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机械强度

机械强度

2025年01期

《机械强度》杂志在全国影响力巨大，创刊于1975年，公开发行的双月刊杂志。创刊以来，办刊质量和水平不断提高。1989年起被中国科技信息中心选定为中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊)；1992年起连续被评为中文核心期刊；

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振动·噪声·监测·诊断 | 双转子系统组合不对中-碰摩耦合故障动力学特性研究

振动·噪声·监测·诊断 | 双转子系统组合不对中-碰摩耦合故障动力学特性研究

航空发动机双转子系统不对中会导致振动异常增大，进而发生转静碰摩，影响转子安全稳定运行。以双转子系统为研究对象，考虑轴承不对中-联轴器不对中-碰摩故障，基于集中质量法建立转子系统动力学模型，根据拉格朗日方程建立系统运动微分方程，采用Range-Kutta法对其进行求解，研究转速、不对中角度、联轴器不对中量等关键参数对系统非线性动力学特性的影响机制。研究结果表明，随着转子转速增大，系统呈现出周期、多周期、拟周期、混沌运动等复杂的动力学特性，且转速在1500~2200rad/s时，系统通过多次阵发性分岔和阵发性倒分岔在周期2运动和混沌状态之间切换；振动响应随联轴器平行不对中量变化的分岔图中存在“跳跃”等非线性现象；随着轴承不对中角度的增大，高转速的混沌区间缩小，稳定的周期运动区间增大。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于抽油机工况的特征提取与建立和全域故障识别

振动·噪声·监测·诊断 | 基于抽油机工况的特征提取与建立和全域故障识别

针对目前抽油机井下工况故障特征分类任务难以解决，使得所建立诊断模型适应性差且识别率低的问题，通过对抽油机阀门和抽油杆运动状态的分析，首先将示功图进行数学形态学预处理；然后提出阀门开闭点获取和载荷变化特征获取的两种方法，提取到抽油机全域故障的54个全新特征，建立了抽油机工况的特征库；最后运用决策树、Logistic回归和支持向量机算法，验证了在不同工况下，该特征库均具有较好的分类效果，评估了不同故障的工况特征指标，得到各工况私有规则库。研究结果表明，提取的特征能够有效识别出抽油机全域故障，并且具有较高的识别精度。
振动·噪声·监测·诊断 | 考虑接触间隙的压缩机柔性转子扭振特性研究

振动·噪声·监测·诊断 | 考虑接触间隙的压缩机柔性转子扭振特性研究

往复式压缩机曲轴系扭振会引起烧瓦及轴系断裂等重大问题，为掌握压缩机转子系统扭振响应，提出了一种考虑衬套-销轴碰撞间隙、曲轴-轴承油膜间隙的压缩机柔性转子系统扭振动力学求解方法，为避开曲轴系固有频率提供了一种新的思路及方法。基于多体动力学理论以及Hertz接触理论，求解了含碰撞间隙下曲轴系扭振动力学响应，分析表明，曲轴系第4列曲柄销的扭振幅值最大，扭转角位移幅值为0. 051°，动态角速度峰值为156. 026 rad/s。基于此，考虑了曲轴-轴承油膜间隙，利用有限差分法及超松弛迭代法计算滑动轴承油膜压力，并通过压力扰动法求解轴承动态特性系数，综合考虑衬套-销轴碰撞间隙和曲轴-轴承油膜间隙对曲轴系动态响应的影响，开展了考虑预应力下的曲轴系模态分析，并对比分析了考虑油膜间隙和不考虑油膜间隙下曲轴系的共振情况。结果表明，考虑油膜间隙后曲轴系第3、8阶固有频率分别降低了44. 64%、21. 23%，且在同一转速范围带内，考虑综合间隙下曲轴系共振转速点减少，2阶临界转速降低了38. 55%，共振的概率增大。
振动·噪声·监测·诊断 | 两自由度含间隙弹性碰撞振动系统的等效电路仿真

