机械强度

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陈丙炎, 宋冬利, 张卫华, 程尧

机械强度. 2021, 43(1): 1-8. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.001

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针对多点最优最小熵解卷积调整（Multipoint Optimal Minimum Entropy Deconvolution Adjusted，MOMEDA）方法在增强轴承故障特征时无法自动识别故障脉冲周期及解卷积信号长度减少的不足，提出一种改进的MOMEDA （Improved MOMEDA，IMOMEDA）方法。采用振动信号的平方包络的自相关谱自适应地识别故障脉冲周期，根据识别的脉冲周期对振动信号解卷积以增强周期性脉冲特征；然后利用信号波形延拓方法对解卷积信号延拓使其长度与原始信号保持一致；最后对已获得的解卷积信号再进行一定次数的解卷积以有效增强原始信号中的周期性特征。轴承故障仿真信号和铁路轴承实验信号的分析结果及与Kurtogram方法的对比结果表明：改进的MOMEDA方法能够自动识别故障脉冲周期并有效增强滚动轴承的故障特征。

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综掘巷道超前支护装置支撑态动力学特性仿真研究

谢苗, 李政, 刘治翔, 刘一柱

机械强度. 2021, 43(1): 9-16. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.002

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为提高综掘巷道的超前支护装置工作时的动力稳定性，针对其支撑态动力学特性仿真进行了研究。根据超前支护装置的结构和工作原理，利用拉格朗日方法，建立支护设备全支撑状态多自由度振动系统的动力学模型。建立模拟动力扰动下超前支护系统的仿真模型，为单组支架和整机模型施加扰动函数，基于Ansys分析软件进行了单组支架和整机不同状态时模态分析，分别得到不同状态的前6阶模态参数并进行对比分析。在模态分析基础上使用模态叠加法进行单组支架和整机的谐响应分析，研究其动力响应特性。对比整机和单组支架的谐响应分析结果，得到推移机构对提高超前支护装置适应性和工作稳定性有重要作用。

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准零刚度低频隔振技术的研究进展

刘琪, 李占龙, 王建梅, 连晋毅, 王瑶

机械强度. 2021, 43(1): 17-26. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.003

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在低频隔振研究领域，准零刚度的提出给人们提供了新的解决思路。系统总结了各式准零刚度隔振器的结构和特点；具体描述准零刚度隔振器的控制方法和工程应用实例；对比分析准零刚度隔振器国内外研究发展现状；总结和展望了准零刚度隔振器未来的发展趋势。最后阐述了准零刚度隔振器现存的问题及相应的解决方案。

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基于XGBoost的冷水机组不平衡数据故障诊断

潘进, 丁强, 江爱朋, 陈越增, 夏宇栋

机械强度. 2021, 43(1): 27-33. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.004

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冷水机组运行数据分布有不平衡、非高斯、非线性、含噪声的特点，这给基于数据的冷水机组故障诊断带来了挑战。针对这些特点，提出了一种将局部密度过采样算法（Minority Oversampling under Local Area Density，MOLAD）和极限梯度提升算法（e Xtreme Gradient Boosting，XGBoost）相结合的复合算法应用于冷水机组故障诊断中，以克服样本分布不平衡问题，引入代价敏感学习理论来提升重要故障的召回率。基于离心式冷水机组常见的七个故障监测数据进行仿真，结果表明：XGBoost相比于对照组能够更好的对冷水机组状态监测数据进行分类；MOLAD-XGBoost复合模型能够有效处理数据不平衡问题；代价敏感权重可以有效提高重要故障的召回率。

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长圆形囊式气囊隔振器横纵向刚度特性研究

李东方, 赵应龙

机械强度. 2021, 43(1): 34-43. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.005

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气囊隔振器作为一种高效的减振元件，其横向稳定性与横向刚度密切相关。为了在理论上了解和掌握长圆形囊式气囊隔振器的横、纵向刚度特性，分别根据气囊隔振器横、纵向受力特点，从气囊隔振器囊体受力和导向法兰受力两个方面对其横、纵向刚度进行了讨论，提出了一种长圆形囊式气囊隔振器横、纵向刚度理论计算式。同时试制相应气囊隔振器样机，并开展了长圆形囊式气囊横、纵向刚度特性试验，结果表明：理论与试验结果误差不超过3%，验证了所述方法的有效性，并且可以认定囊体提供的刚度占气囊横、纵向刚度的主要部分。

