基于多尺度模型的航空管接头密封状态影响分析

作为连接液压管路和密封管路内的高压流体的重要部件,航空管接头的可靠性和稳定性至关重要。为了更加准确地理解和分析材料参数对航空管接头密封状态的影响规律,基于管接头实际粗糙表面建立多尺度有限元接触模型,研究材料属性对管接头密封状态影响规律。结果表明:基于实际粗糙度的多尺度有限元模型可以更加准确反映出密封接触状态;当卡套材料屈服强度小于管路材料屈服强度时,管接头密封接触面积变化较小,管接头密封区域密封接触压力值随屈服强度增大而增大;当卡套材料屈服强度大于管路材料屈服强度时,管接头密封接触面积减小,对应管接头密封接触压力分布没有形成良好密封状态,即卡套材料屈服强度的选择应接近管路材料屈服强度,进而获得最佳的管接头密封状态。

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。

基于Ansys冲击模型下石墨烯增强碳纤维复合材料叶片抗冲击性能分析

针对目前飞机发动机叶片使用存在的脆性大、横向耐冲力差等问题,本文基于显示动力学下冲击载荷模拟的方法,以具有高力学性能强度的碳纤维复合材料叶片为研究对象,进行冲击模型建立,对比分析不同冲击能量、速度下,碳纤维复合材料叶片的应力分布、应变、损伤情况等抗冲击性能。结果表明:添加石墨烯改性后,碳纤维复合材料的密度、弹性模量发生改变,使其界面作用力增大,材料横向耐冲力、耐磨性增强。相同冲击载荷下,石墨烯改性后的碳纤维叶片残余应力减少11.9%,应变减小6.4%,可以有效减小冲击时产生的损伤破坏。

基于VMD-HT的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征难以提取的问题,提出一种结合变分模态分解(VMD)和希尔伯特变换(HT)的特征提取方法,并且应用BP神经网络(BPNN)对特征进行分类,最后以实验验证了其可行性。首先,采用VMD对实测滚动轴承振动信号进行分解,并用HT变换计算分解得到的本征模态分量(IMF)的瞬时能量矩阵,然后,通过奇异值分解(SVD)对瞬时能量矩阵降维进行特征提取,最后将提取得到的特征向量输入训练好的BPNN中进行滚动轴承故障诊断。实验结果表明,此方法可以准确提取滚动轴承在不同故障状态时的特征,并且对滚动轴承故障诊断的准确率较高。

基于PRO／E的带阻尼台叶片精锻模具设计

压气机叶片作为发动机能量转换的重要零件之一,在发动机工作过程中承受着多种复杂的应力。本文以Pro/Engineer为软件平台,采用三维特征设计方法实现带阻尼台叶片的快速建模。通过计算确定了平衡角的大小为3.3°,方向为顺时针。设计了毛边槽,利用PRO/E软件所具备的参数化设计的功能对带阻尼台叶片的精锻模具进行设计。缩短了模具设计周期,减少了人工操作时间,对航空发动机叶片的精锻工艺制定具有重要意义。

基于流固耦合的硬涂层整体叶盘振动特性研究

整体叶盘在复杂多变载荷的作用下易出现振动损伤和使用寿命缩短等问题。针对此问题,以整体叶盘简化模型为对象,对叶片的压力面涂敷NiCrAlY硬涂层并建立叶盘的流场模型;在Fluent软件中采用流固耦合方法分别对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘进行叶盘表面气动载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘在气动载荷、离心载荷、气动和离心载荷共同作用下的振动响应、等效应力的分布进行求解,以及绘制叶盘的坎贝尔图。依据以上求解结果,对比研究了硬涂层和3种载荷方式对整体叶盘振动特性的影响程度。结果表明:硬涂层对整体叶盘的振动特性影响较小;相比离心载荷,离心和气动载荷共同作用时对整体叶盘振动特性影响更明显;硬涂层会降低整体叶盘的共振点数。

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。

考虑温度梯度的氧化锆整体叶盘振动特性分析

为了研究温度场对热障涂层(thermal barrier coatings, TBC)整体叶盘振动特性的影响,考虑温度梯度在叶片厚度方向的非线性分布,并建立TBC整体叶盘有限元模型。基于热-固耦合原理和稳态热传导理论,采用有限元方法分析了TBC整体叶盘模态特性,绘制坎贝尔图研究频率转向,并在频率转向区进行响应分析。结果表明:非线性温度分布的温度场会降低TBC整体叶盘的模态频率;其模态频率转向区的转向间隙因温升而逐渐降低;在激振力作用下,受迫响应曲线因温升而出现左倾趋势且响应峰值逐渐增大,影响范围在10%以内。可见温升对TBC整体叶盘振动特性影响显著。

