Remaining Useful Life Prediction of Rolling Element Bearings Based on Different Degradation Stages and Particle Filter

A method is proposed to improve the accuracy of remaining useful life prediction for rolling element bearings,based on a state space model(SSM)with different degradation stages and a particle filter.The model is improved by a method based on the Paris formula and the Foreman formula allowing the establishment of different degradation stages.The remaining useful life of rolling element bearings can be predicted by the adjusted model with inputs of physical data and operating status information.The late operating trend is predicted by the use of the particle filter algorithm.The rolling bearing full life experimental data validate the proposed method.Further,the prediction result is compared with the single SSM and the Gamma model,and the results indicate that the predicted accuracy of the proposed method is higher with better practicability.

螺栓连接波纹腹板钢梁疲劳性能试验与分析

对2根螺栓连接波纹腹板钢梁试件进行疲劳试验研究,获得了钢梁试件的疲劳性能指标以及失效破坏形态,分析了钢梁截面的应力分布以及循环荷载作用下的应力和刚度变化。汇总现有的焊接波纹腹板钢梁疲劳试验结果,比较分析了焊接钢梁与螺栓连接钢梁的疲劳寿命差异。采用有限元软件ABAQUS建立了螺栓连接波纹腹板钢梁的精细数值模型,根据疲劳试验结果验证了数值模型的准确性。利用经验证的数值模型,对疲劳破坏位置附近的应力分布进行有限元分析,结果表明螺栓孔边应力集中是疲劳裂纹萌生和引发疲劳破坏的主要原因。基于有限元分析结果,利用FE-Safe软件对螺栓连接波纹腹板钢梁试件的疲劳寿命进行分析,计算得到的疲劳寿命和疲劳破坏位置与试验结果吻合良好。

温度循环和随机振动载荷下堆叠封装焊点可靠性模拟研究

采用有限元模拟研究了堆叠封装(Package on package, PoP)在温度循环和随机振动载荷下的焊点可靠性,包括封装内部的基板堆叠焊点和封装外部的板级互连焊点。通过应力分析定位危险焊点并计算焊点在温度循环下的疲劳寿命。模拟结果表明:在温度循环载荷下,应力主要集中于基板边角处焊点,基板堆叠焊点的疲劳寿命为3 002周次,板级互连焊点的疲劳寿命为1 552周次;在随机振动载荷下,两层焊点的应力值均较低,在50~2 000 Hz的随机振动频率范围内具有较高的可靠性。

基于有限元分析的连续油管寿命研究及预测模型

目前针对连续油管的寿命预测研究较少,但在实际的生产中连续油管的突然失效会造成极大安全隐患,急需解决方案。针对此问题,本文使用有限元仿真方法,针对三种规格的CT80连续油管在不同工况下进行有限元分析,得到了连续油管的受力、形变和疲劳寿命。用疲劳试验对有限元分析进行验证,证明了有限元分析的疲劳寿命的准确性。将连续油管的直径、壁厚、内压、弯曲半径参数转化为外壁应变和环向应力,通过数据拟合建立了关于外壁应变、环向应力和疲劳寿命之间的全经验公式,得到连续油管疲劳寿命预测模型。并用试验得出的结果与疲劳寿命预测模型进行比较,误差较小,可用于CT80连续油管的疲劳寿命预测,最后通过疲劳试验得到了连续油管在二级加载下的疲劳寿命模型,该模型可预测油管在第二级载荷下的剩余疲劳寿命。

生活元素与课堂教学的深度融合研究——以“煤层气地质学”课程为例

“以学生为中心”教学理念的提出,要求教师要思考其授课对象。理工科类专业课往往具有枯燥及抽象等特点,为使课堂教学具有活力,激发学生兴趣,加深学生理解程度,以“煤层气地质学”课程为例,探讨了生活元素融入课堂的方式,以学生感兴趣的话题、热点及生活中常见的事物为切入点,将抽象的知识具体化和形象化,并将知识点融入其中,引发学生思考讨论。该教学方法是“以学生为中心”教学理念的拓展,能发挥良好的教学效果。

