空调贯流风扇转子振动对支承轴承受力及寿命影响

以空调贯流风扇转子支承轴承为研究对象,通过对贯流风扇转子及轴承的力学分析,建立了贯流风扇转子支承轴承的滚子受力计算模型。通过对转子的结构分析,进行集总质量离散,建立了对这种特殊结构的转子振动性能进行数值计算的模型。结合滚动轴承疲劳寿命计算方法,建立了考虑转子振动时支承轴承疲劳寿命的计算模型。针对具体算例开展研究的结果表明,考虑与不考虑贯流风扇转子振动时支承轴承受力及疲劳寿命具有明显差异。在考虑贯流风扇转子振动条件下,研究了贯流风扇转子转速、转子长度以及风扇叶片数目对支承轴承滚子载荷和疲劳寿命的影响。发现随着转速的增大,贯流风扇转子长度的增加以及风扇叶片数目的增加,轴承滚子所受载荷增加,轴承寿命下降。     

RMG530减压阀随机振动疲劳分析

为了评估随机振动载荷下减压阀的安全可靠性,在减压阀振动机制分析基础上,利用有限元分析软件Workbench建立某天然气分输站RMG530减压阀阀体有限元模型,根据现场测得的随机振动载荷对减压阀进行振动响应分析,获得响应功率谱密度,最后依据修正获得的减压阀材料S-N曲线,应用有限元疲劳分析软件NCode,通过时域和频域方法对减压阀进行随机振动疲劳分析,计算阀体关键部位的疲劳寿命。结果表明:减压阀结构设计比较保守,振动载荷下最小寿命发生在进口管段到阀座的拐角处,时域疲劳计算最小寿命为41.79 a,频域疲劳计算最小寿命为38.81 a。     

燃烧室热-声-结构耦合数值研究

航空发动机燃烧室多种载荷间的交变作用是影响其工作稳定性及疲劳寿命的重要因素。应用有限元方法开展了燃烧室多场耦合数值研究,对比分析了不同网格质量、湍流模型、流体速度及材料属性等因素对模拟产生的影响,并运用ANSYS Workbench 14.0分别采用单向与双向耦合方式仿真分析了热-声-结构耦合作用下的结构动力特性。通过试验数据与模拟结果的对比分析,得出网格质量对计算时间和准确性影响较大,湍流模型主要影响温度、压力与速度等流场结果,而流体速度对流场温度和结构振动频率等具有较大影响;耦合作用产生的根源为燃烧不稳定性,热载荷较之声载荷对结构振动影响更大且在频率为275 Hz和385 Hz附近时耦合对振动影响较强。研究工作对燃烧室设计等具有重要实际意义。     

考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.     

随机振动下装配误差对液压导管疲劳寿命影响仿真分析

在军事实战化训练强度全面提高的背景下,战斗机液压导管频繁出现裂纹、漏油等严重威胁飞行安全的故障情况。针对后机身液压导管疲劳寿命与机体结构寿命不匹配的问题,重点以装配误差作为液压导管疲劳寿命主要影响因素开展仿真分析研究。从随机振动载荷疲劳寿命分析入手,运用数字建模方法绘制典型管路模型,结合Miner线性累计损伤理论,利用有限元分析软件设置疲劳计算程序对正常装配液压导管疲劳寿命进行仿真评估。根据管路不同装配误差情况调整模型设置,基于结构动力学理论,对不同装配误差下的液压导管进行疲劳寿命分析,得到当装配误差大于0.73mm,液压导管疲劳寿命将低于3 000飞行小时机体寿命的分析结果。研究成果为进一步开展航空液压导管装配理论研究提供了技术支撑和经验参考。     

结构疲劳寿命及可靠度的神经网络预测方法

基于疲劳曲线，考虑应力范围的随机性，获得了结构疲劳寿命所服从的分布，计算出期望寿命的可靠度．采用人工神经网络后向传播BP模型，把应力范围与所期望的疲劳寿命作为输入节点，期望疲劳寿命的可靠度作为输出节点；或者把应力范围与所期望的可靠度作为输入节点，期望可靠度下的疲劳寿命作为输出节点，进行网络学习，建立应力范围、结构疲劳寿命及可靠度之间的关系，用于预测某应力范围下所期望可靠度的疲劳寿命，或者所期望疲劳寿命的可靠度．通过具体算例表明该方法正确，精度满足工程要求．     

超高压管道的疲劳损伤研究

通过将超高压管道在疲劳载荷作用下的损伤归结为无初始应力集中的大范围疲劳损伤问题,根据应变疲劳的破坏机制,以应变幅为损伤变量,建立了损伤演化方程,利用虚功原理得到了超高压管道疲劳裂纹萌生寿命计算模型,探讨了交变内压作用下模型参数的计算问题.模型不仅考虑了材料的疲劳特性,同时考虑了管道结构和载荷作用情况,当退化为简单试件的疲劳寿命计算式时,能很好地拟合3种常用超高压容器用钢30CrN iMo8、ANSI4340H和G4335V的疲劳试验数据.     

