汽车鼓式制动器热力耦合有限元仿真分析

针对大坡度路段装载有鼓式制动器的重型载重汽车下坡时事故频发的问题,对某后桥单驱动鼓式制动器在制动过程中的温度和应力变化进行了研究。使用了有限元分析方法,对汽车鼓式制动器的制动鼓、制动蹄和摩擦衬片进行了热分析求解和结构分析,将温度场运算结果附加到模型之中,并求解了制动器结构的应力分布,对其进行了热力耦合分析;使用ANSYS workbench建立了鼓式制动器热力耦合有限元模型,通过制动摩擦生热模拟仿真试验对热力耦合作用进行了15次分析。研究结果表明:制动鼓、制动蹄及摩擦片的升温变化明显,通过监测确定了热衰退临界温度临界点。     

碳对铌合金组织结构的影响

利用真空非自耗电弧炉制备了较大成分范围的Nb-Ti-C合金,研究Ti、C含量变化对Nb-Ti-C合金组织结构和组成相点阵常数的影响。研究表明:合金凝固组织由Nbss和(Nb,Ti)C构成,且Nb-9Ti-8C和Nb-14Ti-12C合金存在Nb2C相,Nbss与(Nb,Ti)C两相具有洁净的界面。Nbss在C含量较低(4 at%)的合金中作为初生相析出,在C含量较高(8 at%~16 at%)的合金中做为二次结晶相析出,初生和次生的Nbss均呈枝晶或树枝晶生长,且在C含量一定时其枝晶尺寸随Ti含量的增加而增大。XRD和透射分析表明(Nb,Ti)C处于明显的C缺乏状态,C原子缺失引起fcc(Nb,Ti)C主衍射斑点之间出现衍射强度较弱的条状新斑点。Nb-21Ti-4C合金(Nb,Ti)C中C原子与金属原子的实际比值为0.65,并且(Nb,Ti)C中C原子缺失程度随Ti含量增加而增大。     

机械合金化高氮钢粉末烧结的正交优化和数值模型

对机械合金化0Cr17Mn11Mo3N高氮钢粉末进行烧结,通过正交试验研究了烧结温度、保温时间、氮分压等工艺参数对烧结性能的影响,并进一步利用多元线性回归方法建立了主要烧结性能指标的参数控制数值模型。研究表明:烧结温度和氮分压对烧结氮含量和相对密度的影响非常显著,而保温时间所起的作用很小。综合考虑确定了最佳烧结工艺为温度1260℃,保温时间120 min,氮分压0.1 MPa。针对烧结氮含量和相对密度所建立的与之相适应的多元回归数值方程拟合优度高,准确可靠,为烧结工艺的深入优化和烧结性能的精确预测提供了理论指导。     

基于Morris方法的纤维复合材料结构件固化均匀性的全局灵敏度分析

纤维增强树脂基复合材料结构件的残余应力问题是制约其在航空航天、汽车和建筑领域大规模应用的关键问题。复合材料固化过程中温度场和固化度场的非均匀性是引起残余热应力和固化收缩应力的重要因素。为了探讨纤维复合材料结构件在固化成型过程中固化工艺温度、热传导系数、对流换热系数及结构件厚度对固化均匀性的敏感程度,采用数值模拟分析了这4个关键参数对温度场和固化度场均匀性的影响规律。模拟结果表明:升高固化工艺温度,复合材料温度场的非均匀性增大,固化度场的非均匀性减小;增大对流换热系数和热传导系数,复合材料温度场和固化度场的非均匀性减小;增加复合材料结构件的厚度,复合材料温度场和固化度场的非均匀性增大。在此基础上,应用Morris全局灵敏度分析方法对4个关键参数对复合材料固化均匀性的影响程度进行定量分析,得到固化均匀性的影响因素按灵敏程度由大到小的顺序为:结构件厚度、热传导系数、固化工艺温度、对流换热系数。     

射流孔分布对径流涡轮背盘冷效均匀性的改善

由于可靠性和成本限制,微型燃气轮机涡轮冷却问题尚未形成成熟的解决方案。本文提出了一种简单、高可靠性的径流涡轮背盘冲击冷却技术,并针对由于涡壳几何周向不均匀导致的涡轮背盘冷效不均匀的问题,采用射流孔周向非均匀布置措施对其进行了改善。研究结果表明,在涡舌附近加密射流孔,使其附近对应的冷效极大和极小值均明显提升,冷效均匀性最高改善17.9%。不同非均布射流孔方案对涡轮背盘平均冷效及涡轮整机膨胀比的影响可忽略,对涡轮整机的效率影响不超过0.5%。     

