机械强度

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陈文剑, 屈文忠, 肖黎

机械强度. 2019, 41(5): 1017-1022. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.001

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相比利用谐波和调制信号的非线性超声无损检测方法，损伤局部共振内调制效应可以大幅增强损伤界面间的非线性行为，且其利用激励频率与损伤局部共振频率间进行调制，输入信号得到简化。当激励信号满足特定的频率条件时，材料的缺陷和损伤局部在超声激励的作用下会产生共振，导致响应信号中出现幅值增强的倍频、超谐波、亚谐波以及激励频率与局部共振频率间的内调制现象。针对损伤局部共振效应构造单自由度非线性模型，并运用多尺度法进行分析，分别考虑平方、立方刚度非线性，推导局部共振内调制现象产生的机理。进行碳纤维复合材料板冲击损伤局部共振调制损伤识别实验分析，验证理论模型分析结果以及缺陷局部共振内调制非线性损伤检测方法的可行性。结果表明，利用缺陷局部共振内调制效应可以有效地识别复合材料板的冲击损伤。

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基于Weibull和GG模糊聚类的岸桥减速箱健康状态识别方法

侯美慧, 胡雄, 王冰, 张博一

机械强度. 2019, 41(5): 1023-1028. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.002

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针对岸桥减速箱健康状态的识别问题，研究并提出一种威布尔分布与GG（Gath-Geva）模糊聚类相结合的健康状态识别方法。首先应用包络法对因岸桥工况的复杂性引起的噪声进行数据去噪，然后通过对低速轴振动信号进行威布尔分布拟合得到形状参数和尺度参数，定量反映了采集样本的变化特征。为了进一步对减速箱振动信号进行状态识别，采用GG模糊聚类方法对减速箱健康状态的不同阶段进行划分，实现对不同健康状态的识别。采用来自NetCMAS系统采集的试验数据进行实例分析，并与GK、FCM算法进行对比，结果表明该方法的有效性，聚类效果更好。

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等距映射与DBN相融合的齿轮故障诊断研究

陈建业, 王沙晶, 魏存海, 魏致江, 武林

机械强度. 2019, 41(5): 1029-1034. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.003

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运用等距映射（Isomap）算法将信号的特征数据从原始高维空间映射到低维空间，然后融合深度置信网络（DBN）来诊断齿轮的故障状态。进行了齿轮箱运行至故障的实验研究，经过一系列与未进行空间转换的原始特征、主成分分析（PCA）和拉普拉斯特征映射（LE）等两种空间转换方法及与隐马尔科夫模型（HMM）和BP神经网络等模型算法的对比分析，所提方法被证明在齿轮的故障诊断及状态评估中更加准确有效。

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基于各向正交异性薄板模型的钢丝绳芯输送带弯曲振动特性分析

陈洪月, 李恩东, 张坤, 毛君, 白杨溪, 马英

机械强度. 2019, 41(5): 1035-1041. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.004

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基于各向正交异性薄板的小挠度理论，首先建立了钢丝绳芯橡胶输送带上下分支横向自由振动模型，采用经典解法建立了下分支输送带SFSF边界模型、上分支槽型输送带底部SCSC、侧帮SFSC边界模型的解析解，其次采用胡拜尔（Huber）近似推导公式计算了钢丝绳芯输送带的主刚度，最后采用数值分析法对输送机的上、下分支输送带的前6阶固有频率、振型，以及固有频率随张力的变化规律进行了分析。结果表明：上、下分支输送带的固有频率随着带张力的增加而增加，且张力对下分支输送带的频率影响最大，对上分支输送带底边的固有频率影响较小，研究结果为输送带的弯曲振动响应及避免共振设计提供了依据。

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基于信息融合的薄壁机器人轴承状态评估

刘洋, 颉潭成, 徐彦伟, 王冰, 李斑虎

机械强度. 2019, 41(5): 1042-1047. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.005

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针对薄壁机器人轴承的状态评估，提出了基于信息融合的评估方法。采集声发射（Acoustic Emission，AE）和振动加速度信号，并在时域和频域上分别提取两种信号的特征作为识别薄壁机器人轴承状态的特征参量，利用自组织特征映射（Self Organizing Maps，SOM）神经网络对AE和振动信号的特征信息进行融合。经过实测数据的分析与验证，结果表明，该方法能够有效地判断出薄壁机器人轴承的状态类型。

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基于风力机叶片固有频率的裂纹定位方法

吴琪强, 郭帅平, 王钢, 李学军

机械强度. 2019, 41(5): 1048-1053. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.006

