复合材料涡轮轴结构力学性能预测方法验证及优化设计

针对连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构力学性能计算及优化设计问题,基于复合材料宏观叠层结构理论及经典层合板理论,开展复合材料涡轮结构力学性能计算。通过建立与试验件相同结构的有限元模型,边界条件及载荷与试验条件完全一致,计算涡轮轴结构节点应变、周向位移响应及其承载能力,并分析轴结构径向截面危险位置。将计算结果与试验结果对比分析,验证涡轮轴结构力学性能计算方法及失效分析的有效性。基于上述研究,建立某型发动机涡轮简化轴结构,采用遗传算法,优化铺层角度、铺层厚度及金属层厚度影响因素,最终在保证轴结构承载能力基础上,达到减重效果。     

纤维增强复合材料低压涡轮轴强度分析设计

研究连续纤维增强复合材料低压涡轮轴结构在扭转载荷作用下的静强度分析设计问题。以Ti-6-4/SC6为有限元模型结构材料,以复合材料层合板理论为基本力学理论基础,以蔡-吴强度失效准则为判定依据。对不同复合材料轴结构进行强度分析及失效判定。以某型航空发动机低压涡轮轴为基础模型进行有限元建模。通过"复材轴"和"分段轴"两种复合材料轴结构模型对复合材料铺层、铺角对轴结构力学性能及强度影响规律进行研究。以"复材轴"模型结构研究±45°与+45°两种普遍铺层方案的优劣,在研究"复材轴"铺层方案的基础上,以±45°铺层方案研究"复材轴"和"分段轴"及传统钛合金轴静强度性能对比。最后从工程实际角度针对"分段轴"给出提高强度的两种措施。     

纤维增强复合材料涡轮轴结构静强度计算与分析

基于适用于纤维增强复合材料的细观力学代表体积元(RVE)法和材料强度失效参数计算公式,计算体积分数为40%的SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料的力学性能参数和强度失效参数,建立以实际某型号发动机低压涡轮轴为背景,并用SCS-ULTRA纤维增强TC17基复合材料代替原有高温合金材料,应用复合材料宏观强度准则中的蔡—吴张量失效准则,对其进行静强度计算与失效判定,总结作为衡量趋近失效程度的蔡—吴强度指数随轴结构复合材料铺层数的变化规律,同时对铺层总数为27层的轴结构进行给定载荷下的强度计算,得出轴结构内部每一铺层的强度指数及铺层强度指数随铺层位置、45°铺角不同的变化规律,并预测在极限载荷下轴结构铺层首先出现失效的情况。     

SiC/TC4复合材料涡轮轴渐进失效分析

为了研究SiC/TC4复合材料涡轮轴的失效行为,提出轴结构渐进失效分析方法,建立基于Hashin失效准则的层合板模型,并开展SiC/TC4层合板拉伸试验,对比试验与仿真得到的拉伸强度以验证计算方法的有效性.模拟涡轮轴结构在轴向拉伸载荷和扭转载荷下的损伤演化过程,预测失效强度.结果表明:0°铺层时涡轮轴的拉伸强度最大;4...     

碳/碳复合材料加筋板结构热声疲劳应力计算与寿命预估

高超音速飞行器中大量使用复合材料薄壁结构,而高温强噪声的恶劣工作条件严重影响复合材料薄壁结构的耐久性和完整性。利用有限元方法计算两边固支碳/碳复合材料加筋板在不同温度和声压级下的振动响应,得到危险点的应力响应时间历程、应力均方根值与应力功率谱密度。使用优化的雨流循环计数法对碳/碳复合材料热声疲劳动应力响应进行循环计数,分析热噪声载荷下加筋板危险点的应力响应情况,并结合线性损伤累积理论和疲劳寿命曲线预估结构的疲劳寿命。将结果与国外热声疲劳试验结果进行对比,验证了所提方案计算仿真的正确性。     

涡轮轴发动机自由涡轮旋转对称支座自适应对中研究

自由涡轮旋转对称支座是涡轮轴发动机轴系的重要部件,而涡轮轴工作稳定性对涡轮轴发动机工作效率的提高起到至关重要的作用。由于支座工作于高温和动载荷环境中,为了研究旋转对称支座的变化对支座自适应对中响应,基于ANSYS通过对支座不同支撑板结构在动力学响应下的变化结果对比研究,找出旋转对称支座的变化对涡轮轴发动机影响规律,为进一步提高涡轮轴发动机工作效率和稳定性提供科学依据。     

