船舶机电设备可靠性试验与评估技术研究综述

介绍了船舶机电设备及其可靠性技术发展现状,阐述了船舶在不同环境下其机电设备在可靠性研究方面的重要性。叙述了可靠性试验技术研究现状,包括环境应力筛选、可靠性增长和可靠性鉴定试验等,表明其可靠性试验技术虽然得到了长足的发展,但针对当前船舶机电设备环境可靠性试验技术依然有不足之处。最后介绍了当前可靠性评估技术研究现状,包括基于概率统计、故障物理、性能退化等,并着重论述基于多源信息融合的可靠性评估技术,由于评估方式方法大量存在于航空航天、军民用等电子类产品,并且评估技术成熟有效,但针对船舶机电设备这类小样本、无失效数据以及复杂环境条件下的可靠性指标快速评估方法还有所欠缺。结尾通过梳理、比对,以船舶离心泵为对象,提出适用于船舶机电设备可靠性试验与评估的案例,为后续建立起多源试验数据的统一与融合准则,实现船舶机电设备可靠性指标的快速评估提供参考。

机械产品可靠性试验技术研究现状与展望

概述了可靠性工程发展的历史,总结了可靠性试验发展概况以及机械产品可靠性试验面临的问题;综述了加速寿命试验和加速退化试验建模、试验数据分析和试验方案优化设计方法的研究进展,以及高加速寿命试验技术的研究进展;展望了机械产品可靠性试验技术的发展前景,并提出了促进可靠性试验理论方法工程应用的解决方案。

高精度液体注配料控制方法研究

为提高香精研发过程中配方试制精度,保证配方生产一致性,提出一种液体注配料控制方法。设计撞针行程可调节注料阀,通过常开和单点双模式注料以适应配料质量要求。常开模式采用顺馈+模糊PID控制;单点质量模式依据供给压力和撞针行程对单点质量的影响,建立单点质量控制模型。并分别进行仿真验证及模型优化。试验结果表明,当撞针行程和供给压力分别为0.1 mm和0.3 MPa时,单点质量为1.8 mg,配方试制过程中,常开控制偏差在5%以内,注料整体偏差在0.2%以内,重复精度<0.2%,满足实验室配方试制研发需求。研究对保证液体注配料精度具有重要意义。

地铁中心销螺栓失效分析及振动试验研究

运用于地铁的螺栓联接在检修时经常发现松动等失效情况,文中针对该问题进行地铁螺栓的失效分析与振动试验研究。通过FMECA和危害性矩阵图分析确定了地铁螺栓的主要失效形式;设计了随机振动试验方案和夹具,利用电阻应变片监测挡板轴向应变来表征螺栓联接预紧力的变化,从而监测其松动过程;分别在不同初始预紧力和不同随机振动量级下开展振动试验,分析了初始预紧力和振动量级与螺栓预紧力退化间的关系;进一步开展了涂紧固黏合剂后的螺栓振动试验;为验证和提高地铁螺栓振动下的防松能力提供了依据。

时变工况下电静压伺服机构性能退化监测方法研究

针对缺乏时变工况下电静压伺服机构性能退化监测方法,在地面摇摆测试过程中难以预测性能退化程度,进而影响火箭健康状态评估准确性的问题,提出了一种利用人工神经网络进行电静压伺服机构性能退化监测的方法。通过对电静压伺服机构的系统建模与性能退化机理分析,确定了性能退化表征参数;通过分析不同性能退化阶段与正常状态下的特征参量相对偏离程度的方法构建了健康因子;提出了基于可控参数的前馈神经网络进行健康因子监测的方法。利用地面摇摆实验平台进行了验证,结果表明:所构建的健康因子具有较强的性能退化程度表征能力;所提监测方法对解决时变工况下电静压伺服机构性能退化监测问题是有效的。

深海采矿中羽状流颗粒物的动态分析及抑制模拟

基于FLUENT流体分析软件,建立深海采矿车扰动仿真模型。通过模拟不同工况下羽状流颗粒物的流动形式和扩散特征,分析其变化规律。结果显示,矿车履带运动速度和集矿头运动速度越快,其一侧周围形成的羽状流尺寸越大,并均匀包覆该侧运动部件;用于抑制羽状流颗粒物的抽吸口数量越多、抽吸口直径越大、抽吸速度越快,抽吸装置的效果越好。

