摘要：当齿轮系统启动或者停止处于非平稳工况时,转速的急剧改变会使其表现出复杂的振动特性,从而对齿轮使用性能和寿命产生重要影响.综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙及齿轮啮合误差的影响,建立直齿轮系统动力学模型,研究了外部载荷和角加速度两个工况参数对其启停过程振动特性的影响.同时,利用短时傅里叶变换对齿轮系统的非平稳振动信号进行了时频分析.结果表明,在启停过程中,增大载荷、增大角加速度均会加剧齿轮副振动与冲击的程度,并且均会使启动前期的不稳定运动进程提前结束,停止后期的不稳定运动进程延后出现,但启动后期(停止前期)的冲击成分却会分别增多和减少;在频域中,增大外部载荷会增强齿轮系统啮合频率的倍频成分能量但对啮合频率的基频能量没有什么影响,而增大角加速度会使啮合频率的基频和倍频成分能量都增强.

摘要：针对涂覆聚氨酯涂层复合材料层合板低速冲击的损伤问题,提出了基于复合材料层合板三维渐进累积损伤的数值分析方法和聚氨酯涂层的屈服损伤准则.首先,建立了冲蚀作用下聚氨酯涂层-碳纤维增强复合材料层合板的损伤数值模型,编写了Vumat子程序.然后,参照ASTM D7136试验标准,对涂覆1、2 mm聚氨酯涂层试样和无涂层试样进行了多种能量冲击试验.同时,利用所提损伤模型研究了纤维损伤、基体损伤、分层等主要损伤的形成原因和扩展规律,揭示了聚氨酯涂层吸收冲击能量的机制.结果表明,所提损伤模型计算得到的力学响应结果与试验结果吻合度较高,证明了所提模型的正确性.并通过对比试验证明了聚氨酯涂层对碳纤维复合材料层合板抗冲击损伤能力的提升效果.研究结论可为飞机防护涂层设计提供参考.

摘要：高温机械强度是保障先进能源动力系统及部件长期稳定运行的关键性能指标,也逐渐成为机械强度学的重要学科分支,其研究与发展贯穿了现代工业技术体系的演进过程.研究范式已从早期的经验公式与单一损伤模型,演进为以"机制可解释、预测为导向、证据可复现"的结构完整性评估体系.基于该领域的发展脉络,结合文献计量与关键词聚类分析,揭示了研究热点的阶段性迁移与知识结构演化特征.在此基础上,以多尺度建模、多损伤耦合和多学科交叉为主线,综述了材料变形与损伤机制、损伤评定与寿命预测、在役监测与可靠性评估等重要进展,构建起从微观机制到工程应用的可追溯映射.展望未来,高温机械强度研究将在多物理场耦合、智能决策算法和标准体系建设等方向持续深化.如何实现从高保真模型到实时预测的跨越、从微观组织到宏观寿命的映射、从理论建模到工程规范的转化,将成为推动该领域持续创新的关键课题.

摘要：在偏航过程中偏航位置异常一方面会导致偏航位置误差积累,影响偏航对风精准度或导致电缆过度扭缆而影响安全,另一方面频繁位置跳变或频繁短时位置保持均会产生一定的偏航误差、影响偏航控制稳定性,从而导致偏航系统故障发生频率升高和运维成本增加等问题,因此提出了一种基于数据驱动的故障诊断方法,用于对风电机组偏航位置的异常情况进行预警.首先,针对数据采集与监视控制(Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA)系统中的海量数据,采用基于标准化交互增益的Relief-F(Standardized Interaction Gain and Relief-F,SIG-Relief-F)特征算法筛选出用于识别与目标变量(在这种情况下可能是偏航系统故障)具有最强关联性的多个特征参数.这种方法的优势在于能够有效地考虑到特征之间的相关性,最大程度地保留偏航系统故障相关特征与交互特征.其次,建立反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)偏航位置预测模型,通过滑动窗口法对残差的分布进行统计,从而确定故障阈值.最后,通过实例验证了所提方法的有效性与准确性,并通过对比多元状态估计技术(Multivariate State Estimation Technique,MSET)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)算法,验证了其具有更优的异常预警性能.研究结果可为实际偏航系统的故障诊断提供参考.

