4月15日：《机械工程学报》2019年第19期最受关注论文推荐学术资讯

来源：机械工程学报

提示：点击上方"机械工程学报"↑关注我吧

涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的清晰结构拓扑优化设计

长沙理工大学汽车与机械工程学院荣见华等针对以结构柔顺度最小为目标函数,涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的结构拓扑优化设计问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,为了消除现有的结构实体相及空洞相的相同的光滑Heaviside映射导致的强烈对立矛盾,引入光滑Heaviside映射和修改的光滑Heaviside映射分别进行实体相及空洞相的设计变量过滤;而后,构建了合理和协同的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化模型;利用MMA算法,形成了一种新的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可解决结构实体相和空洞相的几何最小长度尺寸控制问题。且所提方法可获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。

增强稀疏分解及其在叶片振动参数识别中的应用

西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室吴淑明等认为叶端定时是发动机叶片监测有效手段,相比于传统的应变片测量方式,叶端定时不仅可以同时监测所有叶片的振动状态,而且不会对叶片本身的振动造成影响。但是叶端定时采样数据存在高度欠采样的特点,针对该问题,提出基于增强稀疏分解(Enhancing sparse decomposition,ESD)的叶片振动参数辨识技术。稀疏分解是一种在冗余字典中对信号进行分解,通过求解优化问题得到信号在冗余字典下最稀疏解的信号处理方法。增强稀疏分解相比于传统的基追踪算法,可以得到更为稀疏的解。在建立了增强稀疏优化模型后采用原对偶内点法对优化问题进行求解,从而实现信号特征参数的有效辨识。将提出的基于增强稀疏分解的叶片振动参数辨识技术应用于不同类型的仿真数据和转子叶片试验台参数辨识,并与传统的MUSIC算法和最小二乘拟合相对比,提出的算法可以有效避免频谱混叠和泄露现象,并滤除其他频率成分的干扰,得到更清晰的谱图。

柔性支承下的大型离心压缩机转子振动特性

沈阳鼓风机集团股份有限公司杨树华等指出支承刚度对转子系统的动力学特性具有重要影响。针对大型离心压缩机转子在高速平衡条件下和实际运行工况下的支承刚度差异导致的振动问题开展研究。由于高速动平衡机的摆架刚度较低,使得一些大型离心压缩机的轴承油膜刚度与支承刚度几乎相当,导致2阶弯曲临界转速大幅降低,从而使得转子振动超标,高速动平衡难以满足标准要求。结合实际案例分别进行不考虑支承刚度及带有动平衡机摆架刚度的转子动力学分析,并对轴承瓦块、轴承座、机壳、底座进行有限元分析,获得压缩机转子的基础刚度。结果表明,考虑支承刚度的转子2阶临界转速出现了11.1%～18.3%的下降,1阶临界仅下降3.6%～7.3%,与高速动平衡试验结果吻合较好,实际支承刚度因大于轴承刚度3.5倍,机械运转试验显示1阶临界、2阶临界转速未有实质性下降,且振动满足API617标准要求,与不考虑支承刚度的转子动力学分析结果基本一致。

探花

基于非线性输出频率响应函数的转子不对中-碰摩耦合故障诊断方法研究

南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室李志农等基于非线性输出频率响应函数(NOFRF)的独特优势,将非线性输出频率响应函数引入到转子不对中-碰摩耦合故障中,提出了基于非线性输出频率响应函数的转子不对中-碰摩耦合故障诊断方法。利用提出的方法辨识得到了不同对中度及其角度的转子系统的NOFRF值,对比分析了不对中度及其角度对转子系统各阶NOFRF值的影响。仿真结果表明随着不对中度和角度的增加,NOFRF中二次谐波二阶非线性输出频率响应函数和二次谐波四阶非线性输出频率响应函数有着较为明显的增幅;一次谐波三阶非线性输出频率响应函数随不对中角度的增加而减小。因此,可以依据二次谐波二阶非线性输出频率响应函数、二次谐波四阶非线性输出频率响应函数、一次谐波三阶非线性输出频率响应函数值的变化规律识别转子系统的不对中程度。最后通过试验结果验证了仿真结果的正确性,研究成果为具有不对中-碰摩耦合故障的转子系统的故障诊断提供了重要的依据。

榜眼

基于多目标粒子群算法的电磁主动悬架作动器优化

重庆大学汽车工程学院杨超等针对电磁主动悬架直线式作动器电磁力波动对悬架系统影响问题,建立作动器磁场解析模型,以总谐波畸变量(Total harmonic distortion,THD)作为电动势(Electromotive force,EMF)中谐波含量的评价指标,对影响电磁力输出的EMF进行谐波分析,在此基础上,建立考虑悬架电磁力波动特性的悬架系统模型,分析了车辆动力学响应特性。其次,采用多目标粒子群智能优化算法,以"大EMF幅值"和"小THD"值作为目标,对作动器结构参数进行多目标优化,并利用模糊集合理论对优化后的Pareto最优解集进行选优。仿真结果表明,作动器电磁力波动下降了53.8%,有效电磁力提升了8.5%,基本消除了电磁力波动对悬架系统的影响。最后,对作动器样件进行测试,结果显示:作动器绕组EMF中含有3次、2次、4次和5次谐波分量,且THD值达到了5.6%,电磁力波动为7.8 N,试验结果验证了对电磁力波动分析及优化的有效性。

状元

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

北京航空航天大学机械工程及自动化学院刘佳佳等认为难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明:合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。