航空发动机叶片高应力振动疲劳试验技术研究

在电动振动台上对航空发动机叶片进行了高应力振动疲劳试验,详细研究了试验机理,提出了辅助点监测叶片最大振动应力、共振峰后定频率激励等试验方法,并成功利用振动台开环控制技术有效稳定了叶片的振动应力水平,从而获得可靠的疲劳数据。另外,从试验角度出发,对振动台激励与叶片振动应力响应之间的关系进行了研究。     

航空发动机叶片振动特性试验研究

目的通过理论计算和试验验证获得航空发动机叶片一阶弯曲振动频率,并在一阶弯曲振动模态下获取叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。方法利用有限元分析软件对叶片进行模态分析,得到叶片的一阶弯曲振动频率。在振动试验系统上,通过扫频试验验证叶片发生一阶弯曲共振的频率,对叶片进行高应力振动试验。结果叶片一阶弯曲振动频率理论计算值为3584 Hz,实验值为3286 Hz,误差为8.31%,满足工程误差小于10%的要求。叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系为σ=1.8759af。结论得到了叶片的一阶弯曲振动频率以及叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。     

海洋工况下航空发动机冷端叶片的冲蚀损伤与防护概述

围绕海洋环境下航空发动机的服役特点,针对发动机叶片在海洋/近岸地区不同气候条件下的工作状况,对发动机冷端叶片在腐蚀-冲蚀联合作用下的失效机制进行了梳理总结.对海洋环境下服役的发动机叶片防护涂层的相关研究进行了归纳,总结了不同叶片防护涂层的设计理念及其性能表现.对于航空发动机叶片的防护涂层,目前主要是以一元或多元金属氮化...     

延长冷挤压凸模使用寿命的研究

W6Mo5Cr4V2钢冷挤压凸模,应用1200℃淬火、560℃回火三次,磨削加工,软氮化和滚压的复合强化工艺,可以改善其表面凹凸状况,产生较大的残余压应力,使其寿命得到大幅度提高。     

强力旋压对40Cr钢形变强化的研究

用强力旋压形变强化与适当的去应力处理相结合提高零件的综合机械性能并代替相变强化,是强力旋压应用中的重要课题。本文通过对某火箭燃烧室的强力旋压和有关性能试验,分析了强旋形变强化的作用机理及应力压变状态,旋压强化对硬度的变化及分布和对强度塑性指标的影响,表面残余应力与产品质量的关系等,总结了40Cr钢形变强化代替相变强化的效果。     

冷轧塑变304不锈钢在稀硫酸中的腐蚀电化学行为

目的 通过测试不同厚度冷轧塑变304不锈钢试样在0.5 mol/L H2SO4溶液中的腐蚀电化学行为,研究腐蚀速率随位错密度、马氏体含量、残余压应力的变化规律.方法 试样板材原始厚度为5 mm,制备的冷轧试样的厚度分别为4.5、4.0、3、2.5、2.0、1.0 mm.采用Х射线衍射法测量不同厚度试样的残余奥氏体含量,再求差值,得到马氏体体积分数.通过 Х 射线应力测定仪测量不同厚度试样表面的残余压应力.利用IM6ex电化学工作站测试不同厚度试样的极化曲线、阻抗谱和电化学噪声,电化学噪声采用不相关的三电极电解池体系.通过电化学测试,对不同厚度冷轧塑变试样的腐蚀电化学行为进行系统研究.结果 随着冷轧厚度的递减,马氏体含量和残余压应力增加,冷轧试样马氏体含量最大值在45％左右,残余压应力最大值接近600 MPa.经电化学测试,随着冷轧厚度递减,腐蚀速率先是增加,随后又降低,腐蚀速率峰值为7.7×10?4 A/cm2,最小值为3.2×10?4 A/cm2.对冷轧厚度为4.0、3.0、1.0 mm的无塑变试样进行电化学噪声时域曲线、频域曲线测试分析,腐蚀速率变化趋势与极化曲线、阻抗谱测试结果一致.结论 随着冷轧厚度递减,位错密度增大,马氏体含量增加,加速了冷轧塑变试样的腐蚀.冷轧厚度很薄时,较高残余压应力与晶体取向削弱了位错密度、马氏体含量对腐蚀的影响,从而降低了腐蚀速率.     

