机械强度

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王廷轩, 王贵勇, 刘韬, 王振亚

机械强度. 2023, 45(3): 509-518. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.001

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机械设备在工业现场下的工况复杂多变，导致故障样本分布不均，给传统机器学习带来巨大的困扰。针对上述问题，提出了一种基于域适应神经网络与平衡动态分布自适应的轴承故障迁移诊断方法。首先，利用小波变换改进卷积神经网络的卷积层，并自适应提取轴承样本特征。其次，利用最大均值差异度量和权重正则化在损失函数处理所生成的特征，改善样本分布差异，获取域适应神经网络模型。最后，利用A-distance 距离改进平衡分布自适应，使其具备动态特性，进一步改善样本分布差异，通过KNN 分类器实现轴承迁移诊断。经过实验验证，所提方法在同试验台和跨试验台案例验证中，能够较为精确地迁移出轴承故障状态，证明该方法可有效解决无标签样本在变工况条件下样本分布不均的问题，具备有效性与鲁棒性。

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谐变磁力作用轴向运动铁磁板的磁弹性主共振

曹天笑, 胡宇达

机械强度. 2023, 45(3): 519-526. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.002

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基于哈密顿变分原理，建立机械载荷和磁化产生的谐变磁力共同作用下铁磁板的非线性磁弹性振动方程。针对两长边简支约束边界条件，利用伽辽金积分法得到变量分离后的横向振动微分方程。应用多尺度法和李雅普诺夫稳定性理论求解电磁激发下的1 阶主共振问题，得到稳态响应下的幅频方程和定常解的稳定性判据。通过算例，得到铁磁板的幅频特性、振幅-磁场强度幅值和振幅-速度的变化曲线图。曲线分析结果表明，稳定解部分的振幅随磁场强度幅值的增大而增大；非线性刚度随速度的增大而增大，硬弹簧特性增强，非线性特征更为显著。

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奇异区间包络重构局部均值分解及其往复压缩机轴承故障诊断应用

赵海洋, 李雪, 刘祖健, 王金东, 冯帅

机械强度. 2023, 45(3): 527-533. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.003

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针对包络估计函数解调时出现的突变问题，提出奇异区间包络重构局部均值分解（Singular Interval Reconstruction Local Mean Decomposition，SIRLMD）方法。确定包络估计函数解调突变原因为包络线存在交叉，为此定义交叉局部区域为奇异区间，结合极值对称理论增广该区间插值点，应用三次埃尔米特插值进行局部重构，形成奇异区间包络重构算法。仿真信号和往复压缩机轴承故障诊断应用证明，该算法解决了包络线交叉问题，抑制了解调突变现象，分解结果故障特征更显著。

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基于DS证据理论融合油液振动多参数的故障诊断方法研究

李青, 李钊阳, 王天钦, 陈为化, 张敏, 陈彬, 聂剑红

机械强度. 2023, 45(3): 534-540. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.004

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齿轮箱广泛应用于石油化工、船舶、电力与工程机械等领域，其故障监测诊断技术研究一直是热点问题。提出了一种基于DS 证据理论融合油液与振动多参数的齿轮箱故障诊断方法，针对传统单一振动信号分析方法对齿轮磨损早期不敏感的问题，采用径向基神经网络建立振动时域特征与油液特征融合的分类模型，基于高维变分自编码器自适应提取振动频域特征并完成故障分类；将由径向基神经网络与高维变分自编码器分别得到的不同证据体通过加权DS 证据理论进行融合，获得最终的诊断结果。与不同融合方法进行对比，验证了该方法对齿轮故障诊断的实际效果。

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汽轮发电机组转子振动预警方法研究

黄杨森, 刘云平, 王勇, 冯小健, 刘雄

机械强度. 2023, 45(3): 541-547. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.005

