摘要：针对复杂工况下汽车后桥准双曲面齿轮接触疲劳失效问题,采用雨流计数法和Goodman平均应力方程,建立轮齿接触静力学模型,提取接触齿面载荷-时间历程,编制准双曲面齿轮载荷谱;研究基于载荷谱的准双曲面齿轮高周疲劳寿命预测方法,采用有限元方法模拟轮齿在载荷作用下的啮合/接触过程,揭示疲劳损伤准则对齿轮疲劳寿命预测的影响机制.所提方法对指导汽车后桥准双曲面齿轮高周疲劳寿命评估与预测具有重要意义.

摘要：为解决谐波减速器运行中因轮齿干涉及齿面接触不充分导致的应力集中问题,提出了一种基于有限元法(Finite Element Method,FEM)的螺旋线方向修形方法.首先,基于齿面接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)设计柔轮与刚轮齿廓,为实现对谐波减速器工作状态的精准模拟奠定基础.随后,基于齿面接触分析的有限元法重构柔轮模型.在保持柔轮原齿廓完整性的前提下,进行螺旋线方向修形.最后,通过有限元仿真验证修形效果.结果表明,修形后柔轮齿面最大等效应力与啮合压力显著降低,齿面接触区域明显扩大.该方法有效解决了轮齿干涉与应力集中问题,显著提升了传动平稳性,为谐波减速器齿轮啮合性能优化提供了技术参考.

摘要：工业管道常与压缩机、泵等动力设备连接,承载了物料运输、压力传导等重要功能,是工业生产中物料传递的"高速路".长期过大的振动是管道结构疲劳损伤、安装在管道上的仪表脱落、配套元件失敏等问题的根本原因.对管道振动、噪声及其控制技术的研究,是满足工业生产要求的基本前提.颗粒阻尼器由于其阻尼效果明显、可靠性高、便于安装等优点,常常用于工业管道的振动控制中.然而,颗粒阻尼材料的减振机制、设置方法等尚不完备,导致其减振效果难以预测.首先,研究用于L形工业管道减振的颗粒阻尼器的理论计算方法,分析了颗粒在"等效固体""等效液体"2种状态下的阻尼耗能机制.然后,按照阻尼器安装位置振动烈度的不同,提出颗粒阻尼器的理论计算方法.研究结果表明,无错位流动的小振动条件下,将颗粒的耗能等效为颗粒与管道之间的脉冲碰撞力以及摩擦耗能;大振动条件下,颗粒之间形成了错位流动,表现出黏滞阻尼效应.理论和试验结果表明,当颗粒阻尼器位于约化加速度Γ≤3.8的环境中时,宜采用碰撞阻尼的方法表征颗粒阻尼器的耗散性能;当颗粒阻尼器位于约化加速度Γ>3.8的环境中时,宜采用多相流的思路预测颗粒阻尼器减振效果.

摘要：可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化).然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数.在零部件寿命不服从指数分布的情况下,假设寿命服从指数分布会导致可靠性及失效率分析结果严重偏离真实情况;在零部件寿命服从指数分布的场合,随意假设零部件独立失效,会错误地估计设备(由零部件构成的系统)的可靠性.从产品性能和服役载荷环境两个方面分析、推断产品失效率的属性(是否随产品服役时间变化),进而揭示产品寿命服从指数分布的条件,阐释在零部件寿命服从指数分布的条件下,系统中零部件失效的独立性/相关性问题.

摘要：为提高重型机械和航空航天装备粘接结构装配连接性能,构建了基于内聚力单元的胶粘结构连接失效破坏数值分析模型.分析了结构拉剪破坏过程中不同载荷时刻下胶层剪切应力分布的演变规律,研究了不同结构参数下极限失效载荷与结构刚度的变化规律,并开展了拉伸剪切破坏试验.结果表明,不同载荷时刻下胶层剪切应力分布从刚开始的U形逐渐变为M形,最后过渡为近似倒U形;增加胶层长度或宽度,极限失效载荷及结构刚度均会随之增大;随着胶层厚度或基底厚度的增加,极限失效载荷变化幅度较小;结构刚度则大致随着胶层厚度的增加而减小,随着基底厚度的增加而增大.