三轴随机振动条件下电连接器插孔簧片疲劳损伤研究

针对电连接器在三轴随机振动环境下插孔簧片接触压力减小问题,建立了考虑电连接器装配关系和接触件连接情况的有限元模型,利用HyperMesh联合Ansys软件进行三轴随机振动有限元分析,得到不同振动应力水平下插孔簧片根部三轴向与三切向的应力功率谱密度,并基于最小畸变能原则合成其等效应力功率谱密度。使用非均匀离散傅里叶逆变换,根据等效应力功率谱密度计算得到插孔簧片根部的时域载荷历程,考虑插孔簧片根部预应力建立了应力均值与应力幅值的二维联合概率分布和当量载荷模型,并基于Miner累积损伤准则,给出了插孔簧片根部随振动时间和不同随机振动应力水平的疲劳累积损伤值。开展了三轴随机振动环境下电连接器恒定应力加速试验,结果表明,接触件插孔簧片接触压力减小是因为其开口直径增大,插孔簧片根部附近产生塑性变形,端面边缘材料出现不规则蠕动,且越靠近外侧蠕动趋势越强,由外向内逐渐减小。

基于双平行四边形结构RCM机构的设计与实验研究

为了研发应用于微创穿刺手术的1R1T远程运动中心(RCM)机构,设计了一种基于移动副驱动双平行四边形结构的1R1T新型远程运动中心机构,对该机构进行了运动学分析,并搭建了样机,进行了实验研究。首先,基于修正的Kutzbach-Grübler公式计算了该机构的自由度,并分析了其1R1T(R:转动;T:移动)输出运动特性;根据该机构的结构特性,建立了其位置分析模型,并得到了其位置正反解;推导了机构的雅可比矩阵,并分析了机构的奇异性;利用数值搜索法确定了机构的可达工作空间;然后,分别采用传动角度指标和灵巧度指标,对目标工作空间内的性能进行了评价,并据此对机构进行了尺度优化设计,得到了性能更优的尺度参数;最后,搭建了一台样机,开展了初步实验,并进行了实验结果分析。研究结果表明:样机完成的20种不同的运动姿态显示出了机构满足微创手术(MIS)所需的自由度要求,同时其位置误差平均值为0.32 mm,最大值为1.54 mm,均在1 mm~2 mm范围以内,表明其运动精度也较为可靠;因此,其在微创穿刺手术领域有良好的应用前景。

欠压脱扣器操动装置用复位弹簧的应力松弛分析

欠压脱扣器在高压断路器起着重要的保护作用。当断路器电压下降到额定工作电压35%时,欠压脱扣器闭合使断路器停止工作。欠压脱扣器的关键部件之一是安装于其外部的采用复位弹簧实现储能的操动装置,为评估长期服役下复位弹簧的储能性能,对复位弹簧在同一应力水平不同温度下的应力松弛进行有限元分析,建立复位弹簧的应力松弛模型;使用SCDM右旋方式建立不同结构参数复位弹簧的有限元模型,完成应力松弛仿真分析,得到200℃下复位弹簧的应力与时间的变化规律,拟合出负荷损失率与时间对数lnt关系图,确定复位弹簧的应力松弛率;基于不同的线径d,外径D,节距t等结构参数的复位弹簧模型,得到复位弹簧结构参数与应力松弛率间的对应关系,为提高复位弹簧使用寿命提供依据。

基于鞋底模型的全自动点胶轨迹生成算法

为实现多式样鞋底异形区域自动化涂胶,提出基于鞋底轮廓参数化模型的点胶轨迹自动生成算法。选取鞋底样长、外腰窝部位长和踵心部位长等关键参数,建立鞋样坐标系,求解鞋底轮廓特征数据点,划分鞋底区域;采用NURBS曲线,分段构建一阶连续的鞋底轮廓曲线参数化方程;定距偏置鞋底轮廓曲线,确定鞋底上表面边缘涂胶曲线,采用等弧长离散法,实现边缘涂胶曲线的等距离散与涂胶轨迹生成;针对边缘涂胶曲线所围异形区域,采用等距直线扫描法,在求解扫描直线与边缘轮廓涂胶曲线交点的基础上,实现鞋底上表面涂胶轨迹的自动生成。实验结果表明,上述方法实现鞋底边缘和区域表面的全自动点胶。

