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螺栓预紧连接可靠性灵敏度分析

吉林大学学报（工学版） 2023年第8期53卷 2219-2226页

作者：黄贤振孙楷铂栾晓刚胡兵东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

针对传统的螺栓预紧失效分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际螺栓连接中,各种结构参数的随机性将造成较大的分析误差的问题,考虑随机因素的影响,建立了一个螺栓预紧失效行为的有限元分析模型,以螺纹处的应力值是否超过屈服强度为判... 详细信息

针对传统的螺栓预紧失效分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际螺栓连接中,各种结构参数的随机性将造成较大的分析误差的问题,考虑随机因素的影响,建立了一个螺栓预紧失效行为的有限元分析模型,以螺纹处的应力值是否超过屈服强度为判别条件进行可靠性分析,计算各参数对连接结构失效现象的灵敏度。研究结果表明:螺栓大径的变化对螺栓静强度失效的现象影响最大,材料的泊松比对其影响次之;螺栓连接的可靠度会随螺栓牙型角、螺距和材料泊松比的增大而增加,随螺栓大径以及材料的密度、弹性模量的增大而减小。

关键词：机械设计螺栓连接静力学可靠性灵敏度

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两阶段疲劳损伤等效方法与概率疲劳失效判据

机械工程学报 2023年第16期59卷 107-116页

作者：谢里阳吴宁祥赵丙峰东北大学现代设计与分析研究所沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

针对长寿命、高可靠零部件的概率疲劳寿命预测,应用三参数威布尔分布描述疲劳寿命概率分布,研究不同水平的应力循环数之间的损伤等效关系,提出两阶段应力循环等效方法,建立疲劳损伤等效/失效概率等效循环数模型。对于小于寿命分布位置... 详细信息

针对长寿命、高可靠零部件的概率疲劳寿命预测,应用三参数威布尔分布描述疲劳寿命概率分布,研究不同水平的应力循环数之间的损伤等效关系,提出两阶段应力循环等效方法,建立疲劳损伤等效/失效概率等效循环数模型。对于小于寿命分布位置参数的应力循环数,根据应力与寿命分布位置参数之间的关系转换不同应力水平下的损伤等效循环数;对于大于寿命分布位置参数的循环数,根据疲劳失效概率等效转换不同循环应力水平下的等效循环次数。应用这样的方法及模型进行变幅应力历程下的疲劳失效概率计算或概率疲劳寿命预测,能够很好地处理寿命随机变量的最小可能值远大于零的工程实际问题,同时也保证了在转换不同水平应力循环数过程中的失效概率等效。

关键词：概率疲劳寿命疲劳失效概率等效损伤等效循环数临界损伤

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含主动约束阻尼悬臂梁两种减振机理的模拟

振动．测试与诊断 2023年第6期43卷 1129-1135,1244页

作者：黎明孙伟刘钺东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

以部分贴敷主动约束阻尼(active constrained layer damping,简称ACLD)悬臂梁为对象,研究了其所包含的两种减振机理的模拟方法。首先,通过分析ACLD结构的受力及变形,描述了ACLD减振中所包含的黏弹性层剪切耗能和压电层反相阻滞作用两种... 详细信息

以部分贴敷主动约束阻尼(active constrained layer damping,简称ACLD)悬臂梁为对象,研究了其所包含的两种减振机理的模拟方法。首先,通过分析ACLD结构的受力及变形,描述了ACLD减振中所包含的黏弹性层剪切耗能和压电层反相阻滞作用两种减振机理;其次,将黏弹性剪切变形体现在形函数中,再结合压电方程与力学公式推导出压电阻滞力,创建了包含两种减振机理的ACLD处理复合梁的动力学模型;最后,通过组建的ACLD悬臂梁减振实验系统对仿真分析结果进行了验证,同时对比分析了仅包含被动约束阻尼或压电反相阻滞单一减振机制以及ACLD处理时复合梁的时域响应。结果表明:仿真计算与实验值的最大偏差为18.6%,证明了所创建的包含两种减振机理分析模型的合理性;ACLD由于同时包含两种减振机理,其减振效果要优于单一的振动控制方法。

