摘要：高锁钛合金螺栓偏心安装(螺栓头部与紧固板存在装配角度)会带来过早失效问题,严重影响航天飞行器的安全运行.而现有试验研究又难以获得螺栓断裂过程,继而影响断裂原因分析.同时,试验研究无法获得连续安装角度下螺栓断裂强度变化值.因此,针对偏心安装下高锁螺栓提前断裂的问题,通过有限元分析方法,结合试验对模型验证,利用有限元模型实现偏心安装下螺栓断裂过程可视化与不同角度偏心安装下螺栓抗拉强度预测.研究结果表明,有限元分析获得的安装角度0°与3°螺栓的抗拉强度和断裂位置与试验结果的一致性好,说明有限元模型具有较好的准确性;随安装角度的增大,螺栓头与螺纹均受到偏心载荷,产生的弯矩加剧了这两个区域的应力集中;角度<3°时螺纹处应力较大,角度≥3°时头部应力较大;有限元模型成功实现1°、2°、4°下的螺栓抗拉强度预测.研究结果有效揭示了偏心载荷作用下高锁钛螺栓的断裂机制,同时仿真模型可实现不同安装角度下螺栓抗拉强度预测,为偏心螺栓服役提供技术说明.

摘要：针对重型工程车轮在径向载荷工况下有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)的不准确问题,基于车轮-轮胎接触压力测试结果,构建了一种新的仿真分析模型.首先,测试车轮仅在充气压力工况下的应力数据,并以4阶高斯函数拟合充气压力加载模型;然后,测试车轮在充气压力和径向载荷共同作用下的应力数据,消去充气压力的影响,并以4阶傅里叶函数和4阶正弦和函数分别拟合径向载荷周向加载模型和轴向加载模型;最后,通过Ansys软件仿真验证加载模型.结果显示,与实测数据相比,关键校核点的计算误差仅为1.943%.此外,应力分布也显示出高度的一致性,证明了径向接触压力分布模型的准确性和可靠性较高.

摘要：地铁牵引齿轮箱是车辆转矩传递的关键零部件,其一旦发生故障将直接影响列车的运行安全.因此,结合动力学仿真和振动试验,对地铁齿轮箱的断齿故障振动特性进行了研究.首先,根据地铁齿轮箱各部件间的动力学关联及其约束特征,通过冲击函数法、库仑摩擦模型、轴承建模、箱体柔性体和齿轮系统动力学理论,建立了地铁齿轮箱刚柔耦合断齿故障动力学模型,研究了不同断齿故障类型下齿轮箱的动态响应,分析了工况参数对断齿振动特性的影响.其次,通过振动试验,获得了齿轮箱正常和断齿故障状态下的动态响应,对动力学仿真模型的准确性进行了验证.结果表明,刚柔耦合动力学模型可有效计算齿轮箱不同运行状态的加速度响应,为齿轮箱的断齿故障预测和识别提供诊断依据.

摘要：弧齿锥齿轮弯曲强度计算复杂,准确评价难度极大.针对ISO 10300标准B1和B2这2种不同计算方法,从2种方法的计算原理出发,对比了2种方法关于齿根弯曲应力及许用弯曲应力计算涉及各参数的选取方法以及数值的选用原则,分析了2种计算方法中各参数取值对齿根弯曲应力计算的影响规律.通过若干组设计样本计算,对比了2种方法计算出的齿根弯曲应力数值.利用有限元分析对计算结果进行了验证.结果表明,由于所用修正系数种类及取值不同,2种方法计算得到的弯曲强度评价结果存在一定的差异,B1方法对齿根弯曲强度评价更保守,齿根弯曲应力比B2方法约小5%;ISO计算标准尽管考虑了多齿载荷分担,但忽略了其综合作用对齿根弯曲应力的影响,导致与有限元计算结果有差异,B1方法与有限元计算结果更接近,误差约为6%.

摘要：基于红外热像法的金属疲劳性能快速评估方法具有周期短、成本低和效率高等优点,然而热对流、热辐射等影响耗散能结果的因素很难准确测算,导致最终评估结果精度很难达到试验标准.为此,建立了304不锈钢混合硬化本构模型,结合低周疲劳生热机制来分析受载过程中热对流、热辐射引起的耗散能演变规律;并基于耗散能临界值探究低周疲劳加载频率对疲劳性能快速评估结果的影响.研究表明,304不锈钢低周疲劳过程中,热对流、热辐射所耗散能量占总耗散能的54%以上,且随着热对流系数增大而不断提高,所以在耗散能评估测算时不可忽略;随着加载频率的增加,载荷峰值沿作用时间分布区域变窄,循环载荷单周期耗散能减小,导致疲劳性能快速评估结果比试验值偏大.