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考虑支承跨距的非线性转子系统动力学特性研究

李辉, 管洪杰, 邵凤翔, 刘希东

机械强度. 2021, 43(1): 44-49. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.006

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根据主轴变形几何模型求得主轴前端总位移关系式，依据前端最小位移确定主轴的最佳支承跨距，进而建立了考虑支承跨距的转子轴承系统非线性动力学模型。运用数值积分方法，给出最优跨距支承下转子系统的非线性动力学响应，采用轴心轨迹、相图及Poincaré图分析了转速对系统动力学响应的影响。结果表明：当转子轴承系统在最佳支承跨距下运行时，呈现出良好的系统稳定性。

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旋转叶片异步振动参数辨识方法及试验验证

王茜, 雷晓波

机械强度. 2021, 43(1): 50-55. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.007

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基于叶尖定时原理和单自由度振动理论，利用全相位FFT （apFFT）和最小二乘法建立了叶片异步振动参数辨识算法，通过数值仿真验证了参数辨识算法的正确性，给出了传感器布置合理性的检验参数及经验值。采用高压氮气冲击叶片使叶片产生某一单频绝对占有的振动，在风扇转子试验器上开展了1 971 r/min、2 326 r/min两个异步转速下的振动参数辨识试验。结果表明：辨识方法均能准确辨识出叶片异步振动，且获得的不同叶片的振动频率完全相同；以叶片应变信号为基准，振动频率辨识误差最大为1.12%，频率辨识准确率高，验证了异步振动参数辨识方法的正确性。

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柴油机卷簧扭振减振器力学模型和性质研究

田中旭, 陈俊豪, 蔡正祥, 汪俊, 李嘉鹏

机械强度. 2021, 43(1): 56-62. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.008

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柴油机卷簧扭振减振器因具有较高的可靠性和优良的性能，常应用于大功率船用柴油机进行扭振减振作用。但因卷簧组属于叠曲梁大变形和非线性问题，其变形状态的描述、接触区域变化、周围空间对变形限制等，使得力学模型的研究变得非常复杂，至今还没有一个高效准确的减振器刚度参数计算方法。为此，研究卷簧减振器刚度计算模型，以叠曲梁弯曲模型为基础，充分考虑了簧片间接触和限位销对簧片的支撑和限位作用等复杂因素，建立了完整的减振器刚度力学模型和相关算法，开发了计算程序，并通过有限元分析的方法验证了模型的正确性。在此基础上，研究了减振器主要设计参数对力学性质的影响规律，为减振器的设计提供了依据。

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复合材料胶铆混合修理的拉伸性能研究

刘礼平, 王宇灿, 原志翔, 徐建新, 鲍蕊, 吴枫

机械强度. 2021, 43(1): 63-70. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.009

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为研究不同修理方法以及不同损伤尺寸对复合材料层合板拉伸性能的影响，针对复合材料飞机蒙皮，设计了无损板、60 mm与30 mm损伤孔径的胶接修理板和胶铆混合修理板五组试验件，并对这五组结构件进行静强度拉伸试验及失效机理分析。建立试验件的三维有限元仿真模型，分析无损板和四组修理件的破坏强度、破坏模式、应力分布、应力大小和危险部位。结果证明，胶铆混合修理可以改变复合材料修理结构件的应力分布，并有效降低危险部位的应力集中，改善结构的强度恢复率。

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风机偏心对空冷梁式桥架振动实验研究

郭铁能, 孟令军, 白春生, 华旭

机械强度. 2021, 43(1): 71-76. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.010

