整体叶盘激光冲击强化在国内应用 10余年,但国内对叶盘/叶片激光冲击强化后性能评价没有统一的标准.本文介绍整体叶盘叶片抗外物损伤(FOD)和改善高低周疲劳性能需求,分析国内外激光冲击强化整体叶盘的发展和性能评价方法.针对整体叶盘强化后性能考核问题,分别采用平板振动疲劳试验、叶片一阶振动、三点弯曲疲劳考核钛合金叶片激光冲击强化的效果.结果表明:激光冲击强化能明显提高叶片振动疲劳寿命.但由于一弯振动疲劳试验不能很好地评价边缘带缺口的叶片疲劳寿命,因此激光冲击强化提高叶片抗FOD性能适合采用三点弯曲疲劳试验.三点弯曲疲劳试验表明,叶片边缘一旦形成缺口,疲劳强度会急剧降低,激光冲击强化可以大幅度提高带缺口的三点弯曲试件疲劳寿命,但还是明显低于没有缺口的状态.
针对由于飞机泵站航空接触器工作不稳定引发的飞机发电机断电故障,开展航空交流接触器动作特性的退化现象与机理分析.搭建测试平台,测试接触器动作电压波形,查探触头动作时间及接通状况.将原机故障件和同型号正常接触器进行拆解,用体式显微镜和扫描电镜对比观察 2台接触器的动、静触头的宏观和微观形貌,为接触器工作失效分析提供佐证.结果表明:接触器触头同步时间超过 2ms标准要求,接触器泵类负载长期启动产生的浪涌电流是导致接触器耐线路系统过载能力不足的重要原因,在设计中应尽量减弱泵类负载启动浪涌电流对触头电烧蚀的危害.
以U75V重轨钢为研究对象,采用万能试验机、应变仪、扫描电镜等测定和分析其在线轧态和在线热处理态条件下的微观组织、断口形貌及三点弯曲断裂韧性,揭示其微观组织对断裂韧性的影响规律,为研究珠光体重轨钢热处理工艺提供参考.结果表明:U75V重轨钢热处理态和轧态的表面应变变化规律相似,但热处理态U75V重轨钢从弹性变形到塑性变形比轧态滞后;热处理态和轧态U75V重轨钢的断裂韧性KIC值分别为 45.122、42.048 MPa·m1/2,热处理态的断裂韧性比轧态高;轧态U75V重轨钢断口为解理断裂,而热处理U75V重轨钢为准解理断裂;轧态和热处理态U75V重轨钢的珠光体片层间距分别为 272.2、148.4 nm,热处理态U75V重轨钢的珠光体片层细密,存在显著的珠光体团簇,不利于裂纹的扩展,使得热处理态U75V重轨钢断裂韧性高于轧态.
客货运轨道交通车辆经长时间运行后会发生局部锈蚀甚至锈穿的现象,给车体结构服役带来巨大的安全隐患.为了研究腐蚀深度对车体结构疲劳强度的影响,从现车截取不同腐蚀深度的试样进行疲劳试验,获得疲劳极限,借助车体强度仿真计算和High-Goodman疲劳极限图开展耐候钢腐蚀深度与疲劳关系研究.结果表明:车体腐蚀部位的失效模式为均匀腐蚀+局部点蚀,不同腐蚀深度试样的中值疲劳极限应力相差不大,约为未腐蚀状态下试样中值疲劳极限应力的 65%,疲劳失效均起源于点蚀坑;当试样腐蚀深度达到30%时触发High-Goodman的安全疲劳边界,腐蚀深度超过50%时将触发疲劳仿真计算边界,给车体结构服役安全带来疲劳失效危害.
