摘要：压水堆核电厂反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)、蒸汽发生器(Steam Generator,SG)、主泵等大型碳钢设备的容器管嘴与奥氏体钢管道通过异种钢焊缝(Dissimilar Metal Weld,DMW)相连接.厚壁DMW存在材料不均和较为复杂的焊接残余应力(Weld Residual Stress,WRS),容易导致疲劳或应力腐蚀裂纹的产生.首先,调研了国际上经测量和数值分析获得的核电厂DMW的WRS情况;其次,基于一种单元体的体积均匀加热的WRS快速仿真方法,获取了一回路热管段(RPV出口至SG进口之间的连接管段,其为一回路压力边界中运行参数最高的管段)DMW的WRS.数值仿真分析的结果与美国推荐的拟合包络曲线趋势一致,且整体上可以被美国推荐的拟合曲线包络,说明所述的WRS快速仿真方法是可行的.厚壁DMW的WRS数值较大,但在管道内、外表面位置处的应力值比美国的推荐值保守,表明在实际结构分析中可以获得更多的安全裕度.

摘要：工业管道常与压缩机、泵等动力设备连接,承载了物料运输、压力传导等重要功能,是工业生产中物料传递的"高速路".长期过大的振动是管道结构疲劳损伤、安装在管道上的仪表脱落、配套元件失敏等问题的根本原因.对管道振动、噪声及其控制技术的研究,是满足工业生产要求的基本前提.颗粒阻尼器由于其阻尼效果明显、可靠性高、便于安装等优点,常常用于工业管道的振动控制中.然而,颗粒阻尼材料的减振机制、设置方法等尚不完备,导致其减振效果难以预测.首先,研究用于L形工业管道减振的颗粒阻尼器的理论计算方法,分析了颗粒在"等效固体""等效液体"2种状态下的阻尼耗能机制.然后,按照阻尼器安装位置振动烈度的不同,提出颗粒阻尼器的理论计算方法.研究结果表明,无错位流动的小振动条件下,将颗粒的耗能等效为颗粒与管道之间的脉冲碰撞力以及摩擦耗能;大振动条件下,颗粒之间形成了错位流动,表现出黏滞阻尼效应.理论和试验结果表明,当颗粒阻尼器位于约化加速度Γ≤3.8的环境中时,宜采用碰撞阻尼的方法表征颗粒阻尼器的耗散性能;当颗粒阻尼器位于约化加速度Γ>3.8的环境中时,宜采用多相流的思路预测颗粒阻尼器减振效果.

摘要：可靠性工程中,时常采用指数分布来描述产品(零部件或设备)寿命;相应的,产品的失效率为常数(不随产品服役时间变化).然而,只有某些具有特定性能的产品或在特定的载荷环境中寿命才会服从指数分布,失效率才会是常数.在零部件寿命不服从指数分布的情况下,假设寿命服从指数分布会导致可靠性及失效率分析结果严重偏离真实情况;在零部件寿命服从指数分布的场合,随意假设零部件独立失效,会错误地估计设备(由零部件构成的系统)的可靠性.从产品性能和服役载荷环境两个方面分析、推断产品失效率的属性(是否随产品服役时间变化),进而揭示产品寿命服从指数分布的条件,阐释在零部件寿命服从指数分布的条件下,系统中零部件失效的独立性/相关性问题.

摘要：为提高重型机械和航空航天装备粘接结构装配连接性能,构建了基于内聚力单元的胶粘结构连接失效破坏数值分析模型.分析了结构拉剪破坏过程中不同载荷时刻下胶层剪切应力分布的演变规律,研究了不同结构参数下极限失效载荷与结构刚度的变化规律,并开展了拉伸剪切破坏试验.结果表明,不同载荷时刻下胶层剪切应力分布从刚开始的U形逐渐变为M形,最后过渡为近似倒U形;增加胶层长度或宽度,极限失效载荷及结构刚度均会随之增大;随着胶层厚度或基底厚度的增加,极限失效载荷变化幅度较小;结构刚度则大致随着胶层厚度的增加而减小,随着基底厚度的增加而增大.