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汽轮发电机组转子长期连续高速旋转，不可避免地出现转子振动状态变化，而转子振动状态的优劣直接影响整个机组安全运行，对其预警方法的研究势在必行。首先统计转子振动运行规律；其次基于振动运行规律提出转子振动异常阈值计算方法；再次依托异常阈值和非线性状态评估（Nonlinear State Estimation Technique，NSET）提出转子振动预警方法；最后利用某电厂机组运行数据进行测试验证，并与基于反向传播（Back Propagation，BP）神经网络的振动预警方法进行对比，结果表明所提方法可以准确有效实现转子振动预警。

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刚柔混合输流管的流致振动稳定性研究

刘明俊, 张振久, 杨显清, 吕建行, 李月安

机械强度. 2023, 45(3): 548-554. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.006

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弹性管和刚性管串联而成的混合输流管是典型的刚柔耦合系统。基于Hamilton 原理，建立了刚柔混合输流管的动力学模型，利用悬臂梁的模态函数对方程进行Galerkin 离散，分析了混合管的流致振动稳定性问题，讨论了两管连接处转动弹簧的刚度、刚性管与弹性管的质量比和长度比对系统临界流速的影响。结果表明，刚性管长度比的增加能显著降低混合管的临界流速，并且主要发生2 阶模态失稳。当刚度和质量比取某些值时，随着内流流速的增加，混合管可能出现“失稳（2 阶模态）-稳定-再失稳（3 阶模态）”的变化过程。此外，随着弹性管质量比的增加，还观察到了混合管由2 阶模态过渡到4 阶模态的失稳模式。

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含双侧非线性约束机械振动系统的低频动力学特性

文智华, 朱喜锋, 王剑锋

机械强度. 2023, 45(3): 555-561. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.007

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通过4 阶Runge-Kutta 数值算法，对一类两自由度含双侧非线性约束振动系统进行了研究，分析了该系统在低频激励下p／1 周期运动的动力学特性、相互转迁规律以及间隙与周期共存区的对应规律，并结合胞映射法研究了周期运动共存区不同吸引子及吸引域的分布规律。结果表明，系统的周期运动之间主要通过Grazing 分岔和Saddle-node 分岔进行转迁，由于转迁过程不可逆，使得相邻运动之间存在周期运动共存区，且随着间隙增大，系统的周期共存区范围逐渐减小。

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一种基于盘式制动器振动复特征值分析的噪声抑制方法

詹斌, 陈融杰, 唐俊琦, 刘浪, 吴奕东

机械强度. 2023, 45(3): 562-568. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.008

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以某车型盘式制动器出现的3 000 Hz 制动噪声问题为研究对象，通过在台架上复现该频率噪声，利用激光多普勒测振技术获取该噪声频率下的工作变形模式（Operational Deflection Shape，ODS）。建立制动器的有限元模型，通过试验模态对有限元模型各部件材料参数进行标定，应用复特征值分析技术，获取系统不稳定模态的频率和振型。结合激光测振得到的振型结果通过相关性分析确认当前复特征值分析模型对该频率噪声的有效性。然后，针对此不稳定模态进行子结构贡献量及子结构模态贡献量分析并提出相应的优化方案，并对优化方案进行了台架试验且验证此方法有效。

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基于IWAE的不平衡数据集下轴承故障诊断研究

李梦男, 李琨, 吴聪

机械强度. 2023, 45(3): 569-575. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.009

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针对目前现有轴承故障诊断方法对不平衡数据集中的少数类诊断准确率低的问题，提出了不平衡数据集下基于重要性加权自编码器（Importance Weighted Auto-encoder，IWAE）的轴承故障诊断方法。首先通过少数类的样本数据来训练IWAE 网络，将生成的样本数据加入到原始数据集中，得到平衡后的数据集；然后引入深度学习方法作为诊断网络，将平衡后的数据集直接输入诊断网络中，自适应的学习故障特征，实现故障分类。为了增强诊断网络的准确率，使用一维多尺度卷积神经网络进行故障诊断。大量的定性定量实验表明，所提出的方法在不平衡比为1／7 时，少数类诊断的准确率已经能够达到98.90%，均优于其他现有模型，并且拥有较好的收敛性和泛化性。

