基于热流固的热障涂层整体叶盘振动特性研究

为了研究复杂载荷对整体叶盘振动特性的影响,基于热流固耦合方法对热障涂层整体叶盘振动特性进行研究。简化整体叶盘模型,对叶片表面涂敷热障涂层并建立整体叶盘的流场模型;在Fluent中采用热流固耦合方法对整体叶盘的表面进行气动载荷和温度载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法分别对不同工况下整体叶盘的振动特性进行分析。结果表明:考虑离心载荷对整体叶盘的固有频率影响最大,温度的影响最小;对比不同工况下,考虑温度载荷对整体叶盘的共振点个数无影响,气动载荷增加整体叶盘的共振点个数。     

科氏力对硬涂层整体叶盘振动特性的影响分析

以某航空发动机整体叶盘简化模型为研究对象，对叶片表面涂覆NiCrAlY硬涂层，建立硬涂层整体叶盘有限元模型。针对不同工况下仅考虑离心力影响和同时考虑科氏力和离心力影响的2种情况，进行模态分析，研究离心力和科氏力对不同转速下硬涂层整体叶盘模态特性的影响，并讨论硬涂层对整体叶盘系统固有特性的影响；最后，根据计算得到的固有频率，得到2种不同载荷下的坎贝尔图，求得硬涂层整体叶盘发生共振时的危险转速。结果表明：转速越大，固有频率值升高，科氏力对频率特性影响越大；硬涂层对整体叶盘结构的频率影响较小，硬涂层削弱了科氏力的影响;对于高速旋转的整体叶盘系统，科氏力影响显著，工程计算时不可忽略。     

硬涂层整体叶盘频率转向特性研究

硬涂层减振是一种极具应用前景的减振技术,被广泛应用于整体叶盘阻尼减振,研究旋转硬涂层整体叶盘频率转向特性具有重要意义。针对NiCoCrAlY+YSZ硬涂层整体叶盘减缩结构建立有限元模型,研究工作状态下硬涂层整体叶盘模态动频曲线两阶模态间频率转向和振型转换特性,和高阶模态间复杂的频率转向特性及硬涂层对整体叶盘频率转向和振型转换特性的影响。仿真结果表明：频率转向区附近转速n=600 rad/s时,无涂层整体叶盘第5阶和第6阶固有频率差值为15.14 Hz,硬涂层整体叶盘第5阶和第6阶固有频率差值为14.04 Hz,频率转向区附近固有频率变化率为7.26%;硬涂层的涂敷不会影响频率转向现象的发生,但改变了两阶模态间频率转向区动频曲线间隙,对频率转向区处模态振型无影响。     

裂纹对航空发动机整体叶盘振动特性的影响

针对航空发动机涡轮叶盘运行中产生的疲劳裂纹改变振动特性的问题,基于有限元模态分析理论对其进行研究。建立不同裂纹长度、裂纹分布位置的整体叶盘有限元模型,分别分析动静态下固有频率的变化;分析裂纹对整体叶盘频率转向的影响;最后,通过分析含裂纹叶片在激励作用下的响应,得出其响应幅值和振动方向的变化。结果表明：裂纹会降低整体叶盘固有频率,且对低阶频率影响较大;裂纹会影响整体叶盘振型,出现振动局部化现象;裂纹的出现影响整体叶盘频率转向现象的发生;整体叶盘中含裂纹叶片的响应峰值随着裂纹长度的增加而逐渐增大,且裂纹叶片会出现大范围振动反向现象。     

燃气涡轮起动机离心叶轮叶片断裂分析

燃气涡轮起动机长试到某一阶段,分解检查发现离心叶轮排气边叶片断裂。采用外观观察、断口宏微观观察、组织检查及硬度检测等方法对该断裂叶片进行原因分析。结果表明:离心叶轮排气边叶片断裂性质为高周疲劳,可能与叶盘振动有关。对离心叶轮进行振动特性计算,绘制用于振动分析的坎贝尔图,经分析,离心叶轮在设计转速附近存在高阶高频耦合共振、激振载荷较强,两者共同作用导致叶片断裂。     

铸造材料伸缩尾翼气动载荷下接触问题的分析与研究

采用有限元技术,应用MSC仿真软件分析铸造材料伸缩结构尾翼在弹道飞行过程中气动载荷矩阵作用下的接触应力问题。通过建立计算模型,施加边界条件及启动接触非线性求解器进行求解,得到尾翼三维结构下的位移和应力情况,该种MDNastran隐式非线性求解器S01．600计算方法能够充分模拟实际三维结构的接触问题。     

