考虑接触界面全接触的压接型IGBT器件功率循环寿命预测

柔性直流输电技术的飞速发展，对换流阀用压接型IGBT器件的可靠性要求进一步提高。目前针对压接IGBT可靠性寿命模型的研究存在不足，一方面，大多数模型对接触问题考虑不全面，物理模型为焊接形式或不能滑动的联合体，不符合实际物理机理，因此可靠性模型不能全面真实反映实际情况。另一方面，解析寿命模型的拟合方法，无法单一控制变量完全解耦，单变量拟合曲线并不能准确反应变量与可靠性寿命的关系。建立了考虑全部接触问题的功率循环计算模型，针对压接型器件的封装特点引入压力作为新变量，提出一种采用改进多元线性回归拟合方法的多变量寿命模型，该分析方法可应用于压接型IGBT在功率循环下的可靠性评估。通过有限元计算结果验证，多变量寿命模型相比单变量拟合更加准确。     

压接型IGBT芯片动态特性影响因素实验研究

压接型IGBT器件内部具有复杂的电-热-力环境，直接影响了其内部IGBT芯片的动态特性，进而决定了整个器件的安全工作能力。为此，研究不同影响因素下的压接型IGBT芯片动态特性具有重要意义。为了全面获得电-热-力综合影响下压接型IGBT芯片的动态特性，利用所研制的具有多因素解耦、灵活调节能力的双脉冲实验平台，针对一款3.3kV/50A压接型IGBT芯片，测量获得了不同母线电压、负载电流、驱动电阻、温度及机械压力下的双脉冲实验波形。分析了不同影响因素对双脉冲波形的影响规律，对比了不同影响因素对IGBT动态特征参数影响程度，结果表明母线电压主要影响关断过程，负载电流、驱动电阻和温度主要影响开通过程，机械压力对开通关断过程的影响很小，研究结果对IGBT芯片建模及压接型IGBT器件安全运行具有重要的指导意义。     

计及裂纹损伤的IGBT模块热疲劳失效分析

以实际IGBT功率模块为研究对象,通过有限元分析技术(FEM),探究裂纹损伤对IGBT模块热特性及疲劳寿命评估的影响规律,通过加速老化实验对有限元仿真结果进行验证.结果表明,焊料层裂纹是造成IGBT模块热阻增加的主要原因,在裂纹未萌生和萌生初期,裂纹对模块热特性的影响较小;一旦模块损伤到某一阶段,随着裂纹的继续扩展,模块热阻将近似指数增大,继续服役将导致功率模块在短时间内失效.通过研究发现,IGBT模块的疲劳寿命不仅与功率循环条件相关,还受到焊料层疲劳现状的影响,因此计及焊料层的疲劳累积效应的物理寿命模型相对于解析寿命模型能够更准确地对IGBT模块寿命进行评估.     

不同轴压比压下钢筋混凝土柱的低周疲劳性能

在通过系列试验建立了中等偏低轴压比下，矩形截面钢筋混凝土柱对称位移循环和非对称位移循环低周疲劳寿命表达式之后，本文再利用一个试验系列对中等偏高压比比下对称位移循环和非对称位移循环钢筋混凝土柱在不同延性系数下的低周疲劳寿命进行了试验研究。根据研究结果给出子较高轴压比下的低周疲劳寿命表达式，并在此基础上建议了适用于一定范围轴压比的钢筋混凝低疲劳寿命表达式。     

基于PID自校准算法的IGBT温升控制实现

针对功率循环实验中绝缘栅双极型晶体管( insulated gate bipolar transistor, IGBT)温度过冲和滞后问题,设计了一种自校准PID算法控制IGBT温升。通过MATLAB进行PID建模及参数仿真,采用电学法测试原理并结合嵌入式系统测试IGBT结温,使用PID自校准算法控制器件温升进行IGBT热疲劳测试。实验结果表明：该算法的调节方式和温度精度都达到理想的效果,改善了系统的动态性能,为IGBT寿命预测提供了一个良好的实验环境。     

基于有限元和多体动力学联合仿真的疲劳寿命预测

针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取困难等问题，提出了基于联合仿真的疲劳寿命预测方法.结合有限元方法和多体动力学仿真分析获得部件的工作载荷历程，然后通过有限元方法和疲劳分析联合求解，预测部件的疲劳寿命.在动力学仿真部分，采用模态综合法获取部件的应力及载荷历程信息.寿命预测采用多轴裂纹萌生疲劳分析，其中部件的多轴特性通过二轴分析获得.以发动机曲轴部件为例，叙述了设计流程的应用过程.应用结果表明，该方法可以对疲劳事故的原因进行诊断，并且可以作为采用工艺强化措施的依据     

