随机振动载荷下导弹滑块疲劳寿命分析

目的 对某一特定型号的导弹滑块,进行结构振动疲劳寿命分析,研究其在挂飞期间随机振动载荷可能导致的疲劳破坏问题.方法 首先,通过有限元对导弹的仿真模型进行前3阶模态分析.其次,为了更贴近实际的挂飞环境,进行功能振动分析,并与试验结果对比,验证仿真模型符合工程使用要求.最后,应用振动疲劳寿命分析中的经典Miner线性累计损伤理论,对导弹滑块在挂飞振动下的疲劳损伤状况和预期使用寿命进行研究和估算.结果 对比有限元模拟结果与模态试验数据,两者间的误差小于10%,验证了模型的准确性.此外,挂机振动分析结果与振动试验数据具有一致性,印证了模型中所采用的阻尼参数的正确性.结论 该型号导弹滑块在承受挂飞振动条件下,能够达到至少65 次飞行任务,总计400 h的耐用性要求,为导弹系统的设计改进和安全性评估提供了设计理论依据.     

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。     

渤海某油田注水井筛管失效测试及原因分析

目的 对注水井防砂筛管失效进行原因分析,解决注水井防砂问题。方法 针对渤海某油田注水井的防砂筛管失效问题,打捞失效筛管,并对破损区取样,通过损伤部位宏观和微观形貌、关键区域EDS能谱成分测量及室内模拟测试与计算分析等手段,综合分析各部位的损伤特征及规律。结果 宏观和微观形貌分析结果表明,损伤区域呈现明显的冲蚀损坏特征,测试与计算结果得出损伤速率为1.299 mm/a,寿命预测约为0.35 a(4.2个月),与现场实际比较吻合。结论 地层砂在筛管外堆积,造成筛管堵塞,形成高压差,高速注入水冲击筛管外的堆积砂,形成含砂流体在筛管外表面附近区域的紊流,对筛管局部反向冲击形成含砂流体冲刷腐蚀,从而造成局部冲蚀破坏穿孔。为有效解决冲蚀损伤问题,建议后续采取砾石充填防砂方式。     

GH4169材料振动弯曲高周疲劳性能研究

目的 开展镍基高温合金GH4169 材料的振动弯曲高周疲劳研究.方法 基于高频振动台和激光测振仪,搭建振动弯曲疲劳试验系统.设计 2 种不同固有频率的试验件,在疲劳试验中以试验件af值(尖部振幅与固有频率乘积)作为控制目标,分别采用成组试验法和逐级加载法研究2 种试验件的高周疲劳性能.结果 疲劳试验过程中,试验件af值的控制误差低于0.5%.随着疲劳循环数的增加,试验件的固有频率逐渐下降,且下降速度先慢后快.结论 基于成组试验法的试验结果建立的GH4169 材料的双参数af-N疲劳寿命关系,与逐级加载法的试验结果吻合较好,证明了af-N疲劳关系的准确性.     

浸河水环境对某小口径步枪的动力学影响分析

目的 研究浸河水环境对某小口径步枪自动机运动特性的影响规律。方法 采用摩擦系数仪测得在浸河水后自动机枪机框与枪机、导轨之间的摩擦系数,获得浸河水浓度对2个摩擦系数的影响规律。根据某小口径步枪的三维模型,在ADAMS平台中,建立其虚拟样机模型,并进行模型验证。在上述基础上,将不同浸河水后运动副间的摩擦系数加载到模型中,经仿真分析获得不同浸河水浓度对自动机运动特性的影响规律。结果 某小口径步枪的枪机、导轨与枪机框之间的摩擦系数随着浸河水浓度的增加而有所增大,而自动机的后坐到位速度、复进开始速度、复进到位速度以及射频都会随着浸河水浓度的增加而下降,其中,后坐到位速度在不同浸河水浓度环境下的降低幅度最小,其降低幅度小于10%,复进到位速度的降低幅度最大,为16.9%,但自动机后坐最大速度与浸河水浓度无关。结论 浸河水环境会增大运动副间的摩擦系数,增加自动机运动过程中的能量损耗,且当浸河水的质量浓度增大到20 kg/m³时,出现后坐不到位故障,运动副之间的摩擦系数对自动机的复进到位无影响。     

基于循环冲击加速试验的某O型橡胶密封圈寿命评估方法

目的 快速准确评估温度循环条件下某O型橡胶密封圈的贮存寿命。方法 模拟O型橡胶密封圈真实受压状况,设计专用夹具,在4个应力条件下开展温度循环冲击加速寿命试验,获得密封圈退化数据,分析并获得密封圈伪失效寿命,构建修正Coffin-Manson模型,并利用不同试验条件下得到的伪失效寿命数据对模型进行参数估计,获得Coffin-Manson寿命预估模型,外推常温条件下密封圈的贮存寿命。结果 通过试验表明,指数模型相比对数模型与线性模型能更准确描述密封圈的退化情况,经Coffin-Manson模型评估,该O型橡胶密封圈常温条件下的贮存寿命为6.13 a,与工程经验数据吻合。结论 所提出的基于循环冲击加速试验的O型橡胶密封圈寿命评估方法可以准确评估密封圈的贮存寿命,大大缩短试验周期,节省寿命评估试验时间和成本,为密封器件的寿命评估提供了参考。     

