机械强度

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王博, 李春, 丁勤卫, 张万福, 张立, 李蜀军, 刘青松

机械强度. 2021, 43(6): 1271-1279. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.001

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将调谐质量阻尼器（TMD）配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性，但加剧了塔基疲劳载荷。为此，在平台内部配置TMD进行减振控制，以ITI Barge平台为研究对象，建立漂浮式风力机动力学模型，研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律，采用多岛遗传算法求得最优TMD参数，对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响。结果表明：塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著，当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时，塔顶前后和侧向位移明显减小；平台TMD质量和阻尼不变时，塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小。风波载荷作用下，TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显，但各部位控制效果不同，塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著。此外，较之机舱TMD控制，平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好。

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基于双目标优化遗传算法和支持向量机的旋转机械退化状态识别

裴模超, 张建军, 李洪儒, 于贺

机械强度. 2021, 43(6): 1280-1288. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.002

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退化特征提取是机械健康状态监测的重要组成部分，伴随旋转机械长时间连续运转，退化特征出现性能波动甚至下降，给退化特征提取和选择造成了困难。首先利用一个特征映射算法库对振动信号提取特征，并基于Kolmogorov-Smirnov （KS）检验和Benjamini-Yekutieli过程对原始特征集进行过滤，然后利用双目标优化遗传算法（Bi-objective Optimization Genetic Algorithm，BOGA）结合支持向量机分类器（Support Vector Classifier，SVC），在有监督的环境下搜索出最佳特征子集，其中BOGA设置了SVC分类精确度和特征子集维数两个目标函数，前者进行最大化，后者进行最小化。通过在液压泵退化状态数据集上进行实验和在凯斯西楚大学轴承数据集与FRESH_PCAa、ReliefF、JMIM三种方法进行对比，验证了该方法在退化状态识别上的较好性能。

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改进灰狼算法优化支持向量机在风力机齿轮箱故障诊断中的应用

胡璇, 李春, 叶柯华, 张万福

机械强度. 2021, 43(6): 1289-1296. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.003

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针对灰狼算法易陷入局部最优和后期寻优能力不足等缺点，提出改进非线性控制因子以提高算法收敛精度及稳定性。采用美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory，NREL）“Gearbox Reliability Collaborative”项目测试采集的风力机齿轮箱振动信号为分析对象，经集合经验模态分解后，计算各本征模态函数分量的模糊熵并构建高维特征向量，后利用等距映射进行降维。利用改进灰狼算法优化支持向量机，对降维后齿轮箱故障特征集进行诊断。结果表明：改进灰狼优化算法相较于灰狼算法、粒子群算法和遗传算法可有效避免陷入局部最优并提高支持向量机诊断精度及稳定度，在不同测试样本下其准确率均最高，平均准确率达93.17%。

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基于多项式混沌展开和KL散度的随机有限元模型修正

许泽伟, 彭珍瑞, 张亚峰, 白钰

机械强度. 2021, 43(6): 1297-1302. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.004

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考虑结构参数不确定性对响应的影响以及当前随机模型修正计算量大的问题，提出一种基于多项式混沌展开和KL散度的随机有限元模型修正方法。首先构建Kriging模型代替有限元模型分析，然后基于概率配点法和回归分析构建多项式混沌展开模型，建立起不确定性结构参数与响应之间的函数关系，快速估算响应的均值和标准差。最后以最小化KL散度为目标，同时对结构参数的均值和标准差进行修正。以三维桁架为例，对弹性模量和密度的均值和标准差进行修正，以此验证所提方法的可行性。结果表明：所提方法具有较高的修正精度和效率。

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基于IHPS/ISPS滤波和Hilbert变换解调的齿轮断齿故障诊断

陶九志, 黄润华, 马卫平

机械强度. 2021, 43(6): 1303-1308. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.005