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空冷风机桥架振动的问题一直困扰着北方火电厂。振动幅值过大引起风机、电机与减速机等设备损坏，影响电厂运行的稳定性与经济效益。以山西孝义某电厂空冷风机桥架速度超标为对象，并使用数据采集仪器和加速度传感器对空冷风机桥架进行了振动测试。通过分析振动信号，并根据产生的频率特征来探索引起风机桥架振动的主要影响因素。测试结果发现，桥架振动过大是由于风机偏心质量引起的干扰力导致的。风机在工作运行过程中，桥架中部传感器位置处的相位正负交替，偏心质量使风机轴产生了摇摆，与桥架预期的水平振动并不一致。为了再次验证上述分析的合理性，对桥架进行有限元仿真分析，其分析结果与上述结论吻合。通过风机桥架的强迫振动实验和锤击实验发现，偏心质量引起桥架振动的最大频率值距离风机桥架的自振频率较远，不会引起风机桥架发生共振现象，所以，偏心质量引起的桥架振动仅与风机桥架的静刚度有关。测试结果将为梁式桥架设计和避免风机偏心引起的桥架振动提供依据。

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TC4钛合金板抗高强杆弹正撞击侵彻特性实验研究

杨永刚, 冯岩, 魏刚, 邓云飞

机械强度. 2021, 43(1): 77-82. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.011

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为了研究高速撞击下TC4钛合金平板的损伤行为及弹头形状对其抗侵彻性能的影响，利用轻气炮加速装置，对10 mm厚钛合金平板进行了杆弹正撞击侵彻实验，得到了两种弹体撞击下靶板的弹道极限和损伤形貌，并结合微观观察对靶板的损伤特性和机理进行了分析。结果表明10 mm厚度TC4靶板，平头弹和卵形弹撞击后的破坏形式有明显的不同，且对卵形弹的抗弹性明显优于对平头弹。卵形弹撞击后靶板损伤为正面开孔，背面剥落，破坏模式为花瓣型破坏。平头弹撞击后靶板为剪切冲塞型破坏，且弹孔边缘整齐，内壁光滑。此外使用扫描电子显微镜观察到了平头弹侵彻靶板时产生的绝热剪切带，绝热剪切带的产生意味着靶板防护能力大大降低。

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三明治型中心裂纹试样性能失配对材料拘束作用范围的影响研究

戴悦, 杨杰, 陈浩峰

机械强度. 2021, 43(1): 83-89. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.012

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选择具有三明治型、含中心裂纹的不同性能失配的实验室常用三点弯曲（SENB）试样、紧凑拉伸（CT）试样、单边裂纹拉伸（SENT）试样和中心裂纹拉伸（CCT）试样为研究对象，采用嵌含有GTN损伤模型的有限元法，进一步针对性能失配对材料拘束约束范围的影响进行研究。研究结果表明：材料拘束的作用范围同样受性能失配的影响。随着性能失配的增加，材料拘束的作用范围增大。此外，在性能失配结构中存在“短板效应”，该效应在性能失配高的结构中更加明显。未来可尝试构建材料拘束作用范围与几何拘束、材料拘束相关参数间的关联，研究结果可为性能失配结构的设计与完整性评定提供科学支持。

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X射线衍射法残余应力检测的误差影响因素分析

王贺权, 张艳聪, 刘元元

机械强度. 2021, 43(1): 90-94. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.013

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对DST-17型应力仪进行材料残余应力测量分析，通过对标准试样的测量比较，分析了ψ角个数，准直管直径及探测器种类对X射线衍射法应力检测测量误差的影响。实验结果表明：ψ角个数对测量误差波动的影响较小，随ψ角个数的增加测量误差有小幅度减小最后趋于稳定；准直管直径对测量误差有较明显的影响，1 mm直径准直管测量误差以及误差波动较大，2 mm直径准直管的测量误差和3 mm直径准直管的测量误差基本相同。SDD探测器的测量误差比线性阵列探测器的测量误差小一些，探测器的类型对误差的波动没有显著影响。

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面向地铁车辆的多胞元铝型材结构压缩吸能特性研究

赵红军, 庄润雨, 杨国栋, 杨世杰

机械强度. 2021, 43(1): 95-100. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.014

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提出了一种适用于地铁车辆的新型多胞元铝型材吸能结构。此种结构具有形式简单、成本低廉的特点。通过试验测试与数值模拟相结合的方法对该结构的吸能特性展开研究。研究结果表明多胞元铝型材结构的吸能能力稳定，压溃力对冲击速度的变化不敏感。多胞元铝型材结构的压溃力与材料屈服强度、型材壁厚大致呈线性关系。

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氮硅涂层陶瓷刀具切削铸铁磨损机理研究

阮铭业, 张建, 彭晓君, 朱先勇

机械强度. 2021, 43(1): 101-106. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.015