基于Kriging模型的数据拟合及多场耦合动力学特性分析

航空发动机日益向高负荷、高效率和高可靠性的趋势发展,使得多物理场耦合问题越来越受到重视.以某型航空发动机压气机的叶盘系统为研究对象,采用循环对称分析法,建立了其单扇区三维流场和结构模型.考虑前一级静叶尾迹的影响,模拟了压气机内部的三维流场.基于Kriging模型实现了流场气动、温度载荷向结构场的传递,并讨论了气动、温度、离心力的耦合作用对压气机叶盘系统的疲劳寿命的影响.结果表明:利用Kriging模型进行多场耦合界面载荷数据的传递可以满足多场耦合动力学的计算要求.在低压压气机中,离心力载荷对叶盘系统的变形、应力起到主要作用,气动压强、温度载荷引起的弯曲应力可以抵消一部分离心力载荷引起的弯曲应力,但温度载荷会使得叶盘系统的最大变形增加.     

随机载荷作用下风电齿轮箱轴承疲劳寿命预测方法

以1.5 MW风电齿轮箱高速端轴承为研究对象,引入随机载荷循环作用下的结构疲劳寿命预测模型,分析随机风载条件下径向载荷和轴向载荷对风电齿轮箱轴承疲劳寿命的影响;运用概率加权法和线性Miner累计损伤法则,给出疲劳寿命与应力之间的关系;提出一种随机载荷条件下风电齿轮箱轴承寿命预测的方法,用该方法对1.5 MW风电齿轮箱高速端轴承的疲劳寿命进行分析计算,结果为13.189a.该方法考虑了载荷的随机性,并以随机载荷作用下所引起的随机应力作为计算疲劳寿命的依据.相比其他方法更加接近于工程实际,预测结果更为准确.     

基于虚拟试验场的后悬架疲劳分析

利用虚拟试验场技术建立耐久性强化路面和整车有限元模型,考虑轮胎的结构非线性因素、轮胎和路面的接触非线性以及橡胶连接件的刚度和阻尼特性等传统计算机辅助分析常使用的人为假定,通过显示时间积分获得道路载荷.基于弹塑性材料模型对后悬架施加道路载荷得到其应力应变历程,应用应变寿命法预测疲劳裂纹萌生寿命,并考虑了平均应力对疲劳寿命的影响.     

航空发动机涡轮盘低循环疲劳-蠕变寿命预测

针对某型航空发动机高压涡轮盘建立有限元模型,用有限元程序计算该结构在循环裁荷作用下的塑性蠕变变形,并考虑温度载荷的作用。计算了结构危险点在相应温度下的低循环疲劳寿命、蠕变寿命。最后利用线性累积损伤理论进行涡轮盘结构的低循环疲劳-蠕变寿命预测,并讨论了平均应力的影响。     

考虑S-N曲线不确定性的概率疲劳寿命预测

传统的基于S-N曲线的疲劳寿命预测方法均认为寿命预测模型中各参数可通过试验、仿真、拟合等进行确定,即在给定加载环境下,各参数为确定的常数,进而将各参数代入预测模型,得到确定的疲劳寿命值.该类方法认为模型中各参数为确定的常数,属于确定性寿命预测方法.确定性寿命预测方法适用于试验数据充足情况下的疲劳寿命预测和评估.然而,工程实际中,受研发周期的限制,以及可能存在资金短缺和技术上的困难,开展大量试验具有较大的难度.同时,由于试验所采用的试件各有不同,且试验操作、数据读取等依赖于试验设备的精确程度及试验人员的主观判断,这些因素进一步增大了疲劳寿命的不确定性.S-N曲线是材料或结构寿命预测的基础,主要通过大量的疲劳试验和拟合分析得到.受诸多不确定性因素的影响,常幅载荷下的疲劳寿命往往具有不同程度的分散性,从而使得S-N曲线存在不确定性.因此,为实现与实际情况相吻合的寿命预测,需考虑S-N曲线的不确定性.本文对影响焊接接头疲劳寿命的不确定性因素进行概述,将多项式混沌理论引入到疲劳寿命预测中,并结合非线性累积损伤模型,构建考虑S-N曲线不确定性的焊接接头累积损伤模型及概率疲劳寿命预测方法.     

