5月1日：《机械工程学报》2020年第20期最受关注论文推荐

原创新媒体部机械工程学报

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基于故障案例学习的设备健康评价方法研究

北京化工大学故障诊断与自愈工程研究中心王庆锋等认为从设备状态监测数据中分析、提取故障特征信息,准确、快速地识别设备健康状态,对于开展预测性维修,确保设备运行可靠性、安全性非常重要。以离心压缩机为研究对象,以正常状态的振动监测原始数据为参考数据,构建了正常状态原始信号和实时监测信号的相关性健康指数模型、相干性健康指数模型、谱距离健康指数模型,在针对健康指数模型开展大量故障案例学习、健康度分布统计分析基础上,制定了设备健康评级准则,形成数据驱动的机械设备健康评价方法,揭示了离心压缩机健康度表征与运行状态的映射关系。应用轴承试验数据和离心压缩机转子不平衡故障案例数据,分别验证构建的设备健康指数模型和健康评级准则的准确性、适用性。结果表明,构建的健康指数模型能较好地表征设备运行状态,与有效值和峰-峰值固定阈值报警方法相比,构建的机械设备健康评级准则对于指导预测性维修更有实践意义。

开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制方法

华南理工大学机械与汽车工程学院陈吉清等针对开关磁阻电机具有结构简单、成本低和调速范围广等优势,但其双凸极结构和控制器的开关特性,导致存在转矩脉动现象,使得抑制转矩脉动成为焦点问题。首先从开关磁阻电机的结构和运行机理出发,针对线性解析方法难以分析转矩特征的问题,建立电机有限元模型求解出转矩特征并进行样机验证试验。分析样机结构参数对转矩脉动的影响,针对结构参数耦合问题,选择NSGA-Ⅱ算法在参数优化平台上对样机结构参数进行多目标寻优,在保证优化后样机的转矩脉动系数和平均转矩均优于初始电机的条件下,最终获得样机最优化结果。结果表明,不同结构参数对电机转矩的影响有较大的差异,对结构参数的优化能有效地抑制转矩脉动,该参数优化方法可以为开关磁阻电机结构性转矩脉动抑制提供参考。

基于深度强化学习与有限元仿真集成的拉深成形控制

同济大学机械与能源工程学院郭鹏等指出金属板材拉深过程中的压边力是决定成品质量的关键参数,传统压边力控制方法往往需要对高度非线性的拉深过程进行建模,导致其控制结果与实际存在较大偏差。提出一种基于深度强化学习与有限元仿真集成的金属板材拉深过程控制模型,利用深度神经网络强大的预测能力来提取拉深加工过程中的状态信息并进行可靠预测,结合强化学习的决策能力来进行压边力控制策略的学习优化,避免了精确系统动力学模型的拟合以及先验知识的获取。同时,针对板材拉深加工中常见的拉裂质量缺陷与起皱质量缺陷,建立拉深成形性能评价函数,为深度强化学习提供回报信号来指导学习过程,并利用有限元仿真构成深度强化学习的环境模型。试验表明,深度强化学习模型能够有效地进行压边力控制策略优化,有效提高产品质量。所提出的压边力控制模型利用无模型的深度强化学习,能避免拉深过程的系统模型拟合,可提高压边力控制策略的控制效果,同时结合循环神经网络能解决板材拉深加工过程中的部分可观察性问题。

探花

制造系统可靠性分析的框架与动力学机制

数字孪生智能工厂规划设计吉林省重点实验室孔繁森认为制造系统可靠性的研究已有几十年的历史,但相关研究所界定的研究范畴模糊,缺乏统一的分析框架,容易与传统的设备系统可靠性研究发生混淆。在文献研究的基础上,对制造系统的定义和内涵进行分析,并据此重新阐释制造系统性能与可靠性概念之间的区别和联系。从设备-工艺孪生的角度重新定义制造系统的概念,并指出在制造系统可靠性研究中忽视系统中人的作用的制造系统描述是不完备的。基于功能视角,重新定义了制造系统失效模式,建立制造系统可靠性分析的框架,阐述制造系统可靠性随时间变化机制的研究方法。研究指出大数据方法将是未来制造系统可靠性研究的重要方法之一。

榜眼

6061-T651铝合金动态力学性能及J-C本构模型的修正

中国民航大学航空工程学院邓云飞等为合理描述6061-T651铝合金的应力流动行为,利用万能材料试验机和霍普金森压杆,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能测试,获得材料在不同条件下的应力应变曲线。基于试验结果,修正Johnson-Cook本构模型得到MJC（Modified Johnson-Cook）模型,并标定MJC模型各项参数。为校验MJC模型及参数的有效性,利用一级气炮发射直径为5.95mm的圆柱弹体冲击刚性靶的Taylor杆试验以及直径为12.68mm的刚性弹撞击厚度为2mm靶板的试验。最后,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立Taylor杆和弹靶冲击试验的三维模型,基于MJC本构模型进行Taylor杆冲击、以及结合MMC（ModifiedMohr-Coulomb）断裂准则进行弹靶冲击的数值模拟计算。研究结果表明,修正的MJC本构模型能够有效地描述6061-T651铝合金材料在大应变、高应变率和高温下材料的应力流动行为和变形行为。

状元

高速轨道结构振动及传递特性

北京交通大学机械与电子控制工程学院辛欣等针对高速列车的快速发展使板式无砟轨道得以广泛应用。利用有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立车辆-弹性轨道耦合动力学模型,分析车辆运行的安全性和平稳性,研究轨道系统的位移、加速度、加速度功率谱密度、载荷特性,以及不同速度对轨道系统的振动影响,并对系统振动的主要影响因素进行初步探究。结果表明,轨道结构的垂向振动位移、加速度及载荷在由上至下传递过程中呈递减趋势,且钢轨到轨道板的衰减幅度大于轨道板到底座;轨道系统的振动能量主要集中在0～150Hz范围内,大于300Hz的钢轨振动能量经扣件衰减后基本未被向下传递,且速度升高,功率谱密度峰值出现的位置向右移动;速度为300km/h时,钢轨垂向加速度功率谱密度小于100Hz的峰值频率主要与钢轨固有模态有关,大于100Hz的峰值频率呈倍频关系,且与轨道系统固有属性相关。联合仿真提高了研究效率,揭示了车辆-轨道系统的垂向振动特性及传递规律,为工程应用提供了参考依据。

编辑：金程校对：张彤

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