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齿轮一旦发生断齿故障，就会产生周期性冲击，从而使啮合振动信号产生调制现象。有效提取调制信息，对于齿轮断齿故障的诊断至关重要。针对断齿故障特征信号被噪声淹没、滤波参数通常需要人为设定、断齿故障检出率低的问题，提出了一种改进的边带乘积谱算法（ISPS），以及基于IHPS/ISPS的自适应滤波与Hilbert变换解调相结合的齿轮断齿故障诊断方法。试验证明，该方法能有效分离被噪声淹没的故障特征信号，对于齿轮断齿故障的诊断，具有较大的应用价值。

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混杂复合材料蜂窝夹层结构冲击特性研究

张超锋, 都伟忠, 王伟利

机械强度. 2021, 43(6): 1309-1315. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.006

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采用试验与有限元分析相结合的方法研究了复合材料蜂窝夹层结构的抗冲击性能。基于Vumat子程序建立其三维渐进失效准则，通过试验来验证仿真模型的准确性。利用精确仿真模型来进一步对不同参数下蜂窝夹层结构的抗冲击特性进行研究。结果表明：冲击能低于一定值时，冲击峰值力随冲击能的增加而增加，当冲击能超过该值时，冲击峰值力将会稳定不变；冲头直径越小，冲击峰值力越小，蜂窝夹层结构吸收能越大；蒙皮厚度的增加可使蜂窝夹层结构抗冲击性能增强，但蒙皮厚度对吸能特性影响较小。

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2024-T351铝合金喷丸残余应力松弛模型研究

高攀, 陈平, 尹爱军, 陈成

机械强度. 2021, 43(6): 1316-1320. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.007

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喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高构件的疲劳性能，但残余压应力会随着循环周期而发生松弛，进而降低残余压应力对疲劳性能的增益效果，因此深入研究残余应力松弛规律，有助于更加准确的掌握其对疲劳性能的影响。为了系统性地研究残余应力松弛规律，以2024-T351铝合金标准试件为研究对象，综合考虑应力幅、载荷条件和喷丸引起冷作硬化程度的改变对残余应力的影响，根据理论构建残余应力松弛模型。通过拉伸疲劳试验，基于全寿命试验数据和阶段性试验数据对松弛模型进行验证，证明了模型的有效性。

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基于传递函数的航空发动机柔性转子动平衡研究

张莹, 王鲲鹏, 马梁

机械强度. 2021, 43(6): 1321-1327. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.008

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将影响系数法和传递函数法应用于航空发动机柔性转子动平衡。以航空发动机柔性转子实验台为研究对象进行实验研究，在不开机情况下通过锤击法获得柔性转子的静态传递函数。选取典型高速柔性转子CFM56-7B发动机低压转子作为研究对象进行数值仿真，通过Ansys谐波响应分析获得转子系统的传递函数。经实验和仿真验证，传递函数法较影响系数法有良好的平衡效果，有效地降低了不平衡转子的振动，避免了影响系数法多次开机的缺点，在航空发动机维护工作中具有良好的应用前景。

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工艺参数对冷搓成形花键晶粒影响的跨尺度分析研究

王勇, 袁海林, 朱世凡, 张祖芳, 金平, 周庆成

机械强度. 2021, 43(6): 1328-1334. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.009

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多场跨尺度分析研究有助于提高成形质量，分析花键成形过程中材料内部微观组织演变规律，对工艺优化、质量预测与控制具有非常重要的指导意义。建立了冷搓成形加工的热力耦合模型并进行了仿真模拟，分析了模拟结果的宏观尺寸及成形过程中工件微观组织演变规律，并通过改变进给速度和摩擦因数，分析工件成形过程中晶粒尺寸在不同工艺参数下的变化趋势，得到进给速度和摩擦因数对晶粒尺寸的影响，为进一步研究材料内部微观组织演变规律，花键形性一体化制造提供理论依据。

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基于灰色评估理论的某旋转机械的可靠性分配

钱毅, 江超, 李楠, 李欣业

机械强度. 2021, 43(6): 1335-1340. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.010

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为解决在产品研发初期可靠性分配数据信息缺乏，以及影响因素的不确定性和主观评估的局限性等问题，提出了一种结合专家知识经验和能够有效处理不确定信息的灰色评估理论的可靠性分配方法。其核心是采用灰色关联分析方法修正专家对影响因素组合权重的评分结果，得到影响因素的综合权重值后将整体的可靠性指标线性地分配到各部件。以复杂程度、技术难度、重要程度和环境条件作为影响因素，基于四级灰色评估法处理专家评分结果对某旋转机械产品的各部件的可靠性进行了分配，所得结果与旧机型的故障统计数据吻合良好，表明该方法具有较好的有效性和适用性。