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针对风力机叶片裂纹定位问题，基于裂纹叶片固有频率差值比参数只与损伤位置相关的关系，提出了固有频率差值比的裂纹位置参数，通过数值仿真计算，建立裂纹位置参数数据库，提出裂纹定位参数及裂纹定位准则，实现了叶片裂纹所属区间定位；同时，研究叶片裂纹定位参数在裂纹区间内的变化规律，建立了裂纹定位参数与区间相对位置间的映射关系，实现了叶片裂纹区间内的精确定位。通过数值仿真分析验证了该方法的有效性，且定位精度较高，为实际的应用提供有力的依据。

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基于融合类别信息局部保持投影维数约简的故障诊断

苑隆寅, 张前图, 雷敬, 吴生财

机械强度. 2019, 41(5): 1054-1059. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.007

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为更好的保持高维故障特征的局部流形结构，对局部保持映射（LPP）进行改进，并提出了基于融合类别信息局部保持映射（MLILPP）维数约简的故障诊断新方法。MLILPP融合样本类别信息构造了相似性矩阵和差异性矩阵。利用相似性矩阵保持降维前后同类样本之间的局部结构，利用差异性矩阵扩大降维后异类相似样本彼此之间的距离。实现了数据结构的有效保持，能够获得更有效的低维流形，提高了故障诊断的精度。液压泵故障诊断实验验证了该方法的有效性。

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螺栓松动寿命特性试验研究

姜世霖, 阳光武, 肖守讷, 王长科

机械强度. 2019, 41(5): 1060-1065. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.008

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为研究螺栓松动寿命特性，利用疲劳试验机，设计了螺栓横向振动试验。首先改变横向振动频率，对比位移、速度、加速度振幅对螺栓松动寿命的影响，确定横向位移振幅是影响螺栓松动的主要因素。之后对五个位移振幅等级下的螺栓松动程度进行监测，通过剩余预紧力-振动次数曲线表示螺栓松动情况。将各个位移振幅下预紧力各个阶段数据汇总，参照疲劳研究中材料S-N曲线，绘制成不同松动情况下（剩余预紧力百分比）螺栓松动的位移-寿命（D-N）曲线。分析结果表明：通过螺栓松动D-N曲线，发现螺栓松动寿命曲线与材料疲劳寿命曲线在对数坐标下同样具有双直线、高低周分界的特性。

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冲击载荷下20CrMnTi钢动态应力响应与考虑绝热温升修正J-C本构模型研究

王佳斌, 丁军, 宋鹍, 黄霞, 张晓迪, 王路生

机械强度. 2019, 41(5): 1066-1070. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.009

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为研究20CrMnTi钢的动态应力响应，利用拉伸试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）装置，对20CrMnTi钢进行准静态拉伸和不同应变率下的动态压缩实验。结果表明：20CrMnTi钢具有应变率效应和增塑效应。但在动态压缩实验中20CrMnTi钢对应变率变化不太敏感。考虑绝热温升的影响，对J-C本构模型进行修正。结果显示修正后的J-C本构模型可很好的描述20CrMnTi钢在动态冲击加载下的力学性能，为20CrMnTi钢在高速重载机械零件上的应用提供重要参考。

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TC18钛合金铣削表面质量试验研究

王永鑫, 张昌明

机械强度. 2019, 41(5): 1071-1078. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.010

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针对钛合金的难加工性、加工效率较低问题，以提高加工表面质量为研究目的，分析航空用TC18钛合金铣削加工参数对表面粗糙度、加工表面形貌及金相组织的影响变化。使用田口和优化设计模块两种设计方法进行试验，建立两种预测模型（指数模型及多元二次回归模型）并针对两种模型分别使用多目标遗传算法和响应面法以提高表面质量同时提高加工效率为目标进行参数优化。试验结果表明：各参数对表面粗糙度影响顺序为进给量f > 铣削深度a_p > 铣削宽度a_e > 主轴转速n；多元二次回归模型显著性较高，响应面优化参数组合所得表面形貌最优。观察TC18钛合金铣削加工截面金相组织，结论表明靠近加工表面的等轴α相被拉长，析出条状次生α相。

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铺层角度对复合材料C型柱轴向压溃吸能特性影响分析

冯振宇, 周坤, 宋山山, 张雪晗, 牟浩蕾

机械强度. 2019, 41(5): 1079-1084. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.011

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针对3组不同铺层角度的复合材料T700/MTM28 C型柱试件，进行轴向压溃试验获得其载荷-位移曲线。基于初始峰值载荷、平均压溃载荷、比吸能及载荷效率，研究铺层角度对其压溃变形模式及吸能特性的影响。结果表明：C型柱试件发生渐进式压溃破坏，呈现层间开裂、弯曲折断、局部屈曲以及剪切破坏等多种宏观失效方式。[0/90]_3s铺层试件的吸能量最高，[45/90/-45/0]₃铺层试件的吸能量次之，[45/-45]_3s铺层试件的吸能量最低，通过合理设计铺层，在±45°铺层中加入0°与90°铺层能够有效提升吸能特性。

