基于QAR数据的高压涡轮叶片疲劳-蠕变寿命预测

基于发动机运行产生的快速存取记录器(Quick Access Recorder, QAR)数据，提取右发高压涡轮转速比N₂(高压涡轮实际工作转速与设计转速之比)编制涡轮叶片载荷谱。建立流热固耦合模型，结合QAR数据及热力分析确立计算所需热边界条件，采用有限元软件对流热固耦合问题进行求解，得到不同工况下高压涡轮叶片的温度、应力、应变分布。采用Manson-Coffin模型和Larson-Miller模型分别进行叶片疲劳、蠕变寿命的预测，重点分析了叶片有无冷却对于寿命的影响，最后通过线性损伤累积理论得到叶片的疲劳-蠕变寿命。结果表明，叶片考虑内冷问题后疲劳寿命有所提高、蠕变寿命显著提高，预测得到的疲劳-蠕变寿命和实际寿命相近，可用于发动机涡轮叶片剩余寿命的预测及维修计划的制定。     

基于民航发动机状态数据的涡轮叶片剩余寿命评估

针对民航发动机的特点,提出一种基于涡轮叶片外场故障数据及快速存取记录器(Quick access recorder, QAR)历史数据的涡轮叶片剩余寿命评估方法。从发动机QAR数据中提取涡轮叶片使用载荷谱,进而借助寿命损耗模型估算涡轮叶片的累积损伤量,并进一步评估涡轮叶片的剩余寿命。以涡轮叶片的蠕变损伤失效模式为例验证方法的可行性,方法可推广应用于热机械疲劳以及疲劳-蠕变交互作用失效模式下的涡轮叶片剩余寿命估计问题,为有限信息条件下外场发动机涡轮叶片的寿命评估提供了一种可行的工程方法,可为民航发动机在翼寿命评估及送修方案的制定提供决策支持。     

增压器涡轮叶片疲劳蠕变寿命预测方法

根据径流式增压器涡轮的结构与工作特点,分析了涡轮叶片的载荷与应力空间分布特征;针对增压器涡轮由疲劳与蠕变交互作用引起的叶根断裂失效模式,研究了增压器涡轮叶片叶根的载荷与应力变化历程,建立了涡轮叶片叶根的载荷与应力描述方法;然后建立了增压器涡轮叶片叶根疲劳蠕变寿命预测方法及模型,并运用建立的模型对增压器涡轮叶片叶根进行了寿命评估。     

使用条件对民航发动机涡轮叶片蠕变寿命的影响分析

发动机使用条件及自身健康状况对涡轮叶片的实际使用寿命有重要影响。以民航发动机为对象,借助发动机性能仿真模型和拉森-米勒蠕变寿命预测模型,研究了发动机性能退化、大气温度变化以及减推力起飞对涡轮叶片蠕变寿命的影响。通过仿真实验研究发现：发动机性能衰退加速了涡轮叶片的寿命损耗,压气机效率损失3%即可导致涡轮叶片蠕变寿命减少80%;随大气温度的升高,涡轮叶片蠕变寿命呈指数规律递减;减推力起飞对涡轮叶片延寿效果比较明显,但随着推力的进一步减小,对涡轮叶片的延寿效果却不再显著。     

涡轴发动机综合飞行载荷剖面研究

根据疲劳、蠕变、热冲击损伤以及高周振动环境等效的原则,保证飞行载荷总谱和综合飞行剖面主循环数、次循环数、各载荷状态、各载荷状态持续时间相同,编制某涡轴发动机综合飞行剖面,为编制该发动机模拟任务持久试车谱、加速任务试车谱以及发动机零部件强度、寿命考核试验研究提供技术依据.首先根据飞行载荷总谱和使用环境确定三种飞行类别,选定综合飞行剖面的发动机工作参数,分别得到三种飞行类别主、次循环矩阵,进行归一化圆整处理.由时间分配谱统计各载荷状态的持续时间,进而编制综合飞行剖面.最后根据综合飞行剖面进行疲劳、蠕变和热冲击等损伤的误差分析.     

定向凝固合金涡轮叶片的低周疲劳寿命研究

对某发动机DZ4定向凝固高温合金涡轮叶片进行了有限元应力分析，应力分析中考虑了发动机实际工作过程中的离心载荷和不均匀温度引起的热负荷。利用应力分析结果和该材料的疲劳特性计算了1次飞行起落过程造成的发动机低循环疲劳损伤和900h飞行的总损伤，根据损伤等效原理，确定了试验规定条件下与900h飞行等效的试验谱以及试验寿命折算为飞行小时寿命的计算公式。     

