粉末冶金涡轮盘低周疲劳寿命可靠性敏度分析

对于在0-起飞-0循环载荷作用下的某型粉末冶金涡轮盘,利用可靠性分析的要求寿命-实际寿命干涉模型,建立了给定寿命要求下的涡轮盘低周疲劳寿命非线性极限状态方程。在此基础上,分别采用改进一次二阶矩法、Monte-Carlo模拟法和马尔可夫链模拟方法,对涡轮盘进行了低周疲劳寿命可靠性灵敏度分析。通过对分布参数可靠性灵敏度作无量纲归一化处理,得到了影响涡轮盘低周疲劳寿命失效概率的分布参数排序,其中起飞状态应变的均值对失效概率的影响最大。研究了涡轮盘寿命可靠性灵敏度随基本变量变异系数变化的趋势,分析了变化趋势对设计的影响。同时,通过3种可靠性灵敏度方法结果的对照分析,得出了各种方法的适用范围。     

汽轮机寿命监测系统

将汽轮机转子作为监测对象,确定其基本信息和热应力分布情况.从转子疲劳寿命损耗和高温蠕变寿命损耗两个方面给出转子寿命损耗的计算方法,设计并实现了汽轮机寿命监测系统,以实现汽轮机寿命监测与管理的任务.     

考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计

为了研究温度及热应力分布对排气歧管的振动特性及疲劳寿命的影响,对汽油机排气歧管进行基于热机耦合的频率响应分析.研究发现,由于温度及热应力的不均匀分布会改变结构的刚度,热载荷的存在对传递函数峰值频率及应力幅值均产生了较大影响.热载荷与机械载荷耦合作用下的振动疲劳寿命较不考虑热载荷的振动疲劳寿命低42%,热机耦合在疲劳寿命分析中有着显著的作用,不可忽视.为了优化排气歧管的振动特性并延长其使用寿命,对排气歧管支架进行拓扑优化及多目标形貌优化.通过拓扑优化寻找最佳传力路径;在拓扑优化的基础上以提高排气歧管疲劳寿命为总目标,以提高危险频率段内的1、2、3、6阶固有频率为子目标,通过加权指数法建立目标函数,对支架进行多目标形貌优化确定加强筋位置.进行多目标优化后的排气歧管支架对提高排气歧管振动疲劳寿命效果明显,疲劳寿命较优化前增加了31.2%.     

发动机排气管热结构有限元分析

针对发动机排气管在使用中出现开裂的问题,对开裂部位进行热结构分析,利用UG构建发动机排气管三维CAD模型,采用流体计算软件Fluent和有限元软件ANSYS对排气管进行热流固耦合仿真分析,得到排气管温度场和热应力分布情况,并与排气管热冲击循环试验的结果相比较,流固耦合仿真的结果与试验结果基本一致,验证了所构建的排气管流固耦合热结构模型是正确的,同时也证明了排气管出现裂纹是由于其热应力太高造成的。     

功率循环下CSP封装结构焊点的寿命预测分析

采用非线性有限元方法，分析了CSP封装形式的焊点在给定功率循环下的应力应变．单一内变量的统一粘塑性Anand本构方程，描述了63Sn37Pb焊料的粘塑性变形行为．考虑封装体内温度梯度的存在，更加真实地模拟芯片实际发热机制，采用间接法将CSP功率循环模拟方法具体分为瞬态热分析和热应力分析两个阶段．热分析得到的温度场分布结果作为热应力分析的栽荷．通过基于以能量为基础的疲劳寿命预测公式预测焊点的失效循环数．对1／8CSP模型作寿命预测，并和简化模型作比较分析．结果表明，两者焊球温度分布和等效应力基本一致，焊球失效循环数相差不起过5％．     

汽轮机转子系统热不平衡响应的数值研究

由于热量分布不均衡,转子系统在启动或运行过程中会产生热弯曲并引起较大的热振动,影响转子系统的安全运行。利用有限元法对多自由度的某转子-轴承系统的稳态和瞬态启动过程的热不平衡响应进行了分析,研究了该转子-轴承系统的热振动特性,讨论了温度分布和启动加速度对转子系统振动特性的影响。计算结果为降低旋转机械系统运行过程中的热振动问题提供了一定的理论参考。     