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石墨烯增强TiAl自润滑复合材料的力学性能研究

李文文, 杨丽颖, 王守仁, 王彻

机械强度. 2019, 41(5): 1085-1089. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.012

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利用超声波分散和机械球磨法把石墨烯均匀混合于钛铝基体，采用冷压压制成型和真空热压烧结技术制备石墨烯增强钛铝合金自润滑复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和能谱分析仪（EDS）等对该自润滑复合材料的微观组织结构及其力学性能进行了研究。结果表明：石墨烯均匀的分布于钛铝合金自润滑复合材料基体中且石墨烯与钛铝合金未发生界面反应，石墨烯增强TiAl合金自润滑复合材料致密性较好。当石墨烯的加入量为0.3wt%时，自润滑复合材料的屈服强度由469 MPa提高到555 MPa；自润滑复合材料的硬度达到468 HV，比基体提高了11%；随着石墨烯含量的增加，复合材料的硬度和屈服强度逐渐增大，当石墨烯的添加量为0.7 wt%时，复合材料的硬度和屈服强度达到最大。

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裂纹扩展寿命多失效模式可靠度的序列二次规划计算方法研究

孙远韬, 章增增, 张氢, 秦仙蓉

机械强度. 2019, 41(5): 1090-1095. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.013

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机械结构中普遍存在疲劳裂纹，由于受各种随机因素的影响，裂纹扩展过程下的结构安全性评价往往具有很大的不确定性。针对有限板宽问题，通过灵敏度分析，优选出了对疲劳裂纹扩展速率影响较大的因素（载荷水平、裂纹初始长度和材料参数），并将其视作随机变量，推导出疲劳裂纹扩展下的断裂失效可靠性模型，在此基础上建立了可靠性指标的优化数学模型，并基于序列二次规划算法给出了裂纹结构断裂失效及静强度联合失效的可靠性指标。最后根据一个具体实例，得到了联合失效模式下的可靠性指标随应力循环次数扩展的曲线，并同单一失效模式下的可靠性变化进行对比分析，说明了基于联合失效模式下的可靠性分析的合理性，实现了对裂纹结构在扩展过程中可靠性变化的评价。

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铁钻工冲扣钳牙板齿参数分析与优化

裴峻峰, 宋传智, 刘志刚, 陈杰, 沈辉, 缪红建

机械强度. 2019, 41(5): 1096-1104. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.014

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针对铁钻工冲扣钳牙板齿在拧卸扣过程中出现的崩齿和磨损现象，基于Ansys Workbench有限元软件，对牙板齿接触钻杆时的极限静态工作状态进行弹塑性分析，根据应力线性化原理分析了牙板齿与钻杆接触部位的应力，并进行了分类识别与评定。再以牙板齿关键参数作为研究对象，结合加工能力进行两次正交试验确定不同的优化方案。利用压力胶片测得了牙板齿与钻杆的接触应力，通过拟合数据得到施加压力与牙板齿所受最大应力线性曲线，验证了优化方案和有限元分析结果的合理性。评定方法和结果为冲扣钳拧卸扣装置的牙板齿参数的确定提供了依据，试验方法对同种类型设备的应力测试分析提供了新途径，对保证冲扣钳安全可靠有效工作具有重要的工程意义。

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基于MMA算法的桁架结构自适应成长技术

华敏, 丁晓红, 吴春平

机械强度. 2019, 41(5): 1105-1111. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.015

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现有自适应成长技术根据数学规划理论中的库恩塔克条件推导迭代公式，对以应变能为目标，体积为约束的板壳结构加强筋分布优化问题，设计效率高且结果好。但对不同类型的优化问题需要重新推导迭代公式，通用性差，且难以推广到多约束问题。针对现有技术的不足，采用移动渐近线算法（The method of moving asymptotes，MMA）迭代更新设计变量，将自适应成长技术推广应用于桁架结构拓扑优化设计中。讨论了单约束和多约束的典型桁架结构设计问题，并对多载荷工况进行了研究。算例结果表明，所提方法可以得到清晰的杆件分布和具体尺寸信息，设计效率高，适用性好，便于实际工程加工，具有较好的应用前景。

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一种新型迈步式掘支锚联合机组及其温变环境下动力学行为研究

谢苗, 李晓婧, 李玉岐, 王鹏飞, 仲丛华

机械强度. 2019, 41(5): 1112-1117. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.016

