一种多自由度振动系统动载荷识别的时域方法

为了解决复杂机械结构输入载荷难以直接测量的问题,基于结构动力学理论,应用Duhamel积分,推导了一种单自由度振动系统动载荷时域识别方法;在此基础上,通过模态坐标变换法,将多自由度振动系统运动方程解耦,以系统加速度响应作为输入,建立了一种多自由度振动系统动载荷识别的时域方法与模型。以一个多自由度的弹簧阻尼系统为对象,研究了载荷识别模型同时在正余弦组合激励、随机激励、三角脉冲激励等三种载荷形式下的稳定性和精确性。研究结果表明:在测量响应无噪声的情况下,载荷识别模型对三种激励的识别均具有很高的精度,识别结果与原始载荷相关系数达到0.99;在测量响应含有30%随机噪声的情况下,三种载荷的识别结果依然有很高的识别精度,相关系数均在0.97以上。     

螺栓松动寿命特性试验研究

为研究螺栓松动寿命特性,利用疲劳试验机,设计了螺栓横向振动试验。首先改变横向振动频率,对比位移、速度、加速度振幅对螺栓松动寿命的影响,确定横向位移振幅是影响螺栓松动的主要因素。之后对五个位移振幅等级下的螺栓松动程度进行监测,通过剩余预紧力-振动次数曲线表示螺栓松动情况。将各个位移振幅下预紧力各个阶段数据汇总,参照疲劳研究中材料S-N曲线,绘制成不同松动情况下(剩余预紧力百分比)螺栓松动的位移-寿命(D-N)曲线。分析结果表明:通过螺栓松动D-N曲线,发现螺栓松动寿命曲线与材料疲劳寿命曲线在对数坐标下同样具有双直线、高低周分界的特性。     

机器学习法预测不同应力比6005A-T6铝合金疲劳裂纹扩展速率

本文开展了不同应力比(R为0.05,0.1,0.3,0.5,0.6)条件下的6005A-T6铝合金紧凑拉伸试样疲劳裂纹扩展速率试验,在此基础上采用BPNN、SVR、KNN和XGboost共4种机器学习方法,比较了4种机器学习方法预测6005A-T6铝合金疲劳裂纹扩展速率的能力;作为对照组,利用试验数据拟合得到了传统的Forman疲劳裂纹扩展率方程。结果表明：应力比R对6005A-T6铝合金裂纹扩展速率存在显著影响,相同应力强度因子范围ΔK下,裂纹扩展速率da/d N随R增大而提高,且R的增大会使裂纹更早进入稳定扩展阶段;4种机器学习模型建立的裂纹扩展率预测内推模型均能体现裂纹扩展过程中速率的非线性变化特征,且对试验数据的拟合系数r²均达0.99以上,普遍高于Forman方程的0.82;4种机器学习模型建立的裂纹扩展率预测外推模型,BPNN算法的拟合系数r²仍高于0.99;KNN算法消耗的训练时间最短,XGboost算法具有最佳的疲劳裂纹扩展速率内推预测能力,而BPNN算法则具有更好的扩展率外推预测性能表现。     

基于双步长的显式动力学方法

为了建立精度更高、稳定性更好的显式积分算法,在双步长线性加速度假设的条件下,通过积分推导,提出了双步长显式法和修正双步长显式法。对这两种新方法进行了稳定性、精度和截断误差分析,并通过算例对两种新方法、中心差分法和解析解进行比较。结果表明,无阻尼情况下,双步长显式法是不稳定的,而修正双步长显式法与中心差分法具有相同的稳定条件;大步长情况下修正双步长显式法和中心差分法的幅值误差小于双步长显式法;小步长情况下修正双步长显式法的阻尼比误差和周期误差都比中心差分法小,具有良好的综合性能。     

