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机械强度

机械强度

2026年06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. | 复杂激励下平行不对中转子混输泵主轴系振动特性研究

振动.噪声.监测.诊断. | 复杂激励下平行不对中转子混输泵主轴系振动特性研究

1 1 2,3 4 1 1 1 610500) (2. 721002) (3. 721002) (4. 摘要：【目的】针对复杂激励与联轴器平行不对中耦合作用下，转子混输泵主轴系易出现振动幅值超标、诱发碰摩故障的问题，揭示多工况参数对轴系振动特性的影响机制，明确碰摩故障临界阈值，为现场安全运行提供参考。【方法】首先，采用Fluent软件完成多工况下主转子流体激励载荷计算，获
振动.噪声.监测.诊断. | 高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究

振动.噪声.监测.诊断. | 高稳定性轮辐式弹性环设计方法及静/动刚度特性研究

摘要：【目的】针对航空发动机凸台式弹性环支承结构大载荷下易出现刚度非线性、周向刚度波动大的问题，开展高力学稳定性轮辐式弹性环设计方法与静/动刚度特性研究，解决经典结构支承稳定性不足的工程痛点。【方法】首先，提出新型轮辐式弹性环结构方案与力学模型，识别关键设计参数，建立标准化设计流程，为结构方案设计提供支撑；其次，建立基于Ansys软件的弹性环静/动刚度仿真方法，掌握关键结构参数对刚度特性的影响规律，实现参数优化选取；最后，搭建静刚度测试系统，开展多工况刚度特性试验研究，验证结构性能与仿真方法的准确性。【结果】结果表明，新型轮辐式弹性环周向刚度波动不超过1.7%，周向均匀性远优于经典结构；0~500 Hz动载荷激励下，动刚度变化控制在1.5%以内，无刚度突变；大载荷下无刚度非线性特征，刚度仿真与试验结果误差小于5%，可为转子支承系统设计提供参考。
振动.噪声.监测.诊断. | 套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响

振动.噪声.监测.诊断. | 套齿简化模型不确定性分析及其对转子动力学特性的影响

摘要：【目的】在进行航空发动机转子动力学计算时通常将套齿接触结构省略，导致无法体现其刚度特性变化对转子动力特性的影响。针对该问题，考虑套齿结构刚度特性建立简化模型，并开展相关转子动力学分析计算。【方法】首先，根据套齿结构刚度等效的简化方法，将某航空发动机试验台单面套齿结构进行简化，建立了套齿连接结构的简化模型；然后，利用试验件开展相关转子固有特性试验，根据试验结果对简化模型进行参数识别，并进行参数的不确定性分析；最后，针对简化模型中等效轴段的弹性模量开展转子临界转速及应变能的影响研究。【结果】试验结果表明，转子简化模型与试验模型最大计算频率误差小于3%，证明套齿结构简化建模方法具有较高的可靠性和准确性，同时通过参数修正，更好地提高了模型的准确性；通过参数不确定性分析，证明了仿真预测计算与试验具备较好的一致性。在简化模型的转子动力学计算中，发现随着套齿等效弹性模量的增加，各阶临界转速和转子应变能都有不同幅度增加。研究可为后续工程实践中高效开展含套齿结构转子设计及整机动力学分析提供方法与参考。
振动.噪声.监测.诊断. | 基于 CEEMDAN-LSTM-MHSA 的磨削砂轮剩余使用寿命预测方法研究

振动.噪声.监测.诊断. | 基于 CEEMDAN-LSTM-MHSA 的磨削砂轮剩余使用寿命预测方法研究

摘要：【目的】针对传统信号重构依赖先验知识和人为经验导致模型通用性下降，无法兼顾砂轮修整寿命和更换寿命预测的问题，用完全自适应的噪声互补集成经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise, CEEMDAN)、多头自注意力(Multi-Head Self-Attention, MHSA)机制和长-短时记忆(Long-Short Term Memory, LSTM)网络替换人工信号重构流程，提出一种基于CEEMDAN-LSTM-MHSA的通用砂轮寿命预测方法。【方法】首先，根据频率特征，利用CEEMDAN将磨削声发射和振动信号分离固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)；其次，使用多个LSTM网络提取各IMF中的时域特征，通过MHSA建立影响因素特征与砂轮表面和直径变化之间的依赖关系，并构建砂轮修整和更换健康指标(Health Index, HI)曲线；然后，通过孤立森林异常检测算法和指数加权移动平均(Exponential Weighted Moving Average, EWMA)改善HI曲线的单调性和平滑度，并利用支持向量回归(Support Vector Regression, SVR)拟合HI曲线，结合HI曲线的阈值，实现对砂轮剩余使用寿命(Remaining Useful Life, RUL)的预测；最后，进行连续磨削和砂轮修整试验验证。【结果】结果表明，所提模型可对砂轮修整寿命和砂轮更换寿命进行准确预测，有效增强了砂轮RUL预测中的通用性。
振动.噪声.监测.诊断. | 基于残差自适应卡尔曼滤波的结构响应重构方法