振动·噪声·监测·诊断 | 两自由度含间隙弹性碰撞振动系统的等效电路仿真

以一类两自由度含间隙及弹性约束碰撞系统为研究对象，通过数值仿真方法，研究了系统在低频工况下周期运动的区域分布及转迁规律，得出随着激振频率的减小，p/1周期运动发生擦边分岔转迁为（p+1）/1周期运动，当碰撞次数足够大时，系统呈现Chattering-impact特性。随后建立与碰撞系统完全等效的电路模型并进行仿真实验。研究结果表明，建立等效电路产生的结果与数值仿真产生的结果相一致，且等效电路在仿真实验时运算速度更高效，能够实现快速的模态转换及参数调节，使之更加便捷，为非线性动力学的研究提供了一种研究方法。
振动·噪声·监测·诊断 | 超高速离心叶轮转子系统不平衡响应研究

振动·噪声·监测·诊断 | 超高速离心叶轮转子系统不平衡响应研究

为避免因不平衡激励引起的超高速离心叶轮转子系统振动响应大及跨临界时运动失稳，采用Ansys转子动力学响应分析模块，综合考虑滑动轴承的刚度与阻尼，对超高速离心叶轮转子系统进行不平衡激励响应分析，得出不同不平衡激励下超高速离心叶轮转子系统的动态响应。同时，采用DEWESoft振动测试系统对超高速离心叶轮转子系统的转频振动值跟踪记录，并与不平衡响应分析结果对比，得出超高速离心叶轮转子系统动平衡精度等级需优于G1级。该不平衡激励响应分析与控制方法得到了较好的试验验证，具有重要的工程应用意义。
实验研究·测试技术 | 放顶煤液压支架尾梁动态特性数值与试验研究

实验研究·测试技术 | 放顶煤液压支架尾梁动态特性数值与试验研究

为确定放顶煤过程中煤、矸敏感振动特征参数，提高煤矸智能识别精度，研究液压支架尾梁的动态特性。首先，建立放顶煤液压支架与煤矸的刚柔耦合动力学模型，计算放煤过程中液压支架尾梁的振动加速度；其次，利用变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）对该加速度响应进行分解，得到固有模态函数（Intrinsic Mode Function，IMF），并分析每个IMF 分量的时域和频域特征；然后，采用t 分布式随机邻域嵌入（t-distributed Stochastic NeighborhoodEmbedding，t-SNE）方法对这些特征进行降维，并计算不同特征的平均轮廓系数（Average Silhouette Coefficient，ASC），对比研究了煤矸冲击下的尾梁振动特征；最后，搭建放顶煤液压支架试验台，对模型计算结果进行验证。结果表明，尾梁振动加速度IMF 分量中的能量、奇异值、频率均值、峰值频率、谱心频率、频率方差对煤、矸特征较为敏感，可作为煤矸识别的特征参数。
实验研究·测试技术 | 考虑栓接结构接触面特征的动力学建模与响应特性研究

实验研究·测试技术 | 考虑栓接结构接触面特征的动力学建模与响应特性研究

在实际激励载荷的作用下，栓接系统的非线性动力学特性会对整个机械系统产生一定影响。当考虑栓接结构的结合面表面形貌参数与塑性指数时，实际栓接结构的系统动力学模型将更加复杂。因此，在考虑栓接结构的结合面表面形貌参数、塑性指数对法向接触刚度、接触阻尼的影响以及外界简谐激励等多种条件下，对现有的栓接结构法向接触模型进行修正，并将得到的非线性法向接触刚度与非线性接触阻尼应用于栓接结构的受迫振动动力学响应特性分析，研究栓接结构中结合面表面形貌参数和塑性指数对其动力学特性的影响。
实验研究·测试技术 | 基于煤矸振动特性的放顶煤支架传感器优化布置策略研究