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基于数据驱动方法的性能退化数据可靠性评估建模

李犟, 吴和成

机械强度. 2021, 43(6): 1341-1347. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.011

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采用退化量分布法对性能退化数据建立可靠性评估模型需要多个严格的假设前提，在实际应用中难以满足。为了克服退化量分布法的不足，提出一种数据驱动的退化数据可靠性评估模型。首先构建非参数自适应核密度估计得到各时刻产品退化量的概率密度函数，进而计算产品各时刻可靠度，最后通过三参数威布尔分布对各时刻可靠度进行拟合获得产品性能的可靠度曲线。基于实例数据，通过K-S检验证明了该模型相对参数方法具有稳定性和优良性，且不易冒进，便于工程实际应用。

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基于T-S模糊故障树的工业机器人可靠性分析

白斌, 张俊一, 周策, 张传晖

机械强度. 2021, 43(6): 1348-1358. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.012

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传统故障树将故障概率视为精确值，并且只考虑了“正常”和“故障”两种状态。然而工业机器人系统作为复杂机电系统，在进行可靠性分析时存在大量的认知不确定性，利用传统故障树对系统进行分析存在一定的困难。工业机器人中的机械结构由于磨损等原因会逐渐退化，仅用“正常”和“故障”来描述系统的状态具有很大的局限性。针对传统故障树中存在的不足，采用T-S模糊故障树对工业机器人系统进行了可靠性分析，考虑到零部件的维修成本因素，基于T-S模型提出了T-S模糊成本重要度并从维修经济性角度对工业机器人系统进行了薄弱环节分析。结果表明，T-S模糊故障树能够用多种状态描述工业机器人系统的运行情况，且所提T-S模糊成本重要度的分析结果与工业机器人领域的常识性结论基本一致，为工业机器人的可靠性增长提供了理论依据。

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基于改进BP神经网络的结构可靠度计算方法

李永华, 陈鹏, 田宗睿, 陈志豪

机械强度. 2021, 43(6): 1359-1365. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.013

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针对传统BP神经网络代理模型拟合精度不足和计算效率较低的问题，采用思维进化算法（MEA）优化BP神经网络，提出一种基于改进BP神经网络代理模型的可靠度计算方法。首先采用MEA对BP神经网络的权值和阈值进行优化，获取最优的初始值，然后利用贝叶斯正则化（BR）算法对优化过后的网络进行训练，建立MEA-BR-BP神经网络代理模型，并采用测试函数验证改进代理模型的有效性，最后结合Monte Carlo法计算转向架构架的可靠度。研究结果表明：所提方法在提高拟合精度的同时兼顾了计算效率，验证了所提方法的优越性和可行性。

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基于Kriging模型多目标遗传算法的高功率动力电池包冷却性能研究

童高鹏, 王之丰

机械强度. 2021, 43(6): 1366-1372. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.014

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电芯温度对动力电池包性能的影响极大，为了降低某液冷型动力电池包在高倍率放电工况下的最高温度以及提升电池包的能量密度，对电池包模组进行冷却结构参数优化。首先建立了单体电芯放电发热模型和电池模组计算模型，并对电芯放电发热模型进行试验标定。接着以电芯间距和冷却液进口温度为优化变量，电池模组最高温度和体积为优化目标，最大温差、电芯间距和冷却液进口温度为约束条件，利用拉丁超立方法对优化变量进行参数化组合样本的建立，结合Kriging代理模型和多目标遗传算法对电池模组进行寻优求解，优化结果显示：相比于原始的最高温度下降了9.7%，最大温差下降了12.5%，电芯间距体积减小了7.1%。最后依照优化结果进行样件的试制并完成台架试验，优化结果与试验测试值具有良好的一致性，验证了优化方法的有效性，为提升电池包的散热性能和能量密度提供理论参考。