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2D-C/SiC复合材料I-II复合型断裂性能

林江嵘, 杨成鹏, 戚云超

机械强度. 2023, 45(3): 576-583. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.010

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为了表征2D-C／SiC 复合材料的I-II 复合型断裂性能，采用了含单边裂纹Arcan 蝶形试样，通过有限元模型分别对试样的I 型和II 型断裂形状因子进行了标定。应用Arcan 圆盘装置对2D-C／SiC 蝶形试样开展了I 型、II 型和I-II 复合型断裂试验，研究了试样在不同加载路径下的宏-细观断裂模式和强度性能。结果表明，2D-C／SiC 复合材料II 型断裂韧度比I 型高；随着偏轴加载角度的增大，裂纹扩展路径受剪应力的影响变得显著，且试样的抗断性能有增强趋势。对几种断裂判据的适用性进行了论证，给出了2D-C／SiC 复合材料的I-II 复合型断裂表征模型。

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复合材料蜂窝夹芯结构的三点弯曲性能

于志强, 郭章新, 卫世义, 梁建国, 李永存, 郑伟鹏

机械强度. 2023, 45(3): 584-590. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.011

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通过三点弯曲试验研究了纤维增强复合材料铝蜂窝夹芯结构的力学性能。分析了不同面板类型（碳纤维面板、玻璃纤维面板、碳纤维／玻璃纤维面板）以及面板厚度和芯体孔径大小对结构破坏模式、极限载荷和能量吸收的影响。结果表明，碳纤维／铝蜂窝夹芯结构相较于其他两种结构，其极限载荷和能量吸收更强；面板越厚，芯体孔径越小，结构的极限载荷和能量吸收越强；面板厚度对于能量吸收影响较大，芯体孔径对极限载荷影响较大。对碳纤维／铝蜂窝夹芯结构进行有限元模拟，对其破坏变形过程进行对比分析后，验证了模型的有效性，为试验的设计和分析提供了指导与帮助。

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聚氨酯泡沫填充正交梯形蜂窝铝的压缩力学性能研究

卢世庆, 杨思一, 邢攸冬

机械强度. 2023, 45(3): 591-597. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.012

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为了得到具有良好压缩力学性能的填充材料，设计并制备出两种结构的正交梯形蜂窝铝（90°正交梯形蜂窝铝和45°正交梯形蜂窝铝），分析了准静态轴向加载下的材料的力学性能，并对两种结构的正交梯形蜂窝铝进行聚氨酯泡沫填充，分析聚氨酯填充对正交梯形蜂窝铝性能的影响。研究结果表明，相较于45°正交梯形蜂窝铝，90°正交梯形蜂窝铝的性能更优；两种结构的正交梯形蜂窝铝在聚氨酯填充后峰值应力、平台应力和单位体积吸收能得到明显的提升，但在吸能效率上填充聚氨酯后没有明显提升而且最大能量吸收效率对应的应变值减小。

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三点弯曲工况下编织碳纤维复合材料方管的材料特性研究

陈光, 冯玉鹏, 解东旋, 肖森, 景国玺

机械强度. 2023, 45(3): 598-606. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.013

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在汽车碰撞产生的弯曲载荷下，复合材料安全构件应具有抵抗变形和耗散碰撞能量的能力。为确定三点弯曲工况中编织碳纤维复合材料薄壁梁的渐进损伤材料模型力学参数，开展了编织碳纤维复合材料力学特性试验和编织碳纤维复合材料方管三点弯曲试验，获得了该材料的基本力学参数、弯曲失效历程及力-变形特性。进而分析了渐进损伤材料模型中各非试验参数对仿真结果的影响，讨论了多层壳建模方法的有效性。通过与试验结果的对比，获得了复合材料渐进损伤模型的非试验参数和有效的仿真建模方法。获得的材料特性可用于该材料结构在相似工况中的碰撞仿真分析。

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基于弹塑性力学的疲劳裂纹扩展速率的研究

徐礼达, 张瑞金, 赵硕

机械强度. 2023, 45(3): 607-612. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.014

