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。

杯形谐波减速器齿廓修形方法及寿命预测分析

杯形谐波减速器柔轮与波发生器装配时产生的径向变形量理论与实际不符,柔轮与刚轮轮齿出现啮合干涉,基于柔轮装配的变形情况提出了柔轮齿廓修形方法。通过有限元法装配仿真确定了合适的修形量,修形后柔轮经过装配和运转有限元分析,最后基于Miner线性疲劳理论采用Fe-safe软件对柔轮寿命进行了预测。结果表明,修形后柔轮装配时最大应力从962.2 MPa降低至532.7 MPa,负载运转时应力为609.9 MPa,轮齿应力有较大改善且啮合干涉情况得到解决,柔轮寿命循环次数为4.28×10^(6)。

岸桥起重机前大梁疲劳寿命的数值模拟分析

为了保证岸桥起重机的安全作业,评估岸桥起重机前大梁的疲劳寿命是非常必要的.首先在ANSYS中建立前大梁模型进行静力分析,采用实际工况进行加载,求得起重机主要构件在荷载组合下的应力状态和变形量,与行业规范进行比较,校验在荷载作用下的强度和刚度.针对结构的危险部位,如出现较大应力及变形量的部位,使用ANSYS APDL导出其周边的柔性体,耦合多体动力学软件ADAMS进行动力学仿真.采取不同的连接方式添加运动副及驱动,还原岸桥起重机构件间的连接状态,并导出在给定工况下岸桥起重机前大梁载荷谱.利用Ncode design life的“疲劳五框图”结合线性损伤理论、材料的S-N曲线,对岸桥起重机前大梁进行了疲劳分析.结果表明,前大梁与前拉杆的连接处为寿命最短部位,基于修正模型Godman获得的最小循环次数为7.145E+05次.该文的研究结果可为预测岸桥起重机的疲劳寿命提供重要参考.

航空发动机轴承钢滚动接触疲劳模拟及寿命预测

主轴轴承是航空发动机中重要的安全部件,由综合性能优良的轴承钢制备,材料须具备高表面硬度、高断裂韧度、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等特点。然而,严苛的运行条件使轴承钢因滚动接触疲劳(RCF)而失效,严重影响飞行安全,因此,准确预测轴承钢的RCF寿命是保证航空发动机可靠性的关键。本文综述了航空发动机轴承钢RCF和寿命预测方面的重要研究成果和进展,并且展望了该领域未来的研究方向。文章首先介绍了轴承滚动体和滚道间赫兹接触导致的特殊应力场,其中剪切应力分量在次表面达到峰值,这解释了轴承钢次表面RCF复杂机理的原因,提出在理想条件下次表面起源的RCF是轴承钢的重要失效模式,同时,随着接触应力的增加,材料的响应方式从弹性向塑性演进;此外,由于航空发动机轴承实际服役环境恶劣,表面起源的RCF也会发生,因此存在两者之间的竞争。接着,总结对比了三种对RCF寿命的理论预测思路,即概率模型、机理模型和数值模型,并分析了这三种模型各自的优缺点:概率模型发展成熟,工业界应用广泛,但本质是一类统计学模型,缺少RCF机理,科学性较低;决定性模型通过对物理过程的描述预测RCF寿命,科学性高但模型过于简化,精确性不高;数值模型兼顾了工程实际和科学性,是针对RCF寿命预测问题的有力手段,但精确性有待进一步提升。最后,基于当前的研究现状,建议在未来从解决RCF过程中关键科学问题、通过嵌入RCF机理优化寿命预测模型和发展人工智能在RCF寿命预测的应用这三个方面进行研究。

超临界锅炉再热热段管道裂纹分析及寿命评估

某型超临界锅炉再热热段管道内壁出现网状裂纹,裂纹分布于该处疏水管沿蒸汽流动方向约200 mm范围内。经宏观检查,无损检测以及扫描电镜形貌检查,判断其为热疲劳裂纹。通过查询该锅炉的运行记录,分析原因为再热蒸汽压力波动,导致疏水管道产生的冷凝水反复涌入再热热段管道,使其管道内壁产生热疲劳裂纹。运用有限元软件模拟出了疏水管内冷凝水产生的液面位置,即距离再热热段管道外壁超过30 cm的疏水管内再热蒸汽会全部冷凝为液态水。提出了避免产生此种热疲劳裂纹的解决方法,如调整疏水一次阀门的位置以及控制再热蒸汽压力的大幅度波动。最后对该段无裂纹的热段管道进行了寿命评估,得出剩余寿命约为61 722 h。

