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：BV500型可控震源振动器在川渝地区作业过程中,由于平板设计不合理,导致振动能量下传率低、激发信号畸变严重.因此,引入连续体拓扑优化方法,采用固体各向同性材料惩罚(Solid Istropic Material with Penalization,SIMP)模型变密度法,从降低质量和增加刚度两个方面对BV500型可控震源振动器平板进行优化设计,创新研制了一种"八边形工字钢-20a"平板.优化后平板质量减轻了45.29%,平板刚度提升了79.92%,并开展了优化前后平板激振性能研究.仿真研究结果表明,与原铝合金整体平板相比,"八边形工字钢-20a"平板的能量下传率提高了15.11%,地表接触中心点位移振幅增大了43.74%,互作用力振幅提升了40.56%.现场实验表明,"八边形工字钢-20a"平板激振时,检波器近场信号平均振动速度有效值提升了22.23%,检波器远场信号平均振动速度有效值提升了39%,规律与可控震源道路激振数值仿真模拟结论一致."八边形工字钢-20a"平板激振性能优于原铝合金整体平板,有效改善了BV500型可控震源在川渝地区道路激振效果.

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.

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.

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.

摘要：为研究共固化阻尼膜夹嵌复合材料加筋圆柱壳在固支边界下的动力学性能,制备了共固化阻尼膜夹嵌复合材料加筋圆柱壳试件,搭建了动力学模态试验平台,求解了加筋圆柱壳试件的基频、阻尼比和模态振型,并验证了有限元模型的准确性,进一步通过数值模拟方法探讨了几何参数对结构振动特性的影响.结果表明,加强筋高度变化,结构的基频、阻尼比和模态振型会发生突变,且在突变前存在合适的高度值使整体结构同时兼顾阻尼和刚度需求;复合材料厚度一定时,随单层阻尼厚度或阻尼层数增加,整体结构基频逐渐减小,阻尼比逐渐增大;对于单层阻尼复合材料加筋圆柱壳,阻尼层越接近内蒙皮,其刚度越高,反之阻尼能力越好.

摘要：飞机缝翼在服役过程中会受到热载荷和气动力的共同作用,并对结构的安全产生影响.以缝翼结构中广泛使用的典型铝合金结构作为主要研究对象,采用试验和有限元方法研究其在热力作用下的应力分布及结构强度.首先,为了探究温度对材料特性的影响,分别进行了4组不同温度状态下2024-T62矩形薄板的线性拉伸试验和开孔薄板的高温拉伸破坏试验,试验表明,高温环境对材料弹性模量有折减作用,并且在190℃环境下,试验件的承载强度下降了15%.因此,考虑温度对材料参数的折减作用可以建立更为精确地预估结构强度的模型.其次,针对铝合金零件及结构的热应力问题,分别以铝合金薄板和简化的缝翼结构为对象,进行热力共同作用下的试验和仿真,建立了一套热力共同作用下的建模方法及热应力测量的试验技术,铝合金薄板的仿真与试验结果对比误差最大为10%;简化的缝翼结构热应力仿真与试验结果对比的趋势较好,最大误差为20%.此外,通过该试验还发现热应力对边界条件的设置尤为敏感,对于约束复杂的模型,需要扩大建模范围至边界条件稳定处才能模拟实际热应力的作用.

摘要：针对外转子直驱永磁发电机在时变磁拉力载荷作用下外转子铁芯机械响应进行理论解析、仿真计算和试验验证.首先,解析了外转子发电机转子铁芯磁拉力的来源及其随载荷变化规律,确定了转子磁拉力表达式以及时间阶次和空间阶次特征.同时分析了外转子铁芯基本振动模型,确定了外转子铁芯基本振动方程.然后,建立了外转子直驱发电机的仿真计算模型,得到了单位面积磁拉力的时空阶次特征和典型日下随时间变化规律.将电磁场得到的单位面积磁拉力密度作为输入载荷导入结构场,进行磁-固(结构)耦合仿真,计算分析了外转子铁芯在参考时刻的变形和应力的分布及振动噪声响应的变化规律.最后,用一台13 kW外转子直驱发电机模拟实例印证了解析和仿真的准确性.研究结果确定了外转子铁芯所承受的时变载荷及其作用下的机械响应分布规律,发现了发电机运行时转子铁芯应该重点检测的时刻和部位,同时分析了时变载荷下的噪声特性,为发电机的维护和设计提供了一定的参考依据.

