木工超薄圆锯片消音缝多目标优化设计

针对超薄圆锯片消音缝设计问题,提出并实施了一种基于MATLAB/ANSYS联合仿真协同非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的多目标优化设计方法。通过Inspire软件采用变密度法进行拓扑优化,确定消音缝的设计域。构建以消音缝位置、角度及缝宽等形状参数为设计变量,以最大变形量、最大等效应力及整体振幅最小化为目标的多目标优化模型。通过MATLAB/ANSYS联合仿真协同NSGA-Ⅱ的策略,进行模型的优化求解。结果表明:4个优化解均能有效减少锯切过程中锯片的变形和整体振幅,为决策者提供了更广泛的选择空间。研究为圆锯片消音缝的多目标优化设计问题提供了可行的解决方案。

汽轮机叶片在电气短路故障下的动响应分析

基于电气短路故障分析了汽轮机低压叶片转子系统的静应力、固有频率以及电磁激振力下的动响应,得到了末级叶片的峰值合应力,采用Neuber理论和材料的循环应力应变关系计算了末级叶片的真实应变,并根据材料的应变寿命特性曲线,得到了末级叶片在电气短路故障下的循环寿命,为末级叶片的安全运行提供了重要的理论依据。

基于热-力耦合的航空发动机叶片堆焊修复数值模拟

压气机叶片极易出现各类损伤缺陷,因此研究其修复技术有十分重大的意义。利用某有限元软件,使用顺序热-力耦合模型对受损叶片氩弧焊堆焊修复过程进行了数值模拟,同时使用Inconel718合金进行单道堆焊试验。结果表明,数值仿真结果与试验结果吻合良好,所用有限元模型能有效模拟氩弧焊堆焊修复过程。分析不同堆焊层数、不同堆焊方案下叶片温度场、热变形和残余应力情况,模拟过程中熔池形状与实际熔池形状较为吻合,热源中心温度达到堆焊要求;通过对比不同层数下热变形量和残余应力值发现,变形量和残余应力值会随着堆焊层数的增加而增大;顺序堆焊在冷却后的变形和残余应力均大于往复堆焊;为了减小叶身残余应力,应该在保证修复质量的前提下,尽量减少叶尖修复的长度和堆焊层数,并采用往复堆焊。最后对比修复后叶片和完好叶片的固有频率,分析发现二者频率几乎相等,表明使用堆焊对损伤叶片进行修复具有较高的修复质量。

Evaluation of vibration stress of TA11 titanium alloy blade by quantitative fractography

Vibration fatigue is the main failure mode of compressor blade. Evaluating the vibration stress of blade that leads to cracking is very useful for analysis of vibration fatigue. In this paper, fatigue stress estimation methods by quantitative fractography were studied through experimental blade and in-service first-stage compressor blade in order to evaluate the initiation vibration stress of in-service blade. The analysis process of initiation vibration stress was established. The evaluating result of vibration stress of in-service blade subjected to centrifugal force and bending vibration stress agrees with aero engine test result. It is shown that the evaluation method can not only evaluate the equivalent fatigue stresses of different crack depths but also yield the initiation equivalent fatigue stress.

5种规格金刚石圆锯片的行波振动分析及优化

为降低金刚石圆锯片在石材切割时产生的锯切噪声,选取常规锯片、打孔锯片、切缝锯片以及在基体上开鼻型径向槽、开孔与夹层的5种典型金刚石圆锯片,利用Workbench软件对其模态、行波振动进行分析,研究其对行波振动的影响。结果表明:直径为180和230 mm的常规锯片出现行波共振,产生强烈噪声;直径为105、115和350 mm的常规锯片不出现行波共振。直径为180和230 mm的切缝锯片δ值偏大,有效避开了行波共振;直径为115和350 mm的切缝锯片δ值偏小,其降噪效果差;而直径为105 mm的夹层锯片δ值偏大,降噪效果好。5种直径锯片采用开鼻形径向槽、雨滴孔和阻尼夹层的设计方案,其δ值分别为8.13%、7.21%、6.01%、6.39%和7.00%,可进一步避开行波共振,其降噪效果更好。

消音缝结构对75Cr1材质圆锯片旋转状态下振动特性的影响

在锯片基体设计消音缝结构是75Cr1材质圆锯片重要的减振降噪方式。为研究消音缝加工位置对旋转状态下75Cr1材质圆锯片振动特性的作用机理,构建了考虑离心应力影响的75Cr1材质圆锯片模态仿真模型,分别探究了在其基体内部和边缘加工消音缝对旋转模态振型以及固有频率的影响。结果表明:加工基体消音缝后,不易产生驻波共振,模态的固有频率发生分离;加工边缘消音缝后,部分模态振型的阶次顺序发生改变,不利于动态稳定性的模态振型阶次后移;基体内部消音缝的模态分离作用较强,边缘消音缝的模态分离作用较弱。本研究结论对制锯企业面向不同工作转速需求的消音缝优化设计具有一定指导意义。

