采用统一性能衰退轨迹模型的润滑和密封材料加速寿命预测

润滑和密封材料寿命评估和预测方法是工程研究中亟待突破的瓶颈问题。为了在保证加速寿命评估精度的同时，提高加速寿命评估的效率，在传统的加速寿命评估方法的基础上，提出基于时间尺度优化的加速寿命评估方法。首先，建立含时间尺度的性能衰退轨迹统一模型，以均方误差最小化为优化目标，获取最优时间尺度因子；其次，通过非线性最小二乘法识别出轨迹模型的参数，进而建立起衰退速率的加速模型，对常温下的衰退速率进行外推估计；最后，建立老化时间-温度-性能衰退量的三维模型，通过与实测数据的对比，验证了模型的准确性。     

六自由度振动老化条件下锂离子电池的 衰退机理诊断与 SOH 预测

电动汽车锂离子电池会受振动与老化影响而加速衰减,为了诊断振动老化条件下的衰退机理,实现健康状态(SOH)预测,采取如下措施:首先,分析电池受振动影响的衰减结果;其次,辨识衰退模式,利用容量增量-微分电压(IC-DV)曲线对衰退模式进行量化,Z组结果为:活性物质损失(36.94%)、锂离子损失(35.12%)、电导率损失(1.9%);最后,将量化结果输入建立的GA-Elman模型实现SOH预测,结果误差保持在5%以内,满足电池管理系统(BMS)预测的要求。该研究为振动老化条件下锂离子电池的衰退机理诊断与SOH预测提供了依据,有助于BMS制定相关策略延长电池使用寿命。     

新能源列车车载储能数据采集系统设计及储能系统运行寿命分析

研究一类基于STM32的数据采集系统,采集并储存有轨电车车载超级电容的电压/电流数值。首先介绍该数据采集系统中硬件部分的各个功能区域,随后设计了数据采集系统的软件部分,编写了ADC采集的程序并通过GPRS 4G无线通信模块发送数据,通过SD卡储存数据,将其用于有轨电车线路测试,得到了相应的电压/电流曲线。后续依据储能系统的退化特征,分析了储能电容寿命衰减的影响因素,提出了不同温度和电压下超级电容寿命的预测方法,为超级电容的合理使用提供了参考依据。     

动力型磷酸铁锂电池的温度特性

动力型磷酸铁锂电池的特性与环境温度紧密相关。电池的容量特性、内阻数值和荷电状态—开路电压曲线是反映电池基本性能的重要特性指标,也是参与电池管理系统设计的重要参数。主要进行不同环境温度下电池的以上各性能试验,研究在不同的环境温度下电池的容量、内阻和开路电压的变化规律。动力型磷酸铁锂电池的容量在低温下迅速降低,在高温下迅速上升,高温下的容量变化速度小于低温;随温度上升,充电和放电过程的欧姆内阻、极化内阻均下降,温度不同时电池的欧姆内阻变化率高于极化内阻变化率,低温下欧姆内阻的变化率大于高温下的变化率;同时,低温下的荷电状态—开路电压曲线低于高温下的曲线,但总体上,曲线受温度的影响并不显著。     

[车辆工程与测控]基于损伤关联编辑法的地铁支架安装座寿命研究

以地铁底架天线安装座为研究对象,提出一种铝合金焊缝载荷谱编制方法。基于多通道损伤关联编辑理论选定加速参数,构建预设损伤与伪损伤最相符的加速激励谱。分析目标谱的时域与频域特性发现,损伤关联编辑法加速效果明显且各项基本特性参数误差可控制在5%以内。建立有限元模型,分别采用准静态叠加与单轴谐响应方法计算累积损伤,仿真结果表明载荷谱缩减前后焊缝疲劳寿命误差在10%以内且加速效率高,验证了该载荷谱编制方法的合理性。台架模拟长寿命试验数据表明,使用编制过的载荷谱后,试验时间可缩短40%以上,焊缝疲劳损伤误差可控制在15%以内。该方法可为车辆其他设备载荷谱编制提供参考。     