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静力-随机振动复合工况下带钢丝网套补偿器的强度分析

杨燕, 贺启林, 司会柳, 朱海洋, 王琦, 任明法

机械强度. 2021, 43(6): 1373-1381. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.015

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针对带钢丝网套补偿器中钢丝网套细观结构复杂，服役过程中钢丝网套与导管相互作用复杂的问题，建立了静力-随机振动复合工况下带钢丝网套补偿器的强度分析模型，采用等效梁模型建立钢丝网套的有限元分析模型，针对带钢丝网套补偿器服役环境及力学性能特点，建立了接触-耦合混合分析方法，在静力工况中采用接触模拟钢丝网套与波纹管间非线性的相互作用，在随机振动工况中通过设置耦合方程，通过耦合波峰与钢丝网套的径向自由度以建立钢丝网套与波纹管间的作用关系。该模型的静、动力分析结果与带钢丝网套补偿器的静、动力试验结果之间的误差均在10%左右。开展了钢丝网套补偿器在静力-随机振动分析复合工况下的强度性能分析，讨论了不同方向随机振动激励对带钢丝网套补偿器导管力学性能的影响。结果显示，X方向激励对结构影响最大；波纹管第一个波峰处应力最大，属于结构薄弱环节。

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基于弯扭耦合的大型风力机复合材料叶片结构特性研究

张立, 缪维跑, 李春, 闫阳天, 刘青松, 王博

机械强度. 2021, 43(6): 1382-1392. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.016

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为研究不同类型弯扭耦合叶片结构特性，以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象，结合复合材料铺层设计建立不同弯扭耦合叶片有限元模型，通过CFD方法求解叶片气动载荷并对各叶片开展结构模态、强度及屈曲计算，分析不同耦合区域及耦合角度对叶片结构特性影响。结果表明：弯扭耦合叶片各阶固有频率大多低于传统叶片，其中蒙皮耦合叶片变化最小而全耦合叶片影响最大；弯扭耦合叶片可降低内部von Mises应力及应变峰值，提高叶片疲劳寿命，其中蒙皮耦合叶片降幅最大而主梁耦合叶片降幅最小，尤以蒙皮耦合叶片θ=20°减载效果最佳；弯扭耦合叶片切应力大多高于传统叶片，仅蒙皮耦合叶片θ=20°最大切应力低于传统叶片；叶片的弯扭耦合特性对其稳定性产生一定影响，其中主梁耦合叶片临界屈曲载荷降幅较大而其他弯扭耦合叶片有小幅上升，且一阶屈曲变形量均低于传统叶片。

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多轴承支承主轴系统轴承磨损研究

张宇, 付雪艳, 李爽, 李颂华

机械强度. 2021, 43(6): 1393-1401. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.017

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为了明晰不同工况参数对主轴系统中轴承磨损的影响规律，定量各参数对轴承磨损的影响程度，开展了多轴承支承的主轴系统轴承磨损研究。首先介绍了考虑润滑状态的磨损系数计算方法，推导了角接触球轴承磨损深度计算模型；其次，基于系统模型获得的轴承滚动体的运动参数与接触参数计算了轴承内外滚道的磨损深度；最后，讨论了主轴转速、轴承安装角偏移、外载荷和轴承表面粗糙度对轴承磨损的影响。结果表明，主轴转速对轴承磨损影响显著，转速改变导致了轴承磨损规律的较大差异；轴承不存在安装角偏移时，主轴系统中各轴承内外滚道磨损深度之和最小；外载荷的变化对轴承磨损影响微弱；表面粗糙度的增大能够显著增大轴承的磨损深度。

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木桩粉碎机关键部件设计与工艺参数分析

税加坤, 廖凯, 杨蹈宇, 李立君, 高自成, 宋丽娜

机械强度. 2021, 43(6): 1402-1408. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.018