波纹管最大压缩位移及疲劳寿命分析

为解决某GIS母线中波纹管的最大压缩位移和疲劳寿命究竟能否同时满足工程指标的难题,应用工程计算和有限元分析分别加以计算,然后通过两种计算结果和实验验证进行比较,以期获得哪种方法更精确可靠。为达此目的,文中给出了工程计算和有限元建模的详细过程。按工程计算方法得到的最大压缩位移结果无法满足工程指标,而有限元分析计算方法,却可以达到工程指标,且有较大的安全裕度。有限元分析还揭示了满足大压缩位移的机理,计算结果符合某GIS工程同时需要的压缩位移和疲劳寿命。经型式试验也验证了模拟的正确性。充分证明了有限元分析方法是比按工程计算方法更为先进和准确的设计手段。

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。

基础激励下裂纹梁结构疲劳寿命预测模型

为了发展基于模型的裂纹梁结构疲劳寿命预测方法,提出了一种新的三维裂纹梁单元刚度矩阵。基于该刚度矩阵,建立基础激励下裂纹梁结构的三维有限元模型。推导三维裂纹梁单元的应力强度因子,建立三维裂纹梁单元的疲劳裂纹扩展模型。采用振动响应与裂纹扩展增量交互计算方法,计算循环载荷作用下裂纹梁结构的疲劳寿命。研究结果表明:裂纹梁结构寿命预测模型较好地体现了疲劳裂纹扩展寿命与基础激励参数、结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了基础激励对裂纹梁结构疲劳寿命的影响。最后通过实验对模型进行了验证。

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。

弹上电子产品加固防护可靠性分析研究

提出一种弹上电子产品球栅阵列封装元器件的新型加固防护工艺方法,对使用不同加固防护方法的电子产品进行了随机振动试验与有限元仿真分析,研究对球栅阵列封装(BGA)元器件焊点可靠性的影响;采用Steinberg疲劳寿命模型分析焊点的疲劳寿命。研究表明,纳米疏水剂、四角点胶配合3D打印壳体封装的组合新型弹上电子产品加固防护方法能有效提升产品可靠性。

碳元素含量对钢锻件疲劳性能的影响

对不同碳元素含量的钢锻件进行疲劳试验,研究了碳元素含量对钢锻件疲劳性能的影响,并对其断裂机制和强化机制进行分析。结果表明:随着碳元素含量的增加,材料的疲劳强度逐渐增大;在相同应变水平下,碳元素质量分数为0.3%的试样疲劳寿命最长;试样表面的几何缺陷或非金属夹杂处萌生微裂纹,并在条状物区域平稳扩展,最终试样在快速剪切中迅速断裂;经高温回火后,材料中过饱和的碳元素几乎全部以碳化物的形式析出,以固溶强化的形式提高了其疲劳性能。

倾覆力耦合的大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰结构疲劳寿命研究

大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰连接受倾覆力及其他交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。文中建立了考虑倾覆力耦合作用的法兰连接有限元数值模型,分析了特定工况下法兰连接各部件应力场分布规律;通过GH-Bladed获得主轴实际转矩变化数据,根据雨流计数法计算得到了主轴和螺栓多种工况下载荷-时间历程曲线,基于Brown-Miller准则并结合材料的S-N曲线,使用FE-SAFE给出了不同预紧力条件下主轴和螺栓的疲劳寿命,疲劳分析结果表明:随着预紧力的减小,主轴的疲劳寿命大于螺栓的,螺栓在风机运行过程中更容易发生疲劳破坏。基于VDI2230规范,结合法兰界面涂层增摩工艺,得到了法兰界面摩擦因数、螺栓预紧力与法兰结构疲劳寿命的理论模型。该研究对于大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰连接结构设计和疲劳寿命提升具有一定的指导意义。

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。

基于水系沉积物地球化学背景特征的生态环境评价

本文通过对额尔古纳地区1∶25万区域化探数据分析研究,探讨用水系沉积物地球化学背景特征评价研究区生态环境。参照生态环境地球化学评价方法,对研究区的生态环境进行评价,得出研究区的生态环境总体较好,局部存在轻度至重度污染,并重点圈定了F、As元素土壤污染区域。特征植物营养元素相互间搭配平衡关系较差,说明该区的土壤环境不能很好地为植物生长提供适宜的营养补给条件。测区生命必需元素均在正常范围之内,适宜人类生活和工作。综合分析认为,造成研究区内污染状况的原因可能与矿业开采、人类活动及地质背景等因素有关。区域化探数据结合生态环境地球化学评价方法可以应用于内蒙古生态环境评价。

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。