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为研究氮硅涂层陶瓷刀具切削性能及磨损机理，采用物理气相沉积（PVD）工艺分别在氮化硅刀具表面沉积TiAlN和CrAlN涂层，利用切削灰铸铁HT200实验对刀具寿命和磨损机理进行了系统研究，探讨不同切削深度、进给率、切削速度下刀具的磨损情况。着重关注陶瓷涂层车削铸铁的最佳切削速度，分析了不同切削速度下刀具的切削性能。结果表明：TiAlN和CrAlN涂层刀具能有效提高刀具硬度，三种刀具切削灰铸铁的磨损机理无明显区别，磨损机制主要是磨粒磨损；随着切削速度的增大（V_c=250 m/min~450 m/min），氮化硅涂层陶瓷刀具的切削寿命均迅速减少，能够为氮化硅涂层陶瓷刀具的研发提供理论指导。

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基于多尺度晶体塑性有限元的GCr15轴承钢拉-压不对称性研究

樊冬, 余丰, 李淑欣

机械强度. 2021, 43(1): 107-113. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.016

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将应力三轴度引入晶体塑性本构模型，从宏、细观尺度阐明了造成GCr15轴承钢拉-压不对称性的原因。首先，拓展晶体塑性本构模型，在滑移系中引入应力三轴度对屈服准则和流变准则的影响。其次，采用了基于代表性体元（RVE）的多尺度晶体塑性有限元仿真模拟，对GCr15轴承钢的准静态单向拉伸和压缩试验进行了数值实现。研究结果表明，由于多晶体晶粒间的晶向差异，在晶界处会产生应力集中现象，且在应力三轴度的影响下，该应力集中现象出现了显著的拉-压不对称性。故得出在以位错滑移为主的金属塑性变形中，应力三轴度对细观晶体织构的影响是造成拉-压不对称性的重要因素。

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基于响应面法的丢手释放接头优化设计

万锋, 管锋, 王琼

机械强度. 2021, 43(1): 114-121. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.017

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为优化丢手释放接头的结构强度和重量，提出以应力和质量为目标函数的多目标优化设计方法。将响应面设计方法与有限元数值分析结合，建立了应力和质量关于结构参数的响应面模型，分析了参数间的交互效应。基于响应面模型，通过多目标优化分析获得了释放接头的最佳结构参数配置。优化后的结构应力下降19.5%，而质量增长较小。数值及实验验证表明，优化后的结构安全可靠。所提优化设计方法结合了响应面原理、有限元数值分析和实验测试，可为类似机械或工程结构的设计提供参考。

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辊压机辊轴快速拆卸复合结构应力分析及应用研究

张胜泉, 边汉民, 宋亚杰, 孙学娟

机械强度. 2021, 43(1): 122-128. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.018

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辊压机的工程应用中，为实现辊套、轴承的快速拆卸，避免减速机锁紧盘反复拆装，设计完成了一种辊轴快速拆卸结构。该结构主要利用了螺栓横键复合结构承受扭矩及弯矩，在传统的手工核算中，螺栓的拧紧力矩不同情况下，无法有效估计螺栓及键各自承受载荷的比例。故采用有限元分析软件对快速拆卸复合结构进行了建模，有效分析了不同结构变化、不同螺栓预紧力状态下的各零部件的应力数值。螺栓预紧力数值变化对复合结构应力的影响最大，结构变化对复合结构应力有一定影响，键和螺栓的材质对复合结构承载能力影响大。根据分析结论，对于RP140-65型号辊压机确定了复合结构设计的最优参数，螺栓预紧力设置为200 kN~250 kN较佳，选择非贯穿型键槽结构使键的应力更小，键材质选择应比45钢性能更好，螺栓性能等级应选择12.9级。根据以上参数进行设计加工制造及工程化应用，该型号已投产5年以上，使用效果良好，该种设计方法可以在其他规格辊压机设计中加以推广应用。

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基于改进Kriging模型的主动学习可靠性分析方法

陈哲, 杨旭锋, 程鑫

机械强度. 2021, 43(1): 129-136. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.019

