运行温度对汇流行星排振动特性的影响研究

汇流行星排作为履带装甲车辆综合传动装置的关键部件,具有传动效率高、负载能力强、空间结构紧凑等优点,但其工作状态十分复杂多变,工作环境多样,高低温环境下的振动特性直接影响综合传动装置的服役性能。设计并搭建了汇流行星排振动综合试验台,开展了常温工况和温升工况下汇流行星排齿轮系统动态特性试验。结果表明,在常温工况下,转速和负载功率对系统振动幅值影响较大;在温升工况下,温度恒定时,在低频段,负载功率对系统振动幅值影响较大,在高频段,转速影响起主导作用;当转速和负载功率一定时,温度对低频区域的影响比较明显,且温度越高,影响越明显。研究结果对汇流行星排在复杂工况下的状态监测和健康维护具有理论和应用价值。

轴承副接触对立式转子系统动力学行为的影响研究

考虑轴尖-宝石轴承副的接触力,建立立式转子系统非线性动力学模型,分析轴承副接触参数对转子系统固有特性的影响,讨论横向连接刚度、滑动摩擦系数对转子系统动力学行为的影响。结果表明,引入轴承力模型将导致在轴尖模态频率附近出现共振峰值,轴承副接触区变化将触发低频进动;随着连接刚度增大,轴尖磨损状态将发生从圆环接触逐渐向偏磨接触最终向大范围圆环接触的转变;当处于边界润滑时,滑动摩擦系数不会对转子系统产生影响,处于干摩擦状态时,滑动摩擦系数增加将加速系统产生偏磨;研究结果对立式转子系统动力学优化设计具有重要意义。

AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗热震性能

AlN陶瓷硬度高、脆性大,难以烧结致密,作为熔炼容器时会因高温变形或被温度变化引起热冲击破坏。将YAlO_(3)作为颗粒增强相加入AlN中,通过无压烧结方法制备AlN/YAlO_(3)复合陶瓷,研究不同温度下AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗热震性能,分析热震前后AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的物相结构、断口形貌和表面形貌,并阐明热震损伤机理。结果表明,在AlN陶瓷中加入YAlO_(3)能够促进AlN陶瓷的烧结,将致密度提升至98.37%,同时细化晶粒,提高AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗弯强度和抗热震性能。在温度较高的热震试验中,当热震温度升高至600℃后,AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗弯强度和残余强度保持率显著高于AlN陶瓷,表明添加YAlO_(3)能够有效提高AlN陶瓷的抗热震性能,这主要归因于微裂纹增韧及裂纹的偏折、分叉等机制的协同作用减缓了AlN/YAlO_(3)复合陶瓷抗弯强度的降低速度。此外,当热震温度达到1 000℃时,AlN发生氧化生成Al_(2)O_(3),导致AlN/YAlO_(3)复合陶瓷抗弯强度降低。

利用表面增强拉曼光谱对光照条件下改性罗丹明-6G失效机理的研究

改性罗丹明-6G分子结构复杂,保存不当易分解,为了降低拉曼光谱的荧光背底,提高拉曼光谱信号稳定性,本文对激光波长、增强剂比例、稳定时间、光谱采集等参数的影响进行了优化分析,确定了最优的测试条件激光波长(785 nm)、增强剂比例(V样品∶V增强剂=2∶1)、增强剂和样品混合后放置时间(0.5 h)、采谱条件(采谱时间10 s,积分次数3次)。在该条件下测试了(100~250 mg/L)浓度标准溶液,平行试样三个,以F2峰(2062.5 cm^(-1))峰面积为响应值,建立响应值-浓度曲线,得到了浓度线性方程。此方法线性相关系数为0.968,标准偏差3.85%,检出限为25 mg/L,说明该方法可用于改性罗丹明-6G染料浓度的测定。对光照分解的染料定期取样测试其浓度和特征峰变化情况,结果表明随着光照时间的增加,染料浓度迅速下降,同时H F1∶F2峰高比下降,其中F1峰(935.2 cm^(-1))与取代基中C-F键相关振动峰,F2峰为氧杂蒽键的振动峰,说明罗丹明-6G染料日照分解过程中,主链和支链均发生断裂,其中C-F键更易断裂。

