高温涡轮叶片变形重构研究

高温涡轮叶片在整个设备可靠运行的过程中起着至关重要的作用,因此在工作状态下监测高温涡轮叶片的变形非常重要。这里将高温涡轮叶片简化为二维梁结构,分析了涡轮叶片的主要变形形式,通过变形重构算法建立了应变-变形的数学模型,搭建了基于FBG的高温涡轮叶片变形检测实验系统,在常温和500℃高温下对叶片施加不同类型的负载,利用光纤光栅传感器检测测点应变并重构叶片的变形;实验结果与ANSYS仿真结果及位移传感器测得的变形结果吻合程度较好,证明了该测量方法和变形重构算法的有效性。     

飞行器框架模型结构振动形态感知与重构方法

基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)曲率检测技术探索智能结构振动状态主动监测,面向飞行器框架模型实现结构振动形态实时感知与三维重构的方法验证.阐述实验系统组成架构与FBG曲率检测单元阵列设计思想,以及实验框架模型结构振动形态三维重构方法的过程.在此基础上叙述FBG曲率检测单元阵列封装、结构形态重构算法的基本原理、实验环境与平台构建方案以及系统软件组成与开发技术.通过将模块化FBG检测单元阵列嵌入至实验模型结构中,结合结构变化形态感知与重构方法分析,进行了模型结构形态实时感知与三维重构方法的实验验证.实验结果表明了所研究的技术方法与实验验证系统的有效性,该方法为高性能飞行器关键结构振动形态的主动监测提供了探索思路.     

基于FBG的机床龙门结构变形检测及重构研究

机床龙门结构在工作时的力变形会严重影响到工件的加工精度,能够实时检测龙门结构在加工过程中的变形具有重要意义。首先,将定梁式机床龙门结构简化为三次超静定连续梁受载物理模型,并计算得到该结构的理论变形量。然后,根据定梁式龙门结构理论受力特点及有限元仿真分析结果,提出一种分布式光纤光栅传感器的应变实时测量方法,并建立了通过变形重构算法构建分布式应变到变形的数学模型。最后,搭建了基于FBG的机床龙门结构变形测量实验台,进行了不同载荷及不同加载位置下的实验,并通过变形重构算法计算得到相应工况下的实验变形量,实验结果与理论计算结果相吻合,说明了该测量方法及变形重构算法的有效性。     

双曲肘连杆式合模装置数字样机刚柔耦合问题求解方法

目前精密塑料注射成型装备的数字样机广泛采用多刚体动力学系统,没有考虑机构运动过程中构件的内应力大小和分布情况,难以求解大位移的合模运动与小位移的结构变形的相互耦合问题。针对精密塑料注射成型装备复杂的动力学特性,建立双曲肘连杆式合模装置数字样机,并在此基础上柔性化处理拉杆、十字头连杆、前肘杆、销轴等关键零部件,获得拉杆的前22阶模态。在合模装置数字样机的仿真分析中,十字头连杆起动过程出现速度拐点,需要考虑十字头连杆的弹性变形。对双曲肘连杆式合模装置数字样机进行刚柔耦合动力学分析,通过中心差分法,求解合模装置数字样机起动过程中十字头连杆的弹性变形,为精密塑料注射成型装备新产品的开发提供了可借鉴的方法。     

柔性曲面变形检测的FBG方法

为实现太阳能帆板、飞机机翼等薄板类曲面的动态检测,构建了一种基于光纤光栅（FBG）的传感阵列系统。将FBG传感器分布式地封装在形状记忆合金（SMA）薄片上,并采用增加预应力方式,扩大FBG检测拉应力的检测范围;利用空分复用（SDM）和波分复用技术（WDM）将FBG阵列布置到曲面上,传感器分布根据曲面应力状况采用植入式分布,应变较大的地方布置稠密,反之稀疏;曲面发生变形时,解调仪器解调出波长变化;计算机对采集数据进行处理,重建曲面形状并实时显示,以实现曲面的动态检测和显示。实验结果表明,此传感阵列系统的波长变化与曲率具有较好的线性关系,传感器布置合理、测量精度高,利用FBG能够实现曲面变形检测。     

柔体大变形参数的光纤光栅集成检测方法

柔体变形检测具有重要意义,但柔体大变形时局部应变远超过光纤布拉格光栅(FBG)测量量程,难以直接测量。为解决柔体大变形过程大应变检测的问题,提出了光纤光栅螺旋倾斜方法,并设计旋向不同的光纤光栅测点交错布置方案,实现柔体大变形的扭转、拉伸、弯曲状态参数的集成检测,结合三维形状检测算法重构柔体大变形形状。实验结果表明,该检测方法有效减小了光纤光栅测量应变,扩大了应变检测范围,实现了柔体大应变检测目的。     

