓捕器结构方案，并以GX1000型输送带为应用算例设计抓捕器主要参数，对双向弧形抓捕器的抓捕过程进行虚拟样机仿真，获得主要部件速度特性，加工制作抓捕器1：2模型样机，对其进行抓捕过程及抓捕力测试试验，基于小模型相似理论，推导抓捕器原型机抓捕力参数。结果表明：针对不同运动方向的断带，双向弧形断带抓捕器的虚拟样机和实验室条件下模型样机可进行不同转向的抓捕动作，形成可靠楔形空间抓捕制动，实现了单机的可双向抓捕，抓捕器原型机极限抓捕力Pp>56.4 kN，极限抓捕力Pp大于理论所需抓捕力F'zc（F'zc=23.15 kN），满足安全抓捕制动要求。
  • 基于响应面法的反铲液压挖掘机工作装置多目标优化设计
    张先萌, 李翔龙, 王友国
    机械强度. 2019, 41(3): 659-665. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.025
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    为提高反铲液压挖掘机工作装置的综合性能，综合考虑理论挖掘力、静态强度、动态性能的基础上对反铲液压挖掘机工作装置进行了多目标优化设计。在Ansys Workbench中对工作装置进行了强度分析和模态分析。使用最优拉丁超立方试验设计和响应面法建立了动臂强度、斗杆强度、工作装置质量、1阶模态、2阶模态的近似模型，提高了优化效率。使用NSGA-Ⅱ算法对工作装置进行了多目标优化设计，获得了Pareto解集。优化结果表明在满足约束的情况下工作装置质量下降、动态性能提高、理论挖掘力增大，提高了工作装置的综合性能。
  • 高精度高刚度六自由度调整机构的设计及分析
    贺磊, 韩哈斯敖其尔, 韩春杨, 贺帅, 陈立恒
    机械强度. 2019, 41(3): 666-672. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.026
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    设计一种基于Stewart构型的具有高精度和高刚度的六自由度精密调整机构。首先，对调整机构进行构型设计并作了运动学分析；接着，建立了误差模型并对构型进行了精度分析，包括精度分配及模特卡洛模拟法验证；之后，根据理论分析结果，对调整机构进行结构设计，主要包括单足位移促动器的设计和偏置铰链的设计；最后，对调整机构进行了刚度分析。本文的分析结果为此六自由度调整机构的重复定位精度为X、Y向±2 μm，Z向±0.54μm，Rx，Ry，Rz方向±6.13 μrad，横向振动基频为104.3 Hz，轴向刚度为61.3 N/μm。分析结果显示此六自由度精密调整机构满足设计要求，验证了调整机构结构设计的合理性。
  • 煤层倾角对滚筒工作性能影响的仿真研究
    毛君, 刘歆妍, 陈洪月, 宋秋爽
    机械强度. 2019, 41(3): 673-681. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.027
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    为研究采煤机滚筒与围岩的相互作用机制，以MG500/1180-WD型号采煤机为研究对象，利用EDEM离散元仿真软件建立滚筒截割过程的三维仿真模型，综合考虑煤岩块度、顶板压力对滚筒工作性能的影响，研究采煤机截割煤岩的动态过程，分析工作倾角、走向倾角对采煤机装煤率、截割阻力及截割比能耗等因素的影响。结果表明：当工作倾角在-20°~0°范围内，走向倾角在0°~10°范围内时，其对采煤机工作性能影响较小，能够满足采煤机的装煤效率，及截割稳定性。当工作倾角绝对值较大，走向倾角为负值或绝对值较大时，其对采煤机工作性能影响显著，可考虑改变采煤机工作参数，如：降低滚筒转速、提高采煤机牵引速度，适当调整截深有效提高采煤机工作性能。为实现采煤机高效截割提供了改进参考。
  • 大型矿用电铲推压减速器齿轮齿向修形研究
    张迎辉, 侯庚, 何卫东, 周峰, 汝学斌
    机械强度. 2019, 41(3): 682-688. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.028
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    大型矿用电铲推压减速器齿轮为低速重载硬齿面齿轮，挖掘过程中不可避免会出现齿轮偏载情况，通过对其齿向修形可实现提高其承载能力、改善其接触状态的目的。利用齿轮薄片理论模型，将电铲挖掘过程的统计平均载荷作为修形参考载荷，以电铲挖掘过程中统计平均推压力最大位置的齿轮接触应力最小为目标，进行推压减速器两级小齿轮（主动轮）的齿向斜度修形，进而以各挖掘位置均不会出现过大的齿面边缘载荷为目标，进行两级小齿轮的齿向鼓形修形。相比修形前，已修形的齿轮在电铲挖掘过程中所受最大应力（包括齿面接触应力与齿根弯曲应力）明显减小，并且齿面边缘接触状况明显改善。当修形后齿轮受到电铲挖掘过程中统计最大载荷作用时，齿轮应力值依然小于其许用应力。仿真研究结果表明，大型矿用电铲推压减速器齿轮齿向修形，对提高齿轮承载能力和改善齿面接触状况均具有积极意义。
