目的 基于声发射检测原理,探究一种适用于核电安全壳的泄漏定位方法.方法 首先,开展安全壳结构的声波传播特性研究;其次,基于时频分析,对安全壳泄漏产生的声信号进行滤波预处理,基于分布式传感网络,利用互相关系数曲线,估计不同传感器信号时延;最后,采用双曲线法,对泄漏源进行定位,得到定位观测点,对观测点进行离散系数加权,得到预测泄漏源位置.结果 安全壳上波速平均值为3 026.2 m/s,泄漏声信号的频带主要集中在 15～80 kHz,没有明显的时域特征.采用该方法对模拟安全壳上的泄漏源进行定位,平均定位误差为 4.31 cm.结论 安全壳上周向和轴向的波速差异不大,可近似认为是各项同性的.基于离散系数加权的互相关时差法定位效果良好,满足安全壳结构泄漏定位需求.
目的 提升不同老化情况下的锂离子电池荷电状态(SOC)估计精度.方法 基于PNGV模型(Partnership for a New Generation of Vehicles),对锂离子电池SOC进行估计.首先通过双线性变换对PNGV模型进行离散化,采用带有遗忘因子的递归最小二乘法(FFRLS),对电池模型参数进行在线辨识,利用卡尔曼滤波(EKF)算法进行SOC估计,并通过动态工况验证SOC估计精度.结果 以多种误差指标考察不同循环下的试验数据,在不同电池老化状态下具有较好的预测精度.相比基于Thevenin模型的算法,基于PNGV模型的算法可以将SOC平均绝对误差减少约60%,同时也可以将SOC估计最大绝对误差波动范围降低 53.8%.结论 本算法引入PNGV模型后,解决了基于Thevenin模型算法误差大、不稳定的问题,提升了动力电池系统在不同老化环境下的适应性.
目的 研究密闭空间条件下已知外部温度时间序列对内部实时温度的预测推理问题.方法 选取密闭空间内外温度时序预测典型场景,抽象为多变量时间序列预测问题,分析变量间的关联性和依赖性.借鉴特征融合、注意力机制、多任务模型等思路,结合物理机制与数据特征,基于长短期记忆网络基本网络单元,构建密闭空间内外温度时序预测模型,并在万宁、敦煌、漠河对某型密闭空间进行数据采样,基于三地数据集进行不同模型试验.结果 多变量模型比单变量模型具有更好性能,注意力机制对该场景没有显著性能提升,结合物理机制的模型结构设计充分考虑了变量之间的关联性和依赖性,能显著提升预测精度,双输入双输出的多变量时序预测模型具有相对最高的精度和最稳定的鲁棒性,是面向密闭空间内外温度时序预测的相对最优模型.结论 研究结论可指导密闭空间其他环境特征建模,研究思路可为其他多变量时序建模问题中变量之间的关联性、依赖性分析提供参考.
目的 解决某产品箱体等复杂构件耐磨、减摩、抗烧蚀、残渣难清理引起的腐蚀等问题.方法 开展协合涂层工艺研究及应用试验验证,通过扫描电镜观察(SEM)、成分能谱分析(EDS)及厚度、硬度、附着强度(热震法)、中性盐雾试验、球盘式摩擦磨损试验等对涂层进行性能测试.结果 该涂层厚度均匀可控,与基体结合力强,在300～500℃共5 个热震循环后,结合力未受影响.硬度高,超过 800HV1.0,与铬镀层相当.耐磨性及耐腐蚀性好,6 000次摩擦磨损试验后,无明显磨痕,中性盐雾 1 200 h为评级为8级.通过涂层制备工艺对高频淬火部位性能影响研究分析,摸清了涂层制备对高频淬火部位的影响规律.通过箱体等复杂零件试生产,解决了涂层"发花"及"气馕袋"等制备问题.结论 经多轮产品试验验证,该涂层完全能满足产品使用要求.
目的 适配发射过程无火药气体且弹丸不自旋的电磁发射技术,设计一种直接由空气作用的张开式尾翼.方法 该尾翼预制斜角,通过进气道气流在斜面上产生的压差,推动尾翼绕螺钉打开.采用动网格技术耦合流体控制方程、六自由度(6DOF)方程,对不同马赫数下尾翼张开过程进行仿真.结果 设计的空气作用张开式尾翼在流场作用下可以正常张开,来流流速为 2、3、4 马赫时,张开耗时分别为 4.7、3.7、3.1 s.结论 该空气作用张开式尾翼方案设计有效.马赫数越高,张开过程耗时越短.迎风面积显著影响尾翼张开过程.