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针对林地松线虫病松木木桩难以处理问题，设计一种木桩粉碎机，并对其关键部件舍弃式螺旋滚刀进行滚削力分析研究。首先，通过建立刀具滚削力学模型，分析木桩-刀具受力关系，确定进给速度、旋转速度和滚削深度作为影响滚削力的主要三因素；其次，基于BBD设计方法，运用Abaqus软件进行滚削力仿真计算，分析三因素交互关系，揭示滚削力变化规律；最后，获得滚削参数下滚削力的预测函数模型，函数模型校正决定系数为92.4%，同时进给速度60 mm/s、旋转速度1 000 r/min、滚削深度15 mm时所受滚削力最小。实验结果表明：滚削力计算与实验结果偏差为14%~16.4%，说明函数预测准确性较好，分析方法对确定木桩粉碎机滚削参数具有工程参考价值。

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负泊松比蜂窝结构胞元几何参数影响研究

刘宇, 郝琪, 田钰楠, 毛怡, 崔宏伟

机械强度. 2021, 43(6): 1409-1416. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.019

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针对某负泊松比蜂窝结构的胞元弧夹角、连杆长、外厚度、厚度比及长高比五个几何参数进行了影响研究。采用均匀试验设计方法，得到吸能量、比吸能、峰值碰撞力及等效泊松比四种评价指标关于各几何参数的拟合方程；在此基础上进行多目标优化设计，选取合适的胞元几何参数值。结果表明胞元弧夹角、连杆长对蜂窝结构的比吸能影响较大，外厚度及厚度比对结构峰值碰撞力及吸能量影响较大，而等应变下外厚度对结构等效泊松比基本无影响，长高比对结构的吸能量及等效泊松比影响较大。综合选取的优化尺寸比原尺寸具有更高的吸能防护抗冲击效果，碰撞力远低于原尺寸模型且更加平稳。

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考虑界面相的低温复合材料结构多尺度分析

张笑闻, 邢汉峥, 张靖坤, 任明法

机械强度. 2021, 43(6): 1417-1421. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.020

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纤维增强复合材料中纤维与树脂基体之间的过渡区域存在与二者性质不同的纤维/基体界面，如何合理地考虑界面相的介入是复合材料结构失效分析中的关键问题。基于纤维-基体-界面三相代表体元，发展了相应的微观失效准则、损伤退化模型和材料强度不确定性模型，建立了一种考虑界面相的多尺度有限元失效分析方法，实现了的热-机械载荷下的低温复合材料结构失效预测。并采用该方法对五种温度下三种典型复合材料层板进行失效分析，数值结果与试验结果相吻合，验证了该方法可以有效地对低温复合材料结构进行失效分析。

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高速受电弓上框架加速寿命试验载荷谱编制研究

乔维, 梅桂明, 王江文, 黄仲, 邱江洋

机械强度. 2021, 43(6): 1422-1429. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.021

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以受电弓上框架为研究对象，提出一种适合受电弓部件的加速寿命试验载荷谱编制方法。首先，基于有限元方法建立弓网耦合动力学模型，应用多体动力学仿真计算得到上框架载荷谱；运用动应力分析方法，将上框架载荷时程数据转换为所关注焊接处的应力谱；同时，研究了应力谱振幅方法的统计特性，结果表明幅值服从威布尔分布，并运用参数法外推建立了八级一维加载谱；为便于实验台架作动器的加载，提出了载荷反推方法，通过台架实验的数据得到，对比加速谱的误差控制在6%以内。该方法可为受电弓各部件的疲劳寿命试验和寿命预测提供参考。

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不同结构参数对7075铝合金耳片疲劳裂纹扩展寿命的影响

周松, 王宏达, 回丽, 杨文军, 邸军

机械强度. 2021, 43(6): 1430-1435. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.022

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为探索不同结构参数对飞机耳片疲劳裂纹扩展寿命的影响，采用数值模拟与试验相结合的方法，分别对不同结构参数7075铝合金耳片试样进行疲劳试验，基于Abaqus软件建立了不同结构耳片的三维应力强度因子计算模型，并将有限元解和实验结果、解析值比较验证了该模型的准确性。最后，通过Paris公式和断裂力学方法计算比较了各结构参数耳片的裂纹扩展寿命。研究结果表明，在相同应力下，随着锥度角的增大，耳片疲劳裂纹扩展寿命迅速增加，而底部倒角对其几乎不产生影响。