航空发动机两级燃油泵耦合振动特性分析

基于结构模态分析基本理论,建立两级燃油泵转动部件装配体结构耦合振动特性仿真分析方法。选取民航发动机上常用的两级燃油泵转动部件为分析对象,基于通用有限元软件平台建立其耦合振动特性分析的三维有限元模型,考虑工作转速范围内各零件间的实际连接情况,在能够线性求解的前提下,使相互接触零件的质量-刚度分布成为彼此振动的边界条件,同时又能计入相互接触零件间应力状态对振动特性的影响。利用该模型,计算了转动部件装配体结构在各转速工况下耦合振动的振型和频率,并结合其工作情况,画出共振特性曲线。分析发现了外载荷对结构耦合振动特性的影响规律及振动薄弱环节,在结构和维护上给出相应措施,以提高该两级燃油泵整体可靠性。     

冲击载荷作用下减速器行星齿轮传动系统振动特性研究

行星机构应用领域广泛,其稳定性影响生产可靠性。为了研究行星齿轮传动部分的振动特性,以某减速器行星部分为研究对象,采用集中质量法建立行星齿轮机构的动力学模型,建立单个齿轮振动模型,得到影响振动特性的因素。利用动力学分析软件,研究冲击载荷作用下行星齿轮机构的振动情况,获得各级传动角速度及啮合力曲线。结果表明:啮合力在起始阶段存在大范围波动,有冲击作用,啮合力围绕均值上下波动,在小周期内重复相同的波动;冲击载荷作用下,啮合力的不稳定性增强,大范围地波动,啮合力接近于稳定载荷下的3倍;对结构柔性化后,柔性体接触间会发生小幅度弹性变形,变形导致啮合冲击增大。研究结果为行星齿轮传动系统的优化设计提供了参考。     

整体叶盘回转辅助水平振动式抛磨的颗粒力学行为仿真分析

针对目前抛磨整体叶盘存在的加工效率低、均匀一致性差等加工难题,采用回转辅助水平振动式滚磨光整加工工艺对整体叶盘进行抛磨加工。基于离散元法模拟加工过程中颗粒的作用行为,探究颗粒对整体叶盘的作用行为特征、作用力变化规律、作用力分布特征。结果表明:颗粒在整体叶盘流道区域与两侧无工件区域具有不同的运动特征,两侧颗粒仅能作用于整体叶盘的两侧区域;整体叶盘回转过程中,叶片在进出流场区域时会受到一些突变力的作用,沿回转方向叶片表面受力呈先增大后减小趋势,而且改变回转方向影响颗粒对叶背、叶盆的作用力波动幅度;颗粒对叶片表面的作用力存在明显的强弱差异,作用力RSD值在30%～60%,叶背强作用力主要集中于进气及叶尖区域,叶盆强作用力主要集中于排气及叶尖区域。      

风沙环境下偏航角对高速列车的冲蚀及气动性能的影响研究

为研究不同偏航角下风沙耦合作用(激励)对高速列车的气动性能和冲蚀特性的影响,基于空气动力学理论,采用Navier-Stokes方程、标准κ-ε湍流模型对气流进行连续化处理,应用DPM模型对沙粒进行离散化处理。模拟车速230 km/h、风速30 m/s条件下,0°偏航角、45°偏航角和90°偏航角3种工况下,列车的气动特性、冲蚀特性以及侧力系数、阻力系数的变化规律,采用欧拉-拉格朗日方法分别进行求解。研究结果表明:随着偏航角的增大,正压区域逐渐向侧面扩大,涡流也逐渐增大,阻力系数减小,侧力系数逐渐增大;90°偏航角有沙侧力系数是0°偏航角有沙的250倍,90°偏航角无沙侧力系数是0°偏航角无沙的142倍;冲蚀面积由头部向侧面转移且增加,冲蚀率增加。     

