变速条件下流体动压效应稳健性分析

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设计目标。以高速动压油膜为研究对象,为掌握几何参数和转速对油膜承载性能波动的影响,进行稳健优化和分析,提取油膜性能稳健优化结果的特征区域。针对传动系统的不同需求,采用计算流体力学方法求解不同转速下的动压滑动轴承油膜压力场,进而求解其主要性能指标:承载力和摩擦功耗。建立研究目标的Kriging近似模型,并在样本点临近区域选择稳健目标计算的子空间,计算目标均值和方差。利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解不同目标组合的Pareto最优解集。结合自组织映射图(SOM)方法进行相关性分析,提取设计目标与几何参数、转速之间的相关性特征,分析最优特征区域中偏心率对目标稳健性的影响,最终确定稳健性好的特征区域,并选择个别结果进行仿真计算验证。结果表明:所提出的最优性分析方法能够清晰展现出稳健最优性区域在设计空间中的分布情况,便于降低几何参数和转速的波动对油膜性能的影响;所提方法能提升优化设计结果的可实现性,有效促进理论设计与工程实际的衔接。

液压泵用推力球轴承疲劳剥落原因

某台液压泵推力球轴承发生疲劳剥落现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试、压印深度测量等方法对轴承剥落的原因进行分析。结果表明:轴承发生疲劳剥落的原因为,保持架兜孔压印部位变形量大,钢球受到过度约束,钢球与保持架发生运动干涉,最终导致轴承疲劳剥落。采用聚醚醚酮材料制造的自锁保持架替代铜实体保持架,可有效改善推力球轴承疲劳剥落的问题。

织物衬垫磨损对自润滑关节轴承动力学的影响

自润滑关节轴承在服役过程中,衬垫的磨损导致自润滑关节轴承内外圈之间产生间隙,自润滑运动副间隙的存在加速了内外圈之间的碰撞以及衬垫的进一步磨损,对自润滑关节轴承的动力学特性产生较大的影响。此外,衬垫的磨损还会导致各构件非线性特性的恶化,降低自润滑关节轴承的稳定性。为研究织物衬垫磨损对自润滑关节轴承动力学响应的影响,文中建立了带间隙的自润滑关节轴承运动副矢量模型。首先,通过修正Lankarani-Nikravesh(L-N)法向接触力模型和改进的库仑摩擦力模型,对内外圈间隙处的碰撞力进行建模;然后,基于牛顿第二定律建立了含间隙的刚柔耦合动力学方程;最后,分析讨论不同织物衬垫磨损量和不同摩擦因数条件下含间隙的自润滑关节轴承传动系统的动力学特性,并利用相图和Poincare映射图分析了自润滑关节轴承的非线性特性。结果表明:随着织物衬垫磨损量的增加,自润滑关节轴承内圈和外圈的动力学行为表现出非线性特性;衬垫磨损量一定时,随着衬垫摩擦因数的增加,系统稳定性得到提高,抑制了混沌现象的发生。

自监督学习结合对抗迁移的跨工况轴承故障诊断

轴承智能故障诊断应用中,由于实际工况复杂多变,极难获得足够的真实故障数据,且目标域和源域信号存在较大差异,导致深度模型的跨工况迁移识别也出现特征提取及分类困难、模型泛化性弱。考虑到目标域存在大量无标签数据,引入无监督思想,提出基于自监督学习结合对抗迁移的改进方法。首先根据信号本身特点创建辅助任务,对大量无标签数据学习,建立源域与目标域故障类别之间的内在联系;再通过对抗域适应和联合最大平均差异将源域知识迁移到目标域中,结合辅助任务优化两域差异,最终实现目标域准确的故障分类。用2个公开的轴承数据集上验证了所提方法的性能,实验结果表明,所提方法的故障诊断识别准确率在多数情况下均高于98%。

