振动环境中法兰连接结构状态的声发射辨识

在法兰连接结构振动试验的基础上,利用MATLAB对采集到的声发射信号进行处理,主要对重构后的信号进行分析。用特征频带与优势频带的概念,确定出小波包分解层数,得到声发射信号的频带分布特征。利用小波包能量百分比定量给出优势频带及其与扭矩之间的关系,发现能量随扭矩变化具有一定规律性,并提出用小波包能量谱变化率这一指标来表达其规律特征,从而实现对连接结构状态的辨识。     

单轴压缩下不同含水率红砂岩声发射特性试验研究

采用高低两种不同频率的声发射通道,对3种不同含水率的红砂岩进行单轴压缩声发射试验,分析了不同含水率下的红砂岩力学特性与声发射特性.试验结果分析表明:随含水率增加,红砂岩峰值应变量呈下降趋势;两种不同的声发射通道中,随着含水率的增加,声发射振铃计数均减少,主要区别在于数量明显不同;同一种声发射通道中,含水率对高频通道中振铃计数率变化规律无明显影响.低频通道中,随着含水率的增加声发射振铃计数出现明显的"滞后"现象.     

基于声发射和分形的钢筋混凝土受剪梁损伤

通过5根不同剪跨比和不同配箍率的钢筋混凝土梁受剪破坏试验,运用声发射检测技术和分形理论对混凝土梁细观和宏观损伤演化过程进行研究.根据梁受剪破坏过程中产生的声发射信号的能量和振铃计数等参数以及裂纹分形特征,定量分析了混凝土梁受剪损伤演化过程.试验结果表明:声发射振铃计数和能量随损伤程度呈三阶段变化,累计振铃计数和累计能量...     

基于聚类分析的转子碰摩声发射特征提取

根据碰摩声发射信号的特点,选用波形幅值、脉冲指标、裕度指标和峭度指标作为声发射信号聚类分析的特征参数.利用聚类分析,提取转子试验有、无碰摩两种情况下的聚类中心声发射信号,并采用伪Wigner-Ville分布对各中心信号进行分析和对比,从而得到转子碰摩故障的声发射信号特征频率.试验结果表明:聚类分析方法能有效区分出碰摩声发射信号,为碰摩故障诊断提供了一种新方法.     

旋转机械碰摩故障声发射信号的特征识别研究

利用碰摩试块通过悬臂转子试验台模拟310r/min下旋转机械的间歇碰摩故障,并用声发射仪分别在有碰摩试块和无碰摩试块两种情况下对相应的声发射信号进行采样,对其波形和时频特征进行分析.结合声发射突发型信号的特点,利用小波变换方法对声发射信号的时频特征进行定量分析.通过db10小波函数对有碰摩试块和无碰摩试块两种情况下的信号进行尺度为5的小波分析,结果表明:转子发生碰摩时,d2尺度上的特征频率在335～365kHz之间,d3尺度上的特征频率在240～280kHz之间.     

基于小波分析-最小二乘支持向量机的转子碰摩故障诊断

针对不同材料碰摩声发射信号分类识别的问题,利用小波分析良好的时频特性和最小二乘支持向量机解决小样本、非线性、高维模式识别问题的优势,提出一种小波分析与最小二乘支持向量机结合的分类方法.声发射信号进行小波多尺度分解,将分解获得的各尺度能量百分比作为最小二乘支持向量机的输入,用于声发射信号分类识别.实验结果表明:该方法可以明显识别出转子碰摩故障信号以及分类不同材料的碰摩信号.     