关键词：主动约束层阻尼悬臂梁结构动力学建模振动响应分析减振机理

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考虑层间变形的约束阻尼圆柱壳振动特性分析

振动.测试与诊断 2023年第5期43卷 1018-1025,1045页

作者：马宏伟陈中石孙伟东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

在约束阻尼减振结构中,中间的黏弹性层主要依靠基体及约束层的交错运动产生剪切变形而消耗能量,因而这种层间变形关系需要被有效引入以提升建模精度,为此采用有限元法对局部贴敷约束阻尼层圆柱壳进行了动力学建模方法研究。首先,基于Don... 详细信息

在约束阻尼减振结构中,中间的黏弹性层主要依靠基体及约束层的交错运动产生剪切变形而消耗能量,因而这种层间变形关系需要被有效引入以提升建模精度,为此采用有限元法对局部贴敷约束阻尼层圆柱壳进行了动力学建模方法研究。首先,基于Donnell′s薄壳理论,在考虑各层之间变形关系的基础上,推导了复合单元的刚度及质量矩阵;其次,构造了一种过渡单元来连接复合壳单元和仅有基体的单层单元,实现了局部贴敷约束阻尼层圆柱壳总刚度及总质量矩阵的有效组集;然后,在考虑复合圆柱壳弹性约束边界条件的基础上,确定了复合壳的运动方程,并给出了求解振动特性的公式;最后,进行了实例研究,通过与实验和ANSYS仿真结果的对比,验证了所提有限元模型的正确性,并进一步分析了约束层、阻尼层厚度变化对复合圆柱壳振动和阻尼特性的影响。

关键词：层间变形关系局部贴敷约束阻尼层圆柱壳振动特性有限元建模

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航空薄壁件压铆质量控制研究

组合机床与自动化加工技术 2022年第6期 90-95,100页

作者：郝博王明阳王建新东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

针对航空薄壁件压铆质量差、误差累积等问题,提出航空薄壁件压铆质量控制模式。基于工程计算法建立压铆力-压铆质量理论模型,并用ABAQUS软件和伺服压铆机分别对直径4 mm的平锥头铆钉进行数值模拟和压铆实验,结果表明镦头尺寸理论值与模... 详细信息

针对航空薄壁件压铆质量差、误差累积等问题,提出航空薄壁件压铆质量控制模式。基于工程计算法建立压铆力-压铆质量理论模型,并用ABAQUS软件和伺服压铆机分别对直径4 mm的平锥头铆钉进行数值模拟和压铆实验,结果表明镦头尺寸理论值与模拟值和实验值相对误差均小于5%。构建物理车间、虚拟车间、数据服务平台协同作业的工作模式,在压铆力数据实时采集的基础上,利用压铆力-压铆质量理论模型、质量离差算法实现压铆力实时监测,进而控制压铆质量。最后,以某型号机翼的蒙皮和长桁压铆连接为例进行实例验证,验证了该控制模式的有效性,可为薄壁件压铆质量控制提供新技术途径。

关键词：数字孪生薄壁件数值模拟理论计算压铆质量控制

L型管路系统动力学有限元建模及基于遗传算法的卡箍支撑位置优化

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振动与冲击 2022年第16期41卷 149-157,254页

作者：高志辉王东海孙伟汪博东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路... 详细信息

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路有限元建模方法,在此基础上用弹簧对模拟卡箍的支撑,创建了管路系统的动力学有限元模型。接着,以卡箍位置为设计变量,以激振频率与管路1阶固有频率的差值为目标函数,创建了以避振为目标的卡箍支撑位置优化模型。再则,描述了基于遗传算法求解该优化模型的具体流程。最后,以安装3个卡箍的L型管路为对象进行了实例研究,用试验校验了所提出的有限元建模方法的合理性,进一步通过执行优化确定了可以实现避振的最优的卡箍位置。同时,进行了卡箍的“安全域”分析,确定了各卡箍满足避振条件下的可移动范围。

关键词： L型管路有限元建模动力学遗传算法卡箍位置优化

基于改进多目标人工蜂群算法的航空发动机管路智能布局方法

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机械工程学报 2022年第4期58卷 277-284页

作者：张禹公健唐滋阳吕董常育嘉巩亚东东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

针对航空发动机管路布局目前存在的问题,一种基于改进多目标人工蜂群算法的航空发动机管路智能布局方法被提出。在该方法中,首先以管路长度最短、弯头数最少和流阻最小为优化目标,将管路弯曲半径、夹角、直线段长度、距离、贴壁以及跨... 详细信息