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。

微过充条件下锂离子电池的老化机理

锂离子电池容易发生微过充导致电池失效,影响整个电池系统的安全。通过不同充电截止电压(3.6 V、3.7 V、3.8 V和3.9 V)下的磷酸铁锂锂离子电池微过充循环实验发现:微过充循环后的电池与正常循环电池相比,容量衰减更快;微过充后电池发生的老化机理为锂库存损失(LLI)和活性材料损失(LAM),且LLI与LAM之比随着充电截止电压的升高而增大,3.9 V充电截止电压条件下,电池LLI和LAM分别达到20.37%和22.17%。此外,欧姆内阻和极化内阻都随着截止电压的升高而增大,且固体电解质相界面(SEI)膜也在不断增厚。

空气流量对复合材料叶片振动特性的影响

分别对流体机械内部流场以及引入气动载荷的碳纤维增强复合材料叶片的结构响应进行分析.利用FLUENT软件对复合材料叶片进行三维流场分析,研究不同空气流量对流场内叶片压力以及速度的影响.将流场分析得到的数据导入ANSYS软件,并施加在叶片上,在考虑气动加载情况下,应用模态分析方法对叶片自由振动的固有频率、振型进行分析计算,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性.结果表明:空气流量对复合材料叶片的振动特性有一定影响,叶片最大位移响应随进口空气流量的逐渐增大而减小.

稳态温度场下整体叶盘固有特性分析

为了研究稳态温度场下处于高转速工作状态下整体叶盘的振动特性,根据相关参数建立全尺寸整体叶盘模型,并利用有限元方法对稳态温度场作用下的整体叶盘结构振动特性进行相关分析.在此基础上利用一维插值法赋予整体叶盘各个部分贴近实际工作状态下的温度值,最后通过有限元计算得到稳态温度场下整体叶盘的固有频率和振型分布特征.结果表明:在转速一定的情况下,整体叶盘表现出三种振动类型,包括弯曲振动、耦合振动、扭转振动.利用插值法设置的稳态温度场分析得到的叶盘固有频率较20℃荷载温度下得到的数值略有下降,下降频率为0.04%~2.33%.就下降幅度而言,一阶较为明显,二阶、三阶其次,四阶不明显;随着阶次的升高,固有频率值降低幅度减小.为设计航空发动机提供了一定的参考.

复杂载荷下硬涂层对整体叶盘的减振特性

为了研究硬涂层对航空发动机整体叶盘在复杂载荷下的振动影响,通过有限元分析的方法对比研究了其振动特性。首先,建立整体叶盘三维模型,导入ANSYS Workbench软件中,并在叶片的侧面添加NiCoCrAIY+YSZ硬涂层;其次,使用一维插值的方法对航空发动机整体叶盘进行稳态温度场设置,采用Fluent模块对整体叶盘气动载荷进行添加,运用预应力模态分析法研究在离心载荷、温度载荷和气动载荷作用下,硬涂层对整体叶盘非线性振动特性的影响;最后,绘制坎贝尔图,分析在不同转速下硬涂层整体叶盘的共振情况,采用谐响应分析研究其振动位移响应。结果表明:整体叶盘叶尖处更容易受到振动的影响;涂敷硬涂层可以降低整体叶盘的固有频率、响应峰值,且能减少共振点数量。可见硬涂层对整体叶盘减振具有积极影响。

基于ADAMS的轴对称矢量喷管喷口精度分析

为研究误差对喷口精度的影响,以轴对称矢量喷管为研究对象,利用ADAMS软件的参数化点的功能建立模型并仿真,验证模型有效性;建立衡量喷口精度的指标:偏转角、方位角、喷口面积的测量函数;基于设计研究功能,得出了单一设计变量误差对喷口精度影响的灵敏度;通过ADAMS/Insight模块、蒙特卡洛方法以较快的速度、较少的工作量完成零部件随机设计变量误差的分析。研究结果表明:在随机误差-0.1 mm<μ<0.1 mm的情况下,偏转角仿真值与平均值相对误差为0.675%,方位角为0.847%,喷口面积为0.048%,喷口精度变化较小,可以保证发动机工作范围。