2219铝合金TIG焊缝激光冲击强化与腐蚀性能研究

目的 改善2219铝合金钨极氩弧焊焊缝的耐腐蚀性能。方法 采用激光冲击技术对焊缝进行强化处理,比较分析处理前后的表面残余应力、物相组成和元素状态,通过静态浸泡失重法和电化学试验测量腐蚀速率的变化。结果 经过激光冲击强化处理后,2219铝合金焊缝部位的元素状态没有改变,但焊缝区域的残余拉应力变为残余压应力。2219铝合金钨极氩弧焊接区域的自腐蚀电位明显下降,相比未经激光冲击处理的试件,焊核区和焊接过渡区的平均腐蚀电流分别减小了14%和12.7%,腐蚀速率分别减小了16.9%和12.9%。结论 激光冲击强化可以有效提升2219铝合金钨极氩弧焊焊缝区域的耐腐蚀性能,可以为提升特种装备安全性和轻量化提供技术参考。     

一种飞机发动机影响区设备的可靠性试验剖面设计方法

目的 准确制定飞机发动机影响区设备的可靠性试验剖面,提出一种可靠性试验剖面设计方法.方法 结合飞机发动机影响区设备的振动"宽带随机信号叠加窄带尖峰信号"的特点,采用工程截取等效法对实测振动数据分析归纳,得到振动试验谱.然后根据振动应力简化原则和飞机典型任务状态的持续时间及其占整个任务剖面的时间比例得到振动应力条件,并合成可靠性试验剖面.结果 使用此方法对某飞机发动机影响区设备的振动数据进行处理,得到飞机发动机影响区设备的可靠性试验剖面.结论 提出的工程截取等效法非常适合发动机影响区设备振动信号的分离和归纳;提出的可靠性试验剖面设计方法,为飞机发动机影响区设备的可靠性剖面设计工作提供了新思路,对飞机发动机影响区域设备的可靠性设计有重要意义.     

不锈钢/铝(铝合金)/不锈钢多层复合板残余应力研究

采用取条法和化学浸蚀法相结合对不锈钢 /铝 (铝合金 ) /不锈钢多层复合板的残余应力值进行了测量。结果表明外层不锈钢受到长度和宽度方向的残余拉应力作用 ,随着轧制复合变形量的增加 ,多层复合板的残余应力值会逐渐增大。此外还通过热 力耦合的弹塑性有限元法对不锈钢 /铝 (铝合金 ) /不锈钢多层复合板的残余应力场进行了模拟仿真 ,并将模拟结果与试验测量值进行了分析和对比。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

水平对置活塞发动机高空热平衡特性研究

目的研究不同海拔大气压力特别是高空条件对水平对置活塞汽油机热平衡性能的影响。方法利用内燃机高空模拟试验台进行不同海拔高度(0~7000 m)下水平对置活塞汽油机的热平衡试验,测得不同海拔下排温、缸体表面温度等特征参数,计算热流量分配特性,并对比分析热流量分配特性随海拔高度的变化规律。结果随海拔升高,汽油机排温和缸体表面温度逐渐下降,且海拔愈高,缸体表面温度下降幅度愈大。汽油机有效功率随海拔升高逐渐下降,余项损失百分比逐渐上升,且在低转速下,变化幅度增大。在6000 m模拟海拔、3000 r/min转速下,汽油机有效热效率不到5%,而余项损失达到了30%以上,此时部分汽油甚至并未燃烧。结论高空环境对水平对置汽油机热平衡性能造成严重影响,成为制约其高海拔性能恢复的关键因素。     