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基于增量塑性理论定义的J 积分，结合试验和计算机仿真方法，研究建立基于弹塑性力学的裂纹扩展速率的方法，通过与基于线弹性力学的裂纹扩展速率曲线比较，基于增量塑性J 积分的裂纹扩展速率曲线很好地描述了材料断裂力学性能特征，验证了ΔJ 积分作为裂纹扩展驱动力参量的合理性，为进一步研究探讨裂纹扩展机制提供研究基础，并基于7N01 铝合金试验数据提出了一种简单归一化模型，考虑了应力比对裂纹扩展速率的影响，适用于工程实际中估算材料的疲劳裂纹扩展寿命。

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织物增强的飞艇蒙皮强度分析测试

刘扬, 赵海涛, 张俊, 高成军, 陈吉安

机械强度. 2023, 45(3): 613-619. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.015

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为研究飞艇蒙皮材料强度性能及超压承载对其剩余强度的影响，设计了蒙皮材料单轴和双轴拉伸的试件形式和实验方案，并借助于高速摄像机分析飞艇破坏情况。基于实验数据，拟合出飞艇承载气压时蒙皮单轴拉伸强度曲线、蒙皮双轴拉伸时材料的经纬向强度包络线。实验结果表明，单轴拉伸时，蒙皮的剩余强度与飞艇承载气压表现出负向相关关系；双轴拉伸时，蒙皮承载强度受经向和纬向强度综合影响。该实验分析了飞艇蒙皮的失效情况，可为其强度预报提供实验依据。

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基于威布尔辅助模型的参数估计方法在伽玛分布的应用

肖世海, 蒋仁言

机械强度. 2023, 45(3): 620-625. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.016

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由于现场所需观察的系统较多且观测时间相对于产品的平均寿命较短，实际收集的寿命数据往往是高度截尾数据。对于此类数据，经典的参数估计方法不能提供精确且稳健的估计。为此，提出了一种基于威布尔辅助模型的参数估计方法，并使用一个数值实验证实了该方法在高度截尾数据条件下，可以为伽玛分布提供比经典参数估计方法更精确、更稳健的估计。

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履带式爬壁机器人磁吸附单元的参数分析与优化

赵智浩, 陶友瑞, 裴佳星, 胡俊宇

机械强度. 2023, 45(3): 626-632. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.017

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针对履带式爬壁机器人磁吸附单元吸附效率低的问题，基于正交实验设计、响应面近似模型和敏感性分析方法，对其进行了参数分析与结构优化。建立了磁吸附单元有限元模型，并采用正交实验设计和响应面近似模型方法，得到了磁吸附单元各参数与磁吸附力的关系表达式。通过敏感性分析，量化了磁吸附单元各参数对磁吸附力的影响程度。确定了永磁体的长、宽、高、轭铁的厚度和永磁体与壁面的距离作为优化模型的设计变量。优化设计后，磁吸附单元的吸附效率有了显著的提升，由2.029 7 提升至3.938 1。

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基于修正枢轴量方法的威布尔分布区间估计

薛光明, 宁鹏, 傅耀宇, 何弘瑞, 周军

机械强度. 2023, 45(3): 633-639. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.018

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针对威布尔分布传统区间估计方法计算复杂且不同参数下适用性不强的问题，提出一种多参数适用的简单区间估计方法。基于威布尔分布表达式得到卡方分布枢轴量，并对其自由度进行修正；然后结合最大似然法的点估计值以及形状参数的经验估计结果，确定威布尔分布双参数的区间估计方法；同时通过蒙特卡罗仿真对区间估计置信度进行验证，分析不同参数下估计方法的适用性，并与传统的最小二乘法和极大似然区间估计结果进行对比。结果表明，提出的修正枢轴量方法计算简单，在不同参数下的计算置信度与名义置信度差距较小，且较传统方法更加有效。

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基于自适应金豺算法动压滑动轴承的多目标优化

徐凯, 张会妨

机械强度. 2023, 45(3): 640-645. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.019