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主动学习Kriging （ALK）模型能够只在极限状态平面附近的狭小区域近似功能函数，因此能够极大提高可靠性分析的效率。但是已有方法多数基于DACE工具箱建立Kriging模型，难以获得Kriging模型的最优相关参数，进而难以获得最优的训练点。引入差分进化算法，对Kriging模型的相关参数进行全局搜索，提高每次迭代Kriging模型的预测精度，保证每次学习都能获得最优的训练点，从而明显提高了基于ALK模型的可靠性分析方法的效率。

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基于面心组合的排气歧管响应曲面优化设计

刘伟, 张勇, 程天才, 王海燕

机械强度. 2021, 43(1): 137-144. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.020

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为解决发动机排气歧管结构优化通常采用单因素控制变量法或正交试验法带来的参数交互作用不显著等局限问题，采用中心复合试验设计（Central Composite Design）方法中的面心组合法构建响应曲面优化。以某重型载货汽车的发动机排气歧管为研究对象，实现了排气歧管38组结构参数的快速匹配，建立了多项式数学模型，得出了响应目标回归方程，拟合出了排气歧管最佳的结构参数及对应的流动均匀指数，并运用数值模拟方法对响应曲面优化的结果进行了验证。结果表明：当四支管组合排气时，基于面心组合试验设计下的排气歧管经过响应曲面方法优化出最优结构的流体流动均匀指数由原来的0.76提升到0.82，比初始结构升高了6个百分点。

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基于加速度频响函数的改进响应面模型修正

杨成浩, 彭珍瑞, 董海棠

机械强度. 2021, 43(1): 145-151. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.021

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为提高模型修正精度，将加速度频响函数引入到改进的响应面模型修正当中。首先分别采用模态参与度准则和有效独立法确定试验最佳激励点和测量点，然后根据待修正参数选取样本点，计算其对应的加速度频响函数，构造初始响应面模型；其次利用三倍方差准则，对预测值进行检验，剔除远离响应面的离群点；再优化初始响应面模型得到最优解作为新的样本点，利用比值型加权方法进行加权，构造加权响应面模型；之后使用改进的响应面模型代替有限元模型，再以频率响应差最小构造目标函数，利用布谷鸟算法求解参数修正值。使用典型的桁架结构模型进行验证，结果表明，改进后的响应面模型计算精度和计算效率都有所提高。

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基于响应面法的剪力板阻尼器设计优化

马俊峰, 唐立平, 迟圣威, 张韬, 钱王欢

机械强度. 2021, 43(1): 152-158. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.022

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为了提高剪切面板阻尼器（Shear Panel Dampers，SPD）在大塑性应变范围内的稳定性和变形能力。利用响应面法对SPD进行优化，采用有限元法对不同宽度和厚度的SPD进行分析，并选取应变集中系数作为优化目标，当迭代计算收敛时，得到了SPD的最佳参数，并通过试验验证。试验结果表明，基于响应面法的优化后的阻尼器能够同时表现出良好的稳定性和变形性，为大塑性变形范围内的结构优化设计提供有效方法。

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基于灰色预测理论的加速试验数据可靠性评估模型

蒋玉婷, 程世娟, 殷泽凯

机械强度. 2021, 43(1): 159-162. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.023

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对失效数据量小、加速模型难以确定的情况，传统模型很难对试验结果做出较为准确的评估。基于灰色预测理论对服从Weibull分布的恒加寿命试验数据进行了分析，采用与应力有关的权重生成背景值补充缺失数据，建立等间距灰色预测模型，从而对加速寿命预测模型参数进行了修正。算例分析表明：灰色预测理论对加速试验数据评估模型得到的结果相对误差较小，有较高的预测精度。

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科隆蛋扣件钢轨波磨演化对车轨系统的影响

雷震宇, 徐瑶, 王志强, 赵阳, 李莉

机械强度. 2021, 43(1): 163-167. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.024

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通过多体动力学软件UM，建立了基于柔性轨道的车辆-轨道耦合动力学模型，并基于摩擦功理论的波磨叠加模型，研究减振型科隆蛋扣件轨道的钢轨波磨演化的频率特性及其对车轨系统垂向振动的影响。结果表明：不同速度下波磨的特征频率保持一致，体现了波磨的固定频率特性。在波磨演化过程中，随着速度的增加，在中高频段，车体垂向振动的差异影响逐渐变小，而转向架则相反。速度对轨道结构的振级变化影响不大，钢轨垂向振级最大值出现在160 Hz处，而道床板最大值则出现在16 Hz~31.5 Hz的低频段内。