夹杂是影响ZM6镁合金铸件力学性能的重要因素.通过拉伸试验测试含有夹杂缺陷ZM6镁合金的力学性能,对试样断口宏观形貌和微观形貌进行观察,测量夹杂物尺寸,定量研究夹杂物的等效直径对抗拉强度和伸长率的影响,建立抗拉强度和伸长率分别与夹杂物等效直径之间的函数关系,并采用ANSYS软件建立含有不同夹杂物尺寸的ZM6镁合金有限模型.结果表明:ZM6合金中的夹杂物主要为氧化镁;等效直径能够很好的表征夹杂物尺寸,随着夹杂物等效直径的增大,抗拉强度和伸长率会随之降低;有限元模拟表明夹杂物和基体界面位置存在明显应力集中,且位于基体较薄界面位置,可较准确预测含不同尺寸夹杂物的合金拉伸性能,拉伸应力应变曲线偏差5%之内,抗拉强度预测误差小于10%.
电厂旋风分离器受热面管先后发生 2次泄漏.为防止类似泄露事故的再次发生,本研究对泄漏管表面进行宏观检查,测试其室温力学性能,并通过硬度测量、金相检查、扫描电镜分析及能谱测试等方法,进一步研究旋风分离器受热面管的泄露原因.结果表明:尿素溶液滴落在下方的受热面管上,其在高温下分解的产物与旋风分离器受热面管金属之间发生反应,引起受热面管的有效壁厚减薄,最终因无法承受内部介质的压力而发生泄漏.结合旋风分离器受热面管的运行状况及泄漏原因,提出加强常态化检查、优化雾化空气压力、外设管面保护材料等改进措施.
针对直升机桨叶安装螺栓根部断裂的故障,综合利用宏观形貌分析、显微观测及理化检验等手段,对其断裂原因进行分析,并提出改进措施.结果表明:桨叶安装螺栓根部断裂为沿晶脆性断裂,其内部残余应力主要产生于冷挤压成形过程,退火软化的状态下在螺栓根部R区磨削后产生划痕并在后续工序中进一步扩展成显微裂纹,以致在电镀镉过程中产生氢致裂纹,最终发生疲劳断裂;通过增加冷挤压成形模具控制措施、冷挤压后热处理去应力工序及调整磁粉检测、热处理工序顺序能够有效改善产品质量,进而提高飞行安全性能.
采用分子动力学方法研究AlNi3 的拉伸力学性能.模拟 300 K、恒定工程应变速率对AlNi3 拉伸性能的影响,以及探究不同温度和应变速率对AlNi3 拉伸性能的影响;模拟300 K条件下含预制孔洞AlNi3 的拉伸过程,研究不同孔洞半径和孔洞个数对其拉伸性能的影响.结果表明:在 300 K条件下,当应变为 0.1342时,AlNi3 应力达到峰值 23.397 GPa;含孔洞的AlNi3 在应变为 0.1096时,应力达到峰值 21.047 GPa.升高温度会使AlNi3 的弹性模量和抗拉强度减小;增加应变速率会提高其抗拉强度,但对弹性模量没有影响;增大孔洞半径、增加孔洞个数会使抗拉强度明显降低.
涡桨发动机在延寿检查时发现第一、二、三级涡轮叶片有凹坑、擦伤痕迹.对损伤较严重的涡轮叶片进行外观检查、金相组织检查、能谱分析,确定涡轮叶片是受到铁基金属物撞击导致的擦伤.经发动机分解检查,其损伤原因是燃烧室机匣支板焊缝残存的焊瘤在发动机工作中掉落,掉落的焊瘤在高速气流的推动作用下击伤叶片.完善燃烧室焊接工艺并细化焊后零件的表面质量检查要求可有效控制此类问题.
混凝土的超声检测中,由于混凝土材料的非均质结构而造成的结构噪声是影响超声检测效果的重要因素之一.为了进一步提高超声检测信号的信噪比,提出应用具有良好的自相关特性以及噪声抑制优势的巴克码信号作为激励信号.设计和建立混凝土结构模型,进行仿真测试及检测结果的成像处理与分析,将本研究所提方法的成像结果与常规高斯脉冲反射法的成像结果进行对比.结果表明,通过对检测信号的脉冲压缩处理以及旁瓣抑制处理,有效压缩了脉冲宽度,提高了检测信号的时空分辨率,从而增强成像结果的信噪比;采用本研究方法处理后的成像结果信噪比提高了8.3 dB,成像质量明显提升.