光纤光栅与增量极限学习机的航天器结构重构

为了解决航天器板状结构变形的监测问题,建立了结构应变检测与形变重构系统,提出了一种基于准分布式光纤光栅传感器网络和改进型增量式极限学习机相结合的结构形变重构方法.采用光纤光栅应变传感技术,搭建了四边固支平板结构应变检测与形变重构装置,每条通道由12个传感器按照四行三列等距离分布组成,并采用完全粘贴方式提高测量的准确度与稳定性.设计了基于增量式极限学习机的结构形变预测模型,经过训练,该模型能够有效的预测结构变形位移量,结合三次样条插值法,实现了变形曲面的三维重构.采用平均绝对误差以及均方根误差两个精度指标对重构方法进行评价,实验结果表明,该检测装置及形变重构方法在不同的变形状态下的平均绝对误差小于0.05 mm,均方根误差小于0.005 mm,满足航天器结构的形变监测需求.     

低速重载工况下连杆小头轴承变形与润滑耦合分析

连杆小头轴承是内燃机中的关键摩擦副,在低速重载工况下容易发生变形和咬合失效,是影响重型卡车发动机可靠性的重要原因。为揭示低速重载工况下连杆小头轴承的性能,以某6缸柴油机连杆小头轴承为分析对象,考虑连杆小头轴承和活塞销孔轴承对活塞销的摩擦转矩,建立柴油机活塞-连杆-曲轴摩擦动力学模型,在此基础上耦合连杆小头轴承的瞬时弹性变形,对比分析轴承变形对连杆小头轴承润滑性能的影响。研究结果表明：在低速重载工况下,忽略轴承变形可能会使预测的活塞销旋转方向相反;连杆小头轴承在吸气冲程受拉会产生严重变形,并且导致轴承与活塞销间润滑性能下降。     

基于弹性动力学对平面五杆混合驱动机构的连杆轨迹的研究

连杆轨迹作为现代机构研究的一个重要对象,在对机构性能要求不断提高的背景下,研究弹性变形引起的连杆轨迹误差有着十分重要的意义。详细分析了平面五杆混合驱动机构刚性体和变形体两种情况下的连杆轨迹,得出了弹性变形对机构的连杆轨迹的影响比较明显,不能忽略。     

基于弹性动力学对平面五杆混合驱动机构的连杆轨迹的研究

连杆轨迹作为现代机构研究的一个重要对象,在对机构性能要求不断提高的背景下,研究弹性变形引起的连杆轨迹误差有着十分重要的意义。详细分析了平面五杆混合驱动机构刚性体和变形体两种情况下的连杆轨迹,得出了弹性变形对机构的连杆轨迹的影响比较明显,不能忽略。     

汽车变形铝合金连杆节能制造技术

汽车变形铝合金连杆的工况复杂,力学性能要求高,因此,汽车变形铝合金连杆的生产需要进行人工时效处理来提高力学性能,但是人工时效处理时消耗大量的能源。冷变形不仅对汽车变形铝合金连杆的力学性能有影响,对人工时效过程的影响也至关重要,人工时效处理前进行冷变形可以促进人工时效过程的进行。本文研究了汽车变形铝合金连杆节能制造技术,即在人工时效处理前引入冷变形,大大降低了生产汽车变形铝合金连杆的工业能耗,而且汽车变形铝合金连杆的力学性能好、精度高,生产出的汽车变形铝合金连杆质量更好。     

连杆加工工艺过程对其残余应力及变形影响研究

为了深入研究加工工艺对连杆变形的影响,首先采用"生死单元"方法,基于不同工艺阶段连杆的几何形状建立相应的有限元模型。其次,针对不同工序顺序、回火温度、以及约束方式下的平行度和基本尺寸的影响进行分析,获得加工变形最小的加工工艺方案。最后,基于最优方案对连杆的残余应力与变形分布进行研究。结果表明:当加工工序为铣两平面、钻小头孔、锯开连杆、装配和车大头孔,回火温度为640℃,约束方式为小头孔时,平行度误差最小;回火温度对连杆的基本尺寸影响较大,而约束方式和工序顺序影响较小;加工完成后,连杆内部为拉应力,表面为压应力且最大变形出现在大头孔处。     

基于 FBG 柔性传感器的形状重构

基于 PDMS 材料封装的光纤光栅(FBG)柔性传感器检测物体形状,研究了传感器个数与布局对不同形状物体重构精度 的影响。 使用 COMSOL 仿真软件验证了算法的准确性,制备了 4 个 FBG 柔性传感器并对其进行曲率标定,将传感器分布在铝 合金板上,均等分布 3 和 4 个 FBG 柔性传感器重构的最小相对误差分别为-6. 12% 和 0. 48% ,实验结果表明,使用 4 个传感器的 重构效果较好。 因此,在 7 组不同布局选择 4 个传感器,铝合金板一端分别施加 4 种不同重量的砝码,间隔为 260、100、90 mm 和 150、150、150 mm 的布局方式相对误差小重构效果好,且在第 7 组的相对误差都是最小,分别为 6. 22% 、-1. 01% 、-2. 52% 和 -3. 22% 。 本文制备的 FBG 柔性传感器为软机器人形状重构领域提供了应用基础。     