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设计了一种适用于综掘巷道工作面的迈步式掘支锚联合机组；介绍了掘支锚机组的结构和工作原理；利用牛顿第二定律，建立了多自由度振动系统动力学模型，并进一步引入了含温变特性的系统动力学模型；采用Matlab软件建立模拟温变特性下掘支锚联合机组系统仿真模型，分别对20℃与40℃温度环境下的系统动力学行为进行了求解与分析。结果表明：温变环境对系统动力学影响较大，使得系统各部件幅值与频率均有不同程度的增加。当系统在20℃环境下，各部分的振动幅值在可承受范围内，截割部振动幅值最大，范围在±12 mm之间；当温度升高至40℃时，各部件振动幅值与振动频率均有明显增加，但纵梁的增加最为明显，截割部影响最弱。

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基于MATLAB的蛇行输送机转弯运动仿真及实验研究

张东升, 李岩, 王金成, 于海洋, 赵西贝

机械强度. 2019, 41(5): 1118-1124. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.017

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以蛇行输送机为研究对象，基于Serpenoid曲线对蛇行输送机运动形态进行描述，并对其进行离散化设计和时域扩展，运用Matlab软件找到了蛇行输送机转弯运动时的最佳控制参数区间。对蛇形输送机蜿蜒运动、向左转弯运动、向右转弯运动三种工况进行了仿真分析，得到不同工况下各相邻机架间转向角度的变化规律。最后，根据所得的机架间转向角度对蛇行输送机实车进行转弯实验，验证了转弯运动控制参数的有效性及合理性。

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基于有限元的裙板锁螺纹联接数值模拟方法研究

姬芳芳, 王玉彬, 刘霞

机械强度. 2019, 41(5): 1125-1129. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.018

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针对螺纹联接预紧力的设计方法及与加载扭矩的关系，提出了基于Abaqus软件的强制角位移载荷加载方法。为提高前处理效率，同时考虑螺纹连接处的结构特点，模型单元类型选择适用于接触分析的C3D8R和C3D10M；接触采用常规接触面定义方法，机械约束形式采用对称罚函数法处理；边界条件依据工程中预紧力的获取方式，在螺栓头部建立刚性单元，通过在刚性单元处施加强制角位移定义预紧力，此法较其他方法更简便且符合实际。最后通过采用该方法对裙板锁螺纹联接结构分析，得出预紧力和扭矩的关系，其结果与实验结果误差小于8%，位于理论计算范围内，证明了此方法的有效性。

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轮式移动装船机总体设计及臂架结构仿真分析

廖观福, 胡吉全

机械强度. 2019, 41(5): 1130-1137. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.019

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基于轮式移动装船机的设计方案及参数，对装船机进行总体设计；根据轮式移动装船机的臂架结构特点，提取其特征参数，然后运用Ansys的APDL语言建立臂架的参数化模型，并对臂架结构进行有限元分析；最后运用Ansys软件和优化设计技术对臂架结构进行优化分析，在满足设计要求的情况下，实现臂架的经济性和可靠性。得出结果如下：由于臂架下铰接距进料口较近，其受力也较大，臂架头部相当于悬臂梁且悬挂着溜筒，臂架最大应力出现在下铰接处，最大变形量出现在臂架头部；臂架结构采用变截面设计可以大大降低结构总重。

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弯辊力对Q345R/316L不锈钢复合板热轧成形影响研究

金贺荣, 戴超, 韩民峰

机械强度. 2019, 41(5): 1138-1144. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.020

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针对Q345R/316L不锈钢复合板真空热轧过程中弯辊力预设定问题，采用非线性有限元仿真软件MSC.Marc，建立不锈钢复合板轧制过程三维热-力耦合有限元模型，分别设定模型弯辊力为0 kN、300 kN、500 kN、800 kN四种边界条件，通过数值模拟研究了不同弯辊力作用下复合板宽度方向上的基板压下量、辊系弯曲变形以及半有载辊缝分布规律。分析了在不同弯辊力作用下界面应力应变的分布规律，根据界面结合状态判定条件，设定最佳弯辊力。结果表明：无弯辊力时板形呈现中部高边部低变化趋势，施加弯辊力时板形有了明显改善，并得出弯辊力最佳设定值为500 kN；在总变形量不变的条件下，随着弯辊力的增加，会促进基层和复层金属的变形，应力应变分布均匀，变形协调同性好，有利于复合板界面的结合。

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焊接热效应对刮板输送机链传动系统固有频率影响分析

张坤, 陈洪月, 何武林, 彭继慎

机械强度. 2019, 41(5): 1145-1150. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.021

