某型装备用硅橡胶密封圈热氧老化试验与寿命评估

目的 研究某型装备用硅橡胶密封圈在温度影响下的性能退化规律,并进行寿命评估。方法 采用热氧老化加速试验方法,试验过程中模拟橡胶密封圈径向承压状态,通过强化温度试验条件,在90、100、110、120 ℃条件下对硅橡胶密封圈进行加速老化试验。以压缩永久变形率作为参数,对试验后的性能检测数据进行分析与处理,结合Arrhenius模型,以硅橡胶(径压)密封圈压缩永久变形率分别达到10%、20%、30%、40%和50%为密封圈失效临界值指标,外推常温25 ℃时硅橡胶密封圈寿命。结果 加速老化试验后,硅橡胶密封圈的压缩变形率逐渐下降,且温度越高,其压缩变形率下降越快。硅橡胶(径压)密封圈在25 ℃条件下,压缩永久变形率达到10%、20%、30%、40%和50%的贮存寿命分别为1、2.9、5.6、9.1、13.8 a。结论 温度是造成硅橡胶密封圈性能退化的因素之一。文中的试验方法和数据处理方法能有效评估〇型密封圈的寿命。     

基于PNGV模型的锂离子电池荷电状态估计

目的 提升不同老化情况下的锂离子电池荷电状态(SOC)估计精度。方法 基于PNGV模型(Partnership for a New Generation of Vehicles),对锂离子电池SOC进行估计。首先通过双线性变换对PNGV模型进行离散化,采用带有遗忘因子的递归最小二乘法(FFRLS),对电池模型参数进行在线辨识,利用卡尔曼滤波(EKF)算法进行SOC估计,并通过动态工况验证SOC估计精度。结果 以多种误差指标考察不同循环下的试验数据,在不同电池老化状态下具有较好的预测精度。相比基于Thevenin模型的算法,基于PNGV模型的算法可以将SOC平均绝对误差减少约60%,同时也可以将SOC估计最大绝对误差波动范围降低53.8%。结论 本算法引入PNGV模型后,解决了基于Thevenin模型算法误差大、不稳定的问题,提升了动力电池系统在不同老化环境下的适应性。     

某型直升机机体结构关键件涂层耐久性评估

目的 评估某型直升机机体典型结构关键件涂层在内陆温和地区的耐久性,支撑机体总日历寿命延寿工作。方法 对某型直升机大修周期机体结构关键件涂层进行目视检查、涂层光泽度检查和电化学交流阻抗检测,对比分析检测数据,分析机体结构关键件涂层耐久性的影响因素,判定涂层的耐久性。结果 某型直升机机体结构关键件涂层的耐久性较好。失光率检测中,平均失光率为37.8%,整体失光率较小。电化学阻抗检测中,平均电化学阻抗模值为5.58×10⁷ Ω.cm²,未失效,涂层能够有效保护机体结构关键件免于腐蚀环境破坏。结论 大修周期内,某型直升机机体结构关键件涂层的耐久性好,少数区域涂层因光照、磕碰等,耐久性部分程度受到影响,机体结构关键件涂层受温度、湿度、盐雾浓度等的影响较小。     

新型高强不锈钢在海水中的腐蚀行为研究

目的 确定新型高强不锈钢在海水环境中的耐蚀性能和腐蚀机理。方法 通过海水浸泡试验、动电位极化曲线和电化学交流阻抗测试考察新型高强不锈钢在海水环境中的腐蚀性能,并结合金相显微镜观察、X射线衍射分析(XRD)和X射线光电子能谱(XPS),分析该不锈钢的组织结构和钝化膜组成。结果 新型高强不锈钢在海水中的自腐蚀电位稳定在0.012~0.020 V,点蚀电位为1.10 V,保护电位为0.89 V。海水中浸泡45 d后,电化学阻抗值仍然保持在10⁶ Ω.cm²数量级。这说明钝化膜表面并未出现点蚀的形核,钝化膜仍具有较好的保护性。该不锈钢具有典型的孪晶奥氏体结构,形成的钝化膜表层主要成分为FeOOH、Cr(OH)3等氢氧化物,内层成分主要为Fe3O4、Cr2O3、CrO3、单质Ni,具有较强的钝化膜修复能力。结论 该不锈钢在海水中具有良好的耐蚀性。     

热/自然交变环境下玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料模拟使役工况试验研究

目的 研究装备动力舱在热/自然交变环境下玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料性能随模拟使役工况试验时间的退化规律,提升装备动力舱热/自然交变环境效应控制水平。方法 以玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料为研究对象,以湿热、盐雾和高温试验为热/自然交变环境试验谱,以振动试验为加速因子,开展5个周期的实验室模拟使役工况加速试验,对比分析样件初始状态和每一个周期试验后的性能。结果 经模拟使役工况试验后,玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的颜色由白色逐渐变成黄色,SiO2气凝胶含量逐渐减少,纤维元素组成变化不明显,导热系数升高,隔热性能下降,且均在4周期模拟使役工况试验后出现明显变化。结论 玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料经5个周期的模拟使役工况试验后,其常温导热系数仅为0.026 4 W/(m.K),热面温度为200 ℃时,冷面平均温度仅为68.5 ℃,热/自然交变温差为43.5 ℃,具有良好的环境适应性。     