目的 以高速非对称双轨火箭橇系统为研究对象,建立包含橇-轨相互作用的相关动力学模型,开展全轨范围内的动态特性数值模拟研究.方法 在明确火箭橇的组成和动力学过程基础上,对非对称双轨火箭橇进行受力分析,推导和建立非对称火箭橇-轨道耦合动力学模型,并对火箭橇进行自由模态分析.分析获得火箭橇气动力时程曲线、考虑火箭发动机质量损失的附加质量时程曲线,同时重构了轨道不平顺模型作为轨道激励.在此基础上,采用动力学软件分析火箭橇系统的动态特性.结果 及结论 产品橇模态高于第二级推力橇,第二级推力橇模态高于火箭橇整体模态.火箭橇加速度随运行速度的增加而增大,竖向加速度大于横向加速度,火箭橇高速运行过程时的危险部位位于侧边翼上,有折断的风险.火箭橇竖向滑靴之间存在相位差,火箭橇竖向做俯仰运动,横向为往复摆动,竖向动力响应约为横向的 1～2 倍.
目的 探讨平衡肘断裂原因,消除故障隐患和防止类似问题发生.方法 采用单反相机、扫描电镜、金相显微镜、硬度计、电感耦合等离子体原子发射光谱仪等对平衡肘故障件的宏观形貌、微观形貌、显微组织、硬度、化学成分等开展表征分析.利用ANSYS有限元软件对内花键进行应力分析,并对2 次淬火的试样尺寸进行测量.结果 右4 平衡肘裂纹源断口为撕裂和沿晶的混合断裂,断口芯部为解理断裂;右2 平衡肘断口内表层淬火层为沿晶和韧窝的混合断裂,芯部为韧性断裂.故障件显微组织和化学成分均无明显变化,仅表面硬度值较实验前降低了 7%～9%.断裂失效原因是由于内花键二次高频淬火后收缩变形,齿根圆弧部位在腐蚀介质和交变载荷的共同作用下因应力集中而形成裂纹,在后期循环应力作用下,裂纹继续扩展导致疲劳断裂.结论 从加强腐蚀控制和热处理的角度出发,通过选用抗腐蚀性能好的材料、进行表面防护处理、控制车体环境的湿度和温度等加强腐蚀控制,并增加采用电脉冲等方式对变形花键齿进行修形工序严格控制尺寸范围,避免产生过大拉应力,确保装备质量.
目的 掌握CAF失效机理MTTF分析方法,以便于在实际案例中实施工程优化决策,从而降低故障危害风险和寿命周期总费用.方法 以某航电电源母板CAF失效为例,基于CAF失效机理的物理化学变化时间特性模型算法,建立电压、介质间距和MTTF变化关系,以辅助工程优化决策.结果 基于仿真计算数据,形成对特定范围产品的改进和处置决策,从而限制失效危害风险的进一步扩散,降低了产品生命周期维护费用,并提升了客户满意度.结论 掌握装备常见失效机理和采取适宜的应对措施,是持续改进装备可用性、可靠性和环境适应性的必要条件.
目的 某船 20#钢管投运不久后管段出现严重的腐蚀穿孔,通过对失效管段进行研究,以分析其失效原因.方法 通过电感耦合等离子体发射光谱仪、碳硫分析仪、金相显微镜等对材料材质进行材质符合性分析及金相组织分析.通过场发射扫描电子显微镜观察蚀坑微观形貌,并结合 X 射线衍射仪及显微拉曼光谱仪,对失效部位周围的腐蚀产物进行成分分析.通过电化学测试及微生物鉴别培养,进一步确定腐蚀的发生原因及机理.结果 材料符合性分析说明,此 20#钢管束成分符合标准要求.通过形貌观察发现,20#钢蚀坑边缘呈阶梯状,具有明显的攀爬现象,蚀坑周围呈黑色.X射线能谱仪分析结果表明,20#钢腐蚀穿孔处内表面异常存在大量硫元素.通过拉曼分析及XRD分析发现,硫元素主要以硫酸盐及硫化物的形式存在.电化学测试结果表明,在含硫化物的溶液中,20#钢的腐蚀速率明显提升.进一步对腐蚀产物进行微生物培养,发现了硫酸盐还原菌的存在.结论 微生物腐蚀是引起 20#钢管束穿孔的主要原因.