不同工况下轮胎疲劳寿命探究

使用工况下轮胎一般会承受较为复杂的周期性交变负荷,由交变负荷导致的轮胎疲劳破坏极大影响其寿命。目前对不同使用工况下轮胎疲劳寿命预测较为困难,以205/55R轿车子午线轮胎为例,通过有限元分析,计算了在自由滚动、制动、驱动和侧偏工况下轮胎各部件交变负荷,并以此获得在不同工况下轮胎疲劳计算的典型谱段。在此基础上,采用Fe-safe软件,通过雨流计数法与累计损伤法预测了不同工况下轮胎疲劳寿命。结果得出:自由滚动工况下胎面花沟处和带束层附近为轮胎疲劳危险区域;制动和驱动工况下轮胎疲劳寿命短于自由滚动工况下,且胎面差异最为明显;侧偏工况下轮胎疲劳寿命最短,且偏转方向胎侧疲劳寿命长于对侧胎侧疲劳寿命。

我国百年住宅全生命周期可持续性评价

以推进我国百年住宅的应用与发展为根本目的,对其进行全生命周期可持续性评价。结合国内外已有的可持续性评估体系及相关标准规范,选取人口、资源和环境3个方面的评价指标。采用COWA算子为评价指标赋权重,并结合云物元理论,建立百年住宅全生命周期可持续性评价模型。通过对具体案例进行实证分析,结果表明该评价方法具有一定的可行性及科学性,为百年住宅的进一步发展与推广提供依据。

横向载荷与预紧力对螺栓断裂寿命的影响

螺栓连接依靠自身简单可靠的特点被广泛应用于各个行业,然而螺栓的疲劳断裂却是一个非常突出的问题.因此,为准确预测螺栓断裂失效寿命,进行了螺栓材料的疲劳裂纹扩展实验,求得了螺栓材料的断裂参数,从而建立了Paris裂纹扩展模型.然后运用有限元方法与疲劳裂纹扩展实验进行对标,并取得较好的效果,为螺栓断裂失效寿命的计算奠定了基础.最后,考虑到螺栓预紧力与横向载荷对螺栓断裂的影响,建立了带裂纹的螺栓有限元模型,并采用有限元方法进行螺栓失效寿命计算的定量分析.结果表明:横向载荷与螺栓预紧力对应力强度因子和螺栓使用寿命具有较大的影响.

环状悬挑钢结构整体提升过程中局部失效研究

以北疆明珠塔旋转餐厅提升为例,通过有限元分析软件ABAQUS构建北疆明珠塔有限元模型,利用“生死单元”技术模拟不同位置构件失效,分析不同形式的局部构件失效对提升过程中旋转餐厅受力性能的影响规律,并通过现场实测数据验证了有限元模型的可靠性。结果表明:吊点处附近构件单独失效对结构应力和位移影响较大。且构件被完全提起前,构件失效越晚,构件失效前应力越大,结构动力响应越明显;此外,不同种构件同时失效对结构的影响大于单根构件失效影响的叠加,不相连同种构件同时失效对结构的影响大于相连同种构件同时失效,且影响程度随着失效构件之间距离的增加而减小。

市政道路沥青路面疲劳特性及耐久性评价研究

掌握荷载作用下路面结构损伤变化趋势和分布情况对道路的后期维护、使用寿命的判断和设计至关重要。通过有限元软件建立路面结构损伤计算模型,对其结构损伤变化趋势、空间分布情况以及内部水平正应力变化和分布情况进行了分析和计算,研究结果表明:底基层和基层在双轮中心线下,距离底层越近,损伤度的值就越高,基层损伤程度要高于底基层,但其损伤范围小于底基层;损伤度的增大速率随着荷载作用次数的提高而提高;在垂直方向上底基层与基层水平正应力的分布情况类似,因为受到拉应力损伤的影响,在距离层底较近部位有所降低,在离层底距离超过5cm和7cm时水平拉应力表现为线性增加的趋势;沿水平方向基层层底水平正应力分布呈现为左右对称下凹的图形,由双轮中心线的部位向两侧延伸时,水平拉应力表现出先快速增大后迅速降低的趋势。