考虑封严涂层的航空发动机叶片碰摩过程

为了分析封严涂层对航空发动机压气机叶片碰摩过程的影响,进行叶片-涂层/机匣碰摩过程的仿真模拟和实验研究.建立叶片-涂层/机匣碰摩动力学仿真模型,通过仿真分析获取一定转速下叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时的叶尖应力和碰摩力;搭建叶片-涂层/机匣碰摩实验台,通过碰摩实验获取一定转速下叶片-机匣碰摩和不同侵入深度下叶片-涂层碰摩时的碰摩力和机匣上的加速度,分别进行对比分析.分析结果表明：封严涂层的存在有效降低了叶尖的应力和碰摩力以及峰值频率下的机匣振动加速度幅值;碰摩力具有周期性的脉冲特征,碰摩力随着侵入深度的增加而非线性增大;机匣振动加速度峰值频率为叶片通过频率及其倍频,峰值频率下的加速度幅值会随着侵入深度的增加而增大且高频下的增幅较大.     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究 （研究生论坛）

利用 MTS815 Flex Test GT 岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行了单抽加卸载试验,得到了岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并且从能量与声发射的角度研究了纯岩盐变形破坏过程的基本特征。通过研究表明,岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个实验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个实验过程中,弹性应变能占的比例非常的小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率便大量产生,而后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定地且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

单轴加卸载条件下岩盐变形过程能量和声发射特征研究

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统及声发射(AE)实时监测系统,对取自平顶山和淮安两处矿井的纯盐岩进行单抽加卸载试验,得到岩盐的应力-应变加卸载曲线、声发射振铃计数率和能量率曲线,并从能量与声发射的角度研究纯岩盐变形破坏过程的基本特征。研究表明:岩盐单轴加卸载条件下,弹性变形阶段很短,屈服过程产生很大的塑形变形,且峰后的变形过程没有应力的急剧下降,整个试验过程中加卸、载之间滞回环面积很微小。在整个试验过程中,弹性应变能所占比例非常小;盐岩单轴加卸载变形破坏过程中,其耗散能随应变一直增加,且增长率递增,而当应力接近峰值时,增长率趋于恒定,耗散能曲线开始呈线性增长;弹性应变能在峰前一直增加,且增长率递减,在峰值处达到最大值,峰后开始下降。岩盐在试验初始阶段振铃计数率与能量率大量产生,后在屈服阶段呈现下降进入稳定发展期,直到峰值处,出现一个累计振铃计数和累计能量曲线的拐点,峰后以一个更高的速率稳定且呈现阶梯状发展。本文对于盐岩储气库的水溶开挖和采气过程中逐渐卸载的应力环境施工过程有一定的实际指导意义。     

玄武岩纤维混凝土抗弯冲击的声发射特性研究

结合不同纤维掺量的玄武岩纤维混凝土(简称BFRC)与无纤维的普通混凝土抗弯冲击试验,采用全数字化声发射系统采集对BFRC从加载至最终破坏的声发射特征参数,识别BFRC以声发射特征参数为基础的损伤断裂机制。结果表明,在较合理的纤维掺量为1.05kg/m3时,BFRC初裂次数达到73次,与素混凝土梁相比提高108.2%,终裂次数达到81次,与素混凝土梁相比提高100.5%。BFRC具有以下声发射特征:1)不同掺量的BFRC在初裂前平均振铃计数和平均能量都比素混凝土小,玄武岩纤维能够有效阻止冲弯作用下裂纹的产生和发展;2)初裂后,素混凝土采集的声发射能量和振铃计数急剧降低,而BFRC每次冲击产生的高幅值信号在第一峰值后交替产生,玄武岩纤维能够延迟混凝土的断裂并提高其冲击延性。     

铝合金板件螺栓连接承压强度试验与计算方法

螺栓连接是铝合金结构中最常用的节点形式,对铝合金板件螺栓连接节点的承压性能进行试验研究与分析是十分必要的。结合建筑结构领域常用的2种铝合金材料6061-T6和6063-T5,设定螺栓直径和端距为试验参数,总共对20个螺栓连接节点试件进行了加载试验,得出了节点试件的承压承载力以及荷载与螺栓孔变形的关系。利用ANSYS建立...     