石墨烯/多孔聚酰亚胺自润滑保持架材料的制备及其性能

为提高航天长寿命轴承用多孔聚酰亚胺(PPI)保持架材料的自润滑性能,采用机械混合和原位聚合的方式分别制备了石墨烯(GP)改性多孔聚酰亚胺材料,通过扫描电镜、压汞仪、万能拉伸试验机及摩擦试验机等设备对其微孔性能、力学性能以及摩擦学性能进行分析,结果表明:原位聚合能形成“蜂窝状”多孔结构,有利于制备低孔隙率和小孔径的多孔聚酰亚胺材料;石墨烯含量0.5%时,机械混合和原位聚合工艺所制得复合材料的拉伸强度均最高,较未改性PPI分别提高了13.0%和42.3%;石墨烯含量0.5%和1.0%时,原位聚合试样具有更优异的耐磨性,磨损量较未改性PPI分别降低了73.3%和47.8%。

湿陷性黄土场地中单桩承载力与负摩阻力试验研究

为了研究湿陷性黄土场地中土体湿陷引起的桩基承载力问题,在平凉市某工程现场利用机械成孔灌注桩(桩径0.8 m,桩长26 m)进行荷载-特殊浸水试验,对试验过程中不同深度处的桩身轴力和桩侧摩阻力进行分析。结果表明:天然状态下试验桩极限承载力大于13 200 kN,受力特性为典型的摩擦桩;由于前期泥浆护壁施工方式对孔壁的浸水影响以及桩周土沿桩长方向上物理力学性能分布的不确定性,侧摩阻力沿深度出现多个峰值,最大值均出现在泥浆护壁以上(桩身2~6 m)位置处;在渗水孔与渗水坑相结合的特殊浸水试验条件下,桩侧负摩阻力在浸水试验第8 d时趋于稳定,中性点在桩身8 m位置处,负摩阻力为107.6 kPa;试验过程中桩周土沿桩长分段发生湿陷,而不是随浸水自上到下逐渐湿陷;受到预浸水作用的试件SZH在静载试验结束后的中性点出现在桩身12 m位置处,负摩阻力为127.8 kPa,人工浸水试验主要使桩身8 m位置以上桩身轴力增大,中性点位置保持不变,表明负摩阻力受桩顶荷载、浸水方式和浸水固结时间影响显著。

一种POA-VMD和自编码器结合的风电机组轴承劣化指标构建及故障诊断方法

针对目前轴承性能劣化指标的构建及故障诊断高度依赖专家经验,限制条件繁多,实际应用情景单一的问题,提出一种鹈鹕优化算法(POA)优化的变分模态分解(VMD)和自编码器结合的风机轴承劣化指标构建及故障诊断方法。首先利用POA-VMD算法将轴承振动信号采用自适应方法分解为K个固有模态分量(IMF),并针对上述分量分别构建K个自编码器;然后以正常状态振动信号的分解结果为训练样本完成自编码器的训练,并以训练完成后模型的输出结果为基础构建轴承劣化指标,借助劣化指标监测轴承早期微弱故障;最后对故障时刻振动信号的IMF分量重构结果进行包络谱分析,确定故障的类型。经实验验证:该方法不仅可以清晰地展现轴承的劣化过程,对早期微弱故障敏感性高,而且在故障发生后可以准确诊断出故障类型。

自润滑滑动轴承涂层厚度的太赫兹无损检测

[目的]自润滑轴承在服役过程中面临的恶劣工况会加剧涂层磨损,涂层一旦失效则可能发生重大事故,因此对涂层磨损量的检测就显得尤为重要.[方法]针对当前对轴承自润滑涂层磨损失效评价技术存在的精度低、可靠性不足等问题,本研究提出基于太赫兹时域光谱技术的高精度自润滑滑动轴承涂层厚度无损检测方法.在系统探究聚四氟乙烯(PTFE)型涂层材料在太赫兹频段的介电响应特性的基础上,对其厚度及磨损量进行精确测量,并重构涂层界面形貌.[结果]结果表明,太赫兹波对PTFE型涂层具有良好的穿透性和特征响应特性,其厚度检测的理论最大误差为4.69μm,相对误差为2.35%,并且能对1μm的磨损量进行检测.[结论]该方法可满足实际的工程检测需求,为发展更加适用于自润滑涂层的无损检测技术提供了新方案.

