- 李聪;肖欣悦;陈荐;
多孔金属因其优异的力学性能，在过滤、催化、吸附和传热等领域得到广泛应用。然而，蠕变失效是多孔金属零部件在高温和恒应力条件下失效的主要方式之一。从孔结构、棱结构、微观缺陷以及蠕变寿命预测4个方面总结了多孔金属材料抗蠕变性能研究进展，阐述了孔隙率、孔形、孔径等孔结构对多孔金属应力指数、抗蠕变性能和变形机制的影响；分析了空心棱、实心棱两种结构在不同应力条件下的抗蠕变性能，揭示了棱宽变化对多孔金属蠕变速率的影响规律；揭示了多孔金属中常见的微观缺陷对其蠕变机制的影响；介绍了目前常用的多孔金属蠕变寿命预测本构模型。以期为多孔金属结构的长寿命服役和稳定可靠运行提供较为科学的指导。
2025年07期 v.47;No.243 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1655K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 赵礼辉;潘羽;冯金芝;郑松林;张东东;
针对电动汽车电池箱的振动疲劳问题，以实车试验场测试载荷为基础，基于单轴和多轴（顺序加载、耦合加载）振动载荷，对比分析电池箱疲劳性能。首先，在试验场采集电池箱上敏感点处的三向加速度载荷，对不同测点载荷同一方向的功率谱密度分别进行拟合与对比分析，并通过频域损伤等效方法对功率谱密度进行加速处理，获得试验场规范下的随机振动三向加速度功率谱密度分布特征。其次，基于随机振动疲劳分析理论，构建了电池箱的多轴顺序激励、多轴耦合激励；基于疲劳损伤等效，构建了单轴强化谱激励。最后，数值仿真对比分析了三种激励下电池箱的疲劳损伤。结果表明，三种激励下电池箱的损伤位置一致，多轴耦合激励损伤大于多轴顺序激励，单轴强化谱对多轴耦合损伤的复现效果较好。这可为基于单轴强化载荷谱开展电池箱的振动疲劳快速试验提供指导。
2025年07期 v.47;No.243 14-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1407K] [下载次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 沈金屹;胡卫鑫;张天宇;胡俊山;廖文和;田威;沈烨;
为研究编织型复合材料胶螺混合连接接头的力学性能，构建基于三维渐进损伤模型和内聚力模型的胶螺混合连接接头力学失效模型，模拟连接接头的力学行为与损伤演化。基于Abaqus有限元软件，建立编织型复合材料胶螺混合连接有限元仿真模型，通过三维Linde准则判断复合材料的损伤萌生与扩展，采用内聚力模型模拟胶层的损伤失效过程，在试验验证模型准确性的基础上，分析不同拧紧力矩下连接结构强度和损伤失效过程。试验结果与仿真模拟结果表明，随着拧紧力矩的增加，胶层损伤扩展得到有效抑制，而胶螺混合连接结构的胶层剪切强度先增加后减小。这是因为增大拧紧力矩可以减小连接结构中胶层的剥离应力，但过大的拧紧力矩会增大胶层孔周应力，导致胶层剪切强度减小，降低了连接结构的强度。数值模拟的载荷-位移曲线与试验结果吻合，所预测的胶层断裂载荷与试验结果相当；同时层合板上的纤维损伤、基体损伤以及分层损伤在数值模型中也能很好地体现，与连接件试验后的损伤形式相近，验证了损伤预测模型的有效性。
2025年07期 v.47;No.243 24-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1662K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 冯德荣;郭绕龙;余维林;李超;李召;黄张东;夏进启;万强;
高锁钛合金螺栓偏心安装（螺栓头部与紧固板存在装配角度）会带来过早失效问题，严重影响航天飞行器的安全运行。而现有试验研究又难以获得螺栓断裂过程，继而影响断裂原因分析。同时，试验研究无法获得连续安装角度下螺栓断裂强度变化值。因此，针对偏心安装下高锁螺栓提前断裂的问题，通过有限元分析方法，结合试验对模型验证，利用有限元模型实现偏心安装下螺栓断裂过程可视化与不同角度偏心安装下螺栓抗拉强度预测。研究结果表明，有限元分析获得的安装角度0°与3°螺栓的抗拉强度和断裂位置与试验结果的一致性好，说明有限元模型具有较好的准确性；随安装角度的增大，螺栓头与螺纹均受到偏心载荷，产生的弯矩加剧了这两个区域的应力集中；角度<3°时螺纹处应力较大，角度≥3°时头部应力较大；有限元模型成功实现1°、2°、4°下的螺栓抗拉强度预测。研究结果有效揭示了偏心载荷作用下高锁钛螺栓的断裂机制，同时仿真模型可实现不同安装角度下螺栓抗拉强度预测，为偏心螺栓服役提供技术说明。