鼓式制动器应力场数值模拟

针对鼓式制动器在制动过程中制动鼓出现开裂的问题,基于有限元法和瞬态热传导方程,分别建立了鼓式制动器接触分析模型和瞬态热分析模型。采用非线性接触方法分析了因制动蹄外张制动在制动鼓上产生的应力大小及其分布规律。利用瞬态生热对流与热传导分析方法得出了制动鼓上的生热-散热规律及其热应力的大小与分布规律。利用该模型分析了某重型车制动鼓开裂原因。结果表明,紧急制动工况时,机械应力和热应力对制动鼓不同部位的开裂都有影响,均可引起制动鼓疲劳开裂,且引起的开裂形态不同。该模型和分析方法对制动鼓的开裂失效研究具有很好的工程应用价值和理论指导意义。     

4Cr_2NiMoV模具钢热疲劳性能的研究

本文首次实验研究了新型热锻模具钢4Cr_2NiMoV 的热疲劳裂纹起始寿命及其规律.根据修正后的 Manson-Coffin 公式以及热应力引起的应变范围,导出一个新的描述热疲劳裂纹起始寿命的表达式,并用4Cr_2NiMoV 钢实验结果验证上述表达式是可行的.此外,本文还简要讨论了热疲劳裂纹扩展及断口形貌的特性.     

厚壁圆筒热冲击作用下的应力场

针对热冲击的瞬时特性,在运用Laplace变换求解厚壁圆筒内部受热冲击作用温度场的基础上,求解了圆筒的热应力响应,探讨了热应力随时间变化和随圆筒内外径比变化的规律,为研究管式反应器减小热冲击损伤提供了理论参考.     

加筋板在热声载荷作用下随机疲劳寿命估算

薄壁结构在热声载荷作用下的应力响应对其疲劳寿命估算有着很大的影响。给出了热声载荷作用下加筋板结构的大挠度运动方程,运用有限元方法进行数值模拟,分别计算了四边简支薄壁板与加筋板在相同有限带宽高斯白噪声载荷和变化温度下的应力响应,得到了应力时间历程、应力概率密度分布和应力功率谱密度,利用改进的雨流计数法,结合线性累计损伤理论,采用Smith-Watson-Topper(SWT)平均应力模型估算了两种结构在热声载荷作用下的疲劳寿命,并进行了比较分析。     

CCGA焊点热疲劳寿命统计分析与评价优化

通过对 CCGA焊点形态参数与热疲劳寿命进行正交回归分析 ,得出了 CCGA焊点形态主要参数与热疲劳寿命之间的关系表达式。利用得到的焊点形态参数与热疲劳寿命的关系表达式 ,采用优化程序对基于焊点热可靠性的焊点形态进行了评价优化 ,得到了优化后的焊点形态参数。     

PBGA焊点形态参数对热疲劳寿命的影响

焊点形态参数直接影响ＳＭＴ焊点的可靠性,为了建立ＰＢＧＡ焊点形态参数与热疲劳寿命的关系,利用ＢＧＡ焊点成形软件得到焊点形态,采用ＰＢＧＡ阵列数学分析与关键焊点非线性有限元分析相结合的方法得到关键焊点内的最大总应变值,利用热疲劳寿命计算公式得到焊点的热疲劳寿命。通过分析和数据处理得到ＰＢＧＡ焊点形态参数与热疲劳寿命之间的关系曲线,并总结出焊点形态参数对热疲劳寿命的影响规律及它们的关系表达式。     

高超声速热气动弹性中结构热边界影响研究

基于分层求解思路研究结构热边界对高超声速飞行器全动舵面和翼面结构热气动弹性特性的影响。首先,基于CFD求解N-S方程得到热环境,在此基础上进行结构的瞬态热传导分析,进而分析结构由于温度梯度产生的热应力和温度对材料属性的影响下的模态固有特性,然后将结构振型插值到气动网格上,最后,通过求解Euler方程得到流动参数,基于CFD的当地流活塞理论计算气动力,在状态空间中进行了气动弹性分析。通过对4组结构模型进行热气动弹性分析,研究了结构热边界对舵面和翼面热气动弹性的影响,结果表明:对全动舵面而言,结构热边界首先会影响舵轴处结构的热传导过程及温度分布,进而对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响达到了16%。对翼面而言,结构热边界对结构固有频率、频率间距、颤振速度以及颤振频率的变化产生的影响约为1%。因此,工程实际当中,进行热气动弹性分析时应采用合理的结构热边界。     