实验研究·测试技术 | 基于煤矸振动特性的放顶煤支架传感器优化布置策略研究

针对放顶煤煤矸智能识别研究，为提供完整且有效的煤矸振动信号采集方案，提出了一种基于煤矸振动特性的放顶煤液压支架尾梁传感器优化布置策略。首先，对尾梁模型进行模态分析，提取振型矩阵，利用有效独立法初选测点；其次，获取尾梁试验台相应初选测点的落煤和落矸振动信号，进行特征提取；然后，对所提取特征进行t 分布式随机邻域嵌入（t-distributed Stochastic Neighbor Embedding，t-SNE）降维可视化，筛选出5个对落煤和落矸信号区分敏感的特征，并以此作为目标特征；最后，经核密度估计法估算目标特征的概率密度函数，利用K-L（Kullback-Leibler）散度评估各测点组合信号与完整信号的近似性和煤矸特征的差异性，构建煤矸振动信号评价指标，结合Fisher信息矩阵准则，形成综合评价指标，确定尾梁的传感器布置最优方案。结果表明，该方法在满足模态可观测性的基础上不仅减少了传感器数量，还使得所测振动信号具有更好的煤矸差异性和信息完整性。
实验研究·测试技术 | 内齿圈柔性对航空行星齿轮系统偏载行为的影响机制研究

实验研究·测试技术 | 内齿圈柔性对航空行星齿轮系统偏载行为的影响机制研究

行星齿轮系统因其体积小、质量轻、承载能力大等优点被广泛应用于航空器传动设备中，但由于各种误差造成的偏载问题无法避免，严重的偏载状态将会导致行星系统的优点无法充分发挥。以某型号航空行星齿轮系统为研究对象，探究了内齿圈柔性变化对系统偏载行为的影响机制。通过试验测量了不同的行星数以及不同轮缘厚度下内齿圈挠度、应力及应变，分析了偏载的影响机制并评估了行星数及轮缘厚度对系统偏载行为的影响程度；利用层级有限元模型完成了大型航空行星系统的高级仿真计算和分析任务，量化了内齿圈柔性变化对系统载荷分布以及齿圈偏移的影响机制。将试验与仿真计算结果在相同的参数范围内进行拟合对比，评估了仿真计算结果的准确性。研究结果为大型航空行星齿轮系统内齿圈的开发和设计提供了有针对性的结构优化指导，能够极大降低该类大型航空设备在设计和迭代过程中的成本。
实验研究·测试技术 | 高速列车U型橡胶外风挡低温下收缩性能分析

实验研究·测试技术 | 高速列车U型橡胶外风挡低温下收缩性能分析

基于橡胶的低温拉伸试验数据，利用Ansys软件拟合得到橡胶材料Mooney-Rivlin超弹性本构模型参数，并根据3种实际工况对U型橡胶外风挡进行热固耦合仿真分析，研究不同工况对U型橡胶形变的影响；并且对U型橡胶外风挡和3块不同厚度压条预紧的橡胶样件进行低温试验，研究温度及压条厚度对其形变的影响。结果表明，U型橡胶的形变主要因温度变化产生，U型橡胶高度明显减小，而侧壁厚度与橡胶长度的形变量较小；另外，压条的厚度对螺栓孔处橡胶的形变量影响较大，相对于5、6mm厚度的压条，4mm压条在螺栓预紧力作用下产生了较大的形变，导致螺栓孔处形变较大，进而增加压条的厚度可有效减小脱孔风险；将有限元仿真数据与低温试验的结果对比发现两者基本一致，表明有限元分析的可行性与低温试验的可靠性。研究结果对U型橡胶外风挡低温下应用的可靠性提供了一定的指导依据。
实验研究·测试技术 | 力学性能可调的可逆装配力学超材料性能表征