TC17钛合金叶片振动疲劳寿命研究

叶片属于典型的薄壁曲面构件,其服役环境恶劣,在交变应力作用下经过一定循环周次后发生疲劳断裂,严重影响发动机的可靠性和耐持久性。为了研究叶片振动状态下的疲劳性能,采用不同工艺参数加工叶片,测试其表面粗糙度、残余应力、显微硬度,并进行叶片的振动疲劳试验和疲劳断口分析。结果表明:TC17钛合金叶片的危险位置在叶背,距叶尖48.1 mm,距进气边26.9 mm处;叶片的表面粗糙度为0.373μm,表面应力集中系数为1.014,表面残余应力为-319.38 MPa,表面显微硬度为412.53 HV时,获得最高疲劳寿命8.91×10^(5)周次;残余应力对叶片振动疲劳寿命的影响最显著,其次是表面应力集中系数,最后是显微硬度;铣削加工叶片的疲劳失效模式为表面单源起始,疲劳源区有明显的放射线特征,裂纹扩展区有疲劳条带和二次裂纹,瞬断区有韧窝特征,属于韧性断裂。

基于ANSYS的甜玉米果穗圆锯片静力学和模态分析

目的:为确保圆锯片切割甜玉米果穗头时不发生共振,保证切割精度和安全性,对圆锯片进行设计和分析。方法:使用SolidWorks软件建立圆锯片的简化三维模型,利用ANSYS有限元分析软件对圆锯片进行静力学和模态分析。结果:通过静力学分析可知,圆锯片的最大等效应变为200 T/3000 r/min的6.3831×10^(-5)mm/mm,最大等效应力为200 T/3000 r/min的1.2665×10^(7)MPa,等效应变和等效应力均集中于圆锯片中心部连接处;通过模态分析可知,200 T/3000 r/min的前六阶固有频率变化范围为435.26~1345.70 Hz,该圆锯片的最大工作频率远低于其一阶模态,圆锯片不会发生共振,满足工作需求。结论:齿数和转速为200 T/3000 r/min的圆锯片高速旋转切割甜玉米果穗头时具备安全性与可靠性,为后续圆锯片结构优化设计提供了理论依据。

汽轮机末叶小容积流量运行安全性分析及措施

末级叶片在小容积流量工况下运行时,由于流场的不稳定性,会出现叶片动应力突增、鼓风升温引起的强度与振动超标、水蚀加重等运行安全性风险。针对上述问题,以某电厂汽轮机低压叶片为例,分析了末级叶片在小容积流量下的运行安全性,并给出了末级叶片防水蚀措施。结果表明,叶片的最大动应力约为许用值的40%,强度和振动校核满足要求,防水蚀措施效果良好,相关经验可为同类型机组的灵活性改造提供参考。

某40 MW汽轮机组末级长扭叶片枞树型叶根设计

介绍了某40 MW汽轮机组末级长扭叶片的两种枞树型叶根结构,比较了两种叶根结构采用传统算法时的应力情况,评估了枞树型叶根优化的可行性,并建立了长扭叶片的有限元分析模型。通过对长扭叶片与轮槽进行有限元计算,分析了汽轮机末级长扭叶片枞树型叶根过渡段轴向长度及轮缘处叶根轴向斜角在不同取值时叶根的最大等效应力,确定了枞树型叶根的几何参数,同时为保证叶片和机组的安全可靠性,建立了长扭叶片的模态分析模型,分别计算了叶片在4 900 r/min和5 000 r/min时的前3阶的固有频率,确定其动频振动特性,避免共振的发生,最终达到了优化汽轮机组末级长扭叶片枞树型叶根结构的目的。同时建立的长扭叶片有限元分析模型为今后同类叶片设计问题提供了理论支持和解决方案。

回火热处理在复合消音锯片加工过程中的影响和作用

针对复合消音锯片生产过程中的点焊热变形问题,通过优化回火工艺参数,采用中温上限回火和缩短保温时间的二次梯度回火工艺,使点焊后的热应力得到最大程度消除,从而改善二次回火后消音锯片的平面度和端跳值等指标。为后续磨削和校平的处理减轻加工难度,同时稳定地控制和保证复合消音锯片的实物质量水平。

圆锯片基体辊压适张残余应力试验与仿真研究

为了指导制锯企业开展辊压适张工艺优化,研究辊压适张后圆锯片基体的残余应力分布状态。利用有限元仿真分析圆锯片基体辊压适张后残余应力分布,并应用X射线衍射法检测残余应力,对比辊压适张残余应力检测试验结果和有限元仿真结果,得出辊压后圆锯片基体残余应力的分布特性。研究结果表明,辊压后圆锯片基体径向残余应力沿半径方向呈“低-高-低”的分布趋势,切向残余应力沿半径方向呈“外正内负”的分布规律,辊压适张仿真模型能够反映辊压带内外两侧真实的应力分布状况。