冗余驱动的三平动并联机构性能分析与优化

提出一种冗余驱动的三平动并联机构。利用李群理论和修正的GrüblerKutzbach公式对机构的输出自由度进行了分析。建立机构的位置方程,得到位置逆解和正解表达式,分析机构的运动部分解耦特性。推导机构的雅可比矩阵,并进行奇异分析。分析机构的工作空间。采用螺旋理论和虚功原理,建立机构的动力学模型,得到驱动力的优化分配,驱动力理论分析与仿真计算结果最大偏差为0.6%。建立机构的运动学评价指标和动力学评价指标,并研究尺度参数与机构性能间的映射关系。基于性能图谱对机构的尺度参数进行优化,提高其综合性能。

基于扩展有限元的齿轮微点蚀模拟分析

以额定工况下功率分流型2.5 MW风电齿轮箱一级太阳轮为研究对象,采用弹流润滑理论计算轮齿的接触压力分布,利用断裂力学的相关知识分析了齿轮初始裂纹扩展成微点蚀的机理;在ABAQUS软件中建立了一级太阳轮的点蚀模型,在考虑弹流润滑的情况下运用扩展有限元法模拟了在初始裂纹为20μm下一级太阳轮微点蚀的形成过程;根据模拟数据,计算得到了裂纹尖端的应力强度因子,运用Paris公式建立了裂纹扩展长度和应力循环次数间的关系,并分析了不同初始裂纹长度下,裂纹的扩展特性。

考虑啮合刚度随机扰动的斜齿轮系统分岔特性研究

为了研究时变啮合刚度的随机扰动对斜齿轮传动系统动力学的影响,基于牛顿定律,建立单对6自由度斜齿轮传动系统的随机动力学模型并进行无量纲化处理。结合系统的分岔图、庞加莱映射图、李雅普诺夫指数图、相图和时间历程曲线图,对考虑啮合刚度随机扰动的斜齿轮传动系统的分岔特性进行分析。数值仿真分析结果表明,斜齿轮的时变啮合刚度在不断增大时,斜齿轮传动系统逐渐从周期运动通过倍化分岔变为混沌运动;随机扰动的增大使系统分岔特性发生变化,提前分岔进入混沌,对系统产生本质影响,故在设计时需选择合理参数,保证系统稳定性。

考虑平移自由度的齿轮时变啮合刚度计算与分析

齿轮啮合过程中,其啮合刚度会受其相对位移的影响。基于势能法,针对理想渐开线直齿圆柱齿轮,通过考虑平移自由度对齿轮啮合中角度的影响,将平移自由度引入齿轮时变啮合刚度的计算中,提出一种考虑齿轮两个方向平移自由度的时变啮合刚度计算方法。分析齿轮时变啮合刚度最大值、平均值和重合度受齿轮相对位移方向、大小的影响。结果表明,时变啮合刚度对齿轮沿啮合线垂直方向的相对平移最为敏感,对齿轮沿啮合线方向的相对平移最不敏感;在啮合线垂直方向,齿轮在相对平移0.1mm的情况下,引起啮合刚度平均值变动0.93%。

机器人辅助手术系统术前规划研究进展

阐述了机器人辅助手术系统术前规划较传统术前规划的优点,介绍了为术前规划提供必要信息的三维重建和术中导航技术等术前规划辅助技术的研究现状和决定术前机器人辅助手术系统初始参数的手术切口位置规划和机器人的初始摆位等术前规划技术的研究现状。分析了机器人辅助手术系统术前规划存在的问题,并对未来的发展方向进行了展望。

