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机械强度

机械强度

2025年10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 | 数据驱动的整车道路载荷快速预测方法

振动·噪声·监测·诊断 | 数据驱动的整车道路载荷快速预测方法

摘要：车辆与路面间相互作用力中的车轮六分力是车路间的唯一耦合，获取车轮六分力是开展整车可靠性与耐久性评价的关键。针对传统的车轮六分力获取方法成本高、周期长、效率低的问题,提出数据驱动的车轮载荷快速预测的方法。首先,针对实车道路非平稳随机信号,采用基于自适应噪声完备集合经验模态分解(Complete Ensemble EmpiricalMode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN）、排列熵（Permutation Entropy,PE）以及小波阈值降噪（WaveletThreshold Denoising,WTD)的联合方法进行数据去噪;其次,以轮心加速度、减振器位移、质心加速度等容易获取且获取成本低的数据为输入，设计包含非线性传递关系的不同神经网络架构进行多路面下车轮六分力预测，并建立时域、频域、损伤域多维度载荷预测评估体系;最后，为克服训练样本大且获取代价高的缺点，提出基于神经网络输入与输出相关性-相干性分析的输入通道压缩方法，提出最小载荷信号片段划分指标并确定各路面最小片段时长，进行训练集压缩。经过模型不断迭代，车轮六分力的预测值与实测值较为接近，载荷特征也得以保留，计算效率提高 28.85% ，证明了最小数据集模型能够以较少的输入通道数量、较短的载荷片段时长复现较高期望的预测精度。
振动·噪声·监测·诊断 | 不同振动烈度的L形工业管颗粒阻尼减振技术研究

振动·噪声·监测·诊断 | 不同振动烈度的L形工业管颗粒阻尼减振技术研究

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 T?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 T>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。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于改进生成对抗网络的双馈式风力发电机轴承故障诊断应用研究

振动·噪声·监测·诊断 | 基于改进生成对抗网络的双馈式风力发电机轴承故障诊断应用研究

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。
振动·噪声·监测·诊断 | 温变间隙引起球轴承外圈缺陷频率偏差的研究

振动·噪声·监测·诊断 | 温变间隙引起球轴承外圈缺陷频率偏差的研究

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。
振动·噪声·监测·诊断 | 刚度时变碰振系统的共存吸引子的分岔与稳定性

振动·噪声·监测·诊断 | 刚度时变碰振系统的共存吸引子的分岔与稳定性

摘要：考虑机械系统的刚度时变特性，以一类单自由度含间隙刚度时变碰振系统模型为对象，建立其动力学模型及Poincaré映射,并给出数值计算方法。利用数值仿真和最大Lyapunov指数分析时变刚度波动幅值比对系统的动力学响应和特性的影响。结合多初值分岔图、吸引域、相图和Poincare映射图,应用延拓打靶法研究外激励变化,探究系统的共存吸引子演变与分岔。当分岔参数变化、系统出现共存现象时，揭示了局部吸引子出现与消失的原因以及不稳定吸引子在分岔前后吸引域的分布机制，得出共存吸引子稳定性改变规律。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于IDBO-TVFEMD与改进小波阀值函数的滚动轴承复合故障诊断方法

振动·噪声·监测·诊断 | 基于IDBO-TVFEMD与改进小波阀值函数的滚动轴承复合故障诊断方法

摘要：针对滚动轴承故障的振动信号在强噪声背景下容易受到干扰不易提取的情况，提出了一种基于改进的蜕螂优化器(ImprovedDung Betle Optimizer,IDBO)算法-时变滤波经验模态分解（TimeVarying Filtered Empirical Mode Decompo-sition,TVFEMD)与新型小波阈值函数去噪相结合的故障诊断方法。首先,运用IDBO对TVFEMD中B样条阶数和带宽阈值ξ 进行迭代寻优,得出最佳参数组合,然后,对原始信号进行TVFEMD,得到各本征模态函数(Intrinsic ModeFunction,IMF)分量,通过相关系数准则去除其中的无关分量，重构新信号。随后，运用改进的小波阈值函数对新信号进行二次去噪处理。最后,对处理完的信号进行包络谱分析,提取其故障特征频率。通过仿真模拟信号与故障模拟试验分析研究,实现IDBO-TVFEMD与改进小波阈值函数相结合的故障诊断方法和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）、完全集合经验模态分解去噪（Complete EMD with AdaptiveNoise,CEEMDAN)方法的对比,研究结果表明,提出的算法模型具备更好的诊断效果。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于动力学的滚动轴承跑外圈故障振动特性分析