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焊趾微观短裂纹成核及其早期扩展的寿命仿真

成立夫, 魏国前, 胡珂, 姜雍盛

机械强度. 2021, 43(6): 1436-1441. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.023

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针对十字焊接接头，研究了焊趾微观短裂纹成核和早期扩展的行为。采用泰森多边形方法，建立了焊趾部位的一个边长为150μm的代表性单元（RE），基于疲劳指标参量（FIP）的分布特性，构建了FIP与微观短裂纹疲劳寿命之间的联系，计算了微观短裂纹的成核及其早期扩展寿命。结果显示焊趾微观短裂纹成核及其早期扩展的计算寿命与试验寿命数据较为吻合，表明了该种计算方法的适用性；微观短裂纹成核及其早期扩展的计算寿命均占总体疲劳寿命的比值较大，因此具有不可忽略的影响；受晶粒微观结构的影响，导致早期裂纹的扩展路径呈现明显的曲折形态。

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基于疲劳试验和断裂仿真的地铁障碍物检测装置寿命预测

李相杰, 阳光武, 肖守讷, 朱涛, 杨冰

机械强度. 2021, 43(6): 1442-1449. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.024

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运用IEC61373标准的振动激励谱，将某地铁转向架障碍物检测装置作为研究对象。结合有限元法和台架振动试验对障碍物检测装置的随机振动疲劳强度进行了研究，并对铝横梁焊接接头疲劳薄弱点进行剩余寿命预测。基于频域法，结合Miner线性累积损伤理论，得到加速度激励下障碍物检测装置仿真寿命结果，将其与台架振动试验结果进行比较，验证了疲劳仿真分析的准确性。采用子模型边界技术将铝横梁分离出来，并对其疲劳薄弱点应力谱进行当量折算，在评估点插入初始裂纹后进行剩余寿命预测。结果表明，基于断裂力学评估带初始裂纹铝合金焊接接头的剩余寿命是合理的，为工程应用提供了一定的参考。

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基于径向基神经网络的桥式起重机剩余寿命评估

左旸, 杨蓉萍, 马浩钦, 秦泽, 鲍东杰

机械强度. 2021, 43(6): 1450-1455. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.025

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为降低起重机安全事故发生的概率，基于径向基神经网络提出一种快速计算起重机剩余寿命的方法。以某工厂的一台桥式起重机为例，根据实际参数建立Ansys有限元模型，通过现场实测数据对模型进行修正，进行静力学分析获取疲劳核算点位置。模拟起重机运行的典型工况，将小车位置及起吊载荷作为输入层，任意点的等效应力值作为输出层训练径向基神经网络模型，通过使用训练好的径向基神经网络模型来快速获取任意点的时间应力曲线，最后基于损伤容限断裂力学法进行剩余寿命评估。结果表明，通过利用径向基函数神经网络模型，可以实现对任意节点快速获取时间应力曲线，能够大大节省起重机现场实测的烦琐过程和大量投入，实现快速获取时间应力曲线从而计算出疲劳剩余寿命，完成桥式起重机疲劳剩余寿命估算，为起重机的长期安全使用和后期维修提供了可靠依据。

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焊接小管道疲劳试验与裂纹扩展数值仿真分析

陈明亚, 周帅, 王珺, 林磊, 左敦贵, 高红波, 刘寅立, 余伟炜

机械强度. 2021, 43(6): 1456-1461. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.026

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在航天、核动力发电等工业中，小管道（直径小于2 in （约50 mm））的疲劳断裂失效已成为影响设备安全运行的主要因素之一。然而，在现有的设计与评估规范中，尚缺乏小管道疲劳断裂详细的评价方法与准则。采用管道疲劳性能测试和有限元数值仿真方法，对某焊接小管道进行了疲劳与断裂性能分析。研究结果表明，疲劳性能测试和有限元数值仿真方法获得的疲劳裂纹扩展寿命基本一致，分析案例中，裂纹的疲劳扩展寿命仅占整个疲劳断裂寿命的3%左右；管道的临界失效模式为塑性失稳失效，提高材料的屈服与抗拉强度可有效提高部件的临界裂纹尺寸。