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为提高动压滑动轴承的承载能力，同时降低发热量和摩擦因数，建立了动压滑动轴承的多目标优化模型。针对传统优化算法收敛速度慢、易陷入局部最优解的不足，提出一种自适应策略改进的金豺优化算法，进而提高金豺算法的勘探和探索能力。利用含有约束条件的算例对自适应策略改进的金豺优化算法进行性能验证，结果表明自适应策略改进的金豺优化算法具有良好的收敛性能。将该算法用于求解动压滑动轴承的多目标优化问题，优化结果表明，优化后的结构相对初始结构性能有了较大提升，承载能力提高了12.257%，发热量和摩擦因数分别降低了15.610%和33.333%。

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混杂复合三明治结构低速冲击特性及剩余压缩强度研究

张超锋, 韩超超, 朱佳佳, 都伟忠

机械强度. 2023, 45(3): 646-652. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.020

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采用实验和仿真相结合的方法，探究蜂窝夹层结构在不同冲击能和不同边界条件下的冲击特性及剩余压缩强度。用Vumat 子程序建立三维渐进失效准则，通过实验验证仿真模型的有效性。结果表明，简支试样更容易发生损伤，峰值力也更低，但吸能效果略好。同时，简支试样冲击后的剩余压缩强度较低。当冲击能较低时，边界条件对剩余压缩强度有着重要影响。而在较大的冲击能下，边界条件对剩余压缩强度的影响可以忽略。

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基于有限元建模的RV减速器摆线针轮承载啮合特性分析

梁强, 程澄, 史宝军

机械强度. 2023, 45(3): 653-661. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.021

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为了研究负载变化对RV 减速器摆线针轮啮合特性的影响，考虑摆线轮齿廓修形，利用UG 建立摆线针轮机构的三维模型，运用Ansys 的瞬态动力学模块分析了摆线针轮在一个啮合传动周期内的啮合齿对数和啮合应力变化情况，并将仿真与理论的接触应力进行了对比。结果表明，仿真与理论的接触应力在整体上趋势一致；摆线针轮的啮合齿对数和啮合应力值均呈现周期性规律，且随着负载的增大而增加；接触应力和等效应力与啮合齿对数的变化趋势相反，摆线针轮啮合齿对数越多，其啮合应力越小。针齿在长度方向上的等效应力随负载增大而增大，应力有均匀分布的趋势但变化较小。有限元分析对RV 减速器的设计、分析和制造有一定的参考意义。

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考虑微凸体相互作用与基体变形的结合面静摩擦因数模型

许雍泰, 张学良, 赵海路

机械强度. 2023, 45(3): 662-667. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.022

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研究推导了更符合实际情况的考虑微凸体相互作用与基体变形的结合面静摩擦因数统计模型。在考虑微凸体相互作用与基体变形的结合面接触载荷模型的基础上，根据结合面静摩擦因数定义推导了考虑微凸体相互作用与基体变形的结合面静摩擦因数统计模型。将实验测得的结合面参数代入所建模型进行仿真，发现考虑微凸体相互作用与基体变形的结合面静摩擦因数大于不考虑微凸体相互作用与基体变形的静摩擦因数；微凸体相互作用与基体变形对静摩擦因数的影响程度随着无量纲法向接触载荷的增大而减小，随着结合面无量纲距离的减小而减小，随着轮廓高度均方根的减小而增大。将所建模型仿真计算结果与静摩擦因数实验结果数据进行了对比分析，结果表明，考虑微凸体相互作用与基体变形的结合面静摩擦因数更接近实验数据，说明了所建模型的正确性。

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多边形车轮对六轴重载货运机车动力学性能影响分析

孙小娟, 孙洪亮, 李幸人, 王宇

机械强度. 2023, 45(3): 668-676. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.023