基于非平稳时间序列双标度指数特征的齿轮箱故障诊断

齿轮箱振动信号是含噪的多分量非平稳信号,故障模式相近的复杂齿轮箱振动信号的分类是齿轮箱故障诊断的难点。采用去趋势波动分析(Detrended fluctuation analysis,DFA)方法分析齿轮箱振动信号的标度行为,随着时间尺度的增大,标度指数会突然发生改变,形成双标度指数特征,由双标度指数构成的二维矢量具有明确的物理意义,可以作为表征时间序列内部动力学机制的特征参数。提出一种基于非平稳时间序列双标度指数特征的齿轮箱故障诊断方法,对正常状态和含有轻度磨损、中度磨损和断齿故障的齿轮箱故障诊断的结果表明,提出的方法成功地解决了故障模式相近的复杂齿轮箱振动信号的分类问题,很好地克服了傅里叶变换、小波变换和基于单标度指数的方法存在的缺陷,为齿轮箱的故障诊断提供了一种新的方法。     

基于多重分形去趋势互相关分析的齿轮箱故障诊断

多重分形去趋势波动分析(Multifractal Detrended Fluctuation Analysis,MFDFA)算法只能处理一维时间序列,当采用MFDFA算法分析复杂的齿轮箱故障信号时,其分析结果容易受到信号噪声及其它因素的干扰。解决这个问题的有效方法是采用多维数据分析方法,为此本文采用多重分形去趋势互相关分析(Multifractal Detrended Cross-correlation Analysis,MF-DCCA)算法来分析齿轮箱振动信号,提出了基于MF-DCCA算法的齿轮箱故障诊断方法。该方法首先计算二维振动信号的互相关函数,然后再分析互相关函数的多重分形特征。将本文所提出的方法用于分析实际齿轮箱的振动信号,结果表明该方法能够区分相近的齿轮箱故障模式,在齿轮箱故障诊断中取得了良好的效果,与基于MFDFA算法的方法相比具有明显的优势。     

纤维复合材料层合板内埋光纤光栅传感器的保护技术

内埋的光纤Bragg光栅(FBG)传感器的存活率及测试精度是其在线监测纤维增强树脂基复合材料制备和服役状态的重要前提。采用[9011/011]的碳纤维预浸料铺层方式,在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用模压成型工艺制备复合材料层合板。在异向铺排(光纤光栅方向与碳纤维方向不同)的45°方向光纤光栅传感器内埋于碳纤维预浸料层间的过程中,对其采用4种不同的保护方式。通过对比实验结果发现:当对异向铺排的FBG传感器不采取保护措施时,在加热加压复合材料时光纤光栅容易失活;整层铺设同向预浸料以保护异向铺排的FBG传感器的方式改变了具有特定铺层参数复合材料的力学性能;采用窄长条同向预浸料上下包埋保护FBG传感器的方式增大了应变光栅测量结果的系统误差;采用窄长条同向预浸料上下包埋并在邻近铺层开凹槽的保护方式能明显提高内埋光纤光栅的存活率及测试精度。     

基于MEMS的复合测量系统线性及偏倚研究

介绍了测量系统偏倚及线性分析的概念及方法,通过运用Minitab软件对微机电系统(MEMS)微传声器频响、灵敏度测量系统的偏倚及线性进行了分析,提出了复合测量系统的概念,并对此进行了有效分析,根据研究结果,找到了运用整体偏倚值对测量系统进行修正的方法,并用Minitab对改善后的测量系统进行了预测,应用于生产实际后,提高了MEMS微传声器测量系统测试数据的可靠性。     

基于多重分形去趋势波动分析的齿轮箱故障特征提取方法

齿轮箱故障信号通常是具有多标度行为的非平稳信号,去趋势波动分析(Detrended Fluctuation Analysis, DFA)不能准确揭示隐藏在这类信号中的动力学行为。多重分形去趋势波动分析(Multifractal Detrended Fluctuation Analysis, MF-DFA)是DFA方法的拓展,能够有效地揭示隐藏在多标度非平稳信号中的动力学行为。利用MF-DFA计算齿轮箱故障信号的多重分形奇异谱,而多重分形奇异谱的宽度、最大奇异指数、最小奇异指数和极值点对应的奇异指数都具有明确的物理意义,能够表征齿轮箱故障信号的内在动力学机制,适合作为齿轮箱振动信号的故障特征。提出一种基于MF-DFA的齿轮箱故障特征提取方法,将该方法用于包含正常、轻度磨损、中度磨损和断齿故障齿轮箱的故障诊断,并与DFA方法的结果进行了对比。结果表明,提出的方法对齿轮箱故障状态的变化非常敏感,能够完全分离相近的故障模式,有效地克服了传统DFA方法存在的缺陷,为齿轮箱的故障特征提取提供了一种新方法。