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考虑圆环链焊接热效应对刮板输送机链传动系统固有频率的影响，基于Ansys有限元软件对圆环链焊接过程及其热处理进行了仿真分析，得到两种条件下的残余应力分布。同时求解出了两种情况下链条刚度值并与试验值进行了对比。采用Matlab软件对空载工况、满载工况下刮板输送机系统固有频率进行求解，得到系统前八阶固有频率值及特征值。研究结果表明：焊接热效应对系统固有频率及特征值产生较大影响，且满载工况下系统固有频率值及特征值小于空载工况下系统固有频率值及特征值。

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基于多物理量有限元模型的电磁阀失效分析

李剑峰, 肖明清, 唐希浪, 石伟文, 王若安

机械强度. 2019, 41(5): 1151-1157. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.022

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针对电磁阀失效机理不明确，缺乏有效的故障分析手段和方法等问题，设计电磁阀加速寿命实验，提出了基于多物理量有限元模型的电磁阀失效分析方法。首先利用Ansys有限元软件建立电磁阀温度场模型，计算各部件温度分布；其次将计算得到的温度作为新的载荷加入机械应力场模型求解过程中，得出由热应力和机械应力共同作用下的耦合应力值；最后在综合分析温度与耦合应力对电磁阀影响的基础上，通过实验数据和仿真结果的对比，分析得出一种电磁阀缓变失效机制。结果表明：线圈产生高温易破坏线圈绝缘层，同时由高温产生的热应力与机械应力的耦合效应会对绝缘橡胶产生挤压，温度与耦合效应的共同影响导致线圈在相互接触过程中不断短路，直至铁芯所受电磁力低于其工作阀值时不能克服弹簧的弹力运动，最后造成电磁阀的缓变失效，实验测定结果与数值仿真结果相符合。该方法可广泛适用于其它类型电磁阀的故障分析，为电磁阀的可靠性设计和延寿研究提供参考。

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铝合金汽车差速器外壳等温锻造成型研究

于瑞, 王中磊

机械强度. 2019, 41(5): 1158-1163. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.023

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基于汽车差速器外壳常规铸造成型及铸钢材料等生产现状，为了解决新型轻量化铝合金汽车差速器外壳外形复杂、锻压成型较难等问题，以某型7075铝合金汽车差速器外壳为研究对象，运用有限仿真软件Deform对其等温锻造成型进行数值仿真，并运用试验的方法验证仿真分析的准确性。数值仿真计算及试验验证表明：差速器外壳等温锻造过程中，坯料在运动上模锻压的作用下，逐渐成型为固定下模形状的差速器壳体锻件；等效应力最大值主要出现在差速器外壳形状复杂及突变过渡部位；在不同位置其抗拉强度及屈服强度不同，但是变化幅度较小；随着等温锻造温度增加，差速器外壳锻件抗拉强度及屈服强度都呈现先增加后减小的趋势，最佳等温锻造为425℃。该研究为差速器外壳等温锻造模具优化设计及寿命改善，轻量化铝合金差速器外壳生产应用提供了重要的参考。

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考虑城市道路工况的轮边减速器载荷转换方法研究

宁欣, 郑松林, 谢文龙, 冯金芝

机械强度. 2019, 41(5): 1164-1173. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.024

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将城市道路循环工况作为车辆的典型工况，对车速进行统计与分析，获得该工况的载荷分布特性。研究车速、加速度冲击、档位等因素在传力零件载荷形成过程中的作用，修正了旋转质量换算系数。以电动汽车轮边减速器为例，基于整车和减速器参数，进行了齿轮载荷的转换，获得与车速分布对应的零件载荷分布。探索了从车速到零件载荷的转换方法，为减速器零件的轻量化设计和寿命分析提供了技术支撑。

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弯矩和双轴拉压载荷下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷分析

陈琼, 吕原君, 高增梁

机械强度. 2019, 41(5): 1174-1182. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.025

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极限载荷作为含缺陷结构完整性评定的主要参量之一直接影响着评定结果，一直是许多学者关注的重点。多轴载荷条件下含半椭圆表面裂纹平板的极限载荷是当前研究的重要方向。针对含半椭圆表面裂纹平板，基于vonMises屈服准则，推导出了在平板端面施加拉弯组合载荷和在平板两侧施加轴向力的作用下的极限载荷表达式，并通过n₁坐标得到了屈服线，研究了平板两侧轴向力的影响。本文解与现有的单轴拉弯组合载荷下的解一致，同时与在相同载荷条件下含矩形表面裂纹平板的极限载荷解做了对比。结果表明：当沿厚度方向裂纹深度较大或沿宽度方向裂纹宽度较大时，矩形裂纹代替半椭圆裂纹会存在过度保守的结果。

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奥氏体不锈钢铸件热老化后断裂韧性预测模型对比研究

高红波, 余伟炜, 陈明亚, 伍杜傲, 陈志林, 薛飞, 甄洪栋, 尤磊

机械强度. 2019, 41(5): 1183-1187. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.026

