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机械强度

机械强度

2025年03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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实验研究·测试技术 | 局部腐蚀对多孔结构力学性能的影响

实验研究·测试技术 | 局部腐蚀对多孔结构力学性能的影响

摘要：采取液滴法引入二氯甲烷溶液作为腐蚀介质，基于不同孔隙率的正四边形、正六边形和内凹形结构，分析了不同腐蚀周期和区域对聚乳酸（Polylactic Acid, PLA）多孔结构力学性能的影响，并结合有限元仿真结果进行对比分析。结果表明，内凹形多孔结构板受腐蚀周期的影响最小，其余两种结构受其影响有赖于孔隙率的大小；孔隙率72%的正六边形结构单胞元腐蚀缺陷承载能力最弱，内凹形结构的承载能力最强；孔隙率54%的正四边形结构受单胞元腐蚀影响最大；正六边形结构单胞元扩大区域腐蚀相比单胞元腐蚀承载能力较弱，正四边形结构单胞元扩大区域腐蚀相比单胞元腐蚀承载能力较强。
实验研究·测试技术 | 考虑进给速度影响的高速铣削稳定性分析方法

实验研究·测试技术 | 考虑进给速度影响的高速铣削稳定性分析方法

摘要：高速加工技术通过提升切削速度和进给速度提高材料的切除率、加工精度、加工质量，是现代加工的主要方式之一。因此，保证高速加工的稳定性是高速加工的应用基础。首先，在传统稳定分析的基础上，进一步考虑了进给量对静态切削厚度的影响，建立了与进给量、刀具径向切深比相关的稳定性模型，并结合稳定性方差比分析了高速铣削加工的稳定性。然后，在单因素变进给速度试验的基础上，设计了滤除主轴转速频率分量的滤波器，并使用滤波信号序列与原始信号序列的方差比分析连续变轴向切深试验的铣削稳定性变化，验证了考虑进给速度影响高速铣削加工稳定性分析方法的有效性。结果表明，针对小径向切深的高速加工，所提方法可以更准确地实现铣削的稳定性判定。并且不稳定切削的极限轴向切深会随着进给量的增加而小幅度变化，进给速度会加剧铣削系统的不稳定程度。
实验研究·测试技术 | 基于半波机械整流器的双减速带馈能装置发电性能研究

实验研究·测试技术 | 基于半波机械整流器的双减速带馈能装置发电性能研究

摘要：为了消除含全波机械整流器减速带馈能装置的发电量和系统可靠性受到复位弹簧刚度的约束，提出了一种基于半波机械整流器的双减速带馈能装置（Dual-speed Bump Energy Harvester, DBEH）。该装置利用机械传动模块将两条减速带在车轮驱动下的向下线性运动转换成单个发电机轴的单向旋转运动，将机械能转换成电能。单向的运动转换降低了对复位弹簧载荷的要求。建立了车轮激励以及减速带动力学理论模型并通过了道路试验的验证。基于理论模型的数值仿真研究了双馈能减速带的发电性能。研究结果表明，系统的均方根（Root Mean Square, RMS）功率与输出电能随着外部激励幅值的增加，以及弹簧刚度的减小而增加；当负载电阻阻值为7~9 Ω时，系统的输出性能最优；与减小小齿轮半径相比，增大齿轮箱的增速比对系统输出的提升影响更明显；小惯量的飞轮更能有效提高系统对机械能的捕获与机械能到电能的转化率。
实验研究·测试技术 | 横截面形状演化对多胞方管的耐撞性影响研究

实验研究·测试技术 | 横截面形状演化对多胞方管的耐撞性影响研究

摘要：以多胞方管为研究对象，采用验证后的有限元模型，研究了多胞方管横截面形状演化对结构吸能的影响。研究结果表明，相同质量条件下，能量吸收最好的k=0.25的多胞方管比吸能最差的k=0.40的多胞方管提高了26.34%。相同壁厚下，k=0.25的多胞方管能量吸收和比能量吸收相比吸能效果最差的k=0的多胞方管分别提高了311.69% 和73.80%，冲击力效率提升了52.51%。最后，系统地开展了形状系数和壁厚对结构耐撞性的参数化研究，研究成果能为多胞方管的创新设计提供参考。
实验研究·测试技术 | 制动片关键参数对制动系统稳定性试验分析