超高压深海环境下多结构并行疲劳试验技术研究

针对全海深载人潜水器2只载人舱缩比球壳模型的疲劳试验,通过理论方法对比分析了压差法与外压单独作用下球壳的应力状态,验证了超高压深海环境下内外压差法模拟球壳作业环境的可行性。同时,为降低球壳外部交变载荷对试验设备的损伤,并有效缩短试验时长,提出一种计及超高压深海环境下采用内外压差法开展的多结构并行疲劳试验技术。根据该试验技术进行了近7 000个循环周期的双球串联疲劳试验,有力地保证了全海深载人潜水器的研制周期。试验结果表明,该试验技术长期有效可靠,可为同类型试验提供技术依据和应用参考。     

Improvement of fuel injection system of locomotive diesel engine

The traditional locomotive diesels are usually designed for the performance of rated condition and much fuel will be consumed. A new plunger piston matching parts of fuel injection pump and injector nozzle matching parts were designed. The experimental results of fuel injection pump test and diesel engine show that the fuel consumption rate can be decreased a lot in the most of the working conditions. The forced lubrication is adopted for the new injector nozzle matching parts, which can reduce failure rate and increase service life. The design has been patented by Chinese State Patent Office.     

综合环境下舰载导弹弹上计算机加速寿命试验研究

目的 研究一种综合考虑陆上环境与舰船环境多应力下的舰载导弹弹上计算机加速寿命试验方法,能更具代表性和真实性地描述产品在综合环境条件下的环境应力,进而为环境应力剖面尽可能准确地折算为加速应力剖面奠定基础。通过加速寿命试验,将产品贮存时间加速至目标年限,验证与评估产品剩余贮存寿命。方法 针对舰船工作环境条件,从搭载研究对象的舰船出海海况入手,利用海况与舰船振动量值的对应关系,确定舰船振动应力。结合考虑综合环境下的其他应力,研究出一种结合温度–振动–电应力等环境条件的加速试验方法,以已经达到设计贮存寿命期限的舰载导弹弹上计算机为试验对象,开展温度–振动–电应力综合加速寿命试验。结果 通过运用温度–振动–电应力的加速寿命试验方法,验证和评估了某型舰载导弹弹上计算机具备延寿至目标年限的剩余贮存寿命,取得了良好的试验效果。结论 根据舰船工作环境对贮存寿命的影响,针对性地研究了舰船振动加速试验,给出一个更加贴合实际寿命的寿命评估结果,为后续延寿研究工作提供了可靠依据。     

长期立贮固体发动机药柱变形预估方法研究

目的 研究老化与颠振影响下长期立式贮存固体发动机药柱的蠕变特性,基于广义Kelvin模型,构建一种考虑老化和损伤因素的蠕变本构模型。方法 通过开展温度与应力加速蠕变试验、高温加速老化试验以及往复拉伸损伤试验,获得老化与损伤对蠕变的影响规律,建立蠕变预测模型,获取模型参数,并将其嵌入有限元软件。结果 利用所得蠕变本构模型计算了某型发动机立式贮存15 a后药柱蠕变的应力应变,结果表明,考虑老化因素后,发动机药柱的最大等效应力增大了96.84%,最大等效应变减小了4.07%,在同时考虑老化与损伤因素后,最大等效应力增加了82.77%,最大等效应变减小了3.62%。结论 对比不同条件下的仿真结果,老化和损伤对发动机蠕变状态的影响较大。使用该模型能够较好地体现出固体发动机药柱的老化硬化和损伤软化。     

基于飞参信息的某型涡轴发动机性能退化研究

目的研究涡轴发动机性能退化规律。方法以某型涡轴发动机监控工作为基础,根据该型发动机性能计算模型和发动机出厂时的排气温度基线,计算稳定工作状态下该型涡轴发动机的排温裕度和燃油消耗率随工作时间的变化情况,统计并分析近4~6年以来10台涡轴发动机的飞参数据。结果随着工作时间的增加发动机的效率都会降低,发动机的燃油消耗率随时间逐渐增大。结论通过定期合理地清洗发动机,及时采取防腐控制措施等方法,可以减缓发动机性能的退化速度。     