超声辅助TiAlN和TiAlSiN涂层刀具切削不锈钢性能的研究

研究了不同涂层铣刀在超声振动辅助作用下切削304不锈钢的切削性能,如磨损情况、刀具寿命、工件表面质量以及切削力。分别采用未涂层、TiAlN、TiAlSiN涂层铣刀结合超声刀柄进行铣削实验;对比研究不同影响因素耦合下的切削性能;采用超景深三维视频显微镜表征刀具后刀面磨损情况;采用粗糙度测量仪测试工件表面粗糙度;采用扫描电镜观察工件的表面形貌;采用kistler测力仪测量切削力。结果表明:TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下,磨料磨损速度最慢,铣刀使用寿命最长(走刀距离在45m左右),其寿命是无超声振动辅助无涂层铣刀寿命的11.25倍。TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下加工304不锈钢工件的表面粗糙度最好;从无超声状态到有超声状态下加工,TiAlN涂层刀具加工时工件所受的切削力均略小于TiAlSiN涂层刀具加工时工件所受的切削力。     

整体叶盘激光冲击强化的疲劳性能考核

整体叶盘激光冲击强化在国内应用10余年,但国内对叶盘/叶片激光冲击强化后性能评价没有统一的标准。本文介绍整体叶盘叶片抗外物损伤（FOD）和改善高低周疲劳性能需求,分析国内外激光冲击强化整体叶盘的发展和性能评价方法。针对整体叶盘强化后性能考核问题,分别采用平板振动疲劳试验、叶片一阶振动、三点弯曲疲劳考核钛合金叶片激光冲击强化的效果。结果表明：激光冲击强化能明显提高叶片振动疲劳寿命。但由于一弯振动疲劳试验不能很好地评价边缘带缺口的叶片疲劳寿命,因此激光冲击强化提高叶片抗FOD性能适合采用三点弯曲疲劳试验。三点弯曲疲劳试验表明,叶片边缘一旦形成缺口,疲劳强度会急剧降低,激光冲击强化可以大幅度提高带缺口的三点弯曲试件疲劳寿命,但还是明显低于没有缺口的状态。     

载荷和温度对Fe-Al/Cr3C2复合涂层摩擦磨损性能的影响

目的研究不同载荷、不同温度下Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的摩擦磨损特性,为不同工况条件下应用该涂层实施抗摩擦磨损治理提供理论依据。方法采用THT07-135高温摩擦磨损试验机对Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的摩擦磨损特性进行测试,载荷分别选用3、5、7 N,温度选择25、300、450、550、600℃,利用配有EDAX能谱仪的扫描电镜观察涂层磨痕表面形貌并进行元素分析,利用透射电镜对涂层的精细结构进行分析。结果同一温度下,涂层的摩擦因数随着载荷的增加而降低,磨损量随着载荷的增加而升高,载荷对磨损量的影响随温度的增加逐渐降低。载荷一定时,涂层的摩擦因数先增加后逐渐降低,450℃时涂层的摩擦因数最高;涂层的磨损量整体呈下降的趋势,450℃时涂层的磨损量最大。温度较低时,涂层磨损主要以脆性断裂的剥层磨损为主;温度升高至450℃,涂层磨损主要是脆性断裂、塑性变形以及少量粘着磨损;550℃以上时,涂层磨损主要是粘着磨损、塑性变形磨损。结论 Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层具有较好的抗高温摩擦磨损性能,氧化物的增加以及铁铝金属间化合物高温时,B3相与D03相之间的转变提高了涂层的抗高温摩擦磨损性能。     

液压缸驱动下叶片辊轧机传动系统动力学特性北大核心CSCD

为了分析液压缸非线性动力学特性对叶片辊轧机传动系统振动的影响,建立了液压缸与叶片辊轧机传动系统耦合振动模型,考虑载荷作用下齿条基体产生弹性变形,推导出上轧辊二级齿轮-齿条时变啮合刚度,采用Runge-Kutta法求得了系统动力学特性,研究了无杆腔的初始有效长度、齿轮-齿条啮合刚度等参数对辊轧机传动系统的动力学特性的影响。分析表明,无杆腔的初始有效长度的增加,使系统逐步由周期运动进入倍周期运动,最终转为混沌运动;此外,齿轮-齿条啮合刚度引起上轧辊一级齿轮以及上轧辊二级齿轮-齿条的振动位移在初始时刻产生一定的波动,而对下轧辊一级齿轮的运动状态影响较小。     