纯铌表面渗碳层的结构与摩擦磨损性能

采用真空渗碳技术对纯铌进行表面渗碳处理,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗碳层的微观形貌、元素分布和物相结构,通过表面划痕、纳米压痕和摩擦磨损实验评价渗碳层与基体的结合强度、硬度和耐磨性能。结果表明:纯铌经1 400℃渗碳12 h后的渗层厚度约为37.8μm,由内、外两层组成,外层全部为NbC相,内层包含NbC和Nb_(2)C两种物相,致密均匀,没有孔洞和裂纹,与基体结合性能良好。通过渗碳极大地提高了纯铌基体的硬度和弹性模量,表面纳米硬度从1.8 GPa提高到23.5 GPa。与纯铌相比,与Si_(3)N_(4)摩擦副配对摩擦过程中渗碳层的摩擦系数从1.03降至0.62,比磨损率由21.6×10^(-5) mm^(3)/(N·m)降至1.12×10^(-5) mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高。纯铌表面出现严重的磨损,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损,而渗碳后的材料由于硬质相NbC的存在,仅发生轻微磨损,磨损机制为磨粒磨损。

变厚度旋转圆柱壳的自由振动研究

为了提高旋转圆柱壳结构的使用性能和工作效率,减轻其质量已成为有效方式之一,针对这一需求,旋转圆柱壳结构有设计为厚度沿轴向变化即变厚度的趋势。基于此,利用Chebyshev-Ritz方法,对厚度沿轴向有3种线性变化形式的变厚度旋转圆柱壳的自由振动进行研究。考虑科氏力与离心力的影响,基于Sanders壳理论,将圆柱壳的位移场近似展开为Chebyshev多项式与边界函数乘积的形式,计算变厚度旋转圆柱壳的动能与势能,再根据Ritz方法获得变厚度旋转圆柱壳的频率方程。在此基础上,将所得结果与已有文献中的结果进行比较,验证了建模方法的准确性,并对计算结果进行了收敛性研究。最后比较了不同厚度变化形式下旋转圆柱壳的自由振动,并讨论了转速、厚度变化参数、圆柱壳长径比等参数对变厚度旋转圆柱壳自由振动的影响。

SF_(6)分子的10.6μm高分辨射流冷却激光吸收光谱

六氟化硫(SF_(6))是一种长寿命的温室气体,其红外吸收光谱对模拟大气辐射平衡非常重要.SF_(6)也是研究激光分离同位素原理和技术的典型体系之一.由于SF_(6)分子较重,其室温下的红外光谱非常密集,给利用吸收光谱技术监测不同SF_(6)同位素分子的相对浓度带来很大困难.本文利用超声射流冷却和像散型多程吸收池技术,测量了32SF_(6)和33SF_(6)同位素分子在10.6μm波段的高分辨红外激光吸收光谱.处于振动基态的32SF_(6)和33SF_(6)分子在狭缝型超声射流中的转动温度约为10 K,谱线线宽约为0.0008 cm^(-1).在此条件下观测到了SF_(6)一个新的热带,其Q支的位置在941.0 cm^(-1)附近.将其初步归属为32SF_(6)的(v1+v2+v3)–(v1+v2)带,对该热带进行简化的转动分析,并讨论利用该热带和33SF_(6)的v3基频带进行33SF_(6)/32SF_(6)的相对浓度监测的可行性.