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压水堆一回路主管道奥氏体不锈钢铸件（CASS）热老化问题在核电厂运行许可证延续论证中被广泛关注。采用三种断裂韧性预测模型对低Mo Z3CN20-09M材质以及美国核电厂高Mo材质CASS热老化后断裂韧性进行预测，并与400℃下加速老化后断裂韧性实验数据进行对比。案例分析表明：美国ANL模型不适用于对冲击韧性低于25 J/cm²的低韧性CASS进行预测，日本H3T模型对较低韧性材料也会出现非保守预测，而法国EDF模型对高、低韧性材料均能得到较保守的预测结果，但对低韧性材料预测结果更加精确；相对于EDF模型，ANL模型和H3T模型更适合用于对Z3CN20-09M材质主管道的热老化评估。

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基于内聚力模型的某传动机构涂层失效分析

王宁, 柳元青, 王波, 李委托, 孙国鹏

机械强度. 2019, 41(5): 1188-1193. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.027

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硬质涂层具有耐磨性好，接触疲劳寿命高的优点，广泛应用于航天航空领域。然而在重载工况下，涂层基底的界面处可能会发生脱层失效，影响机械零件的可靠性。近年来涂层失效机理及增强涂层结合能力的研究逐渐受到关注。采用内聚力的理论模型，结合有限元模拟的方法，对涂层基体的界面分层失效行为进行分析。研究结果表明，基于内聚力理论模型的仿真分析结果与试验结果对比吻合程度高。在此基础上，讨论了不同因素对涂层结合能力大小的影响。增加涂层厚度和提高涂层弹性模量均可以提高界面的结合能力，增加零件的承载范围。

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基于虚拟力的梁式结构损伤评估方法研究

李翠红, 杨秋伟, 梁超锋, 陆晨

机械强度. 2019, 41(5): 1194-1200. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.028

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研究基于虚拟力的梁式结构损伤评估方法，该方法只需要采集现有结构振动的低阶模态即可以进行，通过构造一系列的虚拟力向量来使得结构各区段处于同样的纯弯曲受力状态，然后比较各区段在虚拟受力状态下的曲率参数来评估损伤位置和程度，对于变截面梁则先对曲率进行换算再行评估。该方法不需要建立结构的有限元模型，也不需要原始完好结构的基准测试参数。特别适合于既有的梁式结构，对于新建结构的健康监测也同样适用。

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转速波动条件下圆柱滚子轴承动态特性分析

涂文兵, 何海斌, 刘乐平, 罗丫, 王朝兵

机械强度. 2019, 41(5): 1201-1205. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.029

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滚动轴承动态特性的研究目前主要集中在稳定工况，但转速波动存在于许多旋转机械设备中，将对滚动轴承的动态性能产生重要影响。以圆柱滚子轴承NU306为研究对象，建立了圆柱滚子轴承的塑性材料柔性接触的非线性动态有限元模型，采用显式动力学LS-DYNA对其在三种不同转速波动形式（矩形波动、正弦波动和随机波动）下的非线性运行过程进行了动态仿真，获得了圆柱滚子轴承在转速波动工况下的保持架角速度曲线和打滑率曲线，以及滚子与内圈、保持架的接触力曲线。将稳定工况下圆柱滚子轴承的有限元解与其解析解进行对比，验证了所建立有限元模型的有效性。结果表明：内圈转速的角加速度越大，保持架角速度曲线和打滑率曲线波动越剧烈且严重时可能产生负打滑率；转速波动主要通过改变承载区滚子与保持架间的接触力来影响保持架的稳定性，并且转速波动可能会加大承载区范围，使单个滚子承载力峰值减小。

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基于载荷谱传动箱箱体动载系数分布研究

郑松林, 马炯, 赵礼辉, 于维一, 姚寿文

机械强度. 2019, 41(5): 1206-1210. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.030

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针对某特种车辆综合传动箱体强度过剩，质量过重的现状，需要对箱体进行进一步优化。而在优化过程中，传统方法基于转速转矩的经验公式计算一个较大的动载系数，减少了后续优化空间。基于载荷谱对平稳传动过程中的动载系数进行研究，首先对该箱体进行台架试验，测得危险部位的载荷谱，其次针对这些载荷谱进行处理获得一段平稳时间历程中的动载系数。运用极大似然法和拟合优度AD值对这些动载系数进行分布识别以及检验，最终获得99百分位的动载系数，并将其与经验公式计算动载系数进行对比，结果表明在平稳传动条件下，经验公式计算动载系数偏大，结构设计偏于保守，而99百分位动载系数较为合理，有助于轻量化设计的充分实现。

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齿轮传动系统的参数稳定性及振动特性分析

万志国, 李锁斌, 窦益华, 张明泉

机械强度. 2019, 41(5): 1211-1216. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.031

