加载频率对钢铁材料超长寿命疲劳性能的影响

使用82 Hz轴向加载疲劳试验机和20 kHz非间歇式加载的超声疲劳试验机,对比研究了超声加载频率对轴承钢GCr 15和35CrMo超长寿命疲劳性能的影响.断口观察表明:82 Hz轴向加载和20 kHz超声加载的GCr15试样,在全应力幅范围既发生表面破坏又发生由夹杂物引起的内部破坏;而35CrMo试样在两种频率下均为...     

超声振动加工7075-T6铝合金应力场数值模拟

由于铝合金属于难加工材料,采用普通机械加工难以达到预期效果。采用超声振动加工方法车削7075-T6铝合金试件应力场的变化。仿真结果表明:在Y方向,超声振动频率在10k Hz时,振幅12μm切削区域等效应力最大,振幅10μm等效应力次之,振幅8μm等效应力最小。而频率为40k Hz时等效应力正好相反。随着振动频率增加,切削力先减小后增大;在X方向,当振幅分别为10μm、12μm时,随振动频率升高,试件加工区应力先减小后增大,而振幅为8μm时,应力逐渐增大。当频率超过40k Hz后,其工件表面的应力场不受振幅影响且均呈下降趋势。超声振动频率控制在20-40k Hz范围内,振幅对切削力影响最小。随着振幅的增加,切削力先减小后增加。超声振动加工方法能有效地改善铝合金加工性能。     

高精度标准源中低频信号源的设计与分析

针对直接数字合成的高精度信号源在低频段容易产生杂波干扰,难以适应我国公共电网频率的问题,采用锁相合成频率技术来产生范围在40 Hz~65 Hz、分辨率为0.01 Hz的低频信号作为高分辨率信号源合成的时钟频率。采用数模转换器外接基准可调电压技术产生了调节细度优于满量程的0.000 1%的可调幅值;同时利用相位计数器区分相位,设计出了频率、幅值、相位都可调的正弦波信号;建立了信号源失真度与数模转换器位数的关系和取样点数的关系,找到了影响信号源输出稳定性的原因;在理论分析和实践的基础上提出了减小信号源失真度的方法。研究结果表明,该低频信号源可以在误差接受范围内减小差频影响和公共阻抗的影响,输出40 Hz~65 Hz频率范围内标准正弦波信号的失真度小于0.03%。     

六脉波双变量交交变频中频段波形优化研究

在基于六脉波双变量交交变频基础上,因中频段(16.667Hz～25Hz)范围内的频率相对较高,为了避免变频器输出的电压波形在一个基波周期内所包含的有效电压片段数的减少以及谐波含量的增大,以保证变频器输出电压波形的余弦度和对称度。在余弦交截法的基础上通过前移或后移晶闸管的触发时刻,使波形尽可能的满足奇对称和偶对称,对中频段内各分频条件下的电压波形进行对称度修正使其调速性能得以优化。仿真和实验均表明这种对称度修正策略可使变频器输出的电压波形兼顾余弦度和对称度,从而减小电压波形中的谐波含量。     

等离子体射流产生前后变压器谐振点的变化研究

现在大量研究证明了等离子体射流产生后电极结构的介质电容和电阻等参数都会发生变化,而介质电容值的变化会引起高压变压器谐振点的变化。现在改进的针—环电极结构的基础上研究了等离子体射流产生前后变压器谐振点的变化,并分析了等离子体射流状态在谐振点附近的变化情况。实验结果表明,施加最小起始电压与电极结构上产生等离子体射流后,变压器的谐振点由原先的18 k Hz处前移至15.8 k Hz处;电源频率接近谐振点时,等离子体射流的长度增加,发光强度也明显增强。     

石墨填料环力学和密封性能试验研究

试验研究不同密度的石墨填料环的轴向力传递特性和压缩回弹性能;结合有限元数值模拟,研究不同密度的石墨填料环的侧压系数;通过试验研究不同密度的双层石墨填料环的密封特性。结果表明:侧压系数随着加载轴向力的增加而增加,密度对侧压系数的影响不明显;轴向力传递率随石墨填料环的密度增大而增大;石墨填料环的压缩率随着密度的增大而减小,回弹率随密度的增大而增大;不同密度的双层石墨填料环在目标轴向压力40 MPa下的泄漏率均低于设定值(1.0×10~(-6)Pa·m~3/s),密度对泄漏率没有明显的影响。     

