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中国机械工程

中国机械工程

2024年05期

《中国机械工程》由中国科协主管、中国机械工程学会主办，是中国机械工程学会会刊，是中国机械工程领域的权威期刊。曾入选国家期刊方阵“双高”期刊，获三届国家期刊奖、三届全国百强科技期刊。

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| 序言

| 序言

历经多年高速发展，我国已成为世界第二大经济体、第一制造业大国，但高端机械产品的可靠性仍然是我国机械行业发展的瓶颈之一。近年来，一系列国家战略规划均对机械产品的可靠性问题高度重视。《中国制造2025》明确指出要加强可靠性设计、试验与验证技术开发应用。2023年国务院印发的《质量强国建设纲要》（简称《纲要》）要求“加快质量技术创新应用”，“推进质量设计、试验检测、可靠性工程等先进质量技术的研发应用”，
不确定性传播方法研究 | 基于监督降维和自适应Kriging建模的高维

不确定性传播方法研究 | 基于监督降维和自适应Kriging建模的高维

摘要：高维不确定性传播目前面临维度灾难和小样本的问题，难以利用有限的样本资源获得高精度的分析结果，针对此问题，提出了一种基于监督降维和自适应Kriging模型的高维不确定性传播方法。利用改进充分降维方法将高维输入投影到低维空间中，并利用Ladle估计器确定低维空间的维度。将降维投影矩阵嵌入Kriging核函数中以减少待估计超参数的数量，提高建模精度和效率。最后，创新性地定义了投影矩阵留一交叉验
不确定性传播方法研究 | 区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

不确定性传播方法研究 | 区间过程激励下刚柔耦合系统动态不确定性分析的序列模拟方法

湖南大学机械与运载工程学院，长沙，410006 摘要：针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学问题，提出了一种基于区间过程模型的动力学不确定性序列模拟方法，旨在通过区间过程序列抽样及刚柔耦合动力学序列模拟计算结构振动与机构运动等系统动态响应的上下边界。介绍了中心刚体柔性梁刚柔耦合系统动力学方程的构建与数值求解方法。针对动态不确定性激励作用下的刚柔耦合系统动力学分析，引入区间过程模型及其
不确定性传播方法研究 | 一种基于AK-MCS-K的失效概率函数估计方法

不确定性传播方法研究 | 一种基于AK-MCS-K的失效概率函数估计方法

摘要：针对可靠性优化设计中失效概率函数求解复杂、计算量大等问题，提出一种求解失效概率函数的高效方法。所提方法的基本思路是利用自主学习Kriging方法构造输入变量全空间在失效边界处的局部代理模型，进而通过该局部代理模型结合Monte Carlo模拟法计算在指定分布参数样本下结构的失效概率，然后基于Kriging方法拟合分布参数样本点与对应结构失效概率之间的函数关系，最终建立用Kriging模型
不确定性传播方法研究 | 基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

不确定性传播方法研究 | 基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法

摘要：针对实际工程中存在的具有多个输出响应的高维问题，提出一种基于主动学习与贝叶斯深度神经网络的高维多输出不确定性传播方法。利用多个输出响应对应同一组输入变量的特点，对输入变量进行一次性采样，从而构造初始训练样本集。采用贝叶斯深度神经网络初步构建高维多输出问题的代理模型。贝叶斯深度神经网络能够同时求解多个预测输出响应的不确定性估计，基于该特点发展了一种针对高维多输出问题的主动加点策略，通过主动
可靠性设计与分析 | 考虑双重不确定性的机械产品元动作可靠性分配方法

可靠性设计与分析 | 考虑双重不确定性的机械产品元动作可靠性分配方法

摘要：针对元动作可靠性分配中专家评价的不确定性问题，提出了一种同时考虑认知不确定性和随机不确定性的可靠性分配方法。利用功能运动动作（FMA）的层次方法将机械产品进行合理分解，得到产品的基本运动形式（元动作）；将专家进行分组并以概率语言术语集（PLTS）进行评价，以降低专家评价的随机不确定性；将各组专家综合评价结果作为证据进行推理，根据证据融合理论综合所有专家信息，并减小专家的认知不确定性影响；
可靠性设计与分析 | 考虑随机变失效阈值的多相关退化可靠性建模