硬涂层对整体叶盘的非线性振动特性影响

硬涂层阻尼技术是一种被动减振技术,通过将阻尼硬涂层涂敷在整体叶盘的叶片上有效改善叶盘的振动特性,目前已经得到十分广泛的应用。针对NiCrAlY硬涂层的各向异性特征建立硬涂层整体叶盘有限元模型,研究硬涂层对整体叶盘非线性振动特性的影响。考虑不同的硬涂层厚度和涂敷方式,利用Campbell图分析不同转速下的硬涂层整体叶盘的固有特性。考虑横向激励作用,研究不同涂层厚度和单、双面涂层方式对振动响应特性的影响。结果表明:涂敷NiCrAlY硬涂层对整体叶盘固有频率影响范围在1.1%~7.5%。并且通过改变硬涂层厚度和涂敷方式可以使响应峰值降低67.43%~90.21%、使共振点由6个降至4个,证明涂敷NiCrAlY硬涂层对整体叶盘具有一定的减振效果。

叶片质量失谐下整体叶盘的振动响应特性研究

叶片—轮盘结构(整体叶盘结构)是叶轮机械中的关键结构,在整体叶盘中,由于叶片质量的分布不均,会产生叶片质量失谐、振动局部化等问题,为此,对失谐整体叶盘的振动响应特性规律进行了研究。首先,采用集中质量分析法,建立了整体叶盘物理模型,推导了含有单个叶片质量失谐的响应方程,绘制出了不同叶盘参数下的幅频特性曲线;然后,采用有限元分析法,建立了不同叶片厚度的整体叶盘三维有限元模型,应用ANSYS对其振动响应特性进行了分析,并绘制出了叶片质量失谐的整体叶盘幅频特性图;最后,对两种不同分析方法所得到的失谐整体叶盘幅频特性曲线进行了比较,总结出了各项参数对系统振动特性的影响规律。研究结果表明:单个叶片质量失谐会使系统响应峰值由2.7 mm激增至3.5 mm,并出现多余的波峰;低耦合R=0.1条件下,系统激振频率变化范围更广,大约在550 Hz~650 Hz;通过揭示失谐整体叶盘振动响应规律,可更好地指导叶轮机械的设计及其优化。

基于QPSO-HMM的滚动轴承故障程度辨识

综合量子粒子群优化算法(quantum particle swarm optimization,简称QPSO)的全局搜索能力与隐马尔科夫模型(hidden Markov model,简称HMM)良好的时间序列分类能力,提出一种基于QPSO-HMM的滚动轴承故障程度辨识方法,并利用实测振动信号对该方法的性能进行验证。首先,采用变分模态分解对实测振动信号进行分解,并用奇异值分解进行信号特征提取;其次,利用QPSO算法和样本信号对HMM进行训练;最后,将测试信号输入训练得到的HMM中进行滚动轴承故障程度辨识。结果表明,该算法解决了HMM的参数估计局部最优化问题,对滚动轴承不同故障程度的辨识准确率较高。

压电涂层对碳基复合材料叶片振动特性的影响

针对涂覆在碳纤维增强复合材料和碳纳米管增强复合材料基体上的压电涂层,考虑涂层和基体材料的各向异性特征,建立了压电涂层-复合材料叶片动力学模型,通过静力学分析得出叶片的振动应力分布,基于模态分析的方法得出压电涂层对复合材料叶片固有频率的影响,采用谐响应分析方法研究了叶片的振动响应特性。结果表明,压电材料涂层涂覆在碳纳米管增强复合材料叶片上振幅减小的效果要优于涂覆在碳纤维增强复合材料叶片上。

压电材料对碳纤维增强复合材料板的振动特性影响研究

研究压电材料的铺层方式对碳纤维增强复合材料层合板振动特性的影响,以具有压电效应的典型陶瓷基材料和碳纤维增强复合材料层合板为研究对象,建立压电-碳纤维增强复合材料层合板的有限元模型。基于模态分析的方法得出压电材料对层合板固有频率的影响,采用谐响应分析方法研究层合板的振动响应特性。结果表明,压电材料的三种铺设方式均能提高各阶次的固有频率,且对高阶的频率变化影响更为显著。同时,三种铺设方式都能减小层合板的振幅,达到振动抑制的效果。

硬涂层材料对碳纤维增强复合材料叶片的振动特性影响

针对两类具有压电和压磁效应的典型陶瓷基材料的硬涂层,考虑硬涂层材料和碳纤维增强复合材料各向异性特征,建立硬涂层-碳纤维增强复合材料叶片动力学模型,基于模态分析的方法得出硬涂层材料对叶片固有频率的影响,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性,并对叶片不同转速下的固有特性进行分析。研究了硬涂层材料涂覆的厚度及位置对碳纤维增强复合材料叶片振动特性的影响,结果表明,具有压电效应的硬涂层材料涂敷在碳纤维增强复合材料叶片上可以减小振幅,从而达到减振的目的,且涂敷在叶盆上的减振效果优于涂敷在叶背上。