高强不锈钢在海水环境中的阴极保护行为研究

目的 研究不同阴极极化电位下高强不锈钢的极化行为,确定某高强不锈钢合理的阴极保护电位区间。方法 通过动电位极化测试以及电化学阻抗测试等电化学测试手段,研究此种高强不锈钢在海水中的阴极反应过程,通过不同极化电位下的恒电位极化测试,结合扫描电子显微镜和能谱仪,观察分析试样表面的腐蚀产物,研究阴极极化电位对高强不锈钢表面阴极产物膜的影响规律,以及对高强不锈钢在海水中的阴极保护效果。结果 动电位极化测试表明,在‒0.50~‒0.90 V,只需要施加很小的阴极电流,就可使极化电位发生显著变化。电化学阻抗谱测试及拟合结果表明,极化电位在‒0.70 V时,电极反应的电荷转移电阻最大,此时腐蚀被完全抑制。恒电位极化测试发现,随着电位负移,极化电流密度整体上呈现先减小、后增大的趋势。用能谱仪分析其表面产物发现,钙镁沉积层的致密度呈现先增加、后降低的趋势。结论 此种高强不锈钢在海水环境中施加阴极电位为‒0.50~‒1.00 V时,可以得到有效保护。     

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。     

某飞机系统故障率敏感性分析研究

目的 解决某飞机系统针对不同服役阶段和使用环境的故障率敏感性分析问题,发现影响系统故障率的重要因素。方法 结合Sobol方法和Kriging模型,发展一种适用于某飞机系统的故障率敏感性分析方法。该方法通过收集该飞机系统在不同使用年限和使用环境下的故障率数据,并将其作为训练样本训练Kriging模型成为满足系统故障率预测要求的黑箱函数,然后利用训练好的Kriging模型预测敏感性分析所需的样本故障率。结果 利用该方法对某飞机子系统进行了故障率敏感性分析,给出了影响系统故障率的各变量的主效应及全效应指标,发现平均温度和平均湿度为影响该系统故障率的重要因素。结论 该方法可以更加高效地计算故障率影响变量的敏感性指标,并给出相对重要度排序,可为飞机系统的故障预防、故障诊断和故障维修提供依据。     

一种连接器振动故障分析

目的 分析得出轴向弹性触碰式连接器内导体失效的主要原因。方法 以某机载电子模块的连接器在功能振动试验后出现的故障为研究对象,对其进行目测检查、随机振动仿真分析和受力分析,定位故障原因,随后结合应力应变关系公式、高斯区间法和Miner累积损伤定律,推导内导体的疲劳寿命计算公式。结果计算得到内导体自身的振动响应应力仅为0.26 MPa,不足以产生疲劳破坏,但在振动激励下,连接器随模块的振动位移较大,超出了连接器的间隙容差范围,致使受压的内导体端面出现较大的往复动摩擦力,而摩擦力引起内导体根部的应力（250.13 MPa）超过了材料的疲劳极限,内导体有疲劳断裂的风险。进一步计算出内导体的振动疲劳寿命为0.67 h,小于功能振动试验时间,证实是振动位移引起的摩擦导致了内导体的疲劳断裂。结论 轴向弹性触碰式连接器必须要重视摩擦力的危害,提高模块的安装刚度,可以有效地提高连接器的可靠性。     

基于损伤等效的振动疲劳试验载荷转换

目的使用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验。方法利用有限元仿真计算某典型铝合金试验件在简谐激励和随机平直谱激励下的疲劳寿命,分析2种工况下试验件寿命相等时激励的等效关系。进行一组定频激励试验和一组谱激励试验,对比试验结果,验证在某典型铝合金试验件上利用简谐激励替代随机平直谱激励进行振动疲劳试验的可行性。结果通过试验与仿真技术,对2024-T4铝合金试验件在一定频率非共振简谐激励和随机平直谱激励作用下的振动疲劳寿命规律进行研究,得出了不同激励作用下试验件寿命相同时载荷的等效关系。结论基于损伤等效,工程中可以使用简谐激励代替随机平直谱激励进行振动疲劳试验,从而解决了一类振动疲劳试验加载困难的问题,实现振动疲劳的试验加速。     

疲劳损伤等效在随机振动试验中的应用

以疲劳损伤等价为基础的随机振动试验是评价结构振动环境适应性能力的重要手段.将基于位移模态和应变模态的模态叠加方法分别应用于结构振动位移响应和应力响应的分析中,建立了随机振动试验不同激励条件下,结构振动响应的关系;将结构随机振动应力响应的峰值概率分布通用关系应用于疲劳损伤评估,导出了振动疲劳损伤等效关系.以一个试验为例介绍了疲劳损伤等效原则在随机振动试验中的应用.     