纤维缠绕复合材料管道双轴疲劳寿命预测研究

对纤维缠绕复合材料管道的双轴疲劳行为进行了实验与理论研究。根据多轴疲劳试验的要求,设计了一种新的纤维缠绕成型复合材料薄壁管型试样,通过对不同缠绕角度试样在不同双轴载荷比条件下的双轴疲劳实验,得出了玻璃纤维/环氧树脂薄壁管的应力/寿命曲线。参考金属材料的多轴疲劳失效准则,结合复合材料各向异性的特点,提出了复合材料多轴疲劳失效准则,对不同缠绕角复合材料管道在不同载荷条件下的疲劳寿命进行统一。结果表明:本文提出的失效准则可以把不同缠绕角复合材料在多种载荷条件下的多轴疲劳寿命统一起来,从而根据一个给定缠绕角度试样在某种试验条件下疲劳寿命来预测其它缠绕角度条件下的疲劳寿命,具有非常重要的理论研究价值和工程应用前景。     

半挂牵引车车架的疲劳分析及结构优化

为准确复现某半挂牵引车车架铸造横梁试验场失效模式并提升结构可靠性,对典型工况静强度进行了分析;通过对比仿真结果与应力试验,验证了有限元模型准确性并发现了结构薄弱点,对结构进行了优化设计;建立了刚柔耦合的整车虚拟样机模型及试验场扭曲路面,提取了车架连接处载荷,结合惯性释放的方法完成了两种方案车架疲劳寿命计算,并进行了两种方案扭转疲劳台架试验。结果表明：改进方案在典型工况静强度、基于扭曲路面的虚拟疲劳寿命及基于台架试验的扭转疲劳寿命等方面均有较大提升,验证了改进方案的有效性。     

车辆柴油机缸套-活塞环动载荷磨损分析与计算

为实现对重型车辆柴油机缸套-活塞环动载荷磨损仿真计算,通过分析柴油机动载荷工况特点及其对磨损的影响,基于稳定载荷及动载荷磨损试件表面形貌SEM分析,提出缸套-活塞环动载荷磨损简化机制。依据响应面拟合的方法和磨损试验数据,建立Archard磨损模型中磨损系数K基于载荷工况参数与形貌特征参数的预测公式,并通过两组动载荷磨损试验对磨损计算模型进行验证,结果表明:表面粗糙度计算误差为5.9%,磨损量计算误差为7.39%,磨损计算模型具有一定精度,能够用于车辆柴油机缸套-活塞环磨损仿真计算。     

一种复合材料层合板的S-N曲线模型

基于纤维增强复合材料疲劳机理和试验数据,文中给出一个描述纤维增强复合材料拉一拉疲劳的S-N曲线模型.此模型同时考虑复合材料受载方向的静抗拉强度、纤维静强度、疲劳载荷应力比等诸多因素对S-N曲线的影响,且模型中所用参数容易得到.     

某型液压泵轴尾轴承改进设计与寿命分析

该文根据某型航空液压泵的轴尾轴承的故障情况,采用ANSYS对所使用的轴承进行受力分析及优化设计。根据不同工况对轴承进行不同轴向力、径向力载荷下的寿命对比分析计算,经试验验证,改进后轴承的使用寿命得到了很大提高。     

动力涡轮轴承性能试验台的研制

针对动力涡轮轴承高速、高温的运行工况、极限载荷条件及其运转特点,研制了动力涡轮轴承试验台。介绍了试验台的技术方案及相关参数计算方法。运行结果表明,该试验台可靠性良好,运行平稳,满足动力涡轮轴承的性能试验要求。     

短玻璃纤维增强PA66的偏轴拉伸模量和强度研究

对含30%质量分数短玻璃纤维注塑增强PA66材料,按照与注塑方向成0°、30°、45°、60°和90°裁取试验件,进行偏轴拉伸试验,得到了5组试验件的载荷-位移曲线、拉伸模量和拉伸强度。应用45°偏轴拉伸测定了材料的剪切弹性模量。通过对偏轴拉伸模量和强度对比,以及应用复合材料计算剪切模量的结果对比应用各向同性计算的结果,证明了短纤维复合材料并不能当做传统各向同性材料来处理分析,是具有各向异性的材料。分析表明,连续纤维偏轴拉伸模量计算方法对于短纤维复合材料仍然适用,蔡-希尔失效判据也能较好的适用于这种材料。从试验结果和偏轴模量以及强度计算发现,60°是最差承载角。     