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变幅载荷下的钢板弹簧疲劳裂纹扩展研究

项玉霞, 武志斐

机械强度. 2021, 43(6): 1462-1466. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.027

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钢板弹簧疲劳裂纹在变幅载荷作用下的扩展预测模型主要是Schütz疲劳裂纹扩展模型，但此模型未考虑裂纹闭合效应对疲劳裂纹扩展的影响，忽略了参数C和n随应力比的联系，疲劳裂纹门槛值ΔK_th也只考虑应力比为0的特殊工况。因此对Schütz疲劳裂纹扩展唯象模型进行修正，使修正后的模型各参数物理意义更加明确，适用于不同的工况。并将实车试验所测的应力幅值运用于修正后的模型，表征变幅载荷作用下钢板弹簧疲劳裂纹扩展进程。表明加载幅值增大，疲劳裂纹扩展速率加快，试验结果与模型预测结果良好吻合，为变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展速率的计算提供了理论依据。

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超高压气缸动态热载荷有限元分析

刘彪, 黄远明, 刘欢, 余祖耀

机械强度. 2021, 43(6): 1467-1471. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.028

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超高压压缩机工作过程中产生的动态载荷是影响压缩机强度与寿命的一个重要因素，其中热载荷与机械载荷的耦合又是非常严重。以有限元法为基础，建立了52 MPa超高压气缸在工作循环中的热载荷的动态模型，预测了动态响应与稳态响应之间的函数关系，并通过冷启动和热启动的仿真分析，给出了其作用规律。该模型还可用于气缸危险区域的排查和气缸结构的优化分析。

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刨煤机刨刀冲击动态响应仿真分析

康晓敏, 王伟超

机械强度. 2021, 43(6): 1472-1478. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.029

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刨刀是刨煤机的关键零部件之一，是刨煤机直接接触煤岩的工作部分。刨刀刨煤时，由于煤层条件复杂恶劣，尤其是遇到硬质包裹体等坚硬矿物时，刨刀受力急剧增加。刨刀受到冲击，容易发生刀头脱落、刀身折断等故障，消耗量非常大。因此研究刨煤过程中刨刀受到冲击时的动态响应至关重要。采用有限元仿真分析方法，针对刨煤机刨刀受到冲击时的动态响应进行深入研究，为刨刀材料选择、刨刀结构设计与优化、提高刨刀可靠性以及合理选择刨削速度等刨煤机工况参数方面提供理论依据，对我国采煤机械设计以及煤炭行业的发展具有重要意义。

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某乘用车加速车内轰鸣声的测试诊断与降噪整改

刘钢, 王圣波, 臧泽楠, 杨依

机械强度. 2021, 43(6): 1479-1484. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.030

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基于轰鸣声的产生机理和传递路径，阐述了不同路径轰鸣声相应的控制策略。针对某乘用车的加速车内轰鸣声问题，介绍了基于传递路径对轰鸣声进行诊断时，不同路径相应的排查方法；并在确定该问题来自进气系统的结构传递路径后，进一步分析出：中冷器支架处有对应频率的模态，所以发动机激励在此处被放大，并与车身声腔模态耦合，最终形成了车内的轰鸣声；进而明确对中冷器安装支架结构和中冷器隔振进行优化的方案，提高中冷器支架模态，提升隔振效果，减小能量传递，消除模态耦合，使问题得以解决，对乘用车的轰鸣声控制有一定参考价值。

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基于CATIA的高精度滚齿加工仿真与精度验证

何中原, 汪中厚, 刘雷, 吴世青

机械强度. 2021, 43(6): 1485-1491. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.031

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现有滚齿加工仿真方法难以遵循实际加工参数，且未对仿真所获模型进行有效的齿面精度测量，因此无法为实际滚齿加工作出有效指导，为此提出一种高精度的滚齿加工仿真与精度验证方法。基于Catia设计平台，通过Catia内平移、旋转、布尔运算等命令结合二次开发功能，经提取包含主运动与展成运动特征的初步齿槽模型，后将初步齿槽模型与齿坯进行垂直进给运动的模拟切削，完成了高精度的滚齿加工仿真。通过建立标准齿面点集对仿真模型齿面进行精度测量，得到了仿真齿面的误差分布，且所得仿真模型中最高齿面精度误差在1μm以下，验证了滚齿加工仿真方法的正确性与仿真模型精确性。