储能电池外部短路的损伤与失效边界及其预测

储能电池外部短路故障发生伴随着电池大倍率放电、内部热量快速聚集、温度极速升高,是一种典型的电-热耦合滥用工况。针对电池外部短路：试验研究了不同初始条件下的外部短路特性,明确了短路开始至电池电压和电流突降为零的时间为外部短路失效边界;进一步分析了失效前短路时间与老化的耦合特性,应用电化学阻抗谱揭示了固体电解质膜增长为外部短路电池容量衰退的主因,且主要受电池温度影响。明确了短路开始至电池内部温度达到80℃的时间为外部短路损伤边界,为获取电池内部温度,构建了圆柱形电池集总参数热模型,建立了电池内部温度估计算法,误差<±2℃。应用长短时记忆神经网络算法构建了电池外部短路损伤边界和失效边界的预测模型。以外部短路前1 s和短路后2 s的电流、电压及环境温度作为输入,结果表明损伤边界预测误差<3.5%,失效边界预测误差<2%。该模型的应用能够加深外部短路对电池损伤的认识,为电池的安全监测提供有力保障。     

基于加速老化试验的海工装备O形密封圈寿命预测

针对海工装备O形密封圈实际工作中海水的酸碱性和海洋特殊环境,开展O形密封圈老化加速寿命试验。基于橡胶老化经验公式与阿仑尼乌斯加速模型,设计模拟海洋环境的老化加速寿命试验台,在湿度80%、盐度35%(质量分数)、pH值8.22的环境下,开展35、50与65℃下的老化加速试验;建立丁腈橡胶密封圈老化动力学模型,分析不同温度下压缩永久变形率随时间的变化规律,以及温度与老化时间以及压缩永久变形率之间的函数关系,预测海工装备中O形密封圈使用寿命。结果表明：密封圈在相同介质中不同温度下老化时,使用寿命随着温度升高而减少的速度并无明显变化。采用建立的密封圈老化动力学模型,推测出在25～30℃海水环境下密封圈使用寿命在1～1.5年之间,与实际使用寿命基本吻合。     

氨氮水质监测仪步进应力加速退化试验研究

针对氨氮水质监测仪如何快速评定其可靠性问题,通过分析氨氮水质监测仪的失效机理,建立了以其对标准试样的示值误差为退化量的退化轨迹模型,并利用反应动力学理论建立了其温度应力下的加速退化方程;通过步进应力加速退化试验获取了退化数据,并利用加速退化方程实现了步进应力加速退化数据向恒定应力加速退化数据的折算,利用伪失效寿命评估方法对氨氮水质监测仪进行了可靠性评估。研究结果表明,利用步进应力加速退化试验可以在较短的试验时间和较少的样本量情况下,实现对氨氮水质监测仪的可靠性评估。     

灰色模型在不确定性疲劳寿命预测中的研究

考虑影响疲劳寿命因素的不确定性,应用灰色理论进行疲劳寿命预测。提出了基于线性GM(1,1)模型和非线性灰色Verhulst模型预测构件疲劳寿命的新方法。利用试验数据进行分析和计算,结果表明:基于传统Miner方法的疲劳寿命预测误差为61.4%;基于线性GM(1,1)模型的预测误差为24.1%;基于非线性灰色Verhulst模型的预测误差降低到17.5%。基于灰色模型预测的结果均偏向安全,说明灰色模型在不确定性疲劳寿命预测中具有较好的预测精度和潜在的工程实用价值。     

二硫化钼锂基润滑脂的老化性能预测

对二硫化钼锂基润滑脂进行加速老化试验,获得其质量变化率与老化温度及老化时间的变化规律。运用阿累尼乌斯方程和性能变化的时温关系式,采用线性回归方法推导出以二硫化钼锂基润滑脂质量变化率为性能指标的时温等效关系式。运用该模型可以推算不同贮存温度及不同贮存时间下二硫化钼润滑脂的质量变化情况,实现其老化性能的预测与评估。     

基于卷扬机储能系统的超级电容充放电试验研究

超级电容器是一种性能优良的新型能源器件,工程应用设计需掌握其容量、工作电压、充电效率、放电效率等指标.设计了卷扬机储能系统,对超级电容放电时重物提升速度及其放电效率,以及重物下放时重力势能回收到超级电容的充电效率进行了试验研究,实现了机械装置与超级电容的混合储能,为超级电容的研究及其在工程机械中的应用提供参考.     