考虑服役应力谱的桥式起重机疲劳寿命分析

疲劳失效为桥式起重机主要失效原因,科学有效地分析桥式起重机疲劳寿命是工业生产中的安全保障。文中以15t方坯桥式起重机为分析对象,对裂损部位的应力时间历程进行了测试,根据实测信号编制了服役应力谱,基于服役应力谱对起重机金属结构进行了疲劳寿命仿真,结果表明,舱门拐角处为疲劳薄弱部位。最后提出了整改方案,进一步仿真和后期实施验证了整改方案的合理性和有效性。

基于BP神经网络的谐波减速器柔轮疲劳寿命预测研究

柔轮是谐波减速器的易损零件,在波发生器的高转速带动下转动,其疲劳寿命一直是备受关注的研究重点。以某型号杯型谐波减速器柔轮为研究对象,建立有限元仿真模型,得到柔轮最大应力与筒长、筒体壁厚和不同过渡圆角半径等参数之间的关系。根据柔轮S-N曲线,计算得到柔轮疲劳寿命,利用反向传播(Back Propagation,BP)神经网络实现了柔轮疲劳寿命的预测。

30CrMnSiNi2A管材补焊件疲劳失效行为模拟

为了探究补焊次数对30CrMnSiNi2A管材焊接接头疲劳寿命的影响,运用有限元模拟软件Ansys Workbench以及疲劳分析软件Ansys nCodeDesign Life,基于焊接件实际形状尺寸建立管材补焊试件模型,并对其疲劳寿命进行了模拟计算。结果表明,补焊热影响区的力学性能随着补焊次数的增加而下降,疲劳寿命也随之降低;应力、应变集中主要出现在补焊热影响区,除第一次补焊外,其余补焊次数下的焊件疲劳失效起始位置均在补焊热影响区。

航天器中润滑球轴承疲劳寿命数值仿真

航天器通常处于加速度变化、振动、冲击以及温度梯度等极端条件,因此,固体润滑球轴承的疲劳寿命受到多种因素影响,对其数值模拟具有复杂性和高难度性。为此,提出航天器机构固体润滑球轴承疲劳寿命数值模拟方法。确定轴承类型以及相关结构参数、详细计算轴承的应力、屈服应力以及应变率等变量值,构建轴承的有限元模型;设定不同实验条件,对轴承疲劳寿命数值仿真测试,获取轴承的疲劳损伤规律。分析结果表明,航天器机构固体润滑球轴承疲劳寿命数值与轴承载荷、应力值、转速以及摩擦系数、轴承自身尺寸等因素相关;轴承会随着载荷、应力值、转速以及摩擦力的增加而缩短自身疲劳寿命,与此同时,轴承会随着尺寸的增加而提升自身的疲劳寿命值。

大兆瓦风机主轴法兰螺栓疲劳寿命评估方法研究

大兆瓦风电机组主轴法兰螺栓连接受到复杂交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。针对此问题,构建法兰螺栓连接有限元数值模型,以法兰界面涂层增摩工艺为背景,分析不同预紧力工况下法兰连接各部件危险部位应力变化规律。通过GH-Bladed结合雨流计数法给出螺栓实际载荷数据,根据Eurcode3规范修正材料S-N曲线,使用FE-SAFE得到了不同预紧力下螺栓连接疲劳寿命,明确了法兰界面涂层增摩、预紧力变化对螺栓连接疲劳寿命的影响,提出了基于法兰结构的螺栓疲劳寿命评估方法。结果表明:增大法兰界面的摩擦因数,在850~1100 kN内降低螺栓预紧力有益于改善螺栓连接的疲劳寿命。