考虑原子亚稳态的镥金属蒸发过程模拟研究

镥-177是目前全球医用同位素的研究热点之一,可使用通过电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)辅助生产和加工的镥-176经由反应堆辐照制得.金属蒸发过程是EB-PVD的重要一环,金属原子蒸气的各宏观特征量分布将直接影响后续的沉积镀膜过程.本文基于直接模拟蒙特卡罗方法,将原子亚稳态引入碰撞假设,建立了金属蒸发过程的二维和三维模型,对是否考虑镥原子亚稳态的金属蒸发过程中各宏观特征量进行分析比较,并对中心处宏观特征量随狭缝开口大小和蒸发源表面温度的变化特点进行讨论.研究结果表明,原子亚稳态会导致经过束流装置的金属原子蒸气数密度降低、运动速度和速度的离散程度上升,同时狭缝开口大小和蒸发源表面温度均会引发金属原子蒸气宏观特征量分布的变化.在二维模型基础上进行的三维模拟结果与其变化一致,本工作可为电子束金属蒸发过程的实验研究提供参考和指导.

基于灰色评估理论的某旋转机械的可靠性分配

为解决在产品研发初期可靠性分配数据信息缺乏,以及影响因素的不确定性和主观评估的局限性等问题,提出了一种结合专家知识经验和能够有效处理不确定信息的灰色评估理论的可靠性分配方法。其核心是采用灰色关联分析方法修正专家对影响因素组合权重的评分结果,得到影响因素的综合权重值后将整体的可靠性指标线性地分配到各部件。以复杂程度、技术难度、重要程度和环境条件作为影响因素,基于四级灰色评估法处理专家评分结果对某旋转机械产品的各部件的可靠性进行了分配,所得结果与旧机型的故障统计数据吻合良好,表明该方法具有较好的有效性和适用性。

复合材料高速转筒的区间非概率可靠性分析

复合材料受测试成本、测试周期及测试环境的影响,难以得到其性能参数的概率密度分布函数,因而无法用准确的概率变量描述。文中将复合材料性能参数视为区间变量,基于凸集理论并结合泰勒展开法,通过计算高速转筒的可靠性指标得到其可靠性水平。将此结果与基于概率不确定性分析的结果进行对比发现基于区间不确定性的结果较为保守。该方法适用于试验数据较少或仅能确定参数分布范围时的结构可靠性分析,亦可作为基于概率不确定性可靠性分析的有益补充。

金属铌对碳化锆陶瓷物相、组织与力学性能的影响

碳化锆(ZrC)具有优异的抗辐照损伤和耐腐蚀等核用性能,是第四代核能系统最有应用前景的候选材料之一,但碳化锆熔点高和固相扩散系数低等本征特性导致其烧结困难、烧结温度高,因而限制其在核能系统中的广泛应用。本文采用金属铌作为添加相,利用其高烧结活性以及可与碳化锆形成固溶体特性,实现碳化锆陶瓷低温烧结致密化。结果表明:当Nb的添加量为20 vol%时,1800℃烧结可获得单相致密的(Zr,Nb)C固溶体陶瓷材料,其抗弯强度和断裂韧性分别为200 MPa和3.74 MPa·m^(1/2);随着Nb添加量的增加,材料中开始残留一定量金属Nb而形成(Zr,Nb)C-Nb复合材料,所残留的金属Nb抑制(Zr,Nb)C颗粒长大,起到了明显的强韧化作用;材料的抗弯强度和断裂韧性均随Nb含量的增加而增大,材料的断裂方式也由穿晶断裂为主向穿晶和沿晶混合断裂形式转化。

纯铜表面Ta-W合金层的抗高温氧化及摩擦行为

采用双辉等离子渗金属技术在纯铜表面通过添加过渡层金属钽制备Ta-W合金层,通过在400℃下恒温氧化试验对比分析铜基体与Ta-W合金层的氧化性能,利用纳米压入和摩擦磨损试验评价Ta-W合金层的硬度和高温耐磨性能。结果表明,Ta-W合金层以胞状结构为主,均匀致密,厚度约为13μm,各层间元素含量呈梯度分布,界面结合良好,表面为单一的α-W相。在400℃恒温氧化50 h后,纯铜基体的氧化增重为13.9 mg/cm^(2),Ta-W合金层的氧化增重为4.6 mg/cm^(2),仅为纯铜基体的33.1%。Ta-W合金氧化试验后形成的氧化膜由WO和WO组成,连续致密、无缺陷,完整地覆盖住基体,有效阻碍了氧原子渗入基体,显著改善了纯铜基体的抗氧化性能。与纯铜基体相比,Ta-W合金层的表面纳米硬度从1.07 GPa提高到11.99 GPa,硬度显著提升;Ta-W合金层的平均摩擦系数变化不大,但摩擦系数的波动幅度显著降低,比磨损率由基体的13.77×10mm^(3)/(N·m)降至Ta-W合金层的7.24×10mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高,纯铜基体的磨损机制主要是粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损的共同作用,而Ta-W合金层则表现出轻微的磨粒磨损。