  • 诱导槽参数对泡沫铝填充吸能盒的碰撞吸能特性的影响
    王春华, 姜宗帅, 郭月
    机械强度. 2019, 41(3): 689-695. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.029
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    运用LS-DYNA对侧壁开有诱导槽的泡沫铝填充的吸能盒进行碰撞冲击过程的有限元分析，研究诱导槽参数对吸能盒吸能特性的影响。将结果导入到LS-Prepost中进行后处理，考虑吸能量、碰撞力峰值、平均碰撞力、比吸能、压缩力效率综合性能，得出在吸能盒侧壁上部50%位置均匀开两个半径为2.5 mm的半圆形诱导槽时，在碰撞冲击过程中呈现较为理想的对称叠缩式变形，保证吸能量的同时降低了碰撞力峰值，且有更高的比吸能和压缩力效率。通过立卧两用式液压冲击试验台对吸能盒实体进行碰撞冲击试验，验证了有限元模拟碰撞冲击过程的可行性。
  • 某发动机喷管构件高温载荷测量
    许艳芝, 雷晓波, 文敏, 胡春晓, 赵博
    机械强度. 2019, 41(3): 696-701. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.030
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    T4拉杆是某发动机喷管单元的关键承力部件，高温条件下喷管载荷是否满足要求，是考核喷管单元结构完整性的关键。利用热固耦合有限元方法分析了机械载荷、温度梯度、材料参数对T4拉杆应变的影响规律。利用高温应变计对T4拉杆开展了高温载荷测量台架试验，改进形成了高温应变计粘贴及装机改装工艺流程，推导建立了载荷标定方程扩展方法，建立了包含载荷标定试验、温度修正试验、数据处理方法等在内的高温载荷测量方法。试验表明，不同T4拉杆之间温度-热输出应变变化趋势和数值差异明显；T4拉杆载荷误差最大值为0.27 kN，实测最大拉力为设计载荷的62.1%，最大压力为设计载荷值的58.46%，T4拉杆结构强度设计满足使用需求。
  • 双离合器内片支架焊接残余应力场有限元分析
    刘纯真, 褚超美, 顾健华
    机械强度. 2019, 41(3): 702-706. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.031
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    针对激光焊接残余应力导致的焊接件结构失效问题，以目标DCT双离合变速器内片支架与花键轴为研究对象，借助于Sysweld有限元软件建立了三维有限元数值计算模型并对焊接过程进行了数值模拟，得到了焊接过程瞬态温度场和特征点的热循环曲线，模拟得到的焊缝形貌特征与实际焊缝形貌基本吻合。在此基础上得到了焊缝内部金相组织演变和残余应力分布状况。结果表明：冷却后的焊缝区域显微组织主要为马氏体，焊接接头具有较好的强度和韧性；切向残余应力在距焊缝中心约2 mm处达到拉应力峰值，此处是焊缝最容易出现裂纹的薄弱部位。
  • 速度对含夹杂物动车车轮轮辋疲劳寿命影响的研究
    李雅洁, 陈换过, 蔡丽, 张澎湃, 陈文华, 张关震, 任学冲
    机械强度. 2019, 41(3): 707-712. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.032
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    动车车轮轮辋疲劳裂纹常起裂于夹杂物聚集区，大尺寸的夹杂物聚集将会对其疲劳寿命产生影响。通过动力学仿真及有限元仿真结合材料疲劳试验确定了不同速度下含夹杂物车轮轮辋的概率疲劳寿命的方法。为了预估不同速度下含夹杂物动车车轮轮辋疲劳寿命，以CRH5型动车车轮为研究对象，建立了车辆动力学模型和含夹杂物的轮轴有限元模型，得到不同速度下车轮的随机载荷时间历程和危险部位的应力-时间历程，基于不同置信度和存活率下的S-N曲线和Miner准则对含夹杂物动车车轮轮辋进行疲劳寿命预估。结果表明：在相同的置信度和存活率下，随着速度的提高，含夹杂物车轮轮辋疲劳寿命会明显缩短；在相同的速度和置信度下，随着存活率的提高，含夹杂物车轮轮辋疲劳寿命会明显缩短；在相同的速度和存活率下，随着置信度的提高，含夹杂物车轮轮辋疲劳寿命会明显缩短。
  • 部分裂纹面受力情形下无限大板孔边双裂纹的张开位移研究
    祝青钰, 宋博, 曾照洋