2025年07期 v.47;No.243 33-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1475K] [下载次数：26 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 沈先弟;姜晨;姜臻禹;张逸轩;王玲奇;普桂元;
针对磨削WC-10Co-4Cr涂层产生的亚表面损伤会导致涂层性能下降的问题，开展杯形砂轮磨削WC-10Co-4Cr涂层的亚表面损伤深度研究。根据磨削材料去除理论和压痕断裂力学，得出单颗粒磨削力理论表达式；基于杯形砂轮平面磨削特点，建立亚表面损伤深度理论预测模型；设计单因素平面磨削试验及单点抛光试验以验证模型准确性；分析不同磨削参数对工件亚表面损伤深度与表面粗糙度的影响规律。研究表明，亚表面损伤深度预测值与实测值的变化趋势一致，最大相对误差为15.8%；亚表面损伤深度及表面粗糙度随磨削深度、进给速度的增加而增加，随主轴转速的增加而减少。研究对于指导杯形砂轮磨削WC-10Co-4Cr涂层加工参数优化具有一定价值。
2025年07期 v.47;No.243 42-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1210K] [下载次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 张晓光;郝鑫瑞;韩绍年;
碟形弹簧在使用过程中会承受循环位移载荷，造成疲劳损伤，导致碟形弹簧发生刚度退化，当累积到足以导致断裂的程度，对补偿功能造成不可逆的影响。因此，研究了在循环载荷下，碟形弹簧材料内部发生疲劳损伤及其结构的刚度退化情况。在传统的刚度退化模型的基础上考虑碟形弹簧几何非线性的特点以及循环载荷的作用，建立一个适用于碟形弹簧的刚度退化模型。分析了在循环载荷作用后碟形弹簧的结构体系受力性能的变化情况以及刚度退化规律，运用有限元软件对模型进行了验证。基于试验数据对模型进行修正，得到可用于计算碟形弹簧刚度退化程度的模型。该模型可以预测碟形弹簧结构在服役过程中的变形及结构疲劳损伤、性能退化程度判定，可为碟形弹簧的应用提供一定的依据和参考。
2025年07期 v.47;No.243 49-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K] [下载次数：9 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王征兵;杨亚;林静辉;岳子毫;
地铁牵引齿轮箱是车辆转矩传递的关键零部件，其一旦发生故障将直接影响列车的运行安全。因此，结合动力学仿真和振动试验，对地铁齿轮箱的断齿故障振动特性进行了研究。首先，根据地铁齿轮箱各部件间的动力学关联及其约束特征，通过冲击函数法、库仑摩擦模型、轴承建模、箱体柔性体和齿轮系统动力学理论，建立了地铁齿轮箱刚柔耦合断齿故障动力学模型，研究了不同断齿故障类型下齿轮箱的动态响应，分析了工况参数对断齿振动特性的影响。其次，通过振动试验，获得了齿轮箱正常和断齿故障状态下的动态响应，对动力学仿真模型的准确性进行了验证。结果表明，刚柔耦合动力学模型可有效计算齿轮箱不同运行状态的加速度响应，为齿轮箱的断齿故障预测和识别提供诊断依据。
2025年07期 v.47;No.243 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1569K] [下载次数：17 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 邸娟;贺磊;王程波;范智航;彭超义;