可靠性设计与分析 | 考虑随机变失效阈值的多相关退化可靠性建模

摘要：由于机械部件失效受多个退化过程及外界冲击等各种因素的耦合作用影响，而当前研究多考虑单一因素，并认为失效阈值为定值，未考虑到设备会因退化而导致其抗冲击能力降低的事实，因此同时考虑冲击对退化过程的影响，退化过程对冲击失效阈值的随机不确定性影响以及不同退化过程之间存在相关性影响，提出考虑随机变阈值的多相关退化可靠性模型。此外，通过Copula函数描述不同退化过程间的相关性，给出相关模型的参数估
可靠性设计与分析 | 考虑性能稳定性的机械系统可靠性分配方法研究

可靠性设计与分析 | 考虑性能稳定性的机械系统可靠性分配方法研究

摘要：针对机械系统可靠性分配，提出了一种考虑性能稳定性的可靠性分配方法。引入元动作理论对机械系统进行结构分解，以元动作单元为分配对象，建立元动作可靠性二层综合评价指标模型，结合多准则决策（MCDM）方法，得到元动作可靠性分配系数；然后建立机械传动系统稳定性模型，并计算各个元动作对系统性能稳定性的影响系数；最后，利用性能稳定性的影响系数对可靠性分配系数进行修正，实现机械系统可靠性的合理分配。通
寿命预测与损伤评估 | 复杂载荷、极端环境下焊接结构疲劳寿命预测研究综述

寿命预测与损伤评估 | 复杂载荷、极端环境下焊接结构疲劳寿命预测研究综述

摘要：焊接接头易出现缺陷和应力集中，在疲劳载荷作用下将成为疲劳裂纹萌生和扩展的薄弱区域。与均质材料相比，接头各区域微观组织及应力局部化使得焊接结构疲劳问题进一步复杂化。区别于理想实验条件，实际焊接结构服役环境复杂，疲劳寿命预测须考虑环境因素与焊接结构耦合特性。为此，对影响焊接结构的内在因素进行总结分析，从复杂载荷和极端服役环境两方面对现有焊接结构寿命预测模型进行综述，结合最新研究进展对改进焊接
寿命预测与损伤评估 | 基于联合多重重建自编码器的桁架损伤识别

寿命预测与损伤评估 | 基于联合多重重建自编码器的桁架损伤识别

摘要：针对桁架杆单元存在不同损伤类型时损伤特征信息难以捕捉且识别结果不准确的问题，提出了利用联合多重重建自编码器（JMRAE）进行损伤识别的方法。首先，运用JMRAE按照不同尺度数分段截取信号，将Sigmoid函数和ReLU函数进行组合以提取特征量，引入零相位成分分析（ZCA）降低特征量维度，以保留重要信息并减少数据冗余。然后，运用SoftMax分类器求解隐含层中不同片段的局部特征量，并进行特
寿命预测与损伤评估 | 基于健康因子和混合Bi-LSTM-NAR模型的锂离子电池剩余寿命预测

寿命预测与损伤评估 | 基于健康因子和混合Bi-LSTM-NAR模型的锂离子电池剩余寿命预测

摘要：为准确预测锂离子电池剩余寿命、降低电池工作风险，提出一种新的锂离子电池剩余寿命在线预测模型。基于锂离子电池历史运行数据提取6种健康因子，用于表征电池的退化状态；采用随机森林（RF）算法完成健康因子的评价与筛选；利用经遗传算法优化的广义回归神经网络（GA-GRNN）完成锂离子电池剩余容量的估计。在此基础上，应用结合双向长短期记忆（Bi-LSTM）网络模型和非线性自回归（NAR）神经网络的混
可靠性工程应用研究 | 多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

可靠性工程应用研究 | 多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

摘要：针对多负载环境下微电子机械系统（MEMS）微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题，提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程，分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程，完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间
可靠性工程应用研究 | 膜片式微通道预冷器换热微细管束振动分析与可靠性评价方法

可靠性工程应用研究 | 膜片式微通道预冷器换热微细管束振动分析与可靠性评价方法

摘要：针对预冷吸气式组合发动机的膜片式微通道预冷器换热微细管束振动可靠性问题，建立换热微细管固有振动特性计算方法与数学模型，研究预冷器换热微细管在高速气流冲击下的振动模式，给出综合考虑旋涡脱落激振、紊流抖振和弹性激振等多种共振模式的预冷器换热微细管束振动可靠性评价模型，揭示预冷器换热微细管振动可靠度的变化规律。研究结果表明，预冷器换热微细管的固有振动频率与换热微细管外径、壁厚、相邻支撑间隔板之
可靠性工程应用研究 | 大口径火炮弹协调器机构可靠性优化设计研究