实验研究·测试技术 | 制动片关键参数对制动系统稳定性试验分析

摘要：为探究制动片关键参数对制动系统动力学特性的影响，基于滑块-转盘结构的摩擦试验机展开试验研究。试验研究制动片关键参数（转速、压力、质量、制动半径等）及制动环境（干摩擦、湿润、泥沙）对制动系统稳定性的影响。同时，建立制动片制动系统动力学模型，利用自相关系数这一数学工具和试验结果进行对比。结果表明，制动片关键参数对制动系统动力学特性有明显影响；在不同的制动片质量、摩擦学参数、制动片半径、制动环境的情况下，制动摩擦力信号的混沌特性出现扩大或缩小的趋势，可以通过调整制动片关键参数来抑制混沌振动。该研究可以为制动片系统的制动策略优化与降噪抑振提供一定参考。
实验研究·测试技术 | 基于三周期极小曲面的梯度多孔支架力学及渗透性能研究

实验研究·测试技术 | 基于三周期极小曲面的梯度多孔支架力学及渗透性能研究

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。
实验研究·测试技术 | 基于Maxwell盘式永磁阻尼托辊装置的数值模拟及试验验证

实验研究·测试技术 | 基于Maxwell盘式永磁阻尼托辊装置的数值模拟及试验验证

摘要：为解决大功率下运带式输送机在大倾角、高带速条件下极易出现的飞车及断带等问题，提出一种通过调节永磁体与线圈啮合面积大小来实现制动调节的盘式可调永磁阻尼托辊装置。利用Maxwell软件研究了稳定条件下盘式永磁阻尼装置的瞬态磁密分布规律及不同气隙厚度下阻尼力矩的变化规律，并搭建试验台进行试验验证。结果表明，随气隙厚度增大，磁密逐渐增大，最大可达2. 1T；气隙厚度由1mm增至2mm时阻尼力矩增大，由2mm增至3. 5mm时阻尼力矩减小。上述结果可为大功率下运带式输送机的改进与优化提供数据支撑。
实验研究·测试技术 | 基于DEM-FEM耦合的喷丸强化响应面模型构建及工艺参数影响分析

实验研究·测试技术 | 基于DEM-FEM耦合的喷丸强化响应面模型构建及工艺参数影响分析

摘要：为了模拟喷丸强化过程，实现喷丸强化效果快速预测，基于Abaqus 软件采用离散元法-有限元法（DiscreteElement Method-Finite Element Method, DEM-FEM）耦合建立随机多丸粒喷丸强化模型，并以TC4 钛合金为研究对象，通过喷丸强化试验来验证耦合模型的准确性。采用Box-Behnken 设计（Box-Behnken Design, BBD）法，针对弹丸大小、喷丸速度和喷丸覆盖率3个工艺参数设计了三因素三水平的喷丸仿真试验方案，采用仿真分析获得表面残余应力值及表面粗糙度值，并通过Design-Expert软件进行数值拟合，最终得到喷丸工艺参数与表面残余应力和表面粗糙度之间的函数模型，采用响应面法分析弹丸大小、喷丸速度、喷丸覆盖率三因素之间的交互作用以及对喷丸强化效果的影响规律。结果表明，响应面预测模型结果与仿真计算结果误差低于5%，所建立的响应面预测模型具有较高的近似精度和可靠性，利用此模型可实现喷丸强化效果的有效预测。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于变分模态分解的RV减速器扭转振动分析