摘要：针对现在监测方法在轧机轴承早期故障诊断精度上的局限性,提出了一种基于嵌入式多源微传感器的轧机智能轴承结构设计方法,开发了集成温度和加速度信号的多源微传感器模块,并设计了轴承座轴向传感引线优化布局结构,突破了传统轴承空间受限下的传感集成瓶颈.建立了开槽结构的力学性能评估体系,通过强度校核与寿命计算验证了智能结构的可靠性.结果表明,开槽区域为10 mm×5 mm时的等效应力最大为99.71 MPa,较材料屈服极限具有充分安全裕度;结构整体最大变形量仅为0.24 mm且局部变形量小于0.02 mm,理论寿命与常规轴承保持一致.优化后的智能轴承在保证监测功能的同时,结构强度与寿命均满足工业应用要求.研究成果不仅为极端工况下轧机轴承早期故障诊断提供了高精度监测手段,更通过嵌入式设计实现了"监测-结构"一体化流程,其强度校核标准与寿命评估方法可直接指导工业现场智能轴承的改造升级,对提升轧制生产线运维效率具有重要工程价值.

摘要：研究了不同形式多分层对叶片主梁层合板抗拉强度的影响规律.开展了含单分层和多分层层合板的静态拉伸测试,并采用连续损伤模型(Continuous Damage Model,CDM)和内聚力模型(Cohesive Zone Model,CZM)对其损伤过程及最终失效模式进行了数值分析,数值结果与试验值吻合性良好,总体误差在7%以内.建立了1.5 MW-40.3 m叶片主梁等效层合板数值模型,预测了不同形式的多分层对层合板抗拉强度的影响.研究结果表明,分层的排布形式、最大分层面积、分层面积阶梯差对抗拉强度均有影响,三角形多分层要高于倒三角形多分层层合板的抗拉强度,最大面积分层靠近叶片层合板近表面,对拉伸失效载荷影响较大.

摘要：飞机进气道结构与发动机套筒之间使用沉头铆钉连接,在检修中发现部分铆钉发生疲劳断裂问题,分析认为制造过程中因铆钉孔垂直度不合格导致铆钉偏斜,造成铆钉承载能力降低,受机身振动影响引发疲劳断裂.通过有限元仿真方法研究铆钉孔倾斜对铆钉承载能力的影响,结果表明,铆钉孔倾斜会造成铆钉截面应力分布不均,且倾斜角度越大,铆钉头截面的铆钉最大应力和应力分布不均匀程度越高.不同倾斜角度下的铆钉轴向载荷疲劳试验表明,铆钉孔倾斜会造成轴向交变载荷下铆钉疲劳寿命的缩减.研究结果表明,制孔及锪窝工艺中铆钉孔垂直度不合格会造成铆钉截面内应力分布不均,降低铆钉承载能力,在飞机制造过程中应严格控制铆钉孔垂直度,以确保铆接结构的可靠性.

摘要：垂直轴风力机因其易大型化优势逐渐成为研究热点,但涉及结构方面的研究较为有限.因此,以5 MW垂直轴风力机为研究对象,提出了满足结构性能需求的叶片及支撑杆复合材料铺层设计方案.通过计算流体力学方法获得极端环境下气动载荷并加载至风力机表面,利用有限元方法对其进行静力学及模态分析.结果表明,提出的风力机叶片、支撑杆及塔架等主要结构部件在极端载荷下有足够的安全性,其最大位移位于叶片尾缘顶部,最大应力位于塔架与支撑杆连接处,最大应变位于与支撑杆接触的叶片腹板;停机迎风状态下垂直轴风力机风轮仍存在较强的扭转载荷特征;风轮工作频率小于风力机1阶固有频率,且其相对差超过10%,风轮在额定条件下不会发生共振.

摘要：考虑到结构边界条件的不确定性,基于同伦随机有限元方法,提出了一种梁结构边界约束静力模型修正方法.基于不确定的静力测量数据,实现了梁身单元与边界单元的整体修正.静力凝聚方法能够保证计算自由度与测量自由度相匹配.正则化方法可以减少随机模型修正方程病态解的问题.概率残差最小化法实现同伦系数的最优选择,保证了边界约束的精确识别和整体修正的精度.最后,通过变截面混凝土梁数值算例和铝合金梁的静力加载试验,验证了该方法的有效性.

