条件可靠度等效寿命法及其应用

统计分析了桥式起重机大车运行机构的动载荷,获得了其扭矩概率密度函数的分布形式.本文将多级定常幅值载荷下的“条件可靠度等效寿命法”推广至随机载荷下机械零件的寿命可靠度分析,编制了相应的计算程序,并将其用于桥式起重机大车运行机构减速器输出轴的疲劳寿命可靠度计算.结果表明,本方法用于工程计算是可行的,其程序可用于一般机械零件的分析.

基于等效寿命的航空铆接疲劳特性试验研究

通过二级变幅载荷谱试验与Elber模型相结合分析搭接铆接结构疲劳特性,讨论铆接参数对疲劳断口特征及疲劳寿命的影响。结果表明:疲劳裂纹萌生于搭接板内的多个位置,裂纹源及断裂截面位置受铆接参数及疲劳载荷水平影响;对于较大铆接力下疲劳载荷影响更显著,使用基于Elber裂纹张开应力模型的等效裂纹扩展速率能较好反映铆接工艺及第二弯曲效应影响下的结构疲劳寿命;通常情况下增大铆接力有利于提高疲劳寿命,但其变化规律依赖于疲劳载荷的水平;Smax=100 MPa时,增大铆接力对于4 mm铆钉试件提高疲劳寿命效果显著,但Smax=150 MPa时,较高的铆接力会导致疲劳寿命的增益出现衰减。

高强化柴油机活塞加速热疲劳与等效寿命评估方法

针对高强化柴油机中的活塞在实机状况下热疲劳寿命难预测的问题,提出采用加速热疲劳方法的部件模拟试验寿命来预测活塞的实机寿命。基于临界面法,循环计算得到活塞在实机工作条件下和部件模拟条件下的仿真寿命结果,并运用活塞加速热疲劳试验数据对仿真的寿命数据进行验证,得到的寿命仿真计算值与试验值一致性较好,验证了临界面法的精确性;通过损伤等效分析,确定活塞实机标定工况下的寿命与台架寿命之间的关系;采用非线性拟合的方法,得到部件模拟条件试验条件下循环寿命与加载时间、最高温度之间的关联式。研究结果表明:在实机工况和部件模拟试验条件下,仿真计算得到活塞最先发生疲劳破坏的位置为喉口区域,说明二者的失效区域和失效特征具有一致性;在活塞喉口最高温度为408.6℃时,得到活塞实机标定工况下的寿命是部件模拟条件下的21.2倍;在活塞部件模拟条件下,最高温度相同时,活塞寿命随加热时间的减小而减小;加热时间相同时,活塞寿命随最高温度的增加而减小;根据拟合的关联式,得到活塞发生破坏时的活化能为61.5 kJ/mol。

基于寿命等效的轴承小试样滚动接触疲劳试验研究

为研究动车组修程修制优化改革中检修周期和服役寿命延长后轴箱轴承服役安全性和可靠性问题,基于寿命等效强化理论,结合轴承结构、受力特点、运行工况和赫兹接触理论,提出了一种能够指定运行里程和疲劳循环次数的滚动接触疲劳试验方法。应用该方法完成了动车组轴箱轴承小试样滚动接触疲劳试验,通过分析相关试验数据,研究了试样微观组织的演变规律。研究结果表明:随着模拟里程增大,试样表面状态和性能仍处于稳定状态。相关研究工作验证了延长轴承服役寿命的可行性。该试验方法可以显著缩短疲劳试验周期,具有良好的可行性和操作性,可推广应用到其他类型轴承的疲劳寿命试验研究中。

基于额定动载荷的轴箱轴承载荷等效转换方法研究

提出了一种经简化处理的轴承载荷与轮轨力的传递关系,实现了线路实测轮轨力-时间历程测试数据向轴箱轴承载荷-时间历程的换算,根据该换算方法获得了轴箱轴承的线路服役载荷数据,结合雨流计数法完成了典型线路工况下轴箱轴承载荷谱编谱,并将之转化为包含概率信息的各级轴承垂向、横向载荷峰值。基于L-P寿命等效理论,提出了基于寿命等效的轴箱轴承载荷等效转换方法,以额定动载荷为轴承特征参数,形成了一套完整的将线路实测载荷谱等效为台架试验等效载荷的转换方法,实现了运用交路下台架试验评估技术。提出的相关方法可用于轴箱轴承的线路拟实试验评估工作,具有良好的可行性和操作性,为高速动车组轴箱轴承研发和综合服役性能评估提供借鉴和参考。

