考虑蠕变三阶段的哈氏合金X蠕变-疲劳裂纹扩展模拟

结合应变硬化定律和连续损伤力学,提出了一种考虑蠕变3阶段的本构模型,对650℃下的哈氏合金X的CT试样进行了裂纹扩展有限元模拟分析.对比分析了不同蠕变阶段对纯蠕变裂纹扩展的影响,使用考虑蠕变3个阶段的本构模型进行了蠕变-疲劳裂纹扩展模拟,讨论了载荷幅值、载荷比和保载时间对裂纹扩展速率的影响,并分析了每种载荷条件对裂纹扩展期间损伤积累的贡献.结果表明:纯蠕变裂纹扩展模拟结果中,考虑所有蠕变阶段的本构模型计算结果与实验结果一致性最高.载荷从5 kN增加到7 kN,考虑蠕变第Ⅰ、Ⅱ阶段的裂纹扩展速率平均预测差异由0.57增至0.61,考虑蠕变第Ⅱ阶段和考虑蠕变第Ⅱ、Ⅲ阶段分别由0.67减至0.64、由0.16减至0.07.蠕变-疲劳裂纹扩展模拟结果显示,随着载荷幅值从5 kN增大至7 kN,载荷比从0.01增至0.50,裂纹扩展速率前者增大、后者减小,da/dt-C t,avg曲线斜率基本不变,同时蠕变损伤占比增大,疲劳和交互损伤占比减小,各加载情况结果的蠕变损伤均占主导,其次为交互损伤,疲劳损伤占比最小.随保载时间从1 s增加到1800 s,循环相关的裂纹扩展速率增大,时间相关的扩展速率减小,da/dt-C t,avg曲线斜率增大,蠕变损伤增大,疲劳损伤减小,交互损伤先增后减,保载时间为10 s时各损伤占比近似相等,保载时间为1 s时疲劳损伤为83%,保载时间为600 s时蠕变损伤为96%.

柴油机气缸套空化现象与空蚀机理分析

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明:空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.

食品包装的设计趋势与设计理论研究

本文通过对食品包装设计理论与实践的研究,深入探讨该领域的最新趋势与创新理念。首先,对可持续性食品包装设计趋势进行了探讨,强调环保理念的融入,并分析了文化价值、数字技术和交互体验等方面的设计创新。其次,通过细致分析食品包装的造型、色彩、材质和功能等要素,揭示了这些要素在设计规则中的重要性。最后,深入研究了创新设计理念,包括平面符号化、立体造型、用户感知、食品特性的运用,以及叙事性和交互体验型设计。这些理论与实践的研究成果为设计师提供了丰富的启示,为行业发展提供了前瞻性的思考。

垂向振动下坐姿人体局部频率敏感特性研究

为了研究振动频率对坐姿人体局部舒适性的影响,开展了人体最不适部位主观评价测试,依据主观评价结果构建了振动频率-人体部位舒适感的层次树,定量分析了定义于3.15~31.50 Hz范围内各个三分之一倍频程中心频率的振动激励对于局部不适感的贡献.随后进行了全身振动下人椅界面-人体局部传递率测试,关注传递率的频率峰值与局部不适感敏感频率的对应关系.在不同振动强度下拟合多个局部的振动不适感与全身不适感的数学关系,得到各局部不适感对全身不适感的贡献度.结果表明:全身振动下,坐姿人体“最不适”部位受振动频率影响显著,且这种频率敏感特性对振动强度不敏感.31.50 Hz以下振动造成的不适感主要集中在头部、胸部和腹部,头部对10.00~25.00 Hz的振动具有更明显的不适感,胸部和腹部分别对3.15~5.00 Hz和5.00~8.00 Hz的振动更敏感.即使人体各部位敏感频率不同,但都与座椅至该部位的传递率峰值频率接近,这表明了人体局部主客观响应间的对应关系.进而可以通过层次分析法得到分别适用于头部、胸部和腹部的频率权重.输入人体的振动激励经该计权处理后可反映坐姿人体垂向振动下的局部舒适度水平,从而为舒适性设计提供指导.