船舶撞击下10 MW单桩基础风机动力响应特性分析

目的 探究风机在遭遇船舶撞击时的动力响应,以及不同工况下的失效模式。方法 采用 SACS 软件,建立DTU 10MW单桩基础风机的动力分析模型,并利用p-y曲线模拟桩土相互作用,计算不同撞击速度、撞击角度、风载方向作用下海上风机的动态响应,探究风机在停机工况和运行工况下的失效模式。结果 风机受风载作用时,最大机舱加速度和塔顶最大位移分别较无风载时增加了8.5%、68.1%。以5 000 t撞击船为例,风机在停机状态下,撞击速度超过2.13 m/s时,风机面临因机舱故障而引发的失效;风机在运行状态下,撞击速度超过1.88 m/s时,风机面临因挠度超过最大允许值而引发的失效。结论 有、无风载时,机舱加速度响应的差异不明显,而有风载时的塔顶位移较无风载时增长明显。根据风机在停机工况和运行工况下的失效模式,提出了相应的船舶撞击速度临界值。     

民用飞机实验室APU开车高温尾气排放影响因素分析

目的 对民用飞机APU在气候实验室内开展极端气候环境下的起动和工作试验,建立一种APU高温尾气安全排放方法。方法 用CFD仿真手段对采用排气管道将APU高温尾气排出气候实验室的可行性及影响因素(包括管道直径、距离、背压等)进行系统性分析研究。结果 气管道入口距离APU管道出口过近时,将有利于APU排气,引射比ε与排气管道出口压力Pex及排气管道直径D线性相关,排放温度tex与管道直径D成反比。在排气管道入口设置平滑收敛段,利于消除涡流,减轻负压程度,并在一定范围内提高引射比。结论 采用管道被动排气是可行的,合适的排气管道设计为D/d=2.0,L/d=1.5,并在管道入口设置平滑收敛段。     

用于直升机舱内降噪的主减支撑吸振技术研究

目的 通过控制主减速器结构声,进一步实现直升机舱内降噪。方法 在主减支撑结构上进行吸振设计,从根源上抑制齿轮振动向机身传播。基于某直升机,利用传递矩阵法,建立支撑结构/吸振器的动力学模型,进一步结合有限元法建立支撑结构/舱段结构/声场的声振耦合系统动力学模型,验证该技术的中高频减振和降噪性能。在此基础上,分析吸振频率、质量和阻尼对支撑结构振动传递特性的影响规律。根据某直升机的降噪需求,设计得到一组满足需求的样例参数,并开展声振耦合仿真分析。结果 在主减支撑结构上附加总质量为4 kg的吸振器结构,即可实现舱内目标频率降噪超过35 dB。结论 主减支撑结构吸振设计可有效控制舱内中高频主减结构声。     

气垫船减速齿轮箱腐蚀与防护工艺研究进展

叙述了气垫船减速齿轮箱在海洋大气和海水溅射环境下腐蚀与防护工艺的研究进展。介绍了气垫船减速齿轮箱长期处于高温、高湿、高盐雾以及海水溅射环境下的腐蚀特征和主要腐蚀类型,总结了减速齿轮箱中铝合金、合金钢、不锈钢等不同材质零件腐蚀防护技术的研究进展。最后,提出了海洋环境下气垫船减速齿轮箱的腐蚀防护需从结构设计、材料选型、加工制造、运输贮存、维护保养等方面着手,在充分利用现有表面处理技术的基础上,加强阳极氧化、微弧氧化、电镀、涂料涂层等技术的组合;强化腐蚀监测技术,有效预警防护层失效,同时大力研发海洋环境下长期有效、绿色环保的表面处理和涂层技术。另外,采用系统工程来提高海洋环境下金属材料的环境适应性,进而提高减速齿轮箱等部件的可靠性和安全性。     