可靠性工程应用研究 | 大口径火炮弹协调器机构可靠性优化设计研究

摘要：为提高弹协调器的交弹效率，同时保障协调交弹动作具有高可靠度，开展某弹协调器机构的可靠性优化设计。考虑主要几何尺寸、制造误差、重要构件弹性变形等影响因素，建立某弹协调器的参数化刚柔耦合动力学模型，通过参数化动力学分析，复现协调器的协调交弹动作失效，并建立相对应的功能函数及协调器可靠性优化设计模型。针对协调器可靠性优化模型，为提高优化设计的效率和精度，构建新的Kriging模型自适应更新策略
可靠性工程应用研究 | 电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型的加速试验验证与评估

可靠性工程应用研究 | 电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型的加速试验验证与评估

摘要：针对电连接器用聚氨酯胶密封件在长贮条件下的寿命评估问题，从机理层面分析了聚氨酯胶密封件内聚破坏和边界破坏导致性能下降的原因。依据从机理层面建立的电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型，利用聚氨酯胶密封件温湿度综合应力加速退化试验数据，综合应用粒子群优化算法和回归分析、AD检验及拟合优度等检验方法，从数据统计层面验证了电连接器用聚氨酯胶密封件失效物理方程和退化轨迹模型的合理性。利用扫描
机械基础工程 | 碳纤维层合板胶接接头在湿热环境下的性能演变

机械基础工程 | 碳纤维层合板胶接接头在湿热环境下的性能演变

摘要：为了研究碳纤维复合材料（CFRP）胶接接头对汽车涂装过程中的高温高湿环境的适应性，对单搭接CFRP胶接接头进行了烘烤和加速吸湿实验，对经历不同湿热环境的胶接接头进行了剪切拉伸和正向拉伸试验，对连接强度改变及接头的失效模式演变进行了讨论，对环氧树脂与聚氨酯两种胶粘剂连接的接头对烘烤的适应性进行了比较，并研究了在搭接区域边缘增加胶瘤对提高连接强度的效果。研究结果表明：单搭接CFRP胶接接头的
机械基础工程 | 基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法

机械基础工程 | 基于改进四叉树和比例边界有限元法的自适应设计域拓扑优化方法

摘要：针对大型结构拓扑优化计算成本高和固体各向同性材料惩罚模型（SIMP）在优化后结构边界处求解精度低的问题，提出了一种基于SIMP法的自适应设计域（ADD）拓扑优化方法。将改进四叉树法应用在拓扑优化的过程中，通过自动划分不同等级的网格单元来减少网格数量、减轻计算负担并提高边界处求解精度；采用比例边界有限元法（SBFEM）实时计算划分后结构的有限元信息，解决了不同等级网格间悬挂节点的问题。所提
机械基础工程 | 基于超声导波技术的双层粘接结构界面质量检测

机械基础工程 | 基于超声导波技术的双层粘接结构界面质量检测

摘要：针对粘接结构界面质量难以检测的问题，提出一种超声导波检测技术方法。基于弹簧模型和波动方程建立超声导波在双层粘接结构中传播的数学模型，获得不同粘接界面的频散方程，通过求解该方程获得不同粘接界面的频散特性。利用COMSOL软件模拟了声波在不同粘接界面的传播过程。仿真结果表明，在频率为1 MHz时刚性粘接条件下，数值求解的群速度为4.632 km/s，仿真平均群速度为4.505 km/s，误差
机械基础工程 | 基于严格反馈模型的电液伺服作动器控制策略研究

机械基础工程 | 基于严格反馈模型的电液伺服作动器控制策略研究

摘要：主动悬架可根据车辆实时状态调节悬架参数，显著提高应急救援车辆救援效率，电液伺服作动器是电液伺服主动悬架系统实施主动控制的核心部件。对电液伺服作动器控制策略展开了研究，建立了主动悬架液压伺服作动器模型；基于该模型提出了基于严格反馈模型的自适应位置跟踪控制策略，并证明了该策略在Lyapunov意义下的稳定性。仿真和单缸实验验证表明，与传统控制方法相比，所提出的位置跟踪算法可有效提高电液伺服作
机械基础工程 | 带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

机械基础工程 | 带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

摘要：针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题，以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象，根据巷道参数和更换托辊流程，研究不停机更换托辊机器人，制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究，利用SolidWorks软件建立机器人三维实体模型，并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ANSYS Workben

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