17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)马氏体不锈钢作为过流部件的一种常用材料，易受到严重的汽蚀破坏。借鉴阵列纹理结构的缓蚀作用，聚焦百微米级凹槽阵列表面结构下17-4PH叶片钢材料的汽蚀特性及抑制机制，基于超声波汽蚀试验平台，采用失重法得到试验数据，借助Logistic方程拟合数据点，得到名义潜伏期等参数。结果表明：槽间距W和槽宽L在百微米区间的表面凹槽靶材，对汽蚀损伤有很好的抑制作用；配比合适的凹槽阵列结构几何参数，可进一步减轻材料汽蚀损伤；槽宽为L=700μm、槽间距为W=400μm的凹槽阵列靶材，经连续汽蚀50 h后，潜伏期最长（22.79 h），质量损失量最小（10.92 mg），因而表现出最佳的抗汽蚀性能，本研究可为工程实际防汽蚀应用提供参考。
2025年07期 v.47;No.243 65-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1233K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 罗家元;王佳林;高聪;
基于红外热像法的金属疲劳性能快速评估方法具有周期短、成本低和效率高等优点，然而热对流、热辐射等影响耗散能结果的因素很难准确测算，导致最终评估结果精度很难达到试验标准。为此，建立了304不锈钢混合硬化本构模型，结合低周疲劳生热机制来分析受载过程中热对流、热辐射引起的耗散能演变规律；并基于耗散能临界值探究低周疲劳加载频率对疲劳性能快速评估结果的影响。研究表明，304不锈钢低周疲劳过程中，热对流、热辐射所耗散能量占总耗散能的54%以上，且随着热对流系数增大而不断提高，所以在耗散能评估测算时不可忽略；随着加载频率的增加，载荷峰值沿作用时间分布区域变窄，循环载荷单周期耗散能减小，导致疲劳性能快速评估结果比试验值偏大。
2025年07期 v.47;No.243 73-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1218K] [下载次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 袁珂;高栋;尹美;鲁婷婷;郑丽玲;吕洋;崔岳;周峰峦;
对不同尺寸和粗糙度的试样进行四点弯曲疲劳试验测试7085铝合金疲劳极限。试验表明，试样厚度越大，材料疲劳极限强度越大；试样表面粗糙度越大，材料疲劳极限强度越小。对试样进行受力分析计算发现，危险截面发生在压头与试样接触的位置，此处试样受到了弯曲正应力及剪切力的共同作用，随着试样厚度的增加，试样所受剪切力减小，相同疲劳极限下试样对应的弯曲正应力增大；反之亦然。通过建立简化模型表明试样表面粗糙度与曲率半径之间的关系，进而得出表面粗糙度与材料疲劳极限强度的关系。
2025年07期 v.47;No.243 80-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1549K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 张鹏;刘俭辉;韦尧兵;
边缘低速冲击后复合材料层合板内部产生分层、基体挤压等损伤，对于复合材料层合板的安全使用和寿命会产生严重影响。因此，建立一种针对边缘低速冲击后的疲劳寿命预测模型具有实际工程意义。通过低速冲击试验、压缩试验和压-压疲劳试验获得疲劳寿命预测模型的凹陷损伤尺寸、压缩剩余强度和疲劳寿命等数据。基于平均应力破坏准则，结合开口等效法，将层合板冲击损伤区域等效为相应孔径，提出不同冲击能量的等效损伤系数，建立了考虑冲击损伤层合板压缩剩余强度的疲劳寿命预测模型，并将预测结果与试验结果进行对比。结果表明，该模型的疲劳寿命预测精度较高，误差控制在10%以内，具有较好的预测能力。
2025年07期 v.47;No.243 86-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 937K] [下载次数：10 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王鹏;
