摘要：针对海水泵工作过程中的旋转振动问题,结合实测振动特性,基于准零刚度隔振原理和超结构带隙特征设计了准零刚度环状超结构隔振器用于振动控制.首先,以典型海水泵为研究对象,以一体化准零刚度结构为基础,提出了环状超结构隔振器的结构方案.然后,分别采用有限元法和理论法建立了准零刚度单胞、一维准零刚度超结构、准零刚度环状超结构隔振器的模型,计算并分析了其静、动态力学特性,并评估了其对海水泵输出振动的隔振效果.计算分析及试验结果表明,准零刚度环状超结构隔振器可在低频构建多个带隙,对海水泵典型频率的振动控制效果显著.

摘要：针对HR-2抗氢钢深小孔钻削加工中表面质量降低、麻花钻磨损严重的问题,通过热力耦合有限元仿真与深小孔钻削试验相结合的方法,研究深小孔加工中刀具磨损、钻削温度和加工表面质量的变化趋势,对比超声振动辅助钻削(Ultrasonic Vibration Assisted Drilling,UVAD)和常规钻削(Conventional Drilling,CD)2种加工方式,分析超声振动对表面质量差、刀具磨损严重等问题的改善作用.结果表明,随着钻削深度增大,刀具横刃和切削刃热量积累显著增大,逐渐发生涂层剥落、刃口钝化、崩刃等问题,同时,加工孔表面切削热累积导致温度升高,加工表面出现材料涂抹、碎屑黏附、斜向划擦等问题,使表面质量下降和表面粗糙度增大.UVAD相较于CD,有效降低了钻削温度,有助于减少刀具磨损,保持切削刃的完整性,同时降低了加工表面粗糙度,最终提高了加工表面质量.

摘要：针对18CrNiMo7-6合金钢表面变质层的静、动态力学行为表征问题,提出表面变质层(Surface-Modified Layer,SML)Johnson-Cook(J-C)本构模型分层反演方法.将SML进行分层处理,开展了含有不同表面变质层厚度的圆柱试样动态压缩试验;通过递进式参数反演,分别确定了SML各层深处的应变率敏感系数C;结合SML各层深处不同温度准静态薄板拉伸试验,确定了其对应的屈服强度A、应变硬化系数B、应变硬化指数n及热软化指数m.试验结果表明,18CrNiMo7-6合金钢SML呈明显的应变硬化、应变率强化及温度软化效应.此外,建立了J-C本构模型参数与无量纲深度h/hb(到SML表面的距离/SML有效深度)的关联模型,为后续的复合强化仿真提供支撑.

摘要：高速列车转向架不同部位常采用不同强度铝合金材料进行设计,且采用焊接方式连接不同部件.当高速列车行驶在复杂路况时,转向架将承受拉伸过载作用,该拉伸过载会与焊接接头强度差异产生耦合叠加作用.因此,对转向架焊接结构件进行拉伸过载试验,研究拉伸过载作用下不同强度铝合金焊接接头的疲劳裂纹扩展行为和内在机制.采用柔度法测量拉伸过载作用下的裂纹扩展速率;用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术分析了拉伸过载施加前后裂纹尖端塑性区的尺寸变化规律;采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观测了不同铝合金拉伸过载作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了拉伸过载作用下的裂纹扩展行为和内在机制.结果表明,单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命.分析结果表明,拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低.材料强度越低,相同拉伸过载作用下,裂纹尖端变形越严重,迟滞效应越明显.焊接接头在拉伸过载作用下与母材试验结果保持一致,迟滞效应的强弱只取决于材料本身强度.

摘要：大底脚螺纹抽钉作为单面连接标准件广泛应用于航空航天领域,其最小拉伸载荷是有明确规定标准的机械性能之一.但目前大底脚螺纹抽钉抗拉强度的计算方法尚未成熟,为了完善大底脚螺纹抽钉的正向设计流程,实现其抗拉强度的预测,针对其在拉伸过程中的失效模式进行了研究.首先,力学分析表明,大底脚螺纹抽钉在拉伸过程中由于应力集中存在成型套断裂、墩头断裂、钉套沉头断裂3种失效模式.然后,通过有限元仿真提出了一种大底脚螺纹抽钉抗拉强度预测方法,能够获取其拉伸失效模式和抗拉强度.最后,通过液压测试系统对某型号大底脚螺纹抽钉进行了拉伸试验,得到了具体失效模式和力-位移曲线.试验结果验证了预测方法的准确性,为提升大底脚螺纹抽钉的连接强度,实现其正向设计流程中抗拉强度的预测提供了参考.