摘要：在地铁车体结构的优化设计区域筛选中,常使用灵敏度方法,操作流程复杂烦琐且不能快速应用到车体结构的设计中;而基于刚度贡献度理论,在通过试验验证有限元模型精度后,将地铁铝合金车体的局部刚度与整体刚度相结合,可快速确定车体的主要优化区域;采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,对车体结构进行二次优化设计研究.优化后的车体结构性能完全符合EN 12663标准,优化后车体质量减少了5.34%,1阶垂弯频率提升16%,其他模态频率也显著提高.此研究成果为其他地铁车体结构的优化设计提供了技术参考.

摘要：在斜行电梯运行中,其安全制动系统是影响设备安全性和可靠性的关键因素.针对斜行电梯安全制动系统故障的发生具有动态性及不确定性的特点,提出了一种基于模糊动态故障树的斜行电梯安全制动系统可靠性分析方法.基于模糊数学理论对安全制动系统的底事件故障率进行表征,结合动态故障树分析方法,将斜行电梯安全制动系统动态故障树划分为静态子树与动态子树,静态子树采用静态或逻辑门求解事件的模糊故障概率,动态子树采用基于马尔可夫(Markov)模型中不同状态模糊转移率获得安全制动系统随时间变化的失效率函数,得到不同运行时间安全制动系统故障失效概率的隶属函数,实现斜行电梯系统故障发生率不确定条件下的动态可靠性分析.基于模糊概率重要度求解原理,对安全制动系统底事件进行概率重要度排序分析,为斜行电梯安全制动系统的定期检修和维护提供了依据.

摘要：地铁车辆高速断路器是保障列车电气线路安全的重要装置,断路器通过开闭动、静触头进而控制电路的接通与断开.接触头的剩余寿命是制定断路器运维策略的重要依据,然而当前尚无系统性的研究报道.因此,搭建了符合断路器运维条件的试验场景,并基于试验数据建立了断路器的剩余寿命模型.以成都地铁某线路的UM712V型高速断路器接触头为研究对象,采用有限元模拟与试验研究相结合的方法,开展了其在日常服役条件下剩余寿命演化规律的研究,即接触头镀银层厚度磨损量随使用次数变化的规律.数值仿真结果表明,动、静触头的各类应力小于材料的疲劳极限,通过安全寿命评估可认为两类接触头的疲劳服役周期均属于无限寿命水平;试验结果表明,动触头镀层厚度随着试验次数的增加不断降低,其主要原因是打磨工艺造成了磨损,而且存在偏磨现象.基于线性模型开展了动触头镀层的磨损剩余寿命预测,计算发现动触头镀层从初始厚度3.003 mm磨耗到1.5 mm时,断路器接触头的使用次数为19 313次,折合自然年约为36.2年,约为设计使用寿命的2.4倍.该预测值经假设检验验证,计算结果在预测区间内.研究结果为接触头镀层的检修间隔以及保养策略的制定提供相关参考.

摘要：[目的]为提高面齿轮传动的承载性能并降低对安装错位的敏感性,提出一种基于预设接触路径的高阶分段拓扑修形方法.[方法]首先,分别设计了沿小齿轮预设接触路径与瞬时接触线方向上的2阶、4阶分段修形函数,根据曲面叠加方法建立了修形后齿面方程.然后,推导了考虑安装误差的齿面接触分析方程,研究了在不同安装误差条件下预设接触路径角度、修形长度、修形曲线阶次及最大修形量等参数对面齿轮副接触特性的影响规律.最后,采用有限元法对比分析了不同修形函数和修形量条件下面齿轮副的承载接触特性.[结果]计算结果表明,相较于2阶修形,采用4阶修形方法的齿面接触应力以及承载传动误差幅值均有所降低,且接触印痕从面齿轮内径齿根向外径齿顶延伸.高阶分段修形方法能够降低面齿轮副对安装误差的敏感度,优化齿面载荷分布并提升啮合性能.