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考虑齿轮时变啮合刚度与齿侧间隙，建立齿轮副系统动力学模型。利用Floquet理论推导了参数激励作用下齿轮系统的近似解析解，得到了系统的稳定性边界曲线。采用Newmark-β数值求解法对齿轮系统进行动力学仿真，研究了时变刚度、齿侧间隙、啮合阻尼对齿轮传动系统动力学特性的影响。研究结果表明：当参数激励的频率等于派生系统自由振动周期的2/n倍时，系统可能产生参数共振，随着参数激励频率的增加不稳定区域逐渐增大；齿侧间隙的存在则导致齿轮系统产生多值解和幅值跳跃等典型的非线性动力学特征；随着外部激励幅值和阻尼比增大及内部激励幅值的减小，齿轮系统的非线性振动特征逐渐减弱。

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载荷及转速变化对低速重载轴承润滑性能的影响

赵丽娟, 史百胜, 张美晨

机械强度. 2019, 41(5): 1217-1222. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.032

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为研究不同载荷、转速条件下，低速重载轴承的润滑性能，即油膜厚度、油膜压力及油膜流速的变化情况，利用Abaqus软件建立轴承流固耦合模型，得到油膜厚度在剖面中呈矩形分布，滚动体与内圈之间的油膜厚度小于与外圈之间的油膜厚度。接触区入口处的油膜压力逐渐增大，内滚道接触处的油膜压力大于相应的外滚道油膜压力。流固交面的油膜速度大于自由表面的油膜速度且接触区域的油膜速度最大。随着转速的增加，油膜厚度和油膜压力增加；随着载荷的增加，油膜厚度降低，油膜压力增加。

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基于正交设计的LTCC基板微流道散热性能研究

何伟, 黄春跃, 梁颖

机械强度. 2019, 41(5): 1223-1227. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.033

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建立了微流道低温共烧陶瓷（Low-temperature cofired ceramics，LTCC）基板多芯片组件有限元分析模型并对其进行了热仿真分析。分析了不同微流道结构、微流道直径和流体流速对其散热性能的影响；采用正交设表设计了9种不同结构参数水平组合的多芯片组件模型，获取了9组温度数据并进行了极差分析和方差分析，结果表明：各因素对散热性能影响由大到小的排序依次为：微流道结构、微流道直径和流体流速；在置信度为90%的情况下，微流道结构和微流道直径对微流道散热性具有显著性影响，流体流速对微流道散热性影响不显著。

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汽车横向稳定杆疲劳寿命分析及其优化设计

许期英, 钟自锋

机械强度. 2019, 41(5): 1228-1232. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.034

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为了解决某横向稳定杆断裂失效问题，首先基于有限元方法和刚柔耦合多体动力学建立前横向稳定杆总成模型和前悬架动力学模型，提取其极限工况时横向稳定杆两端上下跳行程，获取强度分析的强制位移为49.5 mm。然后基于Nastran软件对横向稳定杆进行强度分析，分析结果表明其最大应力为977.6 MPa，位于横向稳定杆与稳定杆支架、衬套相连接位置，存在疲劳损伤风险。采用Femfat软件对横向稳定杆进行疲劳寿命分析，分析结果表明其最小寿命为3.37×10⁴次，最薄弱处与强度分析最大应力位置一致，低于设计要求值。再通过Isight优化集成平台对横向稳定杆直径进行多目标优化分析，获得了其最优直径，同时其疲劳性能满足设计要求。最后建立横向稳定杆台架试验平台，以正弦波进行加载，试验表明优化之后横向稳定杆试验结果与疲劳仿真结果相吻合，并且通过了整车道路试验，最终成功解决了该横向稳定杆断裂故障问题。该分析方法结合了有限元、多体动力学、疲劳力学、台架试验和路试验证，为类似结构件疲劳强度分析以及优化设计提供了先进的科学指导。

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基于非理想圆柱表面的气静压轴刚度评价

赵则祥, 尚孟姣, 刘如意, 窦武阳

机械强度. 2019, 41(5): 1233-1238. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.035

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采用Geomagic Studio软件创建基于轮廓要素测量的非理想圆柱表面模型，并将其导入UG12.0中创建气静压轴承仿真模型，采用Ansys Workbench软件对模型进行仿真。以10组转子和多孔质气静压轴承为实验对象，分别对基于非理想圆柱表面和基于全局尺寸气静压轴的承载力和刚度进行了仿真分析，并在模块化主轴性能试验台上进行了刚度测试。仿真和测试结果表明，对于三种全局尺寸，用最小二乘直径组合形成的气膜的承载力与非理想表面形成的气膜的承载力之差较小，非理想表面形成的气膜的刚度与测试结果的吻合度较高，因此基于非理想圆柱面的气膜建模方法较适用于气静压轴的刚度评价分析。