摘要：以气缸盖铸铁材料为研究对象,采用本体取样的方式进行了一系列不同温度范围下的热机械疲劳试验.结果表明,铸铁材料的疲劳试验表现出循环软化、循环稳定和快速失效3个阶段.此外,反相位加载下材料的疲劳寿命显著小于正相位加载.使用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)、随机森林(Random Forest,RF)等6种典型有监督学习模型对试验数据进行疲劳寿命预测;结果表明,模型无法学习到材料的疲劳寿命分布趋势.针对该问题,利用基于生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)自监督算法,实现了对气缸盖铸铁材料热机械疲劳寿命的预测,在小样本条件下表现出了较好的预测效果.该研究对于开展气缸盖设计和疲劳分析有着极强的指导意义和参考价值.

摘要：为提高960 MPa高强钢焊缝金属综合力学性能,揭示了960 MPa高强钢焊缝金属中Ti元素的最佳含量.首先,设计并焊接了4种不同Ti含量(0.01%～0.08%)的焊缝金属,通过扫描电子显微镜、能谱仪、拉伸与冲击试验,系统研究了Ti含量对焊缝微观结构与力学性能的影响.结合断口观察与断口显微形貌,评估了Ti含量对起裂能和扩展能的影响.结果表明,当Ti含量小于0.06%时,焊缝金属显微组织由粒状贝氏体转变为粒状贝氏体+针状铁素体;随着Ti含量提升,针状铁素体含量显著增加.当Ti含量达到0.06%时,抗拉强度为939 MPa,延伸率为23.5%,相较于Ti0.01延伸率提升27%,-40℃冲击功为104 J;Ti含量增至0.08%时,粗大板条贝氏体的形成与TiN的析出导致塑韧性急剧下降,延伸率降至18.2%,-40℃冲击功仅为25 J.Ti通过形成TiO2夹杂物促进针状铁素体形核,改善了焊缝的综合力学性能,但过量的Ti会诱发脆性相析出与粗大的板条贝氏体的形成,显著恶化塑韧性.

摘要：当前,高温结构强度的确定性设计与评估已经得到了充分的发展,并形成了较为完备的体系框架,为严苛服役条件下机械装备的设计制造奠定了理论基础.考虑到高温结构失效的随机性和失效数据的小样本特性,工程中通常采用安全系数进行保守设计,但这往往造成结构冗余和成本浪费,亟须开展从确定性到不确定性的设计方法研究.然而,迄今尚未形成通用且成熟的高温结构可靠性理论方法或国家/行业标准,导致我国航空发动机等高端装备在运行过程中的可靠性难以得到有效预测和保障.基于此,首先阐述了不确定性分析;详细介绍了损伤-阈值干涉准则,并说明了其与应力-强度干涉准则的区别及联系;最后以某汽轮机转子为例,说明了损伤-阈值干涉准则在高温结构可靠性分析中的工程应用.

摘要：颤振是金属切削过程中一种典型的自激振动现象,颤振的发生会导致加工表面质量劣化,具体表现为纹理波动、尺寸误差增大及表面完整性受损.实现颤振的有效检测与抑制对于保障加工效率、提升零件性能具有重要意义.当前研究已形成基于物理模型的离线预测方法、依赖多传感器信号的试验检测方案和融合智能算法的在线监测框架的多维度技术体系,但现有综述文献缺乏对该领域的深度解构.针对上述不足,立足该领域研究前沿,围绕颤振检测与抑制技术开展系统性技术综述与分析.在颤振检测方面,建立"解析-试验"二重方法论框架,重点剖析各类技术的适用场景与性能边界;在颤振抑制方面,构建"主动-被动-参数调整"三重控制策略分类体系,对比不同方案的实施成本与减振效果.基于多维技术对比与跨学科方法融合,探讨了该领域当前存在的问题的潜在解决方案,为后续研究提供全面的理论支撑与技术参考.

摘要：夹芯结构因轻质、吸能特性,在航空航天、国防等领域应用广泛,提升其在内爆炸载荷下的抗爆性能具有重要意义.设计了圆环夹芯管(R)、聚氨酯泡沫夹芯管(F)、圆环-聚氨酯泡沫混合夹芯管(RF)3种结构,并以无填充夹芯管(A)为对照组,通过内爆炸载荷试验与有限元模拟,对比分析了4种结构在不同炸药量下的变形模态与能量吸收能力,同时探究了泡沫填充方式对夹芯管力学性能的影响.与对照组相比,在TNT当量为24、36、48 g 时,F、R、RF结构的无量纲化挠度均有不同程度的降低;TNT当量48 g时,RF结构比吸能较R结构提高5%,其抗爆性能最优.此外,当TNT当量大于37.39 g时,圆环内填充泡沫(FR结构)抗变形能力最强;小于该值时,圆环与管壁空隙填充泡沫(RF结构)抗爆性能最佳.