链轮链环传动系统作为刮板输送机的核心部件，其链轮链窝发生磨损是刮板输送机的主要故障之一。从分析链轮链窝的啮合传动特性入手，构建Archard准线磨损模型，计算出工况下链窝准线的磨损深度，并对实际磨损链轮的磨损深度进行了测量，验证了磨损模型的准确性；使用有限元法构建圆环链形变模型，预测了链窝母线形状的变化情况，根据准线、母线的变化情况重构磨损后的链轮齿面形态；对链窝磨损的影响因素进行了分析。结果表明，增加链轮材料的硬度、降低链速、减少负载及降低铺设倾角等均会减少链窝磨损。该研究为刮板输送机链轮链窝磨损形态的研究提供了依据。
2025年07期 v.47;No.243 93-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1078K] [下载次数：20 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
- 张盟;徐嘉文;陈彦秋;刘禹;
拉胀材料因其在变形下的新颖行为以及许多其他的材料特性（如抗断裂性、抗剪切性和能量吸收）而受到关注。将超弹性材料与拉胀结构相结合，它们的高度可变形的能力使设计具有增强力学可调性的结构成为可能。为此，提出了一种具有增强力学可调性的3D打印拉胀结构的设计方法。通过试验和数值分析，研究了所设计结构的面内压缩行为。结果表明，与传统的拉胀结构相比，具有拉胀结构的复合材料表现出了更高的刚度和增强的能量吸收性能。通过进一步调整正弦韧带的分布和振幅，生成了具有可调能量吸收、泊松比和变形模式的拉胀结构。展示了一种用于提高轻质结构的力学性能和能量吸收的设计方法。
2025年07期 v.47;No.243 101-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1311K] [下载次数：17 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 叶昊哲;吴超华;全勇智;史晓亮;罗威;
针对重型工程车轮在径向载荷工况下有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）的不准确问题，基于车轮-轮胎接触压力测试结果，构建了一种新的仿真分析模型。首先，测试车轮仅在充气压力工况下的应力数据，并以4阶高斯函数拟合充气压力加载模型；然后，测试车轮在充气压力和径向载荷共同作用下的应力数据，消去充气压力的影响，并以4阶傅里叶函数和4阶正弦和函数分别拟合径向载荷周向加载模型和轴向加载模型；最后，通过Ansys软件仿真验证加载模型。结果显示，与实测数据相比，关键校核点的计算误差仅为1.943%。此外，应力分布也显示出高度的一致性，证明了径向接触压力分布模型的准确性和可靠性较高。
2025年07期 v.47;No.243 108-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1467K] [下载次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 冯少坤;魏冰阳;信稳;程波;
弧齿锥齿轮弯曲强度计算复杂，准确评价难度极大。针对ISO 10300标准B1和B2这2种不同计算方法，从2种方法的计算原理出发，对比了2种方法关于齿根弯曲应力及许用弯曲应力计算涉及各参数的选取方法以及数值的选用原则，分析了2种计算方法中各参数取值对齿根弯曲应力计算的影响规律。通过若干组设计样本计算，对比了2种方法计算出的齿根弯曲应力数值。利用有限元分析对计算结果进行了验证。结果表明，由于所用修正系数种类及取值不同，2种方法计算得到的弯曲强度评价结果存在一定的差异，B1方法对齿根弯曲强度评价更保守，齿根弯曲应力比B2方法约小5%;ISO计算标准尽管考虑了多齿载荷分担，但忽略了其综合作用对齿根弯曲应力的影响，导致与有限元计算结果有差异，B1方法与有限元计算结果更接近，误差约为6%。
2025年07期 v.47;No.243 117-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 983K] [下载次数：22 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 卿光辉;王永钢;王燮;