不同温湿度条件下微米硼的氧化过程研究

目的 探究不同温湿度条件下微米硼的氧化层结构特征。方法 利用高温水浴浸泡处理去除原料微米硼的表面氧化层,然后在恒温恒湿条件下对微米硼进行加速氧化,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对加速氧化后硼颗粒的氧化层厚度及组成进行分析,总结表面氧化层结构及成分组成变化规律,揭示温湿度条件下微米硼的氧化机制。结果 微米硼经高温水浴浸泡处理后,表面氧化层去除率达到50%。随着加速氧化时间的延长,硼颗粒氧化层的厚度逐渐增大,由内向外硼颗粒表面可以用B-BxOy-B2O3三层结构来表示,BxOy总是伴随着B2O3同时出现的,且随着氧化反应的进行,颗粒表面BxOy的含量将超过B的含量。结论 不同温湿度条件下微米硼的氧化机制为O2向B颗粒内部单向扩散的反应机制,B先与O2反应,形成低氧化物BxOy,BxOy进而与O2反应生成B2O3。随着氧化层厚度的增加,O2向B颗粒内部扩散的阻力增大,氧化反应速率随之降低。相比湿度的影响,温度的升高可显著加快硼表面氧化层的形成;温度一定时,湿度的增加可促进硼氧化层的形成。     

废旧锂离子电池回收处理技术研究进展

通过介绍废旧锂离子电池的构成及近年来废旧锂离子电池回收处理技术的研究进展,综述了目前主要回收方法有溶解分离法和直接回收正极材料的新型方法等,并对现有研究中存在的二次污染、安全性问题进行了初步探讨。     

动态工况下锂电池组多物理场仿真与退化分析

目的 提高锂电池组SOH评估的准确性,提出面向实际复杂动态工况的锂电池组退化仿真分析方法。方法 通过耦合多个电池单体P2D电化学–热模型和电池组串并联等效电路–热–流体模型,建立锂电池组多物理场耦合仿真模型,分析电池系统实际使用过程中电流、温度等工况的动态特性,构建锂电池组广义动态工作载荷谱。开展模型验证和典型3并5串锂电池组多物理场仿真分析,并耦合基于SEI膜生成机理的容量退化模型,分析在动态工况下内部各电池单体的容量及SOH退化情况,并给出该型电池组寿命的薄弱环节。结果 动态工况下,锂电池退化轨迹呈高度非线性,环境温度为25~60 ℃时,随着温度的升高,电池组退化较快,但电池组内部最大温差反而减小。结论 提出的方法能够很好地量化实际复杂动态工况对锂电池组退化的影响,为其可靠性设计和运行管理提供了技术支撑。     

间二异丙苯一次氧化产物失控反应特性研究

间二异丙苯与空气发生一次氧化反应,是间二异丙苯氧化法制备间苯二酚的关键技术,采用DSC差式扫描量热仪和VSP2绝热量热仪等,研究间二异丙苯与空气反应生成一次氧化产物的热稳定性和绝热失控特性。结果显示:间二异丙苯与空气反应生成一次氧化产物的起始放热温度(T0)为129℃,绝热温升(ΔT ad)为222℃,最高失控压力(P max)为4.05 MPa,最大反应速率到达时间为24 h对应的温度(T D24)为49.6℃。在工业化实施时应优化工艺流程,在操作过程中严格控制反应温度,优化操作条件,以保证安全生产。     

锂离子电池热特性参数测量方法研究

目的针对深海等极端环境下载人潜水器锂离子动力电池热管理问题,对10 Ah三元镍钴锰锂离子电池展开热特性参数测量方法研究,为锂离子电池热管理建模提供理论依据。方法首先利用精密测量仪器并结合传热学原理对电池导热系数进行计算,其次基于电池温度与环境温度跟随的控制策略搭建高精度的绝热实验箱。绝热环境下,电池的实际产热将会完全转化为自身的内能,与外界之间没有热量交换。在绝热实验箱中利用脉冲测试方法辨识三元镍钴锰锂离子电池的比热容。结果热物性参数测量结果具有较高准确性,带入热模型中的温度计算结果与实际温度测量结果绝对误差不超过0.5℃,平均相对误差为0.0184。结论基于实验方法得到的电池热特性参数能够反映锂离子电池的热状态,测量结果与实际值误差在可接受范围之内。     

极地科考船舶储能系统热管理模块设计

目的设计一种适用于极地科考船储能系统的锂离子电池组热管理模块,以降低低温对电池性能的影响,并延长其使用寿命。方法通过实验获得高寒环境下锂离子电池电气特性参数,明确高寒条件下热管理模块的功能需求。在此基础上进行热管理模块硬件设计及策略开发,并搭建电池低温测试实验平台进行验证。结果将-35℃环境温度下电池表面温度预热至0℃,以低倍率放电时,电池的可用容量可提升至额定容量的34.7%,并且提高预热温度能够增加电池的可用容量。结论该热管理模块能够有效地对锂离子电池组进行热管理,提高高寒环境下科考船储能系统的可用容量。     