超级电容管理技术及在电动汽车中的应用综述

车载电源系统是电动汽车的关键部件之一,直接影响其整车性能和制造成本。超级电容具有功率密度高、内阻小、工作温度范围宽以及循环寿命极长等优点,成为车载电源系统的重要发展方向之一。综述超级电容管理技术的研究现状,包括超级电容建模、状态估计、均衡管理等方面的最新研究进展。具体分析现有SOC和SOH估计算法,着重阐述超级电容老化机理及其影响因素,讨论状态估计方法的发展方向。针对超级电容在电动汽车中的应用,介绍复合电源不同拓扑结构及特点,总结现有能量管理策略。此外,阐述超级电容作为独立储能单元的应用情况。最后,对超级电容管理技术的发展和应用前景进行了展望。     

基于典型作业工况的串联式电传动推土机功率跟随控制策略

为提高串联式混合动力推土机的燃油经济性,研究动力传动系统的能量分配策略。分析发动机和发电机的动态工作特性,通过台架试验建立发动机的动力输出特性模型、油耗特性模型和发电机的效率特性模型;通过超级电容的电阻串并联模型结构分析,建立超级电容的动态工作模型,设定荷电状态的安全工作范围。基于台架试验及模型获得的发动机最佳燃油消耗曲线,提出一种最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略。研究推土机的典型作业工况,在典型作业工况下对提出的控制策略进行仿真,阐述超级电容的荷电状态及电压、电流的变化规律,并与传统机械传动结构的原型机在发动机工作转速、转矩、油耗和加速踏板位置变动等参数方面进行对比分析。结果表明,在推土机典型作业工况下,采用最佳燃油消耗曲线的功率跟随控制策略与原型机相比,节油率达13.1%。     

湿热环境中碳纤维复合材料层合板的强度退化及老化寿命预测

对碳纤维复合材料(CFRP)层合板进行了25,50℃加速水浴吸湿试验,以及吸湿后的单向拉伸和三点弯曲试验,研究了吸湿率、拉伸强度和弯曲强度随吸湿时间、水浴温度的变化规律,讨论了CFRP层合板的失效机理;拟合试验数据建立了CFRP层合板的剩余强度模型,并基于环境当量系数对层合板的湿热老化寿命进行预测.结果表明:CFRP层...     

基于神经网络预测控制的节能电梯能量管理

随着电梯的日益增多,电梯节能问题引起越来越多的关注。针对节能型电梯中超级电容的储能管理问题,提出一种基于神经网络预测控制策略的新方法来动态预测电梯运行中所需的能量。首先根据电梯当前停层、目的停层以及载荷信息,建立反向传播神经网络(BPNN)模型并通过样本训练确定各神经元的权值和偏置值,然后利用该模型在线预测电梯每个行程吸收或回馈的能量,据此调节超级电容的平衡电压实现提前储能/泄能,补偿电梯运行过程中所需的尖峰功率。此外,根据电梯载荷和行程信息动态调整超级电容的平衡电压,可以充分利用超级电容的能量存储空间,在某些行程下除了补偿尖峰功率,还能够补偿一部分额定功率,优化网侧整流器的功率容量。最后通过MATLAB/Simulink搭建的仿真平台和实验样机验证了本方法的可行性。     