振动.噪声.监测.诊断. | 基于残差自适应卡尔曼滤波的结构响应重构方法

摘要：【目的】针对传统卡尔曼滤波算法应用于结构响应重构过程中需要将测量噪声协方差预设为恒值而导致重构精度低甚至滤波不收敛的问题，提出了一种基于残差自适应卡尔曼滤波算法的结构响应重构方法。【方法】首先，将残差理论与协方差匹配技术相结合，采用移动窗法对协方差匹配公式中的残差项进行近似，以实现对卡尔曼增益和测量噪声协方差的自适应估计；其次，利用加速度数据对结构各个位置不同类型的响应进行重构；最后，使用二维桁架数值算例和简支梁试验算例，验证了所提方法的有效性，并将所提方法与卡尔曼滤波、移动窗卡尔曼滤波算法的响应重构效果进行对比。【结果】结果表明，所提算法能将测量噪声协方差自适应估计到真实值附近，与非自适应方法相比具有更高的结构响应重构精度。
振动.噪声.监测.诊断. | 基于广义球面坐标变换的最大相关皮尔逊相关系数解卷积轴承故障诊断算法

振动.噪声.监测.诊断. | 基于广义球面坐标变换的最大相关皮尔逊相关系数解卷积轴承故障诊断算法

摘要：【目的】最大相关皮尔逊相关系数解卷积(Maximum Correlation Pearson Correlation Coefficient Deconvolution, MCPCCD)算法能够在强背景噪声下增强轴承故障脉冲的幅频特性，同时还能保留其相频特性。然而，该算法在受到随机冲击和谐波干扰的情况下极易失效，且该算法的性能受限于先验解卷积周期的精度。针对这些问题，提出一种改进的MCPCCD方法。【方法】首先，通过广义球面坐标变换，将解卷积滤波器系数投影到L-1维、半径为1的球面上，从而缩小搜索空间；其次，采用麻雀搜索算法搜索最优滤波器系数，进行信号滤波；最后，利用仿真信号和高速列车牵引电动机轴承实测信号进行算法验证。【结果】结果表明，所提算法解决了MCPCCD算法在强干扰下容易失效的问题，并且在解卷积周期出现偏差时，算法也具有良好的性能。而对比研究的结果表明，相比于最大相关峭度解卷积算法和经验模态分解算法，所提算法具有更好的抗干扰能力。
振动.噪声.监测.诊断. | 基于多模态信息融合的抽油机故障诊断技术研究

振动.噪声.监测.诊断. | 基于多模态信息融合的抽油机故障诊断技术研究

摘要：【目的】针对抽油机故障诊断中样本不均衡和诊断信息单一的问题，提出一种基于多模态信息融合的故障诊断方法，以提升故障诊断的准确性和可靠性。【方法】首先，采用数据增广技术解决故障样本不均衡问题，增强少数类样本的诊断精度；其次，分别对示功图和油井动态生产数据进行特征提取，并融合这两类特征；最后，基于Transformer模型构建故障诊断框架，实现对抽油机故障的精确诊断。【结果】试验结果表明，提出的方法在准确率和 F₁ 值上均表现优异，为抽油机故障诊断提供了更加可靠且有效的解决方案。
振动.噪声.监测.诊断. | 不同功率下发电机绕组绝缘受载及性能分析