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9P-150型膨化机膨化螺杆载荷及磨损仿真研究

谢苗, 贾凯, 王书举, 刘治翔, 毛君

机械强度. 2021, 43(1): 168-174. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.025

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针对9P-150型单螺杆秸秆膨化机膨化螺杆因磨损严重而导致的寿命较短问题，研究螺杆在磨料属性确定条件下的受力分析及磨损机理，通过分析秸秆磨料与螺杆摩擦与磨损的行为机理，建立螺杆磨损的数学模型。利用Edem软件对螺杆受力及磨损情况进行模拟，模拟结果与实际情况一致。所得结论将为研究螺杆受力及磨损状况的优化打下理论基础。

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基于轴交角误差的齿轮修形快速算法

汪中厚, 王伟功, 刘欣荣, 钱晓琦, 何中原

机械强度. 2021, 43(1): 175-182. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.026

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给出将齿轮轴交角误差等效为齿向斜度的计算方法，建立存在轴交角误差的齿轮具有假定齿向鼓形修形量的载荷分布模型。基于齿轮承载接触分析（LTCA）、赫兹理论与能量方法给出了存在轴交角误差的齿轮齿向鼓形量的计算方法。建立存在轴交角误差的齿轮修形有限元模型，分析比较齿轮齿向修形前后的齿面载荷分布情况与齿轮的传递误差变化情况。通过实验对比分析了修形前后齿轮接触斑点分布与齿轮箱振动情况。结果表明，按照假定鼓形量载荷分布模型计算出的齿向鼓形修形量能有效改善齿轮的载荷分布不均与应力集中现象，同时齿轮传动平稳性也有所提升。

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风电机组回转支承滚子修形曲线设计方法研究

章滔, 阳雪兵, 何录忠, 卜忠颉, 聂威, 李敏

机械强度. 2021, 43(1): 183-190. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.027

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以风力发电机组三列圆柱回转支承的滚子修形为研究对象，基于非线性的弹性接触方程，对建立的轴向、径向滚子-滚道接触模型进行了求解。举例分析了模型中载荷、倾斜角度和滚子修形曲线对滚子应力分布的影响与参数确定，基于轴向、径向滚子受载特点提出分别采用对数修形和相切圆弧两种方法进行修形，可对后续风电回转支承滚子修形设计提供参考。

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800 kV交流隔离开关的机构运动分析及平衡弹簧优化设计

孙玉洲, 李付永, 郭海涛, 王巧红, 夏立国, 师丽芳, 刘本学, 柴影辉

机械强度. 2021, 43(1): 191-197. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.028

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800 kV交流隔离开关是超高压变电站关键装备之一，其平衡弹簧是减轻所需外载荷、提高装备可靠性的重要组件。围绕800 kV高压隔离开关展开研究，首先基于运动简图进行主闸刀的机构运动分析，获得隔离开关结构势能的理论方程。然后通过虚拟样机技术，利用Adams平台建立隔离开关的动力学仿真模型，得到开、合闸动作时初始设计条件下平衡弹簧的弹性势能与运动机构重力势能差值的仿真结果。为进一步缩小弹簧势能和机构势能的差值，对平衡弹簧进行优化设计，仿真分析结果表明，优化后的平衡弹簧势能与机构势能差值的最大变化量比初始方案减少了约28%，即隔离开关工作时所需外载荷大大减小。

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内啮合齿轮泵隔离装置的平衡

郭善新, 余广炽, 关翔锋

机械强度. 2021, 43(1): 198-203. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.029

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为实现内啮合齿轮泵在较高压力下拥有较高的容积效率，提出了一种带有径向补偿功能的新型高压内啮合齿轮泵隔离装置，装置采用内部扩大高压腔的技术方法。为了使隔离装置获得更好的平衡，根据过渡区的压力分布规律，推导出装置中月牙块在过渡区的液压力、补偿力和支反力的计算公式，建立了平衡约束条件，以扩大过渡区直至仅有二个轮齿齿槽为算例，利用Fmincon工具优化箱求得最佳补偿腔对应中心夹角，利用Matlab建模仿真得到平衡状态下装置中月牙块的受力变化曲线。对理论排量为50.8 ml/r的齿轮泵，在输入压力为0.3 MPa，输出压力为21.8 MPa，温度为50℃±4℃条件下进行跑合试验，结果表明，其容积效率可达94.3%，无明显异常磨损。