基于剩余寿命等效的钢筋混凝土构件地震损伤模型

基于剩余寿命等效的概念,提出了钢筋混凝土构件地震损伤改进模型。其基本思想是认为以某损伤参数(如刚度、位移延性、能量等)建构的损伤指数与疲劳损伤指数(如纵筋累积疲劳损伤),在损伤指数D=1.0条件下都可以表示构件失效。这样在某时刻以不同损伤指数表达的构件剩余寿命(1.0-Di)与损伤指数增量ΔDi之比,都等于使构件完全失效时对应的继续循环加载周数。利用这种等效关系定义了新的损伤指数,可以在构件的反应参量和破坏机理之间建立起联系。作为实际应用给出了一种基于截面刚度退化的低周反复荷载作用下钢筋混凝土桥墩损伤模型。

LC4CS铝合金预腐蚀形貌与剩余寿命评估

研究LC4CS铝合金经EXCO溶液腐蚀后的截面轮廓线,提出了蚀坑特征自动识别和尺寸测量的方法。对预腐蚀件进行疲劳试验,腐蚀严重降低了试件的疲劳寿命。以测得的蚀坑深度h、长宽比AR和截面积As为参数将蚀坑等效成半椭圆和半圆形初始裂纹预测剩余寿命,h和As都是蚀坑等效的有效参数,半椭圆和半圆形裂纹应分别以h、As的平均值和最大值为等效参数。

基于机组寿命等值损耗模型的维护费用计算

维修费用是发电成本中难以计算的部分,它的变化受制于机组可靠性的高低,而维修活动对可靠性指标之一的寿命有重要影响.首先建立基于维修的寿命等效延长模型,然后在此基础上建立发电设备维修—寿命—发电成本三者之间的量化关系,为发电成本的计算提供新的思路和方法.

大型结构部件多损伤点疲劳试验载荷等效方法研究

大型结构部件通常包含多个可能发生疲劳失效的高应力点,是典型的多点损伤结构。由于材料及结构性能具有分散性,大型结构件相当于一个串联系统,其疲劳寿命(随机变量)是由各高应力部位的寿命(随机变量)共同决定的。由于试验设施限制及加速试验的要求,试验状态下的结构部件往往无法做到与真实服役部件的加载方式及全局应力分布完全一致。在设计大型结构件疲劳试验方案时,需要全面考虑应力较高的多个部位,以保证疲劳试验结果能够客观、真实地再现服役状态下的疲劳寿命。研究基于"大型结构部件寿命概率分布-高应力点数量及寿命概率分布关系"的大型结构部件疲劳试验载荷等效变换方法,研究平均应力修正方法在疲劳试验方案设计中的应用及相关问题,阐释了将大型结构件服役中承受的对称循环载荷转换为试验时易于加载的脉动循环载荷的寿命等效原理、方法及具体计算公式。这些结果表明:通过这样的载荷转换,可以实现寿命概率分布基本等效的同时,显著提高电液伺服系统的试验加载频率(从2 Hz提高到4 Hz),缩短试验时间。

样本信息聚集原理与P-S-N曲线拟合方法

基于不同应力水平下试样疲劳寿命对应的概率分位点的一致性,研究小样本疲劳试验数据信息提取原理与P-S-N曲线试验数据统计处理方法。通过聚集不同应力水平下的寿命试验数据、融合不同应力水平下的寿命分布信息,实现各级应力水平下寿命分散性信息的集成应用。借助失效迹线和等效寿命概念,以及等效寿命分布与真实寿命分布一致性判据,提出确定寿命标准差与循环应力水平之间关系的方法。在寿命中值(均值)-应力水平关系已知、寿命标准差-应力水平关系待定的情况下,基于等效寿命分布与真实寿命分布一致性的统计检验,应用摄动寻优技术确定疲劳寿命标准差-循环应力水平方程。这种方法相当于把不同应力水平下的疲劳寿命试验数据转换为任一指定应力下的等效寿命,从而得到等效大样本数据,拟合出较为精确的P-S-N曲线。试验表明,此方法能在较小样本量(20～30)的条件下,获得与传统成组法(40～60个样本)接近的P-S-N曲线,且容易应用。