碳纤维混合传动轴的弯扭承载及振动特性

针对传统两段式钢制传动轴结构复杂、笨重且单段弯曲固有频率低的问题,提出采用一段式碳纤维混合传动轴的解决方案.传动轴外层为铝合金材料,主要用传递扭矩;中间层为玻璃纤维材料,可用于消除碳纤维材料固化时产生的残余热应力;内层为碳纤维复合材料,利用其具有较高比刚度的特点,提高轴的弯曲固有频率.与传统二段式钢制传动轴相比,该传动轴取消了中间万向节和支架,从而简化结构,整根轴的质量减少40%.实验与仿真结果显示一段式混合传动轴能满足至少2700 N·m的扭矩传递能力和高于154 Hz弯曲固有频率的要求.     

锚固预紧力与预紧力矩相互关系的研究

为了用预紧力矩表达预紧力,基于支护时锚固区围岩处于弹塑性状态的假设,建立力学模型,以托锚力和轴力为纽带,分析研究预紧力与预紧力矩之间的相互关系,得出预紧力与预紧力矩的对应数值关系及变化趋势,采用自制的"锚杆锚固传递及衰减规律试验台"开展实验研究得到了类似的结果,验证了预紧力与预紧力矩关系的数学表达式的准确性.综合研究表明:预紧力矩不大于300N.m时,预紧力与预紧力矩之间可以建立较为简便的数学表达式;在这一范围内,采用预紧力矩预测及量化预紧力,是一种较准确且易行的施工判断方式.     

高层建筑减震与模态分析

为了研究高层建筑隔震结构对高层建筑抗震能力的作用,应用Ansys有限元软件对固定高层建筑和隔震高层建筑进行了模态分析。研究结果显示,结构的固有频率随着阶数的增大而增大;隔震结构的隔震层消耗了大量的隔振能量;通过在建筑物上部结构与基础间设置足够安全可靠的隔震系统,形成柔性底层,使建筑物与基础隔开,以延长整个结构体系的自振周期。减少输出上部结构的地震能量,从而大幅度降低建筑物对地震的影响;隔振节点加速度明显降低;隔震后位移发生微小的减少。由模拟结果可知,地震破坏以水平破坏为主,震烈度决定了建筑物的破坏程度;隔震层吸收了地震中大量的能量,隔震上部结构绝对加速度明显降低,基础隔震体系能够降低结构的水平地震作用。     

基于CFD的液力变矩器导轮优化设计

基于CAD-CFD,分析影响液力变矩器整体性能的因素并进行优化。首先使用BladeGen对液力变矩器进行参数化造型,基于CFX软件对不同速比工况进行计算,统计液力变矩器性能变化曲线并与试验对比。分析导轮能头分布特点,并根据流场分布对导轮进行结构优化,使内、外环上导轮翼型结构分别适应不同的速比工况,最终实现对低速比工况时导轮能头损失的优化,优化后涡轮输出力矩增量最大达到175.36 N·m,液力变矩器在0速比工况下变矩比增加0.344,效率在0.274速比工况下增加2.95%。     

新型双层多线圈磁流变制动器研

针对目前磁流变传动技术中普遍存在的工作间隙磁场分布不均和单位体积可传递扭矩较小的关键问题,提出一种具有双层间隙以及沿周向配置多个线圈的新型磁流变制动器。根据结构尺寸,推导了制动力矩的计算公式,建立了磁路分析模型来估算间隙中的磁场强度大小。采用基于自由梯度的BOBYQA优化方法对主要结构尺寸进行优化,得到了优化后结构的磁场强度分布。将间隙磁流变液中磁场强度的仿真值与计算值进行对比,结果表明,该磁路建模方法可以指导结构设计,结构可产生的单位体积力矩值约为2.3×10⁴Nm/m³。其研究成果为双层多线圈磁流变制动器的设计提供理论参考。     

Influence of Assembly Parameters on Tensile Behavior of Hybrid CMC and Superalloy Bolted Joints by Progressive Damage Analysis