摘要：[目的]动力电池在充放电过程中表现出显著的应力及形变特性,这对电池的管理与成组设计提出了更高要求.为准确评估动力电池包在底部撞击试验中的结构强度状态及电池单体的安全健康状态,需明确界定单体电池在特定场景或工况下触发起火爆炸的临界侵入量.采用仿真手段对动力电池包底部撞击试验中结构的强度状态及电池单体的安全状态进行了准确预测,并基于数值试验模型,深入分析了撞击过程中的动力学响应特性与能量分配规律.[方法]首先,基于显式动力学理论与有限元方法,利用Abaqus软件构建了动力电池包底部撞击的显式非线性有限元数值模型;然后,计算并评估了关键部件的位移响应、等效塑性应变及系统的能量分布规律.[结果]结果表明,仿真预测的被撞击部件变形形状、侵入量及强度状态与试验实测结果高度吻合,底护板、液冷板和电池壳体侵入量的仿真精度分别为94.36％、98.80％、96.78％.球头对电池包底部的最大撞击力为27 299 N.撞击总能量的80.96％转换为底护板、液冷板与电池单体外壳的应变能,且核心部件的吸能占比与被侵入量成正相关特性.研究成果可为动力电池包底部安全防护方案的力学性能设计提供数字化评估方法与理论参考.

摘要：[目的]针对单一材料难以同时满足抗侵彻性能和轻量化要求的问题,研究钩织纤维金属层合板在准静态工况下的抗侵彻力学行为与能量吸收特性.[方法]首先,采用短针钩织与胶结工艺,制备了不同纤维钩织结构芯层的层合板试样,在电子万能试验机上进行了准静态侵彻试验;然后,利用SolidWorks软件建立了三维几何模型并导入Abaqus有限元分析软件,进行了准静态侵彻数值模拟,通过试验与仿真数据的对比分析,引入了吸能评价指标处理相关数据.[结果]结果表明,试验载荷-位移曲线与仿真模拟曲线吻合良好.当层间芯层为单层时,其缓冲作用不明显,层合板的峰值载荷接近于防弹板材料本身的峰值载荷;当芯层为双层或混合钩织结构时,可产生显著的缓冲效应.与参考基准(P1、P2板峰值载荷之和40.08 kN)相比,单层芯层的PSP和PKP层合板的峰值载荷分别提高了0.52、0.54 kN,而双层或混合芯层的PSSP、PKKP、PSKP、PMP层合板的峰值载荷则分别降低了13.17、0.87、10.48、8.12 kN.芯层的加入降低了防弹板的刚度,使其发生更充分的溃缩变形,各层合板的准静态侵彻吸能量较无芯层单板分别显著提高了95.12％、80.93％、95.59％、153.2％、65.95％、30.70％,其中双层不锈钢纤维钩织层合板(PSSP)的吸能表现最佳.

摘要：[目的]基于深度学习的航空发动机剩余使用寿命预测,为保障航空发动机的可靠性奠定了基础.然而,现有研究多聚焦于欧氏空间中退化信息的获取,忽视了非欧氏空间中拓扑关系蕴含的额外退化信息.因此,提出了一种基于并分支图节点嵌入学习的门控循环神经网络(Parallel-Graph Node Embedding Learning-Gated Recurrent Unit,Parallel-GraphSAGE-GRU)的航空发动机剩余使用寿命预测方法.[方法]首先,基于最大互信息法描述航空发动机监测参数之间的关系,在此基础上,通过固定时间窗口构造图,输入序列获取发动机非欧氏空间的拓扑关系;其次,采用GRU提取欧氏空间中航空发动机时间退化关系;然后,在运行过程的每个时刻将GraphSAGE与GRU的输出隐式向量进行拼接,并通过全连接神经网络映射为航空发动机输入退化信息的剩余使用寿命值;最后,采用航空发动机剩余使用寿命数据集,对所提方法的有效性和先进性进行验证,所提方法的R2最高达到0.988 6.[结果]结果表明,该方法能够兼顾预测精度及计算效率,具备良好的可行性.

摘要：[目的]建立一种等腰三角形蜂窝结构抗冲击分级优化设计方法,为航天器冲击缓冲装置的轻量化设计提供参考.[方法]首先,利用Abaqus软件建立数值仿真模型,分析等腰三角形蜂窝结构在面内冲击下的相对密度和平台应力等力学性能,并通过与文献结果对比验证模型可靠性;其次,基于Isight软件平台,采用多目标遗传算法,以结构质量和峰值载荷最小化为目标,对胞元底边边长、胞元高度及不同区域胞壁厚度等宏观尺寸参数进行优化;然后,针对宏观优化后的最优构型,选择对称剖面建立平面应变模型,进一步开展胞元连接处圆角半径的细节优化设计;最后,通过对比优化前、后蜂窝结构的支反力-时间历程曲线和变形模式,评估分级优化策略的有效性.[结果]结果表明,宏观优化后蜂窝结构在不同冲击速度下的质量分别降低73％(5 m/s)和83％(35 m/s);细节圆角优化后峰值支反力降低31％.