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矿用挖掘机履带架与行走底架联接螺栓组振动分析

王文丙, 任家骏, 李爱峰, 高鑫宇

机械强度. 2019, 41(5): 1239-1243. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.036

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为研究矿用挖掘机行走底架与履带架联接螺栓组在各工况下的振动特性，以WK-75型机械式挖掘机为研究对象，利用RecerDyn多体动力学仿真软件模拟挖掘机运动过程、提取载荷谱，并在Matlab中对载荷谱进行傅里叶变换，得到载荷谱频率，拟合转向半径与载荷频率关系。结合Ansys Workbench有限元软件分析螺栓组模态得到螺栓组的固有频率，得出转弯半径为12.74 m时载荷频率与固有频率相近，螺栓组易松动。本文对挖掘机行走底架与履带架联接螺栓组振动特性的进一步研究具有一定的参考价值。

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发电机支架振动疲劳分析及其优化设计

卢剑, 钟自锋

机械强度. 2019, 41(5): 1244-1248. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.037

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为了解决某发电机支架断裂问题，首先测试发动机端的时域-加速度曲线，将其转换为频域-加速度曲线并且作为振动激励，对发电机支架进行频率响应分析，分析结果表明其最大应力超过其材料屈服。然后基于功率普密度函数对其进行疲劳寿命预测，分析结果表明其寿命小于目标值，并且与强度分析薄弱区域和实际断裂位置一致。再基于广义下降梯度算法对发电机支架进行结构参数寻优，优化之后发电机支架均可以满足其疲劳强度性能要求。最后对发电机支架的优化方案进行整车路试验证，试验结果表明发电机的振动幅值明显降低，发电机支架未发生断裂，有效地解决了该断裂问题。该分析手段及其优化方法为高频响应支架的故障解决提供了一种科学参考。

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四板对针刺机的振动控制与分析

马卫平, 王彦杰, 陶九志

机械强度. 2019, 41(5): 1249-1253. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.038

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针对现在市场某纺织机械企业开发的四板对针刺机在试验过程中存在的针刺密度低和振动大的问题，通过对该针刺机整机的振动测试分析，查明引起振动原因。通过针刺机运动机构的运动学和动力学分析，计算出激振力大小并给出解决方案。通过整机振动测试和动平衡试验，消除加工装配误差引起的振动和噪声。最终为四板对高速针刺机的振动过大和针刺频率低的问题提供了一个行之有效的解决方法。

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抽油机新型曲柄自动调平衡机构设计与应用

吴俊飞, 王倩, 金鑫, 肖姝

机械强度. 2019, 41(5): 1254-1259. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.039

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为降低工人劳动强度、减少能耗、提高效率，增加抽油机使用寿命，实现抽油机调平衡的自动化，以CYJY10-4.2-53HF型抽油机为修正目标，完成曲柄自动调平衡的结构和参数设计。对关键传动件螺杆进行选型和基于第四强度理论校核。运用Ansys Workbench进行有限元强度分析，得出螺杆理论校核与模拟结果基本一致，理论计算可取，整体结构满足强度要求。最后将抽油机进行现场试验，测得其平衡度满足要求，节能效果良好。所以此抽油机具有一定的推广应用前景。

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升降横移式立体车库钢结构安全评估

陈红艳, 王建波, 刘鹏, 郭东军

机械强度. 2019, 41(5): 1260-1265. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.040

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基于有限元Ansys软件，对某单排三列五层立体车库的钢结构进行了建模与静力学和动力学分析，验证了钢结构在极端工况下的安全可靠性，并找出了结构的薄弱位置。设计了钢结构的应变监测方案并完成试验，结果与理论分析结论基本吻合。维护和设计人员也可通过应变监测数据，对立体车库钢结构进行安全评估，制定合理的维护保养方案，对结构进行优化设计，提高设备的使用寿命。

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核级主蒸汽安全阀热应力分析及疲劳校核

张强升, 陈天敏, 朱博, 沈伟, 李仲勋

机械强度. 2019, 41(5): 1266-1270. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2019.05.041

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应用有限元软件Ansys对某核级主蒸汽安全阀样机进行温度场和热固耦合应力场计算，安全阀在工作压力和热应力作用下的应力通过静强度校核。在此基础上，计算该安全阀承压部件在各循环工况下的交变应力强度，并依据RCC-M规范对该安全阀进行疲劳分析。结果表明该安全阀样机在各循环工况能满足疲劳准则要求，具有良好的工程实用价值。

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2019年, 第41卷, 第5期　
刊出日期：2019-10-20

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