螺栓与被连接件间轴向相对刚度的修正计算

螺栓连接结构的载荷分配比例和螺栓与被连接件间的轴向相对刚度密切相关。为了更准确地求解螺栓连接结构中螺栓与被连接件间的轴向相对刚度，基于被连接件垂直于螺栓轴的各受压层压应力均匀分布与非均匀分布形式下的轴向压缩变形量解析式，结合有限元仿真结果，提出了被连接件压缩变形体起始直径的修正公式及轴向压缩变形量的修正解析式。通过提取仿真应力值，对压应力理论修正方程、压应力仿真拟合方程进行积分计算。对比计算结果发现：用仿真拟合方程计算得到的被连接件压缩变形体轴向压缩变形量与用理论修正方程计算得到的变形量的误差小于2.5%，这说明用仿真拟合方程求解被连接件压缩变形体的轴向压缩变形量具有较高的精度。研究结果表明：修正起始直径与夹紧长度、螺栓头与螺母支承面直径呈线性关系。压应力非均匀分布下，用被连接件压缩变形体轴向压缩变形量的修正解析式求解螺栓与被连接件间轴向相对刚度时，误差小于2%，表明该修正解析式能够较为准确地计算螺栓与被连接件间的轴向相对刚度。在修正起始直径的基础上，基于被连接件各受压层压应力非均匀分布的轴向相对刚度计算结果比基于均匀分布的更准确。研究结果为理论研究和实际工程中准确分析螺栓的受力情况提供了一定参考。     

采用多目标进化算法的列车碰撞能量配置方案优化

为研究列车碰撞过程中车钩缓冲装置的阻抗力对列车碰撞能量吸收的影响,建立了列车纵向碰撞的动力学模型。以最大平均加速度、最大瞬时加速度、车体最大塑性变形量为优化目标,以车钩的阻抗力为优化参数,通过NSGA-Ⅱ算法得到了最优解集合,随后建立针对优化目标的综合评价体系并选取最优解。优化后列车的碰撞加速度相较优化前有所减小的原因是车辆两端界面力差值较小。     

基于可靠性的重载货车钩舌疲劳断裂寿命

铁路重载货车牵引吨位增加导致钩舌裂纹率急剧上升,现有针对钩舌疲劳断裂的研究还缺乏试验和理论支撑,因此有必要开展基于可靠性的钩舌(16H型)疲劳断裂寿命研究.基于线路实测载荷谱开展了系统的钩舌疲劳断裂台架试验,利用可靠性理论研究钩舌疲劳断裂寿命,然后从疲劳损伤分布的角度,对钩舌危险部位的损伤分布进行了深入分析,实现了与台架试验结果的相互印证.结果表明,在纵向冲击载荷作用下,钩舌主要呈现下牵引凸缘断裂和内腕面断裂两种失效形式,其中下牵引凸缘根部临界裂纹尺寸表面长度为60 mm,深度为23 mm,内腕面临界裂纹长度为90 mm;在99.9％可靠度下,钩舌断裂寿命为47.5万km;钩舌内腕面疲劳断裂寿命是下牵引凸缘断裂情况下疲劳断裂寿命的1.04～1.75倍,寿命差异除偶然误差外还同时存在条件误差;钩舌最大损伤位于下牵引凸缘根部距离内腕面一侧42 mm处,上牵引凸缘根部损伤小于下牵引凸缘根部,内腕面损伤最小,但出现疲劳裂纹的范围最大,易同时萌生多段小裂纹导致断裂.研究工作对重载货车钩舌维修策略的制定和应用安全性具有重要的理论和工程指导价值.     

非爆破柔性气缸弹射器研究

研究一种基于压缩气体静音发射的柔性气缸弹射器,实现了在约束且不爆破的情况下对弹射物变距离做功。通过弹射理论分析、仿真计算和实验验证相结合的方法,对柔性气缸弹射器动力学特性进行研究。结果表明:柔性气缸折叠压缩、充气展开弹射能实现对弹射物的发射,弹射过程无爆破现象;弹射器弹射能力受到柔性气缸初始长度、柔性气缸与弹射物的接触面积、柔性气缸压力等因素的影响。在对不同初始长度柔性气缸的弹射能力的研究中发现:柔性气缸初始长度越长、折叠量越大,柔性气缸展开弹射的作用距离就越大,弹射能力也就越强;通过4个1 000 mm×2 000 mm规格的柔性气缸组在2 MPa压力作用下弹射质量60 t弹射物可产生4.6 MJ能量,可实现对大质量物体的弹射。该研究成果对实现高压气体可控能量释放与大质量弹射技术研究具有参考意义。     

基于频域的车载污物箱随机振动疲劳寿命仿真

以某一车载污物箱为例,详细地介绍了基于频域的随机振动疲劳仿真技术理论及实现过程:即首先对结构进行频域响应计算,得到结构的传递函数,再将此传递函数与输入的功率谱相乘,获得结构的应力功率谱密度,再结合材料参数,选择合适的疲劳损伤模型,利用频域法计算结构的疲劳寿命。频域方法计算简单,不需要循环计数,因此,采用功率谱密度法估算结构疲劳寿命的方法具有很强的工程实用价值,受到了广泛重视。