某航空发动机单晶涡轮叶片研制及应用

某航空发动机所用的K465合金高压涡轮叶片在使用条件下的强度安全裕度较低,在使用考核中造成了高压涡轮叶片烧蚀断裂故障。为保证发动机的性能、寿命及材料整体匹配性的要求,开展了某单晶高温合金及涡轮叶片的研制及应用研究。研制的单晶高温合金不但具有卓越的高温性能,而且还具有优异的工艺性能和抑制再结晶能力。批量试制出了合格的某发动机单晶涡轮叶片,形成了一系列该单晶涡轮叶片工程化制备生产用工艺规范和单晶叶片铸件验收暂行技术条件;单晶涡轮叶片试验件已通过了热冲击试验、振动疲劳试验、转子超温超转试验和发动机整机长期试车试验考核,经受住了严苛的考验。该单晶叶片的研制成功,填补了国内同类产品的空白,该研究成果也可用于其他高推比发动机。     

航空发动机热态下不均匀叶尖间隙的热固耦合分析

涡轮叶尖间隙对发动机性能有很大影响。孔探图像显示高压涡轮叶片前缘与机匣衬套之间摩擦严重,且发动机排气温度裕度持续偏低。为了精确获得航空发动机在工作环境最恶劣工况下的叶尖间隙值,对涡轮盘与叶片进行热固耦合有限元分析。采用SolidWorks 2014建立高压涡轮盘与高压涡轮叶片模型,借助ANSYS Workbench获取工作状态下涡轮盘与叶片的温度场分布与结构变形量,得到高压涡轮叶尖前缘与后缘的实际间隙值,为改进高压涡轮单元体维修方案,提高发动机性能提供合理建议。     

直升机复合材料桨叶的疲劳寿命计算

着重说明直升机复合材料桨叶安全寿命的计算方法。首先分析某型直升机的飞行任务剖面、桨叶载荷谱及材料的疲劳特性,然后利用迈勒线性累积损伤理论计算桨叶的安全疲劳寿命,并分析不同飞行状态及载荷变化对疲劳寿命的影响。计算结果证实直升机复合材料桨叶在正常飞行状态下的无限寿命设计理念。该方法可用于在直升机设计阶段对复合材料构件的疲劳寿命进行评估校核。     

某型航空发动机涡轮部件性能衰退模型研究

作为航空发动机的重要组成部分,涡轮部件承受着高温高速燃气产生的热载荷和气动载荷及自身旋转产生的离心载荷等,因此对其性能监控是十分必要的。文中参照国内某航空公司监控航空发动机涡轮部件性能所依据的标准,对某型航空发动机的高压涡轮转子部件在各种载荷作用下所受的应力应变进行分析,并且结合S-N曲线法和Manson-Coffin的Morrow修正法对其疲劳寿命进行了预测研究,建立了涡轮部件的性能衰退模型,为航空发动机维护和性能的监控提供了参考依据。     

基于改进SBF模型的类比设计过程研究

类比设计是利用已有系统的问题解决方案或过程解决相似系统目标问题的创新设计方法。知识表征是类比设计的重要环节,为类比源检索和类比映射提供基础。针对结构-行为-功能(SBF)模型的不足,提出了改进的SBF建模规则,以更合理地表征设计知识。在此基础上,提出功能相似匹配和行为相似匹配的类比源检索方法,及以行为和结构映射为核心的4种类比映射路径,从而形成系统化的类比设计过程模型。该方法有助于设计者扩展设计空间,提高产品创新设计的效率。最后,以双导梁式架桥机的改进设计为例,验证上述研究的可用性和有效性。     

遗传小波神经网络在机床碳排放预测中的应用

机床的生产加工过程中,会产生大量的碳排放,通过分析机床加工过程的碳排放相关量,预测碳排放值,从而达到降低碳排放的目的;将遗传算法对具有自适应性和函数逼近能力的小波神经网络的参数进行全局优化,来构建遗传小波神经网络模型,对机床加工过程的碳排放进行预测;并通过实验数据将遗传小波神经网络与传统小波神经网络的预测结果进行对比,结果显示,优化后的小波神经网络在机床碳排放的预测结果平均误差为0.48%,均方误差为20.5303,均优于传统神经网络,证实了在机床碳排放预测中遗传小波神经网络相对传统神经网络具有更高的逼近精度;从而能够较为准确地对机床碳排放进行预测和控制。     

颠覆性创新理论研究综述

市场上很多重大技术变革源于颠覆性创新。颠覆性创新的概念最早是在经济管理领域中提出的,文中从商业模式、核心技术和产品市场3个方面分别进行了颠覆性创新相关研究文献分析,并对颠覆性创新实现方法研究进行了综合分析,提出颠覆性创新机遇发现和颠覆性创新技术路径规划将成为未来颠覆性创新研究的重点。     