振动·噪声·监测·诊断 | 基于动力学的滚动轴承跑外圈故障振动特性分析

摘要：滚动轴承跑外圈故障容易诱发传动系统失效。考虑滚动轴承非线性接触力、碰摩力、外圈与轴承座之间的阻尼力等因素,建立了滚动轴承跑外圈故障下的六自由度非线性动力学模型,讨论了跑外圈故障时碰摩力和不平衡力的主导关系，分析了滚动轴承跑外圈故障时的振动特性。仿真结果表明，当发生轴承跑外圈故障时，其特征频率呈现为转轴的转动频率及其倍频成分,实际测试的风电轴承跑外圈故障数据验证了模型的准确性。研究结果表明，滚动轴承跑外圈故障是由于外圈和轴承座之间出现松动，在不平衡作用力驱使下外圈与轴承座之间产生以转频倒数为单位的周期性冲击与摩擦造成的，研究结果可为滚动轴承跑外圈的故障机制分析与故障诊断提供依据。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于数据驱动的风电机组偏航位置异常预警方法研究

振动·噪声·监测·诊断 | 基于数据驱动的风电机组偏航位置异常预警方法研究

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 PropagationNeural 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 EstimationTechnique,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。
振动·噪声·监测·诊断 | 橡胶隔振器隔振性能的仿真预测研究

振动·噪声·监测·诊断 | 橡胶隔振器隔振性能的仿真预测研究

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。
实验研究·测试技术 | 超大冲击载荷下防护装置结构设计及吸能特性研究

实验研究·测试技术 | 超大冲击载荷下防护装置结构设计及吸能特性研究

摘要：针对某型号 30MN 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% 。
实验研究·测试技术 | 多分层对风电叶片主梁的抗拉性能影响研究

实验研究·测试技术 | 多分层对风电叶片主梁的抗拉性能影响研究

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 1.5MW-40.3m 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。
实验研究·测试技术 | 制孔垂直度对轴向振动载荷下铆钉承载能力的影响研究

实验研究·测试技术 | 制孔垂直度对轴向振动载荷下铆钉承载能力的影响研究

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，制孔及锶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。
实验研究·测试技术 | 地铁车辆焊接构架抗疲劳设计谱编制方法

实验研究·测试技术 | 地铁车辆焊接构架抗疲劳设计谱编制方法

摘要：针对设计标准规定的设计载荷不能真实反映地铁车辆焊接构架实际服役条件，以及大量随车实测数据信息在构架结构设计方面挖掘不充分的问题，基于线路实测的地铁车辆构架薄弱位置处的应力-时间历程样本信息，提出一种抗疲劳设计谱编制方法。首先,采用雨流计数法编制反映构架损伤的实测应力谱,根据疲劳损伤理论确定应力-次数-损伤关系；然后,采用贝叶斯参数估计与核密度估计得到应力外推结果,以有序样本聚类确定小应力门槛值;最后，考虑焊接部位截面突变引起的应力集中，采用热点应力法和应力线性化方法得到应力集中系数，对实测应力谱进行修正，实现设计谱的编制。研究结果表明，根据应力极值外推和归一化的应力-次数-损伤关系分析，确定小应力门槛值为 3.18MPa ，相比于由传统方法确定的应力门槛值结果偏大8. 19% ，小应力循环次数舍弃效果显著；在确保构架满足现役条件的情况下，考虑载荷分散性和焊缝处应力集中系数，确定了设计里程与等效应力的关系，进一步说明设计谱编制的必要性。研究结果为实现构架设计载荷谱编制方法构建和结构等强度设计奠定基础。
实验研究·测试技术 | 仿生分形夹芯板芯体结构吸能特性研究