摘要：风电机组齿轮箱长期处在随机风载等复杂环境下,其齿轮接触疲劳成为限制风电机组装备稳定性与可靠性的关键因素,进行齿轮接触损伤演化机制研究面临着应力状态复杂、损伤各向异性及失效建模困难等难点.材料构型力理论可以描述缺陷构型变化对材料自由能的影响,可用来预测材料的损伤和失效行为.基于构型力理论建立齿轮接触损伤模型,选取齿轮接触承载关键区域进行齿轮接触界面应力场仿真分析,模拟在接触载荷作用下齿轮接触损伤演化过程.结果表明,构型力理论损伤模型可以有效模拟齿轮接触损伤现象,解释齿面点蚀和剥落,对准确预测齿轮接触疲劳寿命具有指导意义.

摘要：传统Paris公式预测裂纹扩展时忽略了裂纹扩展过程中各种不确定因素的影响,导致预测的裂纹扩展过程与真实的裂纹扩展过程相差较大.为提高疲劳裂纹扩展预测的精度,提出了一种基于改进粒子群优化粒子滤波(Improved Particle Swarm Optimization-Particle Filtering,IPSO-PF)算法的疲劳裂纹扩展预测方法.首先,在粒子滤波(Particle Filtering,PF)算法的框架上,利用粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法对基于观测信息更新后的部分粒子进行优化,保持大权值的粒子状态不变,将小权值的粒子趋向于高似然区域,设计了IPSO-PF算法;然后,将IPSO-PF算法与Paris公式结合,构建了基于Paris公式和IPSO-PF算法的疲劳裂纹扩展预测模型;最后,使用公开的2024-T351铝合金数据集对该模型的有效性进行了验证.结果表明,与传统PF算法相比,IPSO-PF算法能够提高粒子的多样性,使用IPSO-PF算法构建的裂纹扩展预测模型的预测误差为2.6%,优于基于PF算法的9.2%.

摘要：为了模拟腐蚀疲劳的裂纹扩展,提出了一种近场动力学腐蚀-疲劳断裂耦合模型,并将该模型应用于A7N01P-T4铝合金的裂纹扩展模拟分析.在该模型中,用氢和应力的交互作用体现腐蚀中阳极溶解和氢致开裂两种机制之间的协同作用,在量化材料因腐蚀产生断裂行为时,将腐蚀求解步骤和力学求解步骤进行耦合.由于氢使材料的塑性降低并发生脆性断裂,在研究中采用适合模拟各向同性脆性破坏的键型近场动力学理论,并使用准脆性材料的本构力函数来描述近场力与伸长率之间的关系,该函数包含线性和非线性力学行为.通过将仿真结果与A7N01P-T4铝合金在3.5%NaCl溶液中的试验结果进行比较,发现两者之间吻合较好,从而验证了该模型的可行性.

摘要：直齿轮啮合点的相对曲率是齿廓的关键几何参数之一,对齿轮应力分布和啮合刚度有着显著影响.从等相对曲率(Constant Relative Curvature,CRC)齿轮的相关研究出发,基于考虑齿轮时变啮合特性的相对曲率控制策略,构建了3种非渐开线直齿轮齿廓,并对其进行啮合仿真,分析了相对曲率控制对齿轮最大接触应力、最大弯曲应力及啮合刚度的影响,验证了控制策略的有效性,为基于相对曲率控制的直齿轮设计提供了一定的参考.

摘要：在静态力学试验的基础上,建立一种复合型金属橡胶(Composite-Metal Rubber,C-MR)的理论模型.采用一种新型制备工艺制备C-MR,对其进行静态力学试验.结合编织型金属橡胶(Wove-Metal Rubber,W-MR)和缠绕型金属橡胶(Tangled-Metal Rubber,T-MR)的静力学模型,建立了C-MR的力学模型,并研究了不同编缠比对C-MR力学特性的影响.试验数据和理论模型对比结果表明,该理论模型能够有效预测C-MR的力学特性.并且发现,编缠比对C-MR的力学特性有显著影响,编缠比越大,C-MR的刚度和阻尼特性越大.研究结论可为C-MR的制备和应用提供理论支持.