摘要：针对现在监测方法在轧机轴承早期故障诊断精度上的局限性,提出了一种基于嵌入式多源微传感器的轧机智能轴承结构设计方法,开发了集成温度和加速度信号的多源微传感器模块,并设计了轴承座轴向传感引线优化布局结构,突破了传统轴承空间受限下的传感集成瓶颈.建立了开槽结构的力学性能评估体系,通过强度校核与寿命计算验证了智能结构的可靠性.结果表明,开槽区域为10 mm×5 mm时的等效应力最大为99.71 MPa,较材料屈服极限具有充分安全裕度;结构整体最大变形量仅为0.24 mm且局部变形量小于0.02 mm,理论寿命与常规轴承保持一致.优化后的智能轴承在保证监测功能的同时,结构强度与寿命均满足工业应用要求.研究成果不仅为极端工况下轧机轴承早期故障诊断提供了高精度监测手段,更通过嵌入式设计实现了"监测-结构"一体化流程,其强度校核标准与寿命评估方法可直接指导工业现场智能轴承的改造升级,对提升轧制生产线运维效率具有重要工程价值.

摘要：研究了不同形式多分层对叶片主梁层合板抗拉强度的影响规律.开展了含单分层和多分层层合板的静态拉伸测试,并采用连续损伤模型(Continuous Damage Model,CDM)和内聚力模型(Cohesive Zone Model,CZM)对其损伤过程及最终失效模式进行了数值分析,数值结果与试验值吻合性良好,总体误差在7%以内.建立了1.5 MW-40.3 m叶片主梁等效层合板数值模型,预测了不同形式的多分层对层合板抗拉强度的影响.研究结果表明,分层的排布形式、最大分层面积、分层面积阶梯差对抗拉强度均有影响,三角形多分层要高于倒三角形多分层层合板的抗拉强度,最大面积分层靠近叶片层合板近表面,对拉伸失效载荷影响较大.

摘要：飞机进气道结构与发动机套筒之间使用沉头铆钉连接,在检修中发现部分铆钉发生疲劳断裂问题,分析认为制造过程中因铆钉孔垂直度不合格导致铆钉偏斜,造成铆钉承载能力降低,受机身振动影响引发疲劳断裂.通过有限元仿真方法研究铆钉孔倾斜对铆钉承载能力的影响,结果表明,铆钉孔倾斜会造成铆钉截面应力分布不均,且倾斜角度越大,铆钉头截面的铆钉最大应力和应力分布不均匀程度越高.不同倾斜角度下的铆钉轴向载荷疲劳试验表明,铆钉孔倾斜会造成轴向交变载荷下铆钉疲劳寿命的缩减.研究结果表明,制孔及锪窝工艺中铆钉孔垂直度不合格会造成铆钉截面内应力分布不均,降低铆钉承载能力,在飞机制造过程中应严格控制铆钉孔垂直度,以确保铆接结构的可靠性.

摘要：为探究某型航空发动机低压涡轮轴高低周复合疲劳试验过程中通油孔裂纹故障的性质和原因,对低压涡轮轴裂纹位置进行了外观检查、断口分析、表面检查、金相组织检查、有限元分析和裂纹扩展仿真.结果表明,低压涡轮轴通油孔裂纹故障为疲劳裂纹,其原因为通油孔采用电火花加工后,未完全去除重熔层,导致其内侧表面存在部分未去除的重熔层且有可见微裂纹,在较大的高低周复合载荷作用下萌生疲劳裂纹并发生了裂纹扩展,从而导致通油孔裂纹故障,通过裂纹扩展仿真分析预估初始裂纹长度介于0.2～0.3 mm.为了保证通油孔加工质量,考虑该位置加工可达性较差,建议可设计特殊工装、采用机械加工技术进行加工,在保证加工精度的基础上从根本上杜绝重熔层的影响.