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随着重载机车载货重量的增加和运行速度的提高，车轮磨耗越来越严重，加剧了车轮多边形的形成。以某型六轴重载宽轨货运机车为研究对象，以ГОСТ 标准为主要参考，将轮对柔性化处理，采用多体动力学软件建立刚柔耦合模型，基于谐波函数描述车轮不圆顺，分析多边形车轮的阶数和不圆度幅值对不同车速下机车车辆动力学性能的影响。研究结果表明，多边形车轮会使车辆临界车速降低；在120 km／h 设计速度范围内，车轮多边形对机车运行平稳性影响很小，对机车运行安全性和车辆动态特性的影响与车辆系统的模态特性密切相关。

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切入式外圆磨削接触刚度测量与磨削参数优化

王家乐, 李郝林, 孙士玉, 汪能洋, 曹文洁, 崔怡

机械强度. 2023, 45(3): 677-683. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.024

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在切入式外圆磨削过程中，砂轮与工件的接触刚度很难直接测量，为了解决这一问题，提出了一种定性确定砂轮与工件接触刚度的简化方法，并对磨削参数进行了优化。基于切入式外圆磨削过程动力学模型，推导了磨削过程的传递函数，建立了时间常数与接触刚度的数学模型，以此提出了一种定性确定磨削接触刚度的简化方法；进一步地，通过控制砂轮进给速度和工件转速进行多次试验，根据试验结果，分析了系统时间常数以及磨削力随磨削参数变化的规律，通过回归分析建立接触刚度与磨削参数的关系模型，并在满足加工要求的情况下确定出特定磨削加工过程的砂轮进给速度、工件转速的最佳值。

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弧齿锥齿轮复合磨粒磨削性能仿真与分析

刘斌, 剡昌锋, 魏理林, 杨昊东, 赵小曼

机械强度. 2023, 45(3): 684-691. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.025

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弧齿锥齿轮的磨削加工是非线性和动态的复杂过程，利用有限元法仿真磨削过程对探究弧齿锥齿轮复杂磨削机理具有重要意义。基于Johnson-Cook 力-热耦合材料本构方程，建立复合磨粒磨削有限元仿真模型，对比分析在不同磨削速度、磨削深度及磨粒间距时齿面温度场、磨削力和磨粒磨损的变化情况，并通过实验验证了模拟的结果。研究结果表明：影响磨削表面性能的最主要因素是磨削深度，复合磨粒干涉作用对齿面温度场的影响及产生的磨削振动是不可忽视的，这为弧齿锥齿轮磨削表面性能研究和实际加工提供了理论指导。

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基于Mooney-Rivlin模型的橡胶件刚度与硬度关联性研究

王源绍, 聂子豪

机械强度. 2023, 45(3): 692-700. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.026

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为减少橡胶件硬度与刚度匹配过程中的重复试制、原材料浪费问题，开展橡胶件刚度与硬度关联性分析。以矩形橡胶弹垫为研究对象，基于单轴压缩及拉伸试验，计算确定Mooney-Rivlin 模型理论参数，以最小二乘法对理论参数进行验证。利用Abaqus 进行橡胶刚度仿真计算，结果表明矩形橡胶弹垫刚度随变形增加而产生非线性增加。基于橡胶硬度实验数据，构建硬度与Mooney-Rivlin 模型参数的指数型二次非线性函数，得到胶料硬度与材料参数数值大小呈正相关的结论。将弹性模量与硬度的关系转换成弹性模量与材料参数C₂、C₁ 的关系，并通过仿真分析得到橡胶材料的刚度位移曲线，从而找到橡胶材料参数与刚度之间关系。最终，以Mooney-Rivlin 模型参数为桥梁，得到橡胶件刚度与硬度之间的关联性结论。

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基于连杆构型的守宫用移动关节仿生设计

赵静, 吕博, 张瑞宁, 王超辉, 张嘉友

机械强度. 2023, 45(3): 701-707. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.027