摘要：[目的]针对门式起重机主梁传统设计未充分考量不确定性因素、设计精度不足的问题,开展主梁腹板轻量化与多目标可靠度优化研究,提升重型起重设备结构设计的合理性与安全性.[方法]首先,以跨度10 m、承载能力800 t的门式起重机主梁为研究对象,借助SolidWorks软件与Ansys软件,建立腹板厚度参数化有限元模型,为优化分析提供数值支撑;其次,结合拉丁超立方抽样法与反向传播(Back Propagation,BP)神经网络技术,构建结构隐式极限状态函数,采用蒙特卡洛模拟方法计算结构可靠度指标;然后,以主梁质量最小、最大总变形最小、可靠度指标最大为优化目标,运用第二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)开展多目标可靠度设计优化;最后,通过等比缩放模型试吊试验与声发射传感检测,验证有限元模型的仿真精度.[结果]结果表明,多目标优化共获得70组Pareto最优解集,综合选取的最优方案在保证变形与应力满足安全要求的前提下,主梁结构质量减少25.7％,结构可靠度提高了9.7％.所提方法可构建高效的主梁可靠度优化体系,为重型起重设备结构安全设计提供参考.

摘要：[目的]腐蚀环境会显著降低蜂窝结构的承载能力,甚至诱发结构失稳,探究其影响规律对工程应用具有重要意义.[方法]首先,通过准静态压缩试验,对比分析正六边形与正方形两种蜂窝结构在腐蚀前、后的承载力变化规律,明确腐蚀对两种孔型结构性能退化影响的差异;其次,建立两种结构的有限元模型,通过载荷-位移曲线对比验证数值模型的准确性;然后,基于验证的数值模型,对不同孔隙率的正六边形蜂窝结构进行仿真计算,分析孔隙率对结构强度的影响;最后,通过改变局部壁厚的方式模拟不同腐蚀程度,系统研究腐蚀环境下蜂窝结构承载力的退化规律.[结果]结果表明,正六边形蜂窝结构稳定性优于正方形结构;腐蚀对正六边形蜂窝结构承载力影响较小,腐蚀5次和20次后其承载力分别下降4.58％和20.53％,而正方形结构分别下降13.29％和25.88％;随着孔隙率从70％增至80％,结构底部应力集中现象加剧,强度降低.

摘要：[目的]摆线轮与针齿间的接触应力及摩擦产热是影响其传动性能与寿命的关键因素.当前修形优化研究多侧重单一目标,缺乏对热-力耦合效应的综合考量.针对上述问题,提出一种考虑摩擦热状态的摆线轮齿廓多目标优化方法,旨在同步降低齿面最大接触应力与摩擦热流密度,改善齿面温度分布.[方法]首先,依据摆线行星传动啮合特性,建立理论承载接触分析模型,为后续优化提供力学计算基础;其次,将齿面离散化并引入摩擦热流密度计算,构建以最小化最大接触应力和热流密度总和为目标的优化函数;然后,基于Matlab软件编写遗传算法程序,设置修形参数范围及约束条件,建立齿廓修形多目标优化模型,并针对迭代不收敛与结果异常问题增设可行性判定与惩罚机制;最后,通过有限元仿真对比优化前、后齿面温度场,结合啮合效率理论计算,评估优化效果.[结果]结果表明,多目标优化后齿面最大接触应力略有降低,齿面总热流密度显著减小,仿真显示齿面最高温度下降5.346℃,温度集中区域明显缩小;同时,啮合功率损失降低,啮合效率提升1.5个百分点.