振动·噪声·监测·诊断 | 基于变分模态分解的RV减速器扭转振动分析

摘要：为研究RV减速器的振动性能及对其故障识别分析，搭建了无线式RV减速器扭转振动测试台。根据RV减速器的构成和传动原理，对不同工况下的RV减速器的振动频率进行了计算。对优等品和劣等品RV减速器进行振动信号的采集，采集其在不同转速、转向下扭转振动的加速度信号。通过变分模态分解（Variational Mode Decomposition, VMD）对扭转振动信号进行分解，得到该信号的本征模函数（Intrinsic Mode Function, IMF）。结果表明，通过VMD 后得到的IMF 特征与RV减速器运行时的振动频率高度吻合。进一步地，通过对比IMF 的频谱，鉴别出劣等品减速器振动异常的原因。最终确定劣等品RV减速器的异常振动由行星轮与曲柄轴自转或摆线轮公转激发所导致。该研究为企业提高RV减速器传动精度和产品质量提供有益参考。
振动·噪声·监测·诊断 | 一类非线性约束下单自由度碰撞系统的动力学特性

振动·噪声·监测·诊断 | 一类非线性约束下单自由度碰撞系统的动力学特性

摘要：研究了一类单自由度含非线性项以及单侧新型非线性约束机械碰撞振动系统模型，利用变步长4阶Runge-Kutta数值算法以及多参数协同仿真，分析该系统在低频激励下的p/1周期运动的动力学特性，以及擦边分岔与鞍结分岔在p/1周期运动中的频率迟滞特性，发现两种不同的运动会同时存在，揭示了相邻周期运动之间转迁不可逆。最后研究了间隙的改变对系统的多态共存区的影响，随着间隙的增大，部分周期运动共存区段减小并向低频区段过渡。
振动·噪声·监测·诊断 | 机载电子设备振动传递率计算模型研究

振动·噪声·监测·诊断 | 机载电子设备振动传递率计算模型研究

摘要：为解决机载电子设备随机振动传递率计算准确度问题，首先，通过试验验证了STEINBERG正弦振动传递率基本模型和IRVINE 随机振动传递率基本模型，发现IRVINE 随机振动传递率模型的准确度有改进的空间。因此，在“三段法”的基础上将随机振动4σ、5σ 瞬时加速度的影响综合考虑，提出更全面的“五段法”；然后，结合机载电子设备特点，修正了模型的结构疲劳系数。结果表明，所提随机振动传递率计算模型与实测值的误差小于5%，更逼近实测值，证明所提模型更准确。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于加权子域自适应对抗网络的齿轮箱变工况故障诊断

振动·噪声·监测·诊断 | 基于加权子域自适应对抗网络的齿轮箱变工况故障诊断

摘要：实际工程中齿轮箱受复杂多变的运行环境影响，导致单一振动信号难以准确有效地表征齿轮箱在不同工况下的故障信息。为此，提出了一种基于加权子域自适应对抗网络的齿轮箱变工况故障诊断方法。首先，采用多源异构信号融合策略，将振动信号时频图、电流信号格拉姆矩阵和红外热力图转换为多通道数据集，从不同视角描述齿轮箱运行状态；其次，构建嵌入高效通道注意力机制（Efficient Channel Attention, ECA）的自校正卷积神经网络（Self-calibratedConvolutions Network, SCNet）作为特征提取器，动态调整多源异构信号间相互作用和依赖关系，平衡源域和目标域的多源异构数据间尺度差异；再次，在特征提取器和域判别器进行对抗训练的同时，引入最大均值差异（Maximum MeanDiscrepancy, MMD）和线性判别分析（Linear Discriminant Analysis, LDA）衡量当前跨域任务特征表示的域对齐程度及诊断任务决策边界，并构造动态平衡因子实时调整域对齐损失和类分辨性损失，有效地对齐源域和目标域每个类空间。最后，通过采集的齿轮箱变工况故障数据集进行验证。结果表明，所提方法在不同工况的诊断精度均达到95%以上，证明了所提方法的可行性和有效性。
振动·噪声·监测·诊断 | 油气勘探检波器尾椎-大地扫频振动耦合性能研究