基于分形盒维数和GA-SVM的PMSM动态偏心故障诊断方法研究

针对永磁同步电机(PMSM)动态偏心故障的诊断难题,提出了一种基于分形盒维数和遗传算法参数优化的支持向量机(GA-SVM)的永磁同步电机动态偏心故障诊断方法。对振动信号进行经验模态分解(EMD),获得本征模态函数(IMF);利用相关系数法筛选出有效IMF分量;对有效IMF分量进行希尔伯特变换计算其瞬时频率,并计算出瞬时频率的分形盒维数作为特征向量;利用GA-SVM对提取的特征进行故障识别。研究结果表明:相比于传统故障诊断方法,利用所提方法能够实现更高精度的动态偏心故障诊断,诊断精度可以达到98.4%。

随机振动条件下地铁电磁继电器步进应力加速退化试验研究

为解决如何评价地铁电磁继电器触点在实际工况下的寿命问题,以某型地铁电磁继电器为对象,以电磁继电器的接触电阻退化量作为性能参数指标,设计随机振动试验时实际工况模拟方案和步进应力加速退化试验方案;建立基于Wie ne r过程的性能退化模型,利用逆幂律模型描述漂移系数和扩散系数与随机振动应力之间的关系;利用极大似然估计方法对加速模型和退化模型进行参数估计,实现对实际工况下某型地铁电磁继电器触点工作寿命的评价,为地铁电磁继电器的选型与维保提供了支撑。

基于椭球模型的机构非精确概率可靠性分析方法

航天机构可靠性分析中经常遇到不确定参数样本数较少的问题。在此情形下样本数据的边界往往小于参数的边界,以此建立区间或椭球凸集模型,并采用均匀分布简单量化凸集变量进行非概率可靠性分析的传统方法与结果值得怀疑。针对非概率可靠性方法的不足,提出一种基于椭球模型的非精确概率可靠性分析方法。建立一种基于样本特征的椭球模型高维构建方法。将椭球模型标准化为圆球模型,采用无差别减小原则进行不确定性量化,推导出标准空间中变量在圆球域内的联合概率密度函数。采用基于椭球模型的重要抽样法进行非精确概率可靠度求解。通过算例和工程实例验证了方法的准确性和可行性。新方法较好地实现了可靠度分析中稳健性与精度的兼顾,可作为概率可靠性方法的一种有益补充。

基于深度学习的EHA油滤堵塞和增压油箱漏气故障诊断方法

油滤堵塞及增压油箱漏气是电静压伺服机构(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)相对于机电伺服机构(ElectroMech-anical Actuator,EMA)特有的故障模式,将直接影响系统可靠性。结合深度学习在特征提取和复杂函数表达能力上的优势,提出一种基于堆叠去噪自编码(Stacked Denoising AutoEncoder,SDAE)深度神经网络的EHA故障诊断方法,该方法利用多维故障数据训练深度学习网络,自动学习数据内有利于分类的特征,减少了人工提取特征的过程,实现了高效精确的故障特征分类。从堆叠去噪自编码器结构入手,分析基于SDAE的不同程度油滤堵塞和增压油箱漏气故障诊断建模流程。通过搭建EHA试验平台,开展不同程度油滤堵塞和增压油箱漏气故障模拟试验,根据试验采集的数据集分析SDAE的隐含层数量、优化器、各隐含层神经元节点数量等超参数对诊断性能的影响,确定模型最优超参数。最后,将SDAE模型与传统神经网络方法诊断结果进行对比,验证SDAE方法可以更准确地应用于EHA不同程度油滤堵塞和增压油箱漏气的故障诊断。

深海采矿尾水羽状流扩散的数值模拟

深海采矿尾水排放形成的羽状流会极大地污染海底环境,针对尾水排放口高度、排放速度和排放口形状影响尾水羽状流扩散的因素,利用FLUENT软件中的DPM模型建立尾水羽状流扩散模型,并通过数值仿真分析羽流扩散形态。仿真结果表明:尾水排放速度高达10 m/s,并迅速到达海床,尾水反射造成羽流二次扩散。围绕尾水排放速度对羽流尺寸的影响问题,优化了深海采矿尾水羽流抑制装置,优化结果表明安装该装置后尾水排放速度降至原来的1/3,羽流扩散幅度减少92.7%,可有效降低尾水排放环境扰动,最大程度保护深海环境。