摘要：针对风载荷作用下高空线路巡检机器人稳定性不足的问题,提出了新型弹性压紧机构与改进轮槽的优化策略,可有效提升其行走稳定性,研制了一款输配电线路巡检机器人,实现了飞行与行走双模态切换功能.首先,建立了机器人在风载荷下的动力学模型,推导了摆动衰减时间与压紧力、接触面积及摩擦因数之间的关系.其次,通过动力学仿真验证了两种优化策略在抑制摆动方面的性能优势.最后,通过室外风摆试验验证了结构改进效果.结果表明,弹性压紧机构能够有效增加压紧轮和线路接触面积,改进轮槽可提升行走轮摩擦因数,两者均显著缩短了机器人摆动衰减时间,提升了机器人在风载扰动环境下的巡检稳定性.为高空线路巡检机器人在复杂环境中的稳定运行提供了有效的技术支撑与工程实践依据.

摘要：在汽车轻量化背景下,使用电阻点焊实现铝钢混合结构的有效连接是不懈的追求,但在实际焊接生产中,工况波动情况频发,严重影响焊点质量.首先,采用电阻点焊工艺连接铝合金与低碳钢板,研究不同倾斜角、板材间隙、冷却水流量等工况波动对铝钢电阻点焊的影响.然后,通过对比熔核直径和厚度、金属间化合物厚度、剥离性能以及断裂模式以评估焊点质量.研究结果表明,倾斜角和板材间隙在一定范围内增加,冷却水流量在一定范围内降低均会降低焊点质量,因此在实际生产中应尽量避免.研究结果为优化铝钢电阻点焊工艺提供了理论依据和实践指导.

摘要：为弥补新能源发电的间歇性,火电机组需长期低负荷运行,使汽轮机低压缸末级叶片持续处于小流量工况,导致叶片出现动应力增加与疲劳损伤等问题.为评估末级叶片的安全性,对某660 MW空冷汽轮机典型运行工况下低压缸末两级流道与末级动叶片进行流固耦合分析.结果表明,随着负荷的下降,末级动叶片的最大等效应力与变形先逐渐减小,后有所上升.末级动叶的最大等效应力始终低于叶片的屈服强度;叶片处于弹性变形阶段,未发生塑性变形.采用Goodman曲线分析方法对末级动叶的高周疲劳寿命进行评估,在Goodman曲线中,末级动叶片的动应力水平处于安全范围,表明叶片无疲劳损伤风险.

摘要：为了探究结构参数关键因素对多孔结构屈服强度和屈服行为的影响,制备了面心立方(Face Center Cubic,FCC)多孔结构,研究了桁架式多孔结构材料的力学强度与变形失效.构建了有限元仿真模型,分析了不同尺寸参数结构的屈服强度与失效形式,揭示了不同加载方向下单元杆件尺寸对FCC多孔材料逐层塌陷失效与整体屈服失效的转变关系.研究表明,细长比小的结构表现出整体屈服模式,反之表现为逐层压缩的屈服模式;此外,沿面对角线承载的材料能够获得更加均匀的整体变形模式,沿体对角线承载的材料局部变形更为明显.

摘要：反应烧结碳化硅(Reaction Bonded Silicon Carbide,RB-SiC)因其优异的热稳定性、耐辐射性以及化学惰性,被广泛应用于核能和光学领域核心构件的制造.但是,RB-SiC材料具有硬度高、脆性大等特点,传统加工方法难以保证其加工质量和效率.超声金刚石线锯切割(锯切)技术作为硬脆材料的高效加工方法,已在单晶Si、单晶SiC等硬脆材料的加工中成功应用.然而,该技术在RB-SiC材料的切削试验和工艺的研究还有待开展.为此,首次开展了RB-SiC的超声锯切试验研究,搭建了超声锯切RB-SiC平台,对比分析了平行与垂直超声振动方向的加工表面质量,研究了超声振幅、线速度、进给速度参数对表面粗糙度及表面微观形貌的影响规律.试验结果表明,超声锯切在提高表面质量等方面具有显著优势.随着振幅由3 μm提高到7 μm,表面粗糙度值降低了17.4%,表面划痕和凹坑数量随之减少;相较于垂直进给方向,平行进给方向的超声锯切更能有效提高RB-SiC材料的表面质量.本研究可为RB-SiC材料超声锯切工艺研究提供指导.