可伸长橡胶履带接触建模及连接算法研究

为有效预测可伸长橡胶履带系统性能,研究了履带-轮-地面之间的相互接触问题,开发了一种橡胶履带连接算法,提出了履带张力的计算方法,建立了履带与负重轮、驱动轮、导向轮以及地面间的相互接触模型,分析了车辆沉陷、履带下的接地压力分布、剪切位移和剪切应力,并在干沙和粘土两种土壤以及半圆形和波形两种构形路面条件下进行了算例仿真分析。仿真结果表明采用新的履带连接算法建立的接触模型可以合理预测橡胶履带长度变化。研究结果为进一步预测和改善橡胶履带系统动力学性能提供了有益参考。     

基于热机耦合的机体主轴承壁性能数值模拟与实验研究

针对一款2.7 L高增压柴油机,采用有限元方法计算了机体的结构强度,分析了热载荷与机械载荷对机体主轴承壁区域的应变分布影响。设计了发动机台架实验,测取机体主轴承壁面的温度与动态应变,对计算结果进行验证并分析了产生误差的原因。研究结果表明:机体主轴承壁的工作应力由热应力与动载应力两部分组成,在额定工况下,热应力占主导地位。通过对比模拟与实验结果可以发现,基于第3类热载荷边界条件计算得到的壁面温度精度较高,但是该方法精度强烈依赖输入的换热系数精度。基于有限元方法获得的应变模拟值表现出良好的跟随性。有限元方法对最大动载荷模拟精度较高。最大工作应变计算误差主要来自于最大热应力的计算误差。计算模型的拓扑网格结构、测点当地材料属性与换热条件是造成计算误差的3个主要因素。     

海洋平台起重机臂架在波浪载荷作用下的瞬态动力学分析

海洋平台起重机在正常服役期间通常会受到除工作载荷之外的环境载荷的严重影响,而以往对海洋平台起重机的研究都着重于考虑工作载荷的作用,对此,文中对环境载荷中破坏力较大的随机波浪载荷进行模拟计算。首先基于JONSWAP谱采用WAWS法对波浪载荷进行模拟,在验证方法的正确性后计算了海洋平台在随机波浪载荷作用下的运动响应;然后将海洋平台加速度谱作为输入计算了起重机臂架的瞬态动力学响应,得到了随机波浪载荷作用时起重机臂架的薄弱部位,从而可以在设计或者生产制造时对相应的部位进行加强。     

汽油机横流冷却水套的优化设计研究

针对某小型增压强化三缸汽油机,通过采用挡板结构设计出了新型的横流式冷却水套,以加强对缸盖鼻梁区的冷却。采用三维流动数值模型对初步设计的横流水套结构进行了计算分析,研究发现:整体横流水套的换热效果良好,但是横流冷却水套整体压力损失过大,缸体水套局部流速分布不均匀。针对上述问题,提出了包括增加水套进出水口高度、布置导流结构及调整缸垫水孔和挡水板处水口等水套结构优化方法。改进后的水套整体压力损失减小为40.9kPa,各缸体上部冷却液流速分布更加均匀,从而为新型的横流式冷却水套的设计与应用提供一定的参考。     

TBM推进系统键合图建模与动态仿真

针对TBM推进系统的机电液耦合特性,为了弥补传统建模方法在多能域建模问题中的诸多不便,采用键合图建模方法建立了TBM推进系统的数学模型,推导了系统的状态空间表达式,并搭建了系统的同步控制模型。利用MATLAB软件对推进系统的同步控制进行了仿真,通过与试验结果对比验证了数学模型的正确性和可行性。     

硬岩掘进机可掘进性分级性能预测模型的建立及实施

硬岩掘进机(TBM)性能预测是关于掘进机选型、设计和施工的核心问题。文中基于复杂地质条件下TBM掘进性能分级预测的前期研究工作,提出依托样本数据,建立在不同岩体可掘进性等级条件下,以特定岩体掘进指数(SRMPI)为性能预测指标,融合地质、施工等领域参数的TBM性能预测模型。在此基础上,通过模型细化和科学推导得到TBM其他系统级性能指标,从而建立完备的TBM性能预测体系。将所建模型应用于兰渝铁路西秦岭隧道工程的某一施工标段,预测结果验证了该模型的科学性、有效性和指导施工的可操作性。     

云制造模式下基于胜任力模型的工业设计能力评估

云制造模式下,由于缺乏对设计人员的能力进行量化建模与评价方法的研究,进而影响了复杂设计任务与设计能力的合理匹配,阻碍了设计能力的社会化聚集。基于胜任力模型,面向云制造模式下的工业设计人员,从元胜任力、行业技术胜任力、设计任务胜任力及学习能力胜任力等角度构建了设计能力评估体系,讨论了基于网络分析法的设计能力评估方法,通过对工业设计云服务平台的设计能力评估,验证了文中方法的可行性与科学性。研究成果解决了云制造模式下设计能力综合评估,为实现广域社会化工业设计能力的动态重构奠定了基础。