摘要：负泊松比结构由于具有优异的力学性能而广泛应用于各工程领域.将星形蜂窝结构与内凹结构相结合,提出了一种新型内凹角型负泊松比蜂窝结构.首先,基于对称性将胞元结构简化分析,利用能量法对该结构的泊松比和等效弹性模量解析式进行推导.其次,采用Abaqus有限元软件对该结构竖直方向压缩力学性能进行研究,将数值模拟结果与理论计算结果比较分析,验证了解析表达式的准确性.最后,讨论了胞元结构的不同几何参数对结构等效泊松比和等效弹性模量变化的影响,并将该结构的等效力学性能与常规星形蜂窝结构进行了对比分析.结果表明,该结构具有良好的负泊松比特性,并且通过改变几何参数的大小,可以对结构的等效力学性能进行调整.研究结果可为新型负泊松比超材料的设计提供一定的参考.

摘要：为了优化齿轮表面改性工艺,研究了离子注入氮工艺对渗碳淬火齿轮弯曲疲劳强度的影响.以低碳合金钢18CrNiMo7-6渗碳淬火齿轮为基体,通过射频等离子体辅助离子注入系统进行氮离子注入处理,系统对比了离子注入齿轮与未注入齿轮的齿根金相组织、硬度梯度、残余应力分布及弯曲疲劳性能.结果表明,离子注入氮工艺使得齿根硬度由695 HV0.1提升至780 HV0.1,增幅12.2%;硬化层深度由1.50 mm减少到1.41 mm,降低了6.0%;表面残余应力由-400 MPa减小到-286 MPa,降低了28.5%.基于弯曲疲劳试验拟合的R-S-N方程,在99%可靠度下,离子注入齿轮的疲劳寿命仅为对照齿轮的12.3%～19.3%,且失效模式以脆性断裂为主,裂纹扩展速率加快.研究表明,离子注入氮虽可通过表面强化延缓裂纹萌生,但过浅的硬化层与残余应力降低导致裂纹扩展抗力不足,最终削弱齿轮弯曲疲劳寿命.

摘要：针对磨削WC-10Co-4Cr涂层产生的亚表面损伤会导致涂层性能下降的问题,开展杯形砂轮磨削WC-10Co-4Cr涂层的亚表面损伤深度研究.根据磨削材料去除理论和压痕断裂力学,得出单颗粒磨削力理论表达式;基于杯形砂轮平面磨削特点,建立亚表面损伤深度理论预测模型;设计单因素平面磨削试验及单点抛光试验以验证模型准确性;分析不同磨削参数对工件亚表面损伤深度与表面粗糙度的影响规律.研究表明,亚表面损伤深度预测值与实测值的变化趋势一致,最大相对误差为15.8%;亚表面损伤深度及表面粗糙度随磨削深度、进给速度的增加而增加,随主轴转速的增加而减少.研究对于指导杯形砂轮磨削WC-10Co-4Cr涂层加工参数优化具有一定价值.

摘要：齿轮Circular图是用于与时域同步平均(Time Synchronous Averaging,TSA)相结合的一种结果呈现方法,可以将TSA提取到的齿轮啮合振动波形直观、清晰地展现出来.针对齿轮Circular图绘制参数设置和其缺少量化指标的问题,提出了用于波形边缘识别的Fi指标和基于Hu氏不变矩的Yi指标.首先,使用TSA算法提取出齿轮啮合振动信号,通过计算最小Fi指标确定振动信号波形的上、下边缘;其次,利用上、下边缘参数绘制齿轮Circular图;再次,将齿轮Circular图分割为4个部分,通过计算分割后图片的Hu氏不变矩得到齿轮Circular图的Yi指标;最后,基于从齿轮Circular图中提取出的Yi和Fi指标,使用K最近邻(K-Nearest Neighbor,KNN)分类器对齿轮振动信号进行分类.仿真信号及齿轮断齿、裂纹故障信号的处理结果表明了该方法的有效性.

摘要：针对实际工程中变工况齿轮箱故障样本标注困难且数据分布差异显著,导致故障诊断模型精度降低的问题,提出了一种基于掩码对比学习的半监督齿轮箱变工况故障诊断方法.首先,利用随机掩码隐藏无标签数据集中部分信息,为每个无标签样本生成两个不同掩码实例;其次,采用动态卷积神经网络对掩码实例动态加权聚合,实现对不同掩码实例判别性特征建模;然后,构建对比学习框架,以最大化不同掩码实例特征间的相似性为优化目标,通过增强掩码视角实例对的特征表示一致性,降低模型对标签的依赖;最后,在微调阶段引入域条件特征校正策略生成目标域特征修正量,并根据最小化域间特征分布差异性度量对齐源域特征和目标域修正特征,显式地减少由于工况变化引起的域间分布差异.通过齿轮箱变工况故障数据集进行验证,证明了所提方法的有效性.