氟醚橡胶在不同介质下的热老化行为与机理研究

目的 对氟醚橡胶FM-2D在空气与飞马Ⅱ号润滑油中的热老化行为与机理进行研究。方法 开展氟醚橡胶高温贮存试验,在热氧、热油的介质环境下,研究氟醚橡胶的力学性能退化规律。试验后对样品的拉伸性能、压缩性能以及硬度进行检测,并且利用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜以及X射线电子能谱对试验后样品进行检测。结果 通过热老化试验,发现氟醚橡胶在200℃以下能够长期维持较好的力学性能。试验温度在200℃以上,氟醚橡胶的力学性能出现明显退化趋势,并且在热空气与热油中的老化趋势不同。在220℃的热空气老化31 d后,氟醚橡胶的拉伸强度下降27.0%,断裂伸长率增大89.8%,压缩应力松弛率为34.6%,硬度下降8.7%。在220℃的热油老化31 d后,氟醚橡胶的拉伸强度下降85.9%,断裂伸长率下降83.9%,压缩应力松弛率为-17.5%,硬度上升4.2%。结论 在热空气老化过程中,橡胶分子链受热氧影响发生断裂,使其强度下降;在热油老化过程中,油介质和高温的耦合作用使橡胶的交联网络失效,橡胶发硬变脆。     

不同活化条件下粉煤灰中锂的酸碱溶出特性

粉煤灰提取氧化铝作为其资源高值利用的重要途径之一引起广泛关注.由于粉煤灰中还含有一定丰度Li（锂）元素,在提取氧化铝的同时实现Li的协同提取对于进一步提高粉煤灰的资源利用效益意义重大.为认识粉煤灰中Li的溶出特性,分别考察了原粉煤灰、CaO煅烧活化粉煤灰和Na₂CO₃煅烧活化粉煤灰中Li在酸性溶液和碱性溶液中的溶出特性,并采用XRD（X-射线衍射）分析了粉煤灰浸取前后的物相变化,结合Li溶出率的变化,阐释了Li在不同浸出条件下溶出率差异的原因.结果表明:在相同浸出温度（100℃）下粉煤灰直接在酸性溶液和碱性溶液中的溶出率相对较低,分别仅为28%和36%;而经CaO和Na₂CO₃活化后粉煤灰中Li的溶出率显著提高,活化后粉煤灰中Li在酸性溶液中的溶出率可达到98%和86%,均高于碱性溶液中Li的溶出率（86%和67%）.XRD的分析结果进一步表明,部分Li可能赋存于非晶相或晶相表面,这部分Li易于被酸或碱直接浸出;部分Li可能镶嵌在莫来石、石英等晶相内部,不易被溶出,经CaO和Na₂CO₃助剂活化后,部分Li又重新嵌入到钙黄长石、霞石等新生成物相的晶格中,而这些物相更易于与酸反应,因而酸性溶液中Li的溶出率普遍高于碱性溶液中的结果.      

燃烧室沉积物对点燃式发动机不同工况下排放的影响

第三代汽油清净剂在保持发动机喷嘴、进气阀清洁的同时,增加了燃烧室沉积物(CCD),这将增加部分污染物的排放. 通过M111发动机台架试验,测量了试验过程中CO,碳氢化合物(HC)和NO_x的排放,考察了燃烧室沉积物对不同工况下污染物排放的影响. 结果表明:燃烧室沉积物对NO_x的生成有明显的促进作用,也可能会增加CO排放;燃烧室沉积物对HC排放的影响较为复杂,一方面会增加高速工况下HC的排放,但其少量存在时可降低发动机在低速低负荷工况下的HC排放.      

不同pH下生物滴滤塔降解甲苯和硫化氢混气的研究

废气生物处理技术作为一项新型的大气污染控制技术得到广泛应用。实验分别在p H为4.5和7.0条件下,利用生物滴滤塔(BTF)对甲苯和硫化氢混气废气进行降解,为混合废气的高效生物净化提供理论指导。该装置在启动阶段,当空床停留时间(EBRT)为30 s,甲苯浓度为400 mg/m3以上时,p H为4.5和7.0的BTF对甲苯的去除率分别为90%和96%。在稳定阶段,通入2 000~15 000 mg/m3的硫化氢(H2S),发现硫化氢对甲苯的降解无影响.随着实验的进行,p H为7.0比4.5的BTF的生物量高,且压降也略高。p H为4.5和7.0的BTF对甲苯和硫化氢的降解过程符合Michaelis-Menten模型,对甲苯降解的相关系数(R2)分别为0.984 2和0.977 8,单位体积的最大降解速率rmax分别为132.46 g/(m3·h)和93.46 g/(m3·h),相对应的气相饱和常数Ks分别为0.25 g/m3和0.075 g/m3;对硫化氢降解的相关系数(R2)分别为0.969 0和0.971 7,rmax分别为60.24 g/(m3·h)和51.55 g/(m3·h),Ks分别为0.06 g/m3和0.13 g/m3。对CO2生成量分析得:p H为4.5和7.0的BTF矿化率分别为70.7%和74.6%。