风冷汽油机热载荷分析及喇叭型导流罩的影响研究

为了深入分析热载荷对风冷发动机运行稳定性的影响,通过CONVERGE仿真软件对某四冲程风冷式汽油发动机缸内燃烧过程进行数值模拟计算,获得了完整的缸内燃气侧热边界条件。基于FLUENT仿真软件,建立发动机热流固耦合稳态传热仿真模型,获得了燃气侧不均匀热载荷与机体外复杂空气流动共同作用下的发动机热载荷分布,并通过台架实验验证了稳态传热仿真的准确性。设计喇叭型结构导流罩,分析了导流罩收缩比对导流罩性能的影响,改善发动机的冷却效果。结果表明:发动机稳态传热仿真与台架测试最大误差为3.12%,仿真模型具有较高的准确性;发动机机体最高温度为655 K,出现在排气道端口处位置;随着导流罩收缩比的减小,发动机冷却散热性能增强,收缩比λ为1.94时,冷却强化效果最好,机体最高温度降低8.8 K。研究对风冷汽油机的冷却系统设计及优化具有一定的指导意义。

新工科专业教育与劳动教育融合的研究与实践探索

将劳动教育融入新工科专业教育,有利于建设高素质劳动队伍,培养更多高技能人才和大国工匠,更好地为现代化建设服务。文章介绍了劳动教育与专业教育融合的重要性,即从价值维度上看有利于培养学生正确的劳动价值观,从实践维度上看有利于提升学生的专业素养和创新能力,从现实维度上看有利于缓解学生学业压力和劳动教育师资不足难题,并从优化课程内容、优化教学方式方法、建设师资队伍、改进考核方式、推动创新创业五个方面提出了劳动教育和专业教育融合的实践路径。

基于连续非线性损伤的航空发动机叶片疲劳研究

利用传统线性损伤累积模型对航空发动机叶片进行疲劳研究,由于不能准确描述损伤与载荷之间的关系,导致计算结果不能令人满意。而对于一般的非线性损伤模型,由于忽略扭转振动的影响而易导致在计算中引入误差。为此,基于连续损伤理论,在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)疲劳试验中获得叶片材料的S-N曲线的基础上,对CHABOCHE提出的非线性损伤累积模型进行修正,提出适用于航空发动机叶片的连续非线性损伤模型,并验证了模型的正确性。通过与试验数据及线性损伤累积模型的结果进行比对,证明所建立的非线性损伤累积模型能够更准确地反映叶片的损伤累积过程,并利用该模型对某航空发动机叶片进行疲劳寿命预测。

柴油机冷却水套空化两相流三维瞬态数值模拟研究

为了深入研究柴油机湿式气缸套振动引发穴蚀的机理和影响因素,在水套内部冷却液流动稳态数值模拟得到冷却液压力场与速度场的基础上,以完整单缸水套为研究对象,提取6缸稳态模拟结果作为边界条件。基于Mixture多相流模型与Singhal完全空化模型,采用动网格技术建立柴油机冷却液空化数值模拟的气液两相流仿真模型,进行冷却液空化瞬态数值模拟。计算结果表明:振动导致的冷却液对壁面的脉冲压力是缸套穴蚀的主因,冷却液脉冲压力幅值随壁面振动速度升高而增大,在6.75°即振动速度最大时刻出现最大脉冲压力。在柴油机一个工作循环内,缸套主、次推力侧均有可能发生穴蚀现象,其中主推力侧发生穴蚀现象的可能性更高,且存在4个易发生穴蚀的区域。按壁面所受脉冲压力幅值进行排序,发生穴蚀可能性由大到小依次为主推力侧的中上部、顶端、中下部及底端。最后从抑制振动、缸套表面改性处理和降低脉冲压力角度提出了降低穴蚀风险的措施。

基于Wigner分布和分形维数的柴油机故障诊断

针对柴油机配气机构故障诊断问题,提出了一种基于Wigner分布和差分分形盒维数的故障诊断方法。首先,利用改进局部均值分解算法对柴油机缸盖振动信号进行分解,并采用相关性分析剔除噪声和伪分量;然后,分别对各相关分量进行Wigner时频分析,将结果线性叠加得到振动时频图,再提取图像的差分分形盒维数作为故障特征;最后,利用k-最近邻(k-NN)实现故障诊断。仿真结果表明,改进局部均值分解算法可以抑制Wigner分布交叉项的干扰。实验结果显示,差分分形盒维数优于其他6种典型故障特征,利用本研究提出的方法对配气机构进行故障诊断的正确率为97.2%,该方法可以用于柴油机配气机构故障诊断。

基于LMD边际谱的柴油机气门故障诊断

针对柴油机气门间隙故障诊断问题,在WP7柴油机上模拟了多种气门间隙故障,测取了正常及故障条件下的缸盖振动信号。考虑柴油机缸盖振动信号具有非平稳的特点,提出一种基于局部均值分解边际谱和马氏距离的故障诊断方法。该方法在LMD边际谱的基础上定义了频率中心,并以此作为柴油机气门间隙的故障特征,利用马氏距离判断柴油机气门的工作状态。试验结果表明:该方法可以有效地提取柴油机气门间隙故障特征,实现柴油机气门机构故障诊断。