考虑车轮多边形的动车组车轴疲劳寿命预测

以某型高速动车组车轴为研究对象,基于考虑轮轨柔性的车辆轨道刚柔耦合动力学模型、轮对有限元模型和多轴疲劳模型,以实测多边形磨耗为输入,在速度300 km/h下分析了多边形磨耗对车轴疲劳损伤的影响。研究表明:在多边形磨耗的影响下,轮对受载状态剧烈波动并具有显著的周期性,且受载波动情况与多边形磨耗阶次相关。在18阶多边形磨耗影响下,高速动车组车轴的服役寿命降低至22年,小于《铁路动车组运用维修规程》规定的车轴设计寿命。

磨牙区不同冠根比例种植体的动力学及疲劳分析研究

目的 探讨磨牙区种植体长度一致下,二期修复时产生的不同种植体冠根比例对种植体系统及周围骨的受力影响,从而获得磨牙区最适合冠根比值区间,为增加种植体临床寿命提供新思路。方法 通过三维有限元方法分析冠根比例为1∶1.5、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1的种植体系统的基台、中央螺丝、种植体、皮质骨和松质骨受力情况、疲劳寿命和安全系数。结果 在动态载荷作用力下,种植体构件和周围骨受力随冠根比例增加而增大。种植体系统应力集中在基台和种植体连接处。疲劳寿命和安全系数随着冠根比例增加而减小。结论 在种植体冠根比例大于1的情况下,基台-种植体连接处发生疲劳折断是种植体的潜在危险之一。冠根比例≤1时,种植体各构件可以获得良好的预后和远期效应。但由于有限元方法的特殊性,还有待临床进一步的深入研究。

随机振动下管径壁厚对航空液压管路的疲劳寿命的影响

根据目前存在由流量设计的不同管径液压管路的疲劳寿命达不到要求的情况,不同管径和壁厚的航空液压导管在随机振动工况下进行疲劳寿命的影响分析。将管路模型简化处理并进行模态分析和随机振动响应分析,最后结合疲劳损伤累积理论和材料的S-N曲线数据得出不同管径壁厚下的疲劳寿命时间。结果表明:当管径和壁厚越大时,对疲劳寿命时间的影响越大。

J55钢套管材料在地层水服役环境中的安全性评价和可靠性预测

建立了J55钢套管抗挤强度和抗拉强度有限元模型,分析了均匀腐蚀和局部腐蚀J55钢套管的力学性能,对比了缓蚀剂加注前后油气井采出水中J55钢套管的力学性能及使用寿命。结果表明:建立的模型可以有效用于J55钢套管的力学分析;局部腐蚀会显著降低J55钢套管的剩余强度,且相同腐蚀深度(1 mm)条件下,局部腐蚀J55钢套管的剩余抗拉强度比均匀腐蚀J55钢套管的降低23.3%;在不含缓蚀剂的油气井采出水中,J55钢套管的力学性能显著降低且平均使用寿命仅为2.8 a,添加缓蚀剂后,J55钢套管力学性能显著提高,且使用寿命也大幅提高。

煤矿掘进机回转平台疲劳寿命分析及结构改进

煤矿掘进机是煤炭开采中的关键设备,回转平台作为掘进机的重要组成部分,其性能直接影响到掘进机的整体工作效率和使用寿命。回转平台的疲劳寿命分析是确保掘进机可靠运行的重要环节。利用有限元法对煤矿掘进机回转平台的疲劳寿命进行了分析,找出了影响回转平台疲劳寿命的主要因素,并提出了相应的结构改进方案。通过对比改进前后的回转平台性能,验证了结构改进的有效性,结构的使用寿命预计能延长25%以上,为煤矿掘进机的优化设计和改进提供了有益的参考。