成都市典型非道路工程机械排气烟度分析

采用不透光烟度计采集了成都市典型工程机械(挖掘机、装载机、叉车和压路机)排气烟度,研究了机械功率对其活动水平(燃油消耗量和年均工作时间)的影响,同时也研究了机械发动机构造和机械排放标准对其排气烟度的影响;同时,采用氮硫测定仪分析了机械油品硫含量,研究了硫含量对其排气烟度的影响.试验结果表明:机械功率越大的工程机械,燃油消耗量和年均工作时间数越高.成都典型工程机械排气烟度排放水平最低的为装载机,最高的为压路机;同时,超高排放装载机与叉车的占比较高.工程机械排气烟度受机械发动机排量、机械发动机构造、机械发动机排放标准和机械用油的综合影响,通过对工程机械装配电控发动机、提高原机排放标准和使用低硫燃油均能直观反映出机械排气烟度不同程度的改善.此外,油品中硫含量越高,机械排气烟度越大.     

在役晶体管湿热试验失效模式及机理研究

目的 研究在役晶体管湿热试验的失效模式及失效机理,为减少晶体管失效提出改进建议。方法 选取长期贮存了10余年未失效的3型在役晶体管进行湿热环境试验,采用扫描电镜观测、电性能参数测试、离子色谱分析等方法研究晶体管失效的模式和失效机理。结果 晶体管经过2160h湿热试验后,有3.75%的晶体管发生失效,其中晶体管管腿断裂失效比例占2.50%,失效机理为应力腐蚀开裂;晶体管参数超标比例为1.25%,失效机理为器件背部或三防漆所含粘附离子引起的漏电。结论 湿热试验会加速在役晶体管的失效,其失效模式主要为因应力腐蚀开裂导致的管腿断裂以及因表面粘附离子引起的参数超差。建议在晶体管的寿命期内加强质量管理,改善不当的制管工艺,减少器件的内部缺陷及残余应力的存在,控制器件贮存环境的温湿度以及大气成分,杜绝氯离子等粘附离子及其他活性物质的引入。     

EGR率对农用单缸柴油机燃用生物柴油的NOx与PM排放特性影响分析

单缸柴油机作为小型农用机械不可或缺的动力源,在使用过程中会产生大量污染物.其中氮氧化合物（NO_x）和颗粒（PM）是气溶胶的主要组成部分,对大气环境造成了严重污染.为有效改善农用单缸柴油机NO_x和PM排放,本研究通过添加生物柴油对柴油进行改质以及采用机内EGR净化技术两种方案,测量了柴油机分别燃用柴油B0,生物柴油调合燃料B20、B50在不同EGR率下的NO_x和PM排放.结果表明,采用EGR技术能够明显改善柴油机的NO_x排放,但同时会引起碳烟排放的增加.通过在柴油中添加生物柴油能够在一定程度上降低碳烟排放,其中高负荷、大EGR率条件下的改善最为明显.在2000 r·min^-1、75%负荷,EGR率为30%时,燃用B50的碳烟排放与燃用B0相比降低了47.3%.总体上柴油中添加生物柴油与EGR技术共同作用能够有效降低柴油机高负荷工况时的颗粒排放总数量.     

基于蒙特卡洛法的曲轴结构优化分析

目的:为减轻曲轴质量,对16缸V型柴油机的曲轴进行结构优化。方法:首先,按照柴油机真实的工作环境对曲轴单个曲柄的有限元模型进行边界条件和力的加载,求解获得最大应力及最大位移的数值及位置;然后,建立垂直曲柄中心截面的2D有限元模型,在等效加载的情况下应用ANSYS计算最大应力及位移,计算结果同三维模型进行比较,证明2D截面网格的计算合理性;最后,运用ANSYS PDS模块,基于蒙特卡洛抽样方法,对单位曲柄进行主要尺寸优化。结果:主轴颈直径150 mm、曲柄销直径125 mm、圆角半径4.5 mm时单曲柄质量降低3.37 kg,整个曲轴质量降低26.99 kg,到达优化的目的。结论:证明了二维模型替代三维模型的合理性以及运用蒙特卡洛法进行结构优化的可行性,为今后的曲轴优化提供了参考。