基于LMD和SVM的柴油机气门故障诊断

针对柴油机气门故障诊断问题,在WP7柴油机上模拟了气门故障,提出了基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和支持向量机(support vector machine,SVM)相结合的气门故障诊断方法.该方法首先用改进LMD方法将缸盖振动信号分解成若干个瞬时频率具有物理意义的PF(product function)分量之和,然后从缸盖振动信号和分解得到的PF分量中提取故障特征向量,以此作为SVM分类器的输入进行故障诊断.此外提出了改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)用于SVM参数的优化.诊断结果显示,16组测试样本的测试结果均与实际状况相一致,诊断正确率为100%,该方法能快速准确地识别内燃机气门故障.

柴油机缸内机油消耗量的仿真计算及影响因素分析

为了降低发动机的机油消耗量,分析了发动机缸内机油消耗的4种主要模式,并以某柴油机为例,通过仿真的方法对某些常用工况下这4种模式的机油消耗量进行了计算,发现其中缸壁蒸发的机油量占了大部分.然后分析了柴油机不同运行工况、第2道活塞环闭口间隙及各道活塞环切向弹力对机油消耗的4种模式的影响规律.结果表明,缸壁蒸发量主要由发动机运行工况决定;第2道环闭口间隙的增大会降低顶环开口窜油量和增大漏气量;活塞环弹力的增加会减小剩余油膜厚度,进而降低顶环甩油及活塞顶刮油量,但同时会增大活塞环与缸套之间的摩擦损失.最后进行了柴油机台架机油消耗量实验,一定程度上验证了仿真计算结果的正确性.

裂纹参数对航空发动机叶片频率转向特性影响研究

针对叶片运行中产生的疲劳裂纹会改变航空发动机振动特性及其频率转向、振型转换问题,建立航空发动机叶片有限元模型,基于结构模态振动理论研究裂纹参数,包括裂纹长度、裂纹位置变化对叶片固有振动及受迫振动特性影响;讨论频率转向区附近频率、振型变化规律。结果表明,裂纹长度、位置变化会逐渐改变叶片频率及振型,出现复杂的频率转向、模态耦合及振型转换特性,导致叶片同阶振动模态在不同裂纹长度、位置时具有不同的模态振型。

机动飞行下挤压油膜阻尼器对碰摩故障转子系统的影响

飞机飞行时,航空发动机的故障对于飞机的安全性有着重要影响。针对这个问题,基于Lagrange方程,建立了飞机在空间进行机动飞行时发动机转子系统的动力学模型;同时基于库伦定律,建立了转子碰摩故障模型;基于雷诺方程,建立了挤压油膜阻尼器的模型;对模型进行综合建模,得到不同机动飞行条件下转子-滚动轴承-挤压油膜阻尼器(SFD)系统非线性动力学微分方程,通过龙格库塔数值解法进行求解得到不同机动飞行状态下碰摩故障状态的系统振动响应,得到了不同机动飞行状态下碰摩故障转子系统的运动分岔图,同时利用典型转速(1 400rad/s,2 000rad/s)下转子系统的频谱图、庞加莱图、时域图和轴心轨迹图研究系统的动力学特性。研究结果表明:在高转速下,SFD能够显著提高系统的稳定性,抑制系统的非线性特征,但是在低转速下可能损害系统稳定性;不同机动飞行状态下,SFD对于转子系统非线性特征的影响大小也不同。

基于心理声学分析的风扇噪声对整机噪声的影响

以一台4缸发动机为例,分析对比安装适当的风扇前后样机噪声的心理声学参数值,发现安装合适的风扇后虽然测点附近噪声的A计权声压级和响度值都变大,但是相对满意度均值提高约5%,说明整机噪声听起来更加容易被接受,达到了改善发动机噪声声质量和制冷的双重效果。研究发现,适当地增加噪声中的中低频成分(1,kHz以下)或降低高频能量成分(2～4,kHz)可以达到改善发动机噪声声质量的目的。