实验研究·测试技术 | 力学性能可调的可逆装配力学超材料性能表征

点阵结构因其高比强度和比刚度成为航空、航天、汽车等领域的研究热点。增材制造技术的发展使得具有复杂几何外形和特殊力学性能的力学超材料点阵结构的加工成为可能。但传统增材制造工艺难以协调此类结构在成本、几何尺寸和精度之间的矛盾。鉴于此，提出了一种可逆装配的力学超材料结构概念及基础体素结构的连接方法，可有效克服制造装备的尺寸限制，并可以通过不同排列组合构建力学性能丰富的宏观点阵结构。针对可逆装配的基础体素型式，通过参数化建模的方法分析了体素几何特征、相对密度和体素数目等参数对其力学性能的影响，并与实验结果进行了对比。结果表明，所提出的3种基础体素刚性差异较大，泊松比覆盖了由负到正的范围。因此，使用这3种基础体素的不同组合方式可以产生不同力学性能分布的宏观结构，从而证明了采用这3种体素作为可逆装配结构基本体素的合理性。此外，所给出的几何尺寸与力学性能之间的数学关系可为此类力学超材料的工程应用提供指导。
实验研究·测试技术 | 基于螺栓预紧力监测土工离心机不平衡力的方法研究

实验研究·测试技术 | 基于螺栓预紧力监测土工离心机不平衡力的方法研究

研究了一种基于监测地脚螺栓轴向预紧力变化的土工离心机动态不平衡力在线测量方法。首先，通过理论推导了不同的不平衡力状态下，地脚螺栓的轴向预紧力变化模型，证明了间接测试离心机不平衡力的可行性。其次，在TLJ-500型离心机上开展试验，获得了动态不平衡力矩随配重变化的规律，并对测点轴向力变化进行拟合，建立了测点轴向力与不平衡质量及离心机运行重力加速度g值的关系。最后，对一个地脚螺栓的预紧力变化进行测量，通过响应面拟合可建立地脚螺栓轴向预紧力的变化与离心机运行加速度和配重质量的关联。研究表明，通过监测地脚螺栓预紧力变化获得的离心机运行不平衡力的方法具有一定可行性，试验中应保持不同配重的质心一致；根据拟合式计算使转臂平衡的配重质量时，应尽量采用较大的加速度以降低离心机未甩平带来的误差。
疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 复合型裂纹拘束度及其承压结构失效评定图研究

疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 复合型裂纹拘束度及其承压结构失效评定图研究

围绕平板试样和管道结构的裂尖拘束度以及失效评定图（Failure Assessment Diagram，FAD）进行研究，旨在探明试样和管道之间的适配性和关联性。基于有限元法获得了中心裂纹板（Central Cracked Plate，CCP）试样以及含裂纹承压管道裂尖的拘束度，发现单轴加载作用下的CCP试样裂尖拘束度与轴向拉载荷作用下的厚壁管道较匹配，而双轴载荷作用下的CCP试样与内压作用下的薄壁管道较匹配。此外，获得了CCP试样和管道结构的FAD，发现CCP试样的FAD受厚度的影响较小；指出平行于裂纹方向的应力是使得结构的失效评定曲线（Failure Assessment Curve，FAC）提高的主要因素。最后，发现具有相同拘束度水平、裂尖复合程度以及加载方式的两种结构，CCP试样的FAC高于承压管道的FAC，即采用CCP试样的FAD评定管道结构是不安全的。
疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 不同服役工况条件下圆锥滚子轴承磨损研究　

疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 不同服役工况条件下圆锥滚子轴承磨损研究　

为了明晰不同工况参数对圆锥滚子轴承磨损的影响规律，开展了圆锥滚子轴承磨损研究。建立了包含滚子平衡方程与内圈平衡方程的圆锥滚子轴承拟静力学模型，基于Archard磨损理论推导建立了适用于圆锥滚子轴承磨损分析的磨损深度计算模型；对比分析了轻载、中载和重载3种服役工况条件下，轴承内、外滚道和滚子的磨损分布特征。结果表明，圆锥滚子、内外滚道在接触线上的磨损深度均呈现双峰分布特征，外滚道磨损分布与滚动体位置密切相关；轻载工况下，轴承转速提高25%，轴承滚道与滚子磨损峰值提高20%；重载工况下，轴承载荷提高16%，轴承滚道与滚子磨损峰值提高17%以上。3种工况下轴承磨损峰值对比表明，轴承等效载荷与转速的乘积并非控制轴承磨损的决定因素，载荷变化对于轴承磨损有着较为显著的影响。
疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 基于实测载荷谱的横向稳定杆连杆疲劳分析与优化

疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 基于实测载荷谱的横向稳定杆连杆疲劳分析与优化

为解决某皮卡车横向稳定杆连杆疲劳断裂问题，以实测载荷谱为数据支撑，基于多体动力学载荷分解法进行连杆疲劳分析与结构改进。开展稳定杆连杆载荷谱采集试验，进行传感器信号之间的关联分析，验证了采集信号的有效性。通过悬架运动学与柔顺性（Kinematics Compliance，KC）试验，校验了悬架系统动力学模型传力的准确性，采用虚拟迭代法，以实测载荷谱信号为激励，验证了整车动态模型的精度。对比运用多体动力学载荷分解法、压杆失稳理论法、台架试验法3种方法分别获取连杆的临界载荷，对连杆强度进行校核，并与连杆实测载荷值进行对比，对3种方法准确性进行评价。结果表明，多体动力学载荷分解法能精准地预测连杆的临界载荷，而台架试验法结果存在一定误差，压杆失稳理论不能直接用于连杆的强度校核。结合名义应力法与多体动力学分解的载荷谱对连杆开展疲劳仿真与优化，仿真预测连杆疲劳里程数为12 143 km，与真实寿命相对误差值为14%，证明了仿真方法的有效性，对连杆杆身端口危险部位进行结构改进，消除了连杆应力集中现象，使连杆设计寿命满足使用要求。
疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 钢轨不平顺焊接区的磨耗及裂纹萌生预测

疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 钢轨不平顺焊接区的磨耗及裂纹萌生预测

为探究钢轨焊接区的磨耗及裂纹萌生与轴重及摩擦因数的关系，通过对大量不平顺焊接区的实地测量，拟合了两种典型焊接区的不平顺数据，建立了上凸和下凹两类典型焊接区不平顺轮轨接触的有限元模型。结合摩擦功模型和Archard 磨耗理论，对焊接区最大磨耗截面进行预测，基于Jiang-Sehitoglu 模型对焊接区裂纹萌生寿命进行预测。发现随着轴重的增加，上凸及下凹焊接区的磨耗速率均增大；且轴重达到16 t 时上凸型焊接区磨耗速率显著增大，而下凹型焊接区在轴重达到18 t 时磨耗速率显著增大；摩擦因数从0. 2 增加到0. 35，上凸和下凹两类焊接区最大磨耗量分别为1.93mm、1.08 mm；且上凸型焊接区磨耗速率在摩擦因数为0. 3 时显著增大，而下凹型焊接区磨耗速率在摩擦因数为0. 35 时显著增大。轴重从12 t 增加到18 t，上凸型焊接区服役寿命的衰减幅度较小，而下凹型焊接区服役寿命衰减幅度较大。此外，当摩擦因数从0. 2 增加至0. 35 时，其对上凸型焊接区服役寿命的影响明显小于轴重（12~18 t）的影响。然而，当摩擦因数从0. 2 增加至0. 35 时，其对下凹型焊接区服役寿命的影响与轴重（12~18 t）的影响相当。结果表明，随着轴重和摩擦因数的增加，对钢轨焊接区下凹型不平顺的寿命影响更加显著；在工务维护过程中，应着重关注下凹型焊接区的出现并及时标记和修复。

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振动·噪声·监测·诊断 | 双转子系统组合不对中-碰摩耦合故障动力学特性研究

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振动·噪声·监测·诊断 | 基于抽油机工况的特征提取与建立和全域故障识别

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振动·噪声·监测·诊断 | 考虑接触间隙的压缩机柔性转子扭振特性研究

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振动·噪声·监测·诊断 | 两自由度含间隙弹性碰撞振动系统的等效电路仿真

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振动·噪声·监测·诊断 | 超高速离心叶轮转子系统不平衡响应研究

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实验研究·测试技术 | 放顶煤液压支架尾梁动态特性数值与试验研究

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实验研究·测试技术 | 力学性能可调的可逆装配力学超材料性能表征

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疲劳·损伤·断裂·失效分析 | 不同服役工况条件下圆锥滚子轴承磨损研究　

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