振动·噪声·监测·诊断 | 油气勘探检波器尾椎-大地扫频振动耦合性能研究

摘要：油气勘探检波器作为采集信号的关键设备，其与大地振动耦合性能影响着采集信号的质量，决定了勘探准确度。为提高检波器勘探能力，以检波器尾椎结构为研究对象，基于单自由度耦合振动理论，提出一种用于扫频信号下检波器尾椎与地表耦合的振动模型，提取并分析了扫频情况下检波器尾椎接收信号的加速度、速度、位移响应情况，建立了振动位移均值、振动加速度标准差的耦合度评价指标，掌握了检波器尾椎与大地的耦合度响应情况。通过检波器接收测试试验，检波器尾椎所接收的加速度信号与试验所接收的加速度信号最大误差小于15%，验证了模型及方法的正确性。最后基于响应面法对不同形状下检波器尾椎的长度、半径关键参数进行优化研究，结果表明，三棱锥形状下尾椎耦合度最好，优化后的大地-检波器尾椎位移耦合均值降低了7.94%，加速度标准差降低了6.42%，有效提高了检波器尾椎接收信号的能力。
振动·噪声·监测·诊断 | 基于IWOA-BP算法的金属结构弱磁检测缺陷量化研究

振动·噪声·监测·诊断 | 基于IWOA-BP算法的金属结构弱磁检测缺陷量化研究

摘要：金属结构被广泛用于工业界，在役金属结构受拉压疲劳载荷易产生裂纹缺陷，为实现金属结构裂纹缺陷的定量化检测，研究了一种基于反向传播（Back Propagation, BP）神经网络的金属结构弱磁检测缺陷定量分析方法。针对BP神经网络在参数调整时的效果欠佳、效率低等问题，采用基于Sine 混沌映射的改进鲸鱼优化算法（Improved WhaleOptimization Algorithm, IWOA）对BP神经网络参数调整方式进行优化，兼顾全局寻优的同时提高局部寻优的能力，进而将IWOA搜索到的最优参数赋值给BP神经网络，提高网络初始参数的质量。以人工矩形槽模拟裂纹，对矩形槽的长度、宽度、深度进行反演定量。结果表明，IWOA-BP神经网络预测的平均精度均在80%以上，深度、长度、宽度预测精度分别提高了106. 72%、9. 68%、6. 86%。
优化·可靠性 | 固体火箭发动机药柱抗蠕变增强结构优化设计

优化·可靠性 | 固体火箭发动机药柱抗蠕变增强结构优化设计

摘要：针对长期立贮固体火箭发动机（Solid Rocket Motor, SRM）产生的蠕变问题，提出一种在不改变药柱基本结构的前提下，通过在药柱基质中植入特定形状的功能性可燃芯模（即“增强结构”）抑制药柱蠕变。首先，通过三维数值模拟方法分析固化降温和立式自重耦合作用下药柱蠕变分布规律。随后，采用变密度法中的固体各向同性材料惩罚模型（Solid Isotropic Material with Penalization, SIMP）对增强结构进行拓扑优化设计，确定植入增强结构的基本几何构型。最后，对比分析拓扑优化后增强结构的抗蠕变作用，得到最终优化设计结果。结果表明，在特定工况下，与无增强结构相比，含增强结构的固体火箭发动机药柱总变形、应力、应变下降明显，能有效抑制药柱蠕变。
优化·可靠性 | 商用车电驱动桥壳多工况疲劳寿命预测及优化