市场机制下面向电网的储能系统优化配置

随着我国市场化进程的不断推进以及储能成本的不断下降,储能作为独立的运行商参与电力市场成为可能。本文从面向电网的储能出发,提出一种市场机制下储能系统选址定容优化方法。首先从直接收益和间接收益两个方面分析储能参与电力市场的成本效益,在此基础上,建立了综合考虑规划和运行的储能优化配置多目标双层决策模型。外层以储能侧综合收益(包括投资成本、高储低放套利以及调峰辅助服务补偿)、常规机组侧运行收益、新能源侧附加并网收益以及电网侧网损收益最大为目标;内层以储能、新能源和常规机组的协调运行成本最小为目标。此外,考虑充放电策略对储能循环寿命的影响,基于等效寿命损耗将储能规划和运行的相互影响引入模型。最后,在改进的39节点系统中采用改进的粒子群算法仿真分析,结果证明了所提模型和方法的可行性和有效性。

基于成本分析的超级电容器和蓄电池混合储能优化配置方案

超级电容器和蓄电池混合储能系统综合了功率型储能元件和能量型储能元件的优势,避免了单一储能技术的不足,是储能技术的重要发展方向之一。针对储能在大功率、大容量、波动性较强的应用场合,在分析负荷特性需求的基础上,给出了储能系统总容量配置的方法,提出了基于成本分析的超级电容器和蓄电池的混合配置方案。算例分析验证了所提方法的有效性。

计及负荷可控性的微网储能容量优化配置

合理配置储能容量,是保证以可再生能源为主体电源的独立微网经济可靠运行的关键。基于微网地下水开采负荷的可控性,提出可再生能源/储能/负荷协调的微网系统功率分配策略。在此基础上,考虑蓄电池储能的运行特性对其寿命影响,提出微网电池储能的容量优化模型。以中国西北地区风光互补独立微网为例,对电池储能容量优化进行研究,仿真结果验证了所建模型的合理性。

基于样本信息重构的小子样P-S-N曲线拟合方法

为了在小子样条件下拟合出精度较高的P-S-N曲线,本文提出基于样本信息重构并符合疲劳寿命等效原理的极大似然法和基于样本信息重构的最小二乘法。样本信息重构有效解决了在部分相邻的应力水平下样本的对数寿命标准差与对数应力水平不呈线性关系的问题,同时该方法考虑了各应力水平下样本数量效应对整体样本分布的影响,有效降低了部分应力水平下小样本与异常样本对疲劳寿命均值与标准差的影响,保证疲劳寿命的等效精度。最后通过应用疲劳试验数据对本文提出的2种方法与传统的极大似然法和最小二乘法进行对比分析,结果表明基于样本信息重构并符合疲劳寿命等效原理的极大似然法拟合的P-S-N曲线精度高且偏于安全。

基于任务的战储航材储备数量优化

针对现有战储航材储备数量与作战任务关联度不强的问题,分析任务剖面,以任务完成度为目标,依据可修备件供应理论,构建基于作战任务的战储航材备件动态配置模型。通过引入拉格朗日乘子,对多约束条件下的备件储备方案进行优化。以作战任务为例,计算满足所有条件的备件储备方案,并与OPUS10软件仿真结果进行对比,验证了该模型的有效性,为解决面向任务的战储航材储备数量优化问题提供思路。