圆锯片基体辊压适张残余应力分布特性

针对不同规格的圆锯片基体进行相应的辊压适张处理是提高圆锯片锯切质量的重要方式。为了研究圆锯片基体的辊压适张残余应力分布特性,对圆锯片基体进行辊压试验和残余应力测试试验,并通过辊压适张理论和有限元数值模拟方法获得辊压后圆锯片基体的残余应力分布特性。结果表明:辊压改善圆锯片径向应力分布的均匀性,辊压后径向应力最大值和最小值的差值较辊压前有所减小;辊压后圆锯片的稳定性提高,辊压适张切向残余应力沿半径方向呈“外正内负”的分布规律,锯片边缘产生的正切向应力能够抵消热应力带来的负面影响。试验结果对制锯企业根据不同规格、不同材料的圆锯片基体开展辊压工艺优化试验具有指导作用。

基于小波分析的带锯床锯条振动检测方法

由于带锯床锯条振动检测的过程中没有对振动信号进行预处理,导致检测准确性较低,致使锯切作业中易发生安全事故。基于此,提出基于小波分析的带锯床锯条振动检测方法。创建将电涡流传感器线圈与电容并联,设计LC并联谐振回路,通过薄板基本理论,分析带锯床锯条在进行锯切作业时产生的振动情况,构建带锯条锯切振动数学模型,获取带锯条锯切振动信号,通过连续小波变换方法对振动信号进行预处理,根据处理结果及弦振动理论,计算带锯条锯切振动行波频率,并以此为基础,检测带锯床锯条振动的情况。实验结果可知,所提检测方法的准确性较高。

薄型锯片锯切硬脆石材横向振动模型

分析了金刚石圆盘锯锯切石材过程中节径型横向振动的形成原因,发现行波振动中锯齿边缘的波动变形导致了锯切力形成附加轴向力。在与锯片同转速的旋转坐标系下推导了轴向附加力的数学模型,进而建立了石材锯切过程中锯片横向振动模型。基于Newmark方法设计了振动模型的求解算法,并编写了仿真程序。为了验证模型的有效性,进行了石材加工生产现场锯片的横向振动监测实验,对锯片不同位置、不同工艺参数下的横向振动值进行了测量。6组振动模型的计算结果与对照实验结果的误差不超过13%,验证了模型的有效性。

带锯条掉齿前后横向振动位移及主频率变化规律

以MJ345A型木工带锯机为研究对象,在空载下利用振动分析仪和振动信号采集、处理、分析软件对带锯条的横向振动进行测试及信号采集,通过锯条横向振动位移、自功率谱分析,找出不同条件下锯条振动位移和主振型频率的变化规律.通过正交试验分析可知：锯轮主轴转速是对锯条横向振动位移影响最为显著的因素,其次为锯条张紧力,皮带张紧力为不明显因素.对带锯条掉齿前后的分析表明：如果测定带锯条横向振动位移范围在0.56~0.68μm,振动主频率范围在450~465 Hz,则说明锯条已经产生至少2个掉齿,为保证带锯机锯切安全及锯切质量需要及时更换新的带锯条;明确了带锯条掉齿前后横向振动位移、频率的变化规律.研究结果可为实际生产中充分合理利用带锯条,防止加工质量严重下降和危害人身安全事故的发生,适时更换锯条提供前期试验基础和判断的初步依据.

金属锯机锯片齿形参数的设计分析

针对金属锯机锯片磨损速度过快，使用寿命较短等主要失效形式，研究分析了齿形参数对锯切力和锯齿应力及其分布的影响规律．在此基础上，以较小的锯切力和锯齿应力水平、合理的锯齿应力分布为目标，给出了合理的齿形参数．

金刚石圆锯片基体及锯齿结构的特性分析(一)——防侧面磨损、防应力变形、改善冷却性能的锯片结构

金刚石圆锯片是金刚石类工具中消耗量最大的刀具 ,优化金刚石圆锯片基体及锯齿结构是改善锯切效果的重要途径。综合介绍了国内外优化金刚石圆锯片基体及锯齿结构的有关成果 ,分析了各种防侧面磨损、防应力变形、改善冷却性能的锯片基体及锯齿结构的特点。

航空发动机叶片高应力振动疲劳试验技术研究

在电动振动台上对航空发动机叶片进行了高应力振动疲劳试验,详细研究了试验机理,提出了辅助点监测叶片最大振动应力、共振峰后定频率激励等试验方法,并成功利用振动台开环控制技术有效稳定了叶片的振动应力水平,从而获得可靠的疲劳数据。另外,从试验角度出发,对振动台激励与叶片振动应力响应之间的关系进行了研究。

汽轮机扭振作用下叶片响应及应力计算

建立了适用于汽轮发电机组轴系扭振与叶片振动耦合分析的转子-叶片耦合扭振模型,并将该模型应用于某国产600MW汽轮发电机组末级长叶片的分析计算中。基于该模型采用Riccati传递矩阵法和Newmark-β法相结合的方法得到轴系扭振故障时叶片的位移响应曲线,利用Ansys软件计算得到叶片位移-应力关系曲线,确定了叶片振动的危险截面,得到叶片危险点的应力历程,为转子和叶片的扭振疲劳寿命损耗在线分析和安全性评估奠定了基础。