基于人车耦合动力学模型的重型卡车平顺性仿真与优化

以某三轴重型卡车为研究对象,建立了考虑人车耦合作用的23自由度动力学模型,应用谐波叠加法建立了路面激励模型作为振动系统的输入,根据拉格朗日方程推导了人车耦合模型的动力学方程并通过Newmark算法实现动力学方程的求解,研究了人车耦合作用对车辆和人体振动响应的影响;根据ISO2631-1:1997(E)中的车辆平顺性评价方法,考虑人体大腿的垂向振动和背部的垂向振动、前后振动,以人体综合振动加权加速度均方根值为指标对重型卡车的平顺性进行评价,探究了车辆悬架、驾驶室悬置和座椅悬架的刚度阻尼参数对重型卡车平顺性的影响,并采用带有收缩因子的粒子群算法对车辆的平顺性进行了优化.研究结果表明:考虑人车耦合作用会改变车辆座椅、人体大腿和背部等部位的振动响应,车速较低时人车耦合作用对平顺性仿真结果的影响较大,在进行车辆平顺性仿真研究时需要考虑人车耦合的作用;在人车耦合条件下,车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数均对车辆平顺性产生影响,且在不同参数区间范围内影响程度有所不同;综合考虑车辆悬架、驾驶室悬置以及座椅悬架的刚度阻尼参数的匹配,实现了整车平顺性优化,在不同车速下人体综合振动加权加速度均方根值与优化前相比降幅均超过38%,考虑多参数匹配的平顺性优化效果显著.

考虑分级加载的连续非线性Chaboche-Paris全寿命模型

结构疲劳全寿命可分为裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段,裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命的预测通常分开进行,很少有理论能将两者合二为一。结合CHABOCHE提出的非线性损伤理论,对Paris公式进行修正,将其扩展至全寿命阶段;建立损伤累积与裂纹长度关系模型,分析分级加载对损伤累积的影响。计算结果表明,提出的Chaboche-Paris全寿命模型对无初始裂纹结构的寿命预测结果与其S-N疲劳试验数据结果一致,对具有宏观可见裂纹结构的寿命预测结果与Paris公式计算结果一致,验证提出的全寿命模型在全寿命预测和裂纹扩展寿命预测两个阶段的可用性和正确性;分级加载时,Chaboche-Paris模型可以体现出加载顺序对疲劳损伤累积的影响,当外载为低-高加载时,循环比之和大于1,当外载为高-低加载时,循环比之和小于1,与试验结果吻合。

纯电动机场摆渡车动力系统匹配与性能仿真

对纯电动机场摆渡车的驱动电机、变速器和电池系统等参数的设计原则进行了分析,从车辆动力学角度确定了动力系统计算依据。分析了纯电动机场摆渡车的运行特点,研究确定了车辆行驶工况。利用CRUISE软件建立了纯电动机场摆渡车仿真模型,对动力系统匹配方案进行性能仿真。仿真得到整车的加速性能和续驶里程,计算了车辆在工况行驶下的电池功率输出曲线。仿真结果满足机场摆渡车的加速及续驶里程要求,符合车辆设计目标,整车动力系统匹配合理。

商用车柴油机加速声品质主客观评价研究

以某6缸商用车柴油机为对象,研究其不同扭矩和起始转速下的加速声品质评价方法.以心理声学参量响度、尖锐度、粗糙度、抖动度和语义清晰度作为初级客观评价指标,将初级指标随时间的变化率作为二级评价指标,构建两级声品质评价指标体系进行声品质客观评价;采用成对比较法对39组声音样本进行评审团主观评价,利用多元线性回归方法建立柴油机加速声品质预测模型,并进行了精确度验证;分析了影响柴油机加速声品质的因素.研究显示,模型的预测结果和主观评价结果的平均偏差率为15.72%,说明基于新的客观评价指标体系建立预测模型对加速工况下的柴油机声品质有较好的预测能力;响度是影响发动机声品质的主要客观指标,扭矩和转速的增加会导致声品质的下降,转速变化的快慢程度也对柴油机声品质有较大影响.

基于改进卷积神经网络的柴油机故障诊断方法研究

现有基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的柴油机故障诊断方法易过拟合,网络收敛速度较慢、处理小样本数据时诊断精度低,针对以上问题,提出了一种基于改进CNN的“端到端”柴油机故障诊断方法。该方法在CNN架构上,采用指数线性单元(exponential linear units,ELU)作为激活函数及小批量训练方法加速模型收敛,用全局平均池化(global average pooling,GAP)代替全连接层以降低过拟合风险。基于台架试验的诊断结果表明:所提方法进行柴油机典型故障诊断的精度达到99.18%;与未改进模型及现有基于CNN的柴油机故障诊断算法相比,该方法在处理小样本数据集时仍保持最高识别精度。