摘要：为构建具有良好生物学性能的骨支架结构,基于三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)设计不同孔隙率、单胞尺度下的P型、FRD型匀质多孔支架,以及P&FRD梯度多孔支架;并通过试验和有限元仿真的方法,探究单胞类型、孔隙率及单胞尺度对TPMS多孔支架力学和生物学性能的影响.研究结果表明,基于TPMS建立的匀质和梯度多孔支架内部孔道具有良好的连通性;多孔支架的力学性能随着孔隙率的增加而降低,但渗透性则随着孔隙率的增加而提高;增大单胞尺度可以明显提高多孔支架的渗透性;梯度多孔支架的渗透率还受渗流方向的影响;梯度多孔支架能综合各匀质单胞结构的性能特点,在支架不同区域表现出不同的力学和生物学性能,更接近人体骨骼的结构和生物学性能.

摘要：液体动静压球轴承在中高速下,动压效应使楔形空间内的流体发生涡动,转子的振动特性可能受到油膜涡动影响,主轴回转精度因此降低.针对小孔节流的液体动静压球轴承,将涡动形式分为柱面涡动与锥面涡动,建立润滑数学模型与转子动力学模型并联立求解,得到轴心轨迹与振动幅值;探究形心偏移距离、初始偏转角度对转子系统振动特性的影响.结果表明,与纯柱面涡动相比,综合考虑锥面涡动之后,轴心轨迹稳定性下降,振动幅值增加;随着形心偏移距离的增加,轴心轨迹的稳定性与振动幅值大幅度下降;随着初始偏转角度的增加,轴心轨迹的稳定性与振动幅值仅会小幅度下降.由此得出,改变形心偏移距离比改变初始偏转角度对轴承转子系统的轴心轨迹稳定性及转子系统的振动特性影响更大.

摘要：大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性.以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流固耦合和谐响应分析等多种方法,研究了管道振动的产生原因和机制.结果表明,由调相机本身产生的周期性激振力是管道振动的主要原因.进一步提出基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的管道减振措施,试验和仿真数据表明,在润滑油供油管道系统4和5、6和7支吊架中间位置各安装一个TMD,减振效果最佳,可将该管系的振动加速度降低90%以上,具有良好的减振效果.

摘要：针对汽车电动座椅调节器中的噪声问题,对其主要传动系统采用修形蜗杆和修形斜齿轮配对以减少啮合冲击.建立其数学模型,加工了不同修形量的蜗杆和斜齿轮,搭建了噪声测试试验台,测试了原模型和不同修形量情况下汽车座椅调节器的加速度频谱,选取较优组合进行了齿廓修形后的整机降噪测试.分析结果表明,合适的蜗杆和斜齿轮齿廓修形可有效降低加速度频谱峰值,斜齿轮、蜗杆修形量分别取0.04、0.02 mm下的座椅调节器加速度峰值较原产品下降明显;6套试验产品的噪声与对标产品的最大噪声的差值在1.6 dB以内,且试验产品的加速度频谱和加速度峰值较原产品明显降低,验证了蜗杆斜齿轮副齿廓修形降噪的可行性.

摘要：针对群智能算法优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型时容易遭遇局部最优的问题,提出一种改进北方苍鹰优化(Improved Northern Goshawk Optimization,INGO)算法,并将其应用于滚动轴承的故障诊断.通过引入基于余弦变化的自适应惯性权重因子以及柯西变异策略来改进北方苍鹰优化(Northern Goshawk Optimization,NGO)算法,并结合SVM构建INGO-SVM故障诊断模型.为评估改进算法的性能,首先,使用基准测试函数进行了试验,并将改进算法与现有的NGO、粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法、麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)等进行比较,改进算法的性能在一定程度上有所提升.然后,通过小波包分解对原始诊断信号进行特征提取并划分出10种类别,使用第3层各频段的能量作为特征向量,输入到故障诊断模型;最后,比较了改进算法与其他3种算法在优化SVM参数进行故障分类时的性能.结果表明,改进算法能够有效准确地实现不同故障的分类,准确率可达99.39%,验证了该方法的有效性和可行性.