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热采井口装置螺栓的蠕变及应力松弛规律研究

王亭沂, 曹旭祥, 李风, 孙爽

机械强度. 2021, 43(1): 204-210. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.030

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针对热采井口装置用螺栓在现场工况下的应力松弛现象展开实验研究，分别进行了常、高温拉伸试验，蠕变实验和应力松弛试验。通过对比研究发现螺栓材料在高温下强度降低，塑性增加；在初始应力下蠕变变形明显，从原理上解释了螺栓松弛出现应力松弛的原因；通过应力松弛试验可以发现螺栓在现场工况下会产生明显的应力松弛，根据应力松弛实验数据拟合出现场工况下的应力松弛回归方程；利用有限元软件计算KR21-370型热采井口装置各法兰达到密封所需的最小螺栓预紧载荷，结合应力松弛回归方程计算出法兰由于螺栓的应力松弛而出现密封失效所需的时间，并针对易出现失效的螺栓提出解决措施。

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弯曲载荷作用下薄壁箱梁复杂裂纹的应力强度因子

李龙, 邓友生, 孟丽青, 彭程谱, 刘俊聪

机械强度. 2021, 43(1): 211-216. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.031

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薄壁箱梁具有壳体和梁的特性，广泛应用于实际工程中。弯曲载荷作用下的薄壁箱梁具有一些复杂的裂纹，如十字型裂纹和周期T型裂纹，其实际上是典型的三维裂纹问题，具有多个不同的奇异应力场和应力强度因子。基于J₂积分和材料力学中的弯曲理论，提出了一种简单且实用的确定不同应力场对应应力强度因子的方法。同时也给出了有限元数值解与本文解的比较，两者吻合较好。

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地铁转向架排障器的结构改进及疲劳性能评估

许喆, 智鹏鹏, 刘东亮

机械强度. 2021, 43(1): 217-224. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.032

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针对某线路地铁列车在服役过程出现的转向架排障器断裂和边缘裂纹萌生现象，分析其故障原因，提出一种有限元分析与动应力试验相结合的疲劳性能评估方法，以验证改进排障器结构设计的合理性。首先，对出现断裂或边缘裂纹的排障器结构从设计及结构、制造和原材料方面进行综合分析，提出相应的结构改进方案。其次，依据EN13749标准对新型排障器结构进行静强度和疲劳强度分析，明确其危险部位。再次，综合考虑仿真分析结果及操作空间确定应变片布置方案，对其进行线路试验测试。最后，采用Miner线性累计损伤法则和IIW推荐的S-N曲线评估排障器的疲劳性能。结果表明：基于有限元分析和动应力试验的新型排障器疲劳性能均满足要求，二者相互佐证进一步验证新型结构设计的合理性，同时仿真分析结果为合理布置测点提供了理论参考。

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试验场载荷特征分析与标准化方法研究

施闯闯, 赵礼辉, 顾振飞, 叶沛, 翁硕, 郑松林

机械强度. 2021, 43(1): 225-232. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.033

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针对车辆载荷的采集必须在样车试制完成后才能进行，产品开发阶段往往缺乏必要载荷数据的问题，开展了试验场耐久规范下的载荷谱标准化研究。首先，对国内某试验场不同车型道路实测载荷谱的特征分析，明确了不同车型载荷雨流循环频次分布的一致性。其次，综合载荷频次分布和损伤区间分布的差异性，对比了传统概率分布模型和极值分布模型在雨流循环建模的有效性，通过载荷频次及损伤分布，验证了超越阈值分布模型在载荷建模方面的合理性。最后，对不同车型载荷的归一化，建立了对象试验场的标准化载荷模型，并通过对比标准化载荷重构谱与试验场实际道路谱的雨流循环、相对损伤以及关键零部件台架试验寿命，验证了该标准化载荷模型的有效性和合理性。该标准化载荷谱及载荷谱标准化方法可为新车型在早期开发阶段提供准确有效的载荷数据，从而保证产品可靠性与耐久性水平。