摘要：针对双馈风力发电机组滚动轴承长期处于正常情况下缺少故障样本导致的数据不平衡、故障诊断精度低下的问题,提出一种基于扩充高质量故障样本并使用双特征提取的改进生成对抗网络故障诊断方法.首先,将有限个滚动轴承故障样本通过最大均值差异与含惩罚项约束下的沃瑟斯坦(Wasserstein)式生成对抗网络完成故障样本扩充;其次,基于双特征提取模型的方法分别对经时频转换后的时序特征与局部特征进行提取;最后,通过分类器完成滚动轴承平衡数据的故障诊断.标准数据集以及试验结果表明,所提方法故障诊断性能在缺少故障样本的同时也有所提高.

摘要：为提高复杂结构轻量化设计的计算效率,提出一种基于Kriging代理模型的复杂结构轻量化设计方法.所提方法融合了混合加点策略和考虑距离阈值的样本删除策略,旨在快速提高Kriging代理模型的拟合精度,进而应用于以最小化构架质量和最大应力为优化目标的转向架构架多目标轻量化模型中.然后,通过第二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对多目标轻量化模型求解.结果表明,所提出的混合加点策略和考虑距离阈值的样本删除策略有效地改善了Kriging代理模型的更新进程,基于Kriging代理模型的复杂结构轻量化设计方法在计算效率和轻量化效果上具有显著优势.

摘要：针对某型号30 MN拉向传感器校准装置的试验断裂事故,设计了一套抗冲击防护装置.首先,基于运动学理论,建立试验工装中试件断裂过程各构件的运动学模型;然后,设计了3个冲击位置处的不同防护装置结构;最后,分别建立3个缓冲结构的有限元模型并进行验证、计算和优化.结果表明,上反力架顶板和上球头处的蛋盒结构防护装置能有效解决防护空间小、冲击力值大等问题;整套装置耗散上反力架59.5%冲击动能、下反力架60.7%冲击动能和下球头100%冲击动能;改进后下球头处的防护装置的初始峰值载荷降低62.7%.

摘要：为评估不同等效应力强度因子模型在复合型疲劳裂纹扩展预测中的表现,以及解决有限样本条件下疲劳裂纹扩展模型参数计算的问题.首先,提出了一种基于Bootstrap法的裂纹扩展参数计算方法,并对标准紧凑拉伸试样进行Ⅰ型疲劳裂纹扩展试验以得到材料参数,并利用所提方法进行样本扩增以解决样本较少的问题.其次,结合样本扩增统计得到的材料参数,采用6005A-T6铝合金紧凑拉伸剪切试样和Richard加载装置,在0°、30°、45°和60°加载角度下进行Ⅰ+Ⅱ混合模式疲劳裂纹扩展试验,以验证不同等效应力强度因子计算模型的准确性.结果表明,Irwin模型具有最高的拟合优度,大小为0.942 1,表现出最佳的裂纹扩展预测效果;加载角度的增加会导致初始裂纹扩展速率减慢,需要不同角度的试验来获取适配的Paris公式参数.研究验证了多种ΔKeq模型的实用性,为复合型裂纹扩展行为的疲劳寿命预测提供了理论支持.

摘要：出现十字头沉降的压缩机往复部件加速度波动剧烈,综合活塞力随之增大,导致曲轴振动幅值增大,出现振动不稳定现象.为此,首先,开展十字头沉降对曲柄-连杆机构运动学规律研究,建立曲轴扭转振动微分方程.随后,通过均值滤波-龙格-库塔法算法求解了曲轴振动响应特征.最后,探讨了十字头沉降量、电动机转速、活塞组件往复质量对曲轴振动幅值、相轨迹以及幅频图的影响规律.结果表明,随着十字头沉降量的增加,曲轴相空间轨迹线"锯齿形"波动现象加剧,扭转角速度呈上升趋势,其中,d=0.25 mm时扭转角速度幅值相比于无沉降时增加23.6%,曲轴振动状态由倍频周期向混沌转变;随着电动机转速降低,曲轴扭转角和振动状态波动程度得到控制;随着活塞组件往复质量降低,频率响应峰值降低,有助于控制曲轴扭转角度.研究为预测十字头沉降工况下曲轴振动状态和曲轴的扭振控制提供理论指导,保证曲轴稳定运行.