大推力液体火箭发动机中的动力学问题

大推力液体火箭发动机是载人登月、深空探测等重大航天活动的主动力形式,发动机推力愈大,结构动强度设计面临的挑战愈大,动力学成为解决大推力发动机研制中关键技术问题的基础学科.大推力发动机多场耦合作用显著,多源载荷成分复杂,导致了大推力发动机结构动力学问题的复杂性,解决难度大.本文在总结国内外液体火箭发动机结构故障特征的基础上,重点讨论了大推力发动机涡轮泵结构中的转子动力学和流体激振问题、管路流固耦合及动力学优化问题、推力室结构中的动力学问题及其研究的经验和需求,并介绍了发动机整机结构动力学建模和载荷传递特性分析面临的问题.最后从设计角度出发总结了结构动力学分析中需要关注的试验技术和涉及不确定性的边界包络设计思想,为解决大推力发动机结构动力学问题提供技术借鉴.     

某汽车排气系统的机械疲劳寿命仿真分析

为有效提高全寿命分析的准确性,采用有限元法预测排气系统的疲劳耐久性;将名义应力法与动态疲劳分析方法相结合,提出了一种基于动态响应的全寿命分析方法.该方法采用模态频率响应计算结构在不同频率激励下的应力响应,进而以应力响应为疲劳载荷并结合材料的疲劳特性和Miner线性累积疲劳理论,计算得到结构的疲劳寿命.以某型轿车排气系统为研究对象,分析其在发动机扭矩激励和振动激励下的机械疲劳寿命,仿真结果表明,该排气系统的耐久性满足要求.     

试验与服役数据融合的飞机结构安全寿命分析

针对飞机结构安全寿命分析中样本容量偏少的问题,综合考虑结构分散性和载荷分散性的飞机结构疲劳寿命是否服从对数正态分布或威布尔分布的情况,根据等损伤原理,将服役飞机实际飞行小时数等效转化为在同一试验载荷谱下的当量飞行小时数,以实现飞机结构试验疲劳寿命与服役使用数据的融合,采用随机右截尾情形下的极大似然估计方法估算疲劳寿命分布函数的参数,进行飞机结构安全寿命分析;最后以飞机结构疲劳寿命服从对数正态分布为例进行了算例分析,分析结果表明:在相同的可靠度和置信水平下,利用试验数据与服役使用数据融合方法可以显著增大样本容量,从而充分挖掘飞机结构可靠性的储备。     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

航天飞行器管路结构的动力学强度分析与试验

航天飞行器管路呈现结构轻薄、力学环境恶劣、使用应力大、易产生低周疲劳的特点,曾多次发生飞行故障.随着航天飞行器向着轻质化、可重复使用、高可靠性的发展,对管路结构提出了由环境适应性定性考核向动力学强度定量评估转变的迫切要求.本文首先对基于Miles公式、模态均方根值等国内外管路结构动力学载荷分析方法的基本原理及其应用进行了介绍,用其指导管路结构动力学设计.其次结合工程实际,对管路结构动力学强度分析中常用的Steinberg快速评估、基于统计模型的频域疲劳分析等理论方法及技术要点进行了总结.最后结合航天领域管路结构动力学强度设计、分析与试验的研究现状,对有待于进一步开展研究的工程和科学问题进行了展望.     

海洋石油工程中的疲劳问题

分析了海洋环境条件下疲劳寿命的随机性与模糊性因素。给出了模糊随机海浪谱及其载荷谱的制作方法，提出了模糊疲劳损伤评价及模糊疲劳可靠性的分析方法，研究了疲劳寿命的估算模式与模型，形成了应用模糊概率断裂与损伤力学解决海洋石油工程中疲劳问题的较系统的理论。此外，还探讨了就腐蚀疲劳，随机冰载荷作用下的低温疲劳等特殊问题，以及减缓与抑制金属疲劳等问题。     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

基于广义σ-N曲面的剩余寿命预测模型

为研究随机载荷作用下结构剩余寿命的变化规律,首先从载荷作用的统计学意义出发,根据顺序统计量(最大顺序统计量和最小顺序统计量)的性质,得到最大应力与最小应力的联合概率分布函数;然后以广义σ-N曲面方程为基础,考虑载荷作用次数对疲劳寿命的影响,建立了最小应力、最大应力和剩余寿命之间的关系式,即σmin(n)-σmax(n)-Nr(n)曲面模型;最后通过具体工程实例对所建模型的有效性进行了验证和分析。结果表明:该模型能够有效反映最大应力和最小应力共同影响下结构剩余寿命随载荷作用次数的变化规律,为结构的寿命预测及可靠性评估提供了理论依据。