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为提升仿生壁虎的机动性与越障能力，设计开发了一种具有两自由度驱动的腿足式移动关节仿生构型。以机构学原理为导引，将吸盘、舵机、平面连杆等与壁虎体态构造进行有机融合，构建基于特征的关节组件三维实体造型，在仿形设计基础上实现了腿足关节的运动功能模拟。通过大、小腿关节联动轨迹仿真，验证了传动设计的正确性与可行性，同时分析了仿生关节的角动摆幅（0～73°）和越障高度（> 30 mm）。静力学分析结果显示，不同承载环境（如平地、倒挂、垂壁）下的仿生关节符合强度和刚度设计要求。机体实验测试表明，该仿生关节运动平稳、传力可靠，具有良好的仿生机动性能。本研究为仿生壁虎移动技术探索开拓了新思路。

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基于贝塞尔曲线的四足机器人足端轨迹规划研究

许超斌, 李霖智, 杜俊龙, 李明志

机械强度. 2023, 45(3): 708-714. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.028

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为了提高四足机器人对角小跑步态的平稳性，提出一种基于贝塞尔曲线的足端轨迹规划方法。针对四足机器人的对角小跑步态，建立了四足机器人并联腿运动学模型，运用几何法求解了正逆运动学，并基于零冲击原则和比例微分（Proportion and Differentiation，PD）控制器对摆动相和支撑相的足端轨迹进行优化；利用Webots 仿真平台和实验样机进行对比试验。结果表明：当X 方向上比例系数取20，微分系数取0.75 s，Y 方向上比例系数取20，微分系数取0.5 s 时，四足机器人的足端轨迹平滑且无速度、加速度突变，对角小跑步态更为稳定。

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等效车削力模型建模方法研究

武明洲, 张广鹏, 苟建峰, 张鹏

机械强度. 2023, 45(3): 715-722. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.029

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针对传统车削力预测模型难以考虑刀尖圆弧半径、主切削刃刃口圆弧半径及刀具工作角度导致切削力预测准确性低等问题，建立了一种基于少量车削力实验数据的综合考虑刀尖圆弧、主切削刀刃口圆弧半径及工作角度的等效车削力预测模型。该模型主要是通过车削一次所获得的车削力实验数据及坐标变换矩阵建立了一个以等效主偏角、等效刃倾角、等效法向前角为自变量的三个非线性方程的理想车刀的车削力等效模型，再基于该等效模型建立车削力预测模型，最后通过车削力实验验证了该预测模型的有效性，且预测精度较高。

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一种新的多轴疲劳寿命预测模型及其应用

任重, 秦仙蓉, 张氢, 孙远韬, 刘渊

机械强度. 2023, 45(3): 723-728. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.030

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机械部件在运行过程中承受多轴循环加载时易发生附加强化效应，采用单轴疲劳寿命计算公式对其寿命进行预测会产生较大误差，而现有多轴疲劳寿命预测模型由于含有大量材料常数也不便于工程应用。针对上述问题，基于不同应力对疲劳微裂纹的萌生、促进作用机制，结合剪切损伤模型，提出一种新的损伤参量表达形式，并结合Manson-Coffin-Basquin 方程推导得到对应的多轴疲劳寿命预测模型。采用两种材料在非比例加载、比例加载路径下的实验数据对提出的寿命预测模型进行验证，并与FS（Fatemi-Socie）模型的预测结果进行对比，结果表明，提出的模型具有良好的预测效果。最后将该模型应用于大摆锤吊臂疲劳寿命预测，结果说明吊臂满足疲劳寿命要求。

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基于优化加点代理模型的桥架结构疲劳寿命预测方法

董青, 陈钰浩, 刘永刚, 戚其松

机械强度. 2023, 45(3): 729-742. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.031