纯铜表面等离子渗钽层的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能

目的提高纯铜表面等离子渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。方法采用双辉等离子表面合金化技术在纯铜表面制备渗钽层。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪分析渗钽层的微观形貌、元素分布和物相结构。利用纳米压入和表面划痕试验测量渗钽层的硬度和与基体的结合强度。通过摩擦磨损和电化学试验评价渗钽层的耐磨性能和耐腐蚀性能。结果使用双层辉光等离子表面合金化技术可以在纯铜表面制备出组织致密均匀、内部无孔隙的渗钽层,与基体结合良好,膜层厚度约为12μm且与基体存在3μm厚的互扩散过渡层。渗层物相主要为α-Ta,与基体的结合力为25.8 N,渗Ta处理后,试样表面纳米硬度从1.5 GPa提高到7.0 GPa。与纯铜基体相比,渗钽层的摩擦因数从1.15降低到0.82,比磨损率由基体的46.97×10^(−5) mm^(3)/(N·m)降至渗钽层的22.91×10^(−5) mm^(3)/(N·m),耐磨性得到提高。纯铜基体主要表现出黏着磨损现象,而渗钽层则表现出轻微的磨粒磨损。渗钽试样在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位和极化电阻均显著提高,自腐蚀电流密度下降,耐腐蚀性能优异,渗钽层对基体起到很好的腐蚀保护作用。结论通过双层辉光等离子表面合金化技术在纯铜表面制备得到致密均匀的渗钽层,可有效地提高纯铜的耐磨性能和耐腐蚀性能。

磁性碳纳米管的制备及对丁基罗丹明B染料吸附性能的研究

部分具有毒性与致癌性的罗丹明染料被违法用于食品中,危害人们的生命健康,需要研究有效的处理方法用于此类染料的检测。磁性碳纳米管具有可磁性分离、比表面积大的优点,选择磁性碳纳米管作预处理材料可以增大吸附剂的吸附容量、提高吸附分离效率。本工作采用改进溶剂热法合成了磁性碳纳米管,并将其用于水溶液中丁基罗丹明B(BRB)染料的吸附。使用透射电子显微镜对磁性碳纳米管的形貌进行了表征,结果显示碳纳米管与四氧化三铁纳米粒子均匀分布。吸附实验表明,吸附容量随pH值的增大而略有增大,当吸附剂加入量为0.50 mg·mL^(-1)时吸附容量最高。动力学吸附实验表明,吸附在45 min后达到平衡,吸附更符合准二阶动力学模型。热力学吸附实验表明,BRB初始浓度为50μg·mL^(-1)时吸附量到达最高水平,吸附过程更符合Langmuir模型。上述实验结果表明,磁性碳纳米管对BRB具有较好的吸附性能,磁性碳纳米管可应用于水溶液中BRB的吸附。

基于试验数据的复杂系统性能代理模型及应用

物理性能的精确设计和快速优化是复杂系统工程设计的关键环节之一,由于复杂系统至今未完整建立设计参数、运行参数、性能参数之间的函数关系,导致方案验证主要依赖于大量的实物试验,影响了设计效率和成本。本文基于有限的性能试验数据,通过选取90%的试验数据作为自检样本、10%试验数据作为预测考核样本,建立了12个因素与3个性能参数等响应量之间的多项式响应面、Kriging等代理模型,对比分析了代理模型之间的精度差异。研究结果显示,在复杂系统性能设计中人工神经网络模型表现相对较好,误差较低,基本满足复杂系统工程研制需要,本文建立的代理模型及响应面关系为复杂系统的工程设计提供了一种有效的设计与验证手段。