摘要：为深入了解船载大口径望远镜跟踪架结构的稳定性,以典型的地平式望远镜跟踪架为基础,对其稳定性进行研究.根据设备在船载、舰载情况下所承受的外部载荷,将外部载荷参数化并输入有限元软件.利用前处理软件联合有限元软件对其在静态风载下的结构变形进行分析.然后对结构固有频率进行求解,提出一种计算简单的响应谱分析,计算代替冗杂的随机响应分析,进而对动态风载和海浪激励下的设备进行稳定性分析.根据分析结果得出的应力和形变值,确保船载望远镜跟踪架在理论上满足船载条件下的强度要求和设计精度要求.在静态风载作用下,求解得到跟踪架结构的最大应力值约为14.07 MPa,小于钢的屈服强度355 MPa;最大形变量约为0.02 mm,小于设计精度误差同轴度ϕ0.1 mm;求解1～6阶固有频率模态值为40.15、49.65、66.86、82.93、91.38、115.89 Hz;在动态风载作用下,求解得到结构应力峰值为3.92 MPa,最大形变量为0.01 mm;在海浪激励作用下,结构应力峰值为5.88 MPa,最大形变量为0.02 mm;均小于钢的屈服强度和设计精度误差同轴度.模态测试试验得到的模态值与计算模态值误差均在10%内,结合理论仿真和实际试验,该跟踪架结构可在船载条件下正常工作.

摘要：针对光电探测器的储存寿命评估问题,综合考虑样品关键性能参数有无变坏或者向好的趋势情况,提出了一种基于蒙特卡洛法的多参数竞争失效储存寿命评估新方法.首先,通过性能退化建模选择单一参数的最优退化模型,从而对于退化趋势递增的样品根据失效阈值计算其伪寿命,对于退化趋势递减的样品将其伪寿命看作右删失数据;然后,根据伪寿命数据结合最大期望(Expectation Maximization,EM)算法选择单一性能参数的最优分布;最后,通过蒙特卡洛采样法进行多参数的竞争失效评估.以光电探测器储存案例为实例,验证了该方法的可行性.

摘要：压裂泵柱塞密封副长期在变载荷、往复摩擦及高压、酸性压裂液的环境下运行,是压裂泵液力端最容易失效的部件之一.为研究过盈量、介质压力等对V形密封圈密封性能的影响,采用自动收缩配合模拟V形密封圈的装配过程,基于流体压力渗透模拟V形密封圈的实际流体压力作业工况,建立了V形组合密封圈的有限元模型;分析了V形密封圈在准静态和动态密封下的最大Mises应力和接触压力的变化规律;提出了一种双级压差的柱塞密封结构,并对该结构进行了密封性能分析.结果表明,密封圈的最大接触压力都出现在靠近高压流体侧的V形密封圈处,最大应力主要在V形密封圈与支撑环和压环相接触的唇部和肩部;V形密封圈与柱塞接触一侧更容易发生失效;采用双级压差柱塞密封能够有效减小V形密封圈的Mises应力、剪切应力,以及与柱塞间的摩擦力,可延长压裂泵柱塞密封的工作寿命,提高压裂作业的可靠性和经济性.

摘要：以聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate,PET)泡沫芯层和铝合金面板制成的三明治结构为研究对象.首先,在制备三明治结构过程中,使用4类芯层,分别为未处理PET泡沫芯层,以及进行减材工艺处理(单向开槽、双向开槽、打孔)的PET泡沫芯层;然后,通过滚筒剥离试验测试铝合金面板与PET泡沫芯层的抗剥离性能,通过纯剪切试验测试减材工艺处理对三明治结构剪切性能的影响;最后,分析结构的剥离及剪切失效模式、载荷-位移响应、剥离及剪切强度.结果表明,双向开槽、单向开槽、打孔工艺使得三明治结构面板与PET泡沫芯层的剥离强度相对未处理试样分别提升了48.31%、32.29%、16.67%;虽然双向开槽、单向开槽、打孔工艺对PET泡沫芯层有损伤,但3种芯层处理工艺反而使得三明治结构的剪切屈服强度相对未处理试样分别提升了3.12%、3.90%、2.92%.

摘要：通过单轴拉伸蠕变试验,研究了7050-T7451铝合金在不同温度和应力下的蠕变行为.基于连续介质损伤力学,建立了描述铝合金高温蠕变行为的本构模型.该模型考虑了蠕变过程中的沉淀相粗化、位错增殖/湮灭和微孔洞形成等微观组织演化过程,并通过相应的损伤因子演化公式来反映这3个损伤过程,还考虑了应力增加所带来的额外损伤,以揭示应力对蠕变损伤的影响.基于试验结果和预测结果的对比分析,验证了所建立的物理本构模型可以较准确地描述7050铝合金在不同温度和应力条件下的蠕变行为.