建筑铝型材的表面电镀与性能

采用电镀技术在建筑用Al-Cu-Mg硬铝合金型材上制备了Ni涂层和Ni/GO涂层,对比分析了基材和涂层的显微形貌、硬度、耐蚀性能和耐磨性能.结果 表明,铝合金表面涂层中未见气孔或者裂纹等缺陷,整体较为致密,Ni涂层的C和O原子质量分数和原子分数都远小于Ni/GO涂层;表面镀Ni涂层和Ni/GO涂层都有助于提升表面硬度,Ni/GO涂层的硬度约为基材硬度的1.43倍;极化曲线和电化学阻抗谱测试结果表明,Ni涂层和Ni/GO涂层的耐蚀性能都优于基材,且Ni/GO涂层的耐蚀性最好;不同载荷作用下,Ni涂层和Ni/GO涂层的耐磨性能都优于基材,且Ni/GO涂层的耐磨性能最好.     

飞行状态下热障涂层的受力行为

本文通过在计算机中建立航空发动机叶片的工作环境,进而模拟在飞行状态下叶片表面涂敷的陶瓷热障涂层的受力行为,获得了陶瓷涂层在热气动载荷作用下应力场分布,并得出应力场分布与涂层结构和叶片几何形状及与承受的载荷之间的关系,提出了进一步提高陶瓷热障涂层的使用寿命的途径。     

基于分布位错法对涂层裂纹力学行为的研究

目的 在单轴拉伸载荷下,用理论方法求解弹性涂层中裂纹的力学性质和相互影响。方法 根据叠加原理,将问题分为2个子问题,使用分布位错原理求解裂纹问题,将裂纹建模为沿裂纹线分布的位错阵列,叠加后使用数值求解方法进行求解。结果 得到了不同涂层模量、不同裂纹长度下表面裂纹尖端的应力强度因子（SIF）和涂层界面应力。涂层与基底模量相差越大,表面裂纹越长,其界面应力越大。计算了不同方位下的微裂纹对表面裂纹的影响,给出了60°倾角微裂纹、2l/h=0.2和2l/h=0.04表面裂纹以及2a/h=0.01和2a/h=0.018表面裂纹的影响区域。分析了涂层内部倾斜裂纹对表面裂纹应力强度因子和扩展角的影响。内部倾斜裂纹尖端对表面裂纹尖端的等效应力强度因子（ESIF）有增强作用,两侧有减弱作用。结论 较硬涂层对表面裂纹的扩展有增强作用,裂纹越长,受涂层模量对其应力强度因子的影响越大。微裂纹对表面裂纹的影响跟微裂纹位置、方向、长度和表面裂纹长度有关。表面裂纹附近的倾斜裂纹对表面裂纹的扩展具有吸引作用。     

振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析北大核心

为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。     

CVC冷轧机工作辊垂直-水平耦合振动分析

轧机系统异常振动是影响轧件质量的主要因素。不同属性的振动共同促使了轧机系统的整体振动,辊系的垂直振动和工作辊的水平振动是较为主要的振动。根据某钢厂CVC轧机实际参数建立了轧机垂直-水平振动的动力学耦合模型并进行了求解,得到了变参数下轧机振动响应情况,通过提取钢厂轧机在线振动监测系统数据分析验证了仿真的正确性。结果显示,轧制工作辊处存在耦合振动情况,轧机系统振动特性与各种轧制工艺参数有关,对工艺参数进行适当调整可以有效地减小轧机振动。     

等离子喷涂镍包石墨涂层的研究

为满足机械零部件固体润滑的要求,采用等离子喷涂方法在蠕墨铸铁表面制备镍包石墨涂层,研究其摩擦特性。结果表明:在4、8、20 N的载荷下,蠕墨铸铁与GCr15对磨摩擦系数分别为0.64、0.68、0.71,镍包石墨涂层与GCr15对磨摩擦系数分别为0.22、0.18、0.15,镍包石墨涂层起到明显的耐磨减磨作用。在4 N载荷下,磨损量从2.8 mg降到1.4 mg;在8 N载荷下,磨损量从3.2 mg降到1.6 mg,在20 N载荷下,磨损量从4.6 mg降到1.8 mg,镍包石墨涂层与蠕墨铸铁基体相比耐磨性显著提高,因此,镍包石墨涂层同时起到减磨与耐磨作用。载荷为4 N时,镍包石墨涂层的磨损机制以粘着磨损为主;载荷为8、20 N时,其磨损机制以磨粒的切削与石墨的润滑减摩为主。