利用水压试验机对油管进行爆破试验,检测在爆破过程中油管外壁的应变变化.运用弹塑性力学理论建立模拟油管爆破过程的有限元模型,得到油管外壁应变随内压变化的曲线,并与试验值对比,从而探索油管爆破的失效机理.结果表明,油管爆破过程中,壁厚较薄处首先产生较大的应变进而造成油管在此处爆裂.利用有限元法进一步分析发现,与管体椭圆度相比,壁厚不均度对油管抗内压强度影响较为显著.将有限元模拟与应变测试结合起来以提高有限元模拟的精度,对研究油管爆破失效机理、预测油管抗内压强度具有一定的参考价值.
随着高原航线的不断开航,如何确保飞机航路巡航过程发生发动机失效后的飞行安全是各航空公司面临的新问题.以空中客车A319-115 执行"日喀则/和平—北京/首都"航线为样本,使用飘降净升限检查航路最低安全高度判断安全超障的方法,完成巡航中出现一台发动机失效后飘降程序的设计,并定义机组操作步骤.结果表明:高原航线对飞机性能要求很高;设计有效、易操作的发动机失效应急飘降程序和机组操作步骤对高原飞行安全有积极的作用;应急飘降程序必须满足飞机越障的要求;对于航程较长的高原航线可以采用分航段的形式完成应急飘降程序的研究.研究成果对类似高原航线的安全飞行具有参考价值.
针对普通多尺度形态学在滚动轴承微弱故障识别时的结构元素尺度优化问题,提出了自适应多尺度形态学的滚动轴承故障诊断方法.首先,以基本形态算子为基础,构建了具有双向脉冲特征提取能力的差分形态算子;为了在结构元素尺度范围定义出敏感于轴承故障的尺度,将以峭度作为其选取依据,并将得到最优尺度下的形态处理结果平均处理来重构故障信号,最终实现故障信号的综合分析和故障特征解调.通过对实际滚动轴承内、外圈故障振动信号的分析,结果表明:优化算法能够提取出强噪声背景下的滚动轴承微弱故障特征;且相比于普通多尺度形态学,该方法所提取的轴承故障特征频率幅值提升近 1倍,适合处理弱信噪比的滚动轴承内、外圈故障识别.
针对起动电机的花键轴断裂故障,通过对断裂花键轴进行宏微观观察、金相检测以及硬度测试,并选取完好花键轴进行对比分析以及扭转试验验证.结果表明:花键轴断裂性质为承受拉、扭复合应力的过载断裂;花键轴硬度较高、扭转强度及塑性较低是导致其过载断裂的主要原因;鉴于花键轴硬度较高、抗冲击性能较差,建议准确控制回火温度,将花键轴硬度控制在设计要求的下限,或对螺纹进行局部回火以提高螺纹位置扭转强度及塑性,可以避免类似故障发生.
在机械故障诊断中,针对传统神经网络处理高阶数据难度大、网络参数多、耗费大量计算资源的不足,提出了一种基于矩阵乘积态的张量网络故障诊断方法.通过输入高阶张量故障数据到矩阵乘积态故障诊断模型中,将高阶张量表示为多个低阶张量,从而简化数据结构和参数量.为了验证该方法的有效性,将其应用在齿轮的故障诊断中,并与传统的卷积神经网络故障诊断模型进行对比.同时,验证了键维度对模型准确率的影响.结果表明:所提模型的键维度会影响模型准确率,键维度为 16的模型准确率高于键维度为 8的模型准确率;该模型在减小数据复杂度的同时,还可以识别不同故障类型,准确率达到 90%,比传统的卷积神经网络故障诊断模型性能更好.