滚压强化连杆的疲劳强度分析

连杆作为曲柄连杆机构的重要运动构件,发动机在工作时,将活塞的往复直线运动转化为曲轴的转动,因此连杆必须具备足够的结构强度、刚度以抵抗应力突变,同时要拥有较强的抗疲劳性能抵抗循环载荷带来的疲劳失效问题。滚压强化技术能有效提高材料抗疲劳性能与耐磨损性能,增强曲轴性能。本文基于滚压强化技术,结合柴油机关键运动件连杆的实际工况进行疲劳试验,对比强化工艺前后连杆疲劳强度变化情况。     

基于光纤传感器的声发射检测系统性能测试

作为最有潜力替代常规压电传感器的光纤声发射检测方法之一,光纤布拉格光栅(FBG)传感器由于其体积小、抗电磁干扰、易实现分布式检测等特点,已成为国内外研究热点,并出现了商用FBG声发射检测产品。为了更深入地理解FBG传感器的检测效果和应用特性,采用落球实验作为测试用的声发射源,分析了FBG传感系统的声发射信号检测性能,并对比了FBG传感器和压电传感器2种声发射检测系统的时频域响应特性。实验结果表明,信号采样频率范围偏低是制约FBG光纤检测技术在声发射检测上应用的最大障碍。     

工程装备综合性能动态分布式评估研究

探讨了基于组件技术建立一个适应各种不同层次、不同地区的开放型、通用的工程装备综合性能评估论证系统,并提出了系统的组件化模型,确立了系统的总体框架性指标.该系统软件设计基于组件三层体系结构,可重构性强、易维护、使用方便.不仅为工程装备管理训练工作提供了科学的决策依据,而且为今后分布式大型评估系统的开发提供了新的理念和方法.     

自重构螺旋桨的机构设计及其水动力性能分析

针对目前普通螺旋桨推进效率偏低等问题,突破传统螺旋桨的设计理念,提出并设计一种新型的自重构螺旋桨,其桨叶能够根据划水的需要自动开闭。对所设计的自重构螺旋桨的结构进行综合分析,通过螺旋桨浆叶构态的分析,给出三种变形构态。假设螺旋桨在理想流体中匀速旋转,运用流体力学理论经过进一步推导得到桨叶运动轨迹,对自重构螺旋桨机构进行运动分析。根据新型螺旋桨系统的结构特点和工作原理,基于升力线理论和叶元体理论对其诱导速度、推力和转矩分别进行研究,建立自重构螺旋桨的水动力性能理论分析模型,并进行数值仿真。计算自重构螺旋桨的效率,与传统船舶用螺旋桨的敞水性能进行对比研究,研究结果证明了新型的自重构螺旋桨的优越性。     

浅析发动机连杆的仿真分析要点

连杆作为发动机的重要组成部分,它的设计性能直接影响发动机的寿命。传统经验设计的连杆,因其质量较大,易引起连杆压弯变形等情况,从而导致失效。随着汽车需求量的不断提高,对于发动机连杆的设计和研究提出更高的要求。针对这一问题,根据连杆的实际工作状况,对发动机连杆的仿真分析要点展开研究。     

非正交FBG柔杆空间形状重构误差分析及标定

为了提高FBG柔杆空间形状感知系统的重构精度,提出了一种利用3根FBG阵列、具有温度补偿特性的非正交FBG柔杆检测方法。在分析传感系统的误差组成、产生原因的基础上,建立仿真模型得到了各组成误差分别对系统空间形状重构精度的影响,得出减小安装角度误差是提升精度的关键。利用待标定参数与标定方向与实际检测方向夹角大小相关的原理,给出了一种修正安装角度误差的标定方法。经过实验证明,该方法使得系统形状重构最大相对误差降为0.25%,为高精度的三维形状感知系统提供了可靠的检测方法。     

斯特林机菱形传动机构动力学建模与刚柔耦合问题求解

目前斯特林机的数字化样机广泛采用多刚体力学理论建立,忽略了运动过程中传动构件的弹性变形与内应力作用,难以准确反映斯特林机及菱形传动机构的真实工作过程。针对斯特林机及菱形传动机构复杂的运动学与动力学特性,基于三维建模技术、有限元方法和多体动力学理论建立其菱形传动机构的刚柔耦合模型。通过刚柔耦合动力学问题求解,获得了配气活塞和动力活塞的位移、速度、加速度等运动规律,分析了柔性化连杆对斯特林机配气活塞与动力活塞运动过程的影响,验证了斯特林机在启动阶段的波动情况。分析结果为深入分析连杆应力应变动态响应提供了更加准确的边界条件,也为斯特林机结构开发与优化设计提供了借鉴方法。