电流互感器抗震性能与隔震试验研究

瓷柱型电气设备是变电站最常见的室外高压电气设备,抗震能力较差,历次震害表明该设备损坏是造成电力系统功能失效的主要原因。对110 kV电流互感器进行振动台试验,原设备与安装滑动自复位隔震支座设备同时进行试验,测定设备在不同地震动强度、不同地震波作用下关键位置加速度、位移和应变响应,分析电流互感器抗震性能和隔震支座隔震效果。研究结果表明,地震动峰值加速度为0.4 g时,电流互感器瓷套管根部最大应力为22.4 MPa,电流互感器加速度放大系数为3~8;滑动自复位隔震支座明显降低了电流互感器自振频率,瓷柱型电气设备瓷套管顶部加速度响应降低了80%以上,瓷套管根部应变响应不同程度地降低,说明滑动自复位隔震支座具有良好的隔震效果。

自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望

自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承,因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注.目前,自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统,其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多.随着高端装备极限性能不断提升,对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高.因此,自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要.本文中从摩擦学视角出发,总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状,包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容.此外,文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展,包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素.最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.

曳引机调心滚子轴承唇形密封圈密封及摩擦性能分析

针对曳引机主支承调心滚子轴承密封过早失效及密封圈摩擦损耗大问题,构建调心滚子轴承唇形密封圈的有限元模型,研究唇形密封圈主要结构参数及橡胶材料硬度对其密封性能(最大接触应力表征)及摩擦性能(摩擦力矩表征)的影响规律,并基于响应曲面法探明唇形密封圈主要结构参数间存在的交互作用。结果表明:最大接触应力随唇形密封圈过盈量、腰部厚度及橡胶材料硬度的增加呈近似线性增加,随唇倾角及唇口圆角半径的增加分别呈近似线性减小及非线性减小;摩擦力矩随过盈量、腰部厚度及橡胶材料硬度的增加而增加,随唇口圆角半径的增加先快速增加后缓慢增加,随唇倾角的增加呈非线性减小;过盈量和唇口圆角半径的交互作用及腰部厚度和唇口圆角半径的交互作用对最大接触应力的影响较为显著;腰部厚度和过盈量的交互作用对摩擦力矩的影响较为显著。研究结果可为调心滚子轴承唇形密封圈设计及选型提供一定指导。

横州飞龙大桥主桥设计

横州飞龙大桥主桥为(100+2×185+100)m波形钢腹板连续刚构桥,主梁为单箱单室波形钢腹板组合箱梁,桥面宽13 m,中支点梁高10.9 m,跨中及边跨梁端梁高4 m。腹板采用1800型波形钢腹板,相比传统1600型腹板具有更高的整体屈曲应力;波形钢腹板防屈曲构造采用内衬混凝土和纵、横向加劲肋混合布置的方式,减少了内衬混凝土长度,减轻了结构自重;波形钢腹板与顶板采用长孔型开孔板连接件,与底板采用外包型连接,提高了结合部施工便捷性和耐久性。主梁采用波形钢腹板悬臂自承重施工工法,先边跨后中跨合龙,采用研发的钢架吊篮与智能吊机组合的挂篮形式,提高了施工效率。

孔隙结构对铁基含油滑动轴承材料摩擦学性能的影响

分别将TiH2和聚酰胺-66短纤维作为高温和低温分解造孔剂,通过粉末冶金方法制备了铁基含油滑动轴承材料。TiH2分解产生的H2从材料中逸出,在基体内留下大孔洞,嵌入基体的聚酰胺-66短纤维低温分解后可在基体中生成连通的纤维状孔隙通道,有助于基体储存与释放润滑油。研究了造孔剂对铁基含油滑动轴承材料性能的影响,结果表明:有造孔剂的基体含油率比无造孔剂的基体含油率提高了33.9%,在摩擦热的作用下,可以将润滑油迅速释放到含油材料表面,与对偶件之间形成一个稳定的固-液-固界面,从而减少材料的摩擦磨损;当载荷为300 N(接触压强为1.2 MPa)时,含油材料的摩擦系数为0.078;适当增加载荷,有利于润滑油的释放;当载荷较大时,润滑油膜易被压溃破损,材料减摩性能变差。

