摘要：为了建立系统的正交面齿轮传动啮合界线与曲率干涉界线理论,本文通过求解非线方程组获得了两类界线的数值解。证明了啮合界线在小轮齿面上是渐开线;其共轭线也是渐开线。发现干涉界线一般有2条,近齿面干涉界线存在于面齿轮内端附近,大致沿齿高走向。近齿面干涉界点存在平凡解,是干涉界线和啮合界线共轭线的交点,位于传动副瞬时相对转动轴上。基于近齿面干涉界线,建立了面齿轮无根切内径公式,通过数值迭代可以获得内径准确值;还导出了无根切内径估算公式,便于设计中应用。

摘要：为解决在工业大数据条件下,有标签样本少导致机械故障诊断准确率低的问题,提出了一种半监督神经网络模型。该方法采用协同训练的方式,从时域和频域两个维度训练教师网络(T),将无标签数据转化为高质量的伪标签数据。再利用转化后的伪标签数据训练学生网络(S),通过对数据进行评判和计分,避免网络过拟合。最后通过得分函数,对伪标签数据进行阶梯筛选成为有标签数据。齿轮故障诊断结果表明:TS网络在仅有少量有标签数据的情况下,故障分类准确率达90.31%,与其他半监督方法相比,准确率高出15%~20%。在信噪比(SNR)为5、0、-5的条件下,模型可以达到86.81%、78.00%、52.78%的诊断准确率。

摘要：针对齿面磨损条件下大模数齿轮齿条啮合时的齿轮齿根弯曲强度问题,以三峡升船机齿轮齿条传动副为研究对象,搭建立式齿轮齿条起升机构工况模拟实验台,通过齿轮变位方法分析沿齿廓载荷、磨损后齿轮齿厚等相关参数的变化,对正常、1/12磨损、1/6磨损和1/4磨损的齿轮齿根弯曲应力进行解析计算和实验验证。结果表明:齿轮弯曲应力随着磨损加剧和载荷的增大而增大,单齿啮合区间的弯曲应力比双齿啮合区显著增大,单齿啮合占比时间随着磨损量的增加而增加,表明齿轮磨损劣化了传动系统工况,加速了传动系统的性能退化过程。通过对单、双齿段啮合弯曲应力进行定量分析,解析计算与实验验证的误差最大值为4.02%,处于较低水平,2种方法的结果相互验证,保证了分析的正确性和精度。

摘要：多孔微结构材料以其质量轻、比刚度/比强度高、抗冲击等优异力学性能,被广泛应用于航空航天等工程领域。相比单一材料设计,多材料设计可获得力学性能更优的微结构拓扑构型。拓扑优化是实现多材料布局设计的有效方法之一。通过构建基于差集的多材料水平集描述模型和交替活动相算法,提出了基于参数化水平集的多材料微结构拓扑优化设计方法。首先,构建了基于差集的多材料水平集描述模型,利用N个水平集函数实现N+1相材料拓扑的精确描述。然后,引入交替活动相算法,将原始N+1相多材料优化问题分解为N(N+1)/2个双相材料优化子问题,以减少设计变量与约束条件,提高计算效率。最后,采用均匀化方法计算多材料微结构的等效弹性张量,以宏观结构柔度最小化为优化目标,各相材料用量为约束条件,构建多材料微结构拓扑优化模型,并利用优化准则法实现上述优化模型的高效求解。数值算例结果表明,所提方法可有效实现多材料微结构的拓扑优化设计,所设计微结构均具有光滑的结构边界和清晰的材料界面。

摘要：桁架类点阵结构具有质量轻、比强度/比刚度高、减振吸能性好,且拓扑构型简单、增材成型可靠性高等优点,被广泛应用于航天器各关键承载部件设计。传统桁架类点阵设计大多囿于等截面设计约束,严重制约了优化设计的寻优潜能,难以满足航天器结构超轻质、高强度的性能要求。为突破传统点阵的等截面形状约束,构建基于显式拓扑描述函数的变截面几何描述模型,实现变截面点阵几何形状的自由描述;采用能量均匀化方法精确计算变截面点阵单胞宏观等效弹性张量,并建立变截面点阵几何描述参数关于其宏观等效弹性张量的近似响应模型;以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最大体积模量或最大剪切模量为目标函数,建立变截面点阵几何描述参数的优化数学模型,并采用基于近似模型辅助的粒子群优化算法实现上述优化模型的高效求解。数值算例表明,相较于等截面点阵,在相同材料用量下,优化后的变截面点阵的体积模量和剪切模量性能更优。所提方法进一步拓展了桁架类点阵的设计空间,有效提升其力学性能,在航天器结构轻量化设计方面具有应用推广前景。