目的 针对销轴在海洋环境下由于轴向滑动磨损造成的极限承载力变化进行数值模拟研究,得到销轴的极限承载力演变规律,为水下磨损结构的安全评估提供理论依据.方法 首先,运用ANSYS有限元分析软件,建立"柱-瓦"模型进行磨损计算,对滑动磨损方法进行验证.然后,建立实际销轴与锚链横档局部有限元模型,进行磨损分析,得到不同轴向滑动频率下的磨损数据.最后,计算销轴在失效准则下不同磨损深度等级(0、1、2、3 mm)的极限承载力,并根据磨损速度-磨损深度-破断力的映射关系得到其许用极限承载力和累计使用时间随磨损深度的变化曲线.结果 在典型工况(滑动频率为3 Hz)条件下,销轴连续工作约3 298 h,磨损深度可达 3 mm,许用极限承载力下降14 180 N.结论 随着销轴轴向滑动频率的增加,销轴的最大磨损深度、总磨损体积、磨损速度均近似呈线性增长变化.在典型工况下,销轴许用极限承载力随着服役时间增长近似呈线性下降,且随着时间增加许用极限承载力下降趋势变缓.
目的 研究贫铀合金球对 Q235 钢靶的侵彻行为,为贫铀合金材料侵彻行为的深入研究以及在战斗部中广泛应用提供支撑.方法 采用Johnson-Cook强度模型和失效模型建立贫铀合金球撞击Q235钢靶的模型,利用Abaqus/explicit模块模拟研究贫铀合金球初速与尺寸对剩余速度、扩孔面积、侵彻深度的影响,并对结果进行分析.结果 通过试验与模拟得到了贫铀合金球的穿靶极限速度,两者结果基本吻合,验证了模型参数的准确性.相同尺寸下,贫铀合金球的剩余速度随初速的增大呈线性增大趋势,穿靶后速度衰减率为14.6%～33.2%.初速为 900～1 300 m/s、直径为5～9 mm时,扩孔面积比为1.08～1.286.贫铀合金球的侵彻深度(H)随直径(d)和初速(v)的增大逐渐增大,三者的关系为H =-10.27+1.36d+0.01v.结论 贫铀合金球初速和尺寸是影响侵彻深度的关键因素,但对扩孔直径没有显著影响.
目的 分析桨叶安装螺栓在不同位移载荷真实试车载荷以及螺牙缺齿情况下的剩余强度以及疲劳寿命.方法 基于有限元方法分析不同载荷下桨叶安装螺栓的对数应变,依据失效应变判定其强度,提取有限元模型的单元应力,通过临界平面法计算最大组合应力平面,运用曲线走势、损伤准则预估桨叶安装螺栓的疲劳寿命.结果 0.36 mm位移载荷下螺栓应变未达到破坏值,真实试车载荷超过 4 倍情况下,螺栓失效的可能性较高,螺栓断牙超过2 个,失效风险较高.依据试车载荷谱,初始长度螺栓寿命为 20 794 h,初始长度螺栓断1螺牙寿命为10 912 h,拉伸至29.36 mm螺栓疲劳寿命为7 725 h.结论 在额定载荷状态下,材料结构破坏的可能性小.实际载荷超过 4 倍、螺栓断牙超过 2 个情况下,应力应变状态显著恶化,桨叶安装螺栓失效的风险较高,需要预防超载荷过大的情况,还需在修理过程中关注螺栓螺纹的损伤情况,即螺纹的正常磨损可不作为故障进行更换,但出现掉牙、断牙情况则需要更换.
原子氧作用造成航天器用聚合物薄膜的表面形貌发生显著变化,服役性能下降.基于此,从试验和仿真 2 个方面对相关研究进行了综述,总结了聚酰亚胺薄膜粗糙度及透过率随原子氧通量的变化,发现随累积通量增加,薄膜表面粗糙度增大,造成其透过率下降,但变化规律仍不清楚.对改性聚酰亚胺薄膜、其他聚合物薄膜及空间环境协合效应下聚合物薄膜的形貌变化进行了分析,分析了原子氧与聚合物材料作用仿真方法,对原子氧掏蚀形貌仿真结果进行了总结,指出了聚合物薄膜形貌变化机理研究中的关键科学问题.