混凝土多轴受压疲劳强度分析

首先进行了0、0.1fc、0.25fc和0.4fc四个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压静载试验和0.1fc、0.25fc两个不同初始定侧压级别下的混凝土三轴压等幅疲劳试验,疲劳试验中最小应力水平均为0.1fc,最大应力水平为1.6fc^2.5fc,根据混凝土三轴压本构特征得到其在不同加载工况下的疲劳寿命。然后利用等效疲劳寿命和等效应力水平的概念,通过三参数Fardis-Chen模型和修正的Aas-Jakobsen方程得到统一的S-N曲线方程,并以此得到混凝土在不同侧压工况下的疲劳强度,从而使混凝土多轴受压疲劳强度问题得到简化。

威布尔分布下小样本P-S-N曲线拟合方法

为拟合疲劳寿命服从威布尔分布的小样本P-S-N(失效概率-应力-循环次数)曲线,提出了小样本疲劳寿命试验数据统计分析与P-S-N曲线拟合方法。根据疲劳寿命均值和标准差与应力水平的线性关系,基于已知的最高级应力水平的疲劳寿命分布参数,使用疲劳寿命算术平均值替代其他级应力水平均值(期望),获得疲劳寿命均值与应力水平的线性关系。根据此关系,将不同级应力水平的疲劳寿命等效到最高级应力水平,检验等效寿命与最高级应力水平疲劳寿命的均值相对误差,反推各级应力水平疲劳寿命的统计参数,从而实现了P-S-N曲线的拟合。算例结果表明:使用全部疲劳寿命数据时,所提方法拟合结果与传统方法拟合结果相对误差小于1%;对于拟合设计的2组方案(8-5-5和8-3-3),所提方法与传统方法拟合结果相对误差小于10%;所提方法能够得到较为合理的参数,获得较好的P-S-N曲线拟合结果。

对数正态型备件随舰配置方案评估及优化

针对舰船装备任务期间对数正态型备件随舰配置方案满足率评估及优化问题,首先采用部件寿命等效原理,将对数正态型部件消耗过程等效为伽玛冲击过程,给出了寿命等效的参数计算方法,建立了对数正态型部件随舰备件满足率模型;然后,结合备件满足率指标约束,给出了对数正态型备件配置方案优化方法,并结合算例进行了仿真分析。结果表明:所建立的模型具有较高的评估精度,能够对对数正态型备件配置方案进行评估;所提出的备件配置优化方法能够在备件满足率指标约束下,准确给出对数正态备件随舰配置方案。该研究结果能够为舰船装备保障部门开展对数正态型备件随舰配置方案评估及优化,提供一定的理论支撑和决策支持。

基于APSO算法的公路光伏声屏障储充系统优化

为实现公路光伏声屏障发电系统的能源自洽,基于自适应粒子群算法提出了一套从光伏出力、蓄电池储能到充电桩用电的“光储充”容量配置方案。根据项目所在地的温度、辐射强度及光伏组件性能衰减规律建立光伏出力模型,结合公路光伏声屏障吸声降噪效果,计算光伏组件最佳倾角并获取该倾角下的光伏资源禀赋。基于光伏出力与负荷需求,获取蓄电池逐时荷电状态,利用雨流计数法和等效循环寿命法计算蓄电池的预估使用寿命,建立了涵盖初始投资、运行维护和设备更换3部分费用的成本模型,相较于传统固定寿命的成本模型更加具有实际意义。然后,以最小化总成本为优化目标,考虑系统的最小功率、占地面积、蓄电池荷电状态、系统负荷缺电率和系统弃能率5个约束条件,建立了公路“光储充”系统容量配置协调优化模型。采用自适应的粒子群算法,通过改进惯性权重提高了粒子的全局和局部搜索能力,得到了给定光伏板数量下蓄电池及充电桩的最优容量配置方案。结果表明:提出的公路“光储充”模型的能源自洽率达95%以上,对加快公路交通能源融合具有重要意义。针对蓄电池荷电状态,设定荷电状态全年处于0.2~0.8之间,防止了蓄电池的过充过放,显著提高了蓄电池的使用寿命;针对粒子寻优能力,采用自适应粒子群算法使得粒子寻优速度提升将近90%;最终优化结果同时满足5%的负荷缺电率及10%的系统弃能率,保证了系统可靠性。