高压涡轮轴安装边倒角低应力设计方法

航空发动机涡轮鼓筒轴承受着复杂的外载荷,在涡轮轴的安装边倒角处会产生应力集中,影响涡轮轴的整体寿命和性能。本文研究在扭矩、轴向力、离心力以及热应力4个载荷作用下涡轮轴安装边附近倒圆角的应力场分布,设计了单圆弧倒角方案、双圆弧倒角方案,并运用ANSYS Workbench软件对双圆弧设计方案进行优化。通过比较三种结构的应力场分布,得到涡轮轴安装边倒角的低应力设计方案。本文得到的最优双圆弧设计方案相比单圆弧设计方案,倒角处的最大等效应力降低了13.97%。     

基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命研究

零件在实验工况下所受应力数据对预测其疲劳寿命至关重要。针对发动机悬置螺栓等无法通过应变片传感器直接得到载荷数据的部位,提出一种基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命估计方法。通过宏观断口及力学模型分析,明确了在不同工况下造成悬置螺栓疲劳失效的主要矢量载荷与加速度载荷的转换关系。结合悬置螺栓S-N曲线,计算出不同工况下由加速度引起的弯矩和拉压波动载荷的时间历程,并进行了发动机悬置螺栓的疲劳损伤计算,从而形成了一种复杂载荷下的发动机悬置螺栓疲劳寿命分析方法。最后基于悬置螺栓在两种道路的应力载荷谱所分别对应的疲劳寿命,建立起了针对悬置螺栓的道路间的当量关系。     

QPQ处理与普通调质处理的混凝土泵车臂架连接销轴疲劳试验对比分析研究

针对混凝土泵车臂架连接销轴在使用过程中生锈的问题,提出了对销轴进行QPQ处理的方法。为验证方法的可行性,基于疲劳可靠度理论,使用最大弯矩法计算混凝土泵车臂架连接销轴的疲劳许用载荷,设计试验工装,模拟销轴的装配结构及实际工况,对QPQ处理与普通调质处理销轴的疲劳寿命进行了试验对比分析。试验结果表明:QPQ处理对混凝土泵车臂架连接销轴的表面硬度及疲劳寿命影响较小,为臂架连接销轴的设计计算及表面处理提供了参考和依据。QPQ处理的销轴已在某型号混凝土泵车上试制使用,效果良好。     

基于行驶仿真试验的履带式车辆行星架结构优化

行星架是履带式车辆侧减速器的重要传动机构,由于测试手段及试验方法的限制,行星架在设计时采用静强度设计理论,故无法准确反映其在不同的复杂任务工况下的动态特性,给动载荷作用下构件的寿命预测分析带来了极大困难,结果导致构件的实际寿命与设计寿命有较大差距。针对该情况,基于ADAMS.ATV建立了履带式车辆侧减速器虚拟行驶试验平台,仿真获得了行星架在不同工况条件下承受的动态载荷谱。基于MSC.Fatigue软件建立了侧减速器的疲劳分析模型,获得了行星架的疲劳寿命,进而通过改变行星架的结构,仿真预测其疲劳寿命随行星架不同结构参数的变化规律,为行星架的结构优化做了一定的探索研究。     

纤维增强金属基复合材料弹塑性行为分析

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 ,获得了宏观应力 -应变关系。试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹塑性性能。利用该模型分析了复合材料宏观弹塑性应力 -应变响应以及细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。此外 ,将该模型与常规的结构分析方法 (如有限元法 )相结合 ,能够开展对金属基复合材料结构的弹塑性行为分析。     

动载荷对轨道车辆电机轴电流的影响

针对轨道车辆会因轨道不平顺产生的动载荷加剧了轴承电蚀问题,建立了轨道不平顺激励的车辆振动模型,将车辆转向架构架振动响应等效为电机轴承外部动载荷,并利用解析模型分析该动载荷对驱动电机轴承电容及相关参数的作用效果,探讨不同振动工况下电机轴承动载荷与轴电流的关系。仿真结果表明：轴承动载荷会影响电机轴电压、轴电流与轴电流密度的大小,轨道车辆电机轴承运行于较低动载荷范围时,轴电流密度大,轴电流对轴承电腐蚀性强,极大地损害了轴承电气寿命。     

挤压型铝合金自润滑关节轴承性能研究

为满足航空轴承轻量化的设计要求,研制了挤压型铝合金自润滑关节轴承,对比同规格挤压型不锈钢自润滑关节轴承,对铝合金自润滑关节轴承进行了强度计算和有限元分析校核,开展了径向额定静载荷、轴向额定静载荷和径向额定动载荷下摆动摩擦磨损的性能试验。结果表明:挤压型铝合金自润滑关节轴承在静载荷下变形性能和径向载荷下的摩擦磨损性能满足要求,在常温低速摆动工况条件下,完全可以替代挤压型不锈钢自润滑关节轴承。