摘要：针对DSA200型受电弓预防维修存在欠维修或过维修问题,提出一种利用受电弓失效数据来优化检查维修参数的方法.首先,利用图参数法对受电弓部件失效数据进行分析,拟合失效时间分布模型,初步判定失效数据服从指数分布,进一步采用Bartlett值法,验证失效数据服从指数分布的有效性;其次,基于受电弓组成结构和工作特性,构建受电弓为各部件串联的可靠性框图模型,根据受电弓部件具有恒定失效率特征,得出受电弓失效率;再次,建立受电弓预防性维修和更换最小费用模型,得到受电弓最优预防性维修的间隔时间和最优备件数量;最后,利用故障树分析法,分析受电弓部件的结构重要度、概率重要度和关键重要度,得出受电弓故障概率及检查维修中重点关注的部件.优化后的受电弓检查维修参数能够为检修人员提升维修水平和降低维修成本提供科学参考.

摘要：Octet-truss点阵结构具有高强、高韧以及轻质化的特征,是工程领域的优选材料之一.对具有浅预制裂纹的Ti6Al4V Octet-truss点阵结构进行了三点弯曲试验,并结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术对断裂过程进行观测.为了深入研究点阵结构的断裂韧性,针对结构的三点弯曲断裂行为进行有限元分析,利用各向同性弹塑性力学模型表征结构杆件组元的力学响应,试验验证了模型的有效性.基于结构的弹塑性断裂行为,利用J积分法计算Octet-truss点阵结构的断裂韧性.结果表明,Octet-truss点阵结构的断裂韧性与其相对密度、杆件长度的平方根呈正相关.对于裂纹尖端处的杆件组元,不同平面的杆件在相同截面尺寸下具有不同的应力状态和变形模式.针对结构的失效模式,通过优化不同平面杆件之间的截面尺寸比例平衡各杆件的应力状态,实现相同相对密度下的结构增韧.

摘要：高速加工技术通过提升切削速度和进给速度提高材料的切除率、加工精度、加工质量,是现代加工的主要方式之一.因此,保证高速加工的稳定性是高速加工的应用基础.首先,在传统稳定分析的基础上,进一步考虑了进给量对静态切削厚度的影响,建立了与进给量、刀具径向切深比相关的稳定性模型,并结合稳定性方差比分析了高速铣削加工的稳定性.然后,在单因素变进给速度试验的基础上,设计了滤除主轴转速频率分量的滤波器,并使用滤波信号序列与原始信号序列的方差比分析连续变轴向切深试验的铣削稳定性变化,验证了考虑进给速度影响高速铣削加工稳定性分析方法的有效性.结果表明,针对小径向切深的高速加工,所提方法可以更准确地实现铣削的稳定性判定.并且不稳定切削的极限轴向切深会随着进给量的增加而小幅度变化,进给速度会加剧铣削系统的不稳定程度.

摘要：为解决机载电子设备随机振动传递率计算准确度问题,首先,通过试验验证了STEINBERG正弦振动传递率基本模型和IRVINE随机振动传递率基本模型,发现IRVINE随机振动传递率模型的准确度有改进的空间.因此,在"三段法"的基础上将随机振动4σ、5σ瞬时加速度的影响综合考虑,提出更全面的"五段法";然后,结合机载电子设备特点,修正了模型的结构疲劳系数.结果表明,所提随机振动传递率计算模型与实测值的误差小于5%,更逼近实测值,证明所提模型更准确.

摘要：金属结构被广泛用于工业界,在役金属结构受拉压疲劳载荷易产生裂纹缺陷,为实现金属结构裂纹缺陷的定量化检测,研究了一种基于反向传播(Back Propagation,BP)神经网络的金属结构弱磁检测缺陷定量分析方法.针对BP神经网络在参数调整时的效果欠佳、效率低等问题,采用基于Sine混沌映射的改进鲸鱼优化算法(Improved Whale Optimization Algorithm,IWOA)对BP神经网络参数调整方式进行优化,兼顾全局寻优的同时提高局部寻优的能力,进而将IWOA搜索到的最优参数赋值给BP神经网络,提高网络初始参数的质量.以人工矩形槽模拟裂纹,对矩形槽的长度、宽度、深度进行反演定量.结果表明,IWOA-BP神经网络预测的平均精度均在80%以上,深度、长度、宽度预测精度分别提高了106.72%、9.68%、6.86%.