针对航空发动机管路布局目前存在的问题,一种基于改进多目标人工蜂群算法的航空发动机管路智能布局方法被提出。在该方法中,首先以管路长度最短、弯头数最少和流阻最小为优化目标,将管路弯曲半径、夹角、直线段长度、距离、贴壁以及跨度约束作为约束条件,建立航空发动机管路多目标布局优化数学模型。进一步,基于约束违背度理论、混沌算法和A*算法,并结合雇佣蜂变长度邻域搜索、跟随蜂指数排序选择、侦查蜂自适应邻域搜索,设计出应用于航空发动机管路智能布局的改进多目标人工蜂群算法,从而实现了航空发动机管路布局的多样性和智能化,提高了管路布局质量和效率。最后,以标准测试函数为例对算法性能进行测试,并通过实例研究验证所提方法的可行性。

关键词：航空发动机管路智能布局多目标人工蜂群算法 Pareto最优解集

三参数威布尔形状参数估计方法的比较与推荐取值

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机械工程学报 2024年

作者：杨小玉谢里阳杨奕凤赵丙峰东北大学机械工程与自动化学院东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室

机电产品寿命威布尔分布的形状参数与潜在的失效机制有关，在相似环境下运行的产品的寿命概率分布，通常有大致相同的形状参数。然而，目前在许多实际应用中威布尔形状参数值的范围和取值是基于两参数威布尔分布估计得到，这使得威布尔... 详细信息

机电产品寿命威布尔分布的形状参数与潜在的失效机制有关，在相似环境下运行的产品的寿命概率分布，通常有大致相同的形状参数。然而，目前在许多实际应用中威布尔形状参数值的范围和取值是基于两参数威布尔分布估计得到，这使得威布尔形状参数范围出现了较为分散的现象。首先使用偏差和方均根误差两个统计特征比较三参数威布尔形状参数估计的相关系数法、最小二乘法和最小偏差法。通过蒙特卡洛仿真验证，表明了相关系数估计的形状参数更加准确。收集文献中的疲劳试验数据和其他机电产品寿命数据均使用两参数威布尔分布、三参数威布尔分布和对数正态分布进行拟合并通过K-S检验，通过比较三种分布的D值，说明三参数威布尔分布拟合效果最好。使用相关系数法得到三参数威布尔分布形状参数的取值和范围，计算结果表明机电产品的形状参数范围为1.0～3.0，均值为1.774。

关键词：三参数威布尔分布形状参数相关系数法最小二乘法最小偏差法

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同方期刊数据库

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基于最小二乘迭代威布尔分布的三参数估计

华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 20-26页

作者：杨小玉宋佳昕谢里阳赵丙峰东北大学机械工程与自动化学院/航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

威布尔分布因其数学处理的便利性和适应性而被广泛用于描述产品寿命,引入了位置参数的三参数威布尔分布是研究机械零部件可靠性最适合的模型之一,尤其适用于长寿命、高可靠性的产品。三参数威布尔分布的参数估计一直是关注的焦点,本文... 详细信息

威布尔分布因其数学处理的便利性和适应性而被广泛用于描述产品寿命,引入了位置参数的三参数威布尔分布是研究机械零部件可靠性最适合的模型之一,尤其适用于长寿命、高可靠性的产品。三参数威布尔分布的参数估计一直是关注的焦点,本文中提出了一种基于最小二乘的迭代方法对其进行参数估计,将初始位置参数设置为0,使用最小二乘法得到初始形状参数和尺度参数,将其代入位置参数的无偏估计得到新的位置参数,进行多次迭代,在此过程中形状参数和尺度参数逐渐变小,位置参数逐渐变大,最终获得稳定的形状参数、尺度参数和位置参数,即为最终的参数估计值,并计算可靠度为99%的寿命。通过蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真证明此方法是收敛的,并在不同的威布尔模型、不同中小样本量(样本量为10、15、20、25和30)下,使用偏差(Bias)和均方差根(RMSE)两个指标与相关系数法进行对比,此方法估计的3个参数及可靠度为99%的寿命更加准确。通过两个实例分析,表明该方法具有可行性和有效性,估计结果与相关系数法相比更加保守,更适于工程应用。

关键词：三参数威布尔分布最小二乘迭代方法参数估计相关系数法