    机械强度. 2019, 41(3): 713-717. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.033
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    针对航空结构中常见的孔边裂纹问题，利用Muskhelishvili复变函数法和Cauchy积分理论推导了无限大板内圆孔边任意长度双裂纹在部分裂纹面受均布应力情形下的位移表达式，并计算了孔边裂纹对称和孔边裂纹不对称两种情况下的裂纹面张开位移。孔边双裂纹对称时，计算值与权函数方法的求解结果进行了对比，最大误差为16.21%。研究表明，应用复变函数法和Cauchy积分理论推导的裂纹面张开位移表达式，不仅适用于无限大板内孔边裂纹对称的情况，孔边裂纹不对称时同样适用，从而为圆孔边任意长度双裂纹的疲劳裂纹闭合分析和张开应力求解提供了研究基础。
  • 齿轮齿根疲劳裂纹扩展特性和剩余寿命研究
    高云, 杨柳青, 刘帅, 陈文华, 周迅
    机械强度. 2019, 41(3): 718-723. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.034
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    以某渐开线圆柱齿轮为对象，基于有限元法对其齿根疲劳裂纹的扩展进行了数值模拟。首先通过对一对健康齿的啮合分析确定其啮合过程中齿根部位弯曲应力最大点，并将其作为裂纹起始点。据此将其分割为裂纹块和非裂纹块。在裂纹块预制初始裂纹并重生网格，裂纹块网格采用等参奇异单元，裂纹块和非裂纹块之间通过多点约束连接不匹配节点。利用有限元分析得到裂纹扩展过程中应力强度因子变化情况，并根据最大周向应力准则计算疲劳裂纹扩展角度，模拟齿根裂纹扩展轨迹，依据Paris公式对齿根疲劳裂纹剩余寿命进行预估。分析了载荷大小和初始裂纹长度对剩余寿命的影响。
  • 变负荷工况下空压机气量调节系统参数影响研究
    王蒙, 王瑶, 张进杰
    机械强度. 2019, 41(3): 724-728. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.035
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    由于高压气体需求量的波动，往复式空压机排气量需要跟随需求的变化而改变。目前可应用的调节方式包括打回流调节、变转速调节、顶开进气阀调节等，其中顶开进气阀方式的调节效果最佳，但是带来的控制、结构改造难度也相对较大。针对往复式空压机气量调节的需求，建立了气量调节下的空压机工作循环改进模型，对网状阀的动作以及气缸内的压力变化进行分析，并针对不同的气量调节系统控制参数进行数值仿真，得到了不同的调节效果，分析了上述参数的影响，为系统优化设计奠定了方向。
  • 防撞机构的设计与减振优化
    傅旻, 王锴, 苏海龙
    机械强度. 2019, 41(3): 729-733. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.036
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    由于存在钢坯撞击标识设备的风险，所以需要设计一套防撞机构。钢坯撞击时，标识枪头向后移动，通过正弦机构带动定位销拔出，激发支撑臂抬起，从而避过钢坯撞击。钢坯不撞击时，防撞机构担任枪架职能，带动枪体运动，其振动会对标识效果产生不利影响。通过受力计算知X方向加速阶段以及Y方向加速上升阶段，防撞机构受力最大。施加适当的载荷以及边界条件，进行了谐响应分析，得到了不同激励频率下的振幅。对防撞机构的结构进行优化，再进行谐响应分析，结果显示：优化后振幅明显降低，削弱了振动对标识效果的不利影响。
  • 2A12铝合金薄板抗叶片形弹体撞击的数值仿真研究
    张铁纯, 田璐, 邓云飞, 叶培智
    机械强度. 2019, 41(3): 734-738. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.037
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    利用Abaqus有限元软件，建立叶片形弹体撞击2 mm厚的2A12铝合金薄板仿真模型，包括偏航撞击和斜撞击，其中偏航角度为0°~90°、斜撞击倾角为0°~60°，研究撞击角度对弹靶撞击过程、靶板弹道极限和靶板耗功的影响。仿真结果发现：偏航角度为0°时，靶板主要是剪切失效，伴随长条形冲塞和矩形扩孔；偏航角度为15°~60°时，靶板为延性扩孔失效，且扩孔面积随偏航角度增加而增加；偏航角度为75°~90°时，靶板为拉伸撕裂，破坏严重。斜撞击时靶板兼有冲塞失效和花瓣失效。靶板弹道极限随偏航角度增加而增大，靶板耗功与偏航角度和弹体撞击速度都有关。斜撞击时靶板耗功与倾角无关。