由于旋转机械大部分时间处于健康状态,并且很难获得足够的故障数据,历史监测数据将高度偏向健康状态,在非平衡样本条件下的深度学习故障诊断方法的诊断精度将会严重降低.本研究结合强化学习框架和深度学习算法,提出一种基于演员-评论家结构的深度强化学习的齿轮箱智能故障诊断方法.智能体以原始振动信号作为输入,将智能体输出概率值的分布与真实标签one-hot编码的Jensen-Shannon(JS)散度距离作为连续奖励函数,并以不平衡比为基准来提高智能体正确识别故障样本时的奖励值;设计一种使智能体在训练初期尽可能探索状态空间而在训练后期逐渐收敛的探索策略.实验证明:在PHM2009数据集中,健康样本和故障样本不平衡比例为10 时,本研究所提的智能故障诊断方法在3种工况下平均识别精度可达99%,相较于其他诊断精度方法提升37%～49%.
以行星齿轮箱为研究对象,针对经验模态分解(EMD)存在模态混叠、易出现端点效应等缺陷,导致难以很好地解决行星齿轮箱振动信号耦合及非线性特征的提取问题.本文以自适应噪声完备总体经验模态分解(ANCEEMD)为信号处理方法,引入样本熵进行特征提取,应用群智能融合算法优化的神经网络模型对行星齿轮箱故障进行识别和诊断.对于混合蛙跳算法(SFLA)与粒子群优化算法(PSO),实施"两层优化和内外循环"的融合机制,提出SFLA-PSO融合算法.开展了行星齿轮模拟故障实验,采集了行星齿轮箱的多种故障的振动信号,进行了样本熵特征提取,应用SFLA-PSO融合算法优化了BP神经网络模型,对行星齿轮箱故障进行识别诊断.结果表明:基于ANCEEMD样本熵特征提取的SFLA-PSO-BP诊断模型较PSO-BP和BP在行星齿轮箱故障诊断中的准确率分别提高了5%、15%.
微观缩松是铝合金齿轮箱箱体中常见的缺陷之一,对齿轮箱的安全服役带来不利的影响.基于三维代表体积单元法建立微观缩松有限元模型,研究微观缩松对铝合金材料弹性模量、屈服强度和疲劳强度的影响规律.通过显微分析测得箱体中一典型缩松缺陷的孔隙率,结合缩松缺陷区域的材料力学性能完成箱体的局部疲劳强度评估.结果表明:随着铝合金缩松区域孔隙率的增加,AlSi7Mg材料的等效弹性模量、屈服强度和疲劳强度都显著降低,当孔隙率为 10%时,材料屈服强度由 195.5 MPa下降至 157.0 MPa,铝合金箱体的局部疲劳安全系数下降15.6%.
电表在加速寿命试验(ALT)中,由于其内部轻触开关接触不良,导致电表功能失效.通过电阻测试、扫描电子显微镜、聚焦离子束等手段研究轻触开关在ALT环境中的失效行为及机理.结果表明:开关失效部位为锅仔接触面,原因为锅仔接触面的镀Ag层存在凹坑,且凹坑处的Ag镀层太薄,在ALT环境中无法有效保护Cu基体,导致基体发生腐蚀.由于腐蚀产物的导电性差,使得开关因接触不良而失效.其机理为ALT环境中,凹坑处Ag镀层本身氧化以及Ag层表面微电池的形成两方面的协同作用,加速凹坑处Ag层与基体的腐蚀破坏.可通过控制锅仔铜基体的粗糙度和增加锅仔镀银层厚度来改善锅仔在ALT环境中的腐蚀失效问题.
压电悬臂梁的力电响应与疲劳寿命是制约振动能量收集器深层次应用的关键.基于分布式参数建模方法,建立了压电悬臂梁的动力学模型,求解了压电悬臂梁的力电响应的解析解;借助有限元方法,开发了压电悬臂梁的仿真模型;通过实验验证了理论模型与有限元模型的准确性;应用仿真模型,分析了压电悬臂梁的几何尺寸、基体层厚度、陶瓷层厚度对力电响应的影响;基于估算的压电材料S-N曲线,探讨了各参数对压电悬臂梁疲劳寿命的影响.结果表明:当宽度、基体层和陶瓷层厚度分别从 16～24 mm、0.16～0.24 mm线性增加时,压电悬臂梁的疲劳寿命近乎呈现指数形式增加,而压电悬臂梁的长度由48 mm增加到56 mm,其疲劳寿命显著降低.