高温环境下薄壁试件随机振动疲劳研究

目的研究高温环境下薄壁试件的随机振动疲劳问题。方法综述国内外随机振动疲劳研究现状,制定有效的研究方案。首先,通过有限元法完成薄壁试件的动力学响应数值仿真计算与分析,基于改进的雨流循环计数法预估薄壁试件的疲劳寿命。然后,开展高温环境下薄壁试件随机振动疲劳试验,获取危险位置动力学响应与疲劳寿命。结果高温强振动环境下,结构的危险位置主要出现在固支边界或形状突变位置,且基频处的动力学响应峰值是结构疲劳寿命的主要影响因素,随温度和振动量级的增加,结构疲劳寿命呈抛物线降低趋势。结论通过仿真与试验的比对,验证了高温环境下薄壁试件随机振动疲劳仿真计算方法的有效性与可靠性。     

某船用齿轮箱基座的振动特性分析

目的 保证船用齿轮箱在不同试验工况下的振动噪声的设计要求,对船用齿轮箱基座的振动特性进行分析.方法 首先对船用齿轮箱基座进行模态分析,分析齿轮箱基座在不同阶数下有效质量与总质量的比值,同时提取不同方向下的有效质量与参与系数最大的模态进行分析.然后利用频响计算中的完全法对某型船用齿轮箱基座进行振动响应计算,提取 3 个点结果进行有限元分析,并利用锤击法对某型船用齿轮箱基座的 3 个测点进行机械阻抗的测试.结果 通过有效质量分析,提取了前 1 000 阶中的主要模态,分析模态发现,在齿轮箱基座的大部分区域,结构响应几乎为 0,20、923、131、162、10 阶出现模态为同一局部区域的模态,且 23、131 阶模态表现为平动及扭转振型.有限元频响计算结果表明,有限元计算结果在低频段的阻抗值更加稳定.随着频率增加,阻抗值逐渐降低,测试值的对数平均值与参考值的差值最大值为11.46 dB.计算值的对数平均值与参考值的差值最大值为 10.3 dB,且逐渐接近100 dB.计算值的对数平均值与测试值对数平均值的差值均在2 dB左右.结论 通过计算发现,有限元计算值接近参考值,且与参考值大多数差值均在 10 dB之内.计算值与测试值接近,可以作为船用齿轮箱基座的振动噪声设计依据,为后续各型号船用齿轮箱基座优化设计打下了坚实的基础,极大提升了数字化驱动设计技术水平.     

振动对航空电连接器的影响分析

目的 根据提高电连接器可靠性的要求,研究振动对航空电连接器的影响.方法 针对研究所的现有设备,开展电连接器的振动测试.根据厂家数据使用Solid works对某型号电连接器进行参数化建模,通过COMSOL模态分析获得接触件的固有频率,使用ANSYS Workbench对接触件进行瞬态动力学分析和谐响应分析.在不同的振动...     

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。     

基于临界面的多轴振动疲劳寿命预测

目的提出一种新的基于临界面正应力的高周多轴疲劳寿命预测方法。方法通过对主应力进行投影,得到各时刻下临界平面内的应力大小,利用雨流法计算不同临界面下的疲劳损伤,并通过权函数,得到主应力的角度期望值,进而预测结构的疲劳寿命。结果通过试验件进行仿真模拟,对底端作用两个方向PSD频率范围为8～200 Hz,大小为0.006、0.003、0.008 g~2/Hz的强制加速度激励得到多轴应力响应,以此计算4种工况下的随机加速度振动疲劳试验预测寿命,对比试验寿命误差基本处于2倍界以内。结论新的基于临界面正应力的疲劳寿命预测方法能有效预测多轴振动疲劳寿命。     

火箭发动机贮箱振动特性分析

为了研究某发动机充液和空载2种工况下贮箱的振动特性,利用流固耦合理论计算了2种工况下贮箱的模态和频率响应。结果表明：在充液工况下,各阶湿模态频率是空载时候干模态的0．5倍;在5—800Hz的激振条件下,空载工况下贮箱在第4阶模态处与外界振动激励发生共振;充液工况下贮箱在第3阶模态处与外界振动激励发生共振,空载状态下贮箱的频率响应的位移最大值为1×10mm,充液状态下贮箱频率响应的位移最大值为1×10^-57mm;充液使贮箱振幅减小,但使贮箱更容易与外界发生共振。