摘要：由于在实际工程中采集到的故障振动数据可能会伴随噪声,传统的诊断模型难以识别故障类别,针对此问题,提出一种基于通道和空间重组卷积与渐进式卷积神经网络(Channel and Spatial Reconstruction and Progressive Convolutional Neural Networks,CSRP-CNN)的滚动轴承故障诊断研究方法.所提模型利用通道和空间重组卷积(Channel and Spatial Reconstruction Convolution,CSConv)减少故障特征中通道和空间的冗余信息,降低复杂性和计算量以提高性能;使用卷积注意力模块(Convolutional Block Attention Module,CBAM)在通道和空间维度进行注意力增强操作,使模型关注重要的故障特征信息;在网络浅层采用渐进式卷积网络结构,将之前的故障特征信息与当前的输入进行融合,获取更加丰富的特征信息.通过凯斯西储大学(Case Western Reserve University,CWRU)和机械故障综合模拟试验平台(Machinery Fault Simulator Magnum,MFS-MG)两种不同的数据集对CSRP-CNN进行性能评估.经过噪声测试和消融试验,验证了CSRP-CNN具有较强的鲁棒性,以及CSConv、CBAM和渐进式卷积神经网络(Progressive Convolutional Neural Network,PCNN)对所提模型抗噪性能的影响.

摘要：车用电子水泵(Electronic Water Pump,EWP)的噪声是反映电子水泵性能优劣的重要指标,对其进行主动控制有利于改善车内声品质.为了实现对EWP噪声的主动控制,提出了一种混合随机载波空间矢量脉宽调制(Hybrid Random Carrier Space Vector Pulse Width Modulation,HRCSVPWM)策略.首先,采用Xorshift算法设计随机序列生成器,以产生随机性较好的随机数,分散集中出现在载波频率及其整数倍频段的大量谐波;其次,结合锯齿波周期函数,增加对脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)谐波幅值的削弱作用;然后,搭建EWP仿真模型对空间矢量脉宽调制(Space Vector PWM,SVPWM)、随机载波空间矢量脉宽调制(Random Carrier Space Vector PWM,RCSVPWM)和HRCSVPWM控制策略的谐波抑制效果进行对比分析,验证HRCSVPWM控制策略对PWM谐波的抑制能力;最后,搭建EWP噪声试验平台,对EWP在3种控制策略下的噪声进行分析.结果表明,HRCSVPWM控制策略可使EWP的噪声声压级得到明显下降,平均下降约为3 dB.

摘要：工作辊辊颈轴承段经常因轴承卡死等出现烧伤失效问题,现场通常采用增材制造的方式进行修复,对修复后的辊颈进行寿命预测是现场生产预估工作辊安全服役并进行检修的关键,但目前缺乏针对相关问题的研究.针对上述问题,对四辊轧机工作辊辊颈轴承段进行了应力分析和多轴寿命预测.基于西姆斯(SIMS)模型和影响函数法计算得到了轧制力和辊间应力,在轴承段取矩建立辊颈端力矩平衡方程,建立了辊颈轴承段弯曲应力模型.将变形抗力视为单位体积的塑性变形能,计算得到了变形区的轧制力矩,建立了辊颈轴承段扭转切应力模型.使用第一强度理论,联立弯曲应力和扭转切应力得到了等效应力.选用多轴疲劳模型,在证明模型计算精度的基础上,对辊颈轴承段进行了疲劳寿命预测,并与实际轧辊在生产线的服役寿命进行了对比.结果表明,该四辊轧机工作辊辊颈轴承段应力计算模型符合实际的辊颈应力状态,理论模型预测得到的服役寿命与实际服役寿命相比,误差小于20%,满足工程实际误差的要求.