扭摆式多方向压电振动俘能器的研究

为实现多方向振动能量回收,提出了一种扭摆式多方向压电振动俘能器,并从有限元仿真与试验两方面对其输出电压特性进行研究,获得了不同激励角(激励方向与X轴在XOY面内的夹角为激励角)时的谐振频率及其所对应幅值的变化规律。研究结果表明,激励角变化对两阶谐振频率影响均较小,但对输出电压的影响较大且影响规律不同;激励角从0°增加到90°时,一阶谐振电压减小、二阶谐振电压增大,激励角为44°时两阶谐振电压相等。在此基础上,进行了电容充电特性及输出功率特性的试验研究。沿X轴和Y轴方向激励时,电容的存储能速度分别达0.58 mJ/s和0.54 mJ/s;沿X轴和Y轴方向激励时,均存在两个最佳电阻使输出功率最大,即沿X轴方向激励时的最佳负载和最大功率分别为(17,81) kΩ和(4.56,3.4) mW,沿Y轴方向激励时的最佳负载和最大功率分别为(17,61) kΩ和(3.96,3.89) mW。     

毛细管电泳芯片非接触电导检测系统设计

针对毛细管电泳芯片检测系统的微型化,基于ARM11微处理器和嵌入式Linux操作系统,通过自制激励源与信号检测电路,编写驱动程序和上位机软件,设计了一款体积较小的用于毛细管电泳芯片检测的非接触电导检测系统。激励源交流电压频率在10~400 k Hz之间连续可调,电压幅值在0~10 V变化。通过使用电极宽度为1 000μm、电极间距为800μm的电泳芯片对系统进行测试,在频率100 k Hz、10 Vp-p的激励信号下,对浓度为10-3mol/L的氯化钾溶液进行检测,可得到相对峰值大于200 m V的检测信号。     

简易压电晶片式液压发电装置的设计及试验

为实现低频率,高强度的振动能量回收和利用,提出一种基于压电流体耦合作用的压电晶片式液压发电装置。通过理论分析设计结构,采用直径60mm,厚度1.6mm的压电晶片以及直径16mm,高度50mm的液压缸制作样机,用水作为工作介质,测试了装置在不同激励频率、激励电压、系统背压及加载质量等条件下的电压输出情况。试验结果表明:当激励频率(工作频率)在27Hz左右时,该压电晶片式液压发电装置的输出电压达到最大,且在一定的范围内,发电装置输出电压随着激励电压、系统背压及加载质量的增加而增加,验证了液压-压电发电的可行性。     

Z型压电振动能量收集装置

为解决压电振动能量收集结构难以同时满足宽频带、三维、高效采集等要求的问题,提出一种以Z型梁代替集中质量块的压电振动能量收集结构。通过Z型梁引入非线性质量,使收集器在低频范围内集中更多模态,拓宽采集频带。利用Z型梁结构的纵向和横向不稳定性实现收集器的三维度能量采集功能。分析了Z型梁在宽度增加后的动力学特性,探讨了压电片阵列排布的采集性能,并建立仿真模型和搭建实验平台,与螺旋形梁结构和经典悬臂梁质量块结构的动力学特性进行了对比。仿真及实验结果表明:当梁折叠层数为7层时,频率在50 Hz以内的模态数量达到了9个,在1～100Hz间隔1Hz的谐波激振下,Z型压电梁正向的采集电压-频率曲线峰值多达4个,且主要集中在0～40Hz,最大开路电压达到16V,大大拓宽了采集频带;横向和纵向的最大开路电压峰值均在10V以上,横向和纵向的采集电压-频率曲线峰值数量均大于4个,实现了三维度能量采集,负载10kΩ时最大输出功率达到了0.18mW;在Z型梁宽度增加到100mm时,在200Hz范围内模态数大于30个,双贴片串联采集电压曲线峰值多达4个,最大电压达到了14V,验证了Z型梁适用于压电片阵列排布。     