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仿生虎鲸瞬时负载数值模拟

李明昊, 乔捷, 王宝新, 范佳艺, 高存强

机械强度. 2021, 43(1): 233-238. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.034

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仿生虎鲸作为仿生机器鱼的一类，在海洋开发和科学考察研究中具有重要的作用。基于扑翼运动原理，以鱼类推进方式设计的仿生虎鲸，其受载具有非线性、时变性和强耦合性，通过对仿生虎鲸在水中直行和转弯运动工况的分析，建立仿生虎鲸的受力模型；基于Matlab进行了仿生虎鲸的瞬时负载数值模拟，生成了仿生虎鲸瞬时负载数值模拟的文本文件，并利用Adams样条曲线函数成功实现了将瞬时负载导入仿生虎鲸的虚拟样机刚柔耦合模型中，为定性定量的分析仿生虎鲸虚拟样机刚柔耦合可靠性提供了方法与条件。结果表明，Matlab能准确的模拟仿生虎鲸瞬时负载的周期性变化，为仿生虎鲸的可靠性研究提供了明确的量化数据。

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新型机加工弹簧静压状态下的应力集中研究

王立超, 周燕飞

机械强度. 2021, 43(1): 239-243. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.035

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新型机加工弹簧静态拉压时螺旋槽端部应力集中现象十分严重，对弹簧的强度和疲劳寿命有很大的影响。通过Ansys软件分析弹簧基本参数对应力集中的影响，确定机加工弹簧存在应力集中的理论判据；探究切向应力释放孔对压缩变形量和应力集中系数的影响；基于强度理论和曲梁弯曲理论推导了无应力集中下的最大等效应力计算公式。研究表明：中径在15 mm~35 mm之间的机加工弹簧，当螺旋槽宽度与螺距之比小于0.5时存在应力集中现象；螺旋槽端部开切向应力释放孔，控制其孔径接近对应矩形截面高度时可将应力集中基本消除；所推导公式计算的内圈等效应力值与仿真值误差不超过3%，为该弹簧后续的工程设计及应用提供了重要参考。

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纯电动物流车动力系统设计与优化

王永鼎, 李恒

机械强度. 2021, 43(1): 244-249. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.036

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为了对电动物流车动力系统参数进行合理匹配，根据电动物流车的技术要求，对电动物流车的相关参数进行初步设计计算，并在模拟工况的基础上通过AVL-Cruise搭建整车仿真模型进行模拟仿真。基于纯电动物流车动力系统参数匹配的复杂性，需要对各项参数进行综合考虑，提出了一种多目标遗传算法的优化方式。该方式将车辆的动力性及经济性同时作为优化目标，将最高车速，加速时间等作为约束，建立传动系统优化模型并对其求其最优解。通过对优化后的参数进行仿真分析，表明该多目标遗传算法用于电动物流车动力系统优化的可行性及合理性，为电动物流车动力系统参数优化提供了一种新的途径。

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转向节特性对盘式制动器尖叫影响的研究

金鑫君, 方晓汾, 邓小雷

机械强度. 2021, 43(1): 250-254. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.01.037

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考虑到目前关于盘式制动器尖叫噪声的仿真研究通常忽略了转向节的影响，建立包含转向节部件的盘式制动器有限元模型，利用复特征值分析法对该制动器的振动尖叫特性进行预测分析，重点探讨了转向节的特性对制动尖叫行为的影响。结果表明增大摩擦因数会增强制动系统产生尖叫的倾向和强度，转向节对制动系统不同部件之间的耦合具有重要影响，其模态将会诱导制动尖叫噪声的产生。当模型忽略转向节时，尖叫预测结果可能出现“过预测”和“欠预测”的现象。转向节刚度增大会诱导更多频率的不稳定振动产生，同时增大系统的振动尖叫强度。由于转向节和盘毂之间并没有存在明显的摩擦运动，因此转向节-盘毂连接处的摩擦因数并不会对系统的制动尖叫行为产生重要的影响。以上研究结果为认识制动尖叫的产生机理及提出合理改善尖叫措施提供依据。

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2021年, 第43卷, 第1期　
刊出日期：2021-02-15

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