摘要：针对车桥等零部件企业难以获取零部件耐久性试验规范的局限,提出一种前桥动力学模型驱动载荷构建方法,为前轴系统级台架试验与寿命验证奠定基础.基于整车动力学模型与实测道路载荷获取前轴寿命,以其过程及结果为参考,进行前桥模型驱动信号迭代.首先,对实测轮心六分力进行频带调整;其次,以前轴在各工况下的损伤/寿命与参考值差值最小为目标,结合响应面法与遗传算法对轮心三向力幅值调整系数进行优化,优化后的轮心三向力与其余三向力矩构成了前桥模型驱动信号.仿真结果表明,采用构建的轮心驱动信号进行前桥模型动态载荷模拟,获取的前轴寿命、风险点失效顺序以及各路况对危险点的损伤贡献比等都与参考结果具有较好的一致性,验证了提出方法的有效性,可为系统级台架耐久性试验的驱动信号构建与零部件寿命评估提供参考.最后,经过损伤主导载荷修正后,轴管损伤分布也与参考结果一致.

摘要：以含不同初始裂纹长度的某1.5 MW风力机塔筒为研究对象,对其分别施加竖向和横向地震载荷,每种地震载荷均包含4个地震烈度和3个实际地震震级.针对竖向和横向地震载荷对风力机塔筒裂尖应变场的影响进行研究与对比.结果表明,无论是在竖向还是在横向地震载荷下,随着地震烈度的增加,裂尖等效塑性应变面积均增加,但在横向地震载荷下,裂尖等效塑性应变面积增加更为快速.在Ⅵ和Ⅶ级地震烈度下,竖向地震载荷较横向地震载荷带来的影响更大;随着地震烈度的增加,在Ⅷ和Ⅸ级地震烈度下,横向地震载荷带来的影响急剧增加,远超过竖向地震载荷的影响.竖向实际地震载荷对裂尖等效塑性应变面积的影响与震级和地震加速度时程曲线有关,横向实际地震载荷对裂尖等效塑性应变面积的影响与地震加速度时程曲线有关.

摘要：短路工况下的冲击电流是影响试验变压器结构可靠性的关键因素.因此,提出了基于概率密度演化理论的变压器结构可靠性分析模型.首先,介绍了概率密度演化理论的基本原理,给出了磁-电耦合下短路工况绕组电磁力场分析方法.以此为基础,利用Abaqus软件有限元分析方法构建了变压器结构力学数值分析模型.以某AGF型20 kV试验变压器为例,对上述模型进行了论证,选取绕组纵向Mises应力为模型控制变量,给出了结构的应力分布特征和概率密度演化特征,计算了可靠度指标,并进一步讨论了铁芯和绕组的力学极值响应和分布区域.结果表明,短路冲击电流作用下绕组应力显著提升,可达阈值的82%左右,是影响可靠性的控制因素,提高变压器阻抗对于提升可靠性有显著影响.

摘要：钢丝绳输送带的本构分析是优化输送带设计和节能的关键问题,采用黏弹性理论及瞬态动力学的知识构建了基于表征钢丝绳的Maxwell模型和表征橡胶基体的Burgers模型,考虑了钢丝绳间的微动摩擦阻尼和钢丝绳与输送带之间的相互阻尼,构建了其混合本构模型,运用外加激励载荷的方法,在0～40℃条件下,建立本构模型间各参数之间的关系,运用Matlab对仿真曲线进行拟合、求解,在环境温度为40℃的条件下,对混合本构模型的准确性进行了验证.结果表明,模型预测数据与实测数据具有良好的一致性,其中最大误差为5.88%.证明此本构模型能够比较好地表征钢丝绳芯橡胶输送带,运用仿真加预测的方法,验证此模型的普适性.此研究为输送带结构优化和节能分析提供理论基础.