实验研究·测试技术 | 仿生分形夹芯板芯体结构吸能特性研究

摘要：为提高传统夹芯板的能量吸收效率,受王莲叶脉树状分形结构启发,设计了一种仿生树状分形夹芯板芯体(Biomimetic Tree-LikeFractal Core,BTLFC）。首先,通过准静态压缩试验,发现二阶BTLFC的比吸能较传统蜂窝芯体提升了 5.69% ，平均压溃力提升了 4.46% 。其次，建立了BTLFC的有限元数值模型，结合准静态压缩试验数据，表明有限元模型误差在 2.2% 以内,证明了有限元模型具有较高的准确性。最后,采用拉丁超立方试验设计、Kriging代理模型及第二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-II）对BTLFC的结构参数组合（尺寸比r、分叉角度 θ 分形阶数 D )进行了多目标优化设计。优化后BTLFC的最优结构展现了更优异的综合性能，其比吸能较传统蜂窝芯体提升了 10.19% ，峰值压溃力降低了 12.27% ，质量减小了 11.79% 。研究结果可为开发高性能能量吸收结构提供新的仿生设计思路。
实验研究·测试技术 | 基于有限样本的6005A-T6铝合金 I+II 复合裂纹扩展速率预测方法研究

实验研究·测试技术 | 基于有限样本的6005A-T6铝合金 I+II 复合裂纹扩展速率预测方法研究

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0.9421,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 ΔK_eq 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。
实验研究·测试技术 | 基于混合加点Kriging代理模型的动车组转向架构架多目标优化设计

实验研究·测试技术 | 基于混合加点Kriging代理模型的动车组转向架构架多目标优化设计

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阀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。
实验研究·测试技术 | 冲击载荷下涂覆聚氨酯涂层的复合材料层合板三维数值损伤模型研究

实验研究·测试技术 | 冲击载荷下涂覆聚氨酯涂层的复合材料层合板三维数值损伤模型研究

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ASTMD7136试验标准，对涂覆 1.2mm 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。

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目录

振动·噪声·监测·诊断 | 数据驱动的整车道路载荷快速预测方法

振动·噪声·监测·诊断 | 数据驱动的整车道路载荷快速预测方法

振动·噪声·监测·诊断 | 不同振动烈度的L形工业管颗粒阻尼减振技术研究

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振动·噪声·监测·诊断 | 基于改进生成对抗网络的双馈式风力发电机轴承故障诊断应用研究

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振动·噪声·监测·诊断 | 温变间隙引起球轴承外圈缺陷频率偏差的研究

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振动·噪声·监测·诊断 | 刚度时变碰振系统的共存吸引子的分岔与稳定性

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振动·噪声·监测·诊断 | 基于IDBO-TVFEMD与改进小波阀值函数的滚动轴承复合故障诊断方法

振动·噪声·监测·诊断 | 基于IDBO-TVFEMD与改进小波阀值函数的滚动轴承复合故障诊断方法

振动·噪声·监测·诊断 | 基于动力学的滚动轴承跑外圈故障振动特性分析

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振动·噪声·监测·诊断 | 基于数据驱动的风电机组偏航位置异常预警方法研究

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振动·噪声·监测·诊断 | 橡胶隔振器隔振性能的仿真预测研究

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实验研究·测试技术 | 超大冲击载荷下防护装置结构设计及吸能特性研究

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实验研究·测试技术 | 多分层对风电叶片主梁的抗拉性能影响研究

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实验研究·测试技术 | 制孔垂直度对轴向振动载荷下铆钉承载能力的影响研究

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实验研究·测试技术 | 地铁车辆焊接构架抗疲劳设计谱编制方法

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实验研究·测试技术 | 冲击载荷下涂覆聚氨酯涂层的复合材料层合板三维数值损伤模型研究

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