基于介电电泳的粒子分离微流控芯片的研究

文中制备了一种用于粒子分离的介电电泳微流控芯片,利用粒子介电性质不同实现粒子批量、高效分离。采用MEMS工艺,由光刻有电极的ITO玻璃基底和PDMS微通道制备而成。在此基础上,测定了当缓冲溶液的电导率为1μS/cm、交流信号电压为10 V时聚苯乙烯小球和酵母菌的正负介电泳响应,确定了两种微粒的分离条件:酵母菌细胞在1~50 k Hz时表现负介电泳响应,50 k Hz~5 MHz时表现正介电泳响应,50 k Hz为交叉频率;聚苯乙烯小球在1 k Hz~5 MHz始终表现负介电泳响应。选取10 V、5 MHz交流电压信号作为分离条件,对直径均为5μm的聚苯乙烯小球和酵母菌进行了分离,分离效率达到92.4%。     

机械密封浮动环处O形密封圈动态刚度和阻尼的测量

利用INSTRON高频疲劳试验机对O形辅助密封圈进行松弛试验,获得气体和水润滑2种状态下O形辅助密封圈载荷随时间的变化曲线,通过数据处理获得其轴向动态刚度和阻尼,根据经验公式进一步确定其角向刚度和阻尼。分析O形辅助密封圈在气体和水润滑下动态刚度和阻尼随着加载频率、位移、转速的变化规律。结果表明:在气体和水润滑下,在一定范围内辅助密封圈的动态刚度和阻尼值随加载频率的升高而增大;在水润滑状态下,随着加载位移量的增大,辅助密封圈的动态刚度和阻尼值逐渐变小;在气体和水润滑下,都存在一转速临界值,在临界值之前,随转速的增加,轴向动态刚度增大,轴向动态阻尼减小;在临界值之后,轴向动态刚度和阻尼值不再变化,稳定在某一值。     

基于轴向振动配粉技术的药物微量配粉

针对轴向振动配粉技术在植入式可降解缓释给药系统微量配粉中的应用,搭建了轴向振动配粉实验台。采用毛细玻璃漏斗和圆锥状塑料吸头作为配粉管,研究两者稳定流动的振动幅值区间,讨论了振动频率对稳定出粉起始幅值、振动幅值对出粉流量及出粉流量稳定性的影响。结果表明：采用圆锥状塑料吸头作为配粉管的配粉过程更稳定,并且具有良好的抗堵性能;振动频率越大,实现配粉需要的起始激振幅度越小;在固定激振频率下,出粉流量随振幅先增大后减小,且管体中粉体处于充分流动状态;在激振频率为50 Hz,150 Hz,振幅为200~300 μm和35~50 μm时,可以得到最大且不随振幅改变的稳定出粉流量。实验论证了轴向振动配粉技术可以实现微量粉体的稳定、精确配给。     

氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

在氮气,体积分数均为2%的H₂+CO₂以及体积分数分别为5%,2%的H₂+CO₂环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率(0.1,1.0,10.0 Hz)的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明：当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大;含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区;当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征;氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。     

内射流对离心泵进口流场及压力脉动影响

为探究内射流对离心泵进口流场及压力脉动的影响,本文以一台有内射流循环回路的模型泵为研究对象,采用数值方法对泵全流道进行定常和非定常计算。结果表明:无内射流时泵性能模拟与实验值基本吻合,设计点扬程误差在1%以内;有内射流时泵扬程略有下降,效率最大下降1.8%。内射流流量与射流孔轴向平均速度随流量增加而减小。内射流对泵进口流场影响显著,其存在使得进口段轴向速度、压力、涡量及湍流强度均发生变化。小流量时内射流对进口流场的影响范围更大。距射流孔越远,轴向速度梯度越小。进口段内射流流场呈周期性变化,压力脉动频谱图中存在的低频信号f=9.13 Hz为内射流轴向速度场周期变化频率。     