考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计

为了研究温度及热应力分布对排气歧管的振动特性及疲劳寿命的影响,对汽油机排气歧管进行基于热机耦合的频率响应分析.研究发现,由于温度及热应力的不均匀分布会改变结构的刚度,热载荷的存在对传递函数峰值频率及应力幅值均产生了较大影响.热载荷与机械载荷耦合作用下的振动疲劳寿命较不考虑热载荷的振动疲劳寿命低42%,热机耦合在疲劳寿命分析中有着显著的作用,不可忽视.为了优化排气歧管的振动特性并延长其使用寿命,对排气歧管支架进行拓扑优化及多目标形貌优化.通过拓扑优化寻找最佳传力路径;在拓扑优化的基础上以提高排气歧管疲劳寿命为总目标,以提高危险频率段内的1、2、3、6阶固有频率为子目标,通过加权指数法建立目标函数,对支架进行多目标形貌优化确定加强筋位置.进行多目标优化后的排气歧管支架对提高排气歧管振动疲劳寿命效果明显,疲劳寿命较优化前增加了31.2%.     

塑封球栅阵列焊点在温度循环下可靠性数值模拟

根据实际封装器件建立了三维有限元分析模型,模拟了PBGA焊点在温度循环载荷下的蠕变应变,比较了95.5Sn-3.8Ag-0.7Cu和63Sn-37Pb两种焊料形成的焊点在温度循环下的蠕变情况,预测了焊点在温度循环下的疲劳寿命,评价了两种焊点在温度循环条件下的可靠性.结果表明,两种焊点相比较,63Sn-37Pb焊点在循环中的蠕变现象更为显著,95.5Sn-3.8Ag- 0.7Cu焊点的疲劳寿命更长,可靠性更高.     

粉末冶金涡轮盘低周疲劳寿命可靠性敏度分析

对于在0-起飞-0循环载荷作用下的某型粉末冶金涡轮盘,利用可靠性分析的要求寿命-实际寿命干涉模型,建立了给定寿命要求下的涡轮盘低周疲劳寿命非线性极限状态方程。在此基础上,分别采用改进一次二阶矩法、Monte-Carlo模拟法和马尔可夫链模拟方法,对涡轮盘进行了低周疲劳寿命可靠性灵敏度分析。通过对分布参数可靠性灵敏度作无量纲归一化处理,得到了影响涡轮盘低周疲劳寿命失效概率的分布参数排序,其中起飞状态应变的均值对失效概率的影响最大。研究了涡轮盘寿命可靠性灵敏度随基本变量变异系数变化的趋势,分析了变化趋势对设计的影响。同时,通过3种可靠性灵敏度方法结果的对照分析,得出了各种方法的适用范围。     

挖掘机工作装置疲劳分析方法

针对挖掘机载荷谱难以实测获取,从而难以对其工作装置进行疲劳分析的问题,提出一种新的解决方法:首先通过对铲斗挖掘土壤过程进行仿真,获得挖掘阻力的完整变化过程,即挖掘阻力载荷谱;然后通过整机作业过程仿真,获得与上述挖掘阻力载荷谱相对应的工作装置各铰点载荷谱,并通过实测油缸压力进行对比验证;最后以经过验证的各铰点载荷谱实现工作装置的动臂和斗杆疲劳寿命分析。以某23t液压反铲挖掘机为例,详述了采用上述方法对其工作装置进行疲劳分析的过程,计算出动臂和斗杆在典型作业循环工况下的最低疲劳寿命分别为10~(5.978)和10~(6.47)次,验证了所提方法的有效性。     

基于Simulink的IGBT模块的结温计算

为探究绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在长时间疲劳损伤累积下造成的失效问题,采用电-热模拟法测量IGBT模块的结温。以三相桥式逆变器为例,应用开关周期方法计算IGBT和续流二极管(FWD)的功率损耗。基于MATLAB/Simulink搭建IGBT模块结温计算模型及热网络模型,对IGBT模块结温进行仿真,采用IPOSIM软件验证搭建模型的准确性。研究表明,IGBT模块平均结温随输出频率增加有所降低,随器件开关频率的增加而增加,模块结温与环境温度变化趋势相一致。该方法不需要直接接触功率器件,而且计算量小,结果准确。     

模块化多电平换流器子模块等效数学模型的建立及仿真

模块化多电平换流器(MMC)中包含的半导体开关器件数量是2电平、3电平电压源换流器(VSC)的2次幂倍,随着系统电平数的增加,大量功率器件的引入给模型的电磁暂态仿真带来了困难。本研究把IGBT等效为2个不同状态的等效电阻,将MMC子模块的模型简化,根据戴维宁定理建立了MMC子模块的数学模型和MMC桥臂数学模型。最后,在MATLAB/Simulink下搭建基于MMC子模块数学模型的21电平仿真电路和基于MMC桥臂数学模型的61电平VSC-HVDC输电系统仿真电路,并与采用器件模型的仿真结果进行对比。仿真验证了该数学模型的准确性和可靠性。     