目的 研究有机涂层在拉萨试验站户外暴露试验与多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验条件下的相关性.方法 以环氧云铁/丙烯酸有机涂层为研究对象,通过开展户外暴露试验和实验室综合模拟加速试验,利用光泽计和色差仪等分析设备,获得用于表征涂层老化性能的色差和失光率变化规律,比较涂层体系在 2 种试验条件下老化程度.采用ATR-FTIR、EIS等方法研究涂层分子结构变化和不同环境条件对涂层防腐性能的影响,并分析涂层的降解机理.采用Spearman秩相关系数(rhos)法计算涂层体系在 2 种环境下的相关性.结果 与户外暴露试验 12个月相比,综合模拟加速试验 60 d,环氧云铁/丙烯酸有机涂层的色差和失光率基本一致,其色差的相关性为 0.771 4,失光率的相关性为 0.828 6.结论 与拉萨试验站户外暴露试验相比较,环氧云铁/丙烯酸涂层体系在综合加速试验后的色差、失光率、红外光谱、电化学阻抗等关键性能参数变化趋势基本一致,老化机理基本相同.多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验装置能够综合模拟高原高寒气候环境下阳辐射、气压、温度和湿度等环境因素,具有较好的模拟性和相关性.
目的 研究涂层在自然环境试验和实验室模拟环境试验下性能的变化情况,通过再现涂层在自然环境下的环境效应和损伤过程,进而验证该模拟热带海洋大气环境试验方法的合理性.方法 根据涂层在舰船、舰载机等装备上热带海洋大气实际服役环境的分析,通过对热带海洋大气环境温度、湿度、盐雾、太阳辐射环境因素的组合,综合设计模拟热带海洋大气环境试验方法的试验流程,开展3种涂层在海南万宁为期 1 a和实验室总周期为 7 循环的对比试验.结果 3 种涂层在自然环境试验和实验室模拟环境试验后,随着试验时间的延长,其性能变化趋势相似,失光率和色差增大,附着力明显降低,交流阻抗值减小.红外光谱分析显示,老化机理均未出现明显变化,以光泽和色差为基准的平均秩相关系数为0.87,为极强相关.结论 本模拟热带海洋大气环境试验方法设计合理,具有良好的模拟性.
目的 对比分析3 种试验环境对2种不同型号铝合金线缆组件直流电阻与电压降的影响.方法 首先,以2 种不同型号航空用铝合金导线(各包含3 种不同线径)组成的铝合金线缆组件为试验对象,开展潮湿、盐雾、振动 3 种环境试验;其次,利用宏观与微观形貌观察、直流电阻测试方法与电压降测试方法,得到环境试验前后线缆组件的电气性能数据;最后,采用均值处理等方法,对试验数据进行整理,对比分析 3种环境条件下铝合金线缆组件的直流电阻、电压降的变化规律.结果 铝合金线缆组件经潮湿与盐雾试验后,锡镀层无明显起泡、起皱和脱落;潮湿试验后,所有线缆组件直流电阻值均有所增加,且随着线径增加,直流电阻值的增加速率降低;盐雾试验后,几乎所有线缆组件的直流电阻与电压降都降低;振动试验后,所有线缆组件的直流电阻值均有所增加,然而增加值不超过 3.2%,且振动试验后几乎所有线缆组件的电压降都降低.结论 铝合金线缆组件的端子镀层对潮湿与盐雾环境有一定的防护作用,有效避免了腐蚀膜层等的形成,降低了环境对铝合金线缆组件电气性能的影响.相比电压降,线缆组件的直流电阻对环境条件更为敏感.盐雾环境对铝合金线缆组件的电气性能尤其是直流电阻的影响较大,然而,由于端子镀层的防护,变化值小于 10%.
目的 针对船用唇形密封使用过程中的唇口破坏问题,研究唇形密封失效影响因素及唇形密封应力、位移、接触压力分布特性.方法 模拟实船齿轮箱输入结构搭建试验台,进行密封失效因素分析,并利用有限元分析软件建立旋转唇形密封的二维轴对称模型,分析过盈量及橡胶本体材料参数对唇形密封应力、位移、唇尖接触压力分布的影响.结果 除密封材料及密封接触应力因素不确定外,其他所列因素几乎均未发生泄漏,因此进一步对不同材料及接触特性进行有限元分析.研究表明,3种材料中,2号材料的Von Mises应力值最大,且不管何种材料,随着过盈量增加,唇尖应力沿着参考线先增大后、逐渐减小、再增大,并呈现非对称分布,过盈量超过 0.4 mm时,唇形密封的最大应力出现在骨架与橡胶本体接触圆角处.随着过盈量的增加,3 种材料唇尖最大接触压力的变化趋势不同,最大Von Mises 接触应力逐渐增大,且过盈量在0.6 mm之后增速较快,唇尖接触线位置接触压力先减小、后逐渐增大,拐点在接触线位置 0.25～0.3 mm处.结论 油温、油压、安装方式、偏心量、转速对于唇形密封失效的影响较小.材料属性与过盈量都会引起唇形密封Von Mises应力及唇尖接触压力发生较大变化,只是影响应力峰值大小不同,材料属性对于唇形密封本体位移的影响较小,过盈量会引起位移较大变化,且会引起最大应力位置变化,同时接触线接触应力与接触压力大小没有相关性.对于唇形密封安装来说,在过盈量为 0.8 mm左右时较为合理.