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为快速评估起重机服役过程中损伤桥架结构的安全性，提出基于优化加点代理模型的桥架结构疲劳寿命实时预测方法。以实测载荷数据为基础，结合工作循环过程，刻画服役工况相关参数的随机性；依据最不利服役工况，通过有限元静力学分析，结合失效案例统计，确定桥架结构应力薄弱位置，建立疲劳损伤和寿命预测的有限元模型，结合MSC.Fatigue 的S-N 模块与裂纹扩展模块，模拟随机工况下桥架结构的剩余寿命，分析不同裂纹深度对结构剩余寿命的影响；利用黑箱封装的思想，基于拉丁超立方抽样及Kriging 模型，结合鹈鹕优化算法及加点准则，建立桥架结构寿命预测的优化加点代理模型，结合Miner 线性累积损伤理论，实现小车带载移动过程中桥架结构的疲劳寿命实时预测。以QD20／10 t×43 m×12 m 通用桥式起重机桥架结构为例，验证所提方法的可行性。通过与传统基于有限元仿真的疲劳寿命预测方法相比，结果表明，所提方法能够以较少的仿真调用次数和较短的仿真时间准确评估损伤桥架结构的剩余寿命，可为起重机检修周期制定与报废决策提供一定的参考意义。

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同步带带齿啮合应力仿真与分析

傅建楠, 李国富, 叶存浩

机械强度. 2023, 45(3): 743-749. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.032

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同步带材料复杂、形状复杂等因素，造成其在正常运行时有复杂的力学行为。这些因素导致对带齿切向负载进行理论计算困难，为解决这一问题，提出一个用于计算带齿与带轮啮合部分受切向压力的矩阵模型。矩阵模型中采用弹簧替代同步带与带轮之间接触，对同步带进行离散化处理，分离为独立带元。采用多体动力学软件RecurDyn 对同步带传动系统进行仿真，验证模型的正确性。结果表明，计算结果与仿真结果在啮合部分带齿受切向压力较大的首尾处结果相近，啮合中间部分受切向压力较小处存在一定误差。该矩阵模型相对于其他方法计算量较小，解决了带齿切向压力计算困难的问题，为同步带选型和设计优化提供了理论基础。

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主动修形参数对面齿轮副承载特性的影响

侯艳艳, 常青, 胡锡文, 彭先龙

机械强度. 2023, 45(3): 750-755. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.033

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齿轮主动设计是一种可以直接预控齿轮啮合性能的方法，为了研究齿轮主动设计对面齿轮副承载特性的影响规律，对面齿轮副主动修形参数与齿面承载特性之间的关系展开了研究。首先采用有限元法建立了齿轮副接触模型，之后设计不同组主动修形参数进行仿真分析。结果显示，几何传动误差对轮齿传动平稳性以及齿面接触强度影响较大，可通过控制几何传动误差幅值来控制承载传动误差幅值；预设接触路径倾斜角度控制在30°邻域内可获得较好的承载接触特性，接触椭圆长度主要影响齿面接触强度与齿根弯曲强度，根据仿真结果，预设接触椭圆长度取齿宽的0.5～0.75时，面齿轮副具有较好的承载接触特性。

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基于改进抛射弹丸算法的门式起重机主梁优化

鲁佳, 王超

机械强度. 2023, 45(3): 756-762. https://doi.org/10.16579/j.issn.1001.9669.2023.03.034

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桁架结构是门式起重机中最为常见的结构，具有轻盈、跨度大、用钢量省、受力体系简单等诸多优点。由于桁架结构非线性约束较多，通常无法快速高精度的获得最优解。为加快桁架结构的求解速度，提出一种基于考虑空气阻力的自适应线性权重系数策略对抛射弹丸算法进行改进。选取10 杆平面桁架结构和25 杆空间桁架结构对改进的抛射弹丸算法进行性能验证，结果表明，改进抛射弹丸算法的收敛速度相对于传统优化算法具有良好的竞争力。运用改进的抛射弹丸算法对门式起重机主梁进行轻量化优化，优化结果表明，主梁的质量由初始设计的34 861.81 kg 优化成2 968.82 kg，降低的幅度为14.84%，主梁挠度由初始设计的2.57×10^-3 m 优化成2.31×10^-3 m，降低幅度为10.12%。通过对桁架结构的优化结果分析，改进的抛射弹丸算法可以作为一种高效的优化算法进行求解工程优化问题。

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2023年, 第45卷, 第3期　
刊出日期：2023-06-15

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