摘要：基于Reddy逐层理论(Reddy's Layerwise Theory,RLWT)和O(1)均匀化方法,建立了复合材料蜂窝夹芯结构的三尺度逐层多尺度分析方法(Layerwise Multiscale Analysis Method,LMAM),利用RLWT对复合材料层合板的宏观模型进行离散,采用三维有限元建立由纤维和基体组成的微观单胞模型.数值算例中,对含夹杂立方块体进行数值模拟,并与直接数值模拟(Direct Numerical Simulation,DNS)方法的模拟结果进行了对比,验证了LMAM方法的有效性.LMAM也被用于计算和分析复合材料蜂窝夹芯结构的宏观、介观和微观应力分布.

摘要：表面织构设计是实现非接触式机械端面密封低泄漏、长寿命、高可靠运行的有效途径.为考察导向槽织构的界面膜特性,通过设计制备半圆形、人字形与E形等导向槽织构,开展高速运行条件下的试验与理论研究,探究不同导向槽织构对端面密封摩擦学性能的影响.结果表明,导向槽的存在可以有效提升界面膜承载力,改善摩擦学性能.其中,E形导向槽织构性能表现最佳,在深度h1=10 μm时,液膜承载力最高可达Pav=0.527 5 MPa,相比普通沟槽形织构提高了104.6%,摩擦转矩数值降低了53.5%.分析认为沟槽形织构中导向槽的存在能够有效引导润滑介质在织构顶部产生有效聚集并形成压力收敛,进而提高润滑液膜承载力、减少摩擦("引-聚效应").研究结果可为实际应用中非接触式端面密封材料表面织构设计提供参考.

摘要：弯管是油气管道中的重要组成部分,其受力状态和介质流动状态相较于直管更为复杂,一旦在弯头处产生缺陷,弯管更容易发生失效.高钢级管道是长距离油气管道建设的发展趋势,所以急需开展对高钢级弯管剩余强度评价的工作.以含沟槽缺陷的高钢级弯管作为研究对象,通过建立有限元模型,研究缺陷尺寸、相对位置、弯曲半径、管道参数及管材性能对弯管极限内压的影响规律,最后建立含沟槽缺陷高钢级弯管的极限内压预测公式.研究结果表明,随着缺陷长度和缺陷深度的增加,弯管的极限内压明显降低;沟槽缺陷位于弯管的内拱处时对极限内压影响最大;弯曲半径、管径壁厚及管材都会对弯管极限内压产生影响;误差分析显示拟合所得到的预测公式精度较高,该公式可为含沟槽缺陷高钢级弯管的剩余强度评价提供依据.

摘要：为确保工业机器人实现可靠性目标,可靠性分配是其制造设计阶段需要完成的任务.根据工业机器人结构复杂、不确定度高、样品少且组成零件间具有失效相关性的特点,提出了一种基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络和毕达哥拉斯模糊数(Pythagorean Fuzzy Number,PFN)的工业机器人系统的可靠性分配方法,使用Copula函数建立系统可靠性模型,将工业机器人的故障分为系统级、子系统级和部件级3个层次,通过使用BP神经网络,将系统可靠性、子系统结构重要度和子系统复杂度作为输入变量,完成系统级到子系统级的可靠性分配;引入PFN对重要程度、环境条件、技术水平、可维修性、费用灵敏度、复杂性6个影响因素进行评分,从而构造分配权重,完成子系统级到部件级的可靠性分配.结果表明,该方法可以实现可靠性目标,并保证了可靠性的增长.

摘要：由于运输、装机、并网及维修等需求,近海区域海上风电场建设往往无法远离周围繁忙的航道,海上风力机受船舶撞击的概率大幅提升.为分析海上风力机受船舶撞击时不同空心率防护装置性能及损伤情况,采用Ansys/Ls-Dyna软件模拟5 000 t前倾艏船舶以2.0 m/s速度与海上风力机碰撞过程,对比分析了空心率对Ogden橡胶、Mooney-Rivlin橡胶及泡沫铝防护装置抗撞性能的影响.结果表明,随空心率的增大,泡沫铝材料防护装置冲击持续时间增大,接触力随之减小,橡胶材料则与之相反;随着空心率的降低,防护装置更类似于实心管,具有相对较小的最大凹陷深度;在超弹性能的影响下,橡胶材料凹陷深度在碰撞完成后相对泡沫铝材料更小,防护装置材料损伤更小;但支架区域内能占比逐渐提升,故在防护装置设计研究中需考虑空心率对腿部支架的影响.