CCGA焊点热疲劳寿命统计分析与评价优化

通过对CCGA焊点形态参数与热疲劳寿命进行正交回归分析，得出了CCGA焊点形态主要参数与热疲劳寿命之间的关系表达式。利用得到的焊点形态参数与热疲劳寿命的关系表达式，采用优化程序对基于焊点热可靠性的焊点形态进行了评价优化，得到了优化后的焊点形态参数。     

热声载荷作用下薄壁壳结构非线性响应及疲劳寿命估算

高超飞行器表面薄壁结构在热声载荷下发生复杂非线性响应,结构内部快速变化的应力对结构疲劳寿命有显著影响。在原有平板结构计算结果基础上,利用有限元法对薄壳结构在热声载荷下的大挠度非线性随机响应进行了分析,得到了薄壁壳在均匀温度下的非线性响应,结合线性损伤理论和雨流循环计算法对薄壁壳结构疲劳寿命进行了估算。结果表明,薄壁壳在热声载荷下的非线性响应呈现明显的稳定-失稳-稳定过程,结构寿命在失稳状态下受到严重影响;非线性响应的应力幅值和均值共同表征结构的疲劳损伤特性。     

F119高压涡轮热交换传感器

美国空军实验室（AFRL）研究人员开发传感器技术用以研究F119发动机中热-结构的交互作用。因为F119发动机孔槽中出现的热应力裂痕可能会显著降低其高压涡轮（HPT）盘的寿命。由于目前还没有工程模型可以准确描述此区域的传热状况。因此．AFRL准备采用一种新开发的高热流密度矩阵测量装置来进行试验。AFRL将多层薄膜传感器用于实际的F119发动机高压涡轮转子中。传感器被置于狭小的冷却液流动沟槽内．冷却液体流经此槽注入转子叶片底部。     

对称型梯度功能材料的瞬态热应力强度因子

采用摄动法推导出无限大对称型梯度功能材料平板的一维非定常温度场及非定常热应力场的解析表达式 ,并采用权函数法计算了受热冲击的含双边裂纹的对称型梯度功能材料平板的瞬态热应力强度因子 .通过两种Al2 O3 TiC系梯度功能陶瓷平板表面冷却条件下的计算实例并与均质陶瓷材料对比 ,分析了材料的热 物理性能分布规律对瞬态热应力强度因子的影响 ,并提出高抗热震性梯度功能陶瓷的设计原则     

区间参数梁结构热弹耦合效应分析

研究了含有区间参数梁结构在温度载荷和力载荷共同作用下的热弹耦合动力响应问题．建立了热弹耦合动力学有限元模型,给出了对结构瞬态温度场和动力响应进行相互交替迭代求解的耦合计算方法,其中,结构瞬态温度场利用有限差分法求解,结构动力响应则利用时间积分法求解．针对区间变量的有限元方程,基于各变量在区间范围内为均匀分布的近似处理,利用改进的蒙特卡罗方法求解,获得动力响应的区间范围．通过悬臂梁算例,分析了热弹耦合效应对动力响应的影响,并针对结构的弹性模量和热膨胀系数区间范围增大的情况进行了比较和分析,得出这两参数以及结构变形大小是影响耦合效应的主要因素．     

科学计算可视化技术在转子热应力分析中的应用

应用华北电力大学开发的转子热应力分析软件，分析计算500MW汽轮机转子的热应力，得到了从转子建模到温度场和热应力场计算全过程的图形输入与显示，可减轻工程技术人员的数据处理工作量，加强现场运行人员对各种运行工况下转子热应力分布规律的了解，为机组的安全运行提供了保证。     

基于多元线性回归的PBGA可靠性灵敏度分析

基于全局灵敏度分析方法,研究了塑封球栅阵列(PBGA)的热机械疲劳可靠性,得出对PBGA热机械疲勇寿命影响较大的设计参数.利用正交试验法,建立BT基板弹性模量、PCB弹性模量和焊球半径不同水平组合下的PBAG有限元模型,并对其进行热应力分析,利用修正后的Coffin-Manson方程对其进行寿命预测.基于多元线性回归法,建立PBGA寿命与关键设计参数的函数关系,并对该方程的预测效果进行验证.结果表明预测结果可信.