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过载断齿故障下船用斜齿轮副啮合刚度计算

强仕杰, 何泽银, 孙世政

机械强度. 2021, 43(6): 1492-1497. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.032

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柴燃并车齿轮系统常在重载、高速、冲击等复杂使役条件下运行，轮齿折断故障将严重影响舰船齿轮副啮合性能。目前多以给定断齿角度与断齿量，研究断齿故障下齿轮副啮合刚度特征，与实际断齿形式下啮合刚度存在较大偏差。为提出任意断齿角度下齿轮副啮合刚度计算方法，将断齿分为平行与不平行于接触线两种折断形式，分别推导任意断齿角度下齿轮副接触线长度计算公式，基于ISO刚度计算准则对任意断齿角度下斜齿轮副啮合刚度进行求解。研究表明：断齿平行于接触线方向时，随着断齿长度增加，啮合刚度受影响时间与强度均增加，越过断齿区域后刚度将瞬间恢复正常；断齿不平行于接触线方向时，在断齿区域内，单齿啮合刚度为零，综合啮合刚度将降低，从断齿区域进入非断齿区域过程中，齿轮单齿刚度和综合刚度将逐渐恢复正常。

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拉伸和扭转载荷下WR-CVT非连续接触钢绳环应力及变形研究

张武, 吴景亮, 刘怡杉, 孙士山, 贾艳平

机械强度. 2021, 43(6): 1498-1503. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.033

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本文利用ProE/5.0建立2/3捻距钢绳环非连续接触三维模型，在Abaqus中进行轴向拉伸和扭转载荷下的非连续接触钢绳环有限元分析，在非连续接触钢绳环损伤试验台上对钢丝绳进行磨损实验，并借助光学显微镜（OM）对磨损后钢丝表面磨痕分布进行了分析，结果表明：等效应力、轴向应力、轴向变形均沿钢丝绳轴线方向呈螺旋状分布；在绳股截面上，等效应力由芯丝向侧丝逐渐递增，在绳槽接触区域出现最大值，实验表明钢丝表面也呈现椭圆磨痕，与仿真结果相一致。

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基于CAD/CAE集成的机械零件性能优化方法研究

吴强, 刘夫云, 胡汝凯, 余汉红

机械强度. 2021, 43(6): 1504-1509. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.034

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针对大多数制造企业在产品设计上面临的效率低、周期长、质量难以保证等问题。对参数化CAD和CAE技术，以及软件CAD和CAE之间的数据传输进行了研究，得出一种基于CAD/CAE集成的机械零件性能参数优化的通用设计方法。该方法以Visual Studio为平台，分别使用APDL、C⁺⁺语言对Ansys、SolidWorks进行二次开发，开发一个基于CAD/CAE集成的机械零件数字化设计系统。改变参数值后系统自动、快速地进行有限元求解，求解结果自动输出到指定路径，并自动打开和锁定求解结果。以从动片内环零件设计为例，运用该方法，快速得到了三维模型和求解结果。研究结果表明，该方法可行，通用性好。

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后副车架台架耐久开裂分析及结构优化

周德生, 吴奕东, 胡浩炬, 王朕峰

机械强度. 2021, 43(6): 1510-1514. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2021.06.035

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为了提升后副车架结构的耐久性能，进行了台架耐久试验，针对试验中发生开裂现象进行了焊缝性能分析，结果表明非焊缝疲劳引起开裂。通过台架耐久仿真分析找到原结构的危险区域，并提出三种优化方案，对比各方案的性能要求，采用双边满焊为最佳改进方案。改进后的结构满足副车架台架耐久、整车二十四通道和四立柱耐久试验，也表明仿真分析方法和改进方案是可信的。

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2021年, 第43卷, 第6期　
刊出日期：2021-12-15

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