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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

机械产品快速设计理论与方法研究现状

在日趋激烈的市场竞争环境下,如何充分利用现有资源实现产品的快速设计是复杂机械产品研究的重点。详细论述了模块化设计、参数化设计、产品族设计和可重构设计等快速设计理论方法,以及并行工程和虚拟样机使能技术的研究和应用现状。针对复杂机械产品设计特点,分析了快速设计理论的不足及其发展方向。     

多轴随机振动疲劳频域方法的研究

传统的多轴疲劳时域分析法需要得到结构件整个随机加载历程,这种方法非常耗时,效率很低。针对这种情况,提出一种基于临界面上最大正应力和剪应力准则的频域分析方法。以悬臂梁作为疲劳强度评定算例,比较了基于Von Mises等效应力法的多轴疲劳时域法与提出的频域法的分析结果。研究结果表明,根据2种方法计算出悬臂梁4个工况疲劳寿命的相对误差在5%之内,而且使用频域分析法计算时间少,效率更高。     

有限元方法中实体单元选择策略研究

针对有限元法中有关单元选择主要依赖分析人员的经验,缺乏客观性的问题,研究了其实体单元的选择策略。首先从有限元理论出发,分析各单元之间的差异,提出了节点势能的概念,并比较不同模型中节点势能的差异。同时在ANSYS中观察这种由于单元的差异带来的表现。然后对比了某地铁转向架构架试验中试验值和ANSYS中采用不同单元进行模拟的解,进而给出了实体单元的选择建议。     

折叠气囊式机车碰撞试验台加速能力的研究

以折叠气囊式机车碰撞试验台为研究对象,分别对2种不同材质(柔性和弹性)的气囊进行充气推动实验,在对比后确定采用曲囊式空气弹簧的橡胶囊体作为试验台的推动气囊。通过单个GF150/298-3橡胶气囊加速能力的推动测试,得到单气囊实验台的加速能力。根据多个橡胶气囊以并联、串联方式组合后推动车体可获得的最大速度具有非线性叠加的特点,若将GF580/384-3型气囊通过9级并联、9组串联并以0.7 MPa的囊内压力推动车体,可将25 t的车体加速到39.57 km/h,能达到EN15227标准中对机车车辆的碰撞测试要求。