  • 连杆的标识对其强度影响研究
    贾德文, 宋东, 雷基林, 邓伟, 崔治中, 张涛涛
    机械强度. 2019, 41(3): 739-742. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.038
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    某型号发动机连杆在进行样品循环载荷疲劳试验时，在连杆杆身中部产品标识位置处发生断裂。对实验样品进行材料和制造工艺检查，发现无缺陷。运用三维建模软件构建三维实体模型，采用有限元方法进行分析，发现与连杆样件试验标识同样位置处发生了应力集中。在此基础上，研究了标识文字间距、相对杆身表面高度、标识位置三个方案对杆身应力的影响，结果表明：适当增加标识文字之间的间距能降低应力；与凸出标识相比，凹陷的标识可大幅度降低应力；标识位置对应力影响最明显，当标识从杆身中部移到连杆盖外侧，杆身应力集中消失。
  • 往复压缩机无级气量调节系统卸荷器动作特性研究
    郑诏星, 江志农, 王瑶, 张进杰
    机械强度. 2019, 41(3): 743-747. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.039
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    往复压缩机无级气量调节系统在石化行业应用广泛，卸荷器作为系统执行机构的关键部件，其动作特性的优劣直接关系到气量调节系统的的效率及压缩机进气阀阀片的寿命。利用Ansys/Ls-dyna显式动力学软件首先模拟了压缩机额定转速下进气阀自动开启过程，并利用电涡流位移传感器测出了对应工况下阀片的动作位移，对比验证了模型的可靠性，在此基础上模拟了不同供油压力及不同顶出时间下卸荷器的动作，确定了较为理想的液压顶出力和顶出相位，并得出卸荷器的合理动作可有效缓解阀片振颤、改善阀片受力的结论。
  • 带式输送机智能控制系统的设计与研究
    王继东, 孙建延, 胡美玲
    机械强度. 2019, 41(3): 748-752. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.040
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    针对带式输送机的工作过程及故障特征，提出了一种安全可靠的智能控制系统方案，该方案由集中控制系统和现地控制系统两部分组成，采用PLC+上位机的控制模式，利用PLC对整个带式输送机中的设备进行数据采集和控制，通过上位计算机的人机接口对系统设备发出控制命令，并直观、动态地显示各设备的运行状态和故障报警信息，实现对带式输送机的智能控制。从整体方案、硬件选型、软件设计及控制流程等几个方面深入介绍了实现该系统的技术要点。
  • 飞机复合材料长桁面外拉伸失效分析
    黄文超, 朱照泽
    机械强度. 2019, 41(3): 753-757. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.041
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    考虑几何、材料以及接触非线性因素，引入Hoffman材料失效准则，采用Newton-Raphson增量迭代方法建立复合材料长桁面外拉伸失效有限元仿真方法。设计验证性试验，测试三种不同长桁构型面外拉伸失效载荷和破坏模式，绘制载荷-位移曲线，证明有限元分析方法准确、有效。分析有限元和试验测试结果，研究复合材料长桁面外拉伸失效影响因素，给出飞机强度设计指导。
  • 机载飞行器挂机结构强度分析及试验方法
    宋磊, 张晶, 王聪伟, 金玲, 许俊伟
    机械强度. 2019, 41(3): 758-762. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.03.042
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    挂机结构是机载飞行器的关键承载结构，采用两种方法对挂机结构进行强度分析。首先采用惯性释放方法，该方法可准确模拟挂飞边界条件但无法据此开展地面静力试验；因此又根据机载飞行器的结构特点提出了边界约束方法，通过对比两种方法的分析结果，找出既能满足分析精度要求又适合开展地面静力试验的边界条件；最后据此开展地面静力试验，进一步验证了挂机结构对挂飞载荷的适应性。
机械强度
Journal of Mechanical Strength
ISSN 1001-9669
CN 41-1134/TH

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