摘要：为了研究超细晶金属材料(Ultra-Fine Grain,UFG)在单轴拉伸加载条件下出现的应变软化现象,基于经典的晶体塑性本构模型提出了一种考虑残余内应力作用的修正模型,并将残余内应力及其演化的具体形式编成用户子程序.通过生成宏观试样的代表性体积单元,对单轴拉伸试验数据进行拟合以验证模型的有效性,同时将有、无残余内应力作用这2种情况下的模拟结果进行比较.结果表明,利用修正的晶体塑性本构模型计算得到的模拟结果与试验结果吻合较好,说明了所修正的晶体塑性本构模型能够有效地捕捉到UFG金属材料的应变软化现象,而有、无残余内应力作用这2种情况下的晶体塑性模拟结果表现出不同的性质,说明从残余内应力形成及作用的角度上解释UFG金属材料应变软化现象是合理的.

摘要：为了改善304不锈钢的高温耐磨性能,延长其使用寿命,采用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备了高温抗磨NiCrAlY/Co涂层.分析了涂层形貌、物相组成及显微硬度;研究了304不锈钢和NiCrAlY/Co涂层在不同温度(室温～800℃)的摩擦学性能,并分析了磨损机制.结果表明,涂层形貌良好,与304不锈钢基底冶金结合;涂层由γ-Co、(Cr,Ni)和AlNi3相组成;涂层平均显微硬度(303 HV)约为基底硬度(194 HV)的1.6倍;相比基底,涂层在200～600℃摩擦因数更小,800℃时摩擦因数接近,并且涂层在600℃时摩擦因数最低(0.5);涂层在室温-800℃下的磨损率均低于基底,且在400℃时磨损率最低[1.91×10-5 mm3/(N·m)],约为基底磨损率的1/3,表明NiCrAlY/Co涂层使304不锈钢的高温耐磨性能得到了改善.在中低温下,基底磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损,NiCrAlY/Co涂层磨损机制主要为磨粒磨损和逐渐轻微的黏着磨损;在800℃下,基底的磨损机制为塑性变形和氧化磨损,涂层的磨损机制为氧化磨损.

摘要：针对某越野车轮毂电机壳体断裂和减重问题,进行了结构强度有限元仿真分析和结构拓扑优化设计.首先,构建整车多体动力学模型,仿真分析确定轮毂电机壳体的载荷边界条件.其次,基于壳体与相连接结构的空间位置关系,建立电机壳体与悬架系统有限元模型,进行了动态仿真分析.随后,利用OptiStruct软件平台,以结构柔度最小化为目标,以优化前后体积比和最大应力为约束,建立电机壳体在多种典型工况下的拓扑优化数学模型,并求解得到最优材料分布方案.最后,对优化结果进行了仿真验证.结果表明,相比现有设计,优化后的轮毂电机壳体结构应力降低40%以上,质量减轻了2.6%,解决了原有的断裂问题,消除了应力集中现象,为类似结构的轮毂电机壳体设计提供了有益参考.

摘要：针对新能源汽车副车架的焊缝疲劳试验问题,提出一种基于失效主导载荷的程序载荷谱编制方法.首先,建立后副车架有限元模型,将单位载荷下应力分布与各连接点载荷相耦合,运用结构应力法对副车架焊缝进行疲劳寿命评估,并筛选出容易失效的6处危险点;其次,通过对比各连接点载荷损伤大小,确定焊缝危险单元对应的失效主导连接点;然后,通过焊缝处主应力分析、时域相关性和单轴损伤贡献量确定失效主导载荷,实现多轴载荷降维,降低台架试验加载难度;最后,基于失效主导载荷输出伪损伤矩阵,挑选特征工况及其比例得到疲劳加速试验程序载荷谱,根据损伤等效原则确定其最小循环次数.数值仿真结果表明,程序载荷谱能够复现危险点损伤,且具有较高的加速系数,验证了加速试验谱的有效性.

摘要：为了研究轨道车辆车体中空挤压型材受碰撞后的响应特征,引入广义增量应力状态损伤模型(Generalized Incremental Stress State-damage Model,GISSMO)并进行有限元仿真分析.首先,基于车体常用材料6082-T6铝合金的试验结果,分别使用修正的约翰逊-库克(Modified Johnson-Cook,MJC)模型和DF2016模型对其动、静态力学性能和不同应力状态下的断裂行为进行表征;其次,基于LS-OPT软件和人工选优结合的方法,对GISSMO进行参数标定;然后,针对网格尺寸效应,开展了网格尺寸依赖性修正,并通过试验与仿真对比验证了模型和修正的有效性;最后,针对某一车体侧墙中空挤压型材进行碰撞仿真分析,并对比了考虑和不考虑材料损伤与断裂对仿真结果的影响.结果表明,相较于不考虑材料的损伤与断裂,基于GISSMO可以更加准确反映型材受纵向冲击下的响应.