基于锂离子电池热特性的SOH在线诊断模型研究

电池健康状态(SOH)评估是电池管理系统(BMS)中的关键一环,传统的SOH估计方法通常是基于锂离子电池的开路电压、容量或内阻等静态测量参数,然而由于测试过程耗时长、测试环境特殊,在线容量或电阻测量在BMS中很少能实现。从CC放电模式下100%～60%SOC区间内的温度变化速率曲线中提取出一种新的SOH在线评估健康因子(dT/dt)_(mean)。为验证健康因子的合理性,基于集总电池模型,研究电池的生热率发现(dT/dt)_(mean)反应了电池正极熵变特性,以此建立了(dT/dt)_(mean)、可逆反应热与SOH关系的健康寿命预测模型。并基于6组18650 LCO锂离子电池共计706组容量衰退循环数据给出了Pearson相关系数法以及神经网络下的多数据融合法有效性验证,验证结果表明(dT/dt)_(mean)作为SOH在线评估健康因子可以有效提升模型系统预测精度。     

基于温度特征提取的数控机床热误差建模

在数控机床的热误差补偿技术中,机床温度信息的提取对改善机床的加工精度至关重要。首先对广泛使用的模糊聚类多元线性回归模型在变工况下的性能进行了试验,结果证明:试验工况变化后,该模型预测值失准。通过方差膨胀因子判断,这种现象是由模型自变量的复共线性引起。为了改进上述模型,提出了一种温度特征提取的建模方法,通过特征提取算法,提取模糊聚类优化测点的综合特征,从而得到综合特征自变量,最后利用综合自变量进行回归建模。试验表明,该方法有效消除了复共线性对模型预测精度和鲁棒性的影响,优化后的回归模型均方根误差在4μm以内,可有效预测76%以上误差,相较于其他方法表现出优良的预测性能,易于在其他机床热误差补偿中推广使用。     

高速受电弓上框架加速寿命试验载荷谱编制研究

以受电弓上框架为研究对象,提出一种适合受电弓部件的加速寿命试验载荷谱编制方法.首先,基于有限元方法建立弓网耦合动力学模型,应用多体动力学仿真计算得到上框架载荷谱;运用动应力分析方法,将上框架载荷时程数据转换为所关注焊接处的应力谱;同时,研究了应力谱振幅方法的统计特性,结果表明幅值服从威布尔分布,并运用参数法外推建立了八级一维加载谱;为便于实验台架作动器的加载,提出了载荷反推方法,通过台架实验的数据得到,对比加速谱的误差控制在6％以内.该方法可为受电弓各部件的疲劳寿命试验和寿命预测提供参考.     

动车双螺旋电缆线剩余寿命预测模型设计与实验

针对CRH380系列动车组车顶高压螺旋线寿命评估技术进行研究,通过建立双螺旋电缆寿命评估模型,判断达到五级修后延长其使用周期的可行性,从而实现降低高速动车组车辆运维成本的目的。通过对高压螺旋电缆老化机理和老化特征分析,确定电缆老化的主要影响因素;通过热老化加速寿命实验与击穿电压对比实验,确保加速寿命实验的合理性;利用数字化软件Matlab,对车顶高压螺旋电缆热老化实验相关数据进行分析,确定相对精确的寿命模型。实验结果表明,该寿命模型可以较为精确的计算出双螺旋电缆的剩余寿命。     

HEV车用动力电池管理系统SOC估算策略研究

锂离子动力电池的荷电状态(SOC)估算是BMS的主要功能之一,但受动力电池的非线性特性、恶劣的运行环境和动态转换频繁等因素制约,精确估算SOC成为控制模型开发的主要技术难点之一。首先针对锂离子动力电池的内在电特性,提出采用修正的一阶RC等效电路模型对其进行模拟;确定动力电池的极化内阻R_p、极化电容C_p、充电内阻R_c、放电内阻R_d等为关键参数;通过实验初步验证模型参数,为实现更加精准的动力电池模型奠定了理论基础,并具有较强的实用价值。在此基础上,结合常用SOC估算方法,针对锂离子动力电池,建立一种以卡尔曼滤波为主,结合开路电压修正、安时积分法的SOC估算策略。台架初步试验结果表明,SOC估算精度可以达到3%以内。