球面螺旋槽轴承特性的数值仿真分析

以球面螺旋槽轴承为研究对象,采用有限体积法对螺旋槽轴承油膜流场进行数值计算方法验证和数值模拟分析。数值结果与近似解析解的相对偏差较小,约为1%~2%,计算方法的准确性得到了保证。研究结果表明,在静态特性方面,轴承在同心稳定运转情况下,油膜对球轴承的轴向承载力随轴承转速和润滑油黏性系数的增加呈线性增加;摩擦功耗随黏性系数和转速平方的增加呈线性增加。动态特性方面,螺旋槽轴承的阻尼系数与转速无关,仅与介质黏性系数有关,且阻尼系数随黏性系数的增加呈线性增加。

含氟酰基沉积物气化反应原料利用率提高工艺研究

为提高旋转圆筒内含氟酰基沉积物气化反应中三氟化溴(BrF_(3))的利用率,本文设计了静态反应极限实验、工作条件优化实验以及多级回收复用工艺实验。静态反应极限实验证明BrF_(3)与沉积物之间可完全反应,且气化反应速率与BrF_(3)压强呈正比关系,沉积物与BrF_(3)之间化学反应动力学方程的反应级数大于1;改变旋转圆筒压强条件,增大了BrF_(3)滞留质量和圆筒温度,BrF_(3)一次利用率由3.75%提高至9.20%;采用多级回收复用工艺流程,BrF_(3)综合利用率提高至78.57%,大幅提升了气化技术的工业应用经济性。

轴承摩擦磨损对柔性支承转子动力响应特性的影响

柔性支承转子中唯一的动静接触组件为轴承,由轴和窝组成。轴和窝之间的摩擦对转子的动力响应特性有直接影响,研究其影响机理是轴承设计和优化的重要前提。本文建立了轴承的非刚性连接模型,并将其引入柔性支承转子模型中;从理论上研究不同轴承摩擦磨损程度对转子动力响应的影响;计算并分析了轴承摩擦磨损状态下转子的动力响应特性;分析了轴承磨损导致转子进动失效时转子释放的最大能量。研究结果表明,随着轴承摩擦磨损程度的加深,转子的振幅增大,转子出现二阶进动现象,磨损严重时伴随出现拟周期运动。轴承摩擦磨损可能导致转子出现不同的失效模式,转子做二阶进动和拟周期运动时会使失效转子释放的最大能量大幅增加。研究结果可为柔性支承转子的轴承优化设计提供理论依据。

柔性转子-支承系统有限元仿真及多目标优化设计

转子-支承系统动力学分析及参数优化是高速旋转机械设计的基础。本文采用有限元软件建立了双转盘柔性转子-支承系统有限元仿真模型,对系统的稳定性和过临界响应进行了求解分析。基于有限元软件命令流和粒子群智能优化算法开发了多目标优化程序,对建立的转子-支承系统的支承参数和中轴尺寸参数进行了优化计算。综合比较以稳定性最优和过临界响应最优为目标的参数优化结果,给出了转子高速运行阶段采用稳定性优化参数结果,而启动阶段以过临界响应优化结果对支承参数进行调整的方案。

一种柔性支承转子系统的地震动响应分析

以工作在柔性支承上的超高速转子系统为对象,研究支撑框架对系统地震动响应的影响。采用欧进萍改进的地震波模型作为输入载荷,碰摩力模型模拟动静件之间的碰摩过程,以拉格朗日方法建立了系统的动力学模型。计算分析了支撑框架对地震动响应中时域波形、碰摩时间、最大振幅的影响。结果表明:转子系统和支撑框架地震动响应呈现出一致的规律,转子振幅约是支撑框架的1.5倍;最大振幅和碰摩时间随支撑框架刚度单调增长、随质量单调减小、随阻尼单调减小;支撑框架基频是影响转子系统地震动响应的关键因素;在工程设计中应先从保持基频不变的思路出发,如果支撑框架质量增加不可避免,而刚度又增无可增,则可增加支撑框架上的阻尼。