目的 提高车辆装备在热带岛礁大气环境中的耐腐蚀性能,为车辆装备在热带岛礁大气环境长期稳定的服役提供防腐蚀设计与改进依据.方法 通过对岛礁大气环境特点的分析和典型车辆装备腐蚀规律研究与总结,制定相应的腐蚀防护设计及措施,并在车辆装备上进行应用与验证.结果 根据腐蚀特点,车辆装备划分为结构类腐蚀、电气类产品腐蚀、材料和涂层腐蚀等 4 类,其中,结构类腐蚀是最主要的腐蚀行为,结构类腐蚀类型主要包括缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力作用下腐蚀、磨损腐蚀、结构外形及空腔结构造成的腐蚀等.根据腐蚀环境进行划分,将整车划分为舱外完全暴露结构区域、底盘底部区域、发动机舱区域和舱内区域等 4 个腐蚀区域.在车辆装备上采取相应的腐蚀防护设计与措施,包括典型结构类防腐蚀设计、电气类产品腐蚀防护设计、材料与涂层搭配选用、维护保养和腐蚀监测措施,在热带岛礁大气环境中取得了良好的应用验证效果.结论 根据不同腐蚀类型,采取相应的结构类、电气类产品,材料与涂层合理搭配选用等腐蚀防护设计,加严环境试验考核,以及维修维护、腐蚀监测等腐蚀控制措施,车辆装备在热带岛礁环境中将取得长效且良好的环境适应性.
目的 提高 H13 热作模具钢表面的显微硬度及耐磨性.方法 通过多弧离子镀技术,分别对未经热处理的H13钢、淬火H13钢以及氮化H13 钢的表面进行多弧离子镀沉积CrAlN涂层,并分别对这3 种基体上的CrAlN涂层的显微硬度和摩擦磨损性能进行研究.结果 涂层表面均较为平整,且出现了白色小颗粒.经过淬火和氮化处理后,H13钢CrAlN涂层的显微硬度达到3 300HV以上,达到基体的14 倍多.与基体的摩擦系数相比,淬火和氮化处理后,H13 钢的摩擦系数比基体低,镀膜后的摩擦系数比基体高.氮化H13 钢表面CrAlN涂层的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损共同作用,淬火H13钢的CrAlN涂层磨损机理主要是黏着磨损;淬火和氮化后H13 钢基体上CrAlN涂层的耐磨性均得到较大的提高.
目的 研究海洋大气环境下氯离子在Q235 钢表面的沉积分布规律.方法 使用便携式X射线荧光光谱仪测试Q235钢在海南岛不同地点大气环境暴露后的表面氯离子沉积,然后采用插值算法绘制氯离子在Q235钢表面沉积分布图和海南岛不同地点氯离子在Q235 钢表面平均沉积量分布图,并根据氯离子沉积分布图分析氯离子在Q235钢表面的沉积量分布规律.结果 氯离子在Q235钢表面呈不均匀分布特征.在环境暴露试验前6 个月,Q235 钢表面氯离子含量逐渐增加;暴露6～12个月,Q235钢表面的氯离子含量总体变化不大.从整个海南岛看,内陆地区氯离子在Q235 钢表面的沉积量低,而在沿海环岛区域的沉积量高.在海南岛沿海地区,Q235 钢表面氯离子沉积量随季风风向的变化而变化.结论 氯离子在Q235 钢表面呈不均匀沉积分布,Q235 钢表面氯离子沉积量在海南岛不同地点呈"中间低、两边高"的沉积分布规律,内陆地区沉积量低,而沿海环岛区域沉积量高,并且沿海地区的氯离子沉积易受季风风向的影响.