液芯大压下轧机轧辊的热力耦合分析及疲劳寿命计算

液芯大压下轧机的技术难点是保证轧辊在恶劣工况下的正常工作寿命,它是连续生产的保障。本文采用有限元法中热力耦合的分析方法模拟堆焊型和辊套型两种轧辊的轧制过程,轧辊材料为综合力学性能较好的H13（4Cr5MoV1Si）,计算其温度场、应力场和应变场。采用高温应变疲劳寿命法计算辊面产生疲劳裂纹寿命,应用断裂力学理论计算其裂纹扩展的寿命。经计算,辊套型轧辊热应力低于堆焊型轧辊,并且拥有更长的工作寿命。     

一种适合电路仿真的IGBT模型

介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的物理特征及其基本结构,针对IGBT的输入、输出特性,建立了一种宏模型,并运用PSPICE软件对它进行了仿真,并与实际IGBT器件的相关特征数据进行了比较,结果表明,这种宏模型能够很好的模拟IGBT器件的静态和动态特性.     

复杂服役环境下高压阀门疲劳可靠性数值分析

高压阀门因长期处于高温、高压工况下,同时还需承受温度场、流场和压力场等多个物理场的耦合作用,故在使用较短的时间后就可能因产生裂纹、泄漏、疲劳破坏等而失效。为了提高高压阀的抗疲劳可靠性,基于疲劳累积损伤理论,运用名义应力法得到耦合作用下阀门的疲劳寿命,并借助于ANSYS仿真软件对其进行模拟,得到了阀门在高温高压环境下稳定工作的温度场和应力场的分布规律。仿真结果表明:阀门工作过程中,受到损伤最大的区域为其入口和出口靠近锥阀槽内的转角处,可采取对该部位进行热喷涂以减少结构突变、增大过渡圆角以使结构强度分布均匀、选择更合适的材料等措施进行改善,从而提高阀门的可靠性。     

应力疲劳寿命可靠性分析通用模型研究

通过分析正态分布、Weibull分布等5种常用概率模型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命的关系,建立了应力疲劳寿命可靠性通用模型,进行高可靠度疲劳参量推断。指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作通用公式的特例。以42CrMo硬齿面齿轮轮齿弯曲疲劳试验寿命数据对模型应用进行了说明。     

WJ-7型扣件系统扣压力与疲劳寿命研究

弹条扣件系统对无砟轨道的稳定性、可靠性起到重要作用,而弹条折断为扣件系统中常见病害.WJ-7型扣件系统是我国客运专线常用,WJ-7型铁路弹条扣件系统中的弹条为W1型,因此对W1型弹条在不同交变载荷下的扣压力进行试验研究.结果表明:W1型弹条扣压力随载荷循环次数呈三阶段衰减;弹条的疲劳寿命与载荷幅值呈反相关关系;W1型弹条断裂性质为弯曲——扭转疲劳断裂.     

应力疲劳寿命可靠性分析通用模型研究

通过分析正态分布、Weibull分布等5种常用概率模型函数的中值疲劳寿命和高可靠度疲劳寿命的关系,建立了应力疲劳寿命可靠性通用模型,进行高可靠度疲劳参量推断.指出疲劳寿命服从各常用分布的可靠性公式都可看作通用公式的特例.以42CrMo硬齿面齿轮轮齿弯曲疲劳试验寿命数据对模型应用进行了说明.     

油膜润滑的发动机曲轴疲劳寿命分析

在Virtual lab中建立某型V8发动机曲轴系统的多体动力学模型,考虑曲轴系统的油膜润滑条件,创建主轴颈处润滑的油膜文件,通过多体动力学仿真计算,得到曲轴在弹性支撑下的载荷历程,并将其作为疲劳寿命分析的输入参数;利用Virtual.Lab的Durability模块对曲轴进行疲劳寿命计算,获得精确的曲轴损伤分布和疲劳寿命。仿真结果表明:通过系统多体动力学仿真能够得到部件准确的载荷情况,考虑油膜润滑真实的反映了曲轴受载情况;曲轴寿命最短处为第一曲拐与第二主轴颈过渡处内侧。     

飞碟游乐设备驱动轴疲劳失效分析

针对目前游乐设备运行过程中,由于高周疲劳引起驱动轴疲劳失效而造成设备事故等问题,本文采用有限元分析理论并结合NCODE疲劳分析软件,对飞碟游乐设备驱动轴进行了疲劳仿真研究.首先结合设备工况对该游乐设备进行了简化和建模,然后采用ADAMS有限元分析软件进行了动力学分析,提出了多体系统拓扑构型,得到了驱动轴的载荷时间历程.利用NCODE疲劳分析软件对驱动轴进行了疲劳可靠性分析,得出该驱动轴的疲劳结果云图和各节点的疲劳寿命,并从云图中确定出驱动轴容易破坏的位置和寿命.