基于掩码自监督学习的滚动轴承冲击特征提取方法

现有的机械故障智能诊断方法普遍需要大量的可靠样本作为模型的训练支撑,然而,实际应用场景通常缺少标签数据。针对这一难题,提出一种基于掩码自监督学习的滚动轴承局部故障冲击特征提取方法。利用随机掩码对原始轴承故障信号进行布尔运算,得到用于特征提取训练的自监督样本;将掩码处理后的信号输入所搭建的掩码自监督学习网络中,建立包含网络输出与输入峭度差信息的损失函数,对网络进行基于随机掩码自监督学习的多轮训练,使网络获得从原始故障信号中提取故障冲击特征的能力。仿真信号分析表明,所提方法在掩码遮盖比例为95%、训练轮次为250时,能够以96.68%的重构精度重建原始信号中的冲击序列。滚动轴承故障实验进一步表明,所提方法在无需额外训练数据的前提下能有效地从含噪信号中提取故障冲击序列,在效果均优于对比方法最优结果的前提下,所提方法计算耗时低于20 s,远优于MCKD类方法,具有较好的应用价值。

基于自适应CYCBD和DARTS的滚动轴承故障诊断方法

针对强噪声导致滚动轴承振动信号故障特征不明显的问题,提出一种结合自适应最大2阶循环平稳盲解卷积(Maximum Second-order Cyclostationary Blind Deconvolution,CYCBD)与可微架构自搜索(Differentiable Architecture Search,DARTS)的故障诊断方法。首先将模糊熵作为鲸鱼优化算法的适应度函数进行CYCBD滤波器长度寻优,并以峭度-包络谱峰值为综合指标对循环频率进行步长寻优,从而实现自适应CYCBD降噪;然后引入DARTS算法实现滚动轴承故障识别模型的自构建;最后通过滚动轴承公开数据与实验数据验证多域强噪声环境下自适应CYCBD-DARTS故障诊断方法的有效性。

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。

基于自适应升维和卷积自注意力的轴承故障诊断网络

深度学习网络是一种端到端的黑箱模型,对网络进行可解释分析可以更深入理解网络内部运行机理以便合理优化网络结构和调参。目前基于Transformer网络的轴承故障诊断模型必须借助时频分析等方法对时域信号进行升维,使其转换为时频图等二维图像以便于可解释分析,这种方法存在着升维过程中参数固定、网络参数量过大和网络可解释性较差等缺点。针对以上问题提出融合网络内自适应升维方法、卷积自注意力模块(convolutional self-attention module)以及中间层类激活热力图(mid layer class activation map, ML-CAM)的卷积自注意力自适应升维网络(convolutional self-attention adaptive dimension-increasing network, CSADI-Net)。卷积自注意力模块使用卷积层获取特征图的查询(query, Q)、键(key, K)和值(value, V),极大地减少了可训练参数量;网络内自适应升维方法通过内部特征图拼接等操作将升维过程与网络训练融合,使其具有自适应参数调节的能力;中间层类激活热力图可以将网络内升维方法所得二维特征图上各个部位的关注度以热力图的形式展现,是一种直观的可视化可解释分析方法。此外,对CSADI-Net和ML-CAM进行了测试,CSADI-Net在凯斯西储大学轴承数据集上的准确率可以达到97.32±0.12%并且可以完全分类大连大学实测轴承故障数据集,同时使用ML-CAM对CSADI-Net在两数据集各样本上绘制了类激活热力图,解释了网络运行机理,证实CSADI-Net具有高准确率,高抗噪性能,可解释性强等优点。