优化·可靠性 | 商用车电驱动桥壳多工况疲劳寿命预测及优化

摘要：驱动桥壳在实际行驶过程中由于长期受到交变循环载荷的作用，发生疲劳破坏的可能性较大。为了判断某商用车轮边电机电驱动桥的驱动桥壳在设计时是否满足疲劳寿命的要求，建立了驱动桥的三维模型和有限元模型。首先，对其进行惯性释放分析，得出其静强度、刚度满足要求。其次，基于nCode DesignLife软件，使用名义应力法，结合材料的S?N 曲线和疲劳加载曲线，采用新的汽车行业标准对其在垂直弯曲疲劳、制动疲劳和横向疲劳多工况下的疲劳寿命进行了预测。结果发现，驱动桥壳在制动疲劳和横向疲劳工况下的疲劳寿命不满足标准中的要求，须对其进行结构优化。最后，对驱动桥壳进行了加筋优化处理。结果表明，优化后的驱动桥壳在最大冲击工况下最大应力减小了95. 8 MPa，最大变形减小了1. 064 mm，且在3种疲劳工况下的最低疲劳寿命分别提升了107. 6、28. 9、49. 7万次，均超出了标准中的要求，证明了驱动桥壳结构优化的可行性，有效缩短了研发周期，并降低了研发成本。
优化·可靠性 | 基于近似失效点的多源异构数据融合可靠性评估模型

优化·可靠性 | 基于近似失效点的多源异构数据融合可靠性评估模型

摘要：为解决多源异构数据的融合问题，提高可靠性评估的精度，根据D-S（Dempster-Shafer）理论和最小二乘法相结合的思想，提出一种基于近似失效点的多源异构数据融合方法。首先，针对单一数据源构造概率分配并进行加权融合得到概率包络，建立基于近似失效点的分布拟合模型。其次，采用最小二乘法得到参数估计值并构造面积度量指标确定真实的失效分布函数，进而完成可靠性评估。最后，通过算例验证了该方法的可行性与有效性，相较于Bayes方法精度更高。
优化·可靠性 | 基于变截面支柱的点阵强化设计方法

优化·可靠性 | 基于变截面支柱的点阵强化设计方法

摘要：体心立方（Body Centered Cubic, BCC）点阵结构具有优异的力学性能，然而节点处的应力集中现象限制了其力学性能的进一步发展。目前多采用添加球形节点或变截面支柱的方法来缓解节点应力集中，实现点阵结构的强化设计，但缺乏节点与支柱体积比对强化效果影响的研究。基于三角函数削减的新型变截面支柱，设计变截面体心立方（Variable Cross-section BCC, VC-BCC）点阵结构，并通过支柱的直接相连实现动态节点设计，以探究最佳的节点与支柱体积比。对VC-BCC结构体积进行理论公式估算，同时基于铁木辛柯梁模型，对VC-BCC结构的等效弹性模量进行理论分析，以等截面等效的方法建立简化模型。对不同节点支柱占比的VC-BCC结构进行了有限元仿真分析，通过选区激光熔融技术制造点阵试件进行准静态压缩试验。结果表明，理论计算与仿真分析相差较小，VC-BCC结构最大应力显著降低，且等效屈服强度提升明显。在所有分析中变截面参数为0.6的VC-BCC结构均表现优异，整体力学性能最佳。
优化·可靠性 | 基于和声搜索遗传算法的桁架结构形状优化方法

优化·可靠性 | 基于和声搜索遗传算法的桁架结构形状优化方法

摘要：为改善传统设计理念和遗传算法优化不足，促进桁架结构形状优化的发展与创新，依据和声搜索算法和遗传算法的基本原理，提出一种新型混合遗传算法-和声搜索遗传算法（遗传算法与和声搜索算法的混合是通过在遗传算法操作后嵌入和声搜索算子），同时对遗传算法中交叉变异分三种情况进行自适应改进，引入精英主义等改进措施，并对和声搜索算法进行离散变量和连续变量混合变量处理，建立了基于和声搜索混合遗传算法的桁架结构形状优化方法。在优化过程中，对节点坐标和截面面积两个不同类型的设计变量进行统一考虑，解决了两类变量耦合困难的问题。通过两个典型算例分析，结果表明，和声搜索遗传算法（Harmony Search Hybrid Genetic Algorithm, HS-GA）具有高效的收敛速度，全局能力强；与遗传算法（Genetic Algorithm, GA）、启发式粒子群优化（Heuristic Particle Swarm Optimization, HPSO）算法，以及其他优化算法相比，优化效果明显，是一种适用于桁架结构形状优化的方法。

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