摘要：针对长短期记忆(LSTM)网络对于多维数据特征识别和提取上存在不足的问题,在其改进模型嵌套式长短期记忆(NLSTM)网络的基础上,提出了一种基于注意力机制和残差NLSTM网络的剩余使用寿命预测方法。该方法将双层NLSTM网络代替残差块中的主网络,保留捷径连接中的卷积神经网络结构,既能充分提取时序特征又能保证有用数据在网络层中的跳层传递,并融入注意力机制构建多层残差网络,注意力机制的使用能够选择出对预测结果有重要影响的信息,有效提高预测的准确率。在航空发动机退化实验数据集上进行实验分析,结果表明:所述方法能有效建立监测数据与发动机健康状态之间的关系,剩余使用寿命预测误差较未改进残差结构方法平均降低10.8%,比未融入注意力机制方法平均降低18.9%,有效提高了预测精度。

摘要：为保证在役大型弧形闸门安全稳定运行,以葛洲坝工程水工弧形闸门为例,利用有限元分析软件,按设计水头对其进行静力学强度和模态分析,得出闸门最大应力集中点及变形情况,并根据自振频率、振型和最大变形位移判断闸门振动强弱。结果表明,闸门设计总水压力与理论计算偏差为4.7%,在5.0%误差控制范围内,弧形闸门整体最大应力为373.86 MPa、变形为12.938 mm,强度和刚度均能满足现行规范设计要求,面板底部存在局部应力集中,闸门整体振动变形量小于0.508 mm,振动强度不大,只有低阶频率出现在水流脉动压力的高能区,其发生共振的可能性小。

摘要：为了研究大模数齿轮齿条传动副在齿面剥落故障情况下的啮合刚度,以三峡升船机齿轮齿条传动系统作为研究对象,在沿齿宽方向上设置了3种不同长度的剥落尺寸来模拟不同程度的剥落故障,采用能量法分析了正常工况下和剥落故障工况下齿轮参数变化对啮合刚度的影响;同时,采用有限元方法对啮合刚度进行分析,并将其结果与解析法进行对比,验证了解析法的正确性,实现了剥落故障条件下齿轮齿条副啮合刚度的快速计算,对大模数齿轮齿条传动的动力学分析具有重要意义。

摘要：为研究扇形雾化喷嘴结构对喷雾冷却性能的影响,建立了喷雾冷却的数学模型和物理模型,利用FLUENT流体分析软件分析得到了雾化场的液滴分布、速度分布以及液滴直径分布,以冷却速度和冷却均匀度作为参考指标,对比了不同结构参数的扇形喷嘴的喷雾冷却效果,得到了扇形雾化喷嘴的进气孔个数和进水孔直径对冷却效果的影响。结果表明在水流量与气压恒定的情况下,进气孔个数越多,冷却速度越快,冷却均匀度越好;在水流量与气压恒定的情况下,进水孔孔径越大,冷却速度越慢,冷却均匀度越好;钢板的温度变化呈非线性分布,随着喷雾冷却的进行,非线性逐渐减小。

摘要：针对热镀锌合金化炉冷却段冷却效果不佳的问题,采用数值模拟的方法对喷雾冷却装置进行传热优化。建立了单喷嘴喷雾冷却系统的物理模型和数学模型,利用FLUENT软件对喷雾区非稳态雾化场和温度场进行仿真分析,探究不同条件下雾化场液滴的分布、液滴速度和液滴直径的分布规律以及在钢板冷却过程中壁面温度的分布特征。结果表明,在滞止点以外的喷雾区域,液滴的分布更加均匀,并且液滴速度也更大。从喷雾中心区域到边缘区域,液滴的平均直径在不断减小。壁面的温度分布呈非线性变化,随着时间的增加,温度不均匀性减小。本研究所得结论为喷雾冷却的具体应用提供了理论基础和技术指导。