摘要：[目的]针对组合变形条件下履带车辆衬套型橡胶悬架静刚度计算方法缺失的问题,提出适用于多构型衬套的悬架静刚度计算方法,为橡胶悬架初始设计与刚度匹配提供参考.[方法]首先,基于线弹性力学分析方法,分析轴对称橡胶衬套径向、偏斜及扭转变形对悬架行程的影响,推导平衡肘转角与负重轮垂向位移计算式,为刚度求解提供依据;其次,结合轴对称与非轴对称橡胶衬套的截面特性,引入垂向变形补偿量与转角修正系数,建立组合变形条件下悬架静垂向刚度、静扭转刚度计算方法;然后,采用Ansys/Workbench软件建立衬套有限元模型,开展静力学仿真分析,验证变形计算结果的准确性;最后,搭建橡胶悬架加载试验台,通过准静态加载试验校验刚度计算方法的工程适用性.[结果]结果表明,橡胶衬套受力变形规律与仿真计算、试验观测结果一致;悬架静垂向刚度、静扭转刚度的计算值与试验值误差分别为9.43％、5.71％,均处于10％工程允许误差范围内,可满足悬架初步设计的工程要求.

摘要：针对新能源汽车副车架的焊缝疲劳试验问题,提出一种基于失效主导载荷的程序载荷谱编制方法.首先,建立后副车架有限元模型,将单位载荷下应力分布与各连接点载荷相耦合,运用结构应力法对副车架焊缝进行疲劳寿命评估,并筛选出容易失效的6处危险点;其次,通过对比各连接点载荷损伤大小,确定焊缝危险单元对应的失效主导连接点;然后,通过焊缝处主应力分析、时域相关性和单轴损伤贡献量确定失效主导载荷,实现多轴载荷降维,降低台架试验加载难度;最后,基于失效主导载荷输出伪损伤矩阵,挑选特征工况及其比例得到疲劳加速试验程序载荷谱,根据损伤等效原则确定其最小循环次数.数值仿真结果表明,程序载荷谱能够复现危险点损伤,且具有较高的加速系数,验证了加速试验谱的有效性.

摘要：为了研究轨道车辆车体中空挤压型材受碰撞后的响应特征,引入广义增量应力状态损伤模型(Generalized Incremental Stress State-damage Model,GISSMO)并进行有限元仿真分析.首先,基于车体常用材料6082-T6铝合金的试验结果,分别使用修正的约翰逊-库克(Modified Johnson-Cook,MJC)模型和DF2016模型对其动、静态力学性能和不同应力状态下的断裂行为进行表征;其次,基于LS-OPT软件和人工选优结合的方法,对GISSMO进行参数标定;然后,针对网格尺寸效应,开展了网格尺寸依赖性修正,并通过试验与仿真对比验证了模型和修正的有效性;最后,针对某一车体侧墙中空挤压型材进行碰撞仿真分析,并对比了考虑和不考虑材料损伤与断裂对仿真结果的影响.结果表明,相较于不考虑材料的损伤与断裂,基于GISSMO可以更加准确反映型材受纵向冲击下的响应.

摘要：为了实现对橡胶隔振器隔振性能的仿真预测,针对标准试样的振动传递率进行仿真与测试对比研究.首先,对标准试样进行压缩试验,得到压力-变形数据,基于大变形理论对数据进行处理,得到真实应力-应变曲线,选择Mooney-Rivlin(M-R)模型定义材料属性;其次,搭建振动传递率测试系统,利用激振器激励标准试样,得到实测的振动传递率曲线;再次,根据测试系统搭建仿真模型,基于瞬态动力学分析得到仿真传递率曲线;最后,将测试结果与仿真结果进行对比,从而实现橡胶隔振性能的仿真预测.结果表明,仿真得到的振动传递率曲线与测试结果一致性较高,峰值频率误差仅为4.8%,能够实现仿真预测,为隔振器的优化设计与性能提升提供仿真指导.

摘要：宽温域内轴与球轴承间的间隙随温度升高而增大,同时轴承内部间隙也随温度变化而变化,轴承内圈受到增大的摩擦力矩,使内圈转速降低,从而导致外圈缺陷特征频率出现偏差,不利于球轴承的故障诊断和设备的稳定运行.考虑轴与轴承间的温变间隙,建立了宽温域内含外圈缺陷的轴承动力学模型,分析了模型的时域波形和频谱.仿真和试验结果表明,轴承振动随温度升高而加剧,外圈缺陷特征频率随温度升高而降低.根据工艺要求,适当增加轴与轴承间的过盈量,有利于降低宽温域内轴承系统的振动,提高轴承缺陷频率识别的准确性.研究结果为球轴承在宽温域的使用和健康监测提供了参考.