全尺寸风机叶片疲劳加载系统设计及试验研究

为了验证风机叶片在设计使用寿命内能够承受设计规定的疲劳载荷,获得叶片性能参数,设计了一套风机叶片疲劳加载系统。采用模型优化配重块方法减小叶片弯矩分布误差,模糊自整定PID参数进行控制,进行风机叶片全尺寸疲劳试验,完成频率搜索及载荷谱加载测试过程。试验结果表明,系统能以搜索步长为0.01 Hz完成共振频率搜索与跟踪,加载维持峰值变化率在试验要求的误差范围内(5%),叶片根部的弯矩误差不超过±0.4%,检测效率得到提高,降低了设备成本,为风机叶片检测与分析提供了一种实用手段。     

初始缺陷和比例加载路径对圆柱壳弹塑性稳定性的影响

应用非线性弹塑性稳定性理论研究圆柱壳在轴向力和内压联合作用下的弹塑性稳定性问题,得到了不同比例加载路径、初始缺陷和塑性变形发展程度对弹塑性失稳的影响规律曲线。结果表明,在内压的作用下,柱壳的临界轴向压应力在初始阶段有所提高,但从某一内压值开始将会有所下降。对于同一比例加载路径,随着缺陷因子的增加,临界屈曲轴向压应力随着相应地递减。而对于同样的缺陷因子,比例加载参数小于1.0时,临界屈曲轴向压应力随着比例加载参数的增大而增大;比例加载参数大于1.0时,临界屈曲轴向压应力随着比例加载参数的增大而减小;比例加载参数等于1.0为理想加载比例参数值。该研究丰富了内高压成形工艺的理论基础。     

压电式微固体模态谐振器电荷放大器负载效应的研究

文中采用串联电阻的方法,解决了传统的阻抗分析仪很难满足共振激励需求的问题,研究一种具有特殊电压激励方式的压电式微固体模态谐振器等效电路。通过绘制压电谐振器的导纳圆图,分析并获得压电谐振器在共振频率附近的等效电路参数。通过比较有无电荷放大器作为负载接入压电谐振器的实验结果,发现带有电荷放大器的压电谐振器等效电路的谐振频率从346.119 k Hz降低至344.979 k Hz。得出结论:如果电荷放大器作用于压电谐振器负载端,应该关注它对谐振频率的影响。     

二次调节技术在试验台加载系统中的应用研究

通过理论分析建立了加载系统二次元件控制系统的数学模型,并利用MATLAB和Simulink软件进行了动态仿真分析。仿真结果表明：系统调整时间为0.068s,上升时间为0.026s;系统跟踪频率为6Hz的输入信号的精度较高。实验结果表明：加载转矩360N·m和222N·m的阶跃载荷时,系统响应的上升时间相等（约为0.18s）、调整时间基本一致（约为0.4s）;加载频率为1~6Hz的正弦载荷时,均值误差不大于1.24%,幅值误差在加载3Hz正弦载荷时超出了6%,其他频率下幅值误差均小于6%;当加载频率较低的实际冲击载荷时系统的跟踪性较好,响应较快。结果表明,加载系统的性能稳定,具有良好的动态性能与控制特性,能够满足液压底盘动态性能研究的需要。     

大出口角离心泵叶轮后方非定常流动

利用LDV(激光多普勒测速仪)测量了比转速为93的单级悬臂蜗壳式离心泵蜗壳3个断面内的非定常流动。叶片出口角为44°,实验液体为水。测量分别在最优工况和小流量工况下进行。结果表明,蜗壳内空间固定点处液体速度随叶轮转动呈周期性变化。随着测量点离叶轮出口距离的增加,速度度衰减较快,周期性趋弱。速度波动值随测量点与叶轮出口距离的增大而减小,其波动幅度占速度平均值的20％-70％。离隔舌越近,速度波动值越大。液流角波动值比速度波动值高1-2个数量级。平均速度随测量点到叶轮出口距离的增加而下降,平均液流角随距离的增加而出现最大值,而后再降低。蜗壳内液体角动量不守恒,流动沿叶轮圆周不是轴对称的。