基于渐进损伤分析的装配参数对陶瓷基复合材料与高温合金

混合螺栓连接结构拉伸行为的影响

吕超¹,李锋¹,赵淑媛²,孙茜³,李明瑞²,孙新杨⁴

（1.中国航天空气动力技术研究院,北京 100074;2.哈尔滨工业大学 特种环境复合材料技术国家级重点实验室,哈尔滨 150080;3.中航工业集团公司沈阳飞机设计研究所,沈阳 110000;4.哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001）

创新点说明：

采用ABAQUS有限元软件对陶瓷基复合材料和高温合金螺栓连接结构进行了渐进损伤分析,研究了连接结构装配参数对混合连接结构拉伸性能的影响规律,并讨论了连接结构的损伤失效模式,为提高陶瓷基复合材料连接结构的结构效率及服役安全性提供理论基础。

研究目的：

在飞行器结构应用中,陶瓷基复合材料与金属螺栓连接件的强度分析与结构设计对提高结构承载效率及维护结构完整性起着至关重要的作用,研究连接结构装配参数对陶瓷基复合材料-高温合金螺栓连接结构拉伸性能的影响,对其在航空航天领域的运用具有重要意义。

研究方法：

采用有限元软件ABAQUS建立了2D编织C/SiC陶瓷基复合材料与高温合金GH4169组成的单钉单搭接螺栓连接结构的有限元分析模型,结合Fortran语言将非线性本构模型、失效准则及材料退化模型编写成用户子程序UMAT文件,并嵌入到ABAQUS有限元软件中实现高温拉伸条件下陶瓷基复合材料与高温合金沉头螺栓紧固件的渐进损伤分析。基于此模型研究了连接结构装配参数对混合连接结构拉伸性能的影响规律,并讨论了连接结构的损伤失效模式。

结果：

2D编织C/SiC复合材料与高温合金组成的螺栓连接结构施加适当的预紧力可以提高连接结构的刚度和强度,但过大的预紧力会使复合材料板厚度方向发生破坏,从而导致接头强度下降。钉孔间隙的增加将加剧孔内挤压区域的应力集中现象,导致结构强度降低。

结论：

本研究针对陶瓷基复合材料和高温合金螺栓连接结构,研究了连接结构装配参数对混合连接结构拉伸性能的影响规律及相关失效模式,为陶瓷基复合材料连接件的结构设计和工程化应用提供了技术支撑。

关键词：陶瓷基复合材料;渐进损伤分析;拉伸性能;预紧力;钉孔间隙

     

复合型USM压电扭振子设计及其特性分析

介绍利用国产压电材料设计纵扭复合型超声波电机(USM)压电扭振子的理论和制造工艺,主要内容包括:压电材料的选取,压电扭振子的结构,根据等效电路推导出电机扭转振动模式的谐振频率方程,以及扭振子尺寸计算公式;根据实验总结了压电扭振子的制造工艺、黏接及其注意问题.并利用阻抗频谱分析仪测试了按上述理论设计的压电扭振子的频率特性.结果表明:设计理论、黏接剂的选择以及加工方法是合理可行的.据此研制的样机最大输出力矩已达10 Nm以上.     

同步器同步机理建模与结构影响因素分析

针对同步器结合过程,利用平均雷诺方程和微凸体摩擦原理,建立了油膜压力、微凸体接触力、同步环轴向力、同步力矩4个数学模型,运用4-Runge-Kutta法对油膜厚度和转速差进行耦合数值求解,分析了同步器结合过程油膜厚度、转速差、粘性剪切转矩、粗糙摩擦转矩以及总转矩的变化规律.对同步器结合过程数学模型进行试验验证后,利用所建模型研究了同步环宽度、同步环半径、摩擦锥角以及摩擦材料厚度等因素对同步器结合过程的影响规律.结果表明:同步环宽度增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率减缓,粗糙接触转矩响应延迟,同步时间增加;同步环半径增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率加快,同步时间缩短;同步环摩擦锥角增大,粘性转矩增大,粗糙接触转矩减小,转速差下降速率变缓,同步时间增加;摩擦材料厚度增大,粗糙接触转矩相应加快,油膜厚度下降速率增大,最小油膜厚度减小,同步时间缩短.