振动.噪声.监测.诊断. | 不同功率下发电机绕组绝缘受载及性能分析

摘要：【目的】风力发电机定子绕组绝缘在波动功率复合载荷下易发生热-机械老化损伤，严重危害运行安全。为此，针对定子绕组在变功率工况下的多物理场受载特征及绝缘性能退化规律开展系统研究。【方法】首先，以250 kW永磁同步风力发电机为对象，建立了端部绕组等效动力学与三维常温/瞬态热传导解析模型；其次，利用Ansys软件平台搭建了高保真电磁-热-结构多物理场耦合仿真流，计算了满载、半载、空载下的温度分布与振动频谱；最后，基于仿真边界，设计并搭建了热-机械多场联合的绝缘加速老化试验平台，对历经180 d变功率模拟老化后的绝缘试样进行了宏、微观机械、导热及介电性能测试。【结果】仿真与试验结果表明，随功率增加，铜耗及电磁激励激增，定子最高温度显著上升，且呈中间高、两端低及下层高于上层的非均匀分布。端部绕组振动受低阶电磁力主导，频谱以100 Hz的2倍频等偶数次谐波为主，且幅值随功率单调递增。经历加速老化后，绝缘带基体产生链断裂损伤；随功率增加，微观开裂加剧，弹性模量、导热系数及体积电阻率显著单调下降，而极性游离基滋生导致相对介电常数单调增加。
振动.噪声.监测.诊断. | 轴承套圈内圆磨削颤振稳定性分析

振动.噪声.监测.诊断. | 轴承套圈内圆磨削颤振稳定性分析

摘要：【目的】针对轴承套圈磨削加工过程中由于双再生效应极易引发加工颤振并严重恶化套圈表面质量的问题，基于非线性磨削力模型建立双时滞二自由度机械磨削系统动力学模型，用以精确求解并定量建立加工工艺参数与自激振动稳定性边界之间的映射关系。【方法】首先，考虑了砂轮与工件的弹性接触变形，依据力平衡基本定律构建了二自由度非线性时滞控制微分方程；其次，通过引入颤振频率附加约束，将超越特征方程转化为临界稳定性条件，并利用延拓算法，结合Newton-Raphson迭代法，对超越方程进行了全局数值解集搜索，从而在三维工艺参数空间 (S_f-τ₁-τ₂) 中精细划分出轴承套圈磨削的绝对稳定区与非稳定区；最后，通过力锤敲击频响函数试验获取了系统进给方向的实际固有频率，并开展了多组加工参数的切削稳定性与表面形貌对比验证试验。【结果】模态试验结果表明，砂轮轴与轴承套圈在进给X方向的1阶固有频率分别为355、200 Hz。动态特性与灵敏度分析表明，当工件转速低于40 rad/s时，系统稳定性对加工转速波动的灵敏度极高，转速在极小范围内即可引发稳定状态的频繁周期性交替；而高于40 rad/s时，系统灵敏度显著降低，可在较大的工件转速范围内保持单调稳定的磨削状态。在相同的初始进给量下，降低砂轮转速或增大初始进给量均能有效抑制系统对工件转速变化的灵敏度。采用稳定区参数加工的轴承套圈表面无振纹产生，其平均表面粗糙度 R_a （0.35 μm）、内圆圆度 R_n （1.03 μm）显著优于不稳定区参数（分别为0.47、1.89 μm）。
振动.噪声.监测.诊断. | 悬浮整机式电子皮带秤纵向振动特性研究

振动.噪声.监测.诊断. | 悬浮整机式电子皮带秤纵向振动特性研究

摘要：【目的】针对悬浮整机式电子皮带秤在物料上秤冲击下，称重稳定性受干扰的问题，以TLW-155电子皮带秤为研究对象，深入开展秤体纵向耦合振动特性研究，以提升其动态称重精度与系统运动稳定性。【方法】首先，采用分数阶Kelvin-Voigt黏弹性模型描述了输送带对应力、应变的真实响应，结合弹性波波动分析法，建立了物料冲击激励下输送台面的局部分数阶纵向振动连续模型，并基于分数阶复变换法求解，得到了动位移解析解；其次，根据定曲率球碗式承载装置在冲击载荷下的受力情况，建立了承载器纵向振动微分方程并采用4阶龙格-库塔法进行动态数值求解；最后，实现了输送台面与承载装置耦合的纵向振动特性分析，并辅以三维加速度测试平台进行了试验验证。【结果】研究表明，在物料冲击激励下，全悬浮整机式秤体受迫响应时间约为0.3 s。其中，输送带引起的最大动位移为4.5 mm，呈典型的阻尼波衰减特征，且选用0.6~0.8的分数阶阶数能够最真实地反映其黏滞蠕变特性。球碗式承载器在偏心冲击下产生的最大纵向振幅达12 mm，晃动持续约0.7 s后，依靠输送台面自重产生的恢复力返回原平衡位置，是影响称重稳定性的主导因素。试验采集的加速度曲线与分数阶耦合模型仿真结果高度吻合，最大误差不超过10.7%。
振动.噪声.监测.诊断. | 考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析