新型球型钢支座耗能减震元件试验研究与数值模拟

在万向减震球型钢支座的基础上对其弹簧元件进行耗能设计,提出了一种新型耗能减震球型钢支座,采用钢板弹簧叠加耗能钢作为耗能减震元件。通过单调拉伸加载试验和循环拉伸加载试验,研究了Q295钢材的耗能能力,采用拟静力试验和数值分析相结合的方法,分析了支座耗能减震元件的滞回性能和自复位性能;将该新型球型钢支座应用于网架结构中,考察其耗能减震能力。研究结果表明,Q295钢材的滞回曲线饱满,具有一定的耗能能力;减震元件的耗能减震性能较好,并且具有一定的复位能力;相较于一般的弹性减震支座,新型球型钢支座可以吸收部分地震能量,从而进一步降低结构的动力响应。

TiB_(2)增强乙烯基树脂自润滑复合材料的制备及性能

自润滑材料是影响自润滑关节轴承性能的关键因素,由于传统自润滑材料存在制造工艺复杂、成本较高等问题,所以目前聚合物自润滑复合材料的研究备受关注。热固性树脂因其优异的物理化学性质成为了聚合物自润滑复合材料研究的重点。采用注塑法制备了以乙烯基树脂(VER)为基体、聚四氟乙烯(PTFE)为润滑剂、二硼化钛(TiB_(2))为增强剂的聚合物自润滑复合材料,通过压缩试验与球-盘摩擦磨损试验研究了填料对复合材料摩擦学以及压缩性能的影响;通过扫描电子显微镜、能谱仪以及三维白光形貌分析仪等对其断面以及磨损表面进行了研究分析。结果表明,PTFE的加入改善了复合材料的摩擦学性能,使得摩擦系数和磨损率分别降低了61.14%和73.8%;PTFE添加质量分数为30%时,添加质量分数1.5%TiB_(2)的复合材料性能最优,压缩强度最大为102.35 MPa,摩擦系数最低为0.102,磨损率最低为1.593×10^(-15) m^(3)/(N·m)。同时,通过磨损面微观形貌观察发现复合材料内部填料分散均匀,磨损面光滑连续,此时主要磨损形式为疲劳磨损。断裂面微观形貌观察到复合材料受到裂纹钉扎机理的作用,力学性能显著提高。

低周反复荷载作用下圆钢管约束钢筋自应力钢渣混凝土柱弯矩-曲率全过程分析

开展10根圆钢管约束钢筋自应力钢渣混凝土柱和4根圆钢管约束钢筋钢渣混凝土柱低周反复加载试验,分析轴压比、剪跨比、径厚比和钢渣混凝土膨胀率对试件弯矩-曲率骨架曲线的影响规律,结果表明:试件发生弯曲破坏,且随着轴压比和径厚比增大或剪跨比减小,试件抗弯承载力增大但截面曲率减小,试件弯矩-曲率骨架曲线上升段斜率增大;随着钢渣混凝土膨胀率增加,试件抗弯承载力截面曲率均增大,试件弯矩-曲率骨架曲线上升段斜率增大。在试验研究的基础上,选择核心自应力混凝土和钢材本构关系,利用MATLAB软件,编制非线性有限元程序。通过参数分析,进一步探讨了核心混凝土强度、轴压比、剪跨比、径厚比、核心混凝土初始自应力和预留缝宽度等参数,对试件弯矩-曲率骨架曲线的影响规律,结果表明:圆钢管约束钢筋自应力钢渣混凝土柱弯矩-曲率骨架曲线计算值与试验值吻合较好,轴压比、剪跨比和径厚比对试件弯矩-曲率骨架曲线影响规律与试验结果基本一致,且随着核心混凝土强度和初始自应力逐渐增大,试件抗弯承载力逐渐增大,随着核心混凝土强度增大,试件截面曲率均逐渐减小。