为了研究含孔复合材料层合板的孔边应力集中现象，分析孔边区域层间应力的分布特点。以广义混合变分原理为基础，建立不同铺层方式的含孔层合板广义混合有限元模型。将应力场变量分为层间应力和平面内应力，引入应力边界条件，保证层间应力在层间连续、平面内应力在层间不连续的物理事实，分别从厚度方向和环向对层合板孔边的层间应力进行分析。数值表明，与有限元软件Abaqus的8节点三维实体非协调位移元结果做对照发现，利用非协调广义混合元得到的应力奇异性结果更加准确，层合板上、下表面的应力始终与实际情况保持一致。研究认为，相较于位移元，非协调广义混合元可以更有效地捕捉层间应力在层合板孔边的高应力梯度特性，为层合板的优化设计提供新思路。
2025年07期 v.47;No.243 124-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1549K] [下载次数：8 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 郑战光;陈俊翔;孙腾;谢昌吉;黄增;
负泊松比结构由于具有优异的力学性能而广泛应用于各工程领域。将星形蜂窝结构与内凹结构相结合，提出了一种新型内凹角型负泊松比蜂窝结构。首先，基于对称性将胞元结构简化分析，利用能量法对该结构的泊松比和等效弹性模量解析式进行推导。其次，采用Abaqus有限元软件对该结构竖直方向压缩力学性能进行研究，将数值模拟结果与理论计算结果比较分析，验证了解析表达式的准确性。最后，讨论了胞元结构的不同几何参数对结构等效泊松比和等效弹性模量变化的影响，并将该结构的等效力学性能与常规星形蜂窝结构进行了对比分析。结果表明，该结构具有良好的负泊松比特性，并且通过改变几何参数的大小，可以对结构的等效力学性能进行调整。研究结果可为新型负泊松比超材料的设计提供一定的参考。
2025年07期 v.47;No.243 135-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 1198K] [下载次数：29 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李建刚;冯金平;王鑫;刘思远;高仲杰;吴建军;
钢丝绳输送带的本构分析是优化输送带设计和节能的关键问题，采用黏弹性理论及瞬态动力学的知识构建了基于表征钢丝绳的Maxwell模型和表征橡胶基体的Burgers模型，考虑了钢丝绳间的微动摩擦阻尼和钢丝绳与输送带之间的相互阻尼，构建了其混合本构模型，运用外加激励载荷的方法，在0～40℃条件下，建立本构模型间各参数之间的关系，运用Matlab对仿真曲线进行拟合、求解，在环境温度为40℃的条件下，对混合本构模型的准确性进行了验证。结果表明，模型预测数据与实测数据具有良好的一致性，其中最大误差为5.88%。证明此本构模型能够比较好地表征钢丝绳芯橡胶输送带，运用仿真加预测的方法，验证此模型的普适性。此研究为输送带结构优化和节能分析提供理论基础。
2025年07期 v.47;No.243 144-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 1162K] [下载次数：157 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 余慧杰;侯伟平;陈成;倪维宇;
在静态力学试验的基础上，建立一种复合型金属橡胶（Composite-Metal Rubber, C-MR）的理论模型。采用一种新型制备工艺制备C-MR，对其进行静态力学试验。结合编织型金属橡胶（Wove-Metal Rubber, W-MR）和缠绕型金属橡胶（Tangled-Metal Rubber, T-MR）的静力学模型，建立了C-MR的力学模型，并研究了不同编缠比对C-MR力学特性的影响。试验数据和理论模型对比结果表明，该理论模型能够有效预测C-MR的力学特性。并且发现，编缠比对C-MR的力学特性有显著影响，编缠比越大，C-MR的刚度和阻尼特性越大。研究结论可为C-MR的制备和应用提供理论支持。
2025年07期 v.47;No.243 152-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1444K] [下载次数：13 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] 下载本期数据