振动.噪声.监测.诊断. | 考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析

摘要：【目的】为探究联轴器变刚度特征对轴系振动行为的影响规律，以压缩机电动机转子-联轴器-曲轴-轴承系统为对象进行研究。【方法】采用Lagrange法构建了轴系弯扭耦合动力学模型。通过数值仿真分析了联轴器变刚度特性、转速以及轴承间隙对系统振动响应、相空间轨迹及非线性行为(如混沌、分叉)的影响。【结果】结果表明，联轴器变刚度特性会导致相空间出现“锯齿形”波动，但对轴心轨迹变化规律影响较小。随着转速升高，变刚度特性诱发了混沌与分叉等非线性行为，导致共振峰右移且不稳定区幅值增大，相空间波动随轴承间隙减小而减弱。研究结果可为轴系弯扭耦合振动行为预测及运行转速选择提供指导。
振动.噪声.监测.诊断. | 核电厂小支管焊接接头随机振动疲劳评价方法研究

振动.噪声.监测.诊断. | 核电厂小支管焊接接头随机振动疲劳评价方法研究

摘要：【目的】针对核电厂小支管焊接接头在随机振动载荷下的疲劳寿命评估问题，探讨了基于测试数据、在役适用性评估(Fitness-For-Service, ASME FFS-1)方法和等效结构应力法的疲劳寿命评估方法。【方法】对比了基于测试数据、ASME FFS-1疲劳分析方法和等效结构应力法的疲劳寿命评估方法，并通过随机振动疲劳试验进行对比验证。【结果】研究结果表明，ASME FFS-1疲劳分析方法在处理复杂结构时易受网格敏感性影响，可能导致疲劳寿命评估结果的保守性偏高；基于测试应力的疲劳分析方法同样表现出较高的保守性，可能增加不必要的维护成本；相比之下，等效结构应力法能够更准确地考虑焊接接头的局部应力集中效应，并能有效应对复杂的随机振动环境，在疲劳寿命预测中表现出更高的准确性和工程适用性。研究可为制定有效的预防性维护策略提供重要参考。
实验研究.测试技术 | 成形方向对增材制造钛合金裂尖循环塑性行为的影响

实验研究.测试技术 | 成形方向对增材制造钛合金裂尖循环塑性行为的影响

摘要：【目的】揭示成形方向对激光选区熔化增材制造TC4钛合金裂尖循环塑性行为的影响机制，为增材制造钛合金承力构件抗疲劳设计提供参考。【方法】首先，制备 0^°(L₁) 、 45^°(L₂) 、 90^°(L₃) 3种成形方向的紧凑拉伸试样，测试获取不同方向材料的循环本构参数，为数值建模提供基础；其次，基于Chaboche混合强化本构模型，采用Abaqus软件建立含裂纹试样有限元模型，设计9组不同载荷参数方案，分析裂尖循环塑性演化规律；然后，采用数字图像相关技术开展疲劳加载试验，获取裂尖场量数据；最后，对比数值计算与试验结果，验证分析方法的可靠性。【结果】结果表明，成形方向对裂尖塑性应变、构件塑性应变能影响显著，相同载荷下，方向裂尖累积塑性应变、塑性应变能均最大，方向次之，方向最小，且差异随循环周次增加持续扩大；高载荷比、高载荷幅工况下，裂尖应力集中更显著，其塑性应变、平均弹性与塑性应变能均更高；成形方向对裂尖局部应力比、构件弹性应变能无显著影响。
实验研究.测试技术 | 基于集成学习模型的泵车臂架结构疲劳寿命快速预测方法

实验研究.测试技术 | 基于集成学习模型的泵车臂架结构疲劳寿命快速预测方法

摘要：【目的】为快速准确判断在役混凝土泵车臂架结构的疲劳寿命，以监测数据为基础，利用机器学习技术，提出基于集成学习模型的泵车臂架结构疲劳寿命预测方法。【方法】首先，利用混凝土泵车信息采集系统，获取泵车服役过程中的功能特征和性能特征，通过数据预处理和转换，得到典型工况下的应力变程样本数据集 O；并从优势互补的角度出发，以梯度提升决策树（Gradient Boosting Decision Tree, GBDT）、随机森林（Random Forest, RF）、极致随机树（Extra Trees, ET）、自适应提升（Adaptive Boosting, Adaboost）和序贯（Sequential）模型为学习器，构建了一种用于应力变程预测的Stacking模型。其次，利用核密度估计抽样（Kernel Density Estimation Sampling, KDES）法，抽取特定服役周期内泵车运行的功能特征，并将其输入至构建好的Stacking模型，预测得到臂架结构的应力变程数据集。然后，以Matlab软件为计算平台，结合断裂力学理论，实现臂架结构疲劳寿命的快速预测，并通过可靠性分析获得了相应疲劳寿命的可靠度，提高了预测结果的可信度。最后，以某公司的某型混凝土泵车为例，通过与单一机器学习模型对比，验证所提方法的可行性。【结果】结果显示，所提方法从疲劳寿命入手，为泵车检修周期指定与报废决策提供依据。
实验研究.测试技术 | 高减比准双曲面齿轮接触与弯曲应力的计算与分析

实验研究.测试技术 | 高减比准双曲面齿轮接触与弯曲应力的计算与分析

摘要：【目的】高减比准双曲面(High Reduction Hypoid, HRH)齿轮几何参数与轮齿结构复杂,作为一种广义的新型锥齿轮传动形式,其工作接触应力与弯曲应力计算方法缺乏,有必要针对上述问题进行研究。【方法】首先,在分析HRH齿轮的几何参数设计要点的基础上,给出了ISO标准关于准双曲面齿轮的工作应力计算方法;其次,因HRH齿轮超出ISO标准适用范围,为适应其强度计算,对ISO标准中的当量齿数和大轮轮齿弯曲力臂计算式进行修正;然后,以齿数比3:60的HRH齿轮为例,推导了完整的HRH齿轮工作应力计算方法及流程;最后,通过建立精确的HRH齿轮三维模型,利用大型有限元分析软件,获得了齿轮相应的工作接触和弯曲应力计算。【结果】结果表明,采用ISO标准与有限元法的计算结果相近,ISO标准的适用范围得以拓展,同时也证明了提出的ISO标准修正方法的正确性和工程应用的可行性。
实验研究.测试技术 | 油气压裂高压管汇连接由壬力学性能分析与结构改进

实验研究.测试技术 | 油气压裂高压管汇连接由壬力学性能分析与结构改进

摘要：【目的】针对1502型油气压裂高压管汇连接由壬在现场高内压与强振动符合载荷下频繁发生疲劳断裂和刺漏失效、严重危害作业安全的问题，开展高内压与安装预紧力复合作用下的由壬力学性能仿真研究，以明确其结构薄弱部位，并提出新的结构优化改进方案。【方法】首先，以FIG.1502型连接由壬为对象，利用转矩法反求确定了其装配目标预紧力(200 kN)，结合现场最大实际作业内压(90 MPa)与高强钢40CrNi2Mo材料参数，建立了考虑非线性滑动摩擦接触、忽略螺纹升角的二维轴对称有限元精细化力学仿真模型，运用双时间步长增量求解器模拟了装配预紧与高压作业的连续受力全过程；然后，基于危险截面应力错位分布原则，设计了螺纹与密封错位的新型错位由壬结构，通过将密封槽内径由101.5 mm缩减至90.3 mm以增强壁厚、有效螺纹牙数由6扣增至7扣、优化母由壬端部斜面角度至125°，实现了多参数结构改进；最后，开展了全尺寸有限元力学性能对比与新疆吉木萨尔油田现场工业试验验证。【结果】仿真结果表明，原结构连接由壬的第1扣螺纹槽根部存在严重的应力集中，最大等效应力达559.5 MPa，接近材料屈服极限，应力集中系数高达5.181，此为现场螺纹发生疲劳断裂的主导因素；密封槽圆角处最大应力为244.08 MPa。新设计的螺纹与密封错位结构成功将最大应力从螺纹根部转移至增厚后的密封槽圆角处，使得由壬整体最大等效应力大幅减小至175.94 MPa（减小68.6%），整体应力集中系数减小至2.199（减小了57.6%）；螺纹局部最大应力显著减小至165 MPa（减小了63.4%），各螺纹牙承载分布表现出高度的均匀性。现场试验结果表明，新型结构连接由壬在90 MPa最大压裂作业压力下连续稳定运行